JP4440837B2 - 蒸発源及びこれを採用した蒸着装置 - Google Patents
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Description
本発明は、蒸発源及びこれを採用した蒸着装置に関し、より詳細には、坩堝とノズル部が一つのハウジングに内蔵されてなる蒸発源と、この蒸発源が装着された蒸着装置に関する。
一般に、蒸発装置は、各種電子部品の薄膜蒸着に利用され、特に半導体、LCD、有機電界表示装置などの電子装置及び表示装置の薄膜形成に主に使用される。
前記有機電界発光表示装置は、電子注入電極と、正孔注入電極からそれぞれ電子と正孔を発光層内部に注入させ、注入された電子と正孔が結合したエシトン(Exiton)が励起状態から基底状態に落ちる時に発光する発光表示装置である。
ここで、有機電界発光表示装置の発光效率を高めるために正孔と電子を発光層により円滑に輸送しなければならならず、このために陰極と有機発光層の間には、電子輸送層を配置することができ、陽極と有機発光層の間には正孔輸送層を配置することができる。また、陽極と正孔輸送層の間には正孔注入層を配置することができ、陰極と電子輸送層の間には電子注入層を配置することができる。
そして、基板に薄膜を形成する一般的な方法としては、真空蒸着法と、イオンプレイティング(Ion-plation)法、及びスパッタリング法のような物理蒸着法(PVD)とガス反応による化学気相蒸着法(CVD)などがある。この中で有機電界発光素子の金属膜等の薄膜形成には真空蒸着法が主に利用される。
この真空蒸着法に使用蒸発源としては、間接加熱方式(または誘導加熱方式)の蒸発源が使用されており、この間接加熱方式は、坩堝に収容された蒸着物質が所定の温度(例えば、Alの場合1200℃程度)で加熱する装置が要求され、この装置は前記坩堝を加熱するためにヒーターと加熱された坩堝から放出される蒸着物質が基板に噴射されるようにノズル部が具備される。また、前記加熱部によって発生された高温の熱が蒸発源の外部に放出される現象を防止するために複数の断熱材が蒸発源の全体にわたって設けられる。
しかし、このような蒸発源の構造を見れば、通常、坩堝とこの坩堝を加熱しようとする加熱部が一つの区画された空間に配置されており、ノズル部が坩堝と連通されるように他の区画された空間に配置され、前記坩堝とノズル部はもちろん坩堝とノズル部の連結部位も同様に熱を遮断するための断熱材が設けられた。
そのため、蒸着源の嵩が大きくならざるを得ず、この大きな蒸着源に設けられた断熱材の取付費用を上昇させ、またこの蒸着源を移動させるための移送装置も高出力が要求されるというような問題があった。
なお、従来の真空蒸着装置及びその方法に関する技術を記載した文献としては、有機物や無機物の蒸着に容易に使用される線形蒸着と間接加熱を利用した真空蒸着装置及びその方法を開示した特許文献１等がある。
韓国特許公開第2003-0024338号明細書
したがって、本発明は、前記問題点を勘案して案出されたものであり、その目的は、坩堝と加熱部及びノズル部が一つの区画された空間に配置され、その大きさが縮小された蒸発源と、この蒸発源を利用して蒸着物質を基板に蒸着するための蒸着装置を提供することである。
前記目的を達成するための本発明の蒸発源は、ハウジングと、前記ハウジングに内蔵された坩堝と、前記ハウジングに内蔵されながら坩堝を加熱するために周辺に設けられた加熱部と、前記坩堝から蒸発された蒸着物質が噴射ノズルを介してハウジングの外部に位置された基板に噴射されるように設けられたノズル部と、を含んでなることを特徴とする。
また、前記加熱部は、坩堝を加熱するように設けられた少なくとも一つ以上の板状ヒーターが具備され、前記板状ヒーターは、一定の単位幅を持ちながら左右交番に屈折されて板状を成すことを特徴とする。
また、前記ハウジングは、冷却水路を持つ冷却ジャケットであり、一つの連続したパイプが屈折されて冷却ジャケットの全体部位にかけて等しく配置することができ、複数のパイプをめいめい冷却ジャケットの部位別に配置することができることを特徴とする。
また、前記加熱部とハウジングの間に熱遮断のために配置された断熱部がさらに含まれたことを特徴とする。
また、前記断熱部は、単一個または複数で重畳されるように配置された断熱材が含まれ、グラファイトフェルト材質の適用が可能であり、噴射ノズルを覆うように配置されたノズル断熱材がさらに含まれてなることを特徴とする。
また、前記断熱部は、噴射孔の内周面に設置され、噴射ノズルを介して放射される熱を遮断するための熱遮断板がさらに含まれてなることを特徴とする。
