(57)【要約】【課題】熱的に不安定な／変化しやすい材料のパターン蒸着を可能とする被覆蒸着システムを提供する。【解決手段】システム１０は、基板１４に圧縮流体からパターン蒸着を形成する。供給システム１２は、基板１４を保持する制御環境３０と協働し、供給システム１２より流体供給経路１３を介して沈殿機能材料を受ける。マスク２２は、パターン蒸着を基板１４上に形成するために、基板１４に極めて近接して配置される。【選択図】図１
2004190131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、
圧縮状態にある機能材料を制御して供給し、前記機能材料を沈殿機能材料に転換するための手段と、
前記沈殿機能材料を受けるための制御環境であって、前記制御環境は少なくとも１つのシャドウマスクを有する前記基板を、荷電された沈殿機能材料の前記パターン蒸着に露出する制御環境と、
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、圧縮流体からの蒸着に関し、より詳細には、圧縮流体から適当な基板上への、マスクを用いたパターン蒸着に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上への材料のパターン蒸着を可能にするプロセスは様々に適用されており、特に、超小型電子回路産業において適用されている。電子回路の微細加工は、様々な電気的性質を有する多数の機能材料の多層パターンを作製する能力に頼っている。これらの多層パターンの作製に用いられる技術は、追加式、除去式、またはこれら２つの組み合わせである。追加式の技術は、機能材料を所望のパターンで基板に蒸着する。すなわち、パターンは、蒸着／積層プロセスの間に、基板に直接生成される。他方では、除去式のプロセスは、まず機能材料の連続層を基板に作製する。続いて、蒸着層から選択的に機能材料を除去することによって、所望のパターンを作製する。すなわち、パターンは、蒸着／積層プロセスの後に作製される。微細加工産業において使用されるさまざまなパターン蒸着／積層プロセスの詳細な説明は、アイボー  ブローディー（Ivor Brodie）およびジュリアス  ジェイ  ムーレイ（Julius J. Murray）による、“The Physics of Micro/Nano-Fabrication”（プレナムプレス（Plenum Press）、ＮＹ、１９９２年）に見出すことができる（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の微細加工プロセスは、特定の適用に応じて、追加式および除去式プロセスのいずれかまたは両方を利用し、一般的に、高真空（低圧）環境で実行される。高真空プロセスは、一般的に、加熱またはイオンボンバードメントによる機能材料の蒸発、およびそれに続く凝縮または化学反応による基板への蒸着を含む。これらの蒸着プロセスにおいては、機能材料は、熱的に安定していること、または、化学反応によって機能材料を基板に生成することができる、熱的に安定した先駆物質を有すること、が必要とされる。当業者が認識するように、これらのプロセスは、熱的に不安定な材料のパターン層の生成には有用でない。
【０００４】
更に当業者は、パターン蒸着においては、マスク技術の使用が一般的であることを認識するであろう。通常は、平面基板表面へのパターニングに用いられるマスクは、フォトレジスト材料である。しかしながら、表面が非平面である場合、フォトレジスト材料の蒸着と洗浄除去に困難が生じることがあり、シャドウマスクまたはステンシルの使用を余儀なくさせている。例えば、米国特許第４，２１８，５３２号（特許文献１）、“Photolithographic Technique For Depositing Thin Films”（１９８０年８月１９日、ダンクルバーガー（Dunkleberger）に対し発行）において、鉛合金などの金属の薄膜を、所定のパターンで作られたマスクの開口を通して、真空蒸着により基板上にパターン蒸着するための方法が開示されている。この開発の短所は、熱的に不安定な材料は真空蒸着に適さないため、そのような材料のパターン蒸着には、使用できないことである。
【０００５】
米国特許第４，０１３，５０２号（特許文献２）、“Stencil Process For High Resolution Pattern Replication”（１９７７年３月２２日、ステープルズ（Staples）に対し発行）において、ステンシルを用いて高解像度パターン複製を得るためのプロセスが開示されている。ステープルズのステンシルは、ステンシルの開口を通して基板上に薄膜の分子線蒸着を行うマスクである。この蒸着プロセスにおいては、分子線の源は電子線蒸発器である。ダンクルバーガーの開発と同様に、ステープルの技術の短所は、電子線蒸発器を使用した蒸発に適さない、熱的に不安定な材料のパターン蒸着には、使用できないことである。
【０００６】
更に、熱的に不安定な材料の、基板へのパターン蒸着は、電気メッキ、電気泳動、沈殿、または回転被覆等の液相プロセスにより達成できることが周知であるが、これらのプロセスは、システムに固有のものである。例えば、電気メッキの場合は、機能材料先駆物質の、電気化学的に活性状態の溶液が利用可能である必要がある。沈殿または回転被覆の場合は、安定したコロイド分散系が必要である。電気泳動の場合はまた、安定したコロイド分散系を荷電させる必要がある。多層構造の微細加工は、通常、複数の段階を必要とし、各段階の終わりに残留液体／溶媒の完全な除去を必要とするため、多大なエネルギー、時間、およびコストを必要とする。更に、これらの液体ベースのプロセスの多くは、非水溶性の液体／溶媒の使用を必要とするが、これらは健康に有害であり、その廃棄には法外な費用がかかる場合がある。例えば、米国特許第５，５４５，３０７号（特許文献３）、“Process For Patterned Electroplating”（１９９６年８月１３日、ドス（Doss）らに対し発行）において、基板１４上にマスクを通して金属のパターン電気メッキを行うためのプロセスが開示されている。しかしながら、ドスらのプロセスは、少なくとも２つの大きな短所を有する。第１に、電気化学的に活性状態の先駆物質を有する材料にのみ適用可能である。第２に、水溶性の電気メッキ槽をプロセスに使用しており、被覆プロセスの終わりに、被覆された基板の洗浄と乾燥を必要としている。
【０００７】
