JP4074574B2 - 有機物気相蒸着装置 - Google Patents
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Description
本発明は、有機物気相蒸着装置に関し、より詳細には、大面積に均一に低圧で有機物薄膜または有機物半導体及び有機物発光素子のような有機物素子を製造するのに有用に使用できる有機物気相蒸着装置に関する。
有機物薄膜や有機物半導体及び有機物発光素子のような有機物素子を形成するのに代表的に真空蒸着法が使われている。真空蒸着法は、蒸着過程が行われる真空チャンバに熱蒸発源をチャンバの下部に設置し、その上部に基板を導入して基板表面に有機物薄膜を形成する方法を意味する。
典型的な真空蒸着法による有機物薄膜の製造は、まず、真空チャンバに連結された真空ポンプを利用して真空チャンバ内の一定の真空を形成・維持する。真空チャンバの内側には一つ以上の熱蒸発源が導入される。熱蒸発源によって薄膜のための有機物材料はチャンバ内で蒸発し、蒸発した気相の有機物が基板上に移動して基板上に薄膜で蒸着される。
有機物薄膜材料の熱蒸発源は、主に円筒形または四角形の容器であって、その中に蒸着させる有機物材料が充填される。蒸発源として使われる容器は、主に石英またはセラミックのような耐熱性材料で構成され、容器の周りには加熱ヒータが巻取られていて、電力を加えれば、容器の周りの温度が上昇すると同時に容器も加熱される。容器が一定の温度に加熱されれば、有機物の蒸気圧に依存して有機物の気化蒸発が始められる。
容器の温度は、容器に設置された熱電対によって測定されるが、これに基づいて容器が一定の温度に維持されるように加熱ヒータを調節すれば、所望の有機物の蒸発速度を得られる。蒸発した有機物は、容器から一定の距離に離れた所に導入された基板上に移動され、基板の表面に吸着、蒸着及び再蒸発などの連続的な反応過程を通じて基板上で固相化して薄膜を形成する。
有機物薄膜材料として利用される有機物（または有機物電球体）は、蒸気化する蒸気圧が高く、加熱による熱分解温度が蒸発温度と近接されているため、長時間安定的に有機物を蒸発させるのは非常に難しい。これにより、今までの真空蒸着法では有機物の蒸着速度を効果的に精密に制御するのが非常に難しい。
また、真空チャンバ内の熱蒸発源から放出された蒸気化した有機物の薄膜材料は、熱蒸発源容器の上部の形状と関連されてある限定された狭い範囲内で基板に到達する。したがって、大面積基板上に有機物の均一な薄膜を形成することは非常に難しい。さらに、このような従来の真空蒸着法または装置を利用する場合、大面積に均一な有機物薄膜を形成するためには、これに相応するように蒸着装備のサイズが大型化しなければならないが、これは有機物材料の使用効率が非常に下げて急激な生産性の低下を引き起こす。したがって、従来の真空蒸着法の技術で有機薄膜を利用した有機物素子を応用した製品を製造しようとする時、このような脆弱点によって高品質の素子を低コストで量産することは現在まで非常に難しい状態である。
図１は、従来の真空蒸着法による蒸着装置を説明するための構成図である。
図１によれば、真空チャンバ１０内に有機物材料を置ける容器としてるつぼ６０を導入し、るつぼ６０に蒸着させる物質の適当量を予測して載せた後、真空チャンバ１０の内部の圧力を約１０−６Ｔｏｒｒ程度に下げる。その後、るつぼ加熱装置５０を利用してるつぼ６０の温度を調節して蒸着物質の融点の近くまで温度を上げる。以後に、再び温度を調節しつつ蒸着物質が気化するまでるつぼ６０の温度を上げる。
図１によれば、真空チャンバ１０内に有機物材料を置ける容器としてるつぼ６０を導入し、るつぼ６０に蒸着させる物質の適当量を予測して載せた後、真空チャンバ１０の内部の圧力を約１０−６Ｔｏｒｒ程度に下げる。その後、るつぼ加熱装置５０を利用してるつぼ６０の温度を調節して蒸着物質の融点の近くまで温度を上げる。以後に、再び温度を調節しつつ蒸着物質が気化するまでるつぼ６０の温度を上げる。
これにより、徐々にるつぼ６０上にある物質が蒸発し始めれば、装着されたるつぼシャッタ７０と基板シャッタ４０とを開いて蒸発した物質分子を、基板を加熱させる装置２０上に置かれた基板３０上に至らせて基板３０上に蒸着反応を起こす。この時、るつぼシャッタ７０と基板シャッタ４０とは、るつぼ６０上にある物質が気化する直前にチャンバ１０の内部に願わなく残存できる不純物が基板３０に蒸着できないように防止する役割をする。一方、チャンバ１０の内部にはモニタ８０が導入されて薄膜の厚さを測定するが、このような厚さモニタ８０で測定することによって蒸着される薄膜の厚さを予想できる。
