KR100480363B1 - Effusion cell - Google Patents
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Abstract
진공 상태의 공정 챔버 내에 장착되는 증발증착셀에 있어서, 도가니를, 증발 소오스가 담겨져 있으며 상단부가 개방되어 있는 실린더 형상의 제 1 부분, 상기 제 1 부분의 상단부에서 신장하며 상기 제 1 부분의 상단 개방부의 면적보다 작은 크기를 갖는 상단 개방부를 갖는 제 2 부분 및 상기 제 1 부분의 바닥의 중앙 부분에 고정되어서 상기 제 1부분의 축방향을 따라 상기 제 1 부분의 높이 수준까지 신장하는 축부재와, 상기 축부재의 상단에 결합되어서 상기 제 2 부분의 상단 개방부를 전체적으로 덮도록 하는 면적을 가지는 판부재로 이루어지는 삽입부재를 포함하도록 하여, 증발 물질의 튐현상(spitting)을 억제시키고 증착비율을 증가시킬 수 있게 되었다. In the evaporation deposition cell mounted in the vacuum process chamber, the crucible is extended from the upper end of the first part, the cylindrical first part containing the evaporation source and the upper end being opened, and opening the upper end of the first part. A second portion having a top opening having a size smaller than the area of the portion and a shaft member fixed to a central portion of the bottom of the first portion and extending along the axial direction of the first portion to a height level of the first portion; It includes an insertion member consisting of a plate member having an area coupled to the top of the shaft member to cover the top opening of the second portion as a whole, to suppress the spitting of the evaporation material and increase the deposition rate It became possible.
Description
본 발명은, 유기전계발광소자 또는 화합물 반도체의 제조에 사용되는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 증발 증착 셀에 관한 것으로, 특히 증발 물질의 튐현상(spitting)을 억제시키고 박막의 두께 균일도 및 증착비율을 증가시킬 수 있는 도가니가 제공된 증발 증착 셀에 관한 것이다.The present invention relates to a Molecular Beam Epitaxy (MBE) evaporation deposition cell used in the manufacture of an organic light emitting device or a compound semiconductor, and in particular, suppresses spitting of evaporation materials and increases thickness uniformity and deposition rate of a thin film. A crucible is provided that is capable of evaporation deposition.
MBE 증착 공정은, 분자 빔을 발생시키고 발생된 분자 빔을 진공상태에서 기판으로 이동시켜서 기판 상에 증착시키고 기판 표면에서 증착된 입자들이 재배열함으로써 막을 형성하는 과정으로서, 유기전계발광소자 또는 화합물 반도체 소자의 박막 형성에 널리 사용되고 있다. The MBE deposition process is a process of generating a molecular beam and forming a film by moving the generated molecular beam from the vacuum state to the substrate to deposit it on the substrate and rearranging the particles deposited on the substrate surface. It is widely used for thin film formation of devices.
이러한 MBE 증착 공정을 이용하는 장치 중의 하나가 증발 증착 셀(effusion cell)이 있다. 증발 증착 셀은, 증발시킬 물체를 담고 있는 도가니(미도시)와 도가니를 가열하기 위해 그의 외면을 감싸고 있는 필라멘트(미도시) 등을 포함하는 헤드 어셈블리(미도시), 헤드 어셈블리를 박막이 형성될 기판이 장착되어 있는 공정 챔버(미도시)에 연결시키기 위한 장착 플랜지 및 지지 어셈블리(미도시)로 이루어져 있다. One device using such an MBE deposition process is an evaporation cell. The evaporation deposition cell may be a thin film of a head assembly (not shown), a head assembly including a crucible (not shown) containing an object to be evaporated, a filament (not shown), and the like wrapped around its outer surface to heat the crucible. It consists of a mounting flange and a support assembly (not shown) for connecting to a process chamber (not shown) on which the substrate is mounted.
그런데, 기판 상에 형성되는 박막의 두께 균일도, 박막의 결함 여부 그리고 증착비율 등은 사용되는 증발 증착 셀의 도가니의 형태에 따라 많은 영향을 받게 된다. However, the thickness uniformity of the thin film formed on the substrate, whether the thin film is defective, and the deposition rate are greatly influenced by the shape of the crucible of the evaporation deposition cell used.
도 1a 내지 도 1c를 참고로 하여, 도가니의 형태에 따른 박막의 두께 균일도, 증착비율 및 박막의 결함 여부 등을 설명한다. 1A to 1C, the thickness uniformity, deposition rate, and defects of the thin film according to the shape of the crucible will be described.
