KR100889761B1 - 유기박막 형성장치의 가열용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물의 기화가 원활하게 이루어지고, 기화된 유기물 가스의 흐름이 균일하게 노즐을 통해 토출되어 기판에 균일한 유기박막을 형성할 수 있도록 하기 위한 것으로, 내부에 유기물이 수납되고 상부에 개구부를 가지며 상기 개구부와 수납된 유기물의 상면 사이에 공간부를 갖는 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개구부를 밀폐시키고, 유기물 가스가 외부로 토출되는 노즐을 구비한 커버와, 상기 용기 본체의 외부를 감싸도록 설치되어 용기 본체 내부에 수납된 유기물을 가열하는 히터와, 상기 용기 본체의 공간부에 설치되고, 상기 용기 본체의 내측벽에 밀착되는 적어도 하나 이상의 열전도판 및 유기물 가스가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출공을 구비한 내부 커버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기에 관한 것이다.

Description

유기박막 형성장치의 가열용기 {Heating crucible for forming apparatus of organic thin film}

도 1은 일반적인 유기박막 형성장치의 커버형 가열용기의 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열용기의 분해 사시도.

도 3은 도 2에 따른 가열용기 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 커버의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21: 용기 본체 22: 개구부

23: 공간부 24: 커버

24a: 노즐 30: 내부 커버

32: 토출공 34: 열전도판

40: 히터 50: 유기물

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

기판 상에 유기박막층을 형성시키기 위한 기술로서 진공증착법이 널리 알려져 있다. 이 진공증착법은 내부 압력이 10^-6 내지 10^-7 torr로 조절되는 진공챔버 내부에 유기박막을 성막시킬 기판을 장착하고 이 기판에 유기물이 담긴 가열용기로부터 유기물질을 기화시켜 증착시키는 방법으로 행해진다.

이러한 진공증착법에 있어서, 증착될 유기물을 수납하고 가열하여 기화시키는 가열용기(heating crucible)는 증착될 유기박막의 상태를 직접적으로 제어하는 것으로 유기 전자 발광 소자 등의 유기박막을 형성하는 공정에서 중요한 부분을 차지하고 있다. 이에 따라 근자에 이 가열용기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

유기박막 형성장치, 특히 유기 전자 발광 소자의 유기박막 형성공정에서 사용되는 유기박막 형성장치의 가열용기에는 크게 두 가지 타입이 있는 데, 그 하나는 본체가 상방으로 개구되어 있고, 이 본체의 외벽을 히터가 감싸 내부의 유기물을 기화시키는 개방형 가열용기이다. 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 증착되 는 유기막의 균일도를 향상시키는 가열용기가 개시되어 있다.

상기와 같은 개방형 가열용기들에 있어서는 개구부가 완전히 열려 있기 때문에 기판에 증착되어 성막되는 유기박막의 균일도가 대체로 좋지 않다. 이에 따라 상기 각 특허에서도 이 균일도를 향상시키는 데 많은 초점이 맞추어져 있으나, 개방형이라는 구조상의 한계로 인하여 균일도의 향상에는 근본적으로 어려움이 있다. 또한, 이러한 개방형 가열용기들은 유기물의 소모가 많아 원가를 상승시키는 문제가 있어, 유기 전자 발광 소자의 양산과정에서 채택하기는 어렵다.

한편, 또 다른 타입의 유기박막 형성장치의 가열용기는 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(11)의 개구부(12)를 밀폐하도록 커버(15)가 더 구비되어 있다. 이러한 커버형 가열용기(10)는 커버(15)에 형성된 노즐(15a)을 통해 유기물이 외부로 토출되어 기판에 증착됨으로써 유기물의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기판에 증착되는 유기박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

그러나 이 경우 역시 열이 가열용기의 내벽으로부터 장전된 유기물로 전달되므로 가열용기의 내부 온도가 불균일하게 된다. 이로 인해 증착이 진행됨에 따라 장전된 유기물의 형태도 마치 산과 같은 형상으로 남게 되며, 이에 따라 증착율을 조절하기가 어렵게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 일본 특개 제 평7-24205 호에는 용기의 내부, 곧 장전된 유기물 중에 개구율이 5~95%인 열전도성 다공판을 이에 부착된 지지족을 이용해 소정 간격을 유지하면서 1단 또는 그 이상 설치해 이 열전도성 다공판을 내부열원으로 사용하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이렇게 동일한 개구율을 가진 열전도성 다공판을 장전된 유기물 중에 다단으로 장착시키면 하부에 위치된 유기물의 승화 시 상부에 장전된 유기물 및 열전도성 다공판으로 인해 그 가스의 흐름이 막힐 수 있으며, 이에 따라 재료를 많이 사용하면서 증착 승화율은 떨어뜨릴 수 있게 된다.

