(57)【要約】  基板上に高解像度パターンの材料を形成することができる直接堆積システムが開示されている。蒸発源からの気化原子は、シャドーマスクの開口パターンを通過して基板上に所望のパターンで堆積する。シャドーマスクに到達する前に、気化原子は、基板表面に対してほぼ垂直な方向に沿って移動しない原子を遮蔽する空間フィルタとして機能するコリメータを通過する。その結果、シャドーマスクを通過する気化原子は、その開口部を通過した後に横方向の広がり（フェザリング）がほとんど又は全くなく、材料は、シャドーマスクの開口パターンと非常に高い忠実性を有するパターンで基板上に堆積する。したがって、本発明は、従来技術において通常必要とされる堆積材料の領域間の比較的大きな空間の必要性を軽減し、それによって高解像度のパターニングを可能にする。
2019516865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の堆積領域の複数の堆積部位に第１の材料を堆積し、前記複数の堆積部位が第１の配置で配置されているシステムであって、
前記第１の材料の第１の複数の気化原子を供給するための供給源であって、その第１の複数の気化原子の各々が、前記基板によって画定される第１の平面に対して垂直な第１の方向に対する伝搬角度によって特徴づけられる伝搬方向に沿って伝搬し、前記第１の複数の気化原子の伝搬角度の範囲が第１の角度範囲に及ぶ、供給源と、
前記第１の配置で配置された複数の開口部を含むシャドーマスクと、
複数のチャネルを含み、前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるコリメータであって、その複数のチャネルの各々が、前記第１の角度範囲より小さい第２の角度範囲内の伝播角度を有する気化原子のみを通過させるように寸法設定され配置されている、コリメータと、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記第１の材料が有機材料である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の材料が、発光するように作用する有機材料である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の堆積部位及び前記複数の開口部が集合的に許容角度範囲を規定し、前記第２の角度範囲が前記許容角度範囲以下である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のチャネルの各々が、約３：１以上の縦横アスペクト比によって特徴付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のチャネルの各々が、８：１以上の縦横アスペクト比によって特徴付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記堆積領域が、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿った第１の長さを有し、前記供給源が、前記複数の気化原子を放出するための複数のノズルを備え、前記複数のノズルが、前記第２の方向に沿った第２の長さを有する第２の配置で配置され、前記第２の長さが、前記第１の長さ以上である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記供給源が、第３の方向に沿って前記堆積領域に対して移動可能であり、前記第１の方向、前記第２の方向及び前記第３の方向が、互いに直交している、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の配置が、第３の方向に沿った第３の長さを有する二次元配置であり、前記第１の方向、第２の方向及び第３の方向が、互いに直交している、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記供給源が、前記複数の気化原子を放出するための単一のノズルを有し、前記供給源が、前記第１の平面と実質的に平行な第２の平面内において二次元で前記堆積領域に対して移動可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記基板と前記コリメータとの間に相対運動を与えるように動作可能な位置決めシステムをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
基板の堆積領域内の複数の堆積部位に第１の材料を堆積し、前記複数の堆積部位が第１の配置で配置されているシステムであって、
複数の気化原子を提供するように動作可能な供給源であって、その複数の気化原子の各々が、伝播角度を規定する伝播方向に沿って移動し、前記複数の伝播角度が第１の角度範囲に及ぶ、供給源と、
前記第１の配置に配置された複数の開口部を含むシャドーマスクであって、前記シャドーマスク及び前記複数の堆積部位が、前記第１の角度範囲よりも小さい許容角度範囲を集約的に規定する、シャドーマスクと、
前記供給源と前記シャドーマスクとの間に位置するコリメータであって、前記コリメータが、複数のチャネルを含み、その複数のチャネルの各々が、前記許容角度範囲以下のフィルタリング角度範囲を規定する縦横アスペクト比を有する、コリメータと、
を備える、システム。
【請求項１３】