このような従来の真空蒸着装置は、薄膜に必要な量が少量であるのに拘わらず、その正確な必要量を予測することが難しくて大量で蒸着する物質をるつぼ６０に装着させなければならないが、蒸着させる物質が高価である場合、非常に非経済的な問題点がある。また、所望の方向に気化した蒸着物質の蒸気を誘導することが実質的に不可能であるため、蒸着を多数反復する場合にはチャンバ１０の内部が深刻に汚染されて毎度内部を洗浄しなければならない面倒さがある。また、蒸着される薄膜の厚さに影響を与える厚さ調節変数であるるつぼ６０に載せられる物質の量、るつぼシャッタ７０及び基板シャッタ４０の開閉時間、温度調節による気化時間を精密に調節及び制御できないので、所望の膜厚を精度よく得にくい。
このような問題点を解決するために多様な方法が研究され、また提示されている。例えば、ステフェン Ｒ.フォレスト（Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｒ.Ｆｏｒｒｅｓｔ）は、水平形態の低圧化学蒸着方法と類似に有機物の原料が入っているるつぼを加熱して蒸発する有機物気相と移送ガスとを共に輸送して基板上に有機物薄膜を蒸着した（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。また、キム・ドンスは、高真空でるつぼ形態及び有機物気相が出る所の孔を調節して、大面積の有機物薄膜蒸着が可能であることを提案している（例えば、特許文献３参照）。
それにも拘わらず、大面積の均一な有機物薄膜を商用化するのにはまだ不十分な点が多く、これを克服するための多様な研究及び多くの努力が試みられている。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、有機物薄膜の厚さ及び組成を精密に調節できる大面積の有機物気相蒸着装置を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の有機物気相蒸着装置は、大きく蒸着部とソース部とを含んで構成され、蒸着部は反応チャンバと、該反応チャンバ内に設置されて導入される基板を支持する基板支持部と、該基板支持部に設置されて前記基板の温度を調節する基板温度調節部と、前記基板支持部に対向するように前記反応チャンバ内に設置されて蒸着反応に参加する有機物ソース気相を前記基板上に均一に分配するシャワーヘッドとで構成され、前記ソース部は前記シャワーヘッドに提供される前記有機物ソース気相を発生させるソースチャンバと、前記ソースチャンバを覆い包んで前記ソースチャンバで前記有機物ソース気相を有機物材料から気化させるソース加熱部と、前記有機物ソース気相を前記反応チャンバに移送するための移送ガスを提供する移送ガス供給源と、前記ソースチャンバを覆い包んで前記ソースチャンバで前記有機物ソース気相を前記有機物材料から気化させるソース加熱部を有するソース部と、前記移送ガス供給源から前記ソースチャンバ内に延び、前記ソースチャンバの内部に延びた部位に、前記移送ガスを前記ソースチャンバに引込む移送ガス引込口を有する移送ガス移送路と、前記シャワーヘッドから前記ソースチャンバ内に延び、前記移送ガスによって運搬される前記有機物ソース気相を、前記ソースチャンバから引出す通路である有機物ソース気相引出し口を有する有機物ソース気相移送路とを備え、前記ソースチャンバは、前記ソースチャンバ内に設置されて前記移送ガス引込口から引込まれる前記移送ガスを分散させる移送ガス分散部を備え、前記移送ガス分散部は、頂点が前記移送ガス引込口の方向に整列された円錐ブロックまたは円錐状の板で構成されている。
ここで、前記有機物気相蒸着装置は、前記シャワーヘッドと前記基板支持部間に導入されるシャワーカーテンをさらに含んで構成されうる。
前記ソース加熱部は、前記有機物ソース気相移送路を覆い包むようにさらに拡張されるように設置されうる。
前記有機物気相蒸着装置は、前記反応チャンバに前記有機物ソース気相と共に提供される希釈ガスのための希釈ガス供給源をさらに含んで構成されうる。
また、前記反応チャンバに流入される流体の流量及び速度を調節するための流量制御部をさらに含んで構成されうる。
前記ソースチャンバは、相異なる成分の有機物ソース気相を生成するために多数設置されうる。
この時、前記有機物気相蒸着装置は、それぞれの前記ソースチャンバから前記相異なる有機物ソース気相を順次に前記反応チャンバに時分割して流入させるか、またはバイパスさせるために設置された移送路、及び前記移送路に前記時分割のために設置された多数の弁部をさらに含んで構成されうる。
前記ソース加熱部は、前記有機物気相蒸着装置で前記移送路及び前記弁部を加熱するようにさらに拡張されうる。
