KR100823508B1

KR100823508B1 - 증발원 및 이를 구비한 증착 장치

Info

Publication number: KR100823508B1
Application number: KR1020060101913A
Authority: KR
Inventors: 김형민; 최용중; 김재중; 이정열; 심상진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-04-21

Abstract

증발원 및 이를 구비한 증착 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 증발원은 상부면의 일부가 개구되고 증착 물질이 위치하는 도가니, 상기 도가니의 개구된 부분과 연결되고 상기 증착 물질을 분사하기 위한 개구부를 가지는 노즐부 및 상기 도가니에 열을 공급하는 히터를 포함하고, 상기 도가니의 내부에는 상기 도가니의 바닥면과 연결되고 상기 도가니의 상부면과는 이격되면서 상기 도가니의 내부 측면에서 소정 거리 이격되어 형성되어 상기 도가니의 내부 공간을 다수개로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 구비된다.

증발원, 증착 장치, 대용량 도가니, 유기 전계 발광 표시 장치

Description

증발원 및 이를 구비한 증착 장치{EVAPORATION SOURCE AND ORGANIC MATTER SPUTTERING APPARATUS WITH THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 I-I'의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 증착 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 도가니(crucible)를 포함하는 증발원(evaporation source) 및 이 증발원을 구비하는 증착 장치에 대한 것이다.

최근, 음극선관의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display)), 전계 방출 표시 장치(FED: Field Emission Display), 플라즈마 표시 장치(PDP: Plasma Display Panel) 및 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display) 등이 있다.

이 중에서 상기 유기 전계 발광 표시 장치는 유기물 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다. 이러한 유기 전계 발광 표시 장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량이며,박형이고, 시야각이 넓을 뿐만 아니라, 응답 속도 또한 빠르다는 장점이 있다.

상기한 유기 전계 발광 표시 장치의 유기 전계 발광 소자는 다이오드 특성을 가져서 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode)라고도 불리우며, 기판상에 적층식으로 형성되는 애노드 전극과 유기막 및 캐소드 전극을 포함한다.

상기 유기막은 유기 발광층(emitting layer: EML)을 구비하는데, 이 유기 발광층에서 정공과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛이 발생한다.

발광 효율을 보다 높이기 위해서는 정공과 전자를 유기 발광층으로 보다 원활하게 수송해야 한다. 이를 위해 캐소드 전극과 유기 발광층 사이에는 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)이 배치될 수 있고, 애노드 전극과 유기 발광층 사이에는 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL)이 배치될 수 있으며, 또한 애노드 전극과 정공 수송층 사이에 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL)이 배치될 수도 있고, 캐소드 전극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL)이 배치될 수도 있다.

기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공 증착(evaporation)법, 이온 플레이팅(ion plating)법, 및 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리 기상 증착(PVD)법과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다.

이 중에서, 유기 발광 소자의 유기막을 포함하는 박막층 형성에는 진공 증착법이 주로 사용된다.

진공 증착법을 이용하여 유기막을 증착하는 일반적인 증착장치에서, 증착 챔버의 상부에는 기판이 장착되고, 증착 챔버의 하부에는 증발원이 배치된다.

상기 증발원은 증착 물질을 함유하는 도가니와, 도가니의 외측에 설치되며 증착 물질을 증발시키기 위한 열원으로 작용하는 열선을 포함한다.

상기한 증발원의 열선을 작동시키면 도가니 및 도가니 내부의 증착 물질이 가열되고, 증발된 증착 물질이 챔버의 내측 상부에 장착된 기판에 증착되어 상기 기판에 유기막 등이 형성된다.

그런데, 기존의 도가니는 수납되는 증착 물질의 양이 적어서 대용량의 양산화에는 적용하기 어려우며, 대용량으로 도가니를 제작하는 경우에는 도가니 내부에서의 온도 편차를 감소시키기 힘든 문제가 있다.

또한, 리볼버 형태의 복수 도가니 구조에서는 리볼버 회전 후 새 도가니를 가열하여 증착 속도를 안정화하는 시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 대용량 도가니의 내부에 히터를 구비한 격벽을 배치하여 대용량이면서도 전열시에 도가니 내부의 온도 균일도를 향상시킨 증발원 및 이를 구비한 증착 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 증발원은 상부면의 일부가 개구되고 증착물질이 위치하는 도가니, 상기 도가니의 개구된 부분과 연결되고 상기 증착 물질을 분사하기 위한 개구부를 가지는 노즐부 및 상기 도가니에 열을 공급하는 히터를 포함하고, 상기 도가니의 내부에는 상기 도가니의 바닥면과 연결되고 상기 도가니의 상부면과는 이격되면서 상기 도가니의 내부 측면에서 소정 거리 이격되어 형성되어 상기 도가니의 내부 공간을 다수개로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 구비된다.