前記基板が、第１の平面と、前記第１の平面に垂直な第１の方向とを画定し、前記供給源が、前記複数の気化原子を放出するための複数のノズルを備え、前記複数のノズルが、前記第１の平面と実質的に平行な第２の平面内の第２の方向に沿った第１の長さを有する第２の配置で配置され、さらに、前記供給源が、前記第２の平面内の経路に沿って移動可能であり、前記経路が、前記第２の方向と整列していない、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記堆積領域が、前記第１の平面内に第１の領域を有し、前記供給源が、前記複数の気化原子を放出するための第１のノズルを備え、さらに、前記供給源が、前記第１の平面に実質的に平行な第２の平面内で移動可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
位置決めシステムをさらに備え、前記位置決めシステムが、前記コリメータと前記基板との間に相対運動を与えるように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
縦横アスペクト比が、少なくとも３：１である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
縦横アスペクト比が、少なくとも８：１である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
基板に第１の配置で配置された複数の堆積部位上に第１の材料を堆積する方法であって、
供給源と、前記第１の配置で配置された複数の開口部を有するシャドーマスクとの間に位置するコリメータで第１の複数の気化原子を受け取る段階であって、前記第１の複数の気化原子が、第１の範囲の伝搬角度によって特徴付けられる、段階と、
供給源と、前記第１の配置で配置された複数の開口部を有するシャドーマスクとの間に位置するコリメータで第１の複数の気化原子を受け取る段階であって、前記第１の複数の気化原子が、第１の範囲の伝搬角度によって特徴付けられる、段階と、
前記第２の複数の気化原子の少なくとも一部が前記複数の開口部を介して前記基板に堆積することを可能にする段階と、
を含む、堆積する方法。
【請求項１９】
前記コリメータが複数のチャネルを含むように前記コリメータを提供する段階とさらに含み、その複数のチャネルの各々が、前記第２の伝播角度範囲を決定する縦横アスペクト比を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記縦横アスペクト比が、許容可能な角度範囲に基づいており、前記許容可能な角度範囲が、前記基板と前記シャドーマスクとによって規定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記縦横アスペクト比が、前記許容角度範囲以下であるフィルタリングされた角度範囲を規定する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の複数の気化原子を供給源で発生させる段階と、
前記基板に対して前記供給源を移動する段階と、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記供給源をノズルの線形配置として提供することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記供給源をノズルの二次元配置として提供することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記コリメータと前記基板との間に相対運動を与えることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記シャドーマスクをその周囲に保持するためのマスクチャックをさらに備え、前記マスクチャックが、前記シャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりを軽減するように寸法設定され配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記マスクチャックが、前記重力によって生じる垂れ下がりを軽減するために前記シャドーマスクに機械的バイアスを生じさせるように寸法設定され配置されている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられたときに、前記マスクチャックが、前記機械的バイアスを生じさせる傾斜によって特徴付けられる、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記マスクチャックの開口部に位置する支持構造をさらに備え、前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられたときに、前記支持構造が前記シャドーマスクを支持する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記シャドーマスクをその周囲に保持するためのマスクチャックをさらに備え、前記マスクチャックが、前記シャドーマスクの重力によって生じる垂れ下がりを軽減するように寸法設定され配置されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項３１】
前記マスクチャックが、前記重力によって生じる垂れ下がりを軽減するために前記シャドーマスクに機械的バイアスを生じさせるように寸法設定され配置されている、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられたときに、前記マスクチャックが、前記機械的バイアスを生じさせる傾斜によって特徴付けられる、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記マスクチャックの開口部に位置する支持構造をさらに備え、前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられたときに、前記支持構造が前記シャドーマスクを支持する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記シャドーマスクの重力に生じる垂れ下がりを軽減するように動作可能なマスクチャックに前記シャドーマスクを取り付ける段階をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３５】
