KR100889759B1

KR100889759B1 - 유기박막 형성장치 및 그 가열용기

Info

Publication number: KR100889759B1
Application number: KR1020020052899A
Authority: KR
Inventors: 우지하라타카시; 정상오
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2009-03-24
Also published as: KR20040021291A

Abstract

본 발명은 용기 내에 수납되는 유기물질의 양에 관계없이 장시간 안정적으로 유기물질을 기화시켜 기판에 유기 박막을 형성시키도록 하기 위한 것으로, 유기물이 수납되는 장전부와, 상기 장전부의 하부 측면에 형성된 개구부와, 상기 개구부를 통해 장전부와 연통되고 기화된 유기물 가스가 통과하는 토출부를 포함하되, 상기 토출부에는 기화된 유기물이 토출되도록 하방으로 개방된 노즐이 구비된 용기 본체와, 상기 장전부의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 가열하여 기화시키는 저면 히터와, 상기 용기 본체의 외측면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 측면 히터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기에 관한 것이며, 이 가열용기가 진공챔버의 내부 상측에 설치되어 기화된 유기물가스가 하방으로 개방된 노즐을 통해 토출되어 상기 진공챔버의 내부 하측 장착부에 고정된 기판에 증착되도록 하는 유기박막 형성장치에 관한 것이다.

Description

유기박막 형성장치 및 그 가열용기 {Forming apparatus of organic thin film and heating crucible thereof}

도 1은 일반적인 유기박막 형성장치의 개방형 가열용기의 단면도.

도 2는 일반적인 유기박막 형성장치의 커버형 가열용기의 단면도.

도 3은 종래 커버형 가열용기의 다른 형태를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열용기의 분해 사시도.

도 5는 도 4에 따른 가열용기 단면도.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기박막 형성장치의 용기 본체 및 저면히터를 나타내는 파단 사시도 및 평면도.

도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유기박막 형성장치의 하부 용기 및 노즐히터를 나타내는 파단 사시도 및 평면도.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가열용기의 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 유기박막 형성장치를 나타내는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

90: 진공챔버 92: 기판

100: 가열용기 110: 장전부

111: 용기 본체 112: 개구부

113: 저면 히터 114: 제 1측면 히터

120: 토출부 121: 하부 용기

122: 노즐 123: 노즐 히터

124: 제 2측면 히터 115,125: 열전대

116,126: 단열막 130: 커버

132: 배선 파이프 140: 추

150: 유기물 160: 제어부

본 발명은 유기박막 형성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기물질을 수납하고 가열하여 증착시키는 유기박막 형성장치 및 그 가열용기에 관한 것이다.

일반적으로 유기 전자 발광 소자는 기판 상부에 소정패턴의 양극층이 형성되어 있고, 이 양극층 상부로 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 등의 유기막이 순차적으로 형성되며, 이들 유기막의 상부에 상기 양극층과 직교하는 방향으로 소정패턴의 음극층이 형성되어 있는 구조를 갖는다.

이러한 구성을 가지는 유기 전자 발광 소자에 있어서, 홀수송층, 발광층, 전자 수송층 등 유기박막을 형성시키는 기술 중 진공증착법이 널리 알려져 있다. 이 진공 증착법은 내부 압력이 10^-6 내지 10^-7torr로 조절되는 진공챔버 내부에 유기박막을 성막시킬 기판을 장착하고 이 기판에 유기물이 담긴 가열용기로부터 유기물 질을 기화시켜 증착시키는 방법으로 행해진다.

이 진공 증착법에 있어서, 증착될 유기물을 수납하고 가열하여 승화시키는 가열용기는 증착될 유기박막의 상태를 직접적으로 제어하는 것으로 유기 박막 형성공정에 있어 중요한 부분을 차지한다. 이에 따라 근자에 이 가열용기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1 및 도 2는 종래에 일반적으로 사용되고 있는 유기 박막 형성장치의 가열용기에 대한 두가지 타입을 나타낸 것이다.

우선, 도 1은 상방으로 개구된 개구부(12)를 구비한 본체(11)와, 이 본체(11)의 외벽을 감싸는 히터(13)를 포함하는 개방형 가열용기(10)를 나타낸다. 이러한 개방형 가열용기에는 일본 특개 제2000-223269호에 개시된 바와 같이, 소규모의 가열용기를 다수개 형성하여 가열용기 자체의 개구부가 작도록 하여 유기박막의 균일도를 향상시키는 방법이 있고, 일본 특개 제2000-12218호에서 볼 수 있듯이, 가열용기의 외측면에 히터를 밀착 형성시키고, 증착속도를 검출하여 이를 제어함으로써 장시간 안정적인 증착이 가능하고, 두께의 균일도를 향상시키는 기술이 있다. 또한, 일본 특개 제2000-68055호에는 히터를 본체의 외부, 특히 본체의 측부와 바닥부에 밀착 형성시키고, 더 나아가 바닥으로부터 돌출된 히터를 더 구비시킨 가열용기가 개시되어 있으며, 일본 특개 제2000-160328호에는 본체를 감싼 히터의 외측으로 열반사 부재를 배치하여 증착되는 유기막의 균일도를 향상시키는 가열용기가 개시되어 있다.

