KR100589937B1 - 금속 박막 형성용 증발원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공정이 진행됨에 따라 보트에 담겨진 금속 재료의 양이 변화할지라도 보트를 흐르는 전류의 양을 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 금속 증발원에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 금속 박막 형성용 금속 증발원은 저항체로 이루어지며 상부 중앙부에 요부가 형성된 보트; 보트 양단에 각각 결합된 전극; 각 전극에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 열은 통과시키되 전류는 통과시키지 않는 절연체로 이루어지며, 보트의 요부에 안착되어 금속 재료를 담을 수 있는 보조 보트를 포함하며, 따라서 보조 보트가 금속 재료와 보트의 접촉을 완전히 차단시킴으로서 보트를 흐르는 전류가 금속 재료로 흐르지 못하도록 구성되었다. 또한, 보조 보트의 형상은 보트의 요부 형상과 동일하여 보조 보트의 하부 표면 전체가 보트의 요부 표면과 밀착된 상태를 유지한다.
금속 박막, 증발원

Description

금속 박막 형성용 증발원{Evaporation source for forming a metal layer}
도 1 및 도 2는 금속 박막 형성 공정에 사용되는 일반적인 금속 증발원의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 금속 증발원의 개략적인 단면도.
본 발명은 금속 박막 형성용 증발원에 관한 것으로서, 특히 금속 재료로 인한 저항의 변화 및 그로 인한 온도의 변화를 최소화하여 균일한 금속 박막을 형성할 수 있는 금속 박막 형성용 증발원에 관한 것이다.
저전압 구동, 자기 발광, 경량 박형, 광시야각 그리고 빠른 응답 속도 등의 장점을 가진 유기 EL(organic electroluminescence) 디스플레이가 차세대 평판 디스플레이중 하나로서 최근에 그 실용화 및 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.
유기 EL 제조 공정 중에서, 유기 재료의 박막 형성 공정인 열적 물리적 기상 증착 공정은 증착 재료(유기물)의 증기로 기판 표면에 발광층을 형성하는 공정으로서, 유기물을 수용하는 용기 및 코팅될 기판을 구비한 10-7 내지 10-2 Torr 범위의 압력 상태의 챔버 내에서 진행된다. 유기 재료를 수용하는 용기인 증발원 (deposition source)은 전류가 구성 부재들을 통과할 때 온도가 증가되며, 그 내부의 유기 재료는 증발원의 구성 부재로부터의 방사열 또는 벽과의 접촉으로부터의 전도열에 의하여 가열된다. 이와 같이 기화된 유기 재료의 증기가 외부로 배출되어 증발원 외부에 설치된 기판에 증착됨으로서 유기 박막이 형성된다.
유기 EL 제조 공정의 또다른 공정인 금속 박막 형성 공정은 기판 표면에 금속 전극을 형성하기 위한 공정으로서, 유기 박막 형성 공정 후에 진행된다. 금속 전극 형성 공정 역시 진공의 챔버 내에서 진행되며, 금속 전극 증착용 챔버는 금속 증발원, 기판 및 금속 샤도우 마스크(shadow mask)를 포함한다.
금속 박막 형성 공정에 사용되는 금속으로서는 Mg, Ag, MgAg-Li, LiAl, LiF-Al 등이 주로 이용되며, 단일 막의 동시 증착이나 다른 종류의 재료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다. 특히, Li 또는 LiF와 같은 금속 재료를 이용하여 대면적의 기판에 증착막을 형성하는 경우에는 증발량을 제어하여 금속막의 균일도를 유지하는 것이 요구된다.
도 1은 상술한 금속 박막 형성 공정에 사용되는 일반적인 금속 증발원의 개략적인 단면도로서, 도 1에서는 편의상 위에서 언급한 금속 샤도우 마스크 및 기판은 도시하지 않았으며, 또한 각 부재를 명확하기 위하여 보트(11)를 제외한 나머지 부재는 단면 처리를 하지 않았다.