更に、乾燥を必要とする潜在的に有害な溶媒の必要性を排除するために、環境および健康に優しい二酸化炭素等の超臨界流体を、溶媒として使用可能であることが周知である。例えば、米国特許第４，７３７，３８４号（特許文献４）、“Deposition of Thin Films Using Supercritical Fluids”（１９８８年４月１２日、マーシー（Murthy）らに対し発行）においては、超臨界流体に溶解可能な材料の薄膜を、基板上に蒸着するためのプロセスが開示されている。マーシーらは、基板を、超臨界温度および圧力において、水または無極性の有機溶媒に溶解させた金属またはポリマーからなる溶液に露出する工程を含んでいる。金属またはポリマーは、臨界未満の条件下では、実質的には溶媒に溶解せず、臨界超過の条件下では、実質的に溶媒に溶解する。圧力のみ、または温度と圧力の両方を、臨界未満の値まで減少させると、基板上に金属またはポリマーの薄い被覆の蒸着が生じる。それにもかかわらず、マーシーらのプロセスは、その適用性が圧縮流体に溶解可能な材料に限定されているという短所を有し、これは、この技術を用いて基板に蒸着可能な材料の選択を、極度に制限している。マーシーらのプロセスの他の短所は、機能材料をパターン蒸着するためのプロセスを教示していないことである。
【０００８】
米国特許第４，５８２，７３１号（特許文献５）、“Supercritical Fluid Molecular Spray Film Deposition and Powder Formation”（１９８６年４月１５日、スミス（Smith）に対し発行）、および米国特許第４，７３４，２２７号（特許文献６）、“Method of Making Supercritical Fluid Molecular Spray Films, Powder, and Fibers”（１９８８年３月２９日、スミス（Smith）に対し発行）においては、固体材料を高圧で超臨界流体溶液に溶解することによって基板に固体膜を形成するための、独立したプロセスが開示されている。両方の場合において、超臨界流体溶液は、比較的短いオリフィスを有する加熱されたノズルを通して、比較的低圧の領域において急速に膨張する。前述した両方のスミスのプロセスは、上述したものと同様の短所を有する。すなわち、これらは圧縮流体に溶解可能な材料にのみ適用可能であり、また、パターン蒸着のためのプロセスも教示していない。
【０００９】
従って、この技術においては、熱的に不安定な／変化しやすい材料のパターン蒸着を可能とし、高価でかつ環境および人の健康の両方に有害な溶媒の使用を排除するパターン蒸着システムの必要性が存続する。また、溶媒を除去するための蒸着後の乾燥の必要性を排除するパターン蒸着システムの更なる必要性が存在する。その上、広範囲の機能材料に適用可能であり、かつ、機能材料に特有の性質に限定されないパターン蒸着技術の更なる必要性も存在する。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，２１８，５３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，０１３，５０２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５４５，３０７号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７３７，３８４号明細書
【特許文献５】米国特許第４，５８２，７３１号明細書
【特許文献６】米国特許第４，７３４，２２７号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００２／０１１８２４５Ａ１号明細書
【非特許文献１】アイボー  ブローディー（Ivor Brodie）、ジュリアス  ジェイ  ムーレイ（Julius J. Murray）著，“The Physics of Micro/Nano-Fabrication”，（米国ニューヨーク），プレナムプレス（Plenum Press），１９９２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、熱的に不安定な／変化しやすい材料のパターン蒸着を可能とする被覆蒸着システムを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、溶媒を除去するための蒸着後の乾燥の必要性を排除する被覆蒸着システムを提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、広範囲の機能材料に適用可能な被覆蒸着システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の、これらおよび他の目的ならびに利点を達成するために、本発明の１つの態様において、圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムが提供される。このシステムは、圧縮流体に溶解および／または分散される機能材料を供給し、続いて、圧縮流体を、機能材料が圧縮流体に溶解および／または分散しなくなる状態にまで減圧することにより、機能材料を沈殿させるための手段を含む。制御環境が、シャドウマスクを有する基板を保持する。制御環境は、シャドウマスクを有する基板を露出し、沈殿した機能材料を、パターン蒸着として基板に受ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来の開発に対して、数多くの有益な効果を有する。詳細には、本システムは、熱的に不安定な／変化しやすい材料を蒸着させる能力を有し、先行技術の開発と異なり、より広範囲の材料に対して有用である。更に、本システムは、既存のシステムよりも遥かに効率的かつ制御可能である。その上、本発明は、乾燥に用いられる有害で高価な材料の必要性を排除する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで図面を参照し、より詳細には、図１を参照すると、広く定義されたシステム１０は、圧縮流体からパターン蒸着を形成するものであって、供給システム１２と、蒸着室あるいは制御環境３０と、蒸着室あるいは制御環境３０に保持される基板１４と、を含む。制御環境３０は、以下に詳細に述べるように、より典型的には、蒸着室である。本発明において考察される典型的な供給システム１２は、例えば、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）、“Apparatus and Method of Delivering A Focused Beam of A Thermodynamically Stable/Metastable Mixture of A Function Material In A Dense Fluid Onto A Receiver”（ラメッシュ  ジャガナサン（Ramesh Jagannathan）２００２年８月２９日発行）において開示されたものがある。開示された各供給システムは、沈殿機能材料（以下に述べる）を供給することが可能であり、本発明で使用することができる。
