JP2017500446A5 - 有機材料用の蒸発源、真空チャンバの中で有機材料を堆積させるための堆積装置、及び有機材料を蒸発させるための方法 - Google Patents

Description

本明細書に記載される実施形態によれば、基板は、本質的に垂直位置において有機材料でコーティングされる。要するに、図１Ａから図１Ｄに示される図は、蒸発源１００を含む装置の上面図である。典型的には、分配管は、蒸気分配シャワーヘッド、特に直線的蒸気分配シャワーヘッドである。分配管は、本質的に垂直に延びる線源を提供する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、本明細書に記載の実施形態によれば、本質的に垂直とは、特に基板配向に言及する際に、１０度又はそれを下回る垂直方向からの偏差を許容すると理解される。この偏差は、垂直配向からのいくらかの偏差を有する基板支持体がより安定した基板位置をもたらし得るので、提供することができる。しかし、有機材料の堆積中の基板配向は、本質的に垂直と考えられ、水平な基板配向とは異なると考えられる。これにより、基板の表面は、１つの基板寸法及び他の基板寸法に対応する他の方向に沿った並進運動に対応する１つの方向に延びる線源によってコーティングされる。

図１Ｃに示されるように、分配管１０６の回転、即ち、第１の基板１２１から第２の基板１２１までの回転は１８０度とすることができる。第２の基板が図１Ｄに示されるように堆積された後に、分配管１０６は、後方に１８０度回転させることができるか、図１Ｃに示された方向と同一の方向に回転させることができるかのどちらかである。基板は、合計で３６０度回転する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、分配管１０６は、例えば、参照番号１０で示された蒸発コイルが基板１２１の表面に鉛直に提供されない場合には、少なくとも１６０度回転される。しかしながら、典型的には、基板は、１８０度又は少なくとも３６０度回転される。

図２は、真空チャンバ１１０の中に有機材料を堆積させるための堆積装置２００の実施形態を示す。蒸発源１００は、トラック又は直線的ガイド２２０上で真空チャンバ１１０の中に提供される。直線的ガイド２２０は、蒸発源１００の並進運動のために構成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、並進運動のためのドライバを、トラック又は直線的ガイド２２０において、真空チャンバ１１０内で又はそれらの組み合わせにおいて、蒸発源１００の中に提供することができる。図２は、例えば、ゲートバルブなどのバルブ２０５を示す。バルブ２０５は、隣接する真空チャンバ（図２に示されず）への真空密閉を可能にする。バルブは、基板１２１又はマスク１３２の真空チャンバ１１０内への又は真空チャンバ１１０からの搬送のために開放することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、保守真空チャンバ２１０などの更なる真空チャンバが、真空チャンバ１１０に隣接して提供される。真空チャンバ１１０及び保守真空チャンバ２１０は、バルブ２０７と連結される。バルブ２０７は、真空チャンバ１１０と保守真空チャンバ２１０との間の真空密閉を開閉するように構成される。蒸発源１００は、バルブ２０７が開放状態にある間、保守真空チャンバ２１０に移送することができる。その後、バルブは、真空チャンバ１１０と保守真空チャンバ２１０との間に真空密閉を提供するように閉鎖することができる。バルブ２０７が閉鎖される場合、保守真空チャンバ２１０は、真空チャンバ１１０の中の真空を破壊せずに、蒸発源１００保守のために換気及び開放することができる。

２つの基板１２１は、真空チャンバ１１０内のそれぞれの搬送トラック上で支持される。更に、その上にマスク１３２を提供する２つのトラックが提供される。基板１２１のコーティングは、それぞれのマスク１３２によってマスクすることができる。典型的な実施形態によれば、マスク１３２、即ち、第１の基板１２１に対応する第１のマスク１３２、及び第２の基板１２１に対応する第２のマスク１３２が、マスクフレーム１３１の中に提供され、所定の位置でマスク１３２を保持する。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、基板１２１は、位置合わせユニット１１２に連結された基板支持体１２６によって支持することができる。位置合わせユニット１１２は、マスク１３２に対する基板１２１の位置を調整することができる。図２は、基板支持体１２６が位置合わせユニット１１２に連結されている実施形態を示す。したがって、基板は、有機材料の堆積中に基板とマスクとの間の適切な位置合わせを行うために、マスク１３２に対して移動される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、代替的に又は追加的に、マスク１３２及び／又はマスク１３２を保持するマスクフレーム１３１を位置合わせユニット１１２に連結することができる。マスクは基板１２１に対して位置付けることができるか、又は、マスク１３２及び基板１２１双方が互いに対して位置付けることができる。位置合わせユニット１１２は、基板１２１とマスク１３２との間の相対位置を互いに対して調整するように構成されているが、堆積処理中にマスキングの適切な位置合わせを可能にし、高品質のディスプレイ製造又はＬＥＤディスプレイ製造に有益となる。