상기와 같은 개방형 가열용기들에 있어서는 개구부가 완전히 열려 있기 때문 에 기판에 증착되는 유기박막의 균일도가 대체로 좋지 않다. 이에 따라 상기 각 특허에서도 이 균일도를 향상시키는 데 많은 초점이 맞추어져 있으나, 그 구조상의 한계로 인하여 균일도의 향상에 다소 어려움이 있다. 또한, 이러한 개방형 가열용기들은 유기물의 소모가 많아 원가를 상승시키는 문제가 있어, 유기 전자 발광 소자의 양산과정에서는 채택하기 어렵다.

한편, 또 다른 타입의 유기 박막 형성장치의 가열용기는 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(21)의 개구부(22)를 밀폐하도록 커버(25)가 더 구비되어 있다. 이러한 커버형 가열용기(20)는 커버(25)에 형성된 노즐(25a)을 통해 유기물이 외부로 토출되어 기판에 증착됨으로써 유기물의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기판에 증착되는 유기박막의 균일도 문제를 개선하였다.

이러한 커버형 가열용기에는 일본 공개 특허 제 특개평10-195639호에서 볼 수 있는 바와 같이, 용기보다 직경이 작은 용기형의 커버를 유기물 상부에 근접하도록 형성하여 증발 속도를 용이하게 제어하도록 한 기술을 비롯하여, 커버에 형성된 노즐 부분을 개선한 많은 기술들이 제안되고 있다.

그런데, 이와 같은 커버형 가열용기에는 여전히 다음과 같은 문제점들이 내재되어 있다.

곧, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 유기물을 가열하는 히터(23)가 가열용기(20)의 본체(21) 외주를 따라 형성되어 있기 때문에 가열용기(20)의 커버(25) 부근, 특히 노즐(25a) 부위의 온도가 낮게 된다. 이렇게 노즐(25a) 부위의 온도가 낮음으로 인해 기화되어 토출되는 유기물 가스가 노즐(25a) 부근에서 재결정화되어 그 내벽에 부착되고, 이는 결국 노즐(25a)을 폐쇄시키게 되는 구멍 막힘 현상을 유발하게 되는 것이다. 이러한 구멍 막힘 현상을 제거하기 위하여 본체(21) 외벽의 온도를 높여주면 증착시 유기물이 변질되어 소자의 특성을 나쁘게 만들기 때문에 특정 온도 이상으로의 가열은 곤란하다.

이러한 구멍 막힘 현상을 방지하기 위한 다른 방법으로서, 커버의 상부에 히터를 설치하기도 하나, 이도 그 상방으로의 방열로 인해 진공 챔버를 데우게 되므로 추가 단열재의 설치가 필수적이고, 이에 따라 그 구조가 매우 복잡하게 되는 문제가 있다. 그리고, 상기 커버형 가열용기는 일반적으로 소정의 강도를 가지며 열전도성이 좋은 금속제로 형성되는 데, 이 경우 커버나 용기의 온도를 측정하기 위한 열전대의 설치가 곤란하며, 특히 그 내부의 온도를 측정하기는 더욱 곤란하였다.

그리고, 상술한 바와 같은 가열용기는 기본적으로 히터로부터 전도된 열을 이용한 것으로, 이는 또한 다음과 같은 문제들을 안고 있다.

곧, 용기 내에 수납된 유기물질들이 기화되어 토출됨에 따라 유기물의 양이 감소하게 되고, 용기의 외벽으로부터 가열하는 히터로부터의 열전도면적이 줄어들게 된다. 이에 따라 일정한 토출량을 유지하기 위해서는 히터의 온도를 높여야 한다. 그런데, 이렇게 히터의 온도를 높이게 되면, 유기물의 열분해 문제가 또한 발생하게 된다. 이는 유기 전자 발광 소자의 유기 박막을 형성하기 위한 유기물들이 그 기화 온도와 변성 온도의 차가 그리 크지 않기 때문으로 이 부근에서 상당히 세심한 주의를 기울일 필요가 있다.

또한, 상술한 바와 같은 유기박막 형성장치의 가열용기를 이용하여 유기 전자 발광 소자의 유기막을 증착시킬 때에는 기화된 유기물 가스가 상향 진행하여 마스크를 지나 기판에 증착되기 때문에 기판 및 마스크를 지지하기 위한 설비가 복잡하며, 또, 대형의 기판에 유기막을 증착시킬 경우에는 상기 마스크의 차폐부가 쳐지는 현상이 발생되는 문제가 있다.

따라서, 근자에 상기와 같은 종래의 유기박막 형성장치와 근본적으로 다른 구조를 갖는 유기박막 형성장치를 개발하려는 노력들이 진행중에 있다.

가열용기의 또 다른 형태의 하나로서 일본 특개 제2000-164356호에는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 커버(32)에 소정의 패턴을 갖는 개구부(32a)가 형성되어 있고, 유기물은 별도의 원료 유로(36)를 통해 공급되어 용기 외부에 설치된 히터들(33)에 의해 증발되는 유기박막 제조장치의 증발원이 개시되어 있다. 이 증발원(30)은 용기(31) 내로 관통되도록 설치된 원료 유로가 유기물을 공급하고, 공급된 유기물은 용기 외부의 히터(33)에 의해 증발되어 화살표 b 방향으로 진행하여 개구부(32a)를 통해 기판(37)에 증착된다.