도 1a는 실린더형 도가니를 나타낸 것으로, 실린더형 도가니(10)에서는, 바닥면(11)에 대향하는 상단부는 개방되어 입구(13)가 형성되어 있고, 측면(12)에는 수직벽이 형성되어 있다. 그리고 입구(13)에는 고리형 립(lip; 14)이 설치되어 있다. 그런데 실린더형 도가니(10)를 사용할 경우, 도가니(10) 내에 담겨져 있는 증발 물질의 양에 따라서 기판에 형성되는 박막의 프로파일이 변할 수 있다. 그리고, 기판 중에서도 입구(13)의 중앙 부분에 대응되는 위치에서의 박막의 두께가 입구(13)의 가장자리 부분에 대응되는 위치에서의 것보다 두껍게 되어 두께 균일도가 떨어지게 된다. FIG. 1A shows a cylindrical crucible. In the cylindrical crucible 10, an upper end portion facing the bottom surface 11 is opened to form an inlet 13, and a vertical wall is formed on the side surface 12. . An inlet 13 is provided with an annular lip 14. However, when the cylindrical crucible 10 is used, the profile of the thin film formed on the substrate may vary according to the amount of evaporation material contained in the crucible 10. Further, among the substrates, the thickness of the thin film at the position corresponding to the center portion of the inlet 13 is thicker than that at the position corresponding to the edge portion of the inlet 13, resulting in inferior thickness uniformity.
도 1b는 원뿔형 도가니를 나타낸 것으로서, 원뿔형 도가니(15)의 바닥면(16)의 직경은 개방 입구(18)의 직경보다 작게 형성되어 있으며, 측벽(17)은 상향으로 진행할 수록 직경이 증가하도록 형성되어서, 실린더형 도가니(10)가 가지는 박막의 두께 균일도 저하 문제를 해결하였다. 그러나, 원뿔형 도가니(15)의 체적이 실린더형 도가니(10)의 체적에 비해 작으므로, 그 내부에 넣을 수 있는 증발 소오스의 양 또한 적게되므로, 실질적으로 증착되는 물질의 양이 적어서 동일시간하에서의 증착비율이 떨어지게 된다. 또한, 원뿔형 도가니(15)에서는 물질이 증발 하면서 증발면이 감소하게 되고 증발 플럭스가 시간에 따라 감소하게 되어 증착된 막의 질이 변화되는 문제가 있다. Figure 1b shows a conical crucible, the diameter of the bottom surface 16 of the conical crucible 15 is formed smaller than the diameter of the open inlet 18, the side wall 17 is formed so that the diameter increases as it proceeds upward Thus, the problem of lowering the thickness uniformity of the thin film of the cylindrical crucible 10 has been solved. However, since the volume of the conical crucible 15 is smaller than the volume of the cylindrical crucible 10, the amount of evaporation source that can be contained therein is also small, so that the amount of material deposited is small so that the deposition is performed at the same time. The ratio will drop. In addition, in the conical crucible 15, the evaporation surface decreases as the material evaporates, and the evaporation flux decreases with time, thereby changing the quality of the deposited film.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 도 1c에 도시된 것과 같은 크누센 형 도가니(20)가 제안되었다. 크누센 형 도가니(20)는 고체 상태의 물질을 어느 정도 밀폐된 공간(크누센 셀)에서 증발시켜 증기압을 발생시키고, 증기압에 의해 입구쪽으로 증기가 퍼져나가도록 하는 것으로서, 기본적으로 실린더형 부분(21)과 입구 부분(25)으로 이루어져 있다. 실린더형 부분(21)은 실린더형 도가니(도 1a의 10)와 같이 바닥면(21)과 수직측벽(23)으로 이루어져 있으며, 입구부분(25)은 수직 측벽(23)의 상단에서 실린더형 부분(21)의 중심축 방향쪽으로 경사져 있는 경사측면(26)과 경사측면(26)의 상단에서 연장되어 있는 목부분(27)으로 이루어져 있다. To solve this problem, a Knudsen crucible 20 as shown in FIG. 1C has been proposed. The Knudsen crucible 20 evaporates a solid substance to a certain degree in a closed space (Knudsen cell) to generate a vapor pressure, and the vapor pressure spreads the inlet toward the inlet. 21) and the inlet portion 25. The cylindrical portion 21 is composed of a bottom surface 21 and a vertical side wall 23, like a cylindrical crucible (10 in FIG. 1A), and the inlet portion 25 is a cylindrical portion at the top of the vertical side wall 23. It consists of the inclined side surface 26 inclined toward the center axis direction of 21, and the neck part 27 extended from the upper end of the inclined side surface 26. As shown in FIG.