図２に示されるように、直線的ガイド２２０は、蒸発源１００の並進運動の方向を提供する。蒸発源１０００の両側に、マスク１３２が提供される。これにより、マスク１３２は、並進運動の方向に本質的に平行に延びることができる。更に、蒸発源１００の対向する側面における基板１２１はまた、並進運動の方向に本質的に平行に延びることができる。典型的な実施形態によれば、基板１２１は、バルブ２０５を介して、真空チャンバ１１０内へ及び真空チャンバ１１０から移動させることができる。堆積装置２００は、基板１２１各々の搬送用のそれぞれの搬送トラックを含むことができる。例えば、搬送トラックは、図２に示される基板位置に平行に、真空チャンバ１１０内へかつ真空チャンバ１１０から延びることができる。

図２は、蒸発源１００の別の例示的実施形態を示す。蒸発源１００は、支持体１０２を含む。支持体１０２は、直線的ガイド２２０に沿った並進運動のために構成される。支持体１０２は、蒸発るつぼ１０４、及び蒸発るつぼ１０４上に提供された分配管１０６を支持する。蒸発るつぼで発生した蒸気は、上に向かって、分配管の一又は複数の排出口から移動することができる。本明細書に記載された実施形態によれば、分配管１０６はまた、蒸気分配シャワーヘッド、例えば、直線的蒸気分配シャワーヘッドと見なすことができる。

図２は、少なくとも１つのシールド２０２を有するシールドアセンブリを更に示す。典型的には、図２に示すように、実施形態は、２つのシールド２０２、例えば、サイドシールドを含むことができる。有機材料の蒸発は、基板に向かった方向に範囲を定めることができる。分配管に対する側方への蒸発、即ち、例えば、正常な（ｎｏｒｍａｌ）蒸発方向に対して鉛直な方向への蒸発は、回避するかアイドルモードだけで使用することができる。有機材料の蒸気ビームのスイッチを切ることと比較して、有機材料の蒸気ビームを遮断することの方が容易であり得るという事実を考慮すると、分配管１０６はまた、蒸気放出が望ましくない操作モード中に蒸気が蒸発源１００から出ていくのを回避するために、サイドシールド２０２のうちの１つに向かって回転され得る。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、保守真空チャンバ２１０における蒸発源１００の移送を、直線的ガイド２２０の細長部分によって提供することができる。更なる直線的ガイド３２０が、保守真空チャンバ２１０の中に提供される。更に、第２の蒸発源１００を保守真空チャンバ２１０の中の待機位置に提供することができる。図３は、保守真空チャンバの左側の待機位置にある更なる蒸発源１００を示す。堆積装置２００を操作するいくつかの実施形態によれば、真空チャンバ１１０に示された蒸発源１００は、例えば、保守が所望されると、保守真空チャンバ２１０内に移動することができる。この移動のために、バルブ２０７を開放することができる。待機位置にあり、作動準備のできた状態にある図３に示された更なる蒸発源１００を真空チャンバ１１０内に移動させることができる。その後、バルブ２０７を閉鎖することができ、保守真空チャンバ２１０を、保守真空チャンバの中の待機位置内に移動したばかりの第１の蒸発源１００の保守のために換気及び開放することができる。これにより、蒸発源の迅速な交換が可能になる。したがって、堆積装置２００は、既知の堆積装置の所有コストのかなりの部分を生み出すダウンタイムを短縮した。