【００１７】
図１を参照すると、供給システム１２は、流体供給経路１３を介して圧縮状態の流体を供給することが可能であり、一般的には、圧縮流体の源１６、配合材料を収容するための配合貯蔵器１８、排出アセンブリ２０、を含んでおり、これらの各々は、上記米国特許出願において詳細に述べられている。供給システム１２は、本発明において、いくつかの重要な機能を果たす。供給システム１２は、選択された材料を、０．１ｇ／ｃｃ3を超える密度の圧縮流体に溶解および／または分散することを可能にする。更に、選択された圧縮流体内における、適切な機能材料または機能材料の組み合わせの溶液および／または分散液が、供給システム１２において生成される。その上、供給システム１２は、機能材料を、制御されたビームまたはスプレーとして、蒸着室３０内に供給する。この文脈においては、０．１ｇ／ｃｃ3を超える密度の圧縮流体状態に取り込まれる選択材料は、周囲圧力および周囲温度の気体である。周囲条件は、この適用において、好しくは、−１００〜＋１００℃の範囲の温度、および、１×１０-8−１００ａｔｍの範囲の圧力として定義される。
【００１８】
図１に示すように、蒸着室等の制御環境３０は、供給システム１２に近接して配置される。制御環境３０は、流体供給経路１３の一端において、供給システム１２の排出アセンブリ２０に隣接して配置される。図２に示すように、蒸着材料でパターン付けされる基板１４は、蒸着室３０内で適切に配置されている。基板１４に極めて近接して、マスク２２を使用し、基板１４に蒸着される機能材料の位置を制御することが好ましい（しかし、必要条件ではない）。
【００１９】
図３を参照すると、多くの適用において、制御エンクロージャ３１内では、機能材料の正確な濃度を維持することが望ましい。バルブを開く回数に依存する開ループシステムを使用できる一方、より高い精度および信頼性のためには、図３に示すようなシステムの使用が望ましい。図３によると、エンクロージャ３１（図２、図５、および図６のエンクロージャに適用）に、少なくとも１つのビューウィンドウまたはポート３３が設けられる。ビューウィンドウ３３を単独で使用し、エンクロージャ３１内の状態の視覚的表示を提供することができる。他方で、ビューウィンドウ３３は、エンクロージャ３１内の機能材料濃度のより正確な評価を目的とした、光エミッタ３５および光検出器３７の使用を容易にするためにも必要とされる。光エミッタ３５は光ビームを放射し、この光ビームはエンクロージャ３１の内部を横断して、光検出器３７に検出される。この光検出器３７は、受信した光の量に比例して、電気信号をマイクロプロセッサ３９に送信する（これは、制御エンクロージャ３１内の機能材料の量の関数である）。この情報は、さまざまな用途に使用でき、最も単純にはプロセスのチェックとして、または、入力バルブ２４の閉ループ制御への入力としても使用できる。例えば、制御エンクロージャ３１内の濃度が低い場合、バルブ２４を開き、より多くの機能材料を制御エンクロージャ３１に入れさせる。この方法の効果は、ビューウィンドウ３３の清潔さに依存するので、定期的なメンテナンス、キャリブレーション、または粒子と同様の電荷のビューウィンドウ３３への印加のいずれかによって、ビューウィンドウ３３自体に破片がつかない状態にする必要がある。当業者は、多くのバリエーションおよび他の検出方法を、上述の閉ループ濃度監視および制御方法に適用できることを認識するであろう。例えば、光検出の手順では、光エミッタ３５および光検出器３７を制御エンクロージャ３１の同じ側にして、反対側の反射面でビームを反射させることができる。この範囲は光検出に限定されず、電気的性質、物理的性質、または化学的性質等の機能材料の量の表示を提供する任意の方法を使用できる。
【００２０】
図１を再び参照すると、圧縮流体の源１６に含まれる圧縮流体キャリアは、機能材料を溶解／可溶性化／分散する任意の材料である。圧縮流体の源１６は、圧縮流体を含み、圧縮流体キャリアを、所定の圧力、温度、および流量の条件で、圧縮流体として供給する。圧縮流体は、この適用の文脈において、配合貯蔵器の温度および圧力の定義範囲における１立方センチメートル当たり０．１グラムを超える密度を有する流体として定義される、周囲温度および圧力の気体である。周囲条件の気体として存在する、圧縮流体状態にある材料は、関連する機能材料を圧縮流体状態において可溶性化および／または分散し、機能材料を周囲条件下で沈殿させるその固有の能力により、ここに適用を見出す。
【００２１】
機能材料の移送に使用できる、関連する流体としては、二酸化炭素、一酸化二窒素、アンモニア、キセノン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、クロロトリフルオロメタン、モノフルオロメタン、六フッ化硫黄、およびこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。環境適合性、低毒性、低コスト、広い入手可能性、および非可燃性などから、二酸化炭素が一般に好まれる。
【００２２】
図１を再度参照すると、配合貯蔵器１８を利用して、機能材料を、圧縮液体または圧縮流体に、共溶媒および／または分散剤および／または界面活性剤を用いて、またはこれらを用いずに、所望の温度、圧力、体積および濃度の配合条件で、溶解および／または分散させる。配合は、荷電およびぬれ粘度（ウェッティングビスコシティ：wetting viscosity）のために、レオロジー調整剤および／または増粘剤、安定剤、結合剤、ならびにドーパントの使用を通じて表面張力を修正する添加物を含んでも良い。機能材料は、基板１４に供給する必要がある任意の材料とすることができ、例えば、電子発光分子、イメージ染料、ナノ粒子、ポリマー等である。
【００２３】
また、配合貯蔵器１８は、材料が排出アセンブリ２０から射出される前に材料粒子を電気的に荷電する源を含むことができる。粒子の荷電は、多くの好適な実施の形態において重要な工程である。代わりとして、マーキング材料を選択し、マーキング材料の流れが、排出アセンブリ２０から射出される際に荷電され、追加の荷電を必要としないようにすることもできる。また、マーキング材料の荷電を促進することができる添加物を選択し、マーキング材料の流れが排出アセンブリ２０から射出される際に荷電されるようにすることもできる。このような添加物は、界面活性剤を含んでも良い。
