JP5496929B2 - 面型蒸着源及びその蒸着メッキ法とシステム - Google Patents

Description

本発明は、面型蒸着源及びその蒸着メッキ法とシステムに関し、特に薄膜品質を精確に制御し、大面積化蒸着を連続的に行え、メッキ率及び材料利用率を高める面型蒸着技術に係る。

多成分薄膜の蒸着技術は、光電及び半導体技術において、物理方式によって薄膜を形成する重要な方法で、カギとなる技術でもある。蒸着成分構成が複雑な場合、例えば、シーアイジーエス(CIGS:Copper Indium Gallium DiSelenide）、アールジービー（ＲＧＢ）有機発光層等の有機材料は、その蒸発（昇華）温度が異なり、濃度及びドーピング制御が難しく、高温に適さず、しかも、材料の熱分解或いは化学反応の回避が必要で、共蒸着技術による構成制御は難しい。

また、有機材料の蒸発（昇華）分子の拡散速度が異なり、一定の方向性を持たないことから、ドーピング制御が難しい。しかも、材料利用率が低く、溶液を予め混ぜ合わせる方法では、成分組成を精確に制御できるが、量産は難しい状況である。例えば、有機発光ダイオード(ＯＬＥＤ)製造工程中の有機層発光層において、その多種染料の組成が発光均等性に影響を与えるポイントとなり、また、メーカーの研究開発及び将来の競争市場の隙間的存在ともなる。

伝統的な有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の薄膜製造技術には、点蒸発源方式を採用しているが、点蒸発源は、ただ小サイズの基板（約370×470ｍｍ）の蒸着にしか適用せず、その材料使用率は低く（約5〜6％）、蒸着速度が遅く（約0.3〜0.8nm/s）、しかも単一製品の生産時間（Tact time）も比較的長い（約4〜5分）。

公知の特許では、特許文献１の「線型開口蒸着装置とメッキプロセス（Linear aperture deposition apparatus and coating process）」において、線型蒸着源が開示されている。それは、蒸着対象基材を加熱した後、線型開口を経て、線型蒸着源を得て、上方の基材に単層薄膜を形成するものである。本案は線型蒸着によって点蒸着ドーピングの不均等性という問題を克服し、蒸着膜の速度（約４〜５nm/s）と、材料利用率（80％以上）と、大面積化（基板サイズを1000×10000ｍｍにまで拡大）を向上させ、単一製品の生産時間（Tact time）を短縮できる（約１分間にまで短縮）。しかし、本案技術を用いた単一基板では、多数回の蒸着を経過しなければならず、コントロールし難い有機材料の共蒸着をいかに改善するかという問題点には触れていない。

次に、特許文献２の「白色光有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）及び製造方法」では、単一の発光層を備える白色光有機ＥＬ及び製造方法について開示され、それは、（ａ）白色光エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層（ｂ）白色光エレクトロルミネッセンス層第一表面に隣接する第一電極（ｃ）白色光エレクトロルミネッセンス層第二表面に隣接する第二電極。その内、白色光エレクトロルミネッセンス層は、エレクトロルミネッセンス染料及び分子主体材料を用いて溶液製造ステップによって製作される。その目的は、白色光有機ＥＬの効果改善と製造工程の簡素化にあるが、本案は蒸着材料の成分組成混合技術を重視し、伝統的な分割生産方式を依然として維持しているため、連続生産可能な技術手段に欠け、量産のニーズに応えられず、伝統的な点蒸着法或いは線蒸着法を変えることはできない。

米国特許第６２０２５９１号 中華民国特許公告第Ｉ２９３２３４号

公知技術の欠点に鑑み、本発明では、次の特徴を有する面型蒸着源及びその蒸着メッキ法とシステムを提出する。
（１）薄膜品質を精確に制御可能。
（２）連続生産を行う技術手段の提供。
（３）蒸着の大面積化を実現可能。
（４）蒸着材料は、材質の劣化回避のために長期的に高温状態にする必要がない。

