KR100666574B1 - 증발원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발원에 관한 것으로, 증발원은 기판 상으로 증착하고자 하는 증착물질을 구비하여 증발시키는 증발원부와, 이 증발원부와 연결되어 증발원부로부터 증발된 증착물질을 기판 상에 분사하는 노즐부를 포함하며, 노즐부는 노즐몸체와 노즐몸체의 일측에 돌출형성된 다수의 분사노즐을 포함한다. 이때의 분사노즐은 노즐몸체와 일체형으로 형성되거나 스크류 체결되며 이 분사노즐의 직경을 5 ~ 15mm로 하고 기판 1m당 20개 이하로 설치함으로써 기판 상에 증발원부에서 발생된 복사열이 이 노즐부를 통해 전달하는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

증발원{Vapor deposition source}
도 1은 본 발명에 따른 증착 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 증발원을 도시한 절개사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 노즐부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 노즐부의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
300...증발원
310...증발원부
312...도가니
350...노즐부
352...노즐몸체
353...분사노즐
본 발명은 증발원에 관한 것으로, 노즐부를 개선하여 증발원에서 발생되는 복사열이 기판 상으로 전달되는 것을 방지하는 증발원에 관한 것이다.
일반적으로, 증발장치는 각종 전자부품의 박막 증착에 이용되며, 반도체, 엘씨디(LCD), 유기 전계 표시장치 등의 전자장치 및 표시장치의 박막형성에 주로 사용된다.
여기서 유기 전계 표시장치의 유기 전계 발광소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 양극, 유기막 및 음극으로 구성된다. 유기막은 유기발광층을 구비하는데, 이 유기발광층에서 정공(hole)과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛이 발생한다.
발광효율을 보다 높이기 위해서는 전공과 전자를 유기발광층(EML,Emitting Layer)으로 보다 원활하게 수송하여야 하고 이를 위해 음극과 유기발광층 사이에는 전자수송층(ETL,Electron Transfer Layer)이 배치될 수 있고 양극과 유기발광층 사이에는 전공수송층이 배치될 수 있다.
또한, 양극과 정공수송층 사이에 정공주입층(HIL,Hole Injection Layer)이 배치될 수 있고, 음극과 전자수송층 사이에 전자주입층(EIL,Electron Injection Layer)이 배치될 수 있다.
기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공증착법(Evaportion)과, 이온 플레이팅법(Ion-plation) 및 스퍼터링법(Sputtering)과 같은 물리증착법(PVD)과 가스반응에 의한 화학기상증착법(CVD) 등이 있다.
이 중에서 유기 전계 발광소자의 금속막 등의 박막형성에는 진공증착법이 주 로 이용된다.
진공증착법에 사용되는 증발원으로는 간접가열방식(또는 유도가열방식)의 증발원이 사용되는데, 이러한 간접가열방식은 증착물질을 소정온도(예를 들면 Al의경우 1200℃정도)로 가열가능한 도가니 형태의 증발원부에 의해 이루어진다. 이때, 증발원부는 증착물질을 가열하도록 히터 등이 구비되어 있고, 그 일측에는 코일히터 등에 의해 증발된 증착물질을 기판 측으로 분사되게 하는 노즐부가 결합된다.
따라서, 코일히터 등에 의해 증발된 증착물질은 이 노즐부를 통하여 기판 측으로 분사되어 소정 패턴박막을 형성하게 되는 것이다.
그러나, 종래에 있어서 노즐부는 그 일측이 개구된 형상으로써, 증발원부에서 고온으로 가열된 증착물질이 노즐부를 통해 토출될 때 복사열이 유출되며 이로 인해 기판의 온도가 승온되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 증발원부에서 생성되는 복사열이 유기물 분자가 증착되는 기판 상으로 유출되지 않도록 기판에 노출되는 노즐부를 개선한 증발원을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 기판 상으로 증착하고자 하는 증착물질을 구비하여 증발시키는 증발원부와, 상기 증발원부와 연결되어 상기 증발원부로부터 증발된 상기 증착물질을 상기 기판 상에 분사하는 노즐부를 포함하며,
상기 노즐부는 상기 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체와 상기 노즐몸체 의 일측에 돌출형성된 다수의 분사노즐을 포함한다.
