JP5877245B2 - 気相蒸着方法及び気相蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には物理気相蒸着分野に関し、そして特に、ソース材料が蒸発温度に加熱され、不活性キャリアガスと混合されてそれにより基板へと搬送される蒸気プルームが生成され、そこで有機材料が凝縮して薄膜を形成する有機気相成長法に関する。

基板表面に材料を気相蒸着するための多くの方法が従来技術として知られている。多くの場合、製造工程の開始時に、基板上に蒸着される数百グラムの材料がるつぼに充填される。その材料は、粉状形態でるつぼに入れられる。その後、るつぼとその内容物は、所望する蒸気生成速度となる温度に加熱される。

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Franklin, Proc. Roy. Soc, A, 209, 196, 1951, Harris, Int. Mater. Rev., 42, 206. 1997 Jenkins and Kawamura, Polymeric Carbons - Carbon Fibre, Glass and Char (Cambridge: Cambridge University Press). 1976

この手法は、低速応答の温度制御システムにフィードバックを与えるために結晶速度モニターを用いることで非常に安定な蒸着速度を実現できるが、るつぼ中の材料の多くが過剰な時間、高温に曝されることとなる。この高温への長時間の暴露は、多くの材料に対し、特にＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）素子に用いる有機材料に対し、熱分解の深刻なリスクをもたらす。さらにこれらの方法では、蒸発を迅速に開始しかつ中断することができない。有機材料と無機材料の化学的な相違は、いささか独断的であるが、薄膜蒸着分野においては、通常、金属及びその酸化物、窒化物及び炭化物を無機物とみなしている。この定義によると、無機材料における分解のリスクは比較的極めて低い。有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ：metalorganic chemical vapor deposition）に用いられるプリカーサでさえ、低分子ＯＬＥＤ素子に用いられる有機材料に比べて熱的に非常に安定である。これらの問題を解決するために、自動最重点システム又はるつぼ交換システムが開発され、それによれば、少量の有機材料が基本的に繰り返して導入されることにより、特許文献１に開示されるように、有機材料は深刻な分解が生じる前に消費される。特許文献２に開示されるような静的な分解システムにおいては、１周期毎に導入される有機材料の量は、所望する蒸着薄膜の厚さに精確に対応しており、蒸着速度を制御する試みはされていないことが記載されている。

特許文献３に開示された加熱されたスクリーン素子に対し、又は、特許文献４及び５に開示された多孔加熱素子に対し、冷却され粉状とされた有機材料を計量することによってこの分解問題を解決するために、フラッシュ蒸発ソースも開発された。これらのソースは、有機材料の熱暴露時間を１秒又は２秒に短縮し、単一成分又は大きく異なる飽和蒸気圧をもつ多成分粉末混合物における蒸発の迅速な開始及び中断を可能とする。しかしながら、安定な分解速度を実現するためには、これらのシステムは、粉末粒子サイズ及び充填密度のばらつきに起因する材料供給速度の変動及び蒸気生成速度の変動を補償するために、高速応答のフィードバックシステムを必要とする。ＯＬＥＤ材料に関して、安定な分解速度とは、数十マイクログラムで計測される材料供給精度と、基板表面の１平方メートル当たり１秒毎に一桁マイクログラムの供給速度安定性を必要とする。

特許文献６は、基板上にコーティングされる粉末材料が多孔構造に充填されるように搭載可能な多孔加熱素子を開示する。粉末材料は、その加熱素子の温度が上昇したとき蒸発する。

細かい粉末は面に吸着し凝集する傾向があるために精確な計量が困難であること、粒子サイズのばらつきのために蒸発にばらつきがあること、及び、粉末は熱伝導性がよくないことが、固体及び液体の供給システムの開発を促した。粉末の有機材料を固体のペレットに変換するには、それらの粉末をさらにサブミクロンの粒子サイズに粉砕する必要があり、ときには、所定の最低レベルの固体一体性を確保する液圧にて混合物をプレスする前に不活性バインダーを添加する必要がある。特許文献７に記載のように、粉末ストリーム又はエーロゾルを再生成して蒸発のために加熱素子へ送るために、固体ペレットを通常、粉砕装置に移すように進行させる際、固体ペレットの移動は精確に制御され、その後、蒸発のために加熱素子に送られる。この方法では、粉末処理のばらつきの大部分は、余分なコストがかかるペレット製造工程に転換され、有機材料の汚染の可能性が増す虞も加わることとなる。

噴霧化された液滴のストリームをスプレーすることに基づく蒸発装置が、ＭＯＣＶＤシステムにおける液体プリカーサを蒸発させるために開発された。類似概念の装置が、有機材料とともに用いるために開発され、例えば特許文献８に開示されている。特許文献９及び特許文献１０は、ジェット化液滴を含むプロセスを開示している。これらのシステムは、非常に少量の液体でさえ精確に分配できる先端技術を利用しており、かつ、加熱素子からの熱を速やかに伝達してほぼ瞬間的に蒸発する液体の特性を利用している。

ＯＬＥＤ材料を気相成長させることには、さらに問題があると考えられる。ＯＬＥＤ素子は、基板、アノード、有機化合物からなるホール注入輸送層、適切なドーパントを含む１又は複数の有機ルミネッセンス層、有機の電子注入輸送層、及びカソードから構成されている。ＯＬＥＤ素子は、低駆動電圧、高輝度、広角度視野、及びフルカラーの薄膜放射表示素子の特性をもつ故に魅力的である。特許文献１１及び特許文献１２はこの多層ＯＬＥＤ素子を開示している。高性能ＯＬＥＤ素子が、有機材料を昇華させるに十分な温度に加熱することによる製造工程を用いて商品化された。有機材料の蒸気は、その後、基板表面上に薄膜として凝縮され、ＯＬＥＤ素子を形成する。

ＭＯＣＶＤシステムとＯＬＥＤシステムの重要な相違点は、ＭＯＣＶＤプリカーサが液体であるのに対し、ＯＬＥＤ材料は２００℃以下で固体でありかつ通常、溶媒中に１又は２％の濃度でのみ溶解可能なことである。この結果、液体が蒸発したときに、かなりの体積の溶媒蒸気が生成される。不活性液体中に有機材料粒子を含む懸濁液をベースとするシステムは、材料をより多く使用できるが、懸濁液を均一に維持することに問題がある。全ての場合に、ＯＬＥＤ素子の性能を劣化させる微量不純物を液体から除去することは極めて困難であり、さらに、蒸着した薄膜中に含まれる可能性のある溶媒分子が素子の寿命又は効率を低下させないことを保証するのは、極めて困難であることが判明した。

微量不純物を液体から除去することの本質的な困難さは、ＯＬＥＤ材料が、その所望の純度を達成される前に、しばしば数回に亘って繰り返される熱蒸発精製プロセスに供されるという根本的な理由にある。所望する有機分子の液体ベースの化学合成から得た材料は、それをるつぼで加熱し、その蒸気を、制御された温度と温度勾配をもつ凝縮液回収管の長さに沿って凝縮させることによる熱蒸発プロセスによって精製される。目標分子よりも低い揮発性をもつ不純物は、そのガラス管の高温側の端部にて凝縮する傾向がある一方、目標分子よりも高い揮発性をもつ不純物は、ガラス管の低温側の端部にて凝縮する傾向がある。原理的には、凝縮液回収管に沿った適正な温度及び温度勾配により、その管の中央近傍領域から高純度凝縮膜を回収することができる。凝縮液回収管の壁から破片として凝縮膜が取り除かれ、粉形態に粉砕される。１又は複数回の精製昇華サイクル後、高純度凝縮物が回収され、最後は、特定の粒子サイズ範囲をもつ最終の粉形態に粉砕される。

特許文献１３は、貯蔵及び蒸発の双方に用いられる多孔発泡構造体内の固体又は液体ソース材料から危険性多原子ガス及びラジカルを原位置生成するための単一チャンバ装置及び方法を開示する。チャンバ内でプラズマ放出を発生するために冷却カソードが設けられるとともに、多孔発泡構造体を選択された一定温度範囲に維持するために熱源が設けられ、それにより、熱源からの熱により誘起される蒸発と、同時に多孔発泡構造体自体の蒸発による消費を阻止することにより、ソース材料が多孔発泡構造体から除去される。ソース材料は、（可能であれば固体から溶融させることにより）液体状態とされ、発泡構造体の多数の孔内に大量に吸収される。発泡構造体は、ソース材料のための大容量の保存容器として機能し、そして発泡構造体の表面からソース材料を蒸発させるために熱が加わると、新たなソース材料が加熱させられた表面に連続的に放出される。

先行技術は、標的上での蒸着速度安定性が、必要に応じた微細粉末の計量と蒸発の困難さと分離され、かつ、ばらつきに起因する補充蒸気フラックスのいかなる変動とも分離されるような気相蒸着法を教示していない。このことは、伝導性オープンセル構造体を中間的な気相蒸着受容体として使用することにより実現される。中間的気相蒸着受容体である伝導性オープンセル構造体は、好適には電気伝導性（導電性）であるが、これに替えて熱伝導性でもよく、あるいは、電気及び熱の双方において伝導性であってもよい。先ず、標的基板上に気相蒸着される材料が、中間的気相蒸着受容体のオープンセル構造中に気相蒸着されることにより、中間的気相蒸着受容体が気相蒸着材料ソース構造体となる。その後、気相蒸着材料ソース構造体は、気相蒸着材料ソースとして、最終標的基板上での気相蒸着に使用可能となる。この構成により、気相蒸着材料ソース構造体におけるオープンセル構造の蒸気生成速度の安定性が、標的基板上の蒸着速度安定性を決定することとなる。オープンセル構造中の流入蒸気と流出蒸気の間の気体から固体への相変化を利用することにより、精確かつ実質的に不変の流出蒸気フラックスを生成しかつ維持するという目的を、オンデマンドフラッシュ蒸発システムからの安定な蒸着速度を維持する困難さから分離することができる。「実質的に不変」という用語は、ここでは、＋／−０．５％以上の蒸着速度安定性を示すために用いられる。この安定性は、発泡構造体に再蒸発される凝縮物がかなり初期に蒸着される（時間的分離）ときに維持されるとともに、＋／−８％の安定性の蒸気がその発泡構造体の一方側に入って凝縮すると同時に＋／−０．５％以上の安定性の蒸気がその発泡の他方側から出る（空間的分離）ときにも維持される。

本発明は、有機材料精製プロセスを考慮するとともに、有機材料の蒸発及び分解を制御する温度、熱暴露時間、熱伝導性、表面積、分圧、全圧及び対流等の変数を考慮することにより、気相蒸着材料、特にＯＬＥＤ素子を作製するための有機材料の調製と蒸発において、顕著な単純化を可能とする。

本発明の第１の態様では、気相蒸着方法において、伝導性三次元オープンセル網状構造体上に材料の固体コーティングを気相蒸着し、固体コーティングを蒸発させて蒸着ガスを生成し、伝導性三次元オープンセル網状構造体にキャリアガスを通過させて蒸着ガスの制御可能な分圧を生じつつ固体コーティングを蒸発させかつそれによりキャリアガスと蒸着ガスの混合物を形成し、温度制御された基板に対して安定な流量にて混合物を供給し、温度制御された基板の表面上に蒸着ガスを凝縮させる方法が提供される。

本発明の第２の態様では、気相蒸着方法において、選択された固体有機材料又は固体有機金属材料を蒸発させて蒸気を生成し、その蒸気を伝導性三次元オープンセル網状構造体に送り込み、その伝導性三次元オープンセル網状構造体全体に蒸気を均一に分散させ、蒸気を凝縮させることにより、伝導性三次元オープンセル網状構造体上に、選択された固体有機材料又は固体有機金属材料の固体コーティングを形成し、その固体コーティングを蒸発させて蒸着ガスを生成し、伝導性３次元オープンセル網状構造体にキャリアガスを通過させて蒸着ガスの制御可能な分圧を生じつつ固体コーティングを蒸発させかつそれによりキャリアガスと蒸着ガスの混合物である蒸気フラックスを形成し、その蒸気フラックスを温度制御された基板に対して安定な流量にて供給し、温度制御された基板の表面上に蒸着ガスを凝縮させ、キャリアガスを排気する方法が提供される。

