(57)【要約】【課題】蒸着ゾーン内の蒸着源の長さ方向に沿って材料が蒸発される熱物理蒸着システムを設計する向上された方法の提供。【解決手段】材料を収容する細長い容器と、前記容器内で前記材料を加熱し前記材料を蒸発させるための加熱器と、を含み、前記容器には、蒸発された材料を、放出するためのｎ個の開口部が形成されている。前記細長い容器が容器伝導率ＣBを有し、開口部間にＣb＝ｎＣBの伝導率を有し、開口部が組合わせ伝導率ＣA＝ΣＣai（ここでＣaiは個々の開口伝導率）を有する、伝導率のはしごネットワークとして、システムをモデリングする。このはしごネットワークモデルを使い、前記容器の前記長手方向に沿って所望の圧力均一性を有するように前記システムを設計する。【選択図】図１
2004232090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大面積の基板を被覆する蒸着方法であって、
（ａ）基板に蒸着する材料を、長手方向にＣBの伝導率を有する細長い容器に充填するステップと、
（ｂ）前記容器内の前記材料を加熱し、前記材料を分圧Ｐｍまで上昇させて、蒸発させるステップと、
（ｃ）前記基板と前記細長い容器間を、前記長手方向と実質的に垂直な方向に、相対的に移動させるステップと、
を含み、
前記容器には、前記長手方向に１つ又はそれ以上の開口部が形成され、蒸発した前記材料が前記開口部を通じて放出され、前記１つ又はそれ以上の開口部がＣA／ＣB≦０．５の条件を満たす伝導率ＣAを備える、蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機発光装置（ＯＬＥＤ）の一部を形成する構造上に有機層を蒸着することに関し、より一般的には、電界発光（エレクトロルミネッセンス）、光輝性（フォトルミネッセンス）、電離放射線（イオナイジング・ラディエイション）の作用による発光、又は他の発光などの発光装置や光伝導性材料を用い作られる装置を製造するために使われる被覆層に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光装置とも呼ばれる有機発光装置は、第１電極と第２電極との間に２つ以上の有機層を挟むことにより作製できる。
【０００３】
従来構造の単純（パッシブ）マトリクス型の有機発光装置（ＯＬＥＤ）では、横方向に間隔をあけて配置された、複数の光透過性の陽極、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の陽極が、ガラス基板などの光透過性の基板上に第１電極として形成される。その後、２以上の有機層が、典型的には１０-3ｔｏｒｒ（１．３３ｘ１０-1Ｐａ（パスカル））よりも低い減圧下に保たれたチャンバ内で、それぞれのソースからのそれぞれの有機材料を蒸着することにより順次形成される。ドープされた又はドープされていない有機発光材料に加え、ＯＬＥＤを作るために使われる典型的な有機材料は、ドープされた又はドープされていない有機正孔注入材料、ドープされた又はドープされていない有機正孔輸送材料、及びドープされた又はドープされていない有機電子輸送材料などを含み、ここで、「ドープ」とは、与えられた材料又はこの材料から構成される装置の電気的な性能、光学的な性能、安定性、又は寿命を向上させるための、少量の構成要素の追加を意味する。横方向に間隔をあけて配置された複数の陰極が、最上層の有機層の上に、第２電極として堆積される。陰極は、陽極に対してある角度、典型的には直角、に配置される。
【０００４】
電気的ポテンシャル（駆動電圧とも呼ばれる）を印加することにより、このような従来の単純マトリクス型有機発光装置を、適切な列（陽極）及びその後、各行（陰極）の間で作動させる。陰極が陽極に対して負にバイアスされると、この陰極と陽極との重複領域によって定義される画素から光が発せられ、発せられた光は、陽極及び基板を通り観察者に届く。
【０００５】
アクティブマトリクス型有機発光装置（ＯＬＥＤ）においては、陽極のアレイが、それぞれの光透過部に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって、第１電極として設けられる。２以上の有機層が、蒸着により上述の単純マトリクス型の装置の製作と実質的に同様の方法で、順次形成される。共通の陰極が最上層の有機層の上に第２電極として堆積される。アクティブマトリクス型有機発光装置の構造及び機能は、米国特許第５，５５０，０６６号明細書に記載されており、この文献の記載をここに援用し組み入れる。
【０００６】
有機発光装置を構成するために有効な、有機材料、蒸着された有機層の厚さ、及び層の構成は、例えば、米国特許第４，３５６，４２９号明細書、米国特許第４，５３９，５０７号明細書、米国特許第４，７２０，４３２号明細書、及び米国特許第４，７６９，２９２号明細書に記載されており、これらの文献の記載をここに援用し組み入れる。通常陽極が各画素毎に形成され、この陽極と、共通の陰極と、これらの間の正孔輸送層、発光層、電子輸送層とでＯＬＥＤ素子が形成される。なお、正孔注入層、電子輸送層を設けてもよい。そして、ＴＦＴによって、データに応じた電圧を陽極に印加して、各画素のＯＬＥＤ素子をデータに応じて発光させる。電圧印加のための画素回路は、列方向のデータラインに一端が接続され、ゲートが行方向の水平選択（ゲート）ラインに接続された選択ＴＦＴと、この選択ＴＦＴの他端にゲートが接続され、一端が列方向の電源ラインに接続され、他端がＯＬＥＤ素子の陽極に接続された駆動ＴＦＴと、駆動ＴＦＴのゲートの電圧を保持する保持容量からなっている。
【０００７】
計算されたＸ線撮影法（ラジオグラフィー：ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）のための画像蛍光体やデジタルＸ線撮影法のためのＸ線光伝導性装置などの他の種類の画像装置は、大きな面積にわたって均一に活性材料を被覆する能力に依存する。以下の記載では、有機発光装置に関して説明するが、同じ発明を、ハロゲン化アルカリ蛍光体、非晶質半導体、及び他の発光層又は光活性層の堆積に適用することや、このような発光層又は光活性層に基づく装置に使われる様々な他の材料の堆積に適用することも可能であることは直ちに明らかであろう。
【０００８】
十分に小さい基板の場合、局在化された加熱されたるつぼから蒸着材料が発出し、局在化された蒸発の領域から十分に遠い位置に基板が配置される、点ソースの方法を使うことができ、この場合、被覆は基板に沿って十分に均一である。基板の大きさが大きくなるにしたがって又は作用距離が短くなるにしたがって、しばしば、所望の均一性を作り出すために、局在化されたソースに対する基板の回転動作又は軌道動作が必要とされる場合がある。
【０００９】
蒸着源を延ばし、ソース及び基板の、お互いに対する並進移動を可能にすることにより、望まれる場合に、相当に小さな作用距離において、よって、相当に高い速度及び相当によい材料利用効率で、所望の均一性を得ることができる。このような処理を大きな面積（すなわち、少なくとも１つの寸法において１５ｃｍよりも大きな基板）に拡大することは、点ソースよりも相当に容易である。
【００１０】