また、前記断熱部は、前記噴射ノズルは、基板内成膜の均一度確保のため、任意の間隔で配置され、その直径の大きさが5〜15mmであり、前記基板の長さ1mに対して1〜20個が配置されたことを特徴とする。
また、前記熱遮断板は、噴射孔の内周面及び噴射孔周辺の一部ハウジングの外周面を覆うように配置された第１熱遮断板と、前記第１熱遮断板が含まれて区画されるようにハウジングの外周面に突出形成された第２熱遮断板がさらに含まれてなることを特徴とする。
また、このような構造を有する蒸発源を採用した蒸着装置は、前記蒸発源と前記蒸発源を移送させるように設けられた移送部と、を含んでなることを特徴とする。
また、前記移送部は、モーターの動力で回転されるボールスクリュによって蒸発源がガイド部材に沿って移動されるようになることを特徴とする。
また、前記複数の蒸発源が配列され、停止状態の各蒸発源から噴射される蒸着物質が基板の一定範囲内に集中され、前記基板に蒸着物質が集中されるようにするために各蒸発源の噴射ノズルが傾斜するように配置されたことを特徴とする。
また、前記蒸発源はハウジングと、前記ハウジングに内蔵した坩堝と、前記ハウジングに内蔵されながら坩堝を加熱するために周辺に設けられた加熱部と、前記坩堝から蒸発された蒸着物質が噴射ノズルを介してハウジングの外部に位置された基板に噴射されるように設けられたノズル部が含まれてなることを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、一つの区画された空間に坩堝と加熱部及びノズル部が設置されることにより、坩堝とノズル部がそれぞれ別の空間に配置された従来の蒸発源に比べ、小型でありながら軽量に製作され、噴射ノズルの直径と個数を限定して蒸発源から放出される放射熱が最大限遮断されて蒸着物質が均一に蒸着される。
また、蒸発源の移動のための移送部の出力も低減され、複数の蒸発源が配置されて集中された蒸着物質の噴射を行うことができ、製品の品質が向上されるという効果がある。
以下、本発明による蒸発源及びこれを採用した蒸着装置を添付された図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態による蒸発源が概略的に示された斜視図であり、図２は、図１のA-A線に沿った断面図である。図を参照すれば、本発明による蒸発源100は、ハウジング110の内部に坩堝120と、この坩堝120を加熱させるためのヒーター130が具備された加熱部と、この加熱部を覆う複数の断熱材が具備された断熱部と、前記坩堝120と連通されながら蒸着物質を外部へ噴射させるための噴射ノズル140が具備されたノズル部が含まれている。
前記坩堝120は、蒸着物質が収容されたものであり、この坩堝120を加熱するために坩堝120の周辺にヒーター130が配置され、このヒーター130から発生された高温の熱を遮断するためのリペラー(reflector; 162)がヒーター130の周辺に設けられる。
前記ヒーター130は、必要に応じて坩堝120の全面にかけて設置することもでき、選択された一つ以上の面に設置することもできる。また、坩堝120から蒸発された蒸着物質を噴射するための噴射ノズル140の先端には、蒸着物質の熱を遮断するための第１熱遮断板180が設置され、この第１熱遮断板180の上部及び下部にハウジング110の外周面には蒸着物質の拡散と放射熱の拡散を防止するための第２熱遮断板190が突出されて設置される。また、蒸発源100の一側には、前記噴射ノズル140を介して噴射された蒸着物質の蒸着厚さを測定する厚さ測定器142が設置される。
図３は、図２に示された坩堝が単独で示された斜視図である。
図３のように、前記坩堝120は、ハウジング110に内蔵しながら最適の収容空間を持つための略矩形であることが好ましく、この坩堝120に装着されるノズル140は、基板内成膜均一度を確保するために任意の間隔で配置されることが好ましい。この時、噴射ノズル140を介して坩堝120から放出される放射熱が最大限遮断されるようにするために噴射ノズル140の面積を最小化することが重要である。
そのため、噴射ノズル140の直径は、5〜15mmが最も理想的であり、これは噴射ノズル140の大きさが5mmより小さければ、基板上に噴射される蒸着物質が充分に伝達されず、均一に蒸着することができなくなるからである。そして、噴射ノズル140の直径が15mm以上であれば、噴射ノズル140を介して所定以上の放射熱が出るようになり、これにより基板の温度が上昇するからである。また、前記ノズル部は、材質が黒鉛であることが好ましく、前記噴射ノズル140は前記基板の長さ1mに対して1〜20個が配置されることが好ましい。これは蒸発源100で加熱されて蒸発された蒸着物質を噴射ノズル140を介して基板上に十分に伝達しながらこの噴射ノズル140から最小限の放射熱を伝達するためである。