上述目的を達成するために、本発明の開示する面型蒸着法は、少なくとも一つの蒸着対象基材に対して蒸着を行うものである。

前記面型蒸着法は、少なくとも一つの蒸着材料及び面型蒸着源を用いる。蒸着材料は面型蒸着源の表面を被覆し、前記蒸着材料の分布エリアは蒸着材料気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなり、更に、面型蒸着源に対して加熱を行う。加熱方式によって面型蒸着源を固体から気体へと変換させ、蒸着対象基材の表面に拡散させる。蒸発、凝結、及び核生成の原理に基づき、蒸気を原子或いは分子状態で、蒸着対象基材の表面に核生成、凝結、及び核生成、成長させるメカニズムにより薄膜を形成する。

上述の目的を達成するために、本発明は更に、面型蒸着源を提出し、少なくとも一つの蒸着対象基材に対して蒸着を行う。面型蒸着源には、蒸着源基板を備える。

前記蒸着源基板には、少なくとも一つの平面を備え、少なくとも一つの蒸着材料は、蒸着源基板の少なくとも一つの平面上を被覆し、蒸着材料の分布エリアは蒸着材料の気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなる。

本発明は更に、面型蒸着源の製造のための面型蒸着源の製造法を提供する。それは、蒸着源基板を利用するものである。

前記蒸着源基板は、少なくとも一つの表面を備え、蒸着材料で被覆される蒸着源基板とし、平面、曲面、平滑面、粗表面とする。少なくとも一つの蒸着材料は、蒸着源基板の少なくとも一つの表面上を被覆し、蒸着材料の分布エリアは、蒸着材料気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなる。蒸着材料で被覆されるエリアは、点、線、或いは面分布配列によって形成される。

上述目的を達成するために、本発明は更に、面型蒸着源システムを提出する。

少なくとも一つの蒸着対象基材は、面型蒸着源と加熱装置とを備える。前記面型蒸着源は、一つの蒸着源基板と少なくとも一つの蒸着材料とによって構成され、前記蒸着材料は、蒸着源基板の内の少なくとも一表面を被覆し、蒸着材料の分布エリアは、前記蒸着材料の気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなる。しかも、蒸着対象基材の内の少なくとも一面は、気化した蒸着材料が到達可能なエリア内に配置する。

前記加熱装置は、面型蒸着源を加熱できるエリアに配置し、加熱装置が面型蒸着源に対して加熱を行い、面型蒸着源を固体から気体へと変換し、蒸着対象基材表面に拡散させる。これにより、蒸気は、原子或いは分子の形態で表面において核生成、凝結、及び成長し、膜を形成させる。

本発明の面型蒸着源及びその蒸着メッキ法とシステムは、薄膜品質を精確に制御し、大面積化蒸着を連続的に行えるため、メッキ率及び材料利用率を高める効果を有する。

本発明の面型蒸着法の第一実施例に関する蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図１の平面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図１の平面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図１の平面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 本発明の面型蒸着法の第二実施例に関する蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図５の曲面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図６の曲面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 図７の曲面型蒸着源基板に関する異なる実施例に蒸着対象基材を組み合わせた構造図である。 本発明の面型蒸着源システムに関する実施例の構造図である。 本発明の面型蒸着源システムによって複数の蒸着対象基材に対し同時に蒸着を行っている状態図である。 本発明の面型蒸着源システムによって複数の蒸着対象基材に対し同時に蒸着を行っている状態図である。

本発明の構造の目的及び効果について更なるご理解とご賛同を戴くために、次に、図面を参照とした詳細説明を行う。

次に、添付図面を参照として、本発明の達成する目的に用いる技術手段と効果を説明する。以下の図面に列挙した実施例は、単に説明を補助し、ご理解して戴くための利便をはかるものである故、本発明の技術手段は図面及び実施例に制限されないことをここに記する。