有機発光装置を作るために、構造上へ有機層を熱物理蒸着させるための細長いソースは、２００１年５月２９日に発行され、本出願人と同一の出願人に譲受された、ロバート・Ｇ・スパーン（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｇ．  Ｓｐａｈｎ）による米国特許第６，２３７，５２９号に開示されている。スパーン文献に開示されたソースは、蒸発させることのできる固体有機材料を受けるための筐体を形成するハウジングを含む。ハウジングは更に、蒸発された有機層がスリットを通過して構造の表面に達することを可能にする蒸発発散スリット−開口部を形成する上板を含む。筐体を形成するハウジングは、上板に接続（固着）される。スパーン文献に開示されたソースは更に、伝導性のバッフル部材を上板に取り付けて備える。このバッフル部材は、上板のスリットの見通し線カバーを提供し、これにより、電気的なポテンシャルがハウジングに印加されて熱が筐体内の固体有機材料に印加されて固体有機材料が蒸発させられた時に、有機材料の粒子がそのままスリットを通過することをバッフル部材で防ぎつつ、蒸発した有機材料が、バッフル部材の周りを通過しスリットを通過して基板又は構造に達することを可能にする。
【００１１】
スパーン文献に開示された熱物理蒸着源を、選択された有機材料の有機層を基板又は構造上に形成するために使用する場合、蒸発発散スリット−開口部が、スリットの長さ方向に沿って、非均一の有機材料蒸発物束（vapor flux）を発出させてしまうことがわかってきた。この蒸発物束の非均一性に間するソース設計の技術的又は物理的な面は現在では完全には理解されていないが、固体有機材料の蒸発を起こすためにソースが加熱された時に、スリット−開口部の対向する周縁部、すなわち、スリットの幅方向で対向する周縁部が、スリットの中央部分において、非均一にたるむ又は持ち上がるとみられている。これは、スリットの幅の寸法が低減された場合、例えば、０．５ミリメートル（ｍｍ）よりも低い幅の寸法に低減された場合に、特に問題となる。このような空間的に非均一な対向スリット周縁部の配置は、対向周縁部の平面性のずれとして考えることができ、これは、蒸発した有機材料の、より大きな部分がスリットの中央部を通って蒸着源から出ることを促進する場合があり、これに対応して、蒸発された有機材料の、より小さな部分が、スリットの長さ方向に沿った他の部分を通じてソースから出ることを促進する場合がある。このような非均一な基板又は構造に向けた蒸発物束は、基板上又は構造上に、非均一な蒸発物束に対応して非均一な層厚を有する有機層が形成されることを引き起こす。すなわち、スリットの位置によって、幅が異なり、蒸発物の放出量が１つのスリットの中で不均一になる。
【００１２】
これに加え、加熱器からの熱の発生の非均一性又は蒸着材料による熱の吸収の非均一性、又はソース内の前記材料の非均一性も、ソースの長さ方向に沿った蒸着の非均一性に寄与する場合がある。更にもう１つの潜在的な非均一性の原因に、材料蒸発物を届けるために使われる開口部以外からのソース筐体からの意図されない漏れがある。このような漏れがソースの端部に存在する場合、ソースの中央から端部への蒸発物の流れが、ソース内で圧力の傾きを形成する場合があり、これにより、結果の蒸着に非均一性を引き起こす場合がある。
【００１３】
フォレスト等（Ｆｏｒｒｅｓｔ  ｅｔ  ａｌ．）（米国特許第６，３３７，１０２号明細書）は、有機材料及び有機先駆物質を蒸発させ、これらを反応炉容器に供給（デリバー）する方法を開示する。この方法では、基板が配置され、固体又は液体から生成された蒸発物の配布（デリバー：分配）が、キャリア気体を使い達成される。フォレスト等の発明の１つの実施形態においては、適切な大きさの反応炉容器内に基板が配置され、ここに運ばれる蒸気は、基板上で混合及び反応又は凝縮する。フォレスト等の発明のもう１つの実施形態は、大面積の基板を被覆すること及びいくつかのこのような蒸着処理をお互いに対して直列にする（連続するように行う）ことを含む応用法に関する。この実施形態においては、フォレスト等は、基板の移動方向に垂直な、蒸着材料の連続的な列を形成するための、気体多岐管（マニホルド：ｍａｎｉｆｏｌｄ）（この文献においては「１列の穴を有する中空のチューブ」として記載される）によって供給される気体カーテンの使用が開示されている。
【００１４】
フォレスト等に開示された蒸発物の配送方法は、材料が堆積ゾーンの外部、更に、一般的には蒸着チャンバの外部の装置内で蒸発物に変換される、「遠隔蒸発」と特徴付けることができる。有機蒸発物は単独で又はキャリヤ気体と組合わされて、蒸着チャンバに配送され、最終的には基板表面に運ばれる。この方法を採用する場合には、適切な加熱方法を使い、注意深く、配送ライン内における望まれない凝縮を回避する必要がある。この問題は、相当に高い温度において望まれる程度に蒸発する無機材料の使用を考える場合に、更に重要となる。更に、大きな面積に均一に被覆させるために蒸発させた材料を配送するには、気体多岐管の使用を必要とする。このような気体多岐管の必要性については、フォレスト等は何ら言及していない。
【００１５】
フォレスト等の開示から明らかなように、当業者であれば、材料が蒸着ゾーン内の蒸着源の長さ方向に沿って蒸発される、細長いソースから均一の膜を得るのは難しいと予測する。したがって、上述の問題を回避する、蒸着ゾーン内の蒸着源の長さ方向に沿って材料が蒸発される熱物理蒸着システムを設計する向上された方法が必要とされる。
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，５５０，０６６号明細書
【特許文献２】米国特許第４，３５６，４２９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５３９，５０７号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７２０，４３２号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７６９，２９２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２３７，５２９号明細書
【特許文献７】米国特許第６，３３７，１０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の方法では、大きな基板上に均一に蒸着を行うことが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に好適な設計方法の一例は、ワークピース上に堆積される材料と、前記材料を収容する細長い容器と、前記容器内で前記材料を加熱し前記材料を蒸発させるための加熱器と、を含み、前記容器には、蒸発された材料を、長手された方向に細長いパターンで放出するためのｎ個の開口部が形成された、熱蒸着システムを設計する方法であって、興味対象の蒸着速度における単位長さ辺りの総ソーススループットＱを計算するステップと、ソースの総開口伝導率ＣAのためのＱを達成するために必要なソースの内圧Ｐを計算するステップと、前記細長い容器が容器伝導率ＣBを有し、開口部間にＣb＝ｎＣBの伝導率を有し、開口部が組合わせ伝導率ＣA＝ΣＣai（ここでＣaiは個々の開口伝導率）を有する、伝導率のはしごネットワークとして、システムをモデリングするステップと、前記はしごネットワークモデルを使い、前記容器の前記長手方向に沿って所望の圧力均一性を有するように前記システムを設計するステップと、を有する。
【００１９】
この設計方法の結果の蒸着方法は、ワークピース上に堆積される材料と、前記材料を収容するための細長い容器であって、長手方向に伝導率ＣBを有する容器と、前記容器内の前記材料を加熱し前記材料を分圧Ｐｍに蒸発させるための加熱器と、を含み、前記容器には、前記蒸発された材料を前記長手方向に細長いパターンで放出するための１つ又はそれ以上の開口部が形成され、前記１つ又はそれ以上の開口部が伝導率ＣAを有し、ここでＣA／ＣB≦０．５である。
【発明の効果】