금속 증발원(10)은 크게 보트(11; boat), 보트(11) 양단에 각각 장착된 전극 (12) 및 각 전극(12)에 전원을 공급하는 전원 공급부(13)로 구성된다. 보트(11)에 는 양단의 전극(12)을 통하여 전류가 공급되며, 상부 중앙부에는 액체 상태의 금속 재료(M)를 수용하기 위한 요부(11A)가 형성되어 있다.
보트(11)는 전기적 저항이 큰 재료, 예를 들어 세라믹으로 제조된다. 양단의 전극(12)에 전류를 인가하면, 보트(11)에 전류가 통과하게 되며, 따라서 저항체로 제조된 보트(11)에서는 열이 발생하게 된다. 이와 같이 보트(11)에서 발생된 열에 의하여 요부(11A)에 수용된 금속 재료(M)가 가열, 증발되며, 금속 재료의 증기는 새도우 마스크를 통하여 기판 표면으로 유동하여 기판 표면에 소정 형상의 금속 박막이 증착된다.
이와 같이 보트(11)의 상부 요부(11A)에 금속 재료(M)가 담겨진 상태에서 증착 공정을 진행하기 위하여 보트(11) 양단에 장착된 전극(12)에 전류를 인가할 경우, 보트(11) 뿐만 아니라 보트(11)를 통하여 금속 재료(M)에도 전류가 흐르게 되며, 이러한 현상은 보트(11)의 온도 변화(즉, 발열량 변화)를 발생시켜 균일한 금속막 형성을 저해하게 된다. 이러한 문제점을 도 1 및 도 2를 통하여 상세히 설명한다.
도 2 역시 도 1과 마찬가지로 금속 박막 형성 공정에 사용되는 일반적인 금속 증발원의 개략적인 단면도이다. 그러나, 도 1은 비교적 소량의 금속 재료(M)가 담겨져 있는 증발원(10)을, 도 2는 다량의 금속 재료(M1)가 담겨져 있는 증발원을 각각 도시하고 있다. 미설명 부호 "14"는 보트(11)의 요부(11A)에 금속 재료를 공급하는 금속 재료 공급 수단이다.
보트(11)의 요부(11A)에 담겨진 금속 재료는 그 양에 따라 저항값이 차이가 나게 되며, 따라서 도 1과 같이 적은 양의 금속 재료(M)의 저항은 도 2와 같은 많은 양의 금속 재료(M1)의 저항보다 현저하게 적게 나타난다. 이와 같이 양에 따른 금속 재료의 저항값의 차이에 따라서 보트(11)를 통과하는 전류의 양 역시 달라지게 된다.
즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 액체 상태의 금속 재료가 서로 다른 양으로 담겨져 있는 각 보트(11)의 양단에 장착된 전극(12)에 동일한 크기의 전류를 각각 인가하게 되면, 보트(11)와 금속 재료(M 및 M1)를 통하여 전류가 흐르게 된다.
그러나, 소량의 금속 재료(M ; 즉, 낮은 저항값)에 의하여 도 1의 보트(11)에 흐르는 전류량은 다량의 금속 재료(M1; 즉, 높은 저항값)가 담겨져 있는 도 2의 보트(11)를 흐르는 전류량보다 크게 되며, 따라서 적은 양의 금속 재료(M1)가 담겨져 있는 도 1의 보트(11)에서의 발열량은 많은 양의 금속 재료(M1)가 담겨져 있는 도 2의 보트(11)에서의 발열량보다 크게 나타난다.
이러한 현상, 즉 금속 재료(M)의 양에 따라 보트(11)를 흐르는 전류의 양이 달라지는 상황은 동일한 증발원을 이용하여 금속 박막 형성 공정을 진행하는 과정에서 심각한 문제를 발생시킨다. 상세히 설명하면, 증착 공정이 진행됨에 따라 보트(11)의 요부(11A)에 담겨진 금속 재료(M)의 양의 점차적으로 줄어들게 되며, 금속 재료(M)의 양에 반비례하여 보트(11)를 흐르는 전류량은 점차적으로 증가한다.
