KR100789897B1 - 복사열을 이용하는 진공 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복사열을 이용하는 진공 증발원에 관한 것으로서, 일측에 배출구를 가지며, 소정 온도 이상으로 가열되면 빛을 발하는 발광용 도가니; 상기 발광용 도가니의 외주부에 위치하는 가열 수단; 및 상기 발광용 도가니의 내벽면과 접하도록 삽입되며, 일측에 배출구를 가지고, 상기 발광용 도가니 보다 짧은 단열 소스 도가니;를 포함하며, 상기 단열 소스 도가니의 배출구는 상기 발광용 도가니의 내부에 위치하고, 상기 단열 소스 도가니는 발광용 도가니에서 조사된 빛을 투과시키는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원을 제공한다.

본 발명에 의하면, 발광용 도가니에서 발생된 열방사선에 의해 단열 소스 도가니 내부에 보관되는 증발 물질을 전도가 아닌 복사에 의해 가열하게 되므로 증발 물질의 표면 전체에 걸쳐서 고르게 열이 전달되게 할 수 있다. 이로 인해서, 증발 물질의 증발률을 일정하게 유지할 수 있어 생성되는 박막의 질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단열 소스 도가니의 배출구가 발광용 도가니의 배출구의 내부에 위치하므로 단열 소스 도가니 부근의 온도가 저하되어 증발된 증발 물질이 단열 소스 도가니 배출구의 주위에 고착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

진공 증착, 박막, 도가니, 복사, 증발원, 광방사.

Description

복사열을 이용하는 진공 증발원{Effusion cell heated by radiant heat}

도 1은 종래의 일반적인 진공 증착 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 진공 증착 시스템에 채용되는 진공 증발원을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 복사열을 이용하는 진공 증발원의 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 실시예의 출구 부분을 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 복사열을 이용하는 진공 증발원의 다른 실시예를 도시한 도 4 상당도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...외부 케이스, 102...발광용 도가니 지지부,

104...발광용 도가니, 106...플랜지,

108...배출구, 110...열선,

112...단열 소스 도가니, 114...셔터,

116...셔터 작동축, 118...온도센서.

본 발명은 복사열을 이용하는 진공 증발원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 증착 시스템에 사용되는 진공 증발원에 관한 것이다.

유기 EL 디스플레이의 제조에서와 같이 기판상에 소정의 유기물로 이루어지는 박막을 형성하기 위한 방법으로서는 진공 증착법(evaporation), 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 그리고 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다. 이 중에서, 유기 전계 발광 소자의 유기막 등의 박막 층 형성에는 진공 증착법이 주로 사용된다. 진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 간접 가열 방식(또는 유도 가열 방식)의 증발원(effusion cell)이 사용되는데, 이러한 진공 증착 시스템 및 증발원은 도 1에 도시되어 있다.

도 1의 일반적인 진공 증착 시스템에서, 증착 챔버(30)의 상부에는 기판(10)이 장착되고, 기판(10)의 인접 하부에는 소정의 패턴이 형성될 수도 있는 마스크(11)가 배치되고, 증착 챔버(30)의 하부에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증착 물질(23)을 함유하는 도가니(22), 도가니(22)의 외측으로 형성된 열선(21), 열선(21)으로부터 원치 않는 방향으로의 복사열을 차폐시키기 위한 외벽(24)을 구비하는 증발원(20)이 배치된다. 열선(21)에 인가된 전류에 의해 열선으로부터 열이 발산되 고, 발산된 열은 도가니(22) 내의 증발 물질(23)을 증발시키고 증발된 물질이 상부의 기판(10) 상에서 응축되어 증착된다.

증착 물질을 기판(10) 상에 균일하게 형성하기 위하여, 경우에 따라서는 기판(10)을 장착하는 수단의 상부에 형성된 구동수단, 예를 들어 모터에 의하여 기판(10)이 회전될 수도 있다.

여기서, 상기 증발원은 열선(21)에 의해서 발생된 열이 도가니(22)의 벽체로 전달되고, 이로 인해 가열된 벽체로부터 증발 물질(23)로 전도에 의해 전달되는 구성을 갖는바, 증발 물질이 낮은 열전도도를 갖기 때문에 증발 물질(23)이 그 표면 전체에서 고르게 증발되는 것이 아니라 벽체와 접촉한 부분만이 증발되게 된다. 따라서, 시간이 지나면 마치 산봉우리 형태로 잔류하게 되고, 이로 인해서 증발량이 변경되어 박막의 품질이 불량해질 뿐만 아니라, 증발 물질(23)의 사용효율도 떨어지는 단점이 존재한다.