【００２０】
上記設計方法は、気体多岐管の設計が動作圧に依存するような予期できない形を示し、当業者が通常見かけると予想される問題を解決する手段を提供する。本発明によれば、伝導率の比に基づく設計により、容器内の材料の蒸発における、加熱器の非均一な加熱、容器内の材料の非均一な分布、及び加熱器表面からの放射された熱の容器内の材料表面への非均一な供給などを含む、様々な原因による非均一性を抑制することができる。
【００２１】
本発明によれば、伝導率の基準（すなわち、ＣA／ＣB＜指定値）が、ソースの長さ方向に沿った相当の蒸発物の流れの変動を抑制できる。このような蒸気流は、ソースの端部における材料の凝縮又はソースの端部の一方又は両方における意図しない漏れに起因する場合がある。
【００２２】
また、蒸着源を、蒸着対象の材料のための所望の最小蒸着速度から相当に高い速度までの広い範囲の蒸着速度で動作可能とすることができ、又は適度に不活性な気体を使い、蒸着源の長さ方向に沿って十分な気体伝導率を保持するために十分な内部圧力を与え、最も高い、目的蒸着速度から任意の低い速度までの動作を可能にすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本実施形態は、その中で材料が蒸発される加熱された容器（加熱されたるつぼ、加熱されたバブラ、又は他の何らかの形の加熱された容器）と、容器の１つ又はそれ以上の開口部によって形成される気体配送多岐管と、を有する蒸着システムを設計する方法を提供する。
【００２４】
図１及び図２には、長方形の断面を有する細長い蒸着源の斜視図と、円形の断面を有する細長い蒸着源の斜視図とが示されている。ソース本体又は容器１及び１０は、材料２及び１１によって満たされる。カバー又は蓋３及び１２がソース本体を封止する。図１及び図２においては、開口部４及び１３が、カバー３及び１２の中央軸に沿った行に配置される。図において、開口部は、容器を封止するために使われる上部表面に示されるが、開口部は上部表面でなくてもよく、封止表面（すなわち、カバー又は蓋）も容器の上部表面でなくてもよい。
【００２５】
開口部は、ジグザグ又は整列された複数の行を含む、いずれの延伸パターンであってもよく、また、円形、長方形、楕円形、卵形、又は正方形を含む、いずれの形状であってもよい。更に、カバー又は蓋は、ソース本体を直接封止してもよく、又は図２の大きなスリット１６（点線で図示）のように開口部を覆ってもよい。張力バンド、ネジ止めされた万力締金、ボルト及び栓をされた穴を有する内部フランジ又は通過穴及びナットを有する外部フランジなどの様々な種類の締金（クランプ：Ｃｌａｍｐ）又はワイヤを使い、カバー又は蓋をソース本体と接触させて固定できる。
【００２６】
バッフル６及び１５が粒子状の物質が開口部に向けて放出されることを防止し、開口部を出る蒸気が、容器の内部表面と衝突することを確実にし、これにより、材料の流れがうまく確立されていることを確実にする。すなわち、バッフル６又は５を設けることで、蒸発物が直接開口部から放出されることを防止して、内部の圧力によって開口部から放出されるようになる。カバー又は蓋が電気的に伝導性であり、本体又は容器が電気的に絶縁性であってもよく、又はこの反対であってもよく、又は、両方が絶縁性又は両方が電導性であってもよい。端部接触子５及び１４を機械的な柔軟性のために使うことができ、また、上部表面が抵抗性加熱器として使われる場合に、上部表面への電気的な接触を成していてもよい。この代わりに、電気的なフィードスルー（feedthroughs:図示せず）を容器の長い表面を通過させて配置し、バッフル６及び１５又はソース本体内部の追加の加熱器（図示せず）への電気的な接触とすることもできる。開口部を有する表面は、バッフルとは別個に加熱してもよく、又は、直列又は並列でバッフル（又は内部加熱素子）と共に加熱してもよい。この代わりに、ソースが外部手段（図示せず）によって放射加熱されてもよい。
【００２７】
図３に、ソース本体及び開口部をどのように抵抗ＲB及びＲaで表すことができるかを示す。ソース本体は、１つの抵抗ＲBで表され、開口部は、複数の並列接続された抵抗Ｒaで表される。ソース内の蒸気の内圧Ｐは、並列抵抗Ｒaの１辺に沿った電圧Ｖに類似している。すなわち、内圧Ｐは、電圧Ｖと対応関係があり、例えば比例する。
【００２８】
最悪の場合では、図４に示すように、蒸気は主にソースの一端で生成される。これは、抵抗Ｒaの並列なアレイの１端に電圧Ｖが印加されることに対応する。更に、ソース本体の各部は、開口部間にいくらかの抵抗Ｒbを有する。この結果、ソースの長さ方向に沿った圧力降下が引き起こされ、非均一の蒸着の原因となる。
【００２９】
ここで図５を参照し、基板４０に蒸着される材料３０は、ソース本体３１に充填される。ソース本体は、熱絶縁性材料から成っていてもよく、又は熱伝導性材料から成っていてもよい。また、ソース本体は、電気的に絶縁性であっても、電気的に伝導性であってもよい。更に、ソース本体は、材料を保持するためのるつぼをその中に有していてもよく、このるつぼは、熱絶縁性材料又は熱伝導性材料から成る。ここで使われる用語「基板」及び「ワークピース」は、その上に、発光又はそうでなければ光活性装置又はそのアレイが構成される、支持体を意味する。用語「構造」は、蒸着層の一部を受けた基板を意味する。
【００３０】
放出表面として機能する開口プレート３２を、別個の部品としてソース本体に固定することができ、ファスナ及び高温ガスケット材料（例えば、グラフォイル（Ｇｒａｆｏｉｌ）（商標））を使い溶接によってソース本体に封止でき、又は、この開口プレート３２は、ソース本体自体に一体化された部品であってもよい。前者の場合、材料は、開口プレート及び関連する付属品を取り外して充填することができる。後者の場合、後に封止できる他の部分にある開口部（例えば、ソース本体の端部又はソース本体の側面に開口された開口部）を通じて材料を充填する必要がある。開口プレート３２上に位置する開口部３３のアレイを使い、蒸発された材料３０をソースの長さ方向に沿って均一に基板４０上に分配する。開口部間の距離は、一般的に基板の周縁部で薄い蒸着厚を引き起こす周縁効果を補償するように、ソースの端部近くで調整することができる。ソース−基板間の距離３５は、開口プレート３２の上部表面の平面から基板４０の下部表面の平面までの垂直距離として定義される。
【００３１】
スパーン文献に開示されるバッフル３４を使い、蒸発する材料３０と開口部３３との間の直接的な見通し線を防止する。すなわち、まっすぐ見通せることを防止する。バッフルはまた、能動的な加熱素子として機能してもよく、又は、別個の、ソース内部の加熱素子又は外部の放射手段を使ってもよい。例えば、開口プレートは、電気的に隔離されていてもよく、これを抵抗加熱素子として使うことができる。この代わりに、バッフルが電気的に隔離されていてもよく、これを抵抗加熱素子として使う、又は追加の加熱素子をバッフルと開口プレートとの間又はバッフルの下に挿入することもできる。更にもう１つの例として、外部加熱器を使い、細長い蒸着源の内部に実質的に均一な温度を可能としてもよい。
【００３２】
加熱方法とは関係なく、１つ又はそれ以上の放射シールド５０を使い、開口部の出口表面の温度が、その表面での凝縮（蒸発物の凝縮）を防止するために十分に高い温度に保持されることを確実にし、また、蒸着処理中の基板の温度の偏位を制限することが有利である場合もある。更に、このような放射シールド５０を使い、ソースからの所望の蒸気放出速度を達成するために必要な、入力電力を低減することもできる。すなわち、放射シールド５０は、ソース本体を取り囲み、ソース本体などからの放熱を防止する。