이때, 상기 도가니의 상부면 및 상기 격벽의 수평단면은 원형으로 형성되고, 상기 격벽간의 간격 및 상기 격벽과 상기 도가니의 내부 측면과의 간격은 동일하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 히터는 상기 노즐부의 둘레에 형성되는 상부 히터, 상기 도가니의 외부 측면을 둘러싸도록 형성되는 제1 하부 히터 및 상기 격벽의 내부에 구비되는 제2 하부 히터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 히터 및 상기 하부 히터는 나선형 코일로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도가니의 상부면, 상기 상부 히터 및 제2 하부 히터와 접촉하도록 배치된 실드 커버를 더욱 구비할 수 있다.

또한, 상기 증착 물질은 금속, 유기물 및 무기물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 증착 장치는 상기한 구성의 증발원, 증착 챔버, 상기 증착 챔버의 내부 상측에 배치되며 기판을 고정하는 기판 장착부 및 상기 증발원에서 증발되어 상기 기판 장착부의 기판에 증착되는 증착 물질의 막 두께를 감지하는 막 두께 감지 센서를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발원(100)의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 I-I'의 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 증발원(100)은 증발 물질을 저장하고, 상기 저장된 증발 재료를 가열하여 증발시킨 후, 증발된 증기를 기판상으로 분사하여 기판 상에 증착막을 형성하는 기능을 한다. 이 증발원은 도가니(10), 노즐부(20), 히터(30,31,32)를 포함하여 구성된다.

상기 도가니(10)는 내부에 공간이 형성되어 금속, 유기물 및 무기물을 용융할 수 있도록 비금속 재질로 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는 흑연, SiO₂, BN 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 도가니(10)는 상부면(10a)이 원형으로 형성될 수 있다.

상기 도가니(10)의 상부면(10a)에는 개구부(11)가 형성되어 증착 물질이 증발되어 노즐부(20)를 통해 기판으로 분사되도록 한다.

상기 도가니(10)의 내부에는 상기 도가니(10)의 바닥면(10c)과 연결되고 상기 도가니(10)의 상부면(10a)과는 이격되면서 상기 도가니(10)의 측면(10b)으로부터 소정 거리 이격되어 형성되는 원형의 격벽(15a, 15b)이 형성된다. 상기 격벽(15a, 15b)은 상기 도가니(10)의 내부 공간을 다수로 분할하는데, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 상기 격벽(15a, 15b)은 상기 도가니와 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서는 도가니(10) 내부에 2개의 격벽을 형성하였는데, 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 복수로 형성될 수 있다.

또한, 상기 격벽(15a, 15b)은 상기 도가니 상부면(10a)의 둘레 형상에 대응하도록 수평단면이 원형으로 형성되고, 상기 격벽(15a, 15b)간의 간격 및 도가니(10)의 측면(10b)으로부터 격벽(15b)과의 간격이 동일하게 형성될 수 있다.

상기 도가니(10)의 격벽(15a, 15b)에 의하여 구획된 각 공간에 위치하는 증착 물질은 유기물 또는 무기물을 사용할 수 있다. 따라서, 유기 전계 발광 소자를 이루는 유기막층 또는 무기막층을 성막하는데 상기 유기물 또는 무기물을 사용할 수 있다.

또한, 상기 증착 물질로 금속을 사용할 수 있다. 유기 전계 발광 소자의 애노드 전극 및 캐소드 전극과 같은 전극을 형성하는데 있어서 금속을 이용할 수 있다. 상기 캐소드 전극을 형성함에 있어서는 일함수가 낮은 도전성 금속으로서 Mg, Ca, Ag, Al 및 이들의 합금으로 이루어진 물질 등을 이용할 수 있다.

상기 도가니(10)는 상기 노즐부(20)와 연결되어 있다. 상기 노즐부(240)는 상기 증착 물질이 유동하여 통과할 수 있는 개구부(21)를 구비하고 있다. 상기 노즐부(20)는 상기 도가니(10)와 마찬가지로 금속, 유기물 및 무기물 등의 용융에 이 용될 수 있는 흑연, SiO₂, BN 등으로 형성된 도가니를 사용할 수 있다.

상기 노즐부(20)는 상기 히터(30,31,32)에 의해 가열된 상기 증착 물질을 분사하는 다수개의 노즐(미도시)을 구비할 수 있다.

상기 도가니를 가열하는 히터는 노즐부의 둘레를 둘러싸도록 형성되는 상부 히터(30), 상기 도가니(10)의 외부 측면(10b)을 둘러싸도록 형성되는 제1하부 히터(31), 상기 격벽의 내부에 구비되는 제2하부 히터(32)로 구성된다. 상부 히터(30)는 균일한 온도를 유지하여 노즐부(20)에서 증착 재료가 고착되어 성장하는 것을 막고, 하부 히터(31, 32)는 증착 속도를 조절하는 역할을 담당하게 된다.

이때, 상기 상부 히터(30) 및 상기 하부 히터(31,32)는 나선형 코일로 이루어질 수 있다.