크누센 형 도가니(20)에서 증발 소오스가 담겨지는 부분은 실린더형 부분(21)이므로, 원뿔형 도가니(15)에 비해 많은 양의 소오스를 담을 수 있게 되고, 원뿔형 도가니에 비해서 증발 시간의 경과에 따른 증발 플럭스의 변화가 적게된다. 그리고, 증발된 분자 빔이 도가니(20)를 빠져 나가는 목부분(27)의 직경은 입구(29)의 직경과 동일한 크기 또는 약간 작게 설계되고, 원뿔형 도가니(15) 및 실린더형 도가니(10)의 입구(13, 18)의 직경보다 작게(증발된 분자의 평균자유행로보다 매우 작게끔) 형성되어 있으므로, 증발된 분자는 입구(29)를 통과하면서 점증발원으로 작용하여 방사형으로 분출되게 된다. 따라서, 증착되는 박막의 두께 균일성이 향상되는 이점이 있다. In the Knudsen crucible 20, the portion containing the evaporation source is a cylindrical portion 21, so that a larger amount of the source can be stored than the conical crucible 15, and as the evaporation time is elapsed compared to the conical crucible 15, The change in evaporation flux is less. In addition, the diameter of the neck portion 27 through which the vaporized molecular beam exits the crucible 20 is designed to be the same size or slightly smaller than the diameter of the inlet 29, and the diameter of the conical crucible 15 and the cylindrical crucible 10 is reduced. Since it is formed smaller than the diameters of the inlets 13 and 18 (much smaller than the average free path of the evaporated molecules), the evaporated molecules act as a gradual evaporation source while passing through the inlet 29 and are radially ejected. Therefore, there is an advantage that the thickness uniformity of the deposited thin film is improved.
한편, 물질이 열을 받으면 증기로 완전히 변화되기 이전 즉 고체 상태에서도 분자의 자유도가 증가하고 고체 물질의 부피가 팽창하게 되고, 이에 따라 고체 물질의 분자와 분자간의 반발력이 증가하게 된다. 이러한 반발력은 도가니 내의 증기압을 변화시키고, 특히 소정의 개방구가 있을 경우 이 개방구를 통해 반발력을 가진 물질이 튀게되는 현상( spitting)이 생기게 된다. On the other hand, when the material is heated, the degree of freedom of the molecules and the volume of the solid material expands even before being completely converted into vapor, that is, in the solid state, thereby increasing the repulsive force between the molecules and the molecules of the solid material. This repulsive force changes the vapor pressure in the crucible, causing spitting of the material with repulsive force through the opening, especially if there is a predetermined opening.
그런데, 크누센 형 도가니에 있어서는 그의 입구(29)가 실린더형 도가니나 원뿔형 도가니의 것보다 작으므로, 승화되어 증기화되기 이전에서, 열을 통해 증가된 자유도를 획득하고 있는 고체 상태의 물질이, 입구(29)를 통해 외부의 공간으로 튀게 되는 현상(spitting)이 상대적으로 적게 발생하여 박막의 결함을 줄일 수 있는 이점이 있다. By the way, in the Knudsen crucible, since its inlet 29 is smaller than that of the cylindrical crucible or the conical crucible, the solid state material which obtains increased degrees of freedom through heat before sublimation and vaporization, A relatively small amount of spitting to the outside space through the inlet 29 may occur to reduce defects of the thin film.
즉, 입구(29) 또는 목부분(27)의 직경이 상당히 작을수록 박막의 두께 균일도가 향상되고 증발될 고체 물질의 튐 현상 등이 적게되는 등의 이점이 있다. 그러나, 입구(29) 또는 목부분(27)의 직경이 작으면 실제 증착되는 물질의 양이 적게 되어 증착비율이 감소하게 되어 상용화에 적합하지 않다. That is, as the diameter of the inlet 29 or the neck portion 27 is considerably smaller, the thickness uniformity of the thin film is improved and the swelling of the solid material to be evaporated is reduced. However, if the diameter of the inlet 29 or the neck portion 27 is small, the amount of material actually deposited is reduced, so that the deposition rate is reduced, which is not suitable for commercialization.