【００３３】
大面積を被覆するためには、ソースは十分に長く作られ、その後、その長軸と垂直な方向に、基板に対して並進される。例えば、ソースは、隔離部（スタンドオフ：ｓｔａｎｄｏｆｆ）４２上に配置され、モータを取り付けることができ基板４０の下を移動させることのできる往復台４１に固定されてもよい。この代わりに、基板付属品を固定されたソースに対して移動させたり、基板とソースとの両方を移動させて、所望の相対的な並進を達成してもよい。
【００３４】
細長いソース（図１から図５に示すような）からの均一な蒸着の鍵となる必要条件として、ソースの長さ方向に沿った圧力分布が、繰り返し可能であることが挙げられる。一般的に、圧力分布が知られていれば、これにしたがって、積ＣiＰi、すなわち各開口部からのスループット、がソースの長さ方向の大半に沿って一定であるよう保たれ、ソースの有限な長さに関連する周縁効果を補償するために周縁部近くで適切に調整されるように、開口部の大きさを決定できる（ここで、Ｃiは開口部の伝導率であり、Ｐiはこの開口位置におけるソース内の圧力である）。伝導率Ｃiは、上述のモデルで使われた抵抗の逆数である。繰り返し可能な圧力分布の特殊な１つの場合に、ソースの長さ方向の大半に沿ってほぼ一定であり、更に、非均一な蒸発（温度の非均一性に起因する）及び、ソースから開口部を介して出る又は開口部以外からソースから漏れる、蒸発された材料による、流れに誘導された圧力勾配の影響を受けないものがある。
【００３５】
ソース内部で実質的に均一で頑強な圧力を可能にするために、開口部及び本体の相対的な伝導率を考慮する必要がある。伝導率を計算し、材料の蒸気のソース本体を通じた流れの最悪の場合を考慮することにより、伝導率の基準、すなわち、全ての開口の総和の伝導率とソース本体の伝導率との比が何らかの値以下になるというもの、が導出される。この伝導率基準の根拠を以下に説明する。
【００３６】
理想気体の平均自由行程は、温度、圧力、及び分子の大きさに依存する（Ｊ．  Ｍ．  Ｌａｆｆｅｒｔｙ，  ｅｄ，  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９９８，  ｐ．８を参照）。
Ｌ＝ｋBＴ／（√２・Ｐπ・δ2）
ここでＬはメートル（ｍ）で表され、ｋBはボルツマン定数、Ｐはパスカル（Ｐａ）で表される圧力、δはメートル（ｍ）で表される分子の直径である。この式の便利な形の１つに、
【数１】
2004232090.tif 000003
がある。ここで、Ｌはセンチメートル（ｃｍ）で表され、Ｔはケルヴィン（Ｋ）で表され、δはオングストローム（Å）で表され、Ｐはパスカル（Ｐａ）で表される。この形で表されるＬを使い、クヌーセン数を推定する。
Ｋn＝Ｌ／ｄ
ここで、ｄはシステムの特徴的な寸法である。
【００３７】
本発明で説明するような細長いソースを使った有機材料の蒸着の際には、蒸発された有機層は、一連の開口部を通って放出表面から放出される。一般的に、これらの開口部は、少なくとも１つの寸法において、クヌーセン数（すなわち、平均自由行程とこの寸法との比）が１の値を超えるほどに、十分に小さく、開口部は、分子流れにあると言える。
【００３８】
分子流れにおいては、ゼロの長さのオリフィス（又は開口部）の伝導率は（上述のＬａｆｆｅｒｔｙ，ｐ．８６を参照）、
【数２】
2004232090.tif 000004
である。ここで、Ａは平方メートル（ｍ2）で表されるオリフィス面積、Ｒ0は一般気体定数、Ｔは絶対温度、Ｍmはキログラム（ｋｇ）で表される分子量である。この式は、後述する放出速度に深く関連する。２２℃の空気の場合、Ｃ0はリットル毎秒（ｌ／ｓ）で１１．６Ａであり、ここでＡは平方センチメートル（ｃｍ2）で表される。異なる温度の他の気体の場合、Ｃ0は以下のように表現できる。
【数３】
2004232090.tif 000005
【００３９】
オリフィスの大きさが小さくなるにしたがって、オリフィス壁の厚さがより重要となってくる。最終的には、オリフィスは、導管のようになる。導管の分子流れの伝導率は、ゼロの長さのオリフィスと類似しているが、通過確率によって修正される。
【数４】
2004232090.tif 000006
【００４０】
ここで、Ｃaは、長さがゼロでない開口部の伝導率である。様々な形状の透過確率αは、様々な手段によって導出されている。特に単純な形状の場合、解析的解を見つけることができる。より複雑な形状の場合、モンテカルロ法が使われる。円形の断面を有する短い導管及び長方形の断面を有する短い導管を含む、様々な形状に対するαの値がまとめられている（上述のＬａｆｆｅｒｔｙ，ｐ．９１及びＯ’Ｈａｎｌｏｎ，  Ｊ．  Ｆ，  Ａ  Ｕｓｅｒ’ｓ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ２nd  ｅｄ，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８９，  ｐｐ．３６−３７を参照）。
【００４１】
各開口部のスループットＱは、
Ｑ＝ＣaＰ
で求められる。ここで、Ｃaは上で定義した伝導率であり、Ｐはオリフィスにおける圧力降下である。よって、複数の開口部を有する細長いソースからの均一な放出は、各開口部における圧力降下Ｐが可能な限り均一であることを必要とする。有機蒸気が蒸発源本体を通って開口部へと移動するにしたがって、ソース本体に沿った気体流への伝導率が、蒸着源内で一定に近い圧力を保持するために十分である必要がある。蒸気が、ソースの長さ方向に沿って自由に移動することを可能にすることで、局在化した非均一な蒸発の悪影響及びソース構造内での局在化した漏れの悪影響が最小限にされ、均一の蒸着が達成される。
【００４２】
蒸発源に沿った伝導率ＣBは、ソース本体に沿った分子流れの伝導率と、ソース本体に沿った粘性流の伝導率と、クヌーセン数を決定することにより計算される。Ｏ’Ｈａｎｌｏｎ文献（ｐｐ．２６−２７）に記載されているように、クヌーセン数に依存して、伝導率は、分子流れの値をとる（Ｋn＞１）か粘性流の値をとる（Ｋn＜０．０１）、又はこれらの２つの値の一次結合をとる（０．０１＜Ｋn＜１）。
【００４３】
分子流れにある、直径がｄで長さがｌの長い円筒形のチューブの場合、通過確率は、解析的に計算でき、分子流れ伝導率は、
【数５】
2004232090.tif 000007
によって表される。
【００４４】
短幅がｂ、長幅がａ、及び長さがｌ（全てセンチメートル単位）の長い長方形の導管の場合、分子流れ伝導率は、
【数６】
2004232090.tif 000008
によって表される。
（ここでａ及びｂを定義するために採用する決まりは、Ｏ’Ｈａｎｌｏｎ（３５ページ）で使われている決まりであり、Ｌａｆｆｅｒｔｙ（９０ページ）で使われるものと逆であることに留意されたい。）
【００４５】
粘性流では、導管の伝導率は、導管内の平均圧力に比例して増加し、気体の粘性と反比例して増加する。長い円形のチューブの場合、粘性流伝導率は、
【数７】
2004232090.tif 000009
によって表される。ここでδは分子の直径であり、空気では３．７４Åが使われる（Ｌａｆｆｅｒｔｙのｐ．９，３４を参照）。またここで、気体の粘性は以下の関係式を満たすと仮定する（Ｏ’Ｈａｎｌｏｎのｐ．１７を参照）。
【数８】
2004232090.tif 000010
【００４６】
粘性流にある長い長方形の導管の場合、伝導率は以下のように表される（Ｌａｆｆｅｒｔｙのｐ．１１１及びＯ’Ｈａｎｌｏｎのｐ．３１を参照）。
【数９】
2004232090.tif 000011