図１に示す通り、本発明の提案する面型蒸着法は、面型蒸着源１０を用いて蒸着対象基材２０に対して面型蒸着を行う。前記面型蒸着源１０は、少なくとも一種の蒸着材料１２を塗布、インクジェット、蒸着等の方法によって、但し前記方法に制限されることなく、蒸着源基板１１の内の一表面に被覆して形成される。前記蒸着源基板１１に蒸着材料１２を組み合わせた形式には多種あり、図２乃至図４の実施例に示す通りである。その内、図２に示した蒸着源基板１１は平面であり、蒸着材料１２もまた平面である。図３に示した蒸着源基板１１は平面で、蒸着材料１２は粗表面をなし、図４に示した蒸着源基板１１は粗表面、粗表面の凸点或いは凹点の大きさ、形状、配列密度を変化させることにより、蒸着の有効エリアを変更し、薄膜メッキを調整する目的を達成する。蒸着材料１２は、蒸着源基板１１の凹み空間内に充填し、図２乃至図４の実施例に示す通りである。本発明の蒸着源基板１１は平面、平滑面、粗い非フラット面とし、本発明の蒸着源基板１１を被覆する蒸着材料１２は平面、平滑面、粗表面とし、蒸着材料１２は全面的に或いは大面積の蒸着源基板１１表面を被覆する他、塗布、インクジェット、蒸着方式を用いて、蒸着源基板１１に点、線、或いは面を分布配列して構成される図案を形成することも可能である。

前記蒸着源基板の材質には制限はなく、一定の耐熱性を備えることを原則とする。本発明は蒸着に応用するため、蒸着源基板１１はある一定レベル（例えば、少なくとも100℃を超える）の耐熱性を備え、前記蒸着源基板１１の融解点は蒸着対象基材の実際蒸着時の作業温度より低くならないことを必然原則とし、蒸着材料１２は単一の蒸着物質とするか、多種の異なる蒸着物質とし、必要比率によって混合、調和する。例えば、シーアイジーエス(ＣＩＧＳ）、アールジービー（ＲＧＢ）有機発光層等の有機材料、蒸着材料１２を蒸着源基板１１表面に塗布し、蒸着源基板１１表面には蒸着薄膜層を形成する。前記蒸着材料１２の塗布エリア（図中では斜線エリア）は、蒸着材料１２の気化後に蒸着対象基材２０を包含するエリアとなる。例えば、図に示した蒸着材料１２の塗布エリアは凡そ前記蒸着対象基材２０に等しく、蒸着材料１２で蒸着源基板１１表面全体を塗布する。即ち、本発明の面型蒸着源１０は、蒸着対象基材２０に対して一回で全面的な蒸着を行うもので、明らかに伝統的な点蒸着或いは線蒸着とは異なる。

図５に示した実施例は、図１の実施例を基礎として応用したもので、図５は、本発明の開示する面型蒸着法を示した。それは、湾曲し弧度を備える面型蒸着源１０Ａを用いて同様に湾曲し曲面を備える蒸着対象基材２０Ａに対し面型蒸着を行うもので、前記面型蒸着源１０Ａは、少なくとも一種の蒸着材料１２Ａを塗布、インクジェット、蒸着等の方法で、但し前記方法に制限されることなく、蒸着源基板１１Ａの表面に被覆して形成される。本実施例において採用される前記蒸着源基板１１Ａ及び蒸着材料１２Ａと、図１の蒸着源基板１１Ａ及び蒸着材料１２Ａの材質及びそれの達成する効果は同じである。本実施例の特徴は、面型蒸着源１０Ａに曲面を持たせ、曲面の蒸着対象基材２０Ａに対して面蒸着を行うことにあり、この種の方法によって曲率半径の異なる基材への蒸着が可能となる。同様に、蒸着源基板１１Ａと蒸着材料１２Ａを組み合わせた形式には多種あり、図６乃至図８には実施例を示す。図６に示した蒸着源基板１１Ａは平滑曲面を有するもので、蒸着材料１２Ａもまた平滑曲面とする。図７に示した蒸着源基板１１Ａは平滑曲面とし、蒸着材料１２Ａの曲面は粗表面である。図８に示した蒸着源基板１１Ａは粗表面をなし、蒸着材料１２Ａは蒸着源基板１１Ａの凹み空間に充填し、粗表面の凸点或いは凹点の大きさ、形状、配列密度を変化させることにより、蒸着の有効エリアを変更し、薄膜メッキを調整する目的を達成する。