상용화를 위해, 즉 대량 생산에 적합하게 하기 위해서는 증착비율을 높여야 하며, 이를 위해서는 입구(29) 또는 목부분(27)의 직경을 분자의 평균 자유 행로보다 작은 범위내에서 가능한 넓혀야 한다. 그런데 종래의 크누센 형 도가니는 입구의 직경 또는 크기가 커질 경우, 입구의 각 위치에 따라 증기압이 다르게 나타나는 현상이 나타난다. 특히, 도가니의 중심 축 부분에서의 증기압이 상대적으로 낮게 되어, 이 부분을 통해 반발하고 있는 증발될 고체 물질들이 외부로 튀게되는 튐 현상이 증가하게 된다. For commercialization, ie, to be suitable for mass production, the deposition rate must be increased, which requires the diameter of the inlet 29 or neck 27 to be as wide as possible within a range smaller than the average free path of the molecules. By the way, when the diameter or size of the inlet of the conventional Knudsen crucible increases, the phenomenon that the vapor pressure is different depending on each position of the inlet appears. In particular, the vapor pressure at the central shaft portion of the crucible is relatively low, which increases the convex phenomena of splashing out of the solid materials to be evaporated.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 양호한 박막 두께의 균일성을 유지하면서 증착비율을 향상시키고 증발 물질의 튐 현상을 억제시킬 수 있는 도가니가 제공된 증발증착셀을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide an evaporation deposition cell provided with a crucible capable of improving the deposition rate and suppressing the phenomenon of evaporation while maintaining a good film thickness uniformity.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위해, 진공 상태의 공정 챔버 내에 장착되는 증발증착셀에 있어서, 도가니를, 증발 소오스가 담겨져 있으며 상단부가 개방되어 있는 실린더형의 제 1 부분, 상기 제 1 부분의 상단부에서 신장하며 상기 제 1 부분의 상단 개방부의 면적보다 작은 크기를 갖는 상단 개방부를 갖는 제 2 부분 및 상기 제 1 부분 내에서 고정적으로 위치하고 있으며, 상기 제 1 부분의 높이 수준에 위치하여 상기 제 2 부분의 상단 개방부 전체를 덮도록 하는 면적을 가지는 상면을 가지는 삽입부재를 포함하도록 구성한다. In order to achieve the technical problem to be achieved by the present invention, in the evaporation deposition cell mounted in the vacuum process chamber, the crucible is the first portion of the cylindrical shape, the first portion of the cylindrical shape containing the evaporation source and the upper end is opened; A second portion having a top opening and having a size smaller than an area of the top opening of the first portion and fixedly located within the first portion, the second portion having a height at the height level of the first portion; It is configured to include an insertion member having an upper surface having an area to cover the entire upper opening of the two parts.
따라서, 삽입 부재에 의해 종래의 크누센 형 도가니의 입구의 직경 또는 크기를 늘릴 경우에 발생할 수 있는 도가니 내의 증기압의 불균일 및 이로 인한 고체 물질의 튐 현상을 방지할 수 있고, 이에따라 삽입부재의 상면과 상기 제 1 부분의 측벽 사이에서 한정된 영역을 증발 소오스 물질의 종류 또는 상기 제 1 부분의 온도등을 고려하여 가능한 넓게 형성할 수 있어, 종래의 크누센 형 도가니에 비해 증가된 증착비율을 얻을 수 있다.Therefore, the non-uniformity of the vapor pressure in the crucible which may occur when the diameter or size of the inlet of the conventional Knudsen-type crucible is increased by the insertion member can be prevented. The limited area between the sidewalls of the first portion may be formed as wide as possible in consideration of the type of evaporation source material or the temperature of the first portion, thereby increasing the deposition rate compared with the conventional knudsen crucible. .
삽입부재는 구체적으로, 상기 제 1 부분의 바닥의 중앙 부분에 고정되어서 상기 제 1부분의 축방향을 따라 상기 제 1 부분의 높이 수준까지 신장하는 축부재와, 상기 축부재의 상단에 결합되어서 상기 제 1 부분의 상단 개방부를 전체적으로 덮도록 하는 면적을 가지는 판부재로 이루어지거나, 혹은, 상기 제 1 부분의 바닥의 중앙부분에 고정되어서 상기 제 1 부분의 축방향을 따라 상기 제 1 부분의 높이 수준까지 신장하며, 상기 제 2 부분의 상단 개방부의 면적 전체를 덮도록 하는 단면적을 가지는 실린더형 축부재로 이루어질 수 있다. Specifically, the insertion member is fixed to the central portion of the bottom of the first portion and the shaft member extending along the axial direction of the first portion to the height level of the first portion, coupled to the upper end of the shaft member and A plate member having an area covering the upper end of the first part as a whole, or fixed to a central part of the bottom of the first part, and thus having a height level of the first part along the axial direction of the first part. It extends to, it may be made of a cylindrical shaft member having a cross-sectional area to cover the entire area of the upper opening of the second portion.
또한, 도가니에 상기 제 2 부분의 상단 개구부에서 연장되어 제 2 부분의 상단 개구부보다 큰 개구부를 갖는 원뿔형의 제 3 부분을 더 설치함으로써, 양호한 박막의 두께 균일성을 확보할 수 있다. In addition, by providing the crucible with a conical third portion extending from the top opening of the second portion and having a larger opening than the top opening of the second portion, good thickness uniformity of the thin film can be ensured.