그리고, 상기 노즐부에는 누설방지재가 도포되며, 이 노즐부의 재질은 흑연인 것이 바람직하다.
한편, 상기 분사노즐은 상기 노즐몸체와 일체형으로 형성된다.
이때, 상기 분사노즐은 그 직경의 크기가 5 ~ 15mm이며, 상기 기판의 크기가 m 당 20개 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사노즐은 상기 노즐몸체와 스크류 체결될 수도 있다.
이때, 상기 노즐몸체에는 상기 분사노즐이 삽입되기 위한 삽입홈이 형성되며, 상기 삽입홈에는 흑연 또는 세라믹 재질의 기밀부재가 추가적으로 장착되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 분사노즐은 그 직경의 크기가 5 ~ 15mm이며, 상기 기판의 크기가 m 당 20개 이하인 것이 바람직하다.
그리고 상기 분사노즐은 상기 노즐부에서 등간격으로 형성되는 것이 바람직하며, 노즐부의 중앙에서 양측으로 갈수록 간격이 좁아지게 형성될 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 증발원에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 증발장치(100)는 증발장치(100)의 몸체를 이루는 챔버(200)와, 기판(S) 상으로 증착물질을 분사시키기 위한 적어도 하나의 증발원(300)을 구비한다.
이때, 챔버(200)는 도시되지 않은 진공펌프에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고 챔버(200) 내부에는 증발원(300)을 이동시킬 수 있는 이송장치(400)가 설치되어 증발원(300)을 증착방향으로 이동시키도록 되어 있다.
이송장치(400)는 진공으로 유지되는 챔버(200) 내에서 사용이 적합한 이송장치로서, 공정조건에 따라 증발원(300)의 이동 속도를 조절할 수 있다.
그리고, 그 구성은 볼스크류(401)와 이 볼스크류(401)를 회전시키는 모터(403)를 구비하고, 증발원(300)의 안내를 위하여 가이드(402)를 구비한다.
그리고, 기판(S)의 전면 즉, 증발원(300)과 기판(S) 사이에는 증착되는 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치된다. 따라서, 증발원(300)에서 증발된 증착물질은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착되어 소정 형상의 박막이 기판(S) 상에 형성되도록 한다.
한편, 증발원(300)은 챔버(200) 내부의 기판(S) 상에 증착하고자 하는 증착물질을 수용하고, 수용된 증착물질을 가열하여 증발시킨 후 이를 기판(S) 상으로 분사하여 박막이 형성되도록 하는 기능을 한다.
도 2는 본 발명에 따른 증발원의 절개사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 노즐부의 노즐몸체와 분사노즐을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 증발원부(310)는 증착물질이 저장되는 도가니(312), 도가니(312)의 외부에 마련된 반응조(311), 도가니(312)와 반응조(311)의 사이에 개재된 고주파 유도가열코일(316), 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 사이에 개재된 절연체(315) 및, 도가니(312)와 절연체(315)의 사이에 개재된 제1단열재(314)를 포함한다.
구체적으로, 도가니(312)의 상부는 개구되며, 그 내부에는 소정크기의 증착물질 저장공간(326)이 마련된다. 따라서, 기판(S)에 증착될 증착물질은 이 증착물질 저장공간(326)에 저장된다. 이때, 증착물질로는 무기물이나 금속 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 증착물질은 알루미늄(Al)일 수 있다.
한편, 도가니(312)는 열전도도가 우수한 그라파이트(Graphite) 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고주파 유도가열코일(316)을 이용하여 도가니(312)를 가열하면, 도가니(312)는 매우 빠르게 가열되는 것이다.