한편, 상기 커버형 가열용기에서는 용기의 내부에 장전된 유기물들이 기화되어 기화된 유기물 가스가 커버에 형성된 노즐을 향해 흐르고, 이 가스는 노즐을 통해 외부로 토출된다. 그런데, 이 가열용기는 상술한 바와 같이, 그 벽체로부터 열이 내부로 전달되기 때문에 장전된 유기물은 그 중심부보다는 주변부에서 기화가 활발히 일어나게 되고, 이에 따라 장전된 유기물로부터 기화되어 노즐을 향해 흐르는 유기물 가스의 밀도가 중심부보다 주변부에서 더 높게 된다. 따라서 이렇게 불균일한 가스의 흐름들이 노즐을 통해 그대로 토출됨으로써 기판에 성막되는 유기박막의 균일도도 저하되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해 장전된 유기물의 상부, 곧 장전된 유기물과 커버의 사이 공간에 다공성 판부재 또는 메쉬형 판부재를 설치한 기술이 있으나, 이 경우에도, 이러한 판부재들의 용기 내면과의 접촉면적이 작아 열이 이들 판부재에 효과적으로 전달되지 못하며, 또한 이들 판부재에 형성된 개구들의 면적이 너무 작게 되면 용기 내부의 압력이 증가되어 증착이 원활히 진행되지 못하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유기물의 기화가 원활하게 이루어지고, 기화된 유기물 가스의 흐름이 균일하게 노즐을 통해 토출되어 기판에 균일한 유기박막을 형성할 수 있는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 유기물이 수납되고 상부에 개구부를 가지며 상기 개구부와 수납된 유기물의 상면 사이에 공간부를 갖는 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개구부를 밀폐시키고, 유기물 가스가 외부로 토출되는 노즐을 구비한 커버와, 상기 용기 본체의 외부를 감싸도록 설치되어 용기 본체 내부에 수납된 유기물을 가열하는 히터와, 상기 용기 본체의 공간부에 설치되고, 상기 용기 본체의 내측벽에 밀착되는 적어도 하나 이상의 열전도판 및 유기물 가스가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출공을 구비한 내부 커버를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기를 제공한다.

이 때, 상기 내부 커버에 형성된 토출공은 그 면적의 총합이 상기 노즐 면적의 30 내지 70%가 되도록 할 수 있고, 또는 그 직경이 0.2 ㎜ 이상, 2.0㎜ 이하가 되도록 할 수 있다.

또한, 이 토출공은 내부 커버의 주변부를 따라 형성되도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 내부 커버에 형성된 열전도판은 열전도성이 우수하고 상기 유기 물과 반응하지 않는 재질로 형성되며, 상기 용기의 내벽과 잘 밀착될 수 있도록 형성할 수 있고, 이 때, 상기 열전도판은 내부 커버와 일체로 형성할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기박막 형성장치의 가열용기를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유기박막 형성장치의 가열용기는 진공챔버의 내부에 설치된다. 이 진공챔버의 내부에는 상부에 유기박막을 진공 증착하고자 하는 기판이 설치되고, 이 기판과 대응되는 진공챔버의 하부에 유기물을 증발 또는 승화시키기 위한 가열용기가 설치된다. 이 기판의 하부에는 소정 패턴의 개구를 가진 마스크가 설치되어 증착되는 유기막을 패턴화할 수 있다.

이러한 유기박막 형성장치에 있어서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열용기는 도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 저면이 폐쇄되어 있고 상부에 개구부(22)를 갖는 용기 본체(21)와, 이 용기 본체의 내부에 수납되는 내부 커버(30) 및 개구부(22)를 밀폐시키는 커버(24)를 구비한다.

상기 용기 본체(21)는 내부에 장전된 유기물의 가열 및 기화가 원활히 이루어질 수 있도록 원통상으로 형성하는 것이 바람직하고, 개구부(22)의 크기는 장전되는 유기물의 증착조건 및 증차상태에 따라 변형 가능하다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 이 개구부(22)와 용기 본체(21)에 수납된 유기물(50)의 상면 사이에는 공간부(23)가 형성되어 이 공간부(23)를 통해 유기물 가스(P)가 흐르게 된다.