이하 첨부된 도 2a 및 도 2b 그리고 도 3을 참고로 하여 본원 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3.
증발증착셀은, 일반적으로 증발시킬 물체를 담고 있는 도가니와 도가니를 가열하기 위해 그 주의를 감싸고 있는 가열수단으로서의 필라멘트와 다층의 절연막으로 이루어진 열차폐판을 포함하고 있는 헤드 어셈블리와, 그리고 헤드 어셈블리를 지지하면서, 이를 박막이 형성될 기판이 장착되어 있는 진공 상태의 MBE 공정 챔버로 연결시켜 공정챔버 내에 설치하기 위한 위한 장착 플랜지 및 지지 어셈블리로 이루어져 있으며, 본 출원 발명에서는 열차폐판, 장착 플랜지 및 지지 어셈블리 등은 현재 당업자에게 널리 알려져 있는 것을 사용하므로, 도 2a 및 도 2b 그리고 도 3에서는, 도가니의 구조와 도가니를 감싸는 가열수단인 필라멘트에 대해서만 개략적으로 도시하였다.The evaporation cell supports a head assembly which generally comprises a crucible containing an object to be evaporated and a heat shield consisting of a filament as a heating means and a multilayer insulating film to cover the crucible for heating the crucible, and a head assembly. While, it is composed of a mounting flange and a support assembly for mounting in the process chamber by connecting it to a vacuum MBE process chamber on which the substrate on which the thin film is to be formed is mounted, and in the present application, a heat shield plate, a mounting flange and a support assembly, etc. Since the present invention is well known to those skilled in the art, FIGS. 2A and 2B and 3 schematically illustrate only the structure of the crucible and the filament which is a heating means for enclosing the crucible.
도 2a 및 도 2b를 살펴보면, 본 발명에 따른 개량된 크누센 형 도가니(30)는 증발 소오스가 담겨지게 되는 실린더 형상의 제 1 부분(31)과 그의 상단부로부터 연장되어 증발된 분자의 최종 배출 경로를 제공하는 제 2 부분(35)으로 이루어져 있다. 제 1 부분(31)은 종래의 크누센 형 도가니(도 1c의 20)와 같이, 바닥면(32a)과 수직 측벽(32b)으로 이루어져 있으며, 제 2 부분(35)은 수직 측벽(32a)의 상단에서 제 1 부분(31)의 중심축 방향쪽으로 경사져 있어 입구(39)를 제공하는 경사측벽(36)과 경사측벽(36)의 상단에서 연장되어 있는 입구(39)를 제공하는 목부분(37)으로 이루어져 있다. 다만, 개량된 크누센 형 도가니(30)의 제 2 부분(35)의 목부분(37)의 직경이 도 1c의 목부분(27)의 직경보다 상당히 넓게 설계된 점에 차이가 있다. 여기서 목부분(37)의 직경이란 경사측벽(36)과 접하는 부분의 직경을 말한다.2A and 2B, the improved Knudsen crucible 30 according to the present invention extends from the upper end of the cylindrical first portion 31 to which the evaporation source is contained and the upper end of the evaporated molecule. It consists of a second portion 35 to provide. The first portion 31 is composed of a bottom surface 32a and a vertical sidewall 32b, like the conventional Knudsen crucible (20 in FIG. 1C), and the second portion 35 is formed of the vertical sidewall 32a. Neck portion 37 inclined toward the central axis direction of first portion 31 at the top to provide inlet 39 extending from the top of inclined side wall 36 to provide inlet 39 and inclined side wall 36. ) However, there is a difference that the diameter of the neck portion 37 of the second portion 35 of the improved Knudsen crucible 30 is designed to be considerably wider than the diameter of the neck portion 27 of FIG. 1C. Here, the diameter of the neck portion 37 refers to the diameter of the portion in contact with the inclined side wall 36.