그런데, 이러한 방법에 있어서는 기판과 증발원과의 거리가 매우 짧아 성막되는 유기막의 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용기 내에 수납되는 유기물질의 양에 관계없이 장시간 안정적으로 유기물질을 기화시킬 수 있는 유기박막 형성장치 및 그 가열용기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 기화된 유기물 가스가 하향되도록 함에 따라 기판에 유기막 패턴을 형성시키기 위한 마스크의 차폐부가 기판에 밀착되도록 하여 섀도우 효과가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 커버의 내면, 특히 노즐 부위에서 유기물질이 재결정화하여 부착되는 구멍 막힘 현상을 방지할 수 있는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 커버의 온도 측정이 용이한 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열에 따른 유기물질의 열분해 문제를 해결하여 효과적으로 유기물질을 기화시킬 수 있는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조로 히터를 용기에 일체형으로 형성시켜 생산성을 향상시키며, 분해 및 결합이 용이한 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기물이 수납되는 장전부와, 상기 장전부의 하부 측면에 형성된 개구부와, 상기 개구부를 통해 장전부와 연통되고 기화된 유기물 가스가 통과하는 토출부를 포함하는 것으로, 상기 토출부에는 기화된 유기물이 토출되도록 하방으로 개방된 노즐이 구비된 용기 본체와, 상기 장전부의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 가열하여 기화시키는 저면 히터와, 상 기 용기 본체의 외측면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 측면 히터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 하부 용기의 저면에는 상기 노즐의 주위로 노즐 히터가 더 구비되도록 할 수 있고, 상기 장전부에는 상기 장전된 유기물을 누르도록 추가 더 수납되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 용기 본체는 절연성 물질로 이루어지고, 상기 저면 히터, 측면 히터 및 노즐 히터 중 적어도 하나는 그것이 설치된 상기 용기 본체의 외면에 밀착 형성된 박막 히터로 할 수 있고, 이 때, 상기 박막 히터는 양단에 각각 양극 및 음극단자가 연결된 단일의 도선 패턴으로 상기 박막 히터가 형성된 외부용기의 외면 전체에 걸쳐 고르게 패턴되도록 할 수 있으며, 특히 이 박막 히터는 소정의 패턴으로 인쇄된 백금 히터로 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 용기 본체에는 적어도 하나 이상의 열전대가 내장되고, 상기 박막 히터의 외부에는 단열성 및 절연성을 갖는 물질로 이루어진 단열막이 더 형성되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 절연성 물질은 열방사성이 우수한 물질로 할 수 있으며, 특히, 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 할 수 있다.

본 발명은 또한 상술한 목적을 달성하기 위하여, 내부에 유기물이 수납되고, 하부 측면으로 기화된 유기물이 빠져 나오도록 적어도 하나 이상의 개구부가 형성된 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개구부를 포함하여 상기 개구부를 통해 상기 용기 본체와 연통되도록 그 하부에 결합되는 것으로, 저면으로 유기물 기체가 토출되 는 노즐이 형성된 하부 용기와, 상기 용기 본체의 상부를 밀폐시키는 커버와, 상기 용기 본체의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 기화시키는 저면 히터와, 상기 용기 본체 및 하부 용기의 외측면을 둘러싸도록 설치된 적어도 하나 이상의 측면 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공한다.

그리고, 본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부 하측에 설치되어 유기박막이 형성될 기판이 고정되는 장착부와, 상기 기판과 대응되는 진공챔부의 내부 상측에 설치되는 것으로, 상기 유기박막을 형성하는 유기물이 그 내부에 장전되고, 상기 장전된 유기물을 하부로부터 가열하여 기화시켜 하방으로 개방된 노즐을 통해 토출시키는 가열용기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기박막 형성장치 및 그 가열용기를 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 유기박막 형성장치는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 진공챔버(90)와, 그 내부 하측에 설치되어 박막이 형성될 기판(92)이 고정되는 장착부(95)와, 상기 기판과 대응되는 진공챔버(90)의 내부 상측에 설치되는 가열용기(100)를 포함한다. 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 진공챔버(90)는 이의 내부를 진공시키기 위한 진공펌프를 구비한다. 상기 기판(92)의 상부에는 소정 패턴의 개구를 가진 마스크(93)가 설치되어 증착되는 유기막을 패턴화할 수 있다. 이렇게 본 발명에 따른 가열용기(100)는 용기에 부착된 지지대(134)에 의해 진공챔버(90) 내부의 용기 고정부(91)에 설치되어 하방으로 유기막을 토출해내며, 유 기물 가스는 자중에 의해 기판(92)에 증착된다.