図９には本発明の面型蒸着源システムの実施例に関する構造図を示す。蒸着源システム１００には、面型蒸着源３０を備える。面型蒸着源３０は、少なくとも一種の蒸着材料３２を塗布、インクジェット、蒸着等の方法で、但し前記方法に制限されることなく、蒸着源基板３１の表面に被覆して形成される。前記蒸着材料３２の塗布エリア（図中斜線エリア）は、蒸着材料３２の気化後に蒸着対象基材２０を包含するエリアとなる。蒸着材料で被覆される蒸着源基板３１は、図２乃至図８に示した平面、曲面、平滑面、加工によって形成される粗表面（例えば、中心粗度少なくともＲａを0.1μｍ〜５ｃｍとする）の蒸着源基板１１、１１Ａとすることも可能である。また、蒸着材料３２は、蒸着源基板３１表面を全面的或いは大面積で被覆する他、塗布、インクジェット、蒸着等の方法で蒸着源基板３１に点、線、面を分布配列させて図案を形成することも可能である。

図９に示した実施例の特徴は、蒸着材料３２を蒸着源基板３１全面に塗布するか一部に塗布する。蒸着源基板３１は可撓性を備え、しかも蒸着材料３２で被覆される蒸着源基板３１は巻き付け状態の巻付材を形成し、蒸着源の巻付材は駆動装置（未図示）に接続し、前記駆動装置によって蒸着源の巻付材を連続的に送り出すか断続性フィード式で送り出す。面型蒸着源３０に対応する二つの面にはそれぞれ蒸着対象基材２０と加熱装置４０を配置し、蒸着対象基材２０の蒸着源基板３１方向には蒸着材料３２の一面を配置し、加熱装置４０は、蒸着源基板３１の蒸着材料３２未塗布の一面に配置する。図９を参照すると、前記蒸着材料３２は蒸着源基板３１上面に塗布し、蒸着対象基材２０を面型蒸着源３０上方に配置し、蒸着対象基材２０の内少なくとも一面は気化した蒸着材料３２が到達するエリア内に配置する。前記加熱装置４０は、面型蒸着源３０下方の面型蒸着源３０を加熱できるエリアに配置し、加熱装置４０が面型蒸着源３０を加熱し、面型蒸着源３０を固体から気体へと変換し、蒸着対象基材２０表面に拡散する。原子或いは分子形態の蒸気を段階的に制御する手法に基づき、蒸着対象基材２０の表面には核生成、凝結、及び成長する物理的メカニズムによる薄膜が形成される。面型蒸着源３０は、前記蒸着対象基材２０に対して面型蒸着を行う他、面型蒸着源３０はある一定長さを備え、且つ連続的に送り出されるか断続性フィード式で送り出される。蒸着対象基材２０が蒸着を完了した後は、新しい蒸着対象基材２０を置き換えるだけで次の蒸着が実行できる。以上により、連続的蒸着、連続的生産という目的を実現する。同理論により、複数の蒸着対象基材２０を配置し、それに対する数量の加熱装置４０を組み合わせることができる（図１０参照）。または、複数の蒸着対象基材２０に一つの大型加熱装置４０を組み合わせることも可能である（図１１参照）。これによって、複数の蒸着対象基材２０に対し同時に蒸着を行うことができる。