용기 본체(21)의 상부 개구부(22)에 결합되는 커버(24)는 중앙부에 노즐(24a)을 구비하며, 이 노즐(24a)의 형상은 유기물의 종류나, 성막시킬 유기박막의 상태 등에 따라 달리 할 수 있다. 이 커버(24)와 용기 본체(21)는 열전도성이나 열방사성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 티타늄 등 금속 재질이 나, 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN)과 같은 열방사성이 우수한 세라믹 재질로 형성할 수 있다.

상술한 구조의 용기 본체(21)의 외주면에는 장전된 유기물을 가열하여 기화시키기 위한 히터(40)가 설치되고, 용기 본체(21)의 소정 부위에는 유기물의 온도를 측정하기 위한 온도 측정수단이 설치된다. 이 히터(40)는 용기 본체(21)를 가열하기 위한 어떠한 것이라도 가능한 데, 예컨대 코일 히터 또는 용기 본체의 외벽에 소정의 패턴으로 코팅하여 밀착되도록 형성하는 박막 히터 등 어떠한 것이라도 가능하다. 뿐만 아니라, 도 2 및 도 3에는 용기 본체(21)의 측면부에만 히터가 설치된 것으로 도시되었으나, 비단 이에 한정될 것은 아니고, 용기 본체(21)의 하면 및 커버(24)에도 설치될 수 있다.

이러한 용기 본체(21)에는 도 2 및 도 3과 같이 내부 커버(30)가 삽입되는 데, 이 내부 커버는 도 4에서 볼 수 있듯이, 원판상으로 형성된 판상의 부재를 사용한다. 이 내부 커버(30)는 그 직경이 용기 본체(21)의 내경에 일치하도록 형성함이 바람직하며, 커버(30)의 표면에는 적어도 하나 이상의 토출공(32)이 형성된다. 이 토출공(32)은 도 3과 같이 기화된 유기물 가스(P)가 흘러서 빠져 나가 노즐(24a)을 향해 진행될 수 있도록 형성된다. 따라서, 이 토출공(32)은 기화된 유기물 가스가 효과적으로 빠져 나갈 수 있도록 적당한 크기와 개수로 형성되는 것이 바람직하며, 노즐(24a)을 통과할 유기물 가스의 균일도를 유지하기 위해 내부 커버(30)의 가장자리 부근을 따라 설치되도록 함이 바람직하다. 토출공(32)은 그 구멍의 직경이 0.2㎜ 이상, 2.0 ㎜이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 적당 한 구멍 크기로 하여 내부 커버(30)의 하측의 압력을 지나치게 높게 하지 않도록 하기 위한 것으로, 이 때, 그 면적의 총합이 노즐(24a) 면적의 30 내지 70%가 되도록 하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 약 50% 전후로 하는 것이다.

이 내부 커버(30)는 도 3에서 볼 수 있듯이, 장전된 유기물(50)과 개구부(22)의 사이에 형성된 공간부(23)에 설치되어 장전된 유기물(50)을 그 상부로부터 가열시켜 주기 때문에 열전도성이 우수한 재질로 형성함이 바람직하다.

한편, 내부 커버(30)에는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 그 가장자리부를 따라 적어도 하나 이상의 열전도판(34)이 형성되는 데, 이 열전도판(34)은 별도의 부재를 내부 커버(30)의 가장자리를 따라 부착시킬 수도 있지만, 도 4와 같이 일체로 성형하여 수직으로 구부려 형성하는 것이 바람직하다. 이 열전도판(34)은 내부 커버(30)로부터 수직으로 형성되도록 하여, 도 3에서 볼 수 있듯이 용기 본체(21)의 내벽에 밀착되도록 설치된다. 용기 본체(21) 내에 설치되는 내부 커버(30)는 본체(21)의 내벽에 밀착된 열전도판(34)으로부터 열을 공급받아 그 하부로 유기물(50)을 가열하고, 이 열에 의해 내부 커버(30)의 토출공(32)이 막히지 않게 된다. 따라서, 상기 열전도판(34)은 열전도성이 좋아야 한다. 그리고, 이 열전도판(34)은 가급적 얇게 형성하는 것이 바람직한 데, 이는 용기 본체(21)의 외부로부터 전달된 열이 내부로 보다 잘 전달될 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 이 열전도판(34)은 내부 커버(30)가 장전된 유기물(50)의 상면과 용기 본체(21)의 개구부(22) 사이의 공간부(23)에 위치하도록 하기 위하여, 이 내부커버(30)를 용기 본체에 설치했을 때 열전도판(34)의 하단이 용기 본체(21)의 바닥에 닿도록 형성하 여 내부 커버(30)가 고정되어 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 내부 커버(30) 및 열전도판(34)은 또한 상기 유기물과 반응하지 않는 물질로 형성되어야 함은 물론이다.