이러한 유기박막 형성장치에 있어서, 가열용기(100)는 도 4와 같은 구성을 가질 수 있다. 곧, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유기박막 형성장치의 가열용기(100)는 크게 유기물을 수납하도록 형성된 용기 본체(111)와, 이 용기본체(111)의 하부에 결합되는 것으로, 저면으로 유기물 가스가 토출되는 노즐(122)이 형성된 하부 용기(121)로 대별된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 유기박막 형성장치의 가열용기(100)는 상기 용기 본체(111)와 하부 용기(121)가 모두 원통상으로 형성되고, 상기 용기 본체(111)의 하부 측면에는 기화된 유기물 가스가 빠져 나올 수 있도록 적어도 하나 이상의 개구부(112)가 형성된다. 그리고, 하부용기(121)는 상기 개구부(112)를 포함하도록 용기 본체(111)에 결합되는 데, 이러한 결합은 용기 본체(111)의 개구부(112)가 설치된 부분의 직상부에 형성된 나사 가공된 체결부(117)에 하부용기(121)의 중심방향으로 돌출된 결합부(127)가 결합되도록 하는 방식으로 이루어진다. 따라서, 이러한 용기 본체(111)와 하부용기(121)의 결합이 이루어지도록 상기 개구부(112)가 형성된 부분은 체결부(117)가 형성된 부분보다 그 직경이 작도록 형성하는 것이 바람직하다.

이렇게 형성된 가열용기에 유기물을 가열하도록 소정의 히터들이 설치되는 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열용기(100)는 상기 용기 본체(111)의 저면에 수납된 유기물을 기화시키는 저면 히터(113)가 설치되고, 용기 본체(111) 및 하부 용기(121)의 측면으로 적어도 하나 이상의 측면 히터들(114)(124)이 설치 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 측면 히터는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 용기 본체(111)의 측면에 설치되는 제 1측면 히터(114)와 하부 용기(121)의 측면에 설치되는 제 2측면 히터(124)로 구비될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제 1 측면 히터(114)는 구비하지 않아도 무방하다. 그리고, 이에 더하여 하부 용기(121)의 저면에는 상기 노즐(122)을 중심으로 노즐 히터(123)가 더 설치될 수 있다.

상기 용기 본체(111)에는 그 내부에 기화될 유기물이 장전되고 그 상부가 캡(130)에 의해 밀폐되어지는 데, 장전된 유기물의 상부로 추(140)가 수납되어 유기물의 양이 감소함에 따라 장전 형태가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 도 4에서 볼 수 있듯이, 용기 본체(111)에는 그 중심부를 따라 배선 파이프(132)가 더 형성되는 데, 이 배선 파이프는 용기 본체(111)의 저면에 형성된 저면 히터(113) 및 열전대 등의 배선이 통과하는 부분이 된다.

다음으로, 이러한 가열용기(100)의 세부 구성을 도 5 내지 도 8을 참고로 보다 상세히 설명한다.

우선, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열용기(100)는 유기물이 장전되는 장전부(110)와, 기화된 유기물 가스가 통과하는 토출부(120)로 구비된다. 이 장전부(110)와 토출부(120)은 각각 용기 본체(111)와 하부 용기(121)에 의해 구성되어 지는 것으로, 용기 본체(111)의 하부 측면에 형성된 적어도 하나 이상의 개구부(112)를 통해 상호 연통된다. 이를 위해 도 5에서 보듯이, 상기 토출부(120)를 이루는 하부용기(121)는 상기 개구부(112)를 포함하여 상기 용기 본체(111)의 하부를 감싸듯이 형성된 구조를 갖는다.

용기 본체(111)는 도 5 및 도 6a에서 볼 수 있듯이, 상부는 유기물을 장전할 수 있도록 개방되어 있는 용기로서, 그 중심부에 배선 파이프(132)가 형성되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 정전된 유기물(150)의 상부로 추(140)가 더 수납되도록 하여 증착이 진행되어 감에 따라 감소되는 유기물(150)을 눌러주어 장전된 유기물(150)의 장전형태 등이 변화되지 않도록 한다. 용기 본체(111)의 개방된 상부는 캡(130)에 의해 밀폐되어 지며, 이 캡(130)의 상부에는 이 용기를 진공 챔버 내에 고정시키기 위한 지지대(134)가 별도로 더 설치될 수 있다. 그리고, 하부 측면에는 적어도 하나 이상의 개구부(112)들이 형성되어 유기물 가스가 배출될 수 있도록 형성되며, 이 개구부(112)의 직상부 외면은 나사형태로 가공되어 하부 용기(121)와 체결될 수 있도록 체결부(117)가 형성되어 있다. 그리고, 이러한 체결이 용이하도록 개구부(112)가 형성된 부분은 체결부(117)가 형성된 부분보다 직경이 작도록 형성하는 것이 바람직하다.

용기 본체(111)는 도 5에서 볼 수 있듯이, 그 저면 및 측면에 설치된 히터들(113)(114)로부터 발생된 열을 그 내부로 온전히 전달할 필요가 있기 때문에 열전도성 및 열방사성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 질화붕소(BN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN)등이 바람직하나, 후술하는 바와 같이, 그 표면에 박막의 히터가 장착될 것에 대비하여 금속보다는 절연체로 형성하는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 용기 본체(111)에는 그 저면에 저 면 히터(113)가 설치되고, 그 측면으로는 제 1측면 히터(114)가 설치될 수 있다.