前述したとおり、本発明の提供する面型蒸着源及びその蒸着メッキ法とシステムは、少なくとも一種の蒸着材料を、或いは多種の蒸着材料を予め均等に混合した後、塗布等の方法によって、大面積の蒸着源基板上に結合する。蒸着材料で被覆した蒸着源基板は、図１乃至図８に示した平面、曲面、平滑面、加工によって形成される粗表面の蒸着源基板１１、１１Ａとすることも可能であり、蒸着源基板１１、１１Ａを被覆する蒸着材料１２、１２Ａは、平面のほか、塗布、インクジェット、蒸着の方法で、点、線、面を分布配列させて図案形成することも可能である。大面積の蒸着源基板は、単一片の基板とし、一片一片を連続的に蒸着する（図１乃至図５参照）か、大面積の蒸着源基板の単一片を巻き付けて巻付材とし、連続的或いは断続的フィード式で送り出し連続的な蒸着を実現することも可能であり（図９乃至図１１）、これにより、薄膜品質を精確に制御し、大面積化蒸着を連続的に行え、メッキ率及び材料利用率を高め、伝統的な蒸着機による分割生産方式に取って代わることができる。

強調的に説明すべき点は、物理気相成長法（ＰＶＤ）は、物理メカニズムによって薄膜を堆積させ、物質の相変化を用いて薄膜を形成するもので、よく見られるものに、スパッタリング（sputtering）や蒸着メッキ（evaporation）等の方法がある。本発明の開示する薄膜平面型連続式蒸着源は、固体から気体に変換し、蒸着対象基材の表面に拡散するものである。原子或いは分子の段階制御により蒸気を表面で核生成、凝結、及び成長させて膜を形成し、伝統的な膜メッキ手法（例えば塗布やインクジェット等）により得られなかった均等性、ナノサイズ等の特殊構造及び機能を備えた薄膜を獲得できる。よって、精度要求の厳格な半導体及び光電産業に適用し、伝統的な塗布やインクジェットによる膜メッキ手法と比較すると、本発明の提供する蒸着技術と応用分野は何れも、先進技術レベルを備えるものであると言える。

前述は、単に本発明の実施例であり、これによって本発明の特許登録請求の範囲を制限するものではない。即ち、本発明の特許登録請求の範囲に基づいてなされる同等効果を有する変化及び修正は全て、本発明の特許登録請求の範囲に包含されることをここに記する。

１０、１０Ａ 面型蒸着源
１１、１１Ａ 蒸着源基板
１２、１２Ａ 蒸着材料
２０、２０Ａ 蒸着対象基材
３０ 面型蒸着源
３１ 蒸着源基板
３２ 蒸着材料
４０ 加熱装置
１００ 蒸着源システム

Claims (21)