以上説明したように、本発明によれば、新しい低圧有機物気相蒸着装置を利用することにより、大面積基板に有機物薄膜を均一に蒸着でき、蒸着速度も向上させうる。一つ以上の有機物薄膜を多重に蒸着する場合、または、有機物薄膜に他の有機物をドーピングする場合、時分割方法を利用して有機物薄膜の厚さ及び組成を精度よく調節できる。このような時分割方法は、多数のソースチャンバを導入してこのようなソースチャンバと反応チャンバとを連結する移送路に多数設置された弁によって具現される。
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
しかしながら、本発明の実施例は種々の他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定して解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状はさらに明確な説明を強調するために誇張されたと理解することが望ましい。図面上で同じ符号で表示された構成要素は同一の構成要素を意味している。
しかしながら、本発明の実施例は種々の他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定して解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状はさらに明確な説明を強調するために誇張されたと理解することが望ましい。図面上で同じ符号で表示された構成要素は同一の構成要素を意味している。
本発明の実施例では新しい概念の低圧有機物気相蒸着装置を提示する。本発明の実施例で有機物気相蒸着装置は、有機物薄膜を成長させる有機物気相を基板上に均一に分配させる役割をするシャワーヘッドを備え、このようなシャワーヘッドに有機物気相を提供するためにそれぞれの有機物材料が充填されているソースチャンバを備える。また、多重成分の有機物薄膜を形成するために、それぞれの有機物材料から気化した有機物の気相が交番的に反応チャンバに入る時、時分割方法を利用して有機物薄膜の厚さ及び形成を精密に調節させうる。
図２は、本発明の有機物気相蒸着装置の一実施例を説明するための構成図である。
図３は、図２のソースチャンバ部を説明するための構成図である。
図２に示した本発明の有機物気相蒸着装置は、有機物薄膜の蒸着過程が行われる反応チャンバ１００を備える。反応チャンバ１００にいかなる一定の水準の真空を形成・維持するための真空ポンプ２００が連結される。真空ポンプ２００としては、例えば、一般的な回転ポンプを使用でき、チャンバ１００に約０.００１乃至１００ Ｔｏｒｒの圧力を提供する。また、このような真空ポンプ２００は、反応チャンバ１００の真空度をさらに提高するためにターボポンプをさらに使用できる。
図３は、図２のソースチャンバ部を説明するための構成図である。
図２に示した本発明の有機物気相蒸着装置は、有機物薄膜の蒸着過程が行われる反応チャンバ１００を備える。反応チャンバ１００にいかなる一定の水準の真空を形成・維持するための真空ポンプ２００が連結される。真空ポンプ２００としては、例えば、一般的な回転ポンプを使用でき、チャンバ１００に約０.００１乃至１００ Ｔｏｒｒの圧力を提供する。また、このような真空ポンプ２００は、反応チャンバ１００の真空度をさらに提高するためにターボポンプをさらに使用できる。
真空ポンプ２００と反応チャンバ１００間は、配管よりなる真空排出路２０１が連結され、真空排出路２０１間にはトラップ２０３が設置されうる。トラップ２０３はいかなる成分のガス、例えば、真空ポンプ２００としてターボポンプを利用する場合、ターボポンプの性能に否定的な影響を与える反応副産物、例えば、水蒸気を選択的に除去するためにコールドトラップ状に導入される。すなわち、有機物薄膜を形成せずに残った副産物はトラップ２０３で凝縮されて真空ポンプ２００の劣化を防止する。基本的に、トラップ２０３内には、液体窒素または天然オイルまたはフッ化カーボンオイルで充填される。
このようなトラップ２０３の後端には、絞り弁２０５が設置される。絞り弁２０５は、反応チャンバ１００と真空排出路２０１間の締結部位の近隣の真空排出路２０１の部位に位置している。絞り弁２０５は、反応チャンバ１００内の圧力を一定に調節する役割をする。一方、バイパスを行う場合に反応チャンバ１００とバイパスのための経路間をスイッチングするための、すなわち、反応チャンバ１００からの排出を制御するための反応チャンバ用クイックスイッチング弁２０８がさらに設置されうる。
真空ポンプ２００の作動で真空界が形成される反応チャンバ１００に反応ガス、例えば、有機物の気相を提供するために、ソースチャンバ３００が設置される。ソースチャンバ３１０，３３０は、ソース気相移送路３５０を通じて反応チャンバ１００に連結される。有機物材料が充填されているソースチャンバ３００で発生した有機物材料の気相が、移送ガスと共にソース気相移送路３５０を通じて反応チャンバ１００に入る。