저면 히터(113)는 용기 본체(111)에 장전된 유기물(150)을 가열해 기화시키는 것으로서, 열응답성 및 온도 제어가 용이해야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 저면 히터(113)를 그림에서 볼 수 있듯이, 용기 본체(111)의 외측 저면에 밀착 형성된 박막 히터로 하였다. 저면 히터(113)를 도 5와 같이 박막으로 외부용기(110)의 바닥 표면에 밀착 형성시킬 경우에는 그 바닥면 전체에 걸쳐 고르게 열이 전달될 수 있으며, 온도의 제어가 용이하게 된다.

이 저면 히터(113)는 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이 일단이 양극 단자(113a)와 연결되고, 타단이 음극 단자(113b)와 연결되어 이 단자들(113a)(113b)을 통해 외부에서 전기를 공급받아 발열하는 것으로, 상기 양극 및 음극 단자들(113a)(113b)은 각각 배선 파이프(132: 도 5 및 도 6a 참조)를 통해 유입된 외부 선로에 연결된다. 곧, 상기 저면 히터(113)는 전류가 흐르도록 소정의 저항을 가진 물질을 박막으로 코팅하여 형성되는 것이다.

저면 히터(113)에 형성되는 패턴은 도 6b와 같이, 동심원상으로 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 이 밖에도 용기 본체(111)의 저면 전체에 걸쳐 고르게 분포될 수 있도록 다양하게 패턴시킬 수 있다.

이러한 저면 히터(113)는 백금을 스크린 인쇄하여 형성할 수 있으며, 이 밖에도 밀착 형성이 가능한 것이면 어떠한 것도 적용시킬 수 있다. 곧, 금속입자와 금속산화물을 함유하는 도전성 페이스트를 표면에 인쇄하고 소결하여 발열체를 형성할 수도 있으며, 열분해 그라파이트 박막을 CVD법으로 성막시킬 수도 있다.

이렇게 저면 히터(113)가 도전성을 띤 발열체가 되므로, 저면 히터(113)가 밀착 형성되는 용기 본체(111)는 절연성 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 용기 본체(111)를 형성하는 절연성 물질은 열전도성을 갖는 세라믹재질로 하는 것이 바람직한 데, 이에는 질화 알루미늄과 같은 질화물 세라믹이나, 탄화규소와 같은 탄화물 세라믹이 바람직하다.

그런데, 이러한 용기 본체(111)를 형성하는 절연성 물질로서 더욱 바람직한 것은 열방사성이 우수한 물질이다. 곧, 용기 본체(111)에 있어 그 외측 저면에 형성된 박막의 저면 히터(113)에 의하여 이 용기 본체(111)의 내측 저면에 닿아 있는 유기물(170)이 기화되는 데, 이 저면 히터(113)로부터 전도된 열을 직접적으로 유기물질로 전달하는 접촉식 가열의 경우에는 히터의 온도가 높아짐에 따라 자칫 유기물질이 열분해될 위험이 있다. 따라서, 이러한 접촉식 가열을 피하고, 히터로부터 전달된 열을 방사열로 바꾸어 유기물질에 전달할 경우에는 이러한 열분해의 문제는 어느 정도 해소될 수 있다. 따라서, 상기 용기 본체(111)는 열전도성은 다소 떨어지더라도 열방사성이 우수한 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 열방사성이 우수한 물질로 알루미나(Al₂O₃)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이러한 저면 히터(113)의 외부로는 다시 도 6a와 같은 단열막(116)이 더 형성된다. 이 단열막(116)은 저면 히터(113)의 열이 토출부(120)를 직접적으로 가열하는 것을 방지하기 위한 것으로, 저면 히터(113)의 열이 용기 본체 내부로만 전달될 수 있도록 한다. 도 6b에서는 상술한 바와 같이, 저면 히터(113)의 패턴 구조를 보다 상세히 설명하기 위한 것이므로, 도 5 및 도 6a의 단열막 구조는 생략되어 나 타내었다.

한편, 상기와 같이 용기 본체(111)를 세라믹재질로 형성할 경우에는 도 6a 및 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이, 열전대(115)가 적어도 하나 이상 내장되도록 할 수 있다. 이는 용기 본체(111)의 성형과정에서 열전대(115)를 매립하여 일체로 성형하는 방법에 의해 가능하다. 이렇게 열전대(115)가 용기 본체(111)와 일체로 형성됨에 따라 가열용기 내의 온도 제어가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 제 1 측면 히터(114)는 도 5와 같이 용기 본체(111)의 바깥쪽 측면에 코일상으로 감긴 히터를 사용할 수 있다. 이 측면 히터(114)는 용기 본체(110)의 측면을 가열하여 상기 용기 본체(111)가 소정의 온도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것으로, 특히 개구부(112)의 주위를 가열하여 개구부(112)가 막히는 일이 없도록 한다. 따라서, 이 제 1 측면 히터(114)는 적어도 하나 이상의 측면 히터로서 구비되도록 하고, 그 발열온도를 각기 다르게 조절할 수 있다. 곧, 상기 개구부(112)가 위치한 하부쪽의 측면 히터를 더 높은 온도로 유지시킴으로 상기 개구부(112)의 구멍막힘현상을 방지하는 것이다. 뿐만 아니라 상기 제 1 측면 히터(114)는 상기 개구부(112)가 있는 하부에만 설치할 수 있으며, 경우에 따라서, 즉, 후술하게 될 제 2 측면 히터(124) 만으로 상기 개구부(11)의 구멍막힘현상이 방지될 수 있을 경우에는 설치하지 않을 수도 있다.