【００２４】
更に、配合貯蔵器１８は、配合条件に耐える任意の適合材料で製作することができる。圧力が０．００１気圧（１．０１３×１０2Ｐａ）〜１０００気圧（１．０１３×１０8Ｐａ）で、−２５℃〜１０００℃の作業範囲が好ましい。一般的に、好ましい構成の材料は、さまざまなグレードの高圧ステンレス鋼を含む。しかしながら、選択される材料は、作業の温度および圧力範囲で決定される。
【００２５】
配合貯蔵器１８は、作業条件すなわち圧力、温度、および体積に関連して、正確に制御されなければならない。機能材料の可溶性／分散性は、配合貯蔵器１８内の条件に依存し、配合貯蔵器１８内の作業条件の僅かな変化によっても、機能材料可溶性／分散性に対し好ましくない効果をもたらし得る。
【００２６】
必要とされる適用の圧縮液体内で、機能材料を可溶性化／分散することが可能な任意の適切な界面活性剤および分散剤材料を、この方法において使用することができる。このような材料には、パーフルオロポリエーテルおよびシラン等のフッ素化ポリマー、ならびにシロキサン化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２７】
図１および図４を参照すると、オリフィス／ノズル２８を通じた、基板１４およびマスク２２を含む密閉された制御環境３０との流体連絡における供給システム１２が示されている。図１によると、バルブ２４を、特定の周波数または固定時間間隔で作動させ、配合を配合貯蔵器１８から密閉環境３０へ、オリフィス／ノズル２８を介し、制御して放出するように設計することができる。図４によると、機能材料４０を密閉環境３０に制御して放出することにより、圧縮流体４１の蒸発、および、溶解および／または分散した機能材料４０の沈殿および／または凝集という結果をもたらす。沈殿／凝集した機能材料は、重力により沈降させるか、あるいは、電気的、静電的、電磁的、または磁気的な補助を用いて沈降させることができる。基板１４に極めて近接しているマスク２２は、機能材料４０の基板１４へのパターン蒸着という結果をもたらす。
【００２８】
基板１４は、有機、無機、有機金属、金属、合金、セラミック、合成および／または自然ポリマー、ゲル、ガラス、および複合材料のいずれの固体でも良い。基板１４は、多孔性または非多孔性のいずれでも良い。また、基板１４は、２つ以上の層を有しても良い。また、基板１４は、柔軟または硬質のいずれでも良い。
【００２９】
図２および図４に示されるように、マスク２２は、物理的（離れた）または一体的のいずれでも良い。マスク２２の目的は、機能溶質材料の蒸着のためのパターンを提供することである。当業者は、マスクの設計および製造が一般に確立されていることを認識するであろう。物理マスクでは、マスク２２と基板１４が直接接触している必要がある。物理マスクの利点は、比較的安価であり、複数の基板１４に対して再利用できる点である。しかしながら、基板１４が精密である場合、物理的接触により基板１４を損傷する場合がある。正確な位置合わせも、困難である。一体マスク２２は、被覆／蒸着より先に基板１４に形成された構造物である。マスク２２が基板１４の一部であるため、位置合わせおよびスペーシングはより容易である。しかしながら、蒸着後にマスク２２の除去が必要となる可能性があるため、続くエッチング工程が必要となることがあり、より高価で時間を要するものとなる可能性がある。
【００３０】
図４を参照すると、ノズル２８は、配合貯蔵器１８から配給システム１２を介して密閉環境３０内に入る機能材料４０の流れを導く。ノズル２８は、機能材料４０が密閉環境３０に入る最終速度を減ずるためにも使用される。我々の好適な適用においては、沈殿機能材料４０の流れを、末広がりのノズル形状を用いて、急速に拡散させることが望ましい。当業者は、しかしながら、米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）に記載のように、特定の適用に応じてノズル形状を変更可能であることを認識するであろう。
【００３１】
［動作］
これより、システム１０の動作を説明する。図４は、供給システム１０の動作を概略的に表わす図であり、いかなる方法によっても本発明の範囲の限定であるとは認識されるべきでない。以下の説明においては、単一のノズル２８を使用するが、複数ノズルおよび／または複数ノズル形状および／または複数供給装置および形状も、本発明の考察に含まれる（例えば、米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）において開示されている他のノズル例を参照されたい）。
【００３２】
図４を参照すると、圧縮液体４１内の機能材料４０の配合４２が、本発明で用いられる配合貯蔵器１８内に準備される。機能材料４０は、固相または液相の任意の関連材料であり、超臨界流体および／または圧縮液体４１内で（図４に示すように）分散および／または溶解することができ、混合物または配合４２を形成する。機能材料４０の形状および大きさは、配合において使用される機能材料４０の種類に応じてさまざまである。
【００３３】
図４によると、超臨界流体および／または圧縮液体４１は、連続した相を形成し、機能材料４０は、分散および／または溶解した単一相を形成する。配合４２（すなわち、機能材料４０と超臨界流体および／または圧縮液体４１）は、特定の適用に用いられる機能材料４０と超臨界流体および／または圧縮液体４１に対して、適切な温度および適切な圧力に維持される。シャッター３２を作動することによって、制御された量の配合４２を射出することが可能となる。
【００３４】
図１および図４を参照すると、機能材料４０は、配合貯蔵器１８へ制御可能に導入される。圧縮流体４１も、配合貯蔵器１８へ制御可能に導入される。配合貯蔵器１８の内容物は、混合装置（図示せず）を使用して適切に混合され、機能材料４０と圧縮流体４１との密接な接触を確実にする。混合プロセスが進むにつれ、機能材料４０は、圧縮流体４１に溶解および／または分散される。溶解／分散のプロセスは、機能材料４０の量および混合が進む速度を含めて、機能材料４０それ自体、機能材料４０の粒子の大きさおよび粒子の大きさ分布（機能材料４０が固体である場合）、使用される圧縮流体４１、および配合貯蔵器１８内の温度ならびに圧力に依存する。混合プロセスが完了すると、機能材料と圧縮流体との混合物または配合４２は、次の点で熱力学的に安定／準安定となる。つまり、機能材料が圧縮流体に溶解または分散し、配合貯蔵器１８内の温度および圧力が一定に保たれる限り、同一の状態で無期限に含まれる、あるいは、プロセスの効率的な動作の期間において、同一の状態で無期限に含まれる（準安定）という点である。この熱力学的に安定した状態は、配合貯蔵器１８内の温度および圧力の熱力学的条件が変えられない限り、配合貯蔵器１８内の機能材料粒子の沈降、沈殿、および／または凝集はない、という点で、他の物理的混合物から区別される。このように、本発明の機能材料４０と圧縮流体４１混合物または配合４２は、熱力学的に安定していると言える。