本発明の第３の態様では、蒸気フラックスを安定な流量にて蒸着チャンバに供給する方法において、選択された固体有機材料又は固体有機金属材料を蒸発させて蒸気を生成し、その蒸気を伝導性三次元オープンセル網状構造体に送り込み、その伝導性三次元オープンセル網状構造体全体に蒸気を均一に分散させ、蒸気を凝縮させることにより、伝導性三次元オープンセル網状構造体上に、選択された固体有機材料又は固体有機金属材料の固体コーティングを形成し、その固体コーティングを蒸発させて蒸着ガスを生成し、伝導性３次元オープンセル網状構造体にキャリアガスを通過させて蒸着ガスの制御可能な分圧を生じつつ固体コーティングを蒸発させ、キャリアガスと蒸着ガスの混合物を蒸着チャンバに供給する方法が提供される。

本発明の第４の態様では、気相蒸着装置において、選択された気相蒸着材料が気相蒸着により蒸着された固体コーティングを有する第１の伝導性三次元オープンセル網状構造体と、固体コーティングを蒸発させて蒸着ガスを生成するためにその第１の伝導性三次元オープンセル網状構造体を加熱する手段と、固体コーティングが蒸発させられつつ、蒸着ガスの制御可能な分圧を生じるべくキャリアガスをその第１の伝導性三次元オープンセル網状構造体に通過させて蒸発した固体コーティングとキャリアガスが混合物を生成するためにキャリアガスが供給される第１の送管と、蒸着チャンバ内の温度制御された基板に対して安定な流量にて混合物が供給される第２の送管と、を備えた装置が提供される。
本発明の第５の態様では、伝導性三次元オープンセル網状構造体は、好適にはガラス質炭素発泡体である。高融点金属材料又はセラミック材料のコーティングが、先ず、伝導性三次元オープンセル網状構造体上に蒸着されてもよく、選択された気相蒸着材料の固体コーティングは、高融点金属材料又はセラミック材料のコーティングの上に存在してもよい。選択された気相蒸着材料の固体コーティングは、約１ｎｍから約２μｍまでの範囲の厚さを有し、実質的に不純物を含まない。選択された気相蒸着材料は、ＯＬＥＤ材料等の有機材料又は有機金属材料である。

三次元オープンセル網状構造体は、好適には、柱状物（struts）又は索状物（ligaments）からなる。集合体としての索状物は蒸着標的に比べて大きな表面積を有しており、索状物は、凝縮された薄いコンフォーマル（形状に忠実に沿った）コーティングの形態で有機金属蒸気を収集する。オープンセル構造体は、索状物中に熱を発生するか又は熱を伝達するための手段と、有機材料のコンフォーマルコーティングを制御可能に索状物の上に蒸着させるように索状物の温度を制御するための手段とを含む。索状物とその上に凝縮された有機材料の間の大きな接触面積と低い熱接触抵抗は、所定のオープンセル発泡構造体の体積及び温度において、制御可能かつ非常に大きな有機物蒸気フラックスをもたらすこととなる。

不活性ガスは、三次元オープンセル構造体を通過させられ索状物の周囲に流される。索状物は、曲がりくねった流路を形成することにより、加熱された索状物の周囲に発生する有機物蒸気と不活性ガスとの混合を促進する。ガスの流れと温度は、蒸着標的に向かう有機物蒸気の生成と移動の速度を制御することに寄与する。

伝導性三次元オープンセル網状構造体は、好適には、オープンセルガラス質炭素発泡体である。オープンセルガラス質炭素発泡体は、網状ガラス質炭素発泡体とも称されており、三次元の相互接続された多面体セル集合からなるガラス質炭素構造体である。ガラス質炭素は、グラファイト炭素に対立するものとしてのガラス状炭素である。１つのセルは通常１２個〜１４個の接続された柱状物又は索状物から構成され、三次元多面体を形成する。１つのオープンセルは、索状物同士の間に接続された膜や固体が存在しないため、セルに対する気体の出入りが自由であり、かつ、セルを連結したグループ内では全てのセルが互いに接続されて三次元相互接続構造体を形成している。オープンセル発泡構造体は、通常、三次元の相互接続された多面体の多数のセルからなる構造を有し、１２個〜１４個の索状物が各セルを構成しかつ各セルが回転楕円体形状をもつ。
網状カーボン発泡構造体の製造方法は、特許文献１４に開示されている。特許文献１４は、ガラス質炭素発泡体がしばしば、化学気相蒸着プロセスにより他の材料でコーティングされることを記載している。基本的なガラス質炭素発泡体において、１に比べて大きく異なるアスペクト比をもつセルが大半を占めている場合、それから得られるコーティングされた発泡構造体は、異方性をもつ可能性がある。化学気相蒸着は、ＳｉＣ又はＢＮ等のセラミック及びＷ又はＴａ等の金属により炭素発泡構造体をコーティングするために用いられる。

図１は、昇華精製装置の凝縮物収集管内のオープンセル中間的気相蒸着受容体の概略構成図を示し、それらは全て蒸着チャンバ内に格納されている。 図１Ａは、凝縮物収集管を横切る方向の温度勾配を示すグラフである。 図２は、発泡構造体を形成する相互接続された索状物が明確に視認できる、オープンセル中間的気相蒸着受容体の拡大図である。 図３は、高融点金属若しくはセラミック及び／又は、高融点金属若しくはセラミックの上で蒸発可能な材料からなるコーティングをもつ、オープンセル中間的気相蒸着受容体を形成する索状物の大きく拡大した断面図である。 図４は、気相蒸着のためにオープンセル気相蒸着材料ソース構造体を用いた気相蒸着装置の概略構成図である。 図４Ａは、オープンセル気相蒸着材料ソース構造体及び付随する支持構造体の、図４のラインＩＶａ−ＩＶａに沿った断面図である。 図５は、気相蒸着のために２つのオープンセル気相蒸着材料ソース構造体を含む、図４の装置に替わる気相蒸着装置の概略構成図である。 図６は、オープンセル気相蒸着材料ソース構造体及び付随する支持構造体の、図５のラインＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。 図６Ａは、オープンセル気相蒸着材料ソース構造体及び付随する支持構造体の、図５のラインＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。 図７は、複数の凝縮コーティングされたオープンセル発泡構造体が、蒸着ヘッド上に搭載され、材料蒸気を生成するために順次加熱されるとともに、制御可能なキャリアガス流が活性なオープンセル蒸着受容体を通過させられて材料蒸気をキャリアガス中に取り込み、対向する基板表面上に材料膜を蒸着する、実施例の装置の平面図である。 図８は、図７の実施例の装置の斜視図である。 図９は、複数の凝縮コーティングされたオープンセル発泡構造体が１個以上の（図８に示すような）蒸着ヘッド上に搭載され、複数の材料蒸気を生成するために順次加熱されるとともに、キャリアガス流が個々の、起動しているオープンセル蒸着受容体を通過させられて材料蒸気をキャリアガス中に取り込み、対向する複数の基板表面の各々上に複数の材料膜を同時に蒸着する、実施例の装置の平面図である。 図１０は、複数の凝縮コーティングされたオープンセル発泡構造体が蒸着システムに搭載され、材料蒸気を生成するために順次加熱されるとともに、制御可能なキャリアガス流が、起動しているオープンセル蒸着受容体を通過させられて材料蒸気を取り込み、対向する基板表面上に材料膜を蒸着する、図９に示した装置とは別の実施例の装置の平面図である。次の１又は複数の非活性中間的蒸着受容体内で凝縮コーティングの原位置補充を可能とするために、別のガス流路が設けられる。 図１１は、図１０の装置のラインＸＩ−ＸＩで示される面の断面図である。 図１２は、複数の凝縮コーティングされたオープンセル発泡構造体が蒸着システムに搭載され、材料蒸気を生成するために順次加熱されるとともに、制御可能なキャリアガス流が、起動しているオープンセル蒸着受容体を通過させられて材料蒸気をキャリアガス中に取り込む、図８に示した装置に替わる第２の別の実施例の装置である。次の１又は複数の非活性中間的蒸着受容体内で凝縮コーティングの原位置補充を可能とするために、別のガス流路が設けられる。 図１３は、ガス流路を点線で示した、図１２の第２の別の実施例の装置の底面図である。 図１４は、さらに対向する標的基板を含む、図１３に示した面ＸＩＶに沿った断面図である。 図１４Ａは、オープンセル発泡構造体の隣りに配置されたより大きな標的基板とともに示した、図１２〜図１４に示した装置の斜視図である。 図１５は、複数のガス入口及び、必要に応じて混合されて第１及び第２のオープンセル発泡構造体に分配される複数の蒸気ソースを含む、図４及び図５の装置に替わる気相蒸着装置の概略構成図である。 図１５Ａは、図１５のラインＶ−Ｖに沿った、オープンセル発泡構造体及び付随する支持構造体の断面図である。 図１６は、蒸気をオープンセル中間的蒸着受容体に入れ、蒸気を瞬間的に凝縮させ、その後、凝縮物を安定した蒸気フラックスで蒸発させる操作から得られる、図１５に示した装置の蒸気フラックス安定化効果を示している。 図１７は、複数の気相蒸着ヘッドを用い、気相蒸着チャンバを通してコンベヤ上で運ばれた基板上へ気相蒸着するための気相蒸着装置の概略構成図である。 図１８は、複数の気相蒸着ヘッドを用い、気相蒸着チャンバを通してコンベヤ上で運ばれた長尺基板上へ気相蒸着するための気相蒸着装置の概略構成図である。

本発明は、所定の好ましい実施形態を特に参照して詳細に説明されたが、本発明の主旨及び範囲内で変形および修飾が可能であることは理解されるであろう。
ペレットを形成するための、精確な粉末計量又は液体の使用若しくは粉末の前処理の必要性を排除する、改良された蒸発プロセスが開発されてきた。この改良された蒸発プロセスは、有機材料の熱暴露を低減する一方、高速応答制御システムの必要性を排除する。その設計は、材料の蒸発すなわち昇華を支配する基本因子である温度、表面積、分圧及び全圧を一般的すなわちマクロな意味で典型的に制御するのみである、観察によって導かれる。るつぼの壁とるつぼが収容する有機粉末の間の限定された接触、有機粉末全体に存在し得る大きな熱勾配、粉末粒子サイズのばらつき、及び、粉末の加熱される質量中での局所的分圧勾配及び全圧勾配の全てが、蒸発制御の不正確さに関与するとともに、所与の蒸着速度を得るために必要な理論値を超えるるつぼ温度を必要とすることに関与する。以下の原理は、局所的蒸発条件が平均的蒸発条件といかに大きく異なる可能性があるかを理解するために有用である。

第１に、高真空条件下での蒸発速度は、有機材料の温度によって指数関数的に変化する。ＯＬＥＤ材料に有用な蒸発温度において、材料温度の１℃の変化が、蒸発速度の５％の変化として影響する可能性がある。

第２に、有機粉末は、特に高真空条件下では良好な絶縁体であるので、一旦、有機粉末の粒子の周囲に隔絶させる蒸気障壁が生成されたならば、固体伝導により昇華する粉末を加熱することは特に困難となる。蒸発のエネルギー損失と粉末の絶縁特性を考慮すると、有効な材料温度はヒーター温度よりも遙かに低くかつ有機材料全体に大きな温度勾配が存在する可能性がある。有機材料温度における不確定さの２つの要因は、蒸着速度における不確定さにつながる。２つの周知かつ特性がよく判っているＯＬＥＤ材料であるＡｌＱ３及びＮＰＢを用いて行われた実験は、１６０℃〜１７０℃の索状物発泡構造体の温度が、３８０℃〜３９０℃のるつぼ温度における通常の蒸着速度を実現するという証拠をもたらした。所定の蒸気フラックスについて予想された蒸発器温度よりも数百℃低いこの温度は、３つの独立した計測法により確認された。