이러한 제 1측면 히터(114)는 도 8과 같이 용기 본체(111)에 밀착 형성된 박막의 측면 히터(114')로도 구성할 수 있다. 그 구체적인 형성방법은 상술한 저면 히터(113)의 경우와 동일하다. 이렇게 박막의 측면 히터(114')를 구성할 경우에는 그 외면으로 다시 열을 차단하는 단열막(116')을 더 형성시켜야 한다.

상기와 같이 구성된 용기 본체(111)의 하부로 토출부(120)를 형성하는 하부 용기(121)가 결합되어진다. 이 하부 용기(121)의 결합은 도 5에서 볼 수 있듯이, 용기 본체(111)의 개구부(112)를 포함하도록 하여, 용기 본체(111)의 하부에서 기화된 유기물 가스가 개구부(112)를 통해 토출부(120)로 빠져 나올 수 있도록 한다.

하부 용기(121)는 도 7a에서 볼 수 있듯이, 용기 본체의 하부에 결합될 수 있도록 용기 본체의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통상으로 형성할 수 있다. 이 하부 용기(121)의 상부는 용기 본체와의 결합을 위하여 개방되어 있어야 하며, 용기 본체의 개구부(112:도 5 참조)를 포함하도록 결합하기 위하여 중심방향으로 돌출된 결합부(127)를 갖는다. 이 결합부(127)는 그 단부에 나사가공이 되어 있어 용기 본체의 체결부(117: 도 6a 참조)와 맞물려 결합될 수 있도록 한다. 또한 하부 용기(121)의 저면에는 토출부(120: 도 5 참조)로 유입된 유기물 가스가 유기막이 형성될 기판으로 분사될 수 있도록 노즐(122)이 형성된다. 그리고, 하부 용기(121)의 외측에는 그 측면에 토출부를 가열하기 위한 제 2측면 히터(124)가 설치되고, 저면으로 상기 노즐(122)부근 및 토출부를 가열하기 위한 노즐 히터(123)가 설치된다.

하부 용기(121)는 이렇게 저면 및 측면에 설치된 히터들(123)(124)로부터 발생된 열을 그 내부로 온전히 전달할 필요가 있기 때문에 상기 용기 본체와 같이 열용량이 크고, 열전도성 및 열방사성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 용기 본체와 같이 질화붕소(BN), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN)등이 바람직하다.

본 발명에 있어 하부 용기(121)의 외측 저면에는 상기 노즐(122)을 중심으로 노즐 히터(123)가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이, 가열용기에 형성되어 유기물 가스가 토출되도록 하는 노즐(122) 부분에서는 내부와의 온도차에 의해 유기물 가스의 재결정화가 일어나게 되고, 이는 노즐 부근에 달라 붙어 노즐을 폐쇄시키는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 7a 및 도 7b에서 볼 수 있듯이, 하부 용기(121)의 저면에 노즐 히터(123)가 일체로 형성되도록 하여 노즐(122) 부근에서 구멍막힘현상이 발생되지 않도록 하였다.

본 발명에 따른 노즐 히터(123)는 도 7a 및 도 7b와 같이 노즐(122)을 중심으로 동심원상의 패턴으로 형성되어 하부 용기의 저면 전체를 균일한 온도로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 그 구체적인 구조와 형성방법은 상술한 바와 같은 저면 히터와 동일하다. 이렇게 박막의 노즐 히터(123)를 하부용기(121)의 저면에 형성시키기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 하부 용기(121)를 절연체로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 용기 본체의 경우와 같이, 열전도성이 우수한 절연성 물질인 질화 알루미늄 등의 질화물 세라믹이나, 탄화규소 등의 탄화물 세라믹으로 형성할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 열 방사성이 우수한 알루미나(Al₂O₃)를 사용할 수 있다.

상기와 같이 절연성 소재로 하부 용기(121)를 구성하고, 박막의 노즐 히터(123)를 사용한 경우에는 상기 노즐 히터(123)의 외면으로 히터의 열이 진공 챔버 내를 데우지 않도록 단열막(126)을 더 형성하며, 하부 용기(121)의 저면 및 측면으로 적어도 하나 이상의 열전대(125)들이 내장되도록 할 수 있다. 도 7b에는 노즐 히터(123)의 구조를 보다 상세히 설명하기 위하여 단열막(126)의 구조는 생략하였다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 하부 용기(121)에 형성하는 제 2측면 히터는 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 하부 용기(121)의 외측면에 밀착 형성되는 박막의 제 2측면히터(124')로 형성할 수 있다. 따라서, 이때에는 이 제2측면히터(124')의 바깥면으로 단열막(126')이 더 형성되어야 한다.