【００３５】
機能材料４０は、固体または液体とすることができる。また、機能材料４０は、有機分子、ポリマー分子、有機金属分子、無機分子、有機ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、有機金属ナノ粒子、無機ナノ粒子、有機微粒子、ポリマー微粒子、有機金属微粒子、無機微粒子、および／またはこれらの材料の複合物等とすることができる。配合貯蔵器１８内で圧縮流体４１と適切に混合された後、機能材料４０は、熱力学的に安定／準安定な、圧縮流体４１との混合物内で均一に分散され、この混合物は、溶液または分散液とすることができる。この熱力学的に安定／準安定な混合物または配合４２は、配合貯蔵器１８から排出アセンブリ２０を通して、制御可能に放出される。
【００３６】
図４を再度参照すると、排出プロセスの間に、機能材料４０は、温度および／または圧力条件が変化するにつれて、圧縮流体４１から沈殿する。沈殿した機能材料４４は、蒸着室または制御環境３０内に、排出アセンブリ２０によって射出される。室３０に射出され、続いて基板１４に蒸着される機能材料４０の粒子の大きさは、通常は、１ナノメートル〜１０００ナノメートルの範囲である。粒子の大きさ分布は、排出アセンブリ２０内での配合（機能溶質材料およびその濃度）の温度および／または圧力の変化速度、および制御環境３０内の周囲条件を制御することによって、更に均一になるように制御することができる。
【００３７】
明確に示されていないが、本発明で考察される供給システム１２（図４）は、配合４２の温度および圧力を適切に変更することで、機能材料４０の制御された沈殿および／または凝集を可能とするようにも設計されている（例えば、米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）を参照されたい）。一般に、圧力が段階的に低減されるにつれ、配合４２流体の流れが自発的に活発化する。配合４２の条件のその後の変化、例えば、圧力の変化、温度の変化等は、圧縮流体４１の蒸発と結びついた機能材料４０の沈殿および／または凝集という結果をもたらす。結果としての沈殿および／または凝集機能材料４４は、基板１４に均一に蒸着される。図４によると、圧縮流体４１の蒸発は、蒸着室３０内の、排出アセンブリ２０の外側に位置する領域において発生させることができる。あるいは、圧縮流体４１の蒸発は、排出アセンブリ２０内で開始し、排出アセンブリ２０の外側であるが蒸着３０内に位置する領域へと継続させることもできる。あるいは、蒸発は、排出アセンブリ２０内で発生させることもできる。
【００３８】
図４によると、機能材料４０および圧縮流体４１の流れ４３は、配合４２が排出アセンブリ２０を通って移動する際に形成される。沈殿および／または凝集機能材料４４の流れ４３の大きさが、排出アセンブリ２０のノズル２８の出口直径と実質的に等しい場合、沈殿および／または凝集機能材料４４の流れ４３は、ノズル２８によって平行化される。沈殿および／または凝集機能材料４４の流れ４３の大きさが、排出アセンブリ２０のノズル２８の出口直径よりも小さい場合、沈殿および／または凝集機能材料４４の流れ４３は、ノズル２８によって集中させられる。蒸着室入力は、沈殿および／または凝集機能材料４４を素早く拡散させ、その運動エネルギーを散逸させる分散ビームであることが望ましい。このような入力は、ノズル２８がなくても可能である。
【００３９】
図２、図４、および図５を再度参照すると、基板１４は、蒸着室３０内で、沈殿および／または凝集機能材料４４の流れ４３が、基板１４上に蒸着するように配置されている。基板１４の排出アセンブリ２０からの距離は、圧縮流体４１が基板１４に到達する前に蒸発するように選択されている。従って、その後の基板１４の乾燥プロセスは不要である。更に、ノズル２８からの配合４２の射出および機能材料４４の沈殿後、追加的な集中および／または平行化を、電磁界、機械シールド、磁気レンズ、静電レンズ等の外部装置を用いて到達できる。あるいは、機能材料４０の位置を制御できるように、基板１４を、電気的または静電的に荷電することもできる。
【００４０】
図４を再度参照すると、機能材料４０の個別粒子４６がノズル２８から射出される速度を制御することも望まれる。供給システム１０内から作業環境へのかなりの圧力低下があり得ることから、この圧力の差異が、供給システム１０の潜在エネルギーを運動エネルギーに転換し、この運動エネルギーが、機能材料粒子４６を基板１４上へと推進する。これらの粒子４６の速度は、適切なノズル設計（上記の論述を参照）、およびシステム内の作業の圧力ならびに温度の変化率を制御することによりにより制御できる。更に、ノズル２８からの配合４２の射出および機能材料４０の沈殿後、機能材料４０の追加的な速度調整を、電磁界、機械シールド、磁気レンズ、静電レンズ等の外部装置を使用して到達できる。ノズル設計は、対応する特定の適用に依存する（例えば、米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）を参照されたい）。
【００４１】
更に、ノズル２８の温度を、制御することもできる。図４を参照すると、ノズル２８の温度は、特定の適用による要求に応じて制御することができ、ノズル開口４７の望ましい流れ特性の維持を確実にする。ノズル温度は、水ジャケット、電気的加熱技術等を用いたノズル加熱モジュール（図示せず）を通して制御可能である（例えば、米国特許出願公報第２００２／０１１８２４５Ａ１号（特許文献７）を参照されたい）。適切なノズル設計により、温かい／冷たい不活性気体の環状流の並流で出口の流れを包むことにより、出口の流れの温度を所望の値に制御することができる。
【００４２】
［実施の形態Ｉ］