図４は、図２に示された板状ヒーターが示された斜視図である。
図４を見れば、矩形の坩堝120を加熱させるために使用される板状のヒーター130が示されたものであり、この板状ヒーター130は、全体的には一定の幅と高さ及び長さを持ち、少なくとも坩堝120の一側面をカバーすることができるほどの大きさで、必要に応じて坩堝120が内部に収容されるように製作することも可能である。
また、板状ヒーター130は図から分かるように、所定の幅を持って左右交番に屈折されて形成される。このような形状は熱伝導及び抵抗等を考慮して同一面積に対して最大限の熱を発生させることができるのである。一方、前記板状ヒーター130に電気を印加させるためにヒーター130に接触される電線及び、この電線に電源を供給するための電源供給部が設けられ、電源を安全に供給するために前記電源供給部の外郭を取り囲むようにケース114が設置されることが好ましい。
また、前記ハウジング110は、冷却ジャケットでその胴体に冷却水路112が形成され、この冷却水路112はパイプを配置して形成することができ、この場合、一つのパイプが連続的に屈折されて冷却ジャケット、すなわち、ハウジング110の全体部位にかけて均等に配置されるようにしたり、ハウジング110の上面、側面などに区分してそれぞれのパイプが配置されるように形成することができる。
もちろん、図に示されなかったが、前記冷却水路112に冷却水が出入りすることができるように冷却水タンクとポンプ等が設置されなければならないことは当然である。前記ハウジング110の内面には断熱材160が配置されている。前記断熱材160は断熱部の一部構成要素であり、坩堝120及びヒーター130から発生した熱を遮断するための部材である。この時、前記断熱材160は前記ハウジング110の全面を取り囲むように配置され、グラファイトフェルト(Graphite felt)で製作されることが好ましい。
また、前記噴射ノズル140の先端部には、ノズル断熱材170が設置されるが、前記ノズル断熱材170は、坩堝120に設けられた噴射ノズル140を覆うように配置されるものであり、噴射ノズル140の周辺部に設けられて断熱材160と同時に配置することもでき、ハウジング120の一面全体にかけて配置することもできる。前記ノズル断熱材170は、ノズルの凝縮を防止するためのものであり、グラファイトフェルトで製作されることが好ましい。
また、前記噴射ノズル140の噴射孔には、蒸着物質の熱を遮断するための第１熱遮断板180が設置され、この第１熱遮断板180が含まれて区画されるようにハウジング110の外周面に第２熱遮断板190が突出されて設置される。この第１、第２熱遮断板180,190は、蒸着物質が集中的に噴射されるようにすることはもちろん蒸着物質とともに放出される放射熱の拡散を防止するためである。
ここで、前記噴射ノズル140の終端は、ノズル断熱材170の接触面まで配置され、この噴射ノズル140から噴射される蒸着物質及び熱が前記断熱材160とハウジング110との接触を排除するために第１熱遮断板180が設置される。この第１熱遮断板180は中空円錐状形状で、その終端部が外向きに折り曲げられてハウジング110の一部外面までも熱との接触を遮断するように装着される。
また、前記坩堝120の周辺に設けられたヒーター130を支持するために複数個のヒーター支持溝132が設置される。前記ヒーター支持溝132は、ヒーター130を支持すると同時に、絶縁のために設置されるもので、セラミックス材質からなることが好ましく、窒化ホウ素(BN)や酸化アルミニウム(Al2O3)材質からなることも可能である。
本発明では、前記ヒーター130とリペラー(reflector; 162)を坩堝120を中心に上下対称になるように配置して坩堝120を上下部で加熱するようにした。また、前記ハウジング110の後面には温度を制御するための熱電対116が設置される。
一方、本発明は前記断熱部及び熱遮断構造を構成するにあたり、上述した一実施形態に限定されない。すなわち、添付した図５は、本発明の他の実施形態による蒸発源のハウジング及び断熱部が示された断面図であり、図６は、本発明の他の実施形態による蒸発源の熱遮断構造が示された断面図であり、本発明の断熱部は第１断熱材350及び第２断熱材360で構成することができる。