본 발명에 있어서, 상술한 바와 같이 용기 본체 및 외부 용기에 내장되는 열전대들(115)(125)은 모두 제어부(160)로 연결되며, 이 제어부(160)에서 히터들의 온도를 조절해 적정 온도로 가열용기를 제어할 수 있게 된다.

이렇게 본 발명에 따른 가열용기에 있어서, 히터는 절연성 물질로 만들어진 용기 본체와 하부 용기에 각각 밀착되도록 형성하는 데, 이 때 히터의 밀착되는 구조는 상술한 바와 같이 소정의 패턴을 갖도록 형성할 수도 있고, 분무식으로 도포하여 밀착 형성된 히터로서 구성할 수도 있다. 곧, 상기 히터를 용기 본체와 하부용기의 외면에 분무식으로 도포하고, 그 일부분에 각각 양극과 음극단자를 형성하여 외부 선로를 통해 소정의 전압을 인가하면 발열할 수 있는 분무식 히터를 사용하여 패턴 구조를 갖지 않는 가열용기를 형성할 수 있는 것이다. 물론 이 경우에도 상기 분무식 히터의 위로 단열막을 형성하고, 용기 본체와 하부용기에는 적어도 하나 이상의 열전대가 내장되도록 하며, 상기 용기 본체와 하부용기는 열방사성이 우 수한 절연성 세라믹재, 바람직하게는 알루미나로 형성할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 모든 실시예들에 있어서, 장전부와 토출부는 용기 본체와 하부 용기의 분리된 구조에 의해 이루어졌는데, 그림으로 나타내지는 않았지만 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 이 용기 본체와 하부용기는 일체로서 성형할 수 있다.

다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유기박막 형성장치 및 그 가열용기의 작용에 대해 첨부한 도면을 참고로 설명한다.

우선, 본 발명의 가열용기(100)는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 진공챔버(90)의 상부에 장착되고, 챔버의 하부에는 유기막을 증착시킬 기판(92)이 장착부(95) 위에 장착된다. 경우에 따라서 이 기판(92)의 상부에는 증착될 유기막에 패턴을 형성시킬 메탈 마스크(93)가 장착될 수 있다.

이렇게 기판(92)과 가열용기(100)의 설치가 완료되면 챔버(90)의 내부를 진공으로 유지한 체, 가열용기(100)의 히터들을 가동하여 유기물을 기화시켜 증착을 실시한다.

본 발명의 가열용기는 도 5에서 볼 수 있듯이, 용기 본체(111)에 기화될 유기물(150)을 장전하고, 그 상부로 추(140)를 얹어 유기물(150)을 누르도록 한다. 이렇게 유기물(150)이 장전된 후에는 커버(130)를 닫아 용기 본체(111)를 밀폐시킨다.

상기 용기 본체(111) 내에 장전된 유기물(150)은 용기 본체(111)의 저면에 설치된 저면 히터(113)에 의해 가열되어 기화되기 시작하고, 기화된 유기물 가스(200)가 용기 본체(111) 하부의 개구부(112)를 통해 용기 본체(111)를 빠져 나오게 된다. 이 유기물 가스(200)는 하부용기(121)의 토출부(120)를 통과하여 그 저면의 노즐(122)을 통해 챔버의 내부로 토출된다.

이 때, 제 1측면 히터(114)는 상기 용기 본체(111)를 가열하여 소정의 온도가 유지되도록 하며, 특히 개구부(112) 주변의 온도를 높여준다. 그리고, 제 2측면 히터(124)는 토출부(120)를 통과하는 유기물 가스가 재결정되지 않도록 적정의 온도를 유지해 주고, 노즐 히터(123)는 유기물 가스가 노즐(122) 주위에서 재결정되어 부착되는 것을 방지해 준다.

그리고, 이러한 히터들의 온도는 상술한 바와 같이, 곳곳에 내장된 열전대들(115)(125)에 의해 제어된다.

이렇게 가열용기(100)에서 토출된 유기물 가스는 도 9에서 볼 수 있듯이, 자중에 기판(92)의 방향으로 떨어지게 되므로, 증착되는 유기막의 균일도를 조절하기 용이하며, 불필요한 유기물의 손실도 막을 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 유기물이 기화되도록 가열되는 부분의 면적이 항상 일정하여 증착율을 조절하기가 보다 손쉬워 지며, 장시간 증착이 진행되어도 장전된 유기물의 형상이 유지됨으로 인해 보다 안정적인 증착이 이루어질 수 있다.

둘째, 유기물 가스가 하향으로 증착되도록 함으로써, 마스크의 쳐짐을 방지하기 위한 설비 등이 필요치 않으며, 막의 균일도를 높이고, 불필요한 유기물의 소 모를 방지할 수 있다.

셋째, 노즐의 주위에서 손쉽게 온도를 제어할 수 있어, 노즐 부위에서 유기물질이 재결정화하여 부착하는 구멍 막힘 현상이 일어나지 않는다.

넷째, 내장형 열전대를 사용함으로 정확한 온도의 측정 및 제어가 가능하다.