ここで、ａ、ｂ及びｌはセンチメートル（ｃｍ）で表され、長方形の導管に対して上で定義したものであり、＜Ｐ＞はパスカル（Ｐａ）で表される、導管内の平均圧力である。
【００４７】
ここに開示された方法は、開口部と舟型の容器の伝導率との比較に基づいており、いずれの伝導域にあるかを特定していない。ここで開示された例においては、形状、分子の特性、温度、及び圧力の範囲が、オリフィスが分子流れ内の短い導管であり、ソース本体が、分子流れ、遷移流、又は粘性流（断面の寸法、圧力、分子の大きさ、及び温度に依る）にある長い導管として扱われる。更に、アルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）などの材料の場合、Ｔ、Ｍm、及びδの修正が重要である。すなわち、分子流れ伝導率は、高い分子量（そして、これによる、空気に比べて遅い熱速度）によって相当に（２０℃の空気と比べて）低減され、同時に、分子量の増加及び温度の増加があった場合でも粘性の正味の低減により、粘性流が少し増大される（上述の粘性の関係を参照）。
【００４８】
粘性流伝導率を決定するために、蒸着源内の平均圧力を知る必要がある。線形ソースの動作圧力は、ソースからの既知の距離における既知の蒸着速度から推定できる。単純な推定値は、ソースを線ソースと見なすことにより得ることができる。ガウスの法則を適用し、この場合の円筒対称性を利用すると、ソースの中心の直上での蒸着速度ｒは、ソースから基板までの距離ｄと反比例することがわかる。
【数１０】
2004232090.tif 000012
ここでＱは長さｌのソースから単位時間辺りに放出される質量であり、ここで、ソースが半径ｄの半円筒に放出すると仮定する。πｄの係数は、半円筒の表面での等方性線束密度の積分から生じる。
【００４９】
この推定値は、ソースの放出プロフィールを考慮することに向上できる（Ｌａｆｆｅｒｔｙ，ｐｐ．８５−８６を参照）。薄い開口部の場合、放出プロフィールは、ｃｏｓ（θ）分布となる（ソースからソース平面の法線に対してθの角度で発出する線束密度の大きさは、ｃｏｓ（θ）に比例する）。より深い構造（すなわち、厚い開口部又はチューブ）からの放出では、線束密度は、より異方性である。すなわち、開口部の長さと横方向の寸法との比が大きくなると、放出は、よりビーム状になる（Ｌａｆｆｅｒｔｙのｐ．８６を参照）。
【００５０】
十分に低いソース内の動作圧力では、開口部を通る流れを分子流れと考えることができ、ビーム効果（すなわち、雲というよりは粒子のビームに見える流れ）は、ｃｏｓp（θ）の係数を導入することにより近似する。ここで、ｐは、結果の蒸着プロフィールを考慮するために実験的に求められる乗数である。より高い動作圧力では、開口部を通る流れには、粘性流からの寄与分が相当に含まれる場合がある。この場合であっても、開口部の長さと横方向の寸法との比が、ビームの程度に影響を及ぼす。
【００５１】
ビームの程度が高い場合、ソース材料がより効果的に使われて、ソースの上に直接被覆を形成する（半円筒の辺面での線束密度の積分への寄与分は、大きなθよりも小さなθの時に相当に大きい）。指定されたソースから基板への距離において、細長いソースの中央の真上で測定された蒸着速度から、ソースから発出する推定線束密度は、以下の式で求められる。
【数１１】
2004232090.tif 000013
ここで、ｑ／ｌは、ｇ／ｃｍ／ｓの単位、ｒは（Å／ｓ）の単位、ｄはセンチメートル（ｃｍ）で表されるソースの中央から基板までの距離、そして、被覆の質量密度ρは、１ｇ／ｃｍ3と仮定する。この式は、ｄが、蒸着速度がサンプルされる横方向の距離に比べて大きい場合に有効である。周縁の寸法がｘｃｍである平坦な基板上のｒの測定では、Ｉの式は、
【数１２】
2004232090.tif 000014
となる。ここで、θ（ｘ）はソースの軸から基板上のｘでの点へのベクトルと、ソース軸の法線（ｘ＝０を向く）との角度である。積分内の分母でのｃｏｓ（θ）の余剰の乗数は、線束密度ベクトルと基板表面法線との内積と、ソースへの距離の変化をｘの関数で表したものから生じる。
【００５２】
速度ｑで材料を放出するソース内の圧力は、ソース材料が平衡蒸気圧にあると仮定して計算される。
【数１３】
2004232090.tif 000015
ここで、ｑは、グラム毎秒（ｇ／ｓ）で表される材料放出速度、Ａ0は、平方メートル（ｍ2）で表される総開口面積、Ｔは、ケルヴィンで表される蒸着材料の蒸気の温度、Ｍwは、蒸着材料の分子量（ａｍｕで表す）、ｍは、キログラム（ｋｇ）で表される蒸着材料の分子の質量、ＮAはアヴォガドロ数、ｋBはボルツマン定数である。よって、ここで計算される圧力は、パスカルで表される。この式は、壁の厚さがゼロのオリフィス（すなわち、オリフィス／加熱器プレートがオリフィスの寸法よりも薄い極限）に対して有効である。
【００５３】
この計算では、ソースからの材料の放出速度は、運動学的理論から考慮され（Ｌａｆｆｅｒｔｙのｐｐ．１８−２１を参照）、ソース蒸気の密度ｎと、熱速度ｖTとに依存する。
放出速度（分子／ｓ）＝（ｎｖT／４）・Ａ
ここでＡはオリフィス面積であり、熱速度は、気体の運動学的理論から計算される。
【数１４】
2004232090.tif 000016
【００５４】
開口部の厚さがゼロでない場合、上記の式を、個々のオリフィスの通過確率αで除算する必要があり、ここでオリフィスは、分子流れ内の短い導管として扱われる。
【数１５】
2004232090.tif 000017
【００５５】
より高い圧力における動作には、開口部を通る遷移流及び粘性流を考慮する必要がある。ここに記載する例は、開口部を通る分子流れの場合であるが、当業者であれば、ソースからの放出及び開口部の伝導率を遷移流及び粘性流の場合に変更することができ、よって、分子流れでない開口部の場合に、それぞれの動作圧力及び開口伝導率を決定できることは明らかであろう。
【００５６】
非均一の蒸発の最悪の場合は、蒸気が１つの端部のみからソースに入る場合である（固体材料をソースの１つの端部のみに充填する場合と同様である）。この結果の圧力降下は、ソースの形状及び蒸着速度の関数として計算できる。
【００５７】
上述のように、蒸着速度と、ソースから基板までの距離と、蒸着される材料と、が与えられると、ソース放出速度が計算される。放出速度及びオリフィス形状（したがって、通過確率）は次に、ソース圧力を計算するために使われる。そして、ソース内の気体温度を推定するために、材料の蒸発曲線（蒸気圧に関してはＬａｆｆｅｒｔｙのｐｐ．２２−２５を参照）が使われる。そして、ソースの圧力が、新しい温度値を使い調整される。蒸発曲線は大きく温度に依存し、圧力に大きな変化を発生させるためには小さな温度の変化のみを必要とするため、通常、この処理は、数回の反復で収束する。
【００５８】
次に、計算されたソース圧力及び温度から、ソース本体を、長い中空のチューブとして扱うことにより、ソース本体の伝導率が計算される（この計算では内部バッフルは無視されているが、ソースに充填された材料の上部表面が、ソース本体の壁の１つとして考慮される。充満したソースと空のソースの両方の場合の伝導率が計算される）。全ての開口の伝導率の和、すなわちＮｘＣaを計算して（ここでＮは開口部の数）、この和をソース本体に沿った伝導率で除算することにより、単純な伝導率比が計算される。様々な蒸着速度及びソース形状において、単純な伝導率比への影響が評価される。
【００５９】