결국, 증착 공정이 진행됨에 따라 저항체인 보트(11)의 온도가 점차적으로 증가하게 되며, 따라서 금속 재료(M)의 초기 증발량보다 많은 양의 금속 재료 증기 가 발생될 수 밖에 없으며, 이러한 현상은 불균일한 두께의 금속 박막이 기판 표면에 증착되는 원인으로 작용하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 증착 공정 진행 정도에 따라 보트에 인가되는 전류량을 제어하는 방식을 고려할 수 있으나, 저항 가열 방식의 증착 공정에서는 대전류를 이용하기 때문에 저항이 낮을 경우 과다 전류가 흐르게 되어 전원 공급 장치가 파손될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서 설계값에 비해 수 배 이상의 전원과 배선을 준비해야하나 기준 전류가 수백 암페어에 이르므로 그 실현이 불가능하고, 급격한 전류 변화는 보트의 파손을 유발할 수 있다.
본 발명은 금속 박막 형성 공정에서 사용되는 금속 증발원에서 발생되는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정이 진행됨에 따라 보트에 담겨진 금속 재료의 양이 변화할지라도 보트를 흐르는 전류의 양을 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 금속 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 금속 박막 형성용 금속 증발원은 저항체로 이루어지며 상부 중앙부에 요부가 형성된 보트; 보트 양단에 각각 결합된 전극; 각 전극에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 열은 통과시키되 전류는 통과시키지 않는 절연체로 이루어지며, 보트의 요부에 안착되어 금속 재료를 담을 수 있는 보조 보트를 포함하며, 따라서 보조 보트가 금속 재료와 보트의 접촉을 완전히 차단시킴으로서 보트를 흐르는 전류가 금속 재료로 흐르지 못하도록 구성되었다.
보조 보트의 형상은 보트의 요부 형상과 동일하여 보조 보트의 하부 표면 전 체가 보트의 요부 표면과 밀착된 상태를 유지하며, 보조 보트의 상단부 가장 자리는 보트의 요부 주면의 표면에 접촉하여 금속 재료와 보트의 접촉이 이루어지지 않는다.
첨부된 도면을 참고로 한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의하여 본 발명은 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 증발원의 개략적인 단면도로서, 도 3에서도 금속 샤도우 마스크 및 기판은 도시하지 않았다.
일반적인 금속 증발원과 마찬가지로 본 발명에 따른 증발원(20) 역시 크게 보트(21), 보트(21)의 양단에 각각 결합된 전극(22) 및 각 전극(22)에 전원을 공급하는 전원 공급부(23)로 구성된다. 보트(21)에는 양단의 전극(22)을 통하여 전류가 공급되며, 상부 중앙부에는 액체 상태의 금속 재료(M)를 수용하기 위한 요부(21A)가 형성되어 있다. 미설명 부호 "24"는 보트(21)의 요부(21A)에 금속 재료(M)를 공급하는 금속 재료 공급 수단이다.
보트(21)는 전기적 저항이 큰 저항체, 예를 들어 세라믹으로 제조된다. 전극(22)에 전류를 인가하면, 보트(22)에 전류가 통과하게 되며, 따라서 저항체인 보트(21)에서는 열이 발생하게 된다. 이와 같이 보트(21)에서 발생된 열에 의하여 요부(21A)에 수용된 금속 재료(M)가 가열, 증발되며, 금속 재료의 증기는 새도우 마스크를 통하여 기판 표면으로 유동하여 기판 표면에 소정 형상의 금속 박막이 증착된다.
본 발명에 따른 금속 증발원(20)의 가장 큰 특징은 보트(21)의 중앙부 요부(21A)에 보조 보트(30)를 설치하고 이 보조 보트(30) 내에 금속 재료(M)가 담겨지게 한 구성에 있다. 보조 보트(30)의 형상은 보트(21)의 요부(21A) 형상과 동일하며, 따라서 보조 보트(30)의 하부 표면 전체는 보트(21)의 요부(21A) 표면과 밀착된 상태를 유지한다.