前記重力によって生じる垂れ下がりを軽減する前記シャドーマスクに機械的バイアスを生じさせるように、前記マスクチャックを提供する段階をさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられたときに、前記機械的バイアスを生じさせる傾斜によって特徴付けられるように前記マスクチャックが提供される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記マスクチャックの開口部に位置する支持構造を含むように前記マスクチャックを提供する段階をさらに含み、前記シャドーマスクが前記マスクチャックに取り付けられるときに、前記支持構造が前記シャドーマスクを支持する、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連文献の記載）
本件は、２０１６年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／３４０，７９３号（代理人整理番号：６４９４−２０８ＰＲ１）に優先権を主張し、それは、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的には薄膜堆積に関し、より詳細には蒸着ベースの薄膜堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
シャドーマスクベースの堆積は、堆積プロセス自体の間に堆積した材料が必要に応じてパターンニングされるように、材料を基板の表面に堆積させるプロセスである。これは、パターンニングされた材料の層を「直接パターンニングする」と称されることがよくある。
【０００４】
典型的なシャドーマスク堆積プロセスでは、目的の材料は、基板から少し離れたところにある供給源で気化する。材料の気化原子が基板に向かって移動するとき、それらは、基板表面の直前に位置しているシャドーマスクを通過する必要がある。シャドーマスクには、（シルクスクリーン又はアートステンシルと同様に）基板上の材料に適したパターンの配置と一致する配置（開口部）がある。その結果、気化原子は、開口部のみを通過して基板表面に堆積する。
【０００５】
シャドーマスクベースの堆積は、部分的には、材料層を堆積した後に材料層をパターニングする必要性を回避するという事実により、長年にわたり基板上に材料のパターンを堆積するために集積回路（ＩＣ）業界で使用されている。その結果、堆積した材料をパターニングするために、酸をベースにしたエッチング液、腐食性のフォトリソグラフィ現像薬品などのような厳しい化学薬品に、堆積した材料を晒す必要がなくなる。さらに、その使用はまた、基板を受ける必要がある取扱い及び追加の処理の量を減らし、それによって基板の破損を減らし、製造歩留まりを向上させる可能性がある。有機材料のような多くの材料にとって、シャドーマスクによるパターニングは、これらの材料がフォトリソグラフィ化学薬品に晒されることができないので、事実上必要である。
【０００６】
残念なことに、シャドーマスク堆積によって得られる表面形状分解能は、「フェザリング」と呼ばれる、シャドーマスクを通過した後に堆積材料が横方向に広がる傾向があるために減少する。その結果、重要な表面形状は、それらの間の比較的広い領域の解放空間によって分離されなければならない。多くの用途では、これは、得ることができる全体的なデバイス解像度の密度を制限している。
【０００７】
例えば、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイは、発光材料がフォトリソグラフィ又はエッチングを受けることができないため、シャドーマスクベースに基づく発光材料の堆積を必要とする。フルカラーＡＭＯＬＥＤディスプレイの場合、各ディスプレイ画素には、発光材料の「サブ画素」と呼ばれる複数の領域があり、各々が異なる色を発する。しかしながら、フェザリングの問題のため、堆積された材料が重ならないようにするために、これらのサブ画素領域間に比較的大きな安全マージンギャップを含まなければならない。場合によっては、これらのギャップは、特にヘッドマウントディスプレイなどの目の近くのアプリケーションで見た場合に、望ましくない光学的アーティファクトを引き起こすサブ画素自体とほぼ同じ大きさである必要がある。したがって、従来技術のＡＭＯＬＥＤディスプレイは、通常、約６００ピクセル／インチ（ｐｐｉ）以下に制限されており、これは、目に近い拡張現実及び仮想現実のアプリケーションを含む多くの用途にとって不十分である。さらに、サブ画素間に大きなギャップが必要になると、画素フィルファクターが低下し、ディスプレイの明るさが低下する。結果として、有機層を通る電流密度は、所望の輝度を提供するために増加されなければならず、それは、ディスプレイ寿命を減少させる可能性がある。
【０００８】
別の方法は、ディスプレイ自体の活性領域と同じ大きさの開口部を有するシャドーマスクを使用して、ディスプレイ全体にわたってモノクロの白色発光有機層を堆積し、次いでＯＬＥＤの上部に赤、緑及び青のカラーフィルタをパターニング又は堆積することである。これらのカラーフィルタは、（カラーフィルタに応じて）スペクトルの赤、緑又は青の部分を除いて、放出された白色光をすべて吸収し、フルカラー画像を作成することができる。しかし、これらのカラーフィルタは、放出された光の最大８０％を吸収し、ディスプレイの輝度を著しく低下させるため、やはり望ましい駆動電流を超える電流での動作が必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