細長い蒸着源が出口開口部を有する筐体から成るため、蒸着源は、気体分配多岐管に向いている。限定された場合として、ソースの１つの端部から、蒸着材料が蒸気として入り、ソースのもう一方の端部が閉じている場合が考えられる。よって、被覆均一性は、ソースの長さ方向に沿った圧力の均一性に大きく依存する。この場合は、最悪の場合であり、局在化した強力な加熱に起因する又は材料の非均一な分布（例えば、全てのソース材料が舟型の容器の１つの端部に充填されるなど）に起因する、極端に非均一なソース材料の蒸発に対応する。よって、局在化された加熱又は材料の非均一な分布の存在下における、ソース本体に沿って一定の圧力を保持する能力は、気体配送多岐管がその長さ方向に沿って一定の圧力で動作できる能力と言い換えることができる。
【００６０】
細長い蒸着源は、各々が出口開口部と短いチューブ長を有する一連のセグメントとして考えることができる。チューブの短い長さは、直列の抵抗率（抵抗率＝１／伝導率）として考えられ、この抵抗率は、はしごネットワークの一辺を形成する。出口オリフィスは、グランド（真空）への並列抵抗であり、はしごの横木を形成する（図３及び図４を参照）。短い導管での相当のオリフィス効果のため（Ｏ’Ｈａｎｌｏｎのｐｐ．４５−４７を参照）、直列の抵抗は、個々のセグメントの伝導率から計算された抵抗率ではなく、ソース本体の正味の抵抗をセグメント数で除算したものとして計算され、よって、Ｃb＝ＮｘＣBである（ここで、セグメント数Ｎは、伝導率比ＣA／ＣBを計算する目的で、均一の間隙で配置されたと仮定される出口開口部の数である）。
【００６１】
反復処理により、はしごネットワーク全体の正味の伝導率が計算される（第１のオリフィスが第１のセグメント体と直列に追加される。この対が次のオリフィスと並列に追加される。次のセグメント体が１つ前の正味の伝導率と直列に追加される。次のオリフィスが新しい正味の伝導率と並列に追加される．．．）。多岐管への入力質量流は、必要とされる平均蒸着速度から計算される。同様の反復処理によって、ネットワークの長さ方向に沿って、オリフィスを通じた一体化された流れ及び圧力（ソース本体セグメント内の）が、計算される。次に、入口圧力が、ソース本体内の平均圧力が指定された蒸着速度を得るために必要とされる平均圧力に対応するように調整される。そして、入口からソースの対向端部までの圧力差が平均圧力で除算され、ソース本体に沿った圧力の非均一性が得られる。
【００６２】
漏れへの感度を評価するために、はしごネットワークは、蒸気が入る端部とは逆側の端部における漏れ伝導率を含むように修正された。そして、入口から漏れへの圧力差を計算し、この圧力差を平均圧力で除算することにより、正味の圧力非均一性が計算される。この値は、開口部を通じた流れと、漏れによって誘導される流れとの両方の影響を含む。
【００６３】
本発明を使った大面積被覆は、ＯＬＥＤ及び他の光学的に活性な装置を作るために使われる層の被覆に実施できる。例として、図６に、本発明の蒸着システムの概略断面図を示す。蒸着ステーション１００は、チャンバ１０２を形成するハウジング１０１を含む。基板又は構造１１０が、典型的には０．１３Ｐａより低い、低減された圧力下にあるチャンバ１０２内のホルダ及び／又はマスクフレーム１１１に支持される。
【００６４】
熱物理蒸着源１１４は、熱的及び電気的に絶縁されたソース支持体１１５によって支持される。電気リード１１６及び１１７が、ハウジング１０１に配置されたそれぞれの電力フィードスルー１２０及び１２１からソースに向けられるよう概略的に図示される。
【００６５】
図６においては、蒸発された材料の蒸着ゾーン１３１での材料１３０の蒸着の際の、基板又は構造１１０と蒸着源との相対的な移動は、基板又は構造１１０をソースに対して移動させる又は並進させることにより達成される。蒸着源、すなわち、複数の開口部１３２は、基板又は構造１１０から距離Ｄだけ離れている。
【００６６】
中間蒸着位置「ＩＩ」においては、基板又は構造１１０、ホルダ及び／又はマスクフレーム１１１、滑りシュー（グライドシュー：ｇｌｉｄｅ  ｓｈｏｅ）１４０、及び親ネジ受歯車（ｌｅａｄ  ｓｃｒｅｗ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）１４２が実線−外形断面図で示される。これらのソース構成要素は、ホルダ１１１の左の位置「Ｉ」及びホルダの右の位置「ＩＩＩ」では点線及び断続線で示されており、これらの位置はそれぞれ、ホルダの右方向への移動の始点及び終点又はホルダの左方向への移動の終点及び始点である。
【００６７】
左方向への移動及び右方向への移動は、親ネジ受歯車１４２に係合する親ネジ１４５によって実行される。受歯車１４２は、滑りシュー１４０に取り付けられ、この滑りシュー１４０がホルダ及び／又はマスクフレーム１１１を支持する。滑りシュー１４０は、滑りレール１４７に沿って滑る。親ネジシャフト１５０が、ハウジング１３０及びシャフト封止部１４９を通って、モータ１５１へと延びる。
【００６８】
モータ１５１は、左方向への移動又は右方向への移動又は指定された位置でのアイドリング（移動無し）を可能にし、該指定された位置では、完成した有機層を有する基板又は構造１１０がホルダ及び／又はマスクフレーム１１１から取り外され、新しい基板又は構造がホルダに取り付けられる。
【００６９】
図６において、基板又は構造１１０は、静止した細長い蒸着源に対して、ソースの延伸された方向に実質的に垂直な方向に移動される。この代わりに、基板又は構造１１０と細長い蒸着源との相対的な動きは、この上に細長い蒸着源を配置できる可動往復台又は他の可動移送手段と係合する親ネジによって、静止した基板又は構造に対してソースを移動させることにより、達成されてもよい。
【００７０】
本発明の細長い熱物理蒸着源はまた、複数の蒸気流出開口部を有する１つの細長いソースからの蒸着によって、１つ又はそれ以上の有機ホスト材料の均一な層又は１つ又はそれ以上の有機ドーパント材料の均一な層を形成するために有効に使うこともできる。ホスト材料（又は複数のホスト材料）及びドーパント材料（又は複数のドーパント材料）は、粉末、薄片、又は粒子の形状又は塊状のペレットの形で、細長い容器２、１１、及び３１に受けられる。
【００７１】
本発明及びその効果を、以下の特定の例により更に説明する。
【００７２】
（例１）
６０ｃｍの長さのソースを、ソースの端部から２．５５ｃｍの位置からはじまり、中心が０．９ｃｍ離された６０の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリによって覆う。開口部は、幅０．０１２５ｃｍ、長さが０．５ｃｍの長方形のスロットである。ソース本体は、幅がｂで深さがａの長方形の断面を有し、ここで「深さ」は、開口プレートからソースに充填された材料の表面までの距離を表す。蒸着速度は、１２ｃｍの開口部−基板間距離で５０Ａ／ｓであり、蒸着される材料はアルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）（４５９の分子量及び１ｎｍの分子直径と、図７に示す蒸気圧曲線を有する）である。ａ及びｂの値を表１に示す。必要な動作圧力のために指定された速度を得るように伝導率比が計算され、この値を表１に示す。圧力の非均一性は上述のように計算される。表１には、漏れが無い（開口部以外で）場合についての結果と、ソースの１つの端部において漏れがある場合についての結果と、を示し、この漏れは、全ての開口部における総伝導率と等しい伝導率を有する。
【００７３】
【表１】
2004232090.tif 000018
【００７４】
（例２）