図４Ａ及び図４Ｂは、第１の基板１２１に対する第１の搬送トラック、及び第２の基板１２１に対する第２の搬送トラックを示す。第１のローラアセンブリが、真空チャンバ１１０の片側に示され、第２のローラアセンブリが、真空チャンバの反対側に示される。図４Ａ及び図４Ｂには、第１のローラアセンブリ及び第２のローラアセンブリのそれぞれのローラ４２４が示される。ローラは、軸４２５周囲を回転することができ、ドライバシステムによって駆動される。典型的には、複数のローラが、１つのモーターによって回転される。基板１２１は、キャリア４２１の中で支持される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、キャリア４２１は、その下側にロッドを有し、ロッドはローラと係合することができる。したがって、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、第１の基板に対する第１の搬送トラック及び第２の基板に対する第２の搬送トラックが提供される。２つの更なるトラックが、例えば、それぞれのローラアセンブリによって提供される。図４Ａ及び図４Ｂは、真空チャンバ１１０の両側のローラ４０３を示す。更なるトラックが、マスクフレーム１３１の中で支持することができるマスク１３２を支持するように構成される。例示的実施形態によれば、マスクフレーム１３１は、それぞれのローラアセンブリのローラ４０３と係合するためのロッド４３１をその下側に有することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、処理システムで使用するように適合されたキャリアは、電極アセンブリ及び支持体ベースを含む。電極アセンブリは、基板を基板キャリアに固定するための静電吸着力を生成するように構成される。更なる追加的又は代替的な修正例によれば、支持体ベースは内部に形成された加熱／冷却リザーバを有する。電極アセンブリ及び支持体ベースは、処理システム内部での搬送のために構成された単一本体（ｕｎｉｔａｒｙ ｂｏｄｙ）を形成する。キャリアは、処理システムの中で供給媒体に連結することができる。クイックディスコネクト（ｑｕｉｃｋ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ）は、本体に結合することができ、本体が熱調節媒体の源から分離されると、加熱リザーバ／冷却リザーバの中で熱調節媒体を捕捉するように構成することができる。クイックディスコネクトは、吸着電荷を加えるために結合することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、ローラ４０３からローラ４２４までマスクフレーム１３１を移動させるためのアクチュエータ又はロボットが、真空チャンバ１１０の中に提供される。マスクフレーム、更にはマスクが、搬送トラックを提供するローラアセンブリ上に提供される。したがって、マスクフレーム１３１は、基板のローラアセンブリにより提供される搬送トラックに沿って、真空チャンバ１１０内へ及び真空チャンバから移動させることができる。

分配管が、真空チャンバ１１０の中の左側の基板１２１がコーティングされるコーティング位置（図４Ａを参照）から、真空チャンバ１１０の中の右側の基板１２１が有機材料でコーティングされる位置（図４Ｂを参照）まで回転された後に、蒸発源１００は、真空チャンバ１１０の中の右側に基板１２１を堆積させるための直線的ガイド４３３に沿った並進運動によって移動される。図４Ｂの左側の点線によって示されるように、有機材料で事前にコーティングされた第１の基板は、真空チャンバ１１０からこの時点で移動される。新たな基板が左側の真空チャンバ１１０の中の処理領域内に提供され、マスク１３２及び基板１２１が互いに対して位置合わせされる。したがって、右側の基板１２１が有機材料の層でコーティングされた後に、左側の新たな基板１２１上に有機材料を再び堆積させるために、分配管１０６をアクチュエータ１０８により回転させることができる。

処理チャンバ内、即ち、内部での層堆積用の真空チャンバ内での移動可能かつ旋回可能な蒸発源により、高い材料利用率での連続的又はほぼ連続的なコーティングが可能になる。本明細書に記載の実施形態により、交互の２つの基板をコーティングするために１８０度旋回機構を有する走査源アプローチを使用することによって、高い蒸発源効率（＞８５％）及び高い材料利用率（少なくとも５０％又はそれを上回る）が可能になる。これにより、源効率は、蒸気ビームが、コーティング対象の基板の全体面積を均一にコーティングできるように、大面積基板のサイズを超えて延在するという事実により生じる材料損失を考慮に入れる。加えて、材料利用率は、蒸発源のアイドル時間中に、即ち、蒸発源が蒸発した材料を基板上に堆積させることができない時間中に生じる損失も考慮に入れる。

更にまた、本明細書に記載され、垂直基板配向に関する実施形態により、堆積装置の小さな設置面積、及び特に基板上で有機材料のいくつかの層をコーティングするためのいくつかの堆積装置を含む堆積システムが可能になる。本明細書に記載の装置は、大面積基板処理又は大面積キャリアの中の複数の基板の処理のために構成されていると見なすことができる。垂直配向により、現在及び未来のガラスサイズである、現在及び未来の基板サイズ世代に対する良好なスケーラビリティが更に可能になる。