그리고, 개구된 도가니(312)의 상부에는 도가니(312)를 밀폐하는 도가니 커버(321)가 결합되고, 도가니 커버(321)의 상부에는 노즐부(350)에 직접 결합되는 넥(Neck,313)이 결합된다. 이때, 도가니(312)와 도가니 커버(321) 그리고, 도가니 커버(321)와 넥(313)은 각각 나사결합될 수 있다. 도가니 커버(321)에는 도가니(312) 내부의 증착물질이 증발되어 외부(노즐부)로 유출되도록 증착물질 증발구(324)가 마련되고, 넥(313)에는 도가니 커버(321)의 증착물질 증발구(324)와 연결되는 증착물질 이동통로(325)가 마련된다. 따라서, 도가니(312)에서 증발된 증착물질은 도가니(312) 상부의 증착물질 증발구(324)와 증착물질 이동통로(325)를 통해 노즐부(350)를 이동되는 것이다. 여기서, 도가니 커버(321)와 넥(Neck,313)은 각각 리지드 그라파이트 펠트(Rigid graphite felt) 재질로 형성될 수 있다.
한편, 도가니(312)의 하부에는 도가니(312)를 지지하는 도가니 지지대(323)가 마련된다. 도가니 지지대(323)는 단열효과가 뛰어난 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성되며, 반응조(311)의 내부에 위치한다.
반응조(311)는 도가니(312)의 외부에 배치되며, 도가니(312)와 고주파 유도가열코일(316)과 절연체(315) 및 제1단열재(314) 등을 보호하는 역할 곧, 케이스(Case) 역할을 한다.
고주파 유도가열코일(316)은 고주파 유도 전류가 흐르게 되면, 도가니(312)와 도가니(312) 내부에 저장된 증착물질을 고주파 유도가열방식으로 가열하는 역할을 한다. 따라서, 도가니(312) 내부에 저장된 증착물질은 이러한 고주파 유도가열코일(316)의 가열에 의하여 도가니(312)에서 증발하여 노즐부(350)로 이동하는 것이다. 이때, 고주파 유도가열코일(316)은 도가니(312)의 외부에서 도가니(312)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 도가니(312)는 전체면이 균일하게 가열되므로, 증착물질의 증발온도에까지 빠르게 도달되는 것이다.
한편, 고주파 유도가열코일(316)의 내부에는 냉각수가 흐르도록 냉각수 통로(322)가 마련된다. 따라서, 고주파 유도가열코일(316)에 고주파 유도전류가 인가될 시, 고주파 유도가열코일(316)의 내부에는 냉각수가 흐르기 때문에 고주파 유도가열코일(316)은 매우 높은 파워(Power)를 발생시키면서도 녹지 않는 것이다. 그리고, 고주파 유도가열코일(316)은 도가니(312)의 외부에 배치되기 때문에 고주파 유도가열코일(316)의 내부에 흐르는 냉각수는 도가니(312) 내부의 열원이 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할도 하게 된다.
또한, 고주파 유도가열코일(316)의 하부에는 고주파 유도가열코일(316)을 하부에서 지지하는 코일 지지대(320)가 마련될 수 있다. 따라서, 도가니(312)의 외부에서 도가니(312)를 둘러싸는 형태로 배치되는 고주파 유도가열코일(316)은 이 코 일 지지대(320)로 인하여 그 하부로 처지지 않게 되는 것이다.
절연체(315)는 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 사이에 개재되는바, 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)를 상호간 분리하는 역할을 한다. 따라서, 도가니(312)에서 증발된 후 누설된 금속 증기로 인하여 발생되는 고주파 유도가열코일(316)의 절연파괴 현상은 최소화되는 것이다. 이때, 절연체(315)는 알루미나((Al2O3) 재질로 형성될 수 있다.
제1단열재(314)는 고주파 유도가열코일(316)에 의하여 가열된 도가니(312)의 열을 단열하는 역할을 한다. 따라서, 제1단열재(314)는 단열성이 뛰어난 여러가지 재질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1단열재(314)는 소프트 그라파이트 펠트(Soft graphite felt)로 형성될 수 있다. 한편, 소프트 그라파이트 펠트 재질은 유도가열이 거의 안될 뿐만 아니라 단열효과가 매우 뛰어난 재질이다. 따라서, 도가니(312)는 외부로부터 단열되면서도 이 소프트 그라파이트 펠트 재질의 제1단열재(314)로 인하여 매우 빠르게 유도가열되는 것이다.