６０ｃｍの長さのソースを、ソースの端部から２．５５ｃｍの位置からはじまり、中心が０．９ｃｍ離された６０の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリによって覆う。開口部は、幅０．０１２５ｃｍ、長さが０．５ｃｍの長方形のスロットである。ソース本体は、幅がｂで深さがａの長方形の断面を有し、ここで「深さ」は、開口プレートからソースに充填された材料の表面までの距離を表す。蒸着速度は、１２ｃｍの開口部−基板間距離で１０Ａ／ｓであり、蒸着される材料はアルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）（４５９の分子量及び１ｎｍの分子直径と、図７に示す蒸気圧曲線を有する）である。ａ及びｂの値を表２に示す。必要な動作圧力のために指定された速度を得るように伝導率比が計算され、この値を表２に示す。圧力の非均一性は上述のように計算される。表２には、漏れが無い（開口部以外で）場合についての結果と、ソースの１つの端部において漏れがある場合についての結果と、を示し、この漏れは、全ての開口部における総伝導率と等しい伝導率を有する。
【００７５】
【表２】
2004232090.tif 000019
【００７６】
（例３）
６０ｃｍの長さのソースを、ソースの端部から２．５５ｃｍの位置からはじまり、中心が０．９ｃｍ離された６０の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリによって覆う。開口部は、幅０．０１２５ｃｍ、長さが０．５ｃｍの長方形のスロットである。ソース本体は、幅がｂで深さがａの長方形の断面を有し、ここで「深さ」は、開口プレートからソースに充填された材料の表面までの距離を表す。蒸着速度は、１２ｃｍの開口部−基板間距離で１Ａ／ｓであり、蒸着される材料はアルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）（４５９の分子量及び１ｎｍの分子直径と、図７に示す蒸気圧曲線を有する）である。ａ及びｂの値を表３に示す。必要な動作圧力のために指定された速度を得るように伝導率比が計算され、この値を表３に示す。圧力の非均一性は上述のように計算される。表３には、漏れが無い（開口部以外で）場合についての結果と、ソースの１つの端部において漏れがある場合についての結果と、を示し、この漏れは、全ての開口部における総伝導率と等しい伝導率を有する。
【００７７】
【表３】
2004232090.tif 000020
【００７８】
（例４）
６０ｃｍの長さのソースを、ソースの端部から２．５５ｃｍの位置からはじまり、中心が０．９ｃｍ離された６０の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリによって覆う。開口部は、直径が０．０４ｃｍの円形の穴である。ソース本体は、幅がｂで深さがａの長方形の断面を有し、ここで「深さ」は、開口プレートからソースに充填された材料の表面までの距離を表す。蒸着速度は、１２ｃｍの開口部−基板間距離で５０Ａ／ｓであり、蒸着される材料はアルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）（４５９の分子量及び１ｎｍの分子直径と、図７に示す蒸気圧曲線を有する）である。ａ及びｂの値を表４に示す。必要な動作圧力のために指定された速度を得るように伝導率比が計算され、この値を表４に示す。圧力の非均一性は上述のように計算される。表４には、漏れが無い（開口部以外で）場合についての結果と、ソースの１つの端部において漏れがある場合についての結果と、を示し、この漏れは、全ての開口部における総伝導率と等しい伝導率を有する。
【００７９】
【表４】
2004232090.tif 000021
【００８０】
（例５）
３０ｃｍの長さのソースを、ソースの端部から０．９６ｃｍの位置からはじまり、中心が０．９ｃｍ離された３０の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリによって覆う。開口部は、幅０．０１２５ｃｍ、長さが０．５ｃｍの長方形のスロットである。ソース本体は、幅がｂで深さがａの長方形の断面を有し、ここで「深さ」は、開口プレートからソースに充填された材料の表面までの距離を表す。蒸着速度は、１２ｃｍの開口部−基板間距離で１０Ａ／ｓであり、蒸着される材料はアルミニウムトリスキノラート（Ａｌｑ）（４５９の分子量及び１ｎｍの分子直径と、図７に示す蒸気圧曲線を有する）である。ａ及びｂの値を表５に示す。必要な動作圧力のために指定された速度を得るように伝導率比が計算され、この値を表５に示す。圧力の非均一性は上述のように計算される。表５には、漏れが無い（開口部以外で）場合についての結果と、ソースの１つの端部において漏れがある場合についての結果と、を示し、この漏れは、全ての開口部における総伝導率と等しい伝導率を有する。
【００８１】
【表５】
2004232090.tif 000022
【００８２】
計算例、すなわち図８との比較に、図９に、実験データを示し、例１から５の、異なる断面積を有する構造の、端部漏れがあるものと無いものとの、圧力非均一性と蒸着速度データとの関係をグラフで示す。実験では、５０ｃｍの長さのソースが、材料（Ａｌｑ）によって充填され、ソース本体の断面積がおおよそ１０ｃｍ2であった。幅が０．０１２５ｃｍの幅で、長さが０．５ｃｍの、一連の４９の長方形の開口部を有する開口プレート及び加熱器アセンブリが、このソース本体と共に使われた。ソースの中央付近では、開口部の中心間の距離が約１ｃｍであった。周縁近くの開口部は、均一性プロフィールへの周縁効果を補償するために、より近づけて配置された（２００２年３月８日に出願されたフリーマン等（Ｆｒｅｅｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．）による米国特許出願第１０／０９３，７３９号明細書に記載されるように。）。この特定の構造は、動作温度が中心の領域よりも相当に低い（おおよそ２５℃ほど低い）端部近くのゾーンを備える。
【００８３】
初期のソースのウォームアップにおいては、ソース端部における材料の凝縮が、相当量の質量の流れを作り出し、この結果、ソースの両端において、実質的な漏れが再現された。ソースの長さ方向に沿ってソースの上１０ｃｍの位置に配置された、水晶モニタのアレイが、速度プロフィールを記録し、よって、ソースから発出する材料の均一性プロフィールを記録した。よって、非均一性は、ソース動作速度（すなわち、Å／ｓで表される蒸着速度）の関数として測定された。初期の一連のデータが、ソースの第１のウォームアップの際に採られた。数時間におよぶ動作の後、ソースの端部には、加熱器アセンブリに近くなるほどにまで材料が蓄積し、よって、材料がより効果的に加熱され、凝縮効果に起因する実質的な漏れが低減された。この時点で、ソース動作は安定しており、非均一性データは、動作速度の関数として取得された。図８からわかるように、データは、上記の例で示された計算と一致する。
【００８４】
上述の例は、ソースの性能（圧力非均一性の割合）が、ソース本体の断面積及びソースの動作速度に依存することを示す。全ての例における、計算された圧力降下をソース本体の断面積の関数としてまとめたグラフを、図１０に示す。本発明以前では、当業者は、様々な本体寸法及び開口部の大きさを有するソースを構築し、その後、望まれる均一性及び必要な速度範囲に基づき、実験的に適切な形状を選択していた。均一性の速度依存性は、当業者には完全に自明ではないが、一般的なソースの最適化手続きは、目的とする蒸着速度及び目的とする被覆対象の基板の大きさのためにソース本体及び開口部の大きさを決定してこの現象を考慮することができる。
【００８５】