第３に、１０ｎｍ未満のサイズをもつ材料の融点は、バルク材料の融点より数十度又は数百度も低下する可能性がある。融点の低下量は、粒子サイズが小さくなるとともに大きくなる。なぜなら、ナノメートルサイズの粒子における表面原子は、固体のバルク中の原子に比べて近接して隣り合う原子の数が少ないことから、より小さい凝集エネルギーで結合しているからである。原子の凝集エネルギーは、直接的には、原子を固体から自由にするために必要な熱エネルギーに関係し、故にその融点に関係する。ナノメートルサイズの粒子において観察される融点の低下は、薄膜にも関係し、特に薄膜形成の初期段階に関係する。初期段階では複数の単分子が凝縮し、その後、他の複数の単分子と融合してサブナノメートルサイズのアイランドとなり、最後に連続した膜を形成する。この現象が、実験的に観察された、予期していなかった低い蒸発温度に寄与していると考えられる。

第４に、高真空条件下での蒸発フラックスは、加熱された有機材料の暴露表面積に比例する。有機材料の表面積の増加は、所定の蒸着速度を得るために必要な温度の低下を可能とする。

第５に、実際の蒸発速度は粉末粒子の周囲の局所的分圧に対して反比例することから、局所的な蒸着速度のばらつきが存在する。隣又は下に位置する粒子は、１）それらがより低温である場合にはそれらが凝縮サイトとして作用するか、又は、２）それらの蒸気離散が妨げられる場合にはそれらが蒸発してそれ自体が局所的な分圧を飽和させるように働くかのいずれかにより、所与の粒子の理論的蒸発速度を低下させる可能性がある。

第６に、実際の蒸発速度は、全圧と、存在するいずれの境界層の厚さ及び密度に対しても反比例する。局所的境界層を通した分散は、明確な高い分圧を生じることにより局所的蒸発速度を遅くすることとなる。キャリアガスは、全圧、境界層厚さ及び分圧に対するその影響を介した蒸着速度の制御において有効となり得る。

図１を見ると、本発明では、１又は複数のオープンセル発泡構造体１０が昇華精製装置１１の中央領域に導入されており、その大きな表面積に、精製された有機材料凝縮物であるコンフォーマル薄膜が蒸着される。図１に示すように、精製される材料１２は、真空チャンバ１６内の蒸発装置１４に入れられ、ヒーター１８により有効な蒸発速度となるために必要な温度まで加熱される。蒸発装置１４は、単純なるつぼ２０でもよく、又は、僅かな熱暴露時間で材料を蒸発させるフラッシュ蒸発を用いてもよい。
これに替えて、蒸発装置１４は、精製される材料を蒸発させるために、るつぼ２０の変わりに本開示の装置を利用すると有益である。蒸気は、凝縮物収集管２２を通過するように流される。凝縮物収集管２２は、添付グラフ（図１Ａ参照）に示される温度勾配を有する。これにより、凝縮物収集管２２の温度は、蒸発装置１４に隣接する端部において高く、反対側の端部において低くなっている。凝縮物収集管２２の２つの端部の間に、１又は複数のオープンセル発泡構造体１０が設置されている。オープンセル発泡構造体１０の温度が所望する凝縮温度Ｔｃに制御されかつ維持されることにより、所望する分子構造を持つ蒸気がオープンセル発泡構造体１０上に好適に凝縮することができる。オープンセル発泡構造体１０は、図１のように、凝縮物収集管２２の軸に対して垂直に位置する面をもつように配置される。あるいは、オープンセル発泡構造体１０は、多面体形状又は管体形状を有しかつ凝縮物収集管２２内に同心的に配置されてもよい。オープンセル発泡構造体１０は、凝縮物収集管２２の壁に対してほぼ沿うように形成された平板の形態をとることもできる。真空チャンバ１６は、圧力センサ２４及び圧力コントローラ２６と組み合わされた真空ポンプ２１により所望する圧力に維持される。
図２は、オープンセル発泡構造体１０における、相互接続された柱状物又は索状物２８から構成されるオープンセル多面体構造の拡大図である。ガラス状炭素から作製されるこのような発泡構造体は、ＥＲＧ Ａｅｒｏｓｐａｃｅから市販されており入手可能である。これらの発泡材料は、化学気相蒸着により金属及びセラミックをコーティングされてもよい。
図３は、発泡構造体の索状物２８をさらに大きく拡大した断面である。発泡構造体は、ほぼ三角形であり、この図では凝縮材料のコーティング３０である非常に厚いコーティングで取り囲まれている。

このような方法で、精製された有機材料凝縮物を収集することは、昇華精製装置の凝縮物収集管の内側から凝縮物を取り除いてその凝縮物を前述した粒子サイズに粉砕するステップを省くことになる。前述した粒子サイズ範囲とは、気相蒸着用のＯＬＥＤ材料を調製する際に通常行われる場合のものである。昇華精製装置１１から凝縮物を直接収集するこの改良された方法は、微細粉末の収集及び処理における健康リスクを大きく低減するとともに、除去、粉砕及び粒子サイズ調整のプロセスにおける損失と汚染を排除することもできる。

凝縮物を取り込んだオープンセル発泡構造体１０は、昇華精製装置１１から取り外され、図４に示すような気相蒸着装置３２に設置される。キャリアガスは、入口管３４からマスフローコントローラ３６及び任意のガスヒーター３８を通って送られる。キャリアガスは、入口ダクト４０を通り気相蒸着装置３２に入り、ガス分配マニホールドすなわちプレナム４２によりオープンセル発泡構造体１０の表面に対して均一に送られる。発熱のための電気エネルギーが、配線４４、４５及び接点４６、４８によりオープンセル発泡構造体１０に対して与えられることにより、オープンセル発泡構造体１０は、加熱素子として機能する。この方法において、オープンセル発泡構造体１０の温度が、オープンセル発泡構造体１０の表面に凝縮した材料を所定の速度で蒸発させるために制御される。所定の速度とは、真空チャンバ５０の内部の圧力、キャリアガスの流量及びオープンセル発泡構造体１０の温度と良好に相関する速度である。なぜなら、緻密なコンフォーマル凝縮膜とオープンセル発泡構造体１０の表面との間には密接な熱的接触があるからである。基板ホルダ５２は基板５４の温度を制御し、かつ、真空チャンバ５０の内部は、圧力センサ５８及び圧力コントローラ６０と組み合わされた真空ポンプ５６により所望の圧力に維持される。キャリアガスにより後方に拡散した蒸気分子の、ガス分配マニホールド４２の内側表面上での凝縮を妨げるために、ガス分配マニホールド４２をヒーター６２により十分な温度に加熱してもよい。

当業者は、本明細書に記載された実施例としての、温度制御された標的基板が、多くの形態を採り得ることを理解するであろう。標的基板は、最も一般的には、０．３ｍｍと０．７ｍｍの間の厚さのホウケイ酸ガラス板であり、ディスプレイ用途のための両面研磨されている。コスト的により敏感な傾向のある照明用途における標的基板は、最も一般的には、０．５ｍｍと１ｍｍの間の厚さのソーダライムガラス板とされ、片面研磨される。ガラス、アルミニウム又はステンレス鋼の箔から作製されるフレキシブル基板の使用も知られている。これらの箔は、通常、２５μｍと１００μｍの間の厚さである。ＰＥＴ及びＰＥＮ等のポリマー基板も、ＯＬＥＤ材料の支持層として先ず防湿膜コーティングが蒸着された後に使用されてきた。

図４Ａを見ると、気相蒸着装置３２の断面が示されている。加熱素子であるオープンセル発泡構造体１０は、電極６４と６６の間に挟まれている。電極６４、６６は好適には導電性金属箔であり、電極６４、６６を通して電流がオープンセル発泡構造体１０の索状物に流れることにより熱を発生する。電気リード配線６８、７０は電極６４、６６にそれぞれ接続されている。電極６４、６６は、好適には導電性箔の形態をとる。多様な金属を電極６４、６６として使用可能である。チタン、タンタル、タングステン若しくはモリブデン又はより軟らかい金属である銅や銀の上にこれらの材料をコーティングしたものが好都合であり、それらが高温において比較的化学的に不活性であるので使用することができる。補完部材７２、７４は耐熱性であり、任意に熱伝導性材料である。オープンセル発泡構造体１０が、相補的に支持された導電性箔の電極６４、６６に対して押し付けられたとき、補完部材７２、７４は、オープンセル発泡構造体１０の表面テクスチャを均すことができ、導電性箔の電極６４、６６を局所的に変形させることができる。有用な補完部材の一例は、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）である。ドイツのＷｉｌｍｉｎｔｏｎ所在のＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．は、良好な耐熱性と通常９７重量％以上の元素炭素を含む巻シート製品としてＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｒａｐｈｉｔｅを製造している。

図４Ａに示すサンドイッチ構造は、オープンセル発泡構造体１０と導電性箔の電極６４、６６との間の低接触抵抗を実現することにより、熱の少なくとも９０％が、電極６４、６６とオープンセル発泡構造体１０の界面ではなくオープンセル発泡構造体１０の索状物中で発生することを保証している。電極６４、６６と炭素のオープンセル発泡構造体１０との間の電気的接触抵抗を下げるために、ナノ粒子銀塗料も用いることができる。銀粒子はナノメートルサイズであるので、バルク銀の融点よりも数百度も低い温度で軟化し溶融する。この挙動は、サイズに非常に依存しており、電極６４、６６と炭素のオープンセル発泡構造体１０との間の良好な電気的接触の確立を容易とする。オープンセル発泡構造体１０と箔の電極６４、６６及び補完部材７２、７４とが、一緒に接点７６、７８によりクランプされる。接点７６、７８は、導電性でありかつ電極６４、６６に取り付けられることによりそれぞれ電流をオープンセル発泡構造体１０に流す。これに替えて、接点７６、７８が電気絶縁体であるか又は電気絶縁性コーティングを有し、加熱素子であるオープンセル発泡構造体１０を冷却するための熱伝導体として機能するようにもできる。絶縁部材８０は、ガス分配マニホールドすなわちプレナム４２から電気的かつ熱的にオープンセル発泡構造体１０を絶縁し、そして構成全体がクランプ構造材８４により一体化されている。サーモカップル８６又は赤外線センサは、オープンセル発泡構造体１０の温度を計測するために用いることができ、オープンセル発泡構造体１０に与えられる電流を制御するためにフィードバックされる。有効電気抵抗を決定するために温度の関数としてオープンセル発泡構造体１０へ与えられる電圧及び電流を計測することも可能である。多くの材料は、計測可能な抵抗温度係数を有しており、較正後、有効電気抵抗に基づいてオープンセル発泡構造体の平均温度を示唆することができる。

図５は、図４に示した装置と類似の別の気相蒸着装置１００を示している。キャリアガスが、入口管１０２からマスフローコントローラ１０４及び任意のガスヒーター１０６を通して送られる。キャリアガスは、入口ダクト１０８を通り気相蒸着装置１００に入り、ガス分配マニホールドすなわちプレナム１１０によりオープンセル発泡構造体１０の表面に対して均一に送られる。発熱のための電気エネルギーが、配線１１２、１１３及び接点１１４、１１６によりオープンセル発泡構造体１０に対して与えられることにより、オープンセル発泡構造体１０は、加熱素子として機能する。この方法において、オープンセル発泡構造体１０の温度は、オープンセル発泡構造体１０の表面に凝縮した材料を所定の速度で蒸発させるために制御される。所定の速度とは、真空チャンバ１１８の内部の圧力、キャリアガスの流量及びオープンセル発泡構造体１０の温度と良好に相関する速度である。なぜなら、緻密なコンフォーマル凝縮膜とオープンセル発泡構造体１０の表面との間には密接な熱的接触があるからである。基板ホルダ１２０は基板１２２の温度を制御し、かつ、真空チャンバ１１８の内部は、圧力センサ１２６及び圧力コントローラ１２８と組み合わされた真空ポンプ１２４により所望の圧力に維持される。キャリアガスにより後方に拡散した蒸気分子の、ガス分配マニホールド１１０の内側表面上での凝縮を妨げるために、ガス分配マニホールド１１０をヒーター１３０により十分な温度に加熱してもよい。