한편, 증발원부(310)에는 반응조(311)와 고주파 유도가열코일(316)의 사이에 개재되어 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 열 등을 외부로부터 단열하는 제2단열재(317)가 더 포함될 수 있다. 이 경우, 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 열 등의 외부 유출은 최소화된다. 이때, 제2단열재(317)는 단열효과가 뛰어난 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성될 수 있다.
또한, 증발원부(310)에는 반응조(311)의 외부에 배치되어 반응조(311) 내부 의 열을 냉각시켜주는 냉각커버(318)가 더 포함될 수 있다. 이때, 냉각커버(318)에는 냉각효율의 증대를 위해 냉각수가 흐르도록 냉각수관(319)이 마련될 수 있다. 따라서, 증착물질을 증발시키기 위해 가열된 증발원부(310) 내부의 열은 이 냉각커버(318)에 의해 상당부분 냉각된다. 이에, 증발원부(310)로부터 외부로 유출되는 열은 최소화된다. 그러므로, 외부로 유출되는 열로 인하여 기판(S)에 마련되는 유기 발광 표시 장치의 불량이나 수명단축 등의 문제는 미연에 방지되는 것이다. 여기서, 냉각커버(318)는 열전도율이 높은 재질, 예를 들면, 구리(Cu)재질로 형성될 수 있다.
한편, 노즐부(350)는 증발원부(310)에서 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체(352), 노즐몸체(352)에 연결되며 노즐몸체(352) 내부의 증발된 증착물질을 기판(S) 상으로 분사하는 분사노즐(353), 노즐몸체(352)를 가열하는 히터(354), 노즐몸체(352)의 외부에 마련된 하우징(351) 및, 하우징(351)과 히터(354)의 사이에 개재된 제3단열재(355)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 노즐몸체(352)는 전술한 넥(313)에 결합되며, 그 내부에는 소정크기의 증착물질 수용공간(358)이 마련된다. 따라서, 증발원부(310)의 도가니(312)에서 증발된 증착물질은 증발원부(310)의 넥(313)을 통해 노즐몸체(352)의 내부로 이동되어 노즐몸체(352)의 내부에 마련된 증착물질 수용공간(358)에 수용된다. 이때, 노즐몸체(352)는 그라파이트 재질로 형성될 수 있고, 노즐몸체(352)와 넥(313)은 나사결합 등의 방법으로 결합될 수 있다.
분사노즐(353)은 증발원부(310)에서 증발되어 노즐몸체(352)의 내부에 수용 된 증착물질을 기판(S) 상으로 분사하는 역할을 한다. 따라서, 분사노즐(353)은 증착물질 수용공간(358)과 연통되도록 노즐몸체(352)에 연결되되, 기판(S)에 대향되는 측면의 노즐몸체(352)에 연결된다. 이에, 증발원부(310)에서 증발된 후 노즐몸체(352) 내부에 수용된 증기 상태의 증착물질은 노즐몸체(352)와 연결된 분사노즐(353)을 통하여 기판(S) 측으로 분사되는 것이다. 여기서, 분사노즐(353)은 노즐몸체(352)와 일체로 형성될 수 있으며, 노즐몸체(352)와 같은 재질인 그라파이트 재질로 형성될 수 있다.
한편, 노즐부(350)의 분사노즐(353)을 통해 증발원부(310)로터 고온으로 가열된 복사열이 유출되어 기판(S)의 온도가 승온된다. 이를 방지하기 위해 분사노즐(353)의 면적을 최소화하는 것은 중요하다.
이때의 분사노즐(353)의 직경은 5 ~ 15mm가 가장 이상적이며, 이는 분사노즐(353)의 크기가 5mm 보다 작으면 기판(S) 상으로 분사되는 증착물질이 충분히 전달되지 않아 균일도 있게 증착되지 못하게 된다. 그리고, 분사노즐(353)의 직경의 크기가 15mm 이상이 되면 분사노즐(353)을 통해 소정 이상의 복사열이 나오게 되며 이로 인해 기판(S)의 온도가 상승된다.