특히, 보조 보트(30)의 상단부 가장 자리 저면은 보트(21)의 요부(21A) 주변의 표면에 접촉한 상태이다. 보조 보트(30)는 절연체로 만들어지며, 이 절연체는 열은 통과시키지만 전류는 통과시키지 않는 특성을 갖는 어떠한 재료라도 관계없다.
이러한 보조 보트(30)를 장착한 본 발명의 기능을 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 금속 재료(M)를 보트(21)에 담기 전에 보트(21)의 상부에 형성된 요부(21A) 내에 동일한 형상을 갖는 보조 보트(30)를 안착시킨다. 금속 재료(M)를 보조 보트(30) 내에 공급한 상태에서 보트(21)의 양단에 장착된 전극(22)에 전류를 인가하게 되면, 전류는 보트(21)를 통하여 흐르며, 따라서 저항체인 보트(21)에서는 열이 발생하게 된다.
한편, 보조 보트(30)에 담겨져 있는 금속 재료(M)는 보조 보트(30)에 의하여 보트(21)와의 접촉이 완전히 차단된다. 열은 전달되고 전류를 통하지 않는 절연체로 이루어진 보조 보트(30)로 인하여 보트(21)에서 발생된 열은 금속 재료(M)로 전달되어 금속 재료(M)의 가열 및 증발이 진행되지만, 전류는 금속 재료(M)로 전달되지 않는다.
따라서, 증착 공정이 진행됨에 따라서 금속 재료(M)의 양이 감소할지라도 항상 일정한 양의 전류가 보트(21)를 흐르게 되어 보트(21)는 균일한 양의 열을 발생시키고 이 열을 금속 재료(M)로 공급할 수 있다. 결과적으로 금속 재료의 균일한 증발이 이루어져 균일한 두께의 금속 박막이 기판 표면에 형성될 수 있는 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 증발원은 절연체로 제조된 보조 보트를 통하여 금속 재료와 저항체인 보트를 완전히 차단함으로서 보트를 흐르는 전류가 금속 재료로 흐르지 않게 되어 증착 공정 동안 보트에 항상 일정한 크기의 전류를 흐르게 할 수 있으며, 따라서 보트의 온도를 일정하게 유지하고 금속 재료를 균일하게 증발시킬 수 있다.
또한, 보트에만 전류가 공급되기 때문에 필요에 의하여 공급되는 전류를 제어함으로서 금속 재료의 증발량 및 증발 속도 등을 손쉽게 변화시킬 수 있으며, 금속 증착막의 정교한 제어가 가능하다. 아울러 보트로 인가되는 전류의 변화가 없어 보트의 파손을 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 진공 챔버 내에 설치되어 기판 표면에 금속 전극을 형성하기 위한 금속 전극 형성 공정에 사용되는 금속 박막 형성용 증발원에 있어서,
    저항체로 이루어지며 상부 중앙부에 요부(21A)가 형성된 보트(21);
    보트(21) 양단에 각각 결합된 전극(22);
    각 전극(22)에 전원을 공급하는 전원 공급부(23); 및
    열은 통과시키되 전류는 통과시키지 않는 절연체로 이루어지며, 보트(21)의 요부(21A)에 안착되어 금속 재료(M)를 담을 수 있는 보조 보트(30)를 포함하여 보조 보트(30)가 금속 재료(M)와 보트(21)의 접촉을 완전히 차단시킴으로서 보트(21)를 흐르는 전류가 금속 재료(M)로 흐르지 못하도록 구성한 것을 특징으로 하는 증발원.
  2. 제 1 항에 있어서, 보조 보트(30)의 형상은 보트(21)의 요부(21A) 형상과 동일하여 보조 보트(30)의 하부 표면 전체가 보트(21)의 요부(21A) 표면과 밀착된 상태를 유지하며, 보조 보트(30)의 상단부 가장 자리 저면은 보트(21)의 요부(21A) 주변의 표면에 접촉하는 증발원.
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