이상과 같이, 도가니(10) 내부에 증착 물질 저장 공간을 구획하는 소정 간격의 격벽(15a, 15b)을 형성하고, 이러한 소정 간격의 격벽(15a, 15b) 내부에 히터(32)를 구비하므로, 대용량 도가니의 경우에도 도가니 내부의 온도 조절이 용이하다. 또한, 증착 물질이 도가니 내부의 어느 위치에 존재하더라도 일정한 에너지를 전달 받게 한다. 따라서, 수납되는 증착 물질의 양을 늘려 대용량의 양산이 가능하다.

한편, 상기 도가니(10)의 상부면(10a), 상기 상부 히터(30) 및 제2 하부 히터(31)와 접촉하도록 실드커버(40)가 배치된다. 상기 실드커버(40)는 열전도도가 우수한 금속 물질로 형성되는데, 상부 히터(30) 및 제1 하부 히터(31)와 접촉하면 서 도가니(10)의 상부면(10a)과 접촉하기 때문에 도가니(10) 상부 쪽 증착 물질의 온도 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 대용량 도가니 내의 온도 편차를 더욱 저감시킬 수 있고, 노즐부(20)에서 증착 물질이 고착되는 것을 막을 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

전술한 구성요소로 이루어진 증발원(100)은 증착 장치(1000)에 사용될 수 있다. 즉, 증착 장치(1000)는 상기한 구성의 증발원(100), 증착 챔버(200), 이 증착 챔버(200)의 내부 상측에 배치되며 기판(310)을 고정하는 기판 장착부(300) 그리고 상기한 증발원(100)에서 증발되어 상기 기판 장착부(300)의 기판에 증착되는 증착 물질의 막 두께를 감지하는 막 두께 감지 센서(320)를 포함하여 구성된다.

상기한 구성의 증발원(100)은 증착 챔버(200)의 내측 하부에 배치되며, 증착 챔버(200)의 내측 상부에는 기판(310)을 장착하기 위한 기판 장착부(300)가 배치된다.

그리고 상기 증발원(100)은 증발된 물질의 증착 특성을 고려하여 기판(310)의 중심부로부터 일정한 거리만큼 오프셋(offset)된 상태로 설치될 수 있으며, 막 두께 균일성을 향상시키기 위하여 상기 기판(310)은 모터(M)에 의해 일정한 회전 속도로 회전될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 상기 기판(310)의 인접 하부에는 소정의 패턴으로 형성된 막 형성용 마스크를 배치할 수도 있으며, 증착 챔버(200)의 내부에는 증발원(100)으로부터 증발되어 기판(310)에 증착되는 유기물 등의 막 두께를 감지 하기 위한 막 두께 감지 센서(320)가 설치될 수도 있다.

본 발명은 수납되는 증착 물질의 양을 늘린 대용량 도가니를 제공하므로, 대용량의 양산화가 가능하다.

또한, 본 발명은 도가니 내부에 구획별로 나눠진 히터구조를 도입하여 대용량 도가니 내부의 큰 온도 편차를 최소화하여 증착 재료의 변성 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 대용량 도가니를 사용함으로서, 복수 도가니 구조에서의 증착 속도를 안정화하는 시간을 절감할 수 있어 증착 장비의 생산 효율을 극대화 할 수 있다.

Claims

상부면의 일부가 개구되고 증착 물질이 위치하는 도가니,

상기 도가니의 개구된 부분과 연결되고 상기 증착 물질을 분사하기 위한 개구부를 가지는 노즐부 및

상기 도가니에 열을 공급하는 히터

를 포함하며,

상기 도가니의 내부에는 상기 도가니의 바닥면과 연결되고 상기 도가니의 상부면과는 이격되면서 상기 도가니의 내부 측면에서 소정 거리 이격되어 형성되어 상기 도가니의 내부 공간을 다수개로 분할하는 적어도 하나 이상의 격벽이 구비되고,

상기 도가니의 상부면 및 상기 격벽의 수평단면은 원형으로 형성되고, 상기 격벽간의 간격 및 상기 격벽과 상기 도가니의 내부 측면과의 간격은 동일하게 형성되는 증발원.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 히터는 상기 노즐부의 둘레에 형성되는 상부 히터, 상기 도가니의 외부 측면을 둘러싸도록 형성되는 제1 하부 히터 및 상기 격벽의 내부에 구비되는 제2 하부 히터를 포함하는 증발원.
제3 항에 있어서,

상기 상부 히터와 상기 제1 및 제2 하부 히터는 나선형 코일로 이루어진 증발원.
제4 항에 있어서,

상기 도가니의 상부면, 상기 상부 히터 및 제2 하부 히터와 접촉하도록 배치된 실드 커버를 더욱 구비하는 증발원.
제1 항에 있어서,

상기 증착 물질은 금속, 유기물 및 무기물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 증발원.
제1 항 및 제3 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 기재된 증발원을 구비하는 증착 장치로서,

증착 챔버,

상기 증착 챔버의 내부 상측에 배치되며, 기판을 고정하는 기판 장착부 및

상기 증발원에서 증발되어 상기 기판 장착부의 기판에 증착되는 증착 물질의 막 두께를 감지하는 막 두께 감지 센서

를 포함하는 증착 장치.