이러한 단점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 이중 도가니 구조를 갖는 증발원을 출원한 바 있다. 상기 증발원은 열선 등의 외부 열원으로부터 열을 전달받으면 가열되어 빛을 발하는 외부 도가니와, 상기 외부 도가니에서 발광된 빛을 투과하는 재질로 구성되는 내부 도가니를 포함한다. 따라서, 상기 내부 도가니에 보관되는 증발 물질은 복사의 방법으로 열을 전달받으므로 시간의 경과와 관계없이 일정한 양의 증발량을 유지할 수 있으며, 증발 물질을 고르게 사용할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 이중 도가니의 경우 증발된 증발 물질이 배출되는 배출구가 외 부에 노출되어 있으므로 다른 부분에 비해 열 전달량이 적어 증발된 물질이 미쳐 배출되지 못하고 배출구의 표면에 고착되는 문제가 있다. 이로 인해서, 장기간 사용할 경우 배출구의 유효 면적이 축소되거나 배출구가 막히게 되므로 정기적인 유지, 보수를 필요로 하는 문제점이 있다.

본 발명은 본 출원인의 이전 출원에 개시된 증발원이 갖는 장점을 그대로 유지하면서도, 도가니의 배출구에 증발 물질이 고착되는 것을 방지할 수 있는 복사열을 이용하는 진공 증발원을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 일측에 배출구를 가지며, 소정 온도 이상으로 가열되면 빛을 발하는 발광용 도가니; 상기 발광용 도가니의 외주부에 위치하는 가열 수단; 및 상기 발광용 도가니의 내벽면과 접하도록 삽입되며, 일측에 배출구를 가지고, 상기 발광용 도가니 보다 짧은 단열 소스 도가니;를 포함하며, 상기 단열 소스 도가니의 배출구는 상기 발광용 도가니의 내부에 위치하고, 상기 단열 소스 도가니는 발광용 도가니에서 조사된 빛을 투과시키는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원을 제공한다.

본 발명에 의하면 단열 소스 도가니의 배출구가 발광용 도가니의 내부에 위치하게 되므로 상대적으로 단열성이 높은 단열 소스 도가니의 배출구 부분이 발광 용 도가니의 온도보다 낮아져서 발생되는 증발 물질의 고착을 미연에 방지할 수 있게 된다. 즉, 단열 소스 도가니의 배출구 부근에도 발광용 도가니에 의해 충분한 양의 열이 전달되므로 단열 소스 도가니의 배출구 부근의 온도가 충분한 온도를 유지할 수 있게 하는 것이다.

바람직하게는, 상기 단열 소스 도가니는 석영 또는 사파이어로 이루어지는 것이 좋다. 상기 석영 또는 사파이어는 열방사선 투과도가 좋으므로 발광용 도가니에서 발광된 빛이 내부로 손실없이 전달될 수 있다.

바람직하게는, 상기 발광용 도가니는 흑연으로 이루어지는 것이 좋다. 상기 흑연은 열전도도가 양호하면서도 흑체복사 물질에 가까운 물질 중의 하나이다. 그 외에도 상기 발광용 도가니는 SiC 코팅된 흑연 및 알루미나, PBN 등의 재질로 제조될 수 있다.

바람직하게는, 상기 발광용 도가니 및 단열 소스 도가니의 배출구가 원형일 수 있으며, 또한 일측으로 연장되는 타원형일 수도 있다. 타원형의 배출구를 갖는 경우에는 넓은 면적에 대해서 동시에 박막을 증착시킬 수 있게 된다.

바람직하게는, 상기 발광용 도가니의 배출구는 상기 단열 소스 도가니의 배출구보다 작은 면적을 갖도록 할 수도 있다. 즉, 발광용 도가니의 벽체가 배출구쪽으로 갈수록 직경이 작아지도록, 즉 테이퍼 형태가 되도록 하면, 발광용 도가니의 배출구는 단열 소스 도가니의 배출구보다 작아지며, 이로 인하여 단열 소스 도가니의 배출구 부근으로 보다 많은 양의 열을 전달할 수 있게 된다.