この実施例では、ガス分配マニホールド１１０内のガス分配機能が、凝縮材料の再蒸発に用いられるオープンセル発泡構造体１０と類似又は同一の加熱素子である第２のオープンセル発泡構造体１３２により実現される。しかしながら、第２のオープンセル発泡構造体１３２は、その上に気相蒸着コーティングをされていない。気相蒸着プロセスにおいて気相蒸着材料ソースとして機能する替わりに、第２のオープンセル発泡構造体１３２は、オープンセル発泡構造体１０の上流側の面全体にキャリアガスを均等に分配するために機能する。第２のオープンセル発泡構造体１３２は、接点１３４、１３６及び電流供給配線１３８、１３９に電流を流すことにより発熱させられてもよい。このように、第２のオープンセル発泡構造体１３２は、キャリアガスを予熱するために任意に用いることができる。
ガス分配マニホールド１１０、ヒーター１３０と任意のガスヒーター１０６、入口ダクト１０８、配線１１２及び１１３並びに接点１１４及び１１６と、オープンセル発泡構造体１０及び１３２とを組み合わせたものを、本明細書では、気相蒸着ヘッド１４０と称する場合がある。

オープンセル発泡構造体は、入ってくる流れが当該構造体の入口面の全面積の１%未満に集中していたとしても、それを通過するガスの一定の流れ方向をランダムに変えることにより、当該構造体の出口面の全面積に亘って空間的に均一な流れを送出することで、良く知られている。図５に示した構成は、１つのオープンセル発泡構造体１３２が、加熱し蒸発させるオープンセル発泡構造体１０に対して均一なキャリアガスの流れを与える点、キャリアガスを加熱することができる点、かつ、オープンセル発泡構造体１０で生成されキャリアガスの後方への拡散により戻された蒸気分子をその表面上及びガス分配マニホールド１１０の表面上で凝縮させないように制御された温度で発熱させられる点において、特に有利である。

この方法は、粉末を精確に調製しかつ計量する必要がなく、液体を導入する必要がなく、そして高速応答制御システムの必要がなく、加熱温度及びキャリアガスの流れに基づいて精確な気相蒸着速度を実現する。粉末とは対局に位置する凝縮物コーティングを用いた作業において、この方法はさらに、水蒸気及び他の不純物に浸入されるおそれがある有機材料の暴露表面積を低下させることになる。オープンセル発泡構造体に取り込まれた有機材料が尽きたときは、新たな有機材料を取り込んだ新たなオープンセル発泡構造体を導入すればよい。

三次元オープンセル網状発泡構造体は、９０％〜９７％のオープン多孔率を有するものが市販され入手可能である。これらのオープンセル網状発泡構造体においては、多面体形状のセルのエッジのみが残留している。セルすなわち索状物のエッジは、ほとんどの場合、ほぼ三角形の断面を有し、発泡の体積に比べて大きな表面積を集団として呈する。２５０ｃｍ^３の発泡構造体体積において各索状物を包む厚さ１μｍの有機凝縮物は、１ｇの凝縮された有機材料を構成することとなる。コンフォーマルに凝縮した有機物膜と索状物との間の密接な機械的接触より、粉末を蒸発させるシステムと比べて、有機材料全体における良好な温度均一性と熱伝導が実現されるとともに、索状物の温度と有機材料の蒸発速度との間の制御及び相関を改善することが実現される。

オープンセル発泡構造体は、例えばガラス状炭素から作製でき、よって導電性であるので反応性のよい電気抵抗発熱体として用いることができる。さらに、オープンセル発泡構造体は非常に軽量であるので、発熱応答を非常に速くできる。ガラス状炭素は比較的不活性であるが、高融点金属（例えば、ニオビウム、タンタル、タングステン、モリブデン、及びレニウム）、不活性金属（例えば、金及び白金）、及びセラミック化合物（例えば、金属の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物）をガラス状炭素構造体の上にＣＶＤにより蒸着してコンフォーマルコーティングを形成してもよい。それにより、ガラス状炭素の抵抗発熱特性は維持しつつ、熱伝導性、機械的強度及び空気中での発泡構造体の最大使用温度を高めることができる。ガラス状炭素上にコーティングを形成することにより、例えば熱放射により吸収されかつ放出されるエネルギーを最小とするために発泡構造体の放射率を制御することも可能となる。発泡構造体の断面は、図２に示されている。

図６を見ると、図５のオープンセル発泡構造体１０を通るラインＶＩＩ−ＶＩＩに沿った気相蒸着装置１００の断面が示されている。図６Ａには、図５の第２のオープンセル発泡構造体１３２を通るラインＶＩ−ＶＩに沿った平行な断面が示されている。図６及び図６Ａの双方は、図４に示したものと同じ機能的要素を示している。オープンセル発泡構造体１０は、電極１４２、１４４で挟まれている。電極１４２、１４４は、導電性金属箔から作製され、電流が電極１４２、１４４を通りオープンセル発泡構造体の索状物へ流れることにより、索状物に抵抗熱を生じさせる。電気リード配線１１２、１１３は、それぞれ電極１４２、１４４に接続されている。電極１４２、１４４は、好適には、導電性箔の形態とされる。多様な金属を、電極１４２、１４４に用いることができる。チタン、タンタル、タングステン若しくはモリブデン又は、銅や銀のような比較的軟らかい金属の上にこれらの材料をコーティングしたものを用いることは、それらが高温で比較的化学的に不活性であるので、好都合である。補完部材１４６、１４８は、耐熱性でかつ、任意であるが熱伝導性のよい材料である。オープンセル発泡構造体１０が、相補的に支持された電極１４２、１４４に対して押し付けられたとき、補完部材１４６、１４８は、オープンセル発泡構造体１０の表面テクスチャに沿うことができ、電極１４２、１４４を局所的に変形させることができる。有用な補完部材の一例は、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）である。ドイツのＷｉｌｍｉｎｔｏｎ所在のＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．は、良好な耐熱性と通常９７重量％以上の元素炭素を含む巻シート製品としてＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｒａｐｈｉｔｅを製造している。

図６に示したサンドイッチ構造は、オープンセル発泡構造体１０と電極１４２、１４４の間の低接触抵抗を実現し、熱の少なくとも９０％が、電極１４２、１４４とオープンセル発泡構造体１０の界面ではなく、オープンセル発泡構造体１０の索状物内で発生することを保証する。電極１４２、１４４と炭素のオープンセル発泡構造体からなるオープンセル発泡構造体１０との間の電気的接触抵抗を下げるためにナノ粒子銀塗料を用いてもよい。銀粒子はナノメートルサイズであるので、バルク銀の融点よりも数百度も低い温度で軟化し溶融する。この挙動は、サイズに非常に依存しており、電極１４２、１４４と炭素のオープンセル発泡構造体からなるオープンセル発泡構造体１０との間の良好な電気的接触の確立を容易とする。オープンセル発泡構造体１０と箔の電極１４２、１４４及び補完部材１４６、１４８とは、一緒に接点１１４、１１６によりクランプされる。接点１１４、１１６は、導電性でありかつ電極１４２、１４４に取り付けられることによりそれぞれ電流をオープンセル発泡構造体１０に流す。これに替えて、接点１１４、１１６が電気絶縁体であるか又は電気絶縁性コーティングを有するが、加熱素子であるオープンセル発泡構造体１０を冷却するための熱伝導体として機能するようにもできる。絶縁素子１５０は、蒸気マニホールドすなわちプレナム１１０から電気的かつ熱的に発熱構造体を絶縁し、そして構成全体がクランプ構造材１５２により一体化されている。サーモカップル８６又は赤外線センサは、オープンセル発泡構造体１０の温度を計測するために用いることができ、オープンセル発泡構造体１０に与えられる電流を制御するためにフィードバックされる。有効電気抵抗を決定するために温度の関数としてオープンセル発泡構造体１０へ与えられる電圧及び電流を計測することも可能である。多くの材料は、計測可能な抵抗温度係数を有しており、較正後、有効電気抵抗に基づいてオープンセル発泡構造体の平均温度を示唆することができる。

図６Ａにおいては、電気リード配線１３８、１３９が電極１３５、１３７へそれぞれ接続されている。電極１３５、１３７は、好適には導電性箔の形態とされる。多様な金属を電極１３５、１３７として用いることができる。チタン、タンタル、タングステン若しくはモリブデン又は、銅や銀のような比較的軟らかい金属上にこれらの材料をコーティングしたものを用いることは、それらが高温で比較的化学的に不活性であるので、好都合である。補完部材１３１、１３３は、耐熱性でかつ、任意であるが熱伝導性のよい材料である。オープンセル発泡構造体１３２が、相補的に支持された電極１３５、１３７に対して押し付けられたとき、補完部材１３１、１３３は、オープンセル発泡構造体１３２の表面テクスチャに沿うことができ、電極１３１、１３３を局所的に変形させることができる。有用な補完部材の一例は、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）である。ドイツのＷｉｌｍｉｎｔｏｎ所在のＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．は、良好な耐熱性と通常９７重量％以上の元素炭素を含む巻シート製品としてＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｒａｐｈｉｔｅを製造している。

三次元オープンセル網状発泡構造体からの有機材料の蒸発速度は、発泡構造体内の凝縮材料量の広い範囲に亘って実質的に一定であるが、三次元オープンセル網状発泡構造体の温度の関数として、またチャンバ圧力の関数として、またキャリアガスの流量の関数として変化する。有機材料とオープンセル網状発泡構造体との間の大きな相互作用面積、並びに、有機材料のコンフォーマルコーティング全体との密接かつ均一な熱的接触により、所定の温度の発泡構造体において生成される蒸気フラックスを、著しく増大させる。

さらに、オープン多孔率が９０％を超える発泡構造体は、蒸気が発泡構造体から放散していく際の、さらにキャリアガスが有機物蒸気の発泡構造体からの排出を支援する際の低い流路抵抗を実現する。有機物蒸気が凝縮物表面から自由に放散できること、また任意であるがキャリアガスによりその放散を容易とすることは、凝縮物表面における低い分圧環境を促進し、そのことはさらに所定の発泡構造体温度における蒸発速度を向上させる。有機材料の分解は温度と強い相関性があることから、蒸気発生ソース温度が５０℃又はそれ以上低下すること（これは所定の蒸気フラックスについて本開示による装置で明らかとなったことであるが）は、有機材料の分解の著しい減少を実現する。本開示による構成は、極めて局所的なレベルにおける有機材料の実質的に全体積に亘る、温度、分圧及び全圧の精確な制御を可能とする。

不活性キャリアガスの温度は、発泡構造体材料の温度と同じか又は異なっていてもよい。キャリアガスが発泡構造体よりも低温である場合、発泡構造体の冷却効果が得られるので、それにより有機材料の蒸発を速やかに中断したり、開始したり、速度変更したりすることを可能とする。キャリアガスが発泡構造体よりも高温である場合、蒸発エネルギーの少なくとも一部を供給するために用いられ、その場合もガス流量に基づいて蒸着を中断したり、開始したり、速度変更したりすることを可能とする。さらに、キャリアガスを不活性ガスと有機物蒸気の混合物とすることにより、発泡構造体から出て行く流れが複数の有機材料蒸気からなるようにすることもできる。

キャリアガスの流量及びその局所的圧力に及ぼす影響は、温度制御のみによる得られる蒸着速度の制御よりも強力な蒸着速度の制御を実現する。蒸発速度が温度に関して指数関数的に変動することを思い起こせば、１℃の温度変化が５％の蒸着速度の変化をもたらすが、所与の範囲においては、蒸着速度が、キャリアガスの流量に関してほぼ線形に変化する。

第５世代基板（表面積１．４３ｍ^２）上の厚さ２０ｎｍの膜はわずか３６ｍｇの有機材料を含み、そして、凝縮物厚さ１μｍにて体積２５０ｃｍ^３の発泡構造体に取り込まれた１ｇの凝縮有機材料は、蒸着率が５０％にすぎないとしても、少なくとも１２枚の第５世代サイズの基板を被覆するために用いることができる。厚さ１μｍの凝縮物が、体積２５０ｃｍ^３のオープンセル発泡構造体の表面積に対してもたらす変化は１０ＰＰＭ未満であるので、有機材料が消耗したときでさえ、所定の発泡構造体温度における良好な蒸着速度安定性を実現できる。１日当たり２０００ｍ^２のコーティング基板を製造するような高いスループットの用途においては、１層当たり蒸着される有機材料の量は、平均で１日当たり５０ｇである。蒸着率が５０％を超えるとすると、毎日必要とされる有機凝縮物の体積は、３０ｃｍ×３０ｃｍ×厚さ５ｃｍの大きさの発泡構造体ブロックに取り込まれ得ると考えられる。