図２を参照すると、制御環境３０は、極度の圧力で使用されるように設計されている。制御環境３０には、圧力調整器１０５が組み込まれている。圧力調整器１０５は、図示されるように、ピストンに類似している。これは、図解のみを目的としている。当業者は、圧力調整器１０５を、追加の圧力源と合同して使用されるポンプまたはベントとすることも可能であることを認識するであろう。追加の圧力源の一例は、圧縮流体の源１０９である。この源１０９は、流れ制御装置またはバルブ１０８によって調整され、機能材料が蒸着室３０に流体供給経路１３を介して入ることを可能にする。蒸着室３０内の圧力は、圧力センサ１０３によって慎重に監視され、供給システム１２の圧力（真空のレベルも含む）未満の任意の圧力に設定することができ、沈殿／凝集を促進する。また、蒸着室３０には、温度センサ１０４および温度調整器１０６が設けられる。温度調整器１０６は、電気加熱器として示されているが、加熱器、水ジャケット、冷却コイル、および温度制御装置の組み合わせのいずれか（図示せず）で構成することもできる。
【００４３】
図１、図２、および図４を参照すると、蒸着室３０は、一般的に、基板１４およびマスク２２を保持する機能を果たし、沈殿機能材料４４の蒸着を促進する。機能材料４０の、より完全で均一な分布を可能とするために、電荷または静電荷を基板１４および／またはマスク２２に印加することができる。排出アセンブリ２０内での射出プロセスを通して、粒子が荷電されることが知られている。望まれる場合、粒子荷電装置１０７（図２）を用いて、基板１４および／またはマスク２２に追加的電荷を印加することができる。ここで、荷電された機能材料４０は、さまざまな表面から引きつけられまたは反発され、蒸着プロセスを補助する。図２によると、荷電装置１０２ａおよび１０２ｂが、基板１４およびマスク２２の双方にそれぞれ備えられている。図解のみを目的として、正電荷（＋）が基板１４に示され、負電荷（−）がマスク２２に示されている。極性は、適用に応じて適切に変更することができる。機能材料４０の電荷と等しい電荷がマスク２２に印加されるのに対し、機能材料４０の電荷と反対の電荷が基板１４に印加され、機能材料を引きつける。明らかであるが、電荷の差異を維持するために、両者間に電気伝導があってはならない。これにより、一方または両者の材料の選択が制限されるか、追加の絶縁層（図示せず）が必要となる場合がある。同様に、蒸着室３０、または蒸着室３０内の他のいずれかの機械的要素に、他の電荷または静電荷を生成することが有益な場合がある。図６に示すように、内部バッフル１２２を使用して、蒸着室２００内で、機能材料４０を更に均一に分布させることもできる。バッフル荷電装置１２３によって、内部バッフルに電荷を印加することもできる。
【００４４】
図２を再度参照すると、蒸着室３０はまた、アクセスポート１０１を通して、基板１４の挿入および取り出しのための容易なアクセスを提供する。このプロセスは、図示されない機械装置によって自動化することが可能である。蒸着室３０のアクセスポート１０１はまた、マスク２２の挿入および取り出しならびにマスク２２の適切な配置のためのアクセスを提供する。基板１４に対するマスクの位置合わせは、この適用におけるキーポイントであり、手動または好ましくは自動で行われる。マスクは、基板１４と共に上向きに示されているが、これは本発明の必要条件ではない。粒子を静電的に引きつける場合、基板１４を下方に向けることが有益である。この方法では、蒸着室３０からの破片が、誤って基板１４上に降りかかることはない。
【００４５】
制御環境は、基板に蒸着された材料の蒸着後処理に使用することができる。蒸着後処理は、湿度、温度、圧力を含む雰囲気条件、および雰囲気の化学組成の制御を含むことができる。例えば、多くのプロセスで、高温での所望の機能性を得るために、材料の硬化を必要とする。エンクロージャ内にすでに組み込まれた熱制御を、この目的に利用することができる。あるいは、必要な後処理を、エンクロージャの外で行うこともできる。
【００４６】
蒸着室３０は、また、沈殿機能材料４４を蓄積し得るデッドボリュームがないように、よって、容易に洗浄できるように設計されなければならないと認識すべきである。このため、蒸着室３０を更に２つ以上の副室に分割し、上記作業を容易化しても良い（図示せず）。また、機能材料４０の沈殿および蒸着を補助する、適当な機械装置を備えても良い。そのような装置の一例として、機械攪拌機が挙げられる。
【００４７】
［実施の形態ＩＩ］
ここで図５を参照すると、本発明で考察される、蒸着室１００の他の実施の形態が示されている。これは、図２の論述で既に説明されたものと同一の機能を多く含んでおり、中間部材（ミディアム：medium）１１１が加えられ、蒸着室１００を準備副室１００ａおよび蒸着副室１００ｂに分割している。これらの副室１００ａ、１００ｂ内の材料は、制御可能な二重室インターフェイスバルブ１１０を通って流れるようになっている。副室１００ａ、１００ｂは、それぞれ圧力センサ１０３、温度センサ１０４、圧力調整器１０５、および温度調整器１０６の使用を通じた圧力と温度の独立制御を備えて構成されている。準備副室１００ａは、配合貯蔵器１８（図１）とは、機能材料４０が沈殿可能である（しかし、必要条件ではない）という点で異なる。準備副室１００ａをシステムに追加すると、潜在的に大きな体積の準備蒸着材料を用意し、周囲圧力より高く維持することができる一方、アクセスポート１０１を通した基板１４および蒸着材料の交換を、なお可能にする。
【００４８】
［実施の形態ＩＩＩ］
図６において、簡素化された蒸着室２００が図示されている。この実施の形態では、周囲の圧力以上の圧力を維持するための手段は提供されない。図２および図５に記載された多くの他の機能は、なお実現可能であるが、蒸着室２００で高圧を支持する必要がないため、特定の追加の利点を実現することができる。例えば、基板１４を蒸着室２００に含ませる必要がなくなる。これは、コンベヤ１２１によって移送されるウェブ１２０の形で移動する基板として、図６に示されている。このようなシステムにおいては、連続する被覆作業を行うことが可能である。この場合、ステップアンドリピートプロセスの場合を除いて、分離マスクが使用される可能性はほとんどない。むしろ、前述のように、基板に一体のマスクが、パターン蒸着を達成するための好ましい方法である。あるいは、図２および図５に示されるものと同様の手法を、アクセスポート１０１の必要なしに使用することもできる。
【００４９】