ループ状トラック５３０に基づき、源のトレーンは、典型的にはマスク１３２によってマスクされる基板１２１に沿って並進運動で移動することができる。ループ状トラック５３０の湾曲部分５３３は、蒸発源１００を回転させる。更に、湾曲部分５３３は、第２の基板１２１の前に蒸発源を位置付けるように提供することができる。ループ状トラック５３０の更なる真っすぐな部分５３４は、更なる基板１２１に沿って更なる並進運動を提供する。前述のように、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、基板１２１及びマスク１３２は、堆積中に本質的に静止したままである。線源、例えば、複数の線源を線の本質的に垂直配向に提供する蒸発源は、静止した基板に沿って移動される。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、真空チャンバ１１０の中に示された基板１２１は、ローラ４０３及び４２４を有する基板支持体によって、更に静止した堆積位置では、位置合わせユニット１１２に連結されている基板支持体１２６によって、支持することができる。位置合わせユニット１１２は、マスク１３２に対する基板１２１の位置を調整することができる。したがって、基板は、有機材料の堆積中に基板とマスクとの間の適切な位置合わせを行うために、マスク１３２に対して移動することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、代替的に又は追加的に、マスク１３２及び／又はマスク１３２を保持するマスクフレーム１３１を位置合わせユニット１１２に連結することができる。マスクは基板１２１に対して位置付けることができるか、又は、マスク１３２及び基板１２１双方が互いに対して位置付けることができる。

図５Ｂは、ループ状トラック５３０のそれぞれ真っすぐな部分５３４上に提供された２つの支持体１０２を例示的に示す。蒸発るつぼ１０４及び分配管１０６は、それぞれの支持体１０２によって支持される。図５Ｂは、支持体１０２によって支持された２つの分配管１０６を示す。支持体１０２は、ループ状トラックの真っすぐな部分５３４上に案内さているように示される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、アクチュエータ、ドライバ、モーター、ドライバベルト、及び／又はドライバチェーンは、ループ状トラックに沿って、即ち、ループ状トラックの真っすぐな部分５３４に沿って、且つループ状トラックの湾曲部分５３３（図５Ａを参照）に沿って、支持体１０２を移動させるように提供することができる。

前述のように、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、基板１２１は、真空チャンバ１１０から第１の方向に沿って移動させることができる。基板１２１は、本質的に真っすぐな経路に沿って、隣接する真空チャンバ内に、例えば、移送チャンバ内に移動される。移送チャンバの中で、基板は、第１の方向と異なる第２の方向に第２の真っすぐな経路に沿って移動できるように、回転させることができる。典型的な実施形態によれば、第２の方向は、第１の方向に対して実質的に鉛直である。これは、堆積システムの容易な設計を可能にする。基板を真空チャンバ１１０の中に積み込むために、基板を第２の方向に沿って移送チャンバの中に移動させることができ、その内部で回転させることができる。その後、第２の方向と異なる第１の方向に沿って、基板を真空チャンバ１１０内に移動させることができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、分配管の長さは、１．３ｍ又はそれを上回る、例えば、２．５ｍ又はそれを上回るとすることができる。１つの構成によれば、図７Ａに示されるように、蒸発るつぼ１０４は、分配管１０６の下端に提供される。有機材料は、蒸発るつぼ１０４の中で蒸発する。有機材料の蒸気が、分配管の底で分配管１０６に入り、本質的に側方から、分配管の中の複数の開口を通って、例えば、本質的に垂直な基板の方へ案内される。例示的目的で、熱シールドを含まない、蒸発るつぼ１０４及び分配管１０６が、図７Ａに示される。加熱ユニット７１５及び加熱ユニット７２５が、図７Ａに示される概略斜視図の中に見られる。

分配管１０６は、内側が中空の空間７１０を有している。加熱ユニット７１５は、分配管を加熱するために提供される。したがって、分配管１０６は、蒸発るつぼ１０４によって提供される有機材料の蒸気が、分配管１０６の壁の内側部分で液化しない温度まで加熱することができる。シールド７１７が、分配管１０６の管周囲に提供される。シールドは、加熱ユニット７１５により提供される熱エネルギーを中空スペース７１０の方に反射し返すように構成される。分配管を加熱するのに必要なエネルギー、即ち、加熱ユニット７１５に提供されるエネルギーは、シールド７１７が熱損失を低下させるので、低下させることができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、いくつかの実施形態によれば、シールド７１７は、１つの加熱シールド層を含むことができる。代替的には、２つ又はそれを上回る加熱シールド層を加熱シールド７１７内に提供することができる。