複数動作モードが可能である。例えば、（図１、図４、図４Ａ及び図６に示した）凝縮物をコーティングされたすなわち導入されたオープンセル発泡構造体１０を複数用意し、図７及び図８に示すように蒸着ソース供給ヘッド３００に搭載し、蒸気を生成するためにそれらを順次発熱させることにより、１つのオープンセル発泡構造体を用いるときよりも長い蒸着時間を可能とする。蒸着ソース供給ヘッド３００は、ロータ３０２及びステータ３０４を有し、一方が他方に対して回転することができる。一実施例においては、ロータ３０２はステータ３０４の周りを回転し、別の実施例においては、ステータ３０４がロータ３０２内で回転する。

本実施例に示される蒸着ソース供給ヘッド３００は、六角柱であり、その各側面３０７に装着されたフレーム３０６を具備する。各フレーム３０６には、凝縮物をコーティングされすなわち導入されたオープンセル発泡構造体１０が支持されている。加熱素子であるオープンセル発泡構造体１０は、図６に示したオープンセル発泡構造体１０がフレームすなわちクランプ構造材１５２内に支持されるのと同様にフレーム３０６内に支持されている。簡略化のために、図６に示した電極、電気リード配線、補完部材、接点、電気絶縁部材及び蒸気マニホールドは、図７及び図８においては示していない（但し、図８に見られる単一接点３０９だけは示す）。しかしながら、当業者には、それらの部材の存在が必要であってオープンセル発泡構造体１０が実際に加熱素子として機能できることは自明であろう。

供給管３０８を通過した不活性キャリアガスは、回転可能であるがロータ３０２と協働して気密性を確保しているステータ３０４のダクト３１０に入る。不活性キャリアガスは、ロータ３０２のダクト３１２を通過して、起動しているオープンセル発泡構造体１０の表面全体に均一に分散される。キャリアガスは、加熱によりオープンセル発泡構造体１０内で生成された蒸気と混合され、温度制御された基板ホルダ３１６上に支持された基板３１４へと移送され、そこで蒸気が凝縮し、厚さを制御された膜を堆積させる。蒸着ソース供給ヘッド３００は回転可能であるので、ロータ３０２上の各オープンセル発泡構造体１０は、ステータ３０４内のダクト３１０と揃うように位置することができ、それにより、ガスは、供給管３０８からダクト３１０へ、そしてダクト３１２へ、さらに位置を揃えられたオープンセル発泡構造体１０を通過するように流れる。キャリアガスは、オープンセル発泡構造体１０内で材料を蒸発させることにより生成された蒸気と混合され、混合物は、標的基板３１４を収容した蒸着チャンバ（図示せず）内へ送られ、蒸気は標的基板３１４の表面上に凝縮する。

図８は、蒸着ソース供給ヘッドの斜視図である。ロータ３０２の各側面３０７は平面として示されており、各オープンセル発泡構造体１０は平坦面をもつように示されているが、当業者であれば、支持側面３０７が他の形状でもよいことは理解するであろう。例えば、各オープンセル発泡構造体１０が曲面からなる形状を有し、支持側面３０７若しくはフレーム３０６又は双方が、少なくとも、曲面からなるオープンセル発泡構造体１０を受容するように適応されていてもよい。この方法により、本装置を、曲面又は非平坦な面をもつ基板上に気相蒸着するように適応させることができる。別の方法として、凝縮物を取り込んだ各オープンセル発泡構造体１０が異なる蒸発可能な材料を含むことにより、ロータ３０２が、異なる蒸発可能な材料を含むオープンセル発泡構造体１０をキャリアガスダクト３１２及び基板３１４と揃うように運ぶ間に、単一基板３１４が順次異なる材料でコーティングされることができる。

当業者は、図９に示される回転可能な複数側面をもつ多角柱３２０を、１又は複数の蒸着ソース供給ヘッド３００と組み合わせて使用可能であることを理解できるであろう。基板ホルダ３２２及び標的基板３２４は、回転可能な複数側面をもつ多角柱３２０の各側面上に装着することができ、１又は複数の蒸着ソース供給ヘッド３００上の、凝縮物を導入した複数のオープンセル発泡構造体１０の１つと揃って対向するように回転させることができる。それにより、１又は複数の膜の蒸着を、連続する基板３２４に対して連続方式にて行うことができる。

図９に示した装置は、例えば、１２個の異なる層を連続する複数の基板上に蒸着させることができる。この実施例においては、１つのガス供給管３０８、ステータ３０４及びダクト３１０が、蒸着ソース供給ヘッド３００に示されているが、当業者であれば、複数のガス供給管、ステータ及びダクトをロータ３０２内に組み込むことができ、各々が異なる凝縮物を導入されたオープンセル発泡構造体１０と連通させられることにより、導入された蒸発可能な材料を複数の基板上で同時に蒸発させることができることを理解できるであろう。複数の基板を保持する複数側面をもつ多角柱３２０が複数個設けられ、複数のガス供給管をもつ１つの蒸着ソース供給ヘッドの周囲に配置されている場合、（異なる基板保持多角柱上の）複数の基板が同時にコーティングされることが可能である。

複数の基板保持多角柱が静止したままとする一方、１つの蒸着ソース供給ヘッドがその６個の側面上の６種の異なる材料を次々に回すことにより、１つの基板保持多角柱のもつ基板の１つの上に６層の積層膜を形成する。

別の方法として、１つの蒸着ソース供給ヘッドが静止したままとする一方、複数の基板保持多角柱がそれらの６つの基板を次々に回すことにより、６つの基板の各々に同じ材料を蒸着することができ、その後、蒸着ソース供給ヘッドが、６つの基板の各々の上に新たな材料を蒸着し始めるために回転させられる。

図１０に示すように、使い尽くされ空となったオープンセル発泡構造体１０に対して、その場所で凝縮物を再充填することも可能である。本実施例では、図１０の平面図に示すように、凝縮物をコーティングされすなわち導入された複数のオープンセル発泡構造体１０が、蒸着ソース供給ヘッド４００内に搭載されている。これらのオープンセル発泡構造体１０は、蒸気を生成するために順次発熱させられ、それにより、１つのオープンセル発泡構造体で行うよりも長い蒸着時間を実現することができる。蒸着ソース供給ヘッド４００は、ロータ４０２と、ロータ４０２内で回転するステータ４０４、４０６とを有する。本実施例に示された蒸着ソース供給ヘッド４００は、六角柱であり、その各側面に装着されたフレーム４０８を具備する。フレーム４０８は、図７を参照して説明したフレーム３０６と同じである。各フレーム４０８においては、少なくとも１種の凝縮物をコーティングされたすなわち導入されたオープンセル発泡構造体１０が支持されている。オープンセル発泡構造体１０は、図６に示したフレーム２２内に支持されたオープンセル発泡構造体１０と同様に、フレーム４０８内に支持されている。簡略化するために、図６に示した電極、電気リード配線、補完部材、接点、電気絶縁部材、及び蒸気マニホールドは、図１０及び図１１で示されておらず説明もしない。しかしながら、当業者であれば、オープンセル発泡構造体１０が実際に加熱素子として機能するためにこれらの部材が存在する必要があることは理解するであろう。

供給管４１０を通過した不活性キャリアガスは、回転可能であるがロータ４０２と協働して気密性を確保しているステータ部分４０４のダクト４１２に入る。不活性キャリアガスは、ロータ４０２のダクト４１２を通過して、起動しているオープンセル発泡構造体１０の表面全体に均一に分散される。キャリアガスは、加熱によりオープンセル発泡構造体１０内で生成された蒸気と混合され、蒸着チャンバ（図示せず）内に収容された基板ホルダ４１８上に支持された基板４１６へと移送され、そこで蒸気が凝縮し、厚さを制御された膜を堆積させる。

蒸着ソース供給ヘッド４００は回転可能であるので、ロータ４０２上の各オープンセル発泡構造体１０は、ステータ４０４内のダクト４１２と揃うように位置することができ、それにより、ガスは、供給管４１０からダクト４１２へ、そしてダクト４１４へ、さらに、選択され位置を揃えられたオープンセル発泡構造体１０を通過するように流れる。キャリアガスは、オープンセル発泡構造体１０内で材料を蒸発させることにより生成された蒸気と混合され、混合物は、標的基板４１６を収容した蒸着チャンバ（図示せず）内へ送られ、蒸気は標的基板４１６の表面上に凝縮する。

図１０に示した実施例においては、第２の蒸気ソース（図示せず）から補充蒸気フラックスが生成され、供給管４１０を通過し、ステータ部分４０６のダクト４２０に入る。ステータ部分４０６は、回転可能であるがロータ４０２と協働して気密性を維持する。補充蒸気は、ロータ４０２のダクト４２２を通過し、オープンセル発泡構造体１０（補充蒸気の凝縮を促進する温度に維持されている）の体積内に均一に分散される。補充蒸気が発泡構造体の低温低圧領域に拡がると冷却され、蒸気はオープンセル発泡構造体における、より低温の索状物上で凝縮することにより、その上に固体コーティングを形成する。オープンセル発泡構造体は、凝縮物貯蔵体として機能し、十分な有機材料を固体状態で貯蔵することにより、引き続いて多くの基板をコーティングすることができる。補充蒸気フラックスを図１０に示した装置に追加することは、無限に蒸発する材料ソースとして、本装置の蒸着機能を維持することができる。本実施例では、補充蒸気ソースが特に安定した又は制御された蒸気フラックスである必要はない。

図１１は、図１０の装置を通過する蒸気経路をより明確に示すために、この装置の面ＸＩに沿った断面を示す。ロータ４０２は、ダクト４１２、４１４を具備するフレーム４０８内に支持された、選択されたオープンセル発泡構造体１０と揃うように回転させられる。それにより、蒸着用の蒸気を、選択されたオープンセル発泡構造体１０内で生成し、標的基板４１６へ送ることができる。同様に、ロータ４０２は、ダクト４２０、４２２を具備するフレーム４０８内に支持された、選択されたオープンセル発泡構造体１０と揃うように回転させられる。それにより、消耗したオープンセル発泡構造体１０に補充蒸気を供給することができ、それにより、消耗したオープンセル発泡構造体１０に蒸着材料のコーティングを再被覆させることができる。消耗したオープンセル発泡構造体１０が、気相蒸着材料で再充填された後、オープンセル発泡構造体１０は回転して、再びダクト４１２、４１４と揃う位置に戻される。

図１２、図１３及び図１４は、気相蒸着ヘッド５００を備えた気相蒸着装置の別の実施例を示している。この装置は、同様に、１又は複数のオープンセル発泡構造体１０から材料を順次加熱及び蒸発させることができるとともに、１又は複数の消耗したオープンセル発泡構造体１０上の凝縮物コーティングを補充するために別のステーションを有することができる。制御されたキャリアガスは、供給管５０２を通過し、ステータ部分５０６のダクト５０４に入る。キャリアガスは、ロータ５１０のダクト５０８を通過して、オープンセル発泡構造体１０内で蒸発した材料と混合される。その後、材料蒸気は、ロータ５１０に取り付けられた各フレーム５１１によりそれぞれ支持されたオープンセル発泡構造体１０に揃えられて対向する基板ホルダ５１４（図１４参照）上に支持された基板５１２の表面上で凝縮される。

選択された気相蒸着材料の補充蒸気を、供給管５１６を通してステータ部分５２０のダクト５１８内に受け入れてもよい。その後、補充蒸気は、ロータ５１０内のダクト５２２を通過した後、ダクト５１８と揃えられたオープンセル発泡構造体１０の索状物上で凝縮する。この構成は、図７及び図１０に示した装置の機能的性能の全てを共有している。すなわち、複数の材料を導入したオープンセル発泡構造体１０が、順次発熱させられて１つの材料の蒸気を生成し、その蒸気がキャリアガスと混合され、図７に示した装置の機能と同様に対向配置した基板５１２上に蒸着される。個々の基板５１２を支持する１又は複数の基板ホルダ５１４自体が回転可能なテーブル（図示せず）により支持されることにより、１又は複数の蒸着ソース供給ヘッド５００は、図９に示した装置の機能と同様に、１又は複数の基板支持テーブルにより支持された基板５１２上に同時に材料を蒸着することができる。そして、図１０に示した装置の機能と同様に、起動している蒸着位置の外側に位置する消耗したオープンセル発泡構造体１０に蒸着材料を補充するために、選択された気相蒸着材料の補充蒸気を導入することができる。