本発明の追加の態様は、複数の層を基板１４に被覆するために、図２、図５、および図６に示される複数の蒸着室３０、１００、または２００を含むことができる。あるいは、複数のマスク２２を用いることにより、特定のアパーチャパターンの階層的構造を有するマスクを使用し、続いて同一基板１４上で、異なるアパーチャパターンの階層的構造の、他のシャドウマスクと実質的に交換することもできる。複数のマスク、マスクの割出し、複数層、および複数材料プロセスは、ディスプレイの製造で一般的に用いられており、それによって、例えば、光学基準の使用を通じた、適切な位置合わせを提供するための詳細と方法が周知である。ディスプレイ製品に適用される着色材料の蒸着に用いられる連続プロセスを、必要に応じて、他の材料の蒸着および／または蒸着材料の後処理を含む他のプロセスと点在させて、所望の製品を製作しても良い。
【００５０】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記制御環境内の圧力を所定の圧力レベルに維持するための圧力調整器を備えることを特徴とする。
【００５１】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記制御環境内の温度を所定の温度レベルに維持するための温度調整器を備えることを特徴とする。
【００５２】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記温度調整器は、電気加熱器を備えることを特徴とする。
【００５３】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記温度調節器は、前記制御環境の一部に接触する水ジャケットを備えることを特徴とする。
【００５４】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記温度調節器は、前記制御環境の一部に流体接触する冷却コイルを備えることを特徴とする。
【００５５】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記制御環境内の温度および圧力レベルを監視するための手段を備えることを特徴とする。
【００５６】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板に電荷を加えることにより、前記制御環境内の荷電沈殿機能材料を引きつける荷電基板を形成することを特徴とする。
【００５７】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板は、有機固体材料、無機固体材料、有機金属材料、セラミック材料、合金材料、合成材料、天然ポリマー材料、ゲル材料、ガラス質材料、多孔質材料、非多孔質材料、および複合材料からなる群から選択された材料を含むことを特徴とする。
【００５８】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記荷電基板は、前記荷電沈殿機能材料の極性とは反対の極性を有することを特徴とする。
【００５９】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、少なくとも１つの前記シャドウマスクに電荷を加えることにより、荷電シャドウマスクを形成し、前記荷電シャドウマスクおよび前記荷電沈殿機能材料は、同一の極性を有することを特徴とする。
【００６０】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、荷電沈殿機能材料の流れに関連して基板の方向を合わせるための手段を更に備えることを特徴とする。
【００６１】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板は、前記沈殿機能材料の流れに関連した向きを有し、この向きは、前記基板を前記沈殿機能材料の流れに間接的に露出することを特徴とする。
【００６２】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板は、前記沈殿機能材料の流れに関連した向きを有し、この向きは、前記基板を前記沈殿機能材料の流れに直接露出することを特徴とする。
【００６３】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記基板を挿入および取り出すためのアクセスポートを備えることを特徴とする。
【００６４】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、機能材料を制御して供給するための前記手段は、前記沈殿機能材料を、前記制御環境内の圧力よりも高い圧力に露出することを特徴とする。
【００６５】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記圧力調整器は、ピストン状の要素であることを特徴とする。
【００６６】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記圧力調整器は、ポンプであることを特徴とする。
【００６７】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記圧力調整器は、前記制御環境に配置されたベントと、前記ベントに協働的に関連付けられた圧力制御手段であることを特徴とする。
【００６８】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記沈殿機能材料に電荷を加えるための第１静電荷電素子を更に備えることを特徴とする。
【００６９】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記基板に静電荷を加えるための第２静電荷電素子を更に備えることを特徴とする。
【００７０】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記シャドウマスクに静電荷を加えるための第３静電荷電素子を更に備えることを特徴とする。
【００７１】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板の前記静電荷は、前記基板に蒸着される沈殿機能材料の量を決定することを特徴とする。
【００７２】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板に印加される電荷は、所定の期間印加され、前記所定の期間は、前記基板に蒸着される沈殿機能材料の量を決定することを特徴とする。
【００７３】
本態様に係るシステムにおいて、前記機能材料は、電子発光分子、イメージ染料、セラミックナノ粒子、およびポリマー材料からなる群から選択された材料を含むことを特徴とする。