典型的には、図７Ｂに示されるように、熱シールド７１７は、分配管１０６の中の開口７１２の位置に開口を含む。図７Ｂに示される蒸発源の拡大図は、４つの開口７１２を示す。開口７１２は、分配管１０６の軸に本質的に平行な線に沿って提供される。本明細書に記載されるように、分配管１０６は、例えば、内部に配置された複数の開口を有する、直線的分配シャワーヘッドとして提供することができる。本明細書中で理解されるシャワーヘッドは、例えば、蒸発るつぼから、材料を提供又は案内することができる、筐体、中空スペース、又はパイプを有する。シャワーヘッドは、シャワーヘッド内の圧力がシャワーヘッドの外側の圧力より高くなるような複数の開口（又は細長いスリット）を有することができる。例えば、シャワーヘッド内の圧力は、シャワーヘッドの外側の圧力よりも少なくとも１桁高いとすることができる。

いくつかの実施形態によれば、図７Ａ及び図７Ｂに例示的に示されるように、蒸発るつぼ１０４は、分配管１０６の下端に提供される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、蒸気導管７３２は、分配管の中央部分又は分配管の下端と分配管の上端との間の別の位置で分配管１０６に提供することができる。図７Ｃは、分配管１０６及び分配管の中央部分に提供される蒸発導管７３２を有する蒸発源の例を示す。有機材料の蒸気は、蒸発るつぼ１０４の中で発生し、蒸気導管７３２を通って分配管１０６の中央部分に案内される。蒸気は、複数の開口７１２を通って分配管１０６を出る。分配管１０６は、本明細書に記載された他の実施形態に関して説明されたように、支持体１０２によって支持される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、２つ又はそれを上回る蒸気導管７３２が、分配管１０６の長さに沿って異なる位置に提供できる。蒸気導管７３２は、１つの蒸発るつぼ１０４かいくつかの蒸発るつぼ１０４かのどちらかに連結することができる。例えば、各蒸気導管７３２は、対応する蒸発るつぼ１０４を有することができる。代替的には、蒸発るつぼ１０４は、分配管１０６に連結されている２つ又はそれを上回る蒸気導管７３２と流体連通することができる。

本明細書に記載されるように、分配管は、中空の円筒とすることができる。用語「円筒」は、円形の底形状及び円形の上部形状、並びに上部円形及び小さな下部円形と連結する湾曲した表面積又はシェルを有すると一般的に認められると理解することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる更なる実施形態によれば、用語「円筒」は、任意の底形状及び一致する上部形状、並びに上部形状及び下部形状と連結する湾曲した表面積又はシェルを有すると数学的意味において更に理解することができる。したがって、円筒は、必ずしも円形の断面を有する必要はない。その代わりに、ベース面及び上面は、円と異なる形状を有することができる。

ループ状トラック５３０の代替的な配置が図８Ｂに示される。ループ状トラック５３０は、少なくとも１つの基板、典型的には、基板の処理位置によって画定された線に沿って配置された２つ又はそれを上回る基板を取り囲む。上記を考慮し、１つのオプションによれば（図８Ａを参照）、少なくとも２つの基板は、有機材料が堆積されたそれらの基板のそれぞれの表面が互いに向かい合うように配向することができる。別のオプションによれば（図８Ｂを参照）、真空チャンバ１１０の中の基板と、有機材料が堆積されるそれらそれぞれの表面とは、同一方向に配向される。図８Ａ及び図８Ｂに示された堆積装置５００は、４つの基板１２１を収納するように構成されている真空チャンバ１１０を示しているが、それぞれの改良を２つの基板１２１を収納するように構成されている真空チャンバに提供することもできる。例えば、保守真空チャンバ２１０、更なるトラック８２０、搬送トラック６２１、移送チャンバ８１０又は同種のものに関する、更なる詳細、態様及び特徴を、図８Ａに示された実施形態に対して記載された類似の方法で、図８Ｂに示された実施形態において実施することができる。

図９に示されるように、例えば、回転モジュールは、基板１２１及びマスク１３２が、回転モジュールの中に提供された２つの基板の場所毎に互いに対して位置合わせできるような２つの位置合わせユニット１１２を含むことができる。１つの実施形態によれば、堆積装置は、例えば、４つの真空回転モジュールと、８つの基板支持体位置とを含むことができる。しかしながら、本明細書に記載の更なる実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、異なる数の基板支持体位置及び／又は異なる数の真空回転モジュールを提供することができる。例えば、少なくとも２つの基板処理位置は、本明細書に記載の実施形態にしたがって提供される。基板処理位置は、蒸発源の少なくとも分配管の回転によって基板の処理が可能になるように配置される。別の例として、少なくとも２つの回転モジュール、少なくとも２つの基板処理位置及び少なくとも４つの基板支持体位置（そのうちの２つは基板処理位置でもある）を提供することができる。