바람직하게는, 상기 단열 소스 도가니 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 센 서를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 지지부가 냉각 수단을 포함하도록 할 수도 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복사열을 이용하는 진공 증발원의 실시예에 대해서 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 복사열을 이용하는 진공 증발원의 제1 실시예가 도시되어 있다. 상기 제1 실시예는 원통형의 외부 케이스(100)를 포함하며, 상기 외부 케이스(100)의 일단부에는 발광용 도가니 지지부(102)가 설치된다. 상기 지지부(102)는 상기 외부 케이스(100)의 단부 내부에 나사 결합 등의 방법으로 고정될 수 있다. 상기 지지부(102)의 내부에는 발광용 도가니(104)가 삽입된 상태로 지지된다.

상기 발광용 도가니(104)는 일단부에 상기 지지부(102)와 접하는 플랜지(106)가 형성되어 있으며, 상기 플랜지(106)의 중앙부에는 발광용 도가니(104)의 내부 공간과 연통되는 배출구(108)가 형성되어 있다. 상기 발광용 도가니(104)의 외측에는 가열 수단으로서의 열선(110)이 배치된다. 상기 열선(110)은 외부로부터 전원을 공급받아 저항에 의해 열을 발생시키며, 이렇게 발생된 열은 상기 발광용 도가니(104)로 전달된다. 상기 발광용 도가니(104)는 열전도도가 양호하고 흑체복사 물질에 가까운 흑연으로 이루어져 있어, 가열되면 표면으로부터 빛을 발하게 된다.

상기 발광용 도가니(104)의 내부에는 단열 소스 도가니(112)가 배치되어 있 다. 상기 단열 소스 도가니(112)는 단열성을 가지며, 투광성이 좋은 석영으로 이루어져 있다. 따라서, 발광용 도가니(104)에서 발생된 빛은 상기 단열 소스 도가니(112)를 통해서 단열 소스 도가니(112)의 내부로 전달된다. 상기 단열 소스 도가니(112)의 내부에는 증발 물질이 보관되며, 단열 소스 도가니(112)의 벽을 통과한 빛은 자신이 가지고 있는 열에너지를 복사에 의해 상기 증발 물질로 전달하게 된다. 여기서, 상기 단열 소스 도가니(112)는 단열성을 가지므로, 발광용 도가니(104)의 표면으로부터 전달되는 열은 대부분이 차단되게 된다. 결과적으로, 단열 소스 도가니(112)로 전달되는 열의 대부분은 복사의 형태로 전달되며, 이로 인해서 단열 소스 도가니(112)의 내부에 보관된 증발 물질의 표면에 고르게 열이 전달될 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 단열 소스 도가니(112)의 전체 길이는 상기 발광용 도가니(104)의 길이보다 짧으며, 단열 소스 도가니(112)의 배출구는 발광용 도가니(104)의 내부에 위치하고 있다. 따라서, 단열 소스 도가니(112)의 배출구 부근에도 발광용 도가니(104)에 의해 충분한 열이 전달될 수 있어, 증발된 증발 물질이 단열 소스 도가니(112)의 배출구 부근에 고착되는 것이 방지될 수 있다. 상기 발광용 도가니(104)의 배출구에는 상기 열선에 의해 지속적으로 열이 전달되므로 증발 물질이 고착될 우려는 없다.
또한, 상기 열선(110)의 배치 형태를 보면, 발광용 도가니(104) 중 배출구(108) 측에 보다 집중되도록, 다시 말해서 배출구(108) 부근에서 코일형태로 감겨서 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 발광용 도가니(104) 중에서 배출구(108) 부근에 대부분의 열이 가해지게 된다. 이로 인해서, 단열 소스 도가니(112)에 수용되어 있는 소스 물질의 표면에 대부분의 열이 가해지게 되어, 저장된 소스 물질 중 표면에 있는 소스 물질부터 순차적으로 증발되게 되므로, 보다 고르게 증발되도록 할 수 있어 소스 물질의 사용 효율이 높아진다.
이를 도 2에 도시된 종래 기술과 비교해보면, 도 2에서는 소스 물질(23)을 담고 있는 도가니(22)의 벽체와 접촉하는 소스 물질(23) 중에서 대기와 접하는 소스 물질(23)의 표면(도 2를 기준으로 상부 표면)을 제외한 나머지 부분(예를 들어, 바닥면과 접촉하는 부분)에 위치하는 소스 물질(23)이 가열에 의해 증발된다 하더라도 그 상부에 위치하는 소스 물질로 인해서 외부로 배출되는데 상당한 제약이 있게 되고, 경우에 따라서는 소스 물질의 증기로 인해서 소스 물질이 튀는 등의 문제가 있을 수 있다. 그러나, 본원에 의하면, 소스 물질의 내부가 아닌 대기 중으로 노출되는 표면에서부터 증발되므로 소스 물질이 원활하게 증발 및 배출될 수 있고, 그 과정에서 소스 물질이 비산되는 등의 문제가 생기지 않게 된다.