上に提示した例を、単一のパラメータ、すなわち、伝導率比に着目して分析すると、本発明による設計によって、頑強なソース動作が達成できることがわかる。図１１に、上に提示した全ての例における、伝導率の関数として示す圧力非均一性の全てのデータを示す。このグラフからわかるように、以前に示された性能の速度依存性及び形状依存性（表Ｉから表５及び図１０を参照）が、伝導率のみによって説明できる。伝導率比が特定の値よりも低ければ、性能は、指定された均一性の必要性以上となる。上に提示した例では、低い速度において均一性が悪化するメカニズムは、ソース本体に沿った伝導率への粘性流の寄与分の喪失である。ソース本体及び開口部の形状を指定して、この低速度（分子流れ）極限において機能させることにより、均一性の必要条件を高い速度においてのみ満たすソースを作り、このソースを低い速度において動作させることにより達成できる速度の範囲よりも、より広い速度の範囲で機能するソースを作ることができる。
【００８６】
この方法により、指定された最低速度より高く、蒸着される材料の蒸気圧曲線によって決まる高い速度（よって高い圧力）における動作温度によって決定される何らかの実行上の限界よりも低い、全ての速度で機能させることができる、単一のソース本体及び開口部の構造を考案できる。
【００８７】
本発明によれば、開口部の大きさ及びソース本体の断面積寸法を通じて伝導率比を適切に制御することにより、分子流れの低圧極限内で機能するソースを設計できる。この新規の方法は、必要とされる異なる蒸着速度の範囲のために、複数のソースを使う必要を回避する。
【００８８】
また、本発明によれば、適切な圧力のアルゴンなどの不活性ガスをソース本体に供給することにより、適切な伝導率比を有するソースを設計できる。この方法は、ソース本体の最大寸法に相当の制限がある場合又は十分に小さい開口を作る能力に相当の制限がある場合などに有利である。この方法は、ソース動作圧力を増大させ、これにより、ソース軸に沿った遷移流又は粘性流を得る。この圧力は、蒸着される材料の蒸気圧（又は分圧Ｐｍ）を増大させる（すなわち、材料を更に加熱する）以外の方法で達成されるため、熱による劣化に弱い材料の場合に追加の利点を有する。形状的な制限及び熱劣化にも関わらず、ソースが高い速度においてはうまく動作する（すなわち、満足できる程度に低い非均一性を有して動作する）が低い速度においては動作しない場合、ソース本体に不活性ガスを導入し、ソース本体において、いくらかの粘性流を、必要な最低速度まで保持できる。この方法は、適切な均一性を達成するための、高い蒸気圧で動作させる必要性に起因する速度を制限するために、小さな開口を有する異なるソースを構築する必要性を回避する。
【００８９】
図１２に、与えられた蒸着速度及び形状のための伝導率及び圧力分布の計算（上に詳しく説明し、上に例示する例を作るために使われた）をまとめたフローチャートを示す。まず、望まれるソース−基板間距離２２０及び与えられた総開口面積２２４における望まれる蒸着速度２２２のために必要な単位長さ辺りのソーススループットが計算される（２００）。次に、個々の開口面積２２４及び開口長２２６、蒸気温度の初期推測値２１８、及び材料の分子量２２８を使い、スループット２００を生成するために必要な内圧が計算される（２０２）。分子直径２３０、温度の推測値２１８、及び内圧２０２を使い、平均自由行程２０４が計算される。開口寸法２３２及びソース本体寸法２３４が、平均自由行程２０４と組合わされて使われ、クヌーセン数２０６が計算される。寸法２３２及びソース本体寸法２３４及び、分子量２２８及び分子直径２３０が、計算されたクヌーセン数に基づき選択された適切な伝導率式と共に使われ、それぞれの開口及びソース本体伝導率が決定され、はしごネットワークモデルが形成される（２０８）。はしごネットワーク内の圧力分布が計算される（２１０）。蒸気圧曲線から蒸気温度が見積られる（２１２）。温度の見積もり値２１２が、初期推測値２１８と比較される。見積もり値２１２が初期推測値２１８から大きく異なる場合（例えば、絶対温度で２％より大きく）、推測値が見積り値と等しくなるように更新され、計算が繰り返される。この処理は、推測値と見積もり値が一致するまで続けられる。そして、圧力均一性、平均圧力、及び蒸気温度の最終値が出力される（２１４）。与えられた材料、蒸着形状、及び蒸着速度に対して、様々な開口部及びソース本体の寸法を使って、この処理が繰り返され、図１０及び図１１に示すようなグラフを生成する。これらのグラフから適切な設計が選択される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明により設計可能な、長方形の断面を有する細長い蒸着源を示す概略図である。
【図２】本発明により設計可能な、円形の断面を有する細長い蒸着源を示す概略図である。
【図３】蒸着源からの材料の放出を決定する伝導率を示す概略図である。
【図４】図１、図２及び図３に示すソースを使った蒸着の最悪の筋書きを示す回路モデルである。
【図５】大きな基板を被覆するために使われる細長い蒸着源の概略断面図である。
【図６】本発明の１つの態様による、蒸着層の形成専用の蒸着ステーションを示す概略断面図であり、静止している蒸着源に対して、構造が親ネジによって移動され、基板全体にわたって均一な蒸着層を形成するものを示す図である。
【図７】熱重量測定分析により測定された、Ａｌｑの蒸気圧を１／温度の関数として示すグラフである。
【図８】例１から５の、ソースの長さ方向に沿った圧力の非均一性を、蒸着速度の関数として示すグラフである。
【図９】視認された速度非均一性から推測される圧力非均一性を、１０ｃｍの開口部−基板間距離及びソースの端部における凝縮に起因する２つの異なる程度の内部質量流のための実験的な蒸着速度の関数として示すグラフである。
【図１０】例１から５の、ソースの長さ方向に沿った、計算された圧力降下をソースの断面積の関数として示すグラフである。
【図１１】例１から５の、ソースの長さ方向に沿った計算された圧力非均一性を伝導率の比の関数で示すグラフであり、遠隔の端部において漏れがない場合と、総開口部伝導率に等しい漏れがある場合のデータを示す。
【図１２】蒸着源での伝導率の計算及び圧力分布を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１  ソース本体、２  材料、３  カバー、４  開口部、５  端部接触子、６  バッフル、１０  ソース本体、１１  材料、１２  カバー、１３  開口部、１４  端部接触子、１５  バッフル、１６  スリット、３０  材料、３１  ソース本体、３２  開口プレート、３３  開口部、３４  バッフル、３５  ソース−基板間距離、４０  基板、４１  往復台、４２  隔離部、５０  放射シールド、１００  蒸着ステーション、１０１  ハウジング、１０２  チャンバ、１１０  基板、１１１  マスクフレーム、１１４  蒸着源、１１５  絶縁ソース支持体、１１６  電気リード、１１７  電気リード、１２０  フィードスルー、１２１  フィードスルー、１３０  材料、１３１  蒸着ゾーン、１３２  開口部、１４０  滑りシュー、１４２  親ネジ受歯車、１４５  親ネジ、１４７  滑りレール、１４９  シャフト封止部、１５０  親ネジシャフト、１５１  モータ、２００−２１８  ステップ、２２０  ソース−基板間距離、２２２  蒸着速度、２２４  開口面積、２２６  開口長、２２８  材料の分子量、２３０  分子直径、２３２  開口の寸法、２３４  ソース本体の寸法。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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