또한, 노즐몸체(352)에 형성된 분사노즐(353)의 개수는 기판의 1m당 20개 이하인것이 바람직하다. 이는 증발원부(310)에서 가열되어 증발된 증착물질을 분사노즐(353)을 통해 충분히 기판 상에 전달하면서 이 분사노즐(353)로부터 최소한의 복사열을 전달하기 위함이다. 이때의 분사노즐(353)은 노즐부(350)에서 등간격으로 형성되어 있다.
그리고, 분사노즐(353)은 노즐부(350)의 중앙에서 양측으로 갈수록 그 숫자가 조밀하게 형성될 수도 있다.
이는 이러한 분사노즐(353)로 인하여 균일한 밀도의 증착물질의 분사가 이루어지게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 노즐부의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도 4를 통해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 노즐부(450)는 노즐몸체(452)의 일측에 다수의 분사노즐(453)이 스크류 체결될 수도 있다.
노즐몸체(452)에는 분사노즐(453)과 스크류체결 되도록 스크류 체결홈(415)이 형성되며, 이 스크류 체결홈(415)에는 증착물질이 누설되는 것을 방지하기 위한 흑연 또는 세라믹 재질 등의 기밀부재(417)가 장착되는 것이 바람직하다.
이때의 분사노즐(453)의 직경은 일실시예와 마찬가지로 5 ~ 15mm가 가장 이상적이며, 이는 분사노즐(453)의 크기가 5mm 보다 작으면 기판 상으로 분사되는 증착물질이 충분히 전달되지 않아 균일도 있게 증착되지 못하게 된다. 그리고, 분사노즐(453)의 직경의 크기가 15mm 이상이 되면 분사노즐(453)을 통해 소정 이상의 복사열이 나오게 되며 이로 인해 기판의 온도가 상승된다.
그리고, 분사노즐(453)은 노즐몸체(452)에 착탈가능함으로써, 다양한 직경의 분사노즐(453)을 변경하여 노즐몸체(452)에 장착할 수도 있다.
또한, 이때의 분사노즐(453)은 노즐부(450)에서 등간격으로 형성되어 있으며, 분사노즐(453)은 노즐부(450)의 중앙에서 양측으로 갈수록 그 숫자가 조밀하게 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 증발원은 증발원부에서 가열되어 증발되는 증착물질을 기판 상으로 분사하는 분사노즐의 직경과 개수를 한정함으로써, 기판 상으로 증발원부에서 발생된 복사열이 전달되는 것을 차단하고 증착물질이 균일도 있게 증착되는 효과가 있다.
이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 기판 상으로 증착하고자 하는 증착물질을 구비하여 증발시키는 증발원부;
    상기 증발원부와 연결되어 상기 증발원부로부터 증발된 상기 증착물질을 상기 기판 상에 분사하는 노즐부를 포함하며,
    상기 노즐부는 상기 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체와 상기 노즐몸체의 일측에 돌출형성된 다수의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐부는 재질이 흑연인 것을 특징으로 하는 증발원.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노즐부는 누설방지재가 도포된 것을 특징으로 하는 증발원.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐몸체와 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분사노즐은 그 직경의 크기가 5 ~ 15mm인 것을 특징으로 하는 증발원.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 기판의 크기가 1m 당 20개 이하인 것을 특징으로 하는 증발원.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐부에서 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐부의 중앙에서 양측으로 갈수록 간격이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐몸체와 스크류 체결된 것을 특징으로 하는 증발원.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 노즐몸체에는 상기 분사노즐이 삽입되기 위한 스크류 체결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 노즐몸체의 상기 스크류 체결홈에는 기밀부재가 추가된 것을 특징으로 하는 증발원.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 기판의 크기가 1m 당 20개 이하인 것을 특징으로 하는 증발원.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 분사노즐은 그 직경의 크기가 5 ~ 15mm인 것을 특징으로 하는 증발원.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐부에서 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 노즐부의 중앙에서 양측으로 갈수록 간격이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 증발원.
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