基板上に材料の高解像度パターンを直接パターニングするのに適したプロセスの必要性は、従来技術において未だ満たされていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板上にパターン化された材料層を高解像度で直接堆積することを可能にする。本発明の実施形態は、気化原子の伝播角度を基板の表面に垂直な方向の周りの狭い範囲にフィルタリングする。その結果、シャドーマスクの表面形状（フィーチャー）の横方向寸法の外側に堆積した材料がフェザリングするのが軽減される。本発明の実施形態は、有機発光材料などの感光性材料の堆積における使用に特によく適している。実施形態はまた、包装用途、集積回路処理用途などにおける他の薄膜層及び厚膜層の堆積にもよく適している。
【００１１】
本発明の例示的な実施形態は、シャドーマスクの開口パターンを通過した後に材料が基板の表面上に堆積するように材料が供給源で気化される直接パターニング堆積システムである。シャドーマスクに到達する前に、気化原子は、基板表面に垂直である方向に近い伝播角度を有するもの以外のすべての気化原子を遮蔽するコリメータを通過する。結果として、開口部とそれらのそれぞれの堆積材料領域との間の横方向のずれは、従来技術と比較して減少する。
【００１２】
コリメータは、縦横アスペクト比が高い複数のチャネルを含み、チャネルの長手方向の軸は、法線方向と実質的に整列している。その結果、法線に近い方向以外の方向に沿って移動するこれらの気化原子は、チャネルの内壁によって遮蔽される。
【００１３】
ある実施形態では、供給源は、基板表面全体が同時に気化材料を受け取るように、気化原子の円錐形の蒸気プルームを提供するように寸法設定され配置されている。これらの実施形態のいくつかにおいて、堆積材料の厚さの均一性が基板表面の二次元領域にわたって改善されるように、供給源は、経路に沿って移動される。
【００１４】
いくつかの実施形態では、供給源は、扇形の蒸気プルームを放出する線状供給源であり、線状供給源は、その長手方向の軸と整列していない方向に沿って移動する。これらの実施形態のいくつかにおいて、供給源は、供給源の長手方向の軸と法線方向の両方に実質的に直交する方向に沿って移動される。これらの実施形態のいくつかにおいて、供給源は、非線形経路に沿って移動する。
【００１５】
ある実施形態では、供給源は、複数の個々のノズルを備え、各ノズルは、基板表面の領域にわたって実質的に均一な気化原子の流れを集合的に提供するようにそれぞれ円錐形の蒸気プルームを放出する。
【００１６】
ある実施形態では、供給源は、加熱されたときに有機材料が供給源の平面にわたって均一に気化するように、基板と平行に対向して配置された二次元平面供給源である。ある実施形態では、基板表面の二次元領域にわたる堆積材料の厚さ均一性を改善するために、供給源とシャドーマスクとの間の相対運動が提供される。
【００１７】
本発明の一実施形態は、基板の堆積領域の複数の堆積部位に第１の材料を堆積し、前記複数の堆積部位が第１の配置で配置されているシステムであって、
前記第１の材料の第１の複数の気化原子を供給するための供給源であって、その第１の複数の気化原子の各々が、前記基板によって画定される第１の平面に対して垂直な第１の方向に対する伝搬角度によって特徴づけられる伝搬方向に沿って伝搬し、前記第１の複数の気化原子の伝搬角度の範囲が第１の角度範囲に及ぶ、供給源と、
前記第１の配置で配置された複数の開口部を含むシャドーマスクと、
複数のチャネルを含み、前記供給源と前記シャドーマスクとの間にあるコリメータであって、その複数のチャネルの各々が、前記第１の角度範囲より小さい第２の角度範囲内の伝播角度を有する気化原子のみを通過させるように寸法設定され配置されている、コリメータと、
を備えるシステムである。
【００１８】
本発明の他の実施形態は、基板の堆積領域内の複数の堆積部位に第１の材料を堆積し、前記複数の堆積部位が第１の配置で配置されているシステムであって、
複数の気化原子を提供するように動作可能な供給源であって、その複数の気化原子の各々が、伝播角度を規定する伝播方向に沿って移動し、前記複数の伝播角度が第１の角度範囲に及ぶ、供給源と、
前記第１の配置に配置された複数の開口部を含むシャドーマスクであって、前記シャドーマスク及び前記複数の堆積部位が、前記第１の角度範囲よりも小さい許容角度範囲を集約的に規定する、シャドーマスクと、
前記供給源と前記シャドーマスクとの間に位置するコリメータであって、前記コリメータが、複数のチャネルを含み、その複数のチャネルの各々が、前記許容角度範囲以下のフィルタリング角度範囲を規定する縦横アスペクト比を有する、コリメータと、
を備える、システムである。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態は、
基板に第１の配置で配置された複数の堆積部位上に第１の材料を堆積する方法であって、
供給源と、前記第１の配置で配置された複数の開口部を有するシャドーマスクとの間に位置するコリメータで第１の複数の気化原子を受け取る段階であって、前記第１の複数の気化原子が、第１の範囲の伝搬角度によって特徴付けられる、段階と、
前記コリメータを通して第２の複数の気化原子を前記シャドーマスクに選択的に通過させる段階であって、前記第２の複数の気化原子が、前記第１の範囲の伝播角度よりも狭い第２の範囲の伝播角度によって特徴付けられている段階と、
前記第２の複数の気化原子の少なくとも一部が前記複数の開口部を介して前記基板に堆積することを可能にする段階と、