상기 발광용 도가니(104)의 배출구에는 셔터(114)가 위치한다. 상기 셔터(114)는 발광용 도가니(104)의 배출구를 개폐하는 역할을 하며, 상기 셔터(114)의 일측에 고정된 셔터 작동축(116)의 회전에 의해서 배출구를 개방 또는 폐쇄하게 된다. 또한, 상기 발광용 도가니(104)의 바닥부에 형성된 관통공을 통해서 상기 단열 소스 도가니(112)의 내부 온도를 측정하기 위한 온도센서(118)가 설치된다.

도 4를 참조하면, 상기 발광용 도가니(104)의 배출구는 원형으로 되어 있다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 배출구가 원형이 아닌 일측으로 연장된 타원형 형태를 갖도록 하면, 넓은 면적을 갖는 기판에 대해서 보다 신속하고 균일하게 박막을 형성시킬 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 발광용 도가니에서 발생된 열방사선에 의해 단열 소스 도가니 내부에 보관되는 증발 물질을 전도가 아닌 복사에 의해 가열하게 되므로 증발 물질의 표면 전체에 걸쳐서 고르게 열이 전달되게 할 수 있다. 이로 인해서, 증발 물질의 증발률을 일정하게 유지할 수 있어 생성되는 박막의 질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 알루미나 도가니보다 저렴하므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

아울러, 단열 소스 도가니의 배출구가 발광용 도가니의 배출구의 내부에 위치하므로 단열 소스 도가니 부근의 온도가 저하되어 증발된 증발 물질이 단열 소스 도가니 배출구의 주위에 고착되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 소스 물질의 내부가 아닌 대기 중으로 노출되는 표면에서부터 증발되므로 소스 물질이 원활하게 증발 및 배출될 수 있고, 그 과정에서 소스 물질이 비산되는 등의 문제가 생기지 않게 된다.

Claims (8)

1. 일측에 배출구를 가지며, 사전에 결정된 온도 이상으로 가열되면 빛을 발하는 발광용 도가니;

   상기 발광용 도가니의 외주부에 위치하는 가열 수단; 및

   상기 발광용 도가니의 내벽면과 접하도록 삽입되며, 일측에 배출구를 가지고, 상기 발광용 도가니 보다 짧은 단열 소스 도가니;를 포함하며,

   상기 단열 소스 도가니의 배출구는 상기 발광용 도가니의 내부에 위치하고,

   상기 단열 소스 도가니는 발광용 도가니에서 조사된 빛을 투과시키며,

   상기 가열 수단은 상기 단열 소스 도가니 중 배출구 측에 인접한 부분에 상대적으로 많은 양의 열량을 제공하는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단열 소스 도가니는 석영 또는 사파이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발광용 도가니는 흑연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
4. 제1항에 있어서,

   상기 발광용 도가니 및 단열 소스 도가니의 배출구가 원형인 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
5. 제1항에 있어서,

   상기 발광용 도가니 및 단열 소스 도가니의 배출구가 일측으로 연장되는 타원형인 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
6. 제1항에 있어서,

   상기 발광용 도가니의 배출구는 상기 단열 소스 도가니의 배출구보다 작은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
7. 제1항에 있어서,

   상기 단열 소스 도가니 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 복사열을 이용하는 진공 증발원.
8. 삭제

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