薄膜蒸着に参加する有機物の種類が多数である時、多数のソースチャンバ３００，３００'が並列に設置されうる。この時、このような多数のソースチャンバ３００，３００’が交番的に反応チャンバ１００に相異なる種類の有機物気相を提供できるように、ソース気相移送路３５０もブランチ形状に多数設置され、このようなブランチ部分に、反応チャンバ１００に他の種類の気相を独立的に供給することを効果的に制御するための、反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１を設置できる。
一方、ソースチャンバ３００に移送ガスを提供するために、ソースチャンバ３００には移送ガス供給源４１０が移送ガス移送路４１７を通じて連結される。ソースチャンバ３００に移送ガス供給を精密かつ均一にするために、移送ガス移送路４１７の中間には移送ガス供給用レギュラ弁４１１が設置され、レギュラ弁４１１の後端には流量調節計４１３が設置されて移送ガス流れの流量を精密に制御する。ソースチャンバ３００，３００'が多数設置される時は、移送ガス移送路４１７は中間に分枝されてそれぞれのソースチャンバ３００，３００’に分離され、分枝点の後端に移送ガスを選択的に提供するために、すなわち、独立的に制御するために、移送ガス分配用クイックスイッチング弁４１９が各々設置されうる。
移送ガスとしては、不活性気体である窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンが使用されうる。このような移送ガスは、ソースチャンバ３００を経てソースチャンバ３１０，３００'で気化した有機物気相を浮揚して反応チャンバ１００に移送する。ソースチャンバ３００，３００’は、蒸着される有機物材料を気化して有機物気相を発生させ、移送ガスによって発生した有機物気相が反応チャンバ１００に移送されるように誘導する。
図３によれば、ソースチャンバ３００は、ステンレス鋼または石英よりなる。このようなソースチャンバ３００の周りには、ソースチャンバ３００に投入された有機物材料を気化させるためにソースチャンバ３００を加熱する加熱ブロック形態のソース加熱部５００が、図２に示されたように備えられる。
このようなソース加熱部５００は、図２に示されたように、ソースチャンバ３００を加熱するだけでなく、ソースチャンバ３００で発生する有機物気相がソース気相移送路３５０を過ぎる時に凝縮されることを防止するためにソース気相移送路３５０を覆い包むように拡張されうる。拡張されたソース加熱部５００は、このようなソース気相移送路３５０及びこれに関連した弁を加熱してこれらの温度を調節するように備えられる。
また、このようなソース加熱部５００は、ソース気相移送路３５０とソースチャンバ３００，３００'とを加熱する温度を異に制御できるように構成されうる。例えば、ソース気相移送路３５０側の温度がソースチャンバ３００，３００’側の温度より多少低いように独立的にソース気相移送路３５０とソースチャンバ３００，３００'各々に熱を印加できるように構成されうる。
また、図３に示したソースチャンバ３００は、投入された有機物材料６００を充填する下部本体３０１と下部本体３０１上に導入される上部本体３０３とを含んで形成され、下部本体３０１と上部本体３０３間には、ガスケット３０５が導入されて外部とシーリングされる。ソースチャンバ３００中に含んだ有機物材料６００は、ソースチャンバ３００を加熱するソース加熱部（図２の５００）で提供される熱エネルギーによって気化する。
ソースチャンバ３００の上部本体３０３を貫通して締結される移送ガス移送路４１７は、ソースチャンバ３００の内部に延びて、ソースチャンバ３００の下部本体３０１を貫通して締結されるソース気相移送路３５０に連結される。ソースチャンバ３００内での移送ガス移送路４１７とソース気相移送路３５０との連結部位で、ソースチャンバ３００の内部に移送ガスを提供するための移送ガス引込口４１８が、移送ガス移送路４１７の後端部に形成され、また、ソース気相移送路３５０の前端部には移送ガス及び気化した有機物気相、すなわち、ソース気相をソース気相移送路３５０に引出すためのソース気相引出し口３５３が形成される。
この時、移送ガス引込口４１８及びソース気相引出し口３５３各々は、多数のホールで形成されうる。このようなホール４１８，３５３は、基本的に円形であるが、いかなる他の形態も変形されうる。このようなホールは約１ｍｍ乃至１０ｍｍのサイズを有しうる。