を含む、堆積する方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術による直接パターニング堆積システムの顕著な特徴の断面の概略図を示す。
【図２】本発明の例示的な実施形態による、高精度直接パターニング堆積システムの顕著な特徴の断面の概略図を示す。
【図３】例示的な実施形態による、基板上に直接パターンニングされた材料の層を堆積するための方法の動作を示す。
【図４】基板１０２の画素領域及びシャドーマスク１０６の対応する開口部１２０の概略拡大図を示す。
【図５Ａ】例示的な実施形態によるコリメータの概略断面図を示す。
【図５Ｂ】コリメータ２０８の領域の概略上面図を示す。
【図５Ｃ】コリメータ２０８の領域の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、従来技術による直接パターニング堆積システムの顕著な特徴の断面の概略図を示す。システム１００は、基板の前に位置するシャドーマスクを通して材料を気化させることによって基板上に材料の所望のパターンを堆積させる従来の蒸着システムである。システム１００は、低圧真空チャンバ（図示せず）内に配置された供給源１０４及びシャドーマスク１０６を含む。
【００２２】
基板１０２は、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイの形成に適したガラス基板である。基板１０２は、平面１０８と法線軸１１０とを画定する表面１１４を含む。法線軸１１０は、平面１０８と直交する。表面１１４は、緑色光を放射する材料を受容するための複数の堆積部位Ｇ、青色光を放射する材料を受容するための複数の堆積部位Ｂ、及び、赤色光を放射する材料を受容するための複数の堆積部位Ｒを含む。堆積部位は、各画素領域が各色の発光材料のための１つの堆積部位を含むように、複数の画素領域１１２に配置される。
【００２３】
供給源１０４は、基板１０２に対して中心にある材料１１６を気化させるための坩堝であり、材料１１６は、赤色光を放射する有機発光材料である。材料１１６が真空チャンバの低圧雰囲気内で溶融又は昇華すると、供給源１０４は、供給源から実質的に弾道的に基板１０２に向かって伝播する気化原子１２２を放出する。供給源１０４から放出された気化原子は、集合的に蒸気プルーム１２４を画定する。
【００２４】
シャドーマスク１０６は、開口部１２０を含む構造材料のプレートである。シャドーマスクは、ほぼ平らで、平面１１８を定義する。シャドーマスクは、それがその開口部を通過するものを除くすべての気化原子の通過を遮蔽するように、供給源１０４と基板１０２との間に位置する。シャドーマスク及び基板は、分離距離ｓ（典型的には数十又は数百ミクロン）によって分離され、平面１０８及び１１８は、実質的に平行であり、開口部１２０は、堆積部位Ｒと整列している。
【００２５】
理想的には、赤色発光材料１１６を堆積するとき、気化原子は、堆積部位Ｒにのみ入射する。残念なことに、蒸気プルーム１２４は、多くの異なる伝播方向１２６に沿って移動する気化原子を含み、それらの多くは、法線軸１１０の方向と整列していない。結果として、開口部１２０を通過する気化原子の大部分は、大きな横方向成分を有する伝播方向に沿って移動している。各気化原子が表面１１４に入射する点は、その伝播角度及び基板とシャドーマスクとの間の空間的関係、具体的には間隔ｓ及び開口部１２０と堆積部位Ｒとの位置関係によって幾何学的に決定される。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的のために、用語「伝播角度」は、基板１０２の平面１０８に垂直な方向（すなわち、法線方向１２８、これは法線軸１１０と一致する）に関する気化原子の伝播方向によって生成される角度として定義される。例えば、気化原子１２２は、伝播方向１２６に沿って移動し、それは、法線方向１２８に対して伝播角度θpを生成する。
【００２６】
蒸気プルーム１２４の気化原子の伝播角度は、−θｍから＋θｍの比較的広い角度範囲に及び、これは、従来技術の直接堆積システムにとって重大な不都合をもたらす。特に、それは、開口部１２０の周囲の外側の表面１１４上に材料１１８を堆積させることになり、これは一般に「フェザリング」と呼ばれる。さらに、開口部でのフェザリングの量は、基板１０２の中心からのその開口部の距離とともに増加する。
【００２７】
蒸気プルーム１２４の中心近くに位置する開口部の場合、シャドーマスク１０６に到達する気化原子１２２は、比較的小さい角度範囲内の伝播角度を有する。すなわち、それらは、法線軸１１０と僅かにずれた方向に沿って移動している。その結果、これらの開口部を通過する気化原子は、シャドーマスクを通過した後に最小の横方向ドリフト（フェザリング）しか発生しない。したがって、この領域では、堆積材料１１６の横方向の広がりは、通常、開口部１２０の縁部とほぼ一直線に並ぶ（すなわち、それは主に目標堆積部位Ｒに堆積する）。
【００２８】
しかしながら、蒸気プルーム１２４の中心からさらに離れた開口部については、シャドーマスク１０６に到達する気化原子は、比較的広い角度範囲に広がり、｜θｍ｜に近い伝播角度を含む。その結果、これらの領域では、シャドーマスクを通過した後に気化原子が移動した横方向の距離が大きくなり、開口部の横方向の範囲を遥かに超えて堆積した材料がぼやけてしまう。これにより、開口部開口の縁部と材料１１６が堆積する領域の周囲との間に横方向のオフセットδｆが生じる。したがって、堆積した材料は、ターゲット堆積部位の範囲を超えて広がる。場合によっては、そのようなフェザリングは、異なる発光材料を意図した隣接する堆積部位（すなわち、堆積部位Ｂ及び／又はＧ）上への材料の堆積をもたらし、それによって混色を引き起こす可能性がある。
【００２９】