더불어서 제 1 부분(31) 내부에는, 제 1 부분(31)을 구성하는 물질과 실질적으로 같은 열팽창율을 가지는 것으로 이루어진 삽입 부재(33a, 33b)가 고정되어 있다. 여기서 실질적으로 같은 열팽창율을 갖는다는 것은, 동일한 열팽창율을 갖는 것 뿐만 아니라 증발을 위한 가열 과정 중에 삽입 부재(33a, 33b)가 제 1 부분(31)으로부터 분리되지 않을 정도의 유사한 열팽창율을 갖는 것을 포함한다. 제 1 부분(31)과 삽입 부재(33a, 33b)를 동일한 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 예를 들어 PBN(pyrolytic boron nitride)을 사용할 수 있다. In addition, the insertion members 33a and 33b which have substantially the same thermal expansion coefficient as the material constituting the first portion 31 are fixed inside the first portion 31. Having substantially the same coefficient of thermal expansion here means not only having the same coefficient of thermal expansion but also having a similar coefficient of thermal expansion such that the insertion members 33a, 33b do not separate from the first portion 31 during the heating process for evaporation. It includes. It is preferable to form the first portion 31 and the insertion members 33a and 33b of the same material, for example, pyrolytic boron nitride (PBN) may be used.
이러한 삽입 부재(33a, 33b)는 제 1 부분(31)의 바닥면(32a)의 중앙 부분에 고정되어 제 1 부분(31)의 중심축을 따라 제 1 부분(31)의 높이 수준까지 신장하는 축부재(33a)와, 축부재(33a)의 상단에 결합되어서 바닥면(32a)과 평행하게 위치하고 있는 판부재(33b)로 이루어져 있다. 판부재(33b)는 축상으로 제 2 부분(35)의 목부분(37) 또는 입구(39) 전체를 덮도록, 판부재(33b)의 직경이 입구(39)의 직경과 같을 수 있다(도 2b에서 34가 지칭하는 실선 부분). 혹은 판부재(33b)의 직경은 입구(37)의 직경보다 약간 작게(도 2b의 34가 지칭하는 점선 부분) 형성될 수 도 있다.These insertion members 33a and 33b are fixed to the central portion of the bottom surface 32a of the first portion 31 and extend along the central axis of the first portion 31 to the height level of the first portion 31. It is composed of a member 33a and a plate member 33b coupled to the upper end of the shaft member 33a and positioned parallel to the bottom surface 32a. The diameter of the plate member 33b may be equal to the diameter of the inlet 39 so that the plate member 33b covers the entirety of the neck 37 or the inlet 39 of the second part 35 axially (FIG. Solid line portion referred to by 34 in 2b). Alternatively, the diameter of the plate member 33b may be formed to be slightly smaller than the diameter of the inlet 37 (dashed line portion referred to by 34 in FIG. 2B).
따라서, 증발증착셀이 설치된 MBE 공정 챔버 내에서 도가니(30) 내부의 증기가 제 1 부분(31)의 중심축 근방을 따라서 입구(39)쪽(진공 분위기)으로 이동하는 경로는 삽입부재(33a, 33b)에 의해 차단되므로, 제 1 부분(31) 내부의 소정 위치에 따른 증기압의 차이는 발생하지 않고 균일하게 된다. 또한, 제 1 부분(31)의 증기압의 차이가 제거되었으므로 높은 자유도를 얻고 있는 증발될 고체 물질이 튀게 되는 현상을 줄일 수 있다. 나아가, 고체 물질이 입구(39)쪽으로 튀게되는 행로를 판부재(33b)를 포함한 삽입부재(33a, 33b)를 이용하여 차단함으로써, 고체물질이 튀게 되는 현상은 더욱 줄어들게 된다. Therefore, in the MBE process chamber in which the evaporation deposition cell is installed, the path in which the steam inside the crucible 30 moves toward the inlet 39 (vacuum atmosphere) along the vicinity of the central axis of the first portion 31 is the insertion member 33a. , 33b), the difference in vapor pressure according to a predetermined position inside the first portion 31 is not generated and is uniform. In addition, since the difference in the vapor pressure of the first portion 31 has been eliminated, the phenomenon of splashing of the solid material to be evaporated, which has a high degree of freedom, can be reduced. Furthermore, by blocking the path where the solid material bounces toward the inlet 39 using the insertion members 33a and 33b including the plate member 33b, the phenomenon of the solid material splashing is further reduced.
물론, 영역(도 2b의 S1 또는 S1+S2)을 통해 튐을 유발시키는 고체 물질이 배출될 수 도 있으나, 전술한 바와 같이 판부재(33b)가 목부분(37) 전체를 덮을 정도로, 판부재(33b)의 직경이 목부분(37)의 직경과 동일한 직경을 가지고 있으므로, 최종적으로 목부분(37)을 거쳐 입구(39)를 빠져 나가게 되는 증발될 고체 물질은 무시할 수 있을 정도이다. Of course, through the region (S1 or S1 + S2 in Fig. 2b) may be discharged to cause a solid material, as described above, so that the plate member 33b covers the entire neck portion 37, the plate member Since the diameter of 33b has the same diameter as the diameter of the neck 37, the solid material to be evaporated which finally exits the inlet 39 via the neck 37 is negligible.