この場合、前記第１断熱材350はハウジング310の内面と密着されて配置され、第２断熱材360は第１断熱材350の内側面に密着されて配置される。この時、前記第１断熱材350はアルミナ(Al2O3)またはムライト(mullite)で製作されることが好ましく、第２断熱材360はグラファイトフェルトで製作されることが好ましい。
また、前記ハウジング310は、冷却ジャケットでその胴体に冷却水路312が形成される。前記冷却水路312はパイプを配置して構成することができ、前記冷却水路312に冷却水が出入りするように冷却水タンクとポンプなどが設置されなければならないことは当然である。
また、前記噴射ノズルから噴射される蒸着物質及び熱が第１断熱材350とハウジング310との接触を排除するために第１熱遮断板380が設置されるが、この第１熱遮断板380は中空円筒形状で第１断熱材350とハウジング310に形成された噴射孔372に装着することもでき、図のように中空円筒形状でありながらその終端部が外向きに屈折された形状で噴射孔372に装着されてハウジング310の一部外面までも熱との接触を遮断するように装着することもできる。
一方、以下では、このような構造を持つ蒸発源が装着された蒸着装置を図に基づいて詳しく説明する。
図７は、図１の蒸発源が採用された蒸着装置が概略的に示された概路図である。
図７を参照すれば、本発明による蒸着装置200は、真空のチャンバ210に立像に配置された基板220に向けて蒸発源100が設置され、この蒸発源100は移送部によって上下往復移動されながら蒸着物質が噴射されて基板220に蒸着されるようになる。
前記移送部は、蒸発源100を移動させるためのもので、モーター230によって回転されるボールスクリュ232によって蒸発源100がガイド部材234に沿って移動されるようになる。そして、基板220の全面に蒸着物質の蒸着形状を決めるマスク240が設置される。
図８及び図９は、図７の実施形態が概略的に示された斜視図である。
図８のように、二つの蒸発源100が水平に配列して上下移動されるように設置することもでき、図９のように、二つの蒸発源100が垂直に配列して左右移動されるように設置することもできる。ここで、前記蒸発源は3個以上、必要に応じて複数設置することができる。また、蒸発源100の垂直または水平は、詳しくは噴射ノズル140の配列位置を意味する。
図１０は、図８及び図９に示された蒸発源と、蒸発源から噴射された蒸着物質の噴射範囲に対する一実施形態が概略的に示された側面図であり、図1１は、図８及び図９に示された蒸発源と蒸発源から噴射された蒸着物質の噴射範囲に対する他の実施形態が概略的に示された側面図である。
図１０及び図１1を見れば、2以上複数の蒸発源100から噴射される蒸着物質が基板220に蒸着されながら一定の重畳された範囲を持つことが示される。このような重畳範囲を持つために図１０のように坩堝120に設けられた噴射ノズル140が傾斜するように配置することもでき、図１１のように蒸発源100が傾斜するように配置することもできる。
以上、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、前記説明は単に本発明を説明するための目的であり、意味限定や請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するためのものではない。したがって、前記説明によって当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で各種の変更および修正が可能であることはいうまでもない。
100 蒸発源
110 ハウジング
120 坩堝
130 ヒーター
140 噴射ノズル
160 断熱材
170 ノズル断熱材
180 第１熱遮断板
190 第２熱遮断板
200 蒸着装置
210 チャンバ
220 基板
230 モーター
240 マスク
110 ハウジング
120 坩堝
130 ヒーター
140 噴射ノズル
160 断熱材
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180 第１熱遮断板
190 第２熱遮断板
200 蒸着装置
210 チャンバ
220 基板
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240 マスク
Claims (21)
- ハウジングと、
前記ハウジングに内蔵された坩堝と、
前記ハウジングに内蔵されながら坩堝を加熱するために周辺に設けられた加熱部と、
前記坩堝から蒸発された蒸着物質が噴射ノズルを介してハウジングの外部に位置された基板に噴射されるように設けられたノズル部と、を含み、