面１０８及び１１８の平行度からのずれ（すなわち、マスクと基板との間の相対的なピッチ及び／又は偏揺れ）、シャドーマスク及び／又は基板の非平坦性、及びシャドーマスクと基板との間の並進及び／又は回転のずれ等の、シャドーマスクと基板との間のあらゆる追加の不整合によってフェザリングが悪化することに留意されたい。さらに、多くの従来技術の堆積システム（例えば、複数の材料を堆積するためのシステムなど）では、供給源１０２は、基板から中心を外れて位置し、これは、さらに大きなフェザリングの問題をもたらす。
【００３０】
しかしながら、望ましいよりも大きい伝播角度を有する気化原子がシャドーマスク１０６に到達するのを阻止することは、フェザリングを著しく低減し、それによって、シャドーマスクの開口パターンに対してより高い解像度及び忠実度を有する堆積材料のパターンを可能にすることができる。
【００３１】
図２は、本発明の例示的な実施形態による、高精度直接パターニング堆積システムの顕著な特徴の断面の概略図を示す。システム２００は、真空チャンバ２０２、基板チャック２０４、供給源１０４、シャドーマスク１０６、マスクチャック２０６、コリメータ２０８及び位置決めシステム２１０を含む。システム２００は、フォトリソグラフィ及びエッチングなどの後続の減法パターニング作業を必要とせずに、基板表面上に所望の材料パターンを気化させるように動作する。
【００３２】
システム２００は、本明細書では、ＡＭＯＬＥＤディスプレイの製造の一部としてのガラス基板上への発光材料のパターンの堆積に関して説明される。しかしながら、本明細書を読んだ後、本発明が、半導体基板（シリコン、シリコンカーバイド、ゲルマニウムなど）、セラミック基板、金属基板、プラスチック基板などの幅広い基板の何れかにおける、実質的に任意の薄膜及び厚膜材料（有機又は無機）の直接パターンニング層の形成に向けられ得ることは当業者にとって明らかであろう。さらに、例示的な実施形態が熱蒸着システムであるが、当業者は、本明細書を読んだ後に、本発明が電子ビーム蒸着、スパッタリングなどの実質的にあらゆる材料堆積プロセスに向けられ得ることを認識するであろう。さらにまた、図示の例が単一基板平面処理での使用に適した堆積システムであるが、本発明は、クラスタツール処理、トラック処理、ロールツーロール処理、リールツーリール処理などの他の製造方法での使用にも適している。結果として、本発明は、限定はしないが、パッケージング用途、ＩＣ製造、ＭＥＭＳ製造、ナノテクノロジーデバイス製造、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）製造などを含む無数の用途での使用に適している。
【００３３】
真空チャンバ２０２は、材料１１６の気化を支援する低圧雰囲気を提供するように動作する従来の圧力容器である。真空チャンバ２０２は、独立型ユニット、クラスタ堆積システムの一部、又は、複数の蒸発チャンバが直線状に配置されているトラック堆積システムの一部とすることができることに留意されたい。ある実施形態では、真空チャンバ２０２は、例えば、異なる色（例えば、赤、緑、青など）で発光する複数の発光サブ画素のような異なる材料の異なるパターンの形成を可能にするいくつかの蒸発源／シャドーマスクの組み合わせを含む。
【００３４】
図３は、例示的な実施形態による、基板上に直接パターンニングされた材料の層を堆積するための方法の動作を示す。方法３００は、引き続き図２を参照しながら、図４及び図５Ａから図５Ｃと共に本明細書で説明される。方法３００は、コリメータ２０８がコリメータチャック２１０に取り付けられる工程３０１から始まる。
【００３５】
コリメータ２０８は、以下により詳細に説明されるように、また図５Ａから図５Ｃに関して説明されるように、薄い壁によって分離された複数のチャネルを備える機械的に頑丈なプレートである。コリメータ２０８は、平面１０８にほぼ垂直な方向に沿って伝播する気化原子を選択的に通過させる（すなわち、非常に小さい伝播角度を有する）空間フィルタとして機能するように寸法設定され配置されている。したがって、コリメータ２０２は、基板１０２の全体にわたるフェザリングを軽減する。
【００３６】
コリメータチャック２１０は、シャドーマスク１０６に対してコリメータを保持し位置決めするための環状クランプ機構である。
【００３７】
工程３０２では、シャドーマスク１０６は、マスクチャック２０６に装着される。
【００３８】
マスクチャック２０６は、供給源１０６と基板１１６の間にシャドーマスク１０６を位置させる機械的クランプである。ある実施形態において、マスクチャック２０６は、基板チャック２０４に類似した静電チャックである。通常、シャドーマスク１０６は、その周囲でのみサポートされる。その結果、従来技術のシャドーマスクは、重力下で垂れ下がる傾向がある。このような垂れ下がりは、中央でマスクと基板との間の間隔を局所的に増加させるため、この領域でのフェザリンリを悪化させる。ある実施形態では、マスクチャック２０６は、重力によるシャドーマスクの垂れ下がりを弱めるようにシャドーマスクを上方に偏らせる僅かな湾曲（例えば、上向きの傾斜）を含む。ある実施形態では、微細支持構造は、マスクチャック２０６の開口部を横切って延びてマスクを支持し、重力の垂れ下がりを減少させることができる。
【００３９】
工程３０３において、基板１０２は、基板チャック２０４に装着される。
【００４０】
基板チャック２０４は、基板が非常に平らになるように基板１０２を固定するためのプラテンである。基板チャック２０４は、基板の他方の面への材料の堆積との干渉を軽減するために、一方の面（前面又は背面のいずれか）からのみ基板１０２に接触するように寸法設定され配置されている。図示の例では、基板チャック２０４は、基板１０２を定位置に静電的に「クランプ」するために誘電体の両端に電圧を印加する静電チャックである。ある実施形態では、基板チャック２０４は、基板の両側から、真空、機械的クランプなどの様々な手段を用いて基板を固定する。ある実施形態において、基板チャック２０４は、位置決めシステム２１２と共に動作して、基板１０２とシャドーマスク１０６との間の間隔及び平行度を制御するインサイチュギャップセンサを含む。