한편, "제 1 부분(31)의 높이 수준까지"란 제 1 부분(31)의 높이에 반드시 도달해야하는 것만을 의미하는 것은 아니고 전술한 바와 같이 판부재(33b)가 도가니(30)의 증기가 제 1 부분(31)의 중심축 근방을 따라서 입구(39)쪽으로 이동하는 경로를 차단하는 역할을 충분히 하는 한, 도시된 제 1 부분(31)의 높이보다 작은 것을 포함한다.On the other hand, "up to the height level of the first portion 31" does not necessarily mean that the height of the first portion 31 must be reached, and as described above, the plate member 33b is formed by the vapor of the crucible 30. It includes smaller than the height of the first portion 31 shown, as long as it serves to block the path of movement toward the inlet 39 along the central axis of the first portion 31.
일단 판부재(33b)를 포함한 삽입부재에 의해 도가니(30) 내의 증기압의 불균일이 해소되고 제 1 부분(31)의 중심축을 따라 진행되는 고체 물질의 튐이 억제되었으므로, 판부재(33b)와 제 1 부분(31)의 수직 측벽(32b)와의 사이에서 결정되는 영역(도 2b의 S1 또는 S1+S2)은, 증발 소오스로 사용되는 물질의 종류, 도가니(30)의 온도 등을 고려하여 가능한 넓게 형성할 수 있다. 따라서, 증발된 분자는 영역(도 2b의 S1 또는 S1+S2) 그리고 종래의 크누센 형 도가니의 입구에 비해 큰 크기를 갖는 입구(39)를 통해 공정 챔버 내의 기판으로 진행하게 되므로, 종래의 크누센 형 도가니에 비해 상당히 증가된 증착비율을 얻을 수 있게 된다. Since the nonuniformity of the vapor pressure in the crucible 30 was eliminated by the insertion member including the plate member 33b at once, and the damping of the solid substance which progresses along the central axis of the first part 31 is suppressed, the plate member 33b and the first member are suppressed. The region (S1 or S1 + S2 in FIG. 2B) determined between the vertical sidewall 32b of the one portion 31 is as wide as possible in consideration of the type of material used as the evaporation source, the temperature of the crucible 30, and the like. Can be formed. Therefore, the evaporated molecules proceed to the substrate in the process chamber through the region (S1 or S1 + S2 in FIG. 2B) and the inlet 39 having a larger size than the inlet of the conventional Knudsen crucible. Significantly increased deposition rates can be achieved compared to the NuSsen crucibles.
그리고, 본 발명에 따른 도가니를 포함하는 증발증착셀은, 일체화되어 있는 제 1 부분(31) 및 제 2 부분(35)의 외면을 둘러싸는 가열수단으로서 텅스텐이나 탄탈등으로 이루어진 제 1 필라멘트(34a)와 제 2 필라멘트(34b)를 더욱 포함하고 있다. 제 1 필라멘트(34a)는 제 1 부분(31)의 바닥면(32a)에서부터 제 1부분의 높이 수준 하단 부근까지 배치되어 있으며, 제 2 필라멘트(34b)는 제 1 부분의 높이 수준 근방에서부터 입구(39) 근방까지 배치되어 있다. 제 1 필라멘트(34a)는 제 1 부분(31)의 하단을 가열하여 증발 소오스를 증발시키기 위한 것이며, 제 2 필라멘트(34b)는 하단에 비해 온도가 낮게 되어 판부재(33b)의 위치 부근에서 증기 분자가 증착되어 영역(도 2b의 S1, 또는 S1+S2)을 막게 되는 것을 방지하기 위한 것이다. In addition, the evaporation deposition cell including the crucible according to the present invention is a first filament 34a made of tungsten, tantalum, or the like as a heating means surrounding the outer surfaces of the first portion 31 and the second portion 35 which are integrated. ) And the second filament 34b. The first filament 34a is disposed from the bottom surface 32a of the first portion 31 to near the lower end of the height level of the first portion, and the second filament 34b is located near the entrance level of the first portion 31. 39) It is arrange | positioned to the neighborhood. The first filament 34a is for evaporating the evaporation source by heating the lower end of the first portion 31, and the second filament 34b has a lower temperature than the lower end, so that steam is near the position of the plate member 33b. This is to prevent the molecules from being deposited to block the region (S1, or S1 + S2 in FIG. 2B).