このような移送ガス移送路４１７の後端部とソース気相移送路３５０の前端部間には移送ガス分散部３０７が設置される。移送ガス分散部３０７は、ソースチャンバ３００に引込まれる移送ガスを広く分布または分散させる役割をする。これにより、移送ガスが移送ガス移送路４１７を通じてソースチャンバ３００内にある移送ガス引込口４１８を通じて入って、円錐状の板または円錐ブロックで望ましく構成された移送ガス分散部３０７の斜面に沿って移送ガスが広く分散分布される。分散分布された移送ガスは、有機物材料６００の有機物気相を均一に含み、ソース気相引出し口３５３に引出されてソース気相移送路３５０に入って反応チャンバ１００に有機物気相が共に運搬される。
移送ガスを広く分布させる移送ガス分散部３０７は、基本的に円錐状よりなるが、移送ガスを分散させうる他の形態に変化でき、その高さ及び長さも変化できる。
反応チャンバ１００に有機物薄膜蒸着を行うために、図３に示したソースチャンバ３００に移送ガスを流して有機物ソース気相を反応チャンバ１００に移送する前にバイパス段階を先行する。有機物ソース気相のバイパスは、まず、ソースチャンバ３００の前端に設置されたソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５、ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７及びソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７１を開いて、これを通じて有機物気相をバイパスする。このためにソース気相移送路３５０と真空排出路２０１間を直接連結するバイパス路３７０が配管として設置される。ソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７１は、バイパス路３７０の開閉のためにバイパス路３７０の中間に設置される。
バイパスをした以後にソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７１を閉じ、反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１を開いてソース気相移送路３５０を通じて反応チャンバ１００に移送ガスに混ぜられた有機物気相を提供する。流量調節計４１３以後の全てのガス移送路ラインとソースチャンバ３００とは加熱ブロック形態のソース加熱部５００によって加熱され、この時、全ての移送路のガスラインとソースチャンバ３００とは各々独立的に温度を調節できるようにソース加熱部５００は多数の独立的に制御できる下部ヒータで構成されうる。この時、加熱部５００は移送路及び弁種類を常温で約５００℃程度まで昇温するように加熱する。
一方、図２によれば、有機物気相が反応チャンバ１００に提供される時、希釈ガスが共に提供されうる。したがって、希釈ガスを提供するための希釈ガス供給源４５０が希釈ガス移送路４５７を通じて反応チャンバ１００に連結される。反応チャンバ１００に希釈ガス供給を精密または均一にするために、希釈ガス移送路４５７の中間には希釈ガス供給用レギュラ弁４５１が設置され、レギュラ弁４５１の後端には希釈ガス用流量調節計４５３が設置されて希釈ガス流れの流量を精密に制御する。流量調節計４５３の前端にはクイックスイッチング弁４５９が設置され、流量調節計４５３の後端には希釈ガスラインのソース・チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁４５５が設置されて、その開閉によって希釈ガスの供給遮断を制御する。
希釈ガスは、反応チャンバ１００の全体圧力を調節するために導入され、ソース気相移送路３５０を通じて反応チャンバ１００に入って低圧で有機物薄膜を形成させる。このような希釈ガスとして不活性気体である窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンを挙げられ、反応性気体であるアンモニアまたはメタノール、そして、有機物物質とほぼ反応しないガスである水素を使用できる。
結論的に、有機物気相が反応チャンバ１００に提供される時、有機物薄膜を形成するためには希釈ガスラインのソース・チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁４５５を開いて反応チャンバ１００の全体的な圧力を調節する。
反応チャンバ１００内に延びたソース気相移送路３５０は、反応チャンバ１００の内部の上側に設置されるシャワーヘッド１１０に連結されてシャワーヘッド１１０に反応ガス、例えば、有機物ソース気相を提供する。シャワーヘッド１１０は、シャワーヘッド１１０に対向するようにチャンバ１００の内部の下側に設置される基板支持部１３０上に載せられる基板（図示せず）上に有機物ソース気相を分配して基板上に有機物薄膜を成長及び蒸着させる。基板支持部１３０は、反応チャンバ１００の内部に進入したウェーハまたは基板を支持して基板支持部１３０に載置させるリフトピン１３５を備えられる。