다섯째, 용기에 밀착된 박막의 히터를 사용함으로써, 열효율이 높고, 온도 응답 특성이 뛰어나 온도의 제어가 보다 용이하게 된다.

여섯째, 용기와 히터, 열전대 및 단열막이 일체로 형성되어 있어, 설치 및 분리가 용이하고, 내부의 유기물질 등을 교체하기도 손쉽다.

일곱째, 용기를 열방사성이 우수한 세라믹재로 형성함으로써 가열에 따른 유기물질의 열분해 문제를 해결하여 효과적으로 유기물질을 기화시킬 수 있고, 열효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 전체 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

유기물이 수납되는 장전부와, 상기 장전부의 하부 측면에 형성된 개구부와, 상기 개구부를 통해 장전부와 연통되고 기화된 유기물 가스가 통과하는 토출부를 포함하는 것으로, 상기 토출부에는 기화된 유기물이 토출되도록 하방으로 개방된 노즐이 구비된 용기 본체;

상기 장전부의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 가열하여 기화시키는 저면 히터;

상기 용기 본체의 외측면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 측면 히터; 및

상기 용기 본체의 저면에 구비되고 상기 노즐의 주위에 위치한 노즐 히터;를 포함하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 장전부에는 상기 장전된 유기물을 누르도록 추가 더 수납된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 용기 본체는 절연성 물질로 이루어지고, 상기 저면 히터, 측면 히터 및 노즐 히터 중 적어도 하나는 그것이 설치된 상기 용기 본체의 외면에 밀착 형성된 박막 히터인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 4항에 있어서,

상기 박막 히터는 양단에 각각 양극 및 음극단자가 연결된 단일의 도선 패턴으로 상기 박막 히터가 형성된 외부용기의 외면 전체에 걸쳐 고르게 패턴되어 있는 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 5항에 있어서,

상기 박막 히터는 소정의 패턴으로 인쇄된 백금 히터인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 4항에 있어서,

상기 용기 본체에는 적어도 하나 이상의 열전대가 내장되고, 상기 박막 히터의 외부에는 단열성 및 절연성을 갖는 물질로 이루어진 단열막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 4항에 있어서,

상기 절연성 물질은 알루미나 또는 질화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
삭제
내부에 유기물이 수납되고, 하부 측면으로 기화된 유기물이 빠져 나오도록 적어도 하나 이상의 개구부가 형성된 용기 본체;

상기 용기 본체의 개구부를 포함하여 상기 개구부를 통해 상기 용기 본체와 연통되도록 그 하부에 결합되는 것으로, 저면으로 유기물 기체가 토출되는 노즐이 형성된 하부 용기;

상기 용기 본체의 상부를 밀폐시키는 커버;

상기 용기 본체의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 기화시키는 저면 히터;

상기 용기 본체 및 하부 용기의 외측면을 둘러싸도록 설치된 적어도 하나 이상의 측면 히터; 및

상기 하부 용기의 저면에 구비되고 상기 노즐의 주위에 위치하는 노즐 히터;를 포함하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
삭제
제 10항에 있어서,

상기 용기 본체에는 수납된 유기물을 누르는 추가 더 수납된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
삭제
제 10항 또는 제 12항에 있어서,

상기 용기 본체 및 하부 용기는 절연성 물질로 이루어지고, 상기 저면 히터, 측면 히터 및 노즐 히터 중 적어도 하나는 그것이 설치된 상기 용기 본체 또는 하부 용기의 외면에 밀착 형성된 박막 히터인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 14항에 있어서,

상기 박막 히터는 양단에 각각 양극 및 음극단자가 연결된 단일의 도선 패턴으로 상기 박막 히터가 형성된 외부용기 또는 하부용기의 외면 전체에 걸쳐 고르게 패턴되어 있는 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 15항에 있어서,

상기 박막 히터는 소정의 패턴으로 인쇄된 백금 히터인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 14항에 있어서,

상기 용기 본체 또는 하부 용기에는 적어도 하나 이상의 열전대가 내장되고, 상기 박막 히터의 외부에는 단열성 및 절연성을 갖는 물질로 이루어진 단열막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
제 14항에 있어서,

상기 절연성 물질은 알루미나 또는 질화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
삭제
진공챔버;

상기 진공챔버의 내부 하측에 설치되어 유기박막이 형성될 기판이 고정되는 장착부; 및

상기 기판과 대응되는 진공챔부의 내부 상측에 설치되는 것으로, 상기 유기박막을 형성하는 유기물이 그 내부에 장전되고, 상기 장전된 유기물을 하부로부터 가열하여 기화시켜 하방으로 개방된 노즐을 통해 토출시키는 가열용기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치.
제 20항에 있어서,

상기 가열용기는 유기물이 수납되는 장전부, 상기 장전부의 하부 측면에 형성된 개구부 및 상기 개구부를 통해 장전부와 연통되고 기화된 유기물 가스가 통과하며 그 하면에 상기 노즐이 구비된 토출부를 포함하는 용기 본체와, 상기 장전부의 저면에 설치되어 수납된 유기물을 가열하여 기화시키는 저면 히터와, 상기 용기 본체의 외측면을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 측면 히터로 구비된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치.