しかしながら、この構成は、オープンセル発泡構造体１０の各々が、対向する基板表面上に材料の混合物を蒸着させるために、別々のキャリアガス流と混合する材料蒸気を同時に生成するべく用いられるとき、さらに別の機能を実現できる。複数のオープンセル発泡構造体１０は、蒸着プロセス中に標的基板に対して静止したままで蒸着膜中に空間的に均一な材料濃度を実現するために、ガス混合に依存してもよい。あるいは、複数のオープンセル発泡構造体１０は、オープンセル発泡構造体１０と基板の間の回転、置換又は他の相対的動きをさらに利用して基板表面上に所望する均一な材料濃度を実現してもよい。この操作モードは、図１４Ａに最も簡単に示されており、基板５２４は、ロータ５１０より僅かに小さい大きさであり、ロータ５１０の軸と同心に配置され、オープンセル発泡構造体１０から僅かな距離だけ離れている。静止したガスソースから複数のガス流を複数の回転するオープンセル発泡構造体へ送るためにロータリカプリングを用いることができる。この構成においては、（この場合は）３個であるオープンセル発泡構造体の各々が、異なる有機材料を異なる蒸発速度にて蒸発させることにより、３種の有機材料の制御された混合物である膜を静止した基板上に形成できる。この実施例では、３個の別々のガス供給管を用いることになる。この実施例でロータとステータの双方が一緒に回転することにより、キャリアガスがその個々のオープンセル発泡構造体に流れ続ける。さらに、当業者であれば、オープンセル発泡構造体を回転する替わりに基板を回転してもよいことを理解するであろう。通常、基板は温度制御される必要があり、このことは冷却剤の流れについても同様にロータリカプリングを必要とすることになる。

実験的には、約１ｍｍのサイズのセル孔と、蒸気流の方向に１ｃｍの厚さをもつオープンセル発泡構造体が、１０Ｐａ〜２００Ｐａの圧力範囲下の真空チャンバ内にて１００℃〜２００℃の温度に発熱させられたとき、有機物蒸気を蓄積し解放するのに効果的であることが判明した。実験は、凝縮したコーティングを再蒸発させる手段としてのオープンセル発泡構造体の安定性を明らかにすることに加えて、蒸気フラックスを活発に生成する発泡構造体に対し補充蒸気が連続的に供給されるか否かを判定するために行われた。これらの実験は、オープンセル発泡構造体における厚さ１ｃｍの流れの方向の温度勾配を変化させることにより、オープンセル発泡構造体を蒸気選択篩い又は蒸気選択バルブとして使用可能であることを明らかとした。第１の温度条件においては、発泡構造体が、補充蒸気分子が自由に通過する流路となるとともに、オープンセル発泡構造体内の凝縮物から蒸気を生成することもできる。第２の温度条件においては、オープンセル発泡構造体が、補充蒸気分子のわずか１％より多い通過を妨げるとともに、オープンセル発泡構造体内の凝縮物からの蒸気生成も阻止される。これら双方の条件下において、キャリアガスは実質的に妨げられずにオープンセル発泡構造体を通過する。

この蒸気選択篩いとしての挙動は、観察者が発泡構造体を通して"見る"ことが可能な十分にオープンな領域が存在する場合でさえ、観察される。この圧力及び温度範囲において、分子が別の分子と衝突するまでに移動する平均距離として定義される平均自由工程は、比較的小さいが、オープンセル発泡構造体内の平均孔サイズと同じ桁の大きさである。孔サイズに対する平均自由工程に起因する短い衝突距離という相関は、妨げられずにオープンセル発泡構造体を通過する蒸気分子の割合が、ほとんどゼロであり、大きな見通し線をもつオープンな領域から予測されるよりも遙かに小さい理由を説明している。蒸気の通過を選択的に許容又は阻止する一方でキャリアガスの流れに対してはほとんど無抵抗である機能は、キャリアガスにより支援される蒸着システムの動作において２つの観点から重要である。

第１の観点では、所望する厚さの膜が基板上に堆積されたとき、流入する蒸気流を遮断でき、かつそれをキャリアガスの流れを乱すことなくすなわち蒸着チャンバ内の圧力を乱すことなく行うことができる点が有用である。蒸気は、通常、全ガス流の数％のみを占めるが、結晶速度モニターからの蒸着膜厚さ信号は、その周囲圧力の変化によって強く影響される。蒸気流のみを選択的に阻止することにより、一定のチャンバ圧力を維持することができ、それによって信頼性ある膜厚モニターの読み取りが可能となる。

第２の観点では、基板を通過した後に、キャリアガスは排気されなければならず、基板の下流側にある排気キャリアガス中には常にいくらかの蒸気が存在する。排気系における望ましくない堆積を回避しかつ排気キャリアガスの流れを大きく妨げることなくそれを行うために、この残留蒸気を捕捉することは有用である。

最初の厚さ１ｃｍのオープンセル発泡構造体の実験は、同時に作用する補充蒸気フラックスから独立した、安定した再蒸発蒸気フラックスを生成する機能を明らかにすることに失敗したが、オープンセル発泡構造体が、見かけから示唆されるよりも遙かに効果的な蒸気篩いであることを明らかとした。

図１５は、別の気相蒸着装置６００を示しており、オープンセル発泡構造体６０２上のコーティングの補充が、原位置（ｉｎ ｓｉｔｕ）で行われる。１又は複数の蒸気発生ソース６０４、６０６の各々がキャリアガス入口６０８、６１０及びガスフローコントローラ６１２、６１４を具備し、１又は複数の蒸気発生ソース６０４、６０６からの補充蒸気の連続的な流れが、任意に希釈キャリアガス入口６１８、ガスフローコントローラ６２０及びガス温度コントローラ６２２を具備する蒸気混合器６１６に送られる。蒸気混合器６１６から、ガス混合物が送管６２４を通り、ガス分配マニホールドすなわちプレナム６２８のガス入口管６２６に入る。ガス分配マニホールド６２８内にオープンセル発泡構造体６０２、６３０が設けられる。ガス分配マニホールド６２８は、ヒーター６３１により加熱されることにより、キャリアガス流により後方拡散する蒸気分子がガス分配マニホールドすなわちプレナム６２８の内面上に凝縮することを阻止することができる。発熱のための電気エネルギーが、配線６３２、６３３及び接点６３４、６３５を介してオープンセル発泡構造体６０２、６３０内に導入されることにより、オープンセル発泡構造体６０２、６３０が加熱素子として機能する。ガス流は、オープンセル発泡構造体６０２、６３０内に均一に流入し、オープンセル発泡構造体６０２、６３０の索状物上に均一に凝縮する。オープンセル発泡構造体６０２、６３０は、前述した図面を参照して示しかつ説明したオープンセル発泡構造体１０と実質的に同じであるが、オープンセル発泡構造体６３０がその上に蒸着された気相蒸着材料のコーティングを有していない点が異なる。

基板ホルダ６３６は基板６３７の温度を制御し、真空チャンバ６３８の内側は、圧力センサ６４０及び圧力コントローラ６４２と組み合わされた真空ポンプ６３９により所望する圧力に維持される。この実施例では、ガス分配マニホールド６２８内のガス分配機能が、凝縮材料を再蒸発させるために用いられるオープンセル発泡構造体６０２と類似又は同一の加熱素子である第２のオープンセル発泡構造体６３０により行われることである。しかしながら、第２のオープンセル発泡構造体６３０は、その上に気相蒸着コーティングを有していない。気相蒸着プロセスにおいて気相蒸着材料のソースとして作用する替わりに、第２のオープンセル発泡構造体６３０は、オープンセル発泡構造体６０２の上流側の面に対してキャリアガスを均一に分配する機能を果たす。オープンセル発泡構造体６３０は、接点６４４、６４６及び電流供給配線６４８、６５０を介して電流を通すことにより発熱させられる。このように、第２のオープンセル発泡構造体６３０は、任意に、キャリアガスの予熱に用いることができる。ガス分配マニホールドすなわちプレナム６２８、オープンセル発泡構造体６０２、６３０、ガス入口管６２６、電気配線６４８、６５０及び接点６４４、６４６の組合せを、ここでは、気相蒸着ヘッド６５２と称することとする。

この実施例では、蒸気流の方向にオープンセル発泡構造体６０２、６３０の厚さに亘って温度勾配が設けられることにより、補充蒸気がオープンセル発泡構造体６３０に入る位置で温度が最も高く、オープンセル発泡構造体６０２における標的基板６５４の反対側に位置する面にて温度が最も低い。標的基板６５４は、蒸着チャンバ６５８内の基板ホルダ６５６上に支持されている。基板ホルダ６５６は、基板６５４の温度を制御するとともに、蒸着チャンバ６５８の内部を、圧力センサ６６４及び圧力コントローラ６６６と組み合わせた真空ポンプ６６２により所望する圧力に維持する。この温度勾配を、オープンセル発泡構造体６０２、６３０の断面の寸法設計により実現することが可能であり、オープンセル発泡構造体６０２、６３０を通る電流が、補充空気の流入側の近傍においてより大きな電流密度となるようにする。さらに、２又はそれ以上の個々に制御可能なオープンセル発泡構造体６０２、６３０を用いて、必要な温度勾配を実現することも可能である。当然であるが、オープンセル発泡構造体６０２、６３０の厚さ方向に亘る所定の温度勾配は、片面側における加熱された補充蒸気マニホールドの存在と、反対側の面における遙かに低温の基板６３７の存在により実現されてもよい。補充蒸気分子が、セル寸法に等しい平均自由工程をもつキャリアガス分子とともにオープンセル発泡構造体に入ると、それらは、互いとの間及びオープンセル発泡構造体の索状物との間で頻繁に衝突する。オープンセル発泡構造体の厚さ方向に進行中に索状物と衝突する蒸気分子は、衝突の度に凝縮する可能性があり、より低温の索状物が増えていくにつれてその上に凝縮する可能性が高くなっていく。

単一の厚さ１ｃｍのオープンセル発泡構造体を用いて、前述した蒸気特異的篩い挙動が観察されたが、同時に作用する補充蒸気フラックスと完全に独立した安定な再蒸発蒸気フラックスを生成することは実現されなかった。第２の厚さ１ｃｍの、又はさらに厚いオープンセル発泡構造体を追加することにより、衝突凝縮の可能性が増大しかつ流れの方向における温度差を大きくできることから、実質的に全ての補充蒸気分子が、オープンセル発泡構造体の全厚を移動する前に凝縮させられる。非常に安定かつ制御可能な速度で再蒸発される前に、少しの間だけであれば補充蒸気がまず凝縮するので、補充蒸気フラックスの不安定さと流出蒸気フラックスの不安定さを完全に分離することができる。瞬間的凝縮状態は、極めて温度に敏感な材料が用いられる場合に最も望ましい。瞬間的凝縮状態はまた、補充蒸気が１より多い材料からなりかつ特に１より多い材料の飽和蒸気圧が異なっている場合に最も望ましい。この方法では、オープンセル発泡構造体を被覆する極微の有機材料コーティングが、オープンセル発泡構造体の表面上に均一に分配される連続的な又は間欠的な補充有機材料蒸気のフラックスにより更新されるか又は維持される。この補充蒸気は、発泡構造体索状物上に直接、コンフォーマルな薄い凝縮コーティングの形態で実質的に凝縮する。この実施例では、平均的補充蒸気フラックスが平均的蒸着フラックスと等しい限りにおいて、ロールトゥロール（roll to roll）製造におけるように移動する基板上への連続的蒸着を行うことができる。この実施例により、フラッシュ蒸発や通常のるつぼ蒸発によるような、オープンセル発泡構造体に供給される大きく変動する蒸気の流入速度を、オープンセル発泡構造体から出て標的基板へ向かう蒸気の流出速度において変動率１％未満に変換することができる。