삽입부재의 다른 예가 도 3에 도시되어 있다. 삽입부재(43)는 도 2a의 삽입부재(33a, 33b)와 같이 제 1 부분(41) 내부에서, 제 1 부분(41)을 구성하는 물질과 실질적으로 같은 열팽창율을 가지는 것으로 이루어져 있다. 다만 도 2a의 삽입 부재(33a, 33b)는 축부재(33a)와 판부재(33b)로 이루어진 반면 도 3의 삽입 부재(43)는 일단이 제 1 부분(41)의 바닥면(42a)의 중앙부분에 고정되어서 제 1 부분(41)의 중심축을 따라 입구(49)쪽으로 신장하는 축부재(43)로만 이루어졌다. 도 2a 및 도 2b의 판부재(33a)와 같이, 축부재(43)의 상면은 제 1 부분(41)의 높이 수준에 있으며 상면의 면적은 입구(49)의 면적과 같거나 약간 작게 설계될 수 있다. Another example of an insertion member is shown in FIG. 3. The insertion member 43 has a coefficient of thermal expansion substantially the same as that of the material constituting the first portion 41 in the first portion 41, like the insertion members 33a and 33b of FIG. 2A. However, the insertion members 33a and 33b of FIG. 2A are formed of the shaft member 33a and the plate member 33b, while the insertion member 43 of FIG. 3 has one end of the bottom surface 42a of the first portion 41. It consists only of a shaft member 43 fixed to the central portion and extending toward the inlet 49 along the central axis of the first portion 41. Like the plate member 33a of FIGS. 2A and 2B, the top surface of the shaft member 43 is at the height level of the first portion 41 and the area of the top surface is designed to be equal to or slightly smaller than the area of the inlet 49. Can be.
한편, 도 2a와 도 2b 그리고 도 3의 개량된 크누센 형 도가니(30,40)의 목부분(37, 47)은 입구(39, 49)쪽으로 진행하면서 직경이 약간 커지도록 구성되어 있으므로, 박막의 두께 균일성도 양호하게 된다. On the other hand, the necks 37 and 47 of the improved Knussen crucibles 30 and 40 of Figs. 2A, 2B and 3 are configured to be slightly larger in diameter while advancing toward the inlets 39 and 49. The thickness uniformity of is also favorable.
본 발명에 따른 개량된 크누센 형 도가니(30, 40)에 있어서, 증착비율을 증가시키기 위해 도가니(30, 40)의 입구(39, 49)의 크기를 종래의 것 보다 크게 하더라도, 그 내부에 고정되어있는 삽입부재(33a+33b, 43)에 의해 도가니(30, 40) 내부의 증기압의 차이 및 고체 물질의 튐 현상이 방지되고, 도가니(30, 40)의 목 부분(37, 47)은 원뿔형으로 형성되어 있으므로 박막의 두께 균일성을 확보할 수 있다. 또한 도가니(30, 40)의 제 1 부분(31, 41)이 실린더형이므로 많은 양의 증발 소오스를 담을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 도가니가 제공된 증발증착셀을 이용하여 막의 결함이 없고 안정적이며 균일한 두께를 갖는 박막의 대량 생산이 가능하게 된다. In the improved Knudsen crucibles 30 and 40 according to the present invention, the inlets 39 and 49 of the crucibles 30 and 40 are larger than the conventional ones in order to increase the deposition rate. The fixed insertion members 33a + 33b and 43 prevent the difference in vapor pressure inside the crucibles 30 and 40 and the swelling of solid materials, and the necks 37 and 47 of the crucibles 30 and 40 are Since it is formed in a conical shape, it is possible to ensure thickness uniformity of the thin film. In addition, since the first portions 31 and 41 of the crucibles 30 and 40 are cylindrical, a large amount of evaporation source can be contained. Therefore, using the evaporation evaporation cell provided with the crucible according to the present invention, it is possible to mass-produce a thin film having a stable and uniform thickness without a defect of the film.
도 1a 내지 도 1c는 각각 증발증착셀에 사용되는 종래기술에 따른 실린더형 도가니, 원뿔형 도가니 및 크누센(knudsen)형 도가니의 단면도를 나타낸다. 1A to 1C show cross-sectional views of a cylindrical crucible, a conical crucible and a knudsen crucible according to the prior art, respectively, used in an evaporation deposition cell.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 도가니를 구비한 증발증착셀의 일예의 종단면도 및 도 2a의 II-II에 따른 횡단면도를 나타낸다. 2A and 2B show longitudinal cross-sectional views of an example of an evaporation deposition cell with a crucible according to the present invention, and II-II of FIG. 2A, respectively.
도 3은 본 발명에 따른 도가니를 구비한 증발 증착 셀의 다른 예의 종단면도를 나타낸다. 3 shows a longitudinal cross-sectional view of another example of an evaporation deposition cell with a crucible according to the present invention.
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