【００４１】
工程３０４において、基板１０２、シャドーマスク１０６及びコリメータ２０８の相対位置は、位置決めシステム２１２によって制御される。
【００４２】
位置決めシステム２１２は、基板１０２、供給源１０４、シャドーマスク１０６及びコリメータ２０８の相対位置を制御するためのシステムである。位置決めシステムは、３つの６軸マニピュレータと、基板１０２とシャドーマスク１０６との間の位置合わせを制御するための光学アライメントシステムとを備えている。６軸マニピュレータの各々は、基板チャック２０４、マスクチャック２０６及びコリメータチャック２１０の各々と動作可能に接続されて、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の各々に沿ったその位置及びその周りの回転を制御する。ある実施形態では、マスクチャック２０６及びコリメータチャック２１０の少なくとも一方の位置は、６軸ポジショナーによって制御されない。ある実施形態では、位置決めシステム２１２はまた、基板１０２とシャドーマスク１０６との相対回転アライメントを制御するための回転ステージを含む。
【００４３】
動作３０４において、位置決めシステム２１２は、堆積領域２１６内の堆積部位Ｒが開口部１２０と位置合わせされ、平面１０８及び１１８が平行であり、基板とシャドーマスクとの間の間隔ｓが、可能な限りゼロに近づくように（すなわち、接触している）、好ましくは数ミクロン以内（例えば、１〜５ミクロン）になるように基板及びシャドーマスクを配置する。ある実施形態では、ｓは、他の適切な分離距離である。
【００４４】
工程３０５において、供給源１０４は、蒸気プルーム１２４を生成する。図１に関して上で説明したように、蒸気プルーム１２４の気化原子の伝播角度は、−θｍから＋θｍの比較的広い角度範囲に及ぶ。
【００４５】
図１に関して上述したように、基板１０２とシャドーマスク１０６との間の横方向及び回転方向の位置合わせ、それらの間の間隔ｓ、及びシャドーマスクに入射する気化原子の伝播角度の範囲θｐは、基板の表面１１４で生じるフェザリングの量を決定する。
【００４６】
図４は、基板１０２の画素領域及びシャドーマスク１０６の対応する開口部１２０の概略拡大図を示す。図に示すように、開口部１２０と堆積部位Ｒへの材料の堆積との間の完全な忠実度のために、シャドーマスク１０６を通過した気化原子の伝播角度は、−θａから＋θａの許容範囲内でなければならない。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的において、用語「許容角度範囲」は、シャドーマスクを通過することが望まれる伝播角度の範囲として定義され、これは、−θａから＋θａの角度範囲に及ぶ。通常、許容角度範囲は、開口部１２０を通過した後に材料１１６が堆積部位Ｒにのみ堆積することを可能にする角度の範囲である。ある実施形態では、許容可能な角度範囲は、最も近い堆積部位間の間隔の半分未満であるフェザリングを可能にするために堆積部位の周りの小さな保護帯を含む。この範囲外の伝播角度を有するシャドーマスクに入射する気化原子は、堆積部位Ｒの横方向範囲を超えて表面１１４上に堆積する。
【００４７】
工程３０６において、蒸気プルーム１２４は、コリメータ２０８によってフィルタリングされて蒸気塔２１４を生じさせる。
【００４８】
図５Ａは、例示的な実施形態によるコリメータの概略断面図を示す。コリメータ２０８は、本体５０２を含み、本体５０２は、複数のチャネル５０４を形成するようにパターンニングされ、各チャネルは、本体５０２の厚さにわたって延びる。
【００４９】
本体５０２は、平面加工に適したガラスプレートである。図示の例では、本体５０２は、約２５ミリメートル（ｍｍ）の厚さを有する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の実用的な厚さを使用することができる。ある実施形態では、本体５０２は、著しい変形なしに熱及び／又は電子ビーム蒸発に関連する温度に耐えるのに適した構造的に剛性な様々な材料を含む。本体５０２に使用するのに適した材料には、半導体（例えば、シリコン、炭化ケイ素など）、セラミック（例えば、アルミナなど）、複合材料（例えば、炭素繊維など）、ガラス繊維、プリント回路基板、金属、ポリマー（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）など）などが含まれる。
【００５０】
チャネル５０４は、金属成形、穿孔、放電加工、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）などの従来の加工作業を用いて本体５０２に形成された貫通孔である。図示の例では、チャネル５０４は、直径約３ｍｍの円形断面を有する。したがって、チャネル５０４は、約８：１の縦横アスペクト比を有する。縦横アスペクト比は、３：１以上であることが好ましい。さらに、縦横アスペクト比が１００：１を超えると、コリメータを通過する気化原子の流れが望ましくないレベルまで減少し始める。しかしながら、１００：１を超える縦横アスペクト比は、本発明の範囲内である。ある実施形態において、チャネル５０４は、円形以外の断面形状（例えば、正方形、長方形、六角形、八角形、不規則など）を有する。
【００５１】