상술한 바와 같이 구성된 가열용기의 작용을 이 가열용기를 설치한 유기박막 형성장치의 작동을 통하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저 유기박막 형성장치를 이용하여 기판에 유기막을 형성하기 위하여, 가열용기의 내부에 유기막 형성을 위한 유기물을 장전한다. 유기물을 도 3과 같이 소정 량 장전한 후에는 열전도판(34)을 구비한 내부 커버(30)를 용기 본체(21)에 설치한다. 이 때, 열전도판(34)은 용기 본체(21)의 내벽과 장전된 유기물(50)과의 사이로 삽입되어 용기 본체(21)의 내벽에 밀착되도록 하며, 그 하단부는 용기 본체(21)의 바닥에 닿도록 한다. 이렇게 내부 커버(30)의 설치가 끝난 후에는 커버(24)를 닫고, 용기 본체(21)의 외부에 설치된 히터(40)에 소정의 전압을 인가하여 본체(21)를 가열함으로써 그 내부의 유기물이 가열되어 기화되도록 한다.

이 때, 상기 유기물(50)은 도 3에서 볼 수 있듯이, 용기본체(21)의 벽면으로부터 전달되어 온 열에 의해 장전된 측면부가 가열되며, 동시에 용기 본체(21)에 설치된 내부 커버(30)로부터 그 상부가 가열된다.

이렇게 유기물의 가열에 따라 유기물의 기화가 진행되는 데, 기화된 유기물 가스(P)는 먼저 내부 커버(30)의 토출공(32)으로 유입되어 이를 관통하게 되고, 토출공(32)을 관통한 유기물 가스는 커버(24)의 노즐(24a)로 향하게 된다. 따라서, 노즐(24a)로 향하는 유기물 가스의 흐름은 그 흐름방향 및 흐름량에 있어 일정하게 되고, 이에 따라 증착율도 균일하게 조절할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 균일한 밀도로 기화된 유기물 가스는 커버(24)의 노즐(24a)을 통하여 토출된 후 기판에 균일한 두께로 증착된다.

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

첫째, 용기에 장전된 유기물질을 열전도판에 의해 효과적으로 열이 전달된 내부 커버로 그 상부를 가열해 장시간 증착을 진행하여도 안정적으로 증착이 유지될 수 있다.

둘째, 내부 커버의 열전도성을 개선함으로써 내부 커버에 형성된 토출공이 폐쇄되는 현상을 방지할 수 있다.

셋째, 내부 커버의 토출공의 크기 및 면적을 조절하여 용기 내부 압력의 영향을 저감시켰다.

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 (7)

1. 내부에 유기물이 수납되고 상부에 개구부를 가지며 상기 개구부와 수납된 유기물의 상면 사이에 공간부를 갖는 용기 본체;

   상기 용기 본체의 개구부를 밀폐시키고, 유기물 가스가 외부로 토출되는 노즐을 구비한 커버;

   상기 용기 본체의 외부를 감싸도록 설치되어 용기 본체 내부에 수납된 유기물을 가열하는 히터; 및

   상기 용기 본체의 공간부에 설치되고, 상기 용기 본체의 내측벽에 밀착되는 적어도 하나 이상의 열전도판과, 유기물 가스가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출공을 구비한 내부 커버;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내부 커버에 형성된 토출공은 그 면적의 총합이 상기 노즐 면적의 30 내지 70%인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 내부 커버에 형성된 토출공은 그 직경이 0.2 ㎜ 이상, 2.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 히터는 상기 용기 본체의 외벽에 밀착 형성된 박막의 히터인 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
5. 삭제
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열전도판은 상기 내부 커버와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토출공은 상기 내부 커버의 주변부를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 유기박막 형성장치의 가열용기.

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