このようなリフトピン１３５は、基板支持部１３０を支持する支持軸１６０内に備えられるピンシリンダ（図示せず）によって立上り及び立下り動作をして基板が基板支持部１３０上に載置するように誘導する。また、シャワーヘッド１１０と基板間の距離を調節する役割もできる。このような支持軸１６０は、基板支持部１３０を回転させるか、昇降させる駆動力を提供するようにチャンバ１００の外部にモータに連結されるように構成されうる。
シャワーヘッド１１０は、詳細には図示されていないが、その内部に反応ガスが供給される内部空間を備える多数の板で形成され、基板支持部１３０に対向する最下層の板には多数の噴射口（図示せず）が備えられて反応ガスを面積当り均一に分配する。この時、板を１乃至５つの板で構成でき、板間の空間と板に形成された貫通通路によって反応ガス、すなわち、有機物ソース気相は最下層の板に備えられた多数の噴射口に均一に配分される。この時、噴射口は、約０.０１ｍｍ乃至５０ｍｍのサイズに形成されうる。さらに、シャワーヘッド１１０（図示せず）、シャワーヘッド加熱部を備えてシャワーヘッド１１０を過ぎる有機物ソース気相が凝縮されないようにシャワーヘッド１１０の温度を一定温度以上に維持させうることが望ましい。
シャワーヘッド１１０は、反応ガス、例えば、有機物ソース気相を基板支持部１３０上に載せられる基板に均一に分配して提供するので、有機物ソース気相の反応で成長及び蒸着される有機物薄膜の均一性を大きく提供できる。このようなシャワーヘッド１１０は、円形または正方形の平面形状を有して有機物気相と希釈ガスとを均一に基板上に供給する。
一方、基板支持部１３０の下部には、基板支持部１３０の温度を調節する基板温度調節部１５０が設置されうる。温度調節部１５０は、具体的に図示しなかったが、冷却ラインと基板加熱部とを備えて基板支持部１３０を加熱及び冷却することによって、基板の温度を調節して基板上に有機物薄膜を均一に蒸着させる。
また、基板支持部１３０とシャワーヘッド１１０間の基板支持部１３０の周りの上側にシャワーカーテン１２０が導入されうる。シャワーカーテン１２０は、脱付着できてシャワーヘッド１１０と基板支持部１３０との直径の比に変化を与えられる。
一方、反応チャンバ１００で有機物薄膜の形成が終わった後には、各ソースチャンバ３００と反応チャンバ１００間の配管、例えば、有機物ソース気相移送路３５０を洗浄するために、ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５、ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７、ソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７０を閉じ、ソース・パージ・クイック・スイッチング弁３５９と反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１とを開いて適切な量の不活性気体を反応チャンバ１００の方向に移送させてガスラインと反応チャンバとに残留する全ての副産物を反応チャンバ１００の外部に排出する。このために、ソースチャンバ３００を迂回するパージガス移送路３４０を移送ガス移送路４１７とソース気相移送路３５０とを直接連結するように設置する。
一方、単一有機物薄膜の前処理及び多成分系有機物薄膜を蒸着する場合、一つ以上のソースチャンバ３００を装着してソースチャンバ３００の数を拡張させうる。また、正確な薄膜の厚さ及び前処理の量またはドーピング程度を調節するために時分割方法を利用して有機物薄膜を蒸着できる。
本発明の実施例で提示される有機物気相蒸着装置を利用して時分割方法で多成分系有機物薄膜を蒸着する場合、その過程の一例は次の通りである。
図２によれば、第１に、第１ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５、第１ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７、第１反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１を開いて第１ソースチャンバ３００を稼動して反応チャンバ１００に導入された基板上に最初の有機物薄膜を蒸着する第１蒸着過程を行う。