前記加熱部とハウジングとの間に熱遮断のために配置された断熱部が含まれ、
前記断熱部は、噴射孔の内周面に設置され、噴射ノズルを介して放射される熱を遮断するための熱遮断板が含まれてなり、
前記熱遮断板には、噴射孔の内周面及び噴射孔周辺の一部ハウジング外周面を覆うように配置された第１熱遮断板と、前記第１熱遮断板が含まれて区画されるようにハウジングの外周面に突出形成された第２熱遮断板と、が含まれてなることを特徴とする蒸発源。 - 前記加熱部は、坩堝を加熱するように設けられた少なくとも一つ以上のヒーターを具備してなることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記ヒーターは、板状ヒーターであることを特徴とする請求項２に記載の蒸発源。
- 前記板状ヒーターは、一定の単位幅を持ちながら左右交番に屈折されて板状を成すことを特徴とする請求項３に記載の蒸発源。
- 前記ハウジングは、冷却水路を持つ冷却ジャケットであることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記冷却水路は、一つの連続したパイプが屈折されて冷却ジャケットの全体部位にかけて等しく配置されたことを特徴とする請求項５に記載の蒸発源。
- 前記冷却水路は、複数のパイプがそれぞれ冷却ジャケットの部位別に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の蒸発源。
- 前記断熱部は、単一個または複数で重畳されるように配置された断熱材が含まれてなることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記断熱材は、グラファイトフェルト材質であることを特徴とする請求項８に記載の蒸発源。
- 前記断熱部は、噴射ノズルを覆うように配置されたノズル断熱材がさらに含まれてなることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記断熱部は、ヒーターの周辺に設けられたリペラーがさらに含まれてなることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記ノズル部は、材質が黒鉛であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記噴射ノズルは、その直径の大きさが５〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 前記噴射ノズルは、前記基板の長さ１ｍに対して１〜２０個が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
- 請求項１に記載の蒸発源と、
前記蒸発源を移送させるように設けられた移送部と、を含んでなることを特徴とする蒸着装置。 - 前記移送部は、モーターの動力で回転されるボールスクリュによって蒸発源がガイド部材に沿って移動されるようになることを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。
- 前記複数の蒸発源が配列され、停止状態の各蒸発源から噴射される蒸着物質が基板の一定範囲内に集中されるように設けられたことを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。
- 前記基板に蒸着物質が集中されるようにするために各蒸発源の噴射ノズルが傾斜するように配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の蒸着装置。
- 前記基板に蒸着物質が集中されるようにするために各蒸発源が傾斜するように配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の蒸着装置。
- 前記蒸発源はハウジングと、
前記ハウジングに内蔵した坩堝と、前記ハウジングに内蔵されながら坩堝を加熱するために周辺に設けられた加熱部と、前記坩堝から蒸発された蒸着物質が噴射ノズルを介してハウジングの外部に位置された基板に噴射されるように設けられたノズル部が含まれてなることを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。 - 前記加熱部は、坩堝を加熱するように設けられた少なくとも一つ以上のヒーターが具備されたことを特徴とする請求項２０に記載の蒸着装置。
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