図１５Ａは、気相蒸着装置６００の断面図を示している。オープンセル発泡構造体６３０は、電極６６８、６７０の間に挟まれている。電極６６８、６７０は、導電性金属箔からなり、電流は電極６６８、６７０を通りオープンセル発泡構造体６３０の索状物へ流れることにより、索状物中に抵抗熱を発生させる。電気リードケーブルすなわち配線６４８、６５０が電極６６８、６７０にそれぞれ接続されている。電極６６８、６７０は、好適には導電性箔の形態とする。電極６６８、６７０として多様な金属を用いることができる。チタン、タンタル、タングステン若しくはモリブデン又は、銅や銀のような比較的軟らかい金属の上にこれらの材料をコーティングしたものを用いることは、それらが高温で比較的化学的に不活性であるので、好都合である。

補完部材６７２、６７４は、耐熱性であり、任意に導電性材料である。オープンセル発泡構造体６３０が相補的に支持された電極６６８、６７０に対して押し付けられたとき、補完部材６７２、６７４はオープンセル発泡構造体６３０の表面テクスチャに沿うことができ、電極６６８、６７０の局所的変形を形成する。有用な補完部材の一例は、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）である。ドイツのＷｉｌｍｉｎｔｏｎ所在のＵＣＡＲ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．は、良好な耐熱性と通常９７重量％以上の元素炭素を含む巻シート製品としてＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｒａｐｈｉｔｅを製造している。

図１５Ａに示すサンドイッチ構造は、オープンセル発泡構造体６３０と電極６６８、６７０との間の低接触抵抗を実現することにより、熱の少なくとも９０％が、電極６６８、６７０とオープンセル発泡構造体６３０の界面ではなくオープンセル発泡構造体６３０の索状物中で発生することを保証している。電極６６８、６７０と炭素のオープンセル発泡構造体６３０との間の電気的接触抵抗を下げるために、ナノ粒子銀塗料も用いることができる。銀粒子はナノメートルサイズであるので、バルク銀の融点よりも数百度も低い温度で軟化し溶融する。この挙動は、サイズに非常に依存しており、電極６６８、６７０と炭素のオープンセル発泡構造体６３０との間の良好な電気的接触の確立を容易とする。オープンセル発泡構造体６３０、電極６６８、６７０及び補完部材６７２、６７４は、一緒に接点６４４、６４６によりクランプされる。接点６４４、６４６は、導電性でありかつ電極６６８、６７０取り付けられることによりそれぞれ電流をオープンセル発泡構造体６３０に流す。これに替えて、接点６４４、６４６が電気絶縁体であるか又は電気絶縁性コーティングを有するが、加熱素子であるオープンセル発泡構造体６３０を冷却するための熱伝導体として機能するようにもできる。

絶縁部材６７６は、蒸気マニホールドすなわちプレナム６２８から電気的かつ熱的にオープンセル発泡構造体を絶縁し、そして構成全体がクランプ構造材６７８により一体化されている。サーモカップル６８０又は赤外線センサは、オープンセル発泡構造体６３０の温度を計測するために用いることができ、オープンセル発泡構造体６３０に与えられる電流を制御するためにフィードバックされる。有効電気抵抗を決定するために温度の関数としてオープンセル発泡構造体６３０へ与えられる電圧及び電流を計測することも可能である。多くの材料は、計測可能な抵抗温度係数を有しており、較正後、有効電気抵抗に基づいてオープンセル発泡構造体の平均温度を示唆することができる。

センサ６８２は、発泡構造体６０２から出てくる蒸気フラックスを原位置にて測定するために用いることができ、この信号は、オープンセル発泡構造体６０２又は、オープンセル発泡構造体６０２及び６３０の双方に対する電力供給を制御するために用いることができる。これにより、流出蒸気フラックスを非常に精確なフラックス値に制御可能であり、そのフラックス値は、システムの温度及び圧力の変動にも拘わらず、長時間に亘って実質的に不変を維持する。センサ６８２は、センサの活性面上への材料蒸気の蒸着速度を計測する水晶発振子又は他の原位置蒸着膜厚計測センサとすることができる。オープンセル発泡構造体６０２からの流出フラックスが本質的に安定であるので、オープンセル発泡構造体６０２及び／又は６３０に対するフィードバックループは、非常に低帯域であり、数十秒で計測される。オープンセル発泡構造体の動作は、入力信号が大きく変動するときでも比較的一定の出力信号が得られる電気的キャパシタの動作と比較することができる。この挙動は、図１６のグラフに示されている。このグラフは、オープンセル発泡構造体１０上に気相蒸着コーティングを形成するためにオープンセル発泡構造体１０に入る補充蒸着蒸気の大きく変動する流入量６８４を示している。オープンセル発泡構造体１０を発熱させることにより生成した蒸着蒸気の流出量６８６は、非常に安定している。
オープンセル発泡構造体６０２に供給する電力を制御する基本ループにおける持続的な正又は負の制御信号に基づいて、蒸気ソース６０４及び６０６の平均補充蒸気フラックスを調整するために、制御システムが直列的制御ループを含むことが有利な場合もある。

極めて大まかにオープンセル発泡構造体の利用を説明したが、これらの説明は、オープンセル発泡構造体が、シャワーヘッドタイプ構成に類似するように利用されることを示しており、その場合、個々のオープンセル発泡構造体がほぼ正方形である。インライン蒸着及びロールトゥロール蒸着に用いられる直線状のマニホールドに適用可能であるような長方形のオープンセル発泡構造体を利用することも可能である。図１７は、インライン蒸着システム７００を示しており、複数の気相蒸着ヘッド７０２が直列に配置されている。各気相蒸着ヘッド７０２は、実質的に、図５に示した気相蒸着ヘッド１４０と同じであるか、あるいは、図１５に示した気相蒸着ヘッドと同じである。コンベアシステム７０６上に支持された複数の基板７０４は、気相蒸着ヘッド７０２の近傍に搬送され、各気相蒸着ヘッド７０２から放出される個々の蒸着材料をコーティングされることにより基板７０４上に積層コーティングを形成する。基板７０４は、基板供給マガジン７０８から送り出され、コンベアシステム７０６上で気相蒸着ヘッド７０２の近傍を搬送され、基板受容マガジン７１０に収容されるように示されている。当業者は、基板７０４がマガジン７０８以外の手段によりコンベアシステム７０６に送り出され、コンベアシステム７０６以外の手段により搬送され、そしてコーティングされた基板７０５がマガジン７１０以外の手段により受容されてもよいことを理解するであろう。気相蒸着ヘッド７０２、コンベアシステム７０６、基板供給マガジン７０８、基板受容マガジン７１０は、真空チャンバ７１２内に収容されている。真空チャンバ７１２内の圧力は、圧力センサ７１４、圧力コントローラ７１６及び真空ポンプ７１８を有するフィードバックシステムを介して制御される。

図１８は、ロールトゥロール蒸着システム８００を示しており、複数の気相蒸着ヘッド８０２が直列に配置されている。各気相蒸着ヘッド８０１は、実質的に図５に示した気相蒸着ヘッド４０２、あるいは、図１５に示した気相蒸着ヘッドと同じである。コンベアシステム８０６上に支持された長尺基板８０４は、気相蒸着ヘッド８０２の近傍に搬送され、各気相蒸着ヘッド８０２から放出された個々の蒸着材料をコーティングされることにより長尺基板８０４上に積層コーティングを形成する。長尺基板８０４は、基板供給ロール８０８から送り出され、コンベアシステム８０６上で気相蒸着ヘッド８０２の近傍を搬送され、受容ロール８１０に巻き取られるように示されている。当業者は、長尺基板８０４が基板供給ロール８０８以外の手段によりコンベアシステム８０６に送り出され、コンベアシステム８０６以外の手段により搬送され、そしてコーティングされた長尺基板８０５が受容ロール８１０以外の手段により巻き取られてもよいことを理解するであろう。気相蒸着ヘッド８０２、コンベアシステム８０６、基板供給ロール８０８及び基板受容ロール８１０は、真空チャンバ８１２内に収容されている。真空チャンバ８１２内の圧力は、圧力センサ８１４、圧力コントローラ８１６及び真空ポンプ８１８を有するフィードバックシステムを介して制御される。

ここで用いた「長尺基板」の用語は、蒸着チャンバの長さよりも長い長さを有する基板を含むことを意図している。このことは、図１８に示したロールトゥロール構成を必然的に含む。

図１８に示したロールトゥロール構成は、本発明が、不連続な基板及び長尺基板の双方に対するバッチ蒸着プロセスにも連続蒸着プロセスにも適用可能であることを明らかとしている。フレキシブル基板は、ガラス、アルミニウム又はステンレス鋼の箔から作製できる。これらの箔は、通常、２５μｍから１００μｍまでの間の厚さである。ＰＥＴ及びＰＥＮ等のポリマー基板も、ＯＬＥＤ材料の支持層として先ず防湿コーティング膜を蒸着した後に用いることができる。

これらの各実施例において、標的基板上の蒸着速度安定性は、オープンセル発泡構造体の蒸気生成速度の安定性により決定され、補充蒸気フラックスにおけるいかなる変動からも切り離される。補充蒸気フラックスの変動は、必要に応じた微細粉末量の計量と蒸発が困難であり変動することによる。オープンセル発泡構造体における流入蒸気と流出蒸気の間の気体から固体への相変化を利用することにより、流出蒸気の制御可能で、精確かつ変動の無いフラックスを生成しかつ維持するという目的が、オンデマンドフラッシュ蒸発システムからの安定な蒸着速度を維持することの困難さから切り離される。

本発明は、有機材料精製プロセスを考慮しかつ有機材料の蒸発及び分解を制御する温度、熱暴露時間、熱伝導性、表面積、分圧、全圧及び対流を考慮することにより、ＯＬＥＤ素子を作製するための有機材料の調製と蒸発において実質的な単純化を可能とする。

本発明の実施において、三次元オープンセル網状構造体の表面上に気相蒸着される材料の固体コーティングの厚さは、好適には、５μｍ未満である。しかしながら、好適な厚さは、蒸着される材料により変動することとなる。耐熱性のある材料ほど、より長い熱暴露時間を許容されてより厚くコーティングされ得ることにより、より長い自立的蒸着が可能となる。耐熱性の低い材料は、それらが分解する前に確実に消費されるためにおそらく僅かサブミクロンの厚さとなるであろう。これらの敏感な材料は、操作における連続的な蒸気補充モードに使用する良い候補である。

本発明の実施において、三次元オープンセル網状構造体の表面に気相蒸着される材料の固体コーティングは、実質的に純粋である。ここでの「実質的に純粋」という用語は、少なくとも９９．５％の純度であり、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンが１０ＰＰＭ未満であることを示すために用いている。これは、使用される材料及び合成法により変動する可能性があるＯＬＥＤ材料の通常の溶液純度よりも遙かに改善されている。一方、ＯＬＥＤ材料の溶液純度は、一般的に９７％又は９８％未満の純度に制限されると考えられている。この数値の違いは大きな違いに見えないかもしれないが、ＯＬＥＤ素子の性能及び特に寿命は、３０ＰＰＭの塩素濃度で１０％低下し得る。

本発明により気相蒸着することができるＯＬＥＤ材料は、例えば、ＴｉＯＰＣ、ＮＰＢ、ＬｉＱ、ＴｃＴａ、Ｂｐｈｅｎ(バソフェナントロリン)、ＤＭＱＡ、ＤＢＱＡ、Ｒｕｂｒｅｎｅ(ルブレン)、ＴＭＤＢＱＡ、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｍｐｐｙ）３、ＣＢＰ、Ａ１Ｑ３、ＤＣＪＴＢ、Ｉｒ（ｐｉｑ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（２−ｐｈｑ）３、Ｉｒ（２−ｐｈｑ）２（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ＢＴ）２（ａｃａｃ）、ＤＣＭ、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ペリレン、ペンタセンがある。