第２に、第１ソース・パージ・クイック・スイッチング弁３５９と第１反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１を開いて反応チャンバ１００をパージして残留有機物を反応チャンバ１００の外部に排出する。このようなパージ間、第２ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５'、第２ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７'及び第２ソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７１'を開いて有機物材料を直ちに真空ポンプ２００に移送して定常状態の流れを維持するパージ過程を行う。この時、第２反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１'は閉状態になりうる。
第３に、第２ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５'、第２ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７'及び第２反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１'を開いて二番目の有機物薄膜を蒸着する蒸着過程を行う。この時、第１ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５、第１ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７、第１反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１は閉状態でありうる。
第４に、第２ソース・パージ・クイック・スイッチング弁３５９'と第２反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁３５１'とを開いて残留有機物を反応チャンバ１００の外部に排出し、その間第１ソース・アウト・クイック・スイッチング弁３５５、第１ソース・イン・クイック・スイッチング弁３５７及び第１ソース・バイパス・クイック・スイッチング弁３７１を開いて有機物材料を直ちに真空ポンプ２００に移送して定常状態の流れを維持するパージ過程を行う。
このような４つの過程を反復すれば、Ａ−Ｂ形態で反復的に積層された有機物薄膜を蒸着できる。このような時分割有機物気相蒸着方法は、正確な有機物薄膜の厚さ及びドーピング量を非常に精密に調節するのに効率的である。
反応チャンバ１００からの残留物の排出は、真空ポンプ２００によって行われる。一方、上述したように時分割のために設置される弁は、常温で約５００℃までの温度で作動できることが望ましい。これは有機物ソース気相が凝縮されることを防止するために移送路を加熱することに起因する。また、このような弁は、０.０５秒までの精度を有し、オン、オフになる弁であることが望ましい。
本発明の有機物蒸着装置には、金属、半導体、絶縁体、プラスチックなどの材質よりなる多様な基板が使用されうる。また、基板の形も、円形、正方形、長方形のいかなる形でも可能である。特に、プラスチック基板の場合、ロール・ツー・ロール形態で基板を変形できる。このような基板の形態の自由度が高まることは、シャワーヘッドを導入することによって均一に反応ガス、例えば、有機物ソース気相を大面積の基板上に分配・提供できるのに主に起因する。
以上、本発明を具体的な実施例を通じて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当業者によってその変形や改良が可能である。
本発明は、有機物薄膜や有機物半導体素子及び有機物発光素子のような有機物素子を形成するのに利用されうる。特に、大面積の基板に有機物半導体素子や有機物発光素子を具現する場合に利用されうる。
１００ 反応チャンバ
１１０ シャワーヘッド
１２０ シャワーカーテン
１３０ 基板支持部
１３５ リフトピン
１５０ 温度調節部
１６０ 支持軸
２００ 真空ポンプ
２０１ 真空排出路
２０３ トラップ
２０５ 絞り弁
２０８ 反応チャンバ用クイックスイッチング弁
３００，３００' ソースチャンバ
３４０ パージガス移送路
３５０ ソース気相移送路
３５１，３５１' 反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁
３５５，３５５' ソース・アウト・クイック・スイッチング弁
３５７，３５７' ソース・イン・クイック・スイッチング弁
３５９，３５９' ソース・パージ・クイック・スイッチング弁
３７０ バイパス路
４１０ 移送ガス供給源
４１１ 移送ガス供給用レギュラ弁