【００７４】
本態様に係るシステムにおいて、前記圧縮流体は、二酸化炭素、一酸化二窒素、アンモニア、キセノン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、クロロトリフルオロメタン、モノフルオロメタン、六フッ化硫黄、およびこれらの混合物からなる群から選択された材料を含むことを特徴とする。
【００７５】
本態様に係るシステムにおいて、前記制御環境は、有害な粒子の付着を防ぐために、静電的に荷電されていることを特徴とする。
【００７６】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、光エミッタが光検出器と協働し、前記制御環境内の機能材料の濃度を決定することを特徴とする。
【００７７】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記制御環境は、前記制御環境内のプロセスを観察するための、少なくとも１つのビューポートを備えることを特徴とする。
【００７８】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、反射表面が、前記制御環境において、前記光エミッタからのエネルギーを反射するために、前記光エミッタの反対側に配置されており、反射されたエネルギーは、前記光検出器によって検出されることを特徴とする。
【００７９】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記光検出器は、電気信号をマイクロプロセッサに送信し、これにより、その後の処理のためのデータを生成することを特徴とする。
【００８０】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、制御して供給するための前記手段は、沈殿配合材料の流れを前記制御環境内に射出するためのノズルを有する排出アセンブリを備えることを特徴とする。
【００８１】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記ノズルは、末広ノズルであることを特徴とする。
【００８２】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記沈殿配合材料は、前記制御環境内の電磁界の存在によって、前記ノズルから更に推進されることを特徴とする。
【００８３】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記沈殿配合材料は、前記制御環境内に配置された少なくとも１つの機械シールドの存在によって、前記ノズルから更に推進されることを特徴とする。
【００８４】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記沈殿配合材料は、前記制御環境内に配置された少なくとも１つの磁気レンズの存在によって、前記ノズルから更に推進されることを特徴とする。
【００８５】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記沈殿配合材料は、前記制御環境内に配置された少なくとも１つの静電レンズの存在によって、前記ノズルから更に推進されることを特徴とする。
【００８６】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記ノズルは、所定の流体流量を促進する加熱手段を備えることを特徴とする。
【００８７】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記基板と、制御して供給するための前記手段の排出アセンブリとは、所定の距離をあけて離され、この距離によって、前記圧縮流体は、前記基板へ蒸着される前に、液相または圧縮相から気相へ蒸発することが可能となることを特徴とする。
【００８８】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記機能材料は、前記圧縮状態に溶解していることを特徴とする。
【００８９】
本態様に係るシステムは、基板に圧縮流体からパターン蒸着を形成するためのシステムであって、前記機能材料は、前記圧縮状態に分散していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、本発明に従って作製された好適な実施の形態を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の１つの実施の形態における、制御環境の拡大概略図である。
【図３】図３は、本発明において用いられるエンクロージャの代わりの実施の形態の概略図である。
【図４】図４は、本発明の動作の概略を表わす図である。
【図５】図５は、本発明において有用な制御環境または蒸着室の代わりの実施の形態の概略図である。
【図６】図６は、本発明において有用な他の制御環境または蒸着室の代わりの実施の形態の概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  システム、１２  供給システム、１３  流体供給経路、１４  基板、１６  圧縮流体の源、１８  配合貯蔵器、２０  排出アセンブリ、２２  マスク、２４  入力バルブの閉ループ制御、２８  オリフィス／ノズル、３０  蒸着室または制御環境、３１  エンクロージャ、３２  シャッター、３３  ビューウィンドウ、３５  光エミッタ、３７  光検出器、３９  マイクロプロセッサ、４０  機能材料、４１  圧縮流体、４２  機能材料４０の配合、４３  機能材料４０の流れ、４４  沈殿および／または凝集機能材料、４６  機能材料粒子、４７  ノズル開口、１００  蒸着室または制御環境の代わりの実施の形態、１００ａ  準備副室、１００ｂ  蒸着副室、１０１  アクセスポート、１０３  圧力センサ、１０２ａ  荷電装置、１０２ｂ  荷電装置、１０４  温度センサ、１０５  圧力調整器、１０６  温度調整器、１０７  粒子荷電装置、１０８  流れ制御バルブ、１０９  圧縮流体の源、１１０  インターフェイスバルブ、１１１  中間部材、１２０  ウェブ、１２１  コンベヤ、１２２  内部バッフル、１２３  バッフル荷電装置、２００  蒸着室または制御環境の他の代わりの実施の形態。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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