本発明を、基本的にＯＬＥＤ材料を気相蒸着するための方法として説明したが、本発明は、金属及びセラミックを気相蒸着することも可能である。ガラス状炭素は、非グラファイト炭素の例であり、非グラファイト炭素は、３０００℃及びそれ以上の温度でさえ結晶グラファイトに変化できない炭素である（非特許文献１）。非常に高い熱安定性に加えて、その顕著な特性は、化学的刺激に対する際だった耐性を有することである。酸素、二酸化炭素又は水蒸気中におけるガラス状炭素の酸化速度は、他のいずれの炭素よりも低いことが判明している（非特許文献２）。また、酸による刺激に対しても高い耐性を有する。従って、通常のグラファイトは、室温での濃硫酸や濃硝酸との混合により粉体に変化するが、ガラス状炭素は、数か月後であっても、このような処理に影響されない。

ガラス状炭素は、不活性であることにより、金属を含む広範囲の有機材料及び無機材料を溶融及び蒸発させるためのるつぼ材料として有用である。従って、有機材料を制御可能に蒸発させるための、ここで説明したプロセスは、蒸発温度が３０００℃未満の広範囲な材料を制御可能に蒸発させるために用いることができる。この機能は、光電用途において周知であるＩ、ＩＩＩ及びＶＩ族の元素を含む周期表のほとんどの元素を包含するものである。大容量光電素子の製造に用いるために連続的に移動する基板上に均一なコーティング膜を得るために、この方法により、銅、インジウム、ガリウム及びセレニウムはＣＩＧＳを蒸着させるべく蒸発させることができ、テルル化カドミウムも気相蒸着することができる。

ここでは、中間的気相蒸着受容体を、導電性三次元オープンセル網状構造体として、好適にはオープンセルのガラス質炭素発泡体として説明したが、別の方法で中間的気相蒸着受容体を作製することもできる。例えば、互いに重なる炭素ファイバーのメッシュ又は格子の複数の層により、多数の曲がりくねった貫通流路をもつ導電性三次元オープンセル網状構造体を作製してもよい。曲がりくねった流路は、発熱した索状物すなわちファイバーの周囲に生成した有機物蒸気とガスとの混合を促進し、不活性キャリアガスの流れ及び温度は、蒸着標的基板へ向かう有機物蒸気の生成及び移動の速度を制御することに寄与する。

１０ オープンセル発泡構造体
１１ 昇華精製装置
１２ 精製される材料
１４ 蒸発装置
１６ 真空チャンバ
１８ ヒーター
２０ るつぼ
２１ 真空ポンプ
２２ 凝縮物収集管
２４ 圧力センサ
２６ 圧力コントローラ
２８ 柱状物又は索状物
３０ 凝縮材料のコーティング
３２ 気相蒸着装置
３４ 入口管
３６ マスフローコントローラ
３８ ガスヒーター
４０ 入口ダクト
４２ ガス分配マニホールドすなわちプレナム
４４、４５ 配線
４６、４８ 接点
５０ 真空チャンバ
５２ 基板ホルダ
５４ 基板
５６ 真空ポンプ
５８ 圧力センサ
６０ 圧力コントローラ
６２ ヒーター
６４、６６ 電極
６８、７０ 電気リード配線
７２、７４ 補完部材
７６、７８ 接点
８０ 絶縁部材
８４ クランプ構造材
８６ サーモカップル
１００ 気相蒸着装置
１０２ 入口管
１０４ マスフローコントローラ
１０６ ガスヒーター
１０８ 入口ダクト
１１０ ガス分配マニホールドすなわちプレナム
１１２、１１３ 配線
１１４、１１６ 接点
１１８ 真空チャンバ
１２０ 基板ホルダ
１２２ 基板
１２４ 真空ポンプ
１２６ 圧力センサ
１２８ 圧力コントローラ
１３０ ヒーター
１３１、１３３ 補完部材
１３２ 第２のオープンセル発泡構造体すなわち加熱素子
１３４、１３６ 接点
１３５、１３７ 電極
１３８、１３９ 配線
１４０ 気相蒸着ヘッド
１４２、１４４ 電極
１４６、１４８ 補完部材
１５０ 絶縁部材
１５２ クランプ構造材
１５４ ヒーター
３００ 蒸着ソース供給ヘッド
３０２ ロータ
３０４ ステータ
３０６ フレーム
３０８ 供給管
３０９ 接点
３１０ ダクト
３１２ ダクト
３１４ 基板
３１６ 基板ホルダ
３２０ 多角柱
３２２ 基板ホルダ
３２４ 標的基板
４００ 蒸着ソース供給ヘッド
４０２ ロータ
４０４、４０６ ステータ部分
４０８ フレーム
４１０ 供給管
４１２、４１４ ダクト
４１６ 基板
４１８ 基板ホルダ
４２０、４２２ ダクト
５００ 気相蒸着ヘッド
５０２ 供給管
５０４ ダクト
５０６ ステータ部分
５０８ ダクト
５１０ ロータ
５１２ 基板
５１４ 基板ホルダ
５１６ 供給管
５１８ ダクト
５２０ ステータ部分
５２２ ダクト
５２４ 基板
６００ 気相蒸着装置
６０２ オープンセル発泡構造体
６０４、６０６ 蒸気生成ソース
６０８、６１０ キャリアガス入口
６１２、６１４ ガスフローコントローラ
６１６ 蒸気混合器
６１８ 希釈キャリアガス入口
６２０ ガスフローコントローラ
６２２ ガス温度コントローラ
６２４ 送管
６２６ ガス入口管
６２８ ガス分配マニホールドすなわちプレナム
６３０ オープンセル発泡構造体
６３１ ヒーター
６３２、６３３ 配線
６３４、６３５ 接点
６３６ 基板ホルダ
６３７ 基板
６３８ 真空チャンバ
６３９ 真空ポンプ
６４０ 圧力センサ
６４２ 圧力コントローラ
６４４、６４６ 接点
６４８、６５０ 配線
６５２ 気相蒸着ヘッド
６５４ 標的基板
６５６ 基板ホルダ
６５８、６６０ 蒸着チャンバ
６６２ 真空ポンプ
６６４ 圧力センサ
６６６ 圧力コントローラ
６６８、６７０ 電極
６７２、６７４ 補完部材
６７６ 絶縁部材
６７８ クランプ構造材
６８０ サーモカップル
６８２ センサ
６８４ 変動する流入量
６８６ 流出量
７００ インライン蒸着システム
７０２ 気相蒸着ヘッド
７０４ 基板
７０５ コーティングされた基板
７０６ コンベアシステム
７０８ 基板供給マガジン
７１０ 基板受容マガジン
７１２ 真空チャンバ
７１４ 圧力センサ
７１６ 圧力コントローラ
７１８ 真空ポンプ
８００ ロールトゥロール蒸着システム
８０２ 気相蒸着ヘッド
８０４ 基板
８０５ コーティングされた基板
８０６ コンベアシステム
８０８ 基板供給ロール
８１０ 基板受容ロール
８１２ 真空チャンバ
８１４ 圧力センサ
８１６ 圧力コントローラ
８１８ 真空ポンプ

Claims (15)

1. （ａ）三次元オープンセル網状構造体上に予め気相蒸着されていた、選択された固体材料の固体コーティングを、前記三次元オープンセル網状構造体に加熱のための電気エネルギーを与えてその温度を制御することにより蒸発させて蒸着ガスを生成し、
   （ｂ）前記三次元オープンセル網状構造体にキャリアガスを通過させて前記蒸着ガスの制御可能な分圧を生じさせつつ前記固体コーティングを蒸発させることにより、前記キャリアガスと前記蒸着ガスの混合物を生成し、
   （ｃ）温度制御された基板に対して前記混合物を安定な流量にて供給し、
   （ｄ）前記蒸着ガスを前記温度制御された基板の表面上で凝縮させ、かつ、
   （ｅ）前記キャリアガスを排気する、
   気相蒸着方法。
2. 前記選択された固体材料の前記固体コーティングが有機材料又は有機金属材料であり、１ｎｍから２μｍまでの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記三次元オープンセル網状構造体が電気伝導性のガラス質炭素発泡体であり、前記蒸発させるステップが、前記三次元オープンセル網状構造体に電圧を印加することにより行われる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記三次元オープンセル網状構造体上の固体コーティングが消耗した後、又は、前記三次元オープンセル網状構造体上の固体コーティングが蒸発させられ前記基板の表面上に蒸着させられつつ、前記三次元オープンセル網状構造体上に前記選択された固体材料を気相蒸着により補充する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. さらに、
   （ａ）補充蒸着蒸気を前記三次元オープンセル網状構造体に供給し、
   （ｂ）前記固体コーティングを補充するべく前記補充蒸着蒸気を前記三次元オープンセル網状構造体上に凝縮させる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. （ａ）選択された気相蒸着材料の固体コーティングをその上に気相蒸着されておりかつ電極の間に挟まれた第１の電気伝導性の三次元オープンセル網状構造体と、
   （ｂ）蒸着ガスを生成するべく前記第１の三次元オープンセル網状構造体の固体コーティングを加熱する手段と、
   （ｃ）キャリアガスが前記第１の三次元オープンセル網状構造体を通過して前記蒸着ガスの制御可能な分圧を生じつつ前記固体コーティングが蒸発させられ、蒸発した固体コーティングである前記蒸着ガスと前記キャリアガスが混合物を形成するように、前記キャリアガスが供給される第１の送管と、
   （ｄ）蒸着チャンバ内の温度制御された基板に対して安定な流量にて前記混合物を供給するために、前記混合物が通過する第２の送管とを備えた、
   気相蒸着装置。
7. 前記第１の三次元オープンセル網状構造体に電流を供給するための電源をさらに備えた、請求項６に記載の気相蒸着装置。
8. 前記固体コーティングが固体有機材料若しくは固体有機金属材料であるか、又は、前記固体コーティングが金属材料若しくはセラミック材料である、請求項６又は７に記載の気相蒸着装置。
9. ガス分配マニホールド内にて第２の三次元オープンセル網状構造体を前記第１の三次元オープンセル網状構造体の上方にさらに設けた、請求項６〜８のいずれかに記載の気相蒸着装置。
10. 前記第１及び第２の三次元オープンセル網状構造体がガラス質炭素発泡体である、請求項９に記載の気相蒸着装置。
11. 前記キャリアガスが前記第１及び第２の三次元オープンセル網状構造体を通過する不活性ガスであり、前記第１及び第２の三次元オープンセル網状構造体が複数の索状物を有し、前記索状物は前記キャリアガスと該索状物の周囲に生成された蒸発した固体コーティングとの混合を促進する曲がりくねった流路を形成し、かつ、前記ガスの流れ及び温度が、蒸着標的に向かう蒸発した固体コーティングの生成及び移送の速度を制御することに寄与する、請求項９又は１０に記載の気相蒸着装置。
12. 加熱されたガス分配マニホールドをさらに備え、前記第１及び第２の三次元オープンセル網状構造体が前記加熱されたガス分配マニホールド内に設けられる、請求項９〜１１のいずれかに記載の気相蒸着装置。
13. 前記第１の三次元オープンセル網状構造体上に高融点金属の均一なコーティングをさらに有し、選択された気相蒸着材料の前記固体コーティングが前記高融点金属の均一なコーティングの上に存在し、前記高融点金属がタングステン、タンタル又はモリブデンであるか、又は、前記第１の三次元オープンセル網状構造体上にセラミックの均一なコーティングをさらに有し、選択された気相蒸着材料の前記コーティングが前記セラミックの均一なコーティングの上に存在する、請求項６〜１２のいずれかに記載の気相蒸着装置。
14. 前記第１の三次元オープンセル網状構造体の温度を計測して前記第１の三次元オープンセル網状構造体に供給する電流を制御するべくフィードバックする温度センサと、前記温度制御された基板上への材料蒸着速度を計測して前記第１の三次元オープンセル網状構造体に供給する電流を制御するべくフィードバックする気相蒸着速度センサの、いずれか又は双方をさらに備えた、請求項６〜１３のいずれかに記載の気相蒸着装置。
15. （ａ）前記第１の三次元オープンセル網状構造体が設けられるガス分配マニホールドと、
    （ｂ）補充蒸着ガスを前記ガス分配マニホールドに供給するための少なくとも１つの蒸気生成ソースと、をさらに備え、前記補充蒸着ガスが凝縮して前記第１の三次元オープンセル網状構造体上に新たな蒸着材料の固体コーティングを形成する、請求項６〜１４のいずれかに記載の気相蒸着装置。

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