４１３，４１３'，４５３ 流量調節計
４１７ 移送ガス移送路
４１９，４１９' 移送ガス分配用クイックスイッチング弁
４５０ 希釈ガス供給源
４５１ レギュラ弁
４５５ ソース・チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁
４５７ 希釈ガス移送路
４５９ クイックスイッチング弁
５００ ソース加熱部
１１０ シャワーヘッド
１２０ シャワーカーテン
１３０ 基板支持部
１３５ リフトピン
１５０ 温度調節部
１６０ 支持軸
２００ 真空ポンプ
２０１ 真空排出路
２０３ トラップ
２０５ 絞り弁
２０８ 反応チャンバ用クイックスイッチング弁
３００，３００' ソースチャンバ
３４０ パージガス移送路
３５０ ソース気相移送路
３５１，３５１' 反応チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁
３５５，３５５' ソース・アウト・クイック・スイッチング弁
３５７，３５７' ソース・イン・クイック・スイッチング弁
３５９，３５９' ソース・パージ・クイック・スイッチング弁
３７０ バイパス路
４１０ 移送ガス供給源
４１１ 移送ガス供給用レギュラ弁
４１３，４１３'，４５３ 流量調節計
４１７ 移送ガス移送路
４１９，４１９' 移送ガス分配用クイックスイッチング弁
４５０ 希釈ガス供給源
４５１ レギュラ弁
４５５ ソース・チャンバ・ガス・クイック・スイッチング弁
４５７ 希釈ガス移送路
４５９ クイックスイッチング弁
５００ ソース加熱部
Claims (7)
- 反応チャンバと、
該反応チャンバ内に設置されて導入される基板を支持する基板支持部と、
該基板支持部に設置されて前記基板の温度を調節する基板温度調節部と、
前記基板支持部に対向するように、前記反応チャンバ内に設置されて蒸着反応に参加する有機物ソース気相を、前記基板上に均一に分配するシャワーヘッドを有する蒸着部と、
前記シャワーヘッドに提供される前記有機物ソース気相を有機物材料から発生させるソースチャンバと、
前記有機物ソース気相を前記反応チャンバに移送するための移送ガスを提供する移送ガス供給源と、
前記ソースチャンバを覆い包んで前記ソースチャンバで前記有機物ソース気相を前記有機物材料から気化させるソース加熱部を有するソース部と、
前記移送ガス供給源から前記ソースチャンバ内に延び、前記ソースチャンバの内部に延びた部位に、前記移送ガスを前記ソースチャンバに引込む移送ガス引込口を有する移送ガス移送路と、
前記シャワーヘッドから前記ソースチャンバ内に延び、前記移送ガスによって運搬される前記有機物ソース気相を、前記ソースチャンバから引出す通路である有機物ソース気相引出し口を有する有機物ソース気相移送路とを備え、
前記ソースチャンバは、前記ソースチャンバ内に設置されて前記移送ガス引込口から引込まれる前記移送ガスを分散させる移送ガス分散部を備え、
前記移送ガス分散部は、頂点が前記移送ガス引込口の方向に整列された円錐ブロックまたは円錐状の板であることを特徴とする有機物気相蒸着装置。 - 前記シャワーヘッドと前記基板支持部間に導入されるシャワーカーテンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。
- 前記ソース加熱部は、前記有機物ソース気相移送路を覆い包むように拡張されることを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。
- 前記反応チャンバに、前記有機物ソース気相と共に提供される希釈ガスのための希釈ガス供給源を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。
- 前記反応チャンバに流入される流体の流量及び速度を調節するための流量制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。
- 前記ソースチャンバは、相異なる成分の有機物ソース気相を生成するために多数が設置され、
それぞれの前記ソースチャンバから前記相異なる有機物ソース気相を順次に前記反応チャンバに時分割して流入させるか、またはバイパスさせるために設置された移送路と、
前記移送路に前記時分割のために設置された多数の弁部と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。 - 前記移送路及び前記弁部を加熱するように前記ソース加熱部は拡張されることを特徴とする請求項１に記載の有機物気相蒸着装置。
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