チャネル５０４の形成は、チャネル間に存在する複数の壁５０６を生じさせる。好ましくは、高い処理能力を可能にするために、本体５０２の構造的完全性を犠牲にすることなく壁５０６をできるだけ薄くする。図示の例では、壁５０６は、約５００ミクロンの平均厚さを有する。ただし、壁５０６には、実用的な厚さを使用できる。
【００５２】
図５Ｂ及び図５Ｃは、コリメータ２０８の領域の概略上面図及び概略断面図をそれぞれ示す。チャネル５０６は、列が周期的であり、隣接する列がそれらの隣の列から半周期ずれているハニカム配置で配置されている。ある実施形態では、チャネルは、二次元周期的、六方最密充填、ランダムなど、様々な配置で配置される。
【００５３】
図５Ｃに示されるように、チャネル５０４のアスペクト比は、フィルタリングされた角度範囲を規定する。添付の特許請求の範囲を含む本明細書の目的において、用語「フィルタリングされた角度範囲」は、コリメータ２０８を通過するであろう伝播角度の範囲として定義され、それは−θｃから＋θｃの角度範囲に及ぶ。その結果、｜θc｜よりも大きい伝播角度を有する気化原子は、コリメータで遮られる。
【００５４】
当業者であれば、本体５０２、チャネル５０４及び壁５０６について上で提供された寸法が単なる例示であり、本発明の範囲から逸脱することなく他の寸法を使用できることを理解するであろう。
【００５５】
工程３０７において、開口部１２０は、堆積領域２１６内の堆積部位Ｒに堆積するように、蒸気柱２１４の気化原子を通過させる。
【００５６】
任意の工程３０８において、位置決めシステム２１２は、コリメータ２０８に運動を与えて、蒸気柱２１４の横方向範囲にわたる気化原子密度の均一性を改善し、それによって基板１０２上の堆積部位にわたる堆積均一性を改善する。ある実施形態では、位置決めシステム２１２は、コリメータ２０８に振動運動を与えるように動作する。
【００５７】
例示的な実施形態では、その坩堝の開口面積が基板１０２の面積よりもかなり小さいので、供給源１０４が、実質的に材料１１６の点供給源であることに留意されたい。
【００５８】
任意の工程３０９において、位置決めシステム２１２は、堆積の均一性を向上させるために、基板に対してｘ−ｙ平面内で供給源１０２を移動させる。
【００５９】
ある実施形態では、供給源１０４は、気化原子の扇形の蒸気プルームを放出する複数のノズルを含む線形蒸発源である。ある実施形態では、位置決めシステム２１２は、基板１０２上に堆積された材料の均一性を向上させるために、ｘ−ｙ平面内でその長手方向の軸と整列していない方向に沿って線形供給源を移動させる。ある実施形態では、この経路は、ノズルの線形配置と法線軸１１０との両方に実質的に直交する線である。ある実施形態では、線形供給源は、ｘ−ｙ平面内の非線形経路に沿って移動する。
【００６０】
ある実施形態では、供給源１０４は、ノズルの二次元配置を含み、複数のノズルが、基板表面の領域にわたって実質的に均一な気化原子の流れを集合的に提供するように、ノズルの各々は、円錐形の蒸気プルームを放出する。ある実施形態では、位置決めシステム２１２は、堆積の均一性を促進するためにノズルの二次元配列を移動させる。ある実施形態では、堆積の均一性を促進するために、ノズルの二次元配置が面内で回転される。
【００６１】
ある実施形態では、供給源１０４は、その上面にわたって分布している材料の層１１６を含む二次元平面供給源である。供給源は、この上面が基板１０２と平行で対面するように配置されている。加熱すると、材料１１６は、平面全体で均一に気化する。本発明の実施形態で使用するのに適した例示的な平面蒸発源は、Ｔｕｎｇらによる「新規な平面蒸発技術を使用することによるＯＬＥＤ製造」（Ｉｎｔ．  Ｊ．  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｅｎｅｒｇｙ，  Ｖｏｌ．  ２０１４（１８），  ｐｐ．  １−８  （２０１４））によって開示され、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００６２】
ある実施形態では、材料１１６が表面１１４の二次元領域にわたって堆積する均一性を向上させるために、位置決めシステム２１２は、基板／マスクの組合せと供給源との少なくとも１つを動かすことによって、供給源１０４と、基板１０２とシャドーマスク１０６との組合せとの間に相対移動を与える。
【００６３】
本明細書が、本発明による幾つかの実施形態を教示しているだけであり、本明細書を読んだ後に当業者によって本発明の多くの変形例が容易に考案され得、本発明の範囲が以下の特許請求の範囲によって決定されるべきであることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００６４】
１００  システム
１０２  基板
１０４  供給源
１０６  シャドーマスク
１０８  平面
１１０  法線軸
１１２  画素領域
１１４  表面
１１６  材料
１１８  平面
１２０  開口部
１２２  気化原子
１２４  蒸気プルーム
１２６  伝播方向
２００  システム
２０２  真空チャンバ
２０４  基板チャック
２０６  マスクチャック
２０８  コリメータ
２１０  コリメータチャック
２１２  位置決めシステム
２１４  蒸気柱
２１６  堆積領域
５０２  本体
５０４  チャネル
５０６  壁
【図１】
2019516865.tif 000003
【図２】
2019516865.tif 000004
【図３】
2019516865.tif 000005
【図４】
2019516865.tif 000006
【図５Ａ】
2019516865.tif 000007
【図５Ｂ】
2019516865.tif 000008
【図５Ｃ】
2019516865.tif 000009
【国際調査報告】
2019516865.tif 000010
2019516865.tif 000011