1. 面型蒸着源を用いて少なくとも一つの蒸着対象基材に対し、面型蒸着を行い、前記面型蒸着源は、一つの蒸着源基板を備え、前記蒸着源基板には少なくとも一つの表面を備え、 蒸着源基板の少なくとも一表面は粗表面として蒸着材料で被覆し、該蒸着材料の凸点或いは凹状は尖錐形とし、
   前記面型蒸着源に対して加熱を行い、前記蒸着材料を蒸着対象基材表面に蒸着し、前記蒸着対象基材表面に蒸着膜を形成し、
   前記蒸着源基板の蒸着材料で被覆されたエリアは気化後のエリアとなり、複数の蒸着対象基材を包含することを特徴とする面型蒸着法。
2. 前記蒸着材料で被覆される蒸着源基板は、平面又は曲面の何れかとすることを特徴とする請求項１に記載の面型蒸着法。
3. 前記蒸着源基板の蒸着材料で被覆されるエリアは、点、線、或いは面分布配列によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の面型蒸着法。
4. 前記蒸着源基板は、可撓性を備える材質とすることを特徴とする請求項１に記載の面型蒸着法。
5. 前記蒸着材料で被覆される蒸着源基板は、巻き付けて面型蒸着源の巻付材を形成したもので、面型蒸着源の巻付材は駆動装置に配置し、前記駆動装置により面型蒸着源の巻付材を連続的に送り出すか断続的フィード式で送り出して、連続蒸着を行うことを特徴とする請求項４に記載の面型蒸着法。
6. 前記蒸着材料は、少なくとも一種の蒸着物質により組成されることを特徴とする請求項１に記載の面型蒸着法。
7. 面型蒸着源は、少なくとも一つの蒸着対象基材に対し蒸着を行うもので、前記面型蒸着源は、一つの蒸着源基板を備え、
   前記蒸着源基板には少なくとも一つの粗表面を備え、少なくとも一つの蒸着材料が蒸着源基板の該粗表面を被覆し、該蒸着材料の凸点或いは凹状は尖錐形とされ、前記蒸着材料の分布エリアは、蒸着材料気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなることを特徴とする面型蒸着源。
8. 前記蒸着源基板の蒸着材料で被覆されるエリアは気化後のエリアとなり複数の蒸着対象基材を包含することを特徴とする請求項７に記載の面型蒸着源。
9. 前記蒸着材料で被覆される蒸着源基板は、平面又は曲面の何れかとすることを特徴とする請求項７に記載の面型蒸着源。
10. 前記蒸着源基板の蒸着材料で被覆されるエリアは、点、線、或いは面分布配列によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の面型蒸着源。
11. 前記蒸着源基板は、可撓性を備える材質とすることを特徴とする請求項７に記載の面型蒸着源。
12. 前記蒸着材料で被覆される蒸着源基板は、巻き付けて面型蒸着源の巻付材を形成することを特徴とする請求項１１に記載の面型蒸着源。
13. 前記面型蒸着源の巻付材は駆動装置に配置し、前記駆動装置によって面型蒸着源の巻付材を連続的に送り出すか断続的フィード式で送り出すことを特徴とする請求項１２に記載の面型蒸着源。
14. 前記蒸着材料は、少なくとも一種の蒸着物質により組成されることを特徴とする請求項７に記載の面型蒸着源。
15. 面型蒸着源と加熱装置とを含む面型蒸着システムにおいて、
    前記面型蒸着源は、一つの蒸着源基板と少なくとも一つの蒸着材料とによって構成され、
    前記蒸着材料は、蒸着源基板の少なくとも一つの粗表面を被覆し、しかも蒸着材料の気化後に蒸着対象基材を包含するエリアとなり、蒸着材料の凸点或いは凹点は尖錐形とされ、
    前記加熱装置は、面型蒸着源を加熱可能なエリアに配置し、加熱装置が面型蒸着源に対して加熱を行うことにより、面型蒸着源を固体から気体へと変換し、蒸着対象基材表面に拡散させ、表面において核生成、凝結、及び成長等のメカニズムを起こして膜を形成することを特徴とする面型蒸着システム。
16. 前記蒸着源基板は曲面とされてその蒸着材料を配置したエリアは蒸着材料気化後に複数の蒸着対象基材を包含するエリアとなることを特徴とする請求項１５に記載の面型蒸着システム。
17. 前記蒸着源基板の蒸着材料で被覆されるエリアは、点、線、或いは面の分布配列によって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の面型蒸着システム。
18. 前記蒸着源基板は、可撓性材質とすることを特徴とする請求項１５に記載の面型蒸着システム。
19. 前記蒸着材料を配置した蒸着源基板は、巻き付けて面型蒸着源の巻付材を形成することを特徴とする請求項１５に記載の面型蒸着システム。
20. 前記面型蒸着源の巻付材は駆動装置に配置し、前記駆動装置によって面型蒸着源の巻付材を連続的に或いは断続的にフィードして送り出すことを特徴とする請求項１９に記載の面型蒸着システム。
21. 前記蒸着材料は、少なくとも一種の蒸着物質により組成されることを特徴とする請求項１５に記載の面型蒸着システム。

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