KR101015277B1

KR101015277B1 - 증발원

Info

Publication number: KR101015277B1
Application number: KR1020080125094A
Authority: KR
Inventors: 이종우; 김태승
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2011-02-15
Also published as: KR20100066682A; US8366831B2; US20100139564A1

Abstract

본 발명은 유기박이나 금속막 형성을 위한 진공 증착 장치에 사용되는 증발원에 관한 것이다. 본 발명의 증발원은 내부에 증착재료가 수용되고 증착재료가 통과하는 개구부가 구비된 도가니, 도가니의 개구부에 설치되며 복수의 구멍이 형성된 메쉬부재, 및 메쉬부재 상에 도포되는 써모볼을 포함한다. 여기서, 써모볼은 도가니 내에 채워지는 증착재료와 섞이지 않고 증착재료와 일정 간격을 두고 증착재료를 덮도록 구비된다.

증발원, 증착, 도가니, 증착재료, 튐, 막힘, 써모볼, 메쉬부재

Description

증발원{evaporation source}

본 발명은 유기막이나 도전막 형성을 위한 진공 증착 장치에 사용되는 증발원에 관한 것이다.

유기전계발광 소자는 유리 기판 위에 양극막, 유기박막, 음극막을 입혀서 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 적당한 에너지의 차이가 유기박막에서 형성되어 자발광하는 원리를 가진다. 즉, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며 이때 남는 에너지가 빛으로 발생되는 것이다.

유기전계발광 소자의 양극막으로는 면 저항이 작고 투과성이 좋은 ITO (Indium Tin Oxide)막이 사용될 수 있으며, 발광효율을 높이기 위해서 유기박막으로는 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EML), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL)의 다층 구조가 사용될 수 있고, 음극막으로는 LiF-Al 등의 금속막이 사용될 수 있다. 유기박막에 사용되는 유기물질은 Alq3, TPD, PBD, m-MTDATA, TCTA 등이며, 도펀트로는 cumarine6, BczVBi 등이 있다.

유기전계발광 소자를 이용하는 유기전계발광 표시장치는 빠른 응답속도, 작은 소비전력, 고휘도 등의 우수한 특성을 갖고 있을 뿐만 아니라 초경량, 초박형으 로 제작할 수 있어 차세대 디스플레이로 각광 받고 있다. 그럼에도 불구하고, 유기전계발광 소자의 양산 장비는 아직까지 확고하게 표준화되어 있지 않아 적절한 양산 장비의 개발이 절실히 요구되고 있다.

유기전계발광 소자의 양산 과정은 크게 전공정, 후공정, 및 봉지 공정의 세 부분으로 나눌 수 있다. 전공정은 주로 스퍼터링(sputtering) 기술을 이용하여 유리 기판 위에 ITO 박막을 형성하는 공정으로서 이미 액정 표시 장치용으로 양산공정이 상업화되어 있다. 봉지(encapsulation) 공정은 유기박막이 공기 중의 수분과 산소에 매우 약하므로 소자의 수명(life time)을 증가시키기 위해 밀봉하는 공정이다. 후공정은 고진공 상태에서 증발(evaporation) 방식을 이용하여 기판 상에 유기박막 및 금속박막을 형성하는 공정이다. 후공정에는 고진공 분위기에서 유기물질을 증발시켜 기판 상에 새도우 마스크를 이용한 화소 패터닝을 만드는 이른바 진공 증착법이 주로 이용되고 있다.

유기전계발광 소자의 양산에 필수적인 요건에는 후공정 중 고진공을 유지하며 고속 증착을 어떻게 실현하느냐가 매우 중요하며 그 세부적인 사항에는 다음과 같은 내용들이 있다.

첫째, 다층의 유기박막 사이의 상호오염을 최소화하기 위해 독립된 챔버들을 여러 개 사용하여야 하고 370×470㎜ 이상의 대면적 기판의 활용이 가능해야 한다. 이 때, 기판의 처짐과 열팽창에 의한 금속마스크의 처짐이 최대한 억제되어야 한다. 둘째, 마스크의 얼라인이 신속해야 하며 막이 입혀진 마스크의 원위치(in-situ) 크리닝이 가능해야 한다. 셋째, 챔버간 기판의 이송을 빠르게 해서 2분 미만 의 택타임(TACT time; 기판 한장이 나오고 다음 장이 나오는 시간)을 실현할 수 있어야 한다. 넷째, 유기전계발광 소자의 특성에 가장 많은 영향을 미치는 유기 박막의 균일도를 ±5% 미만으로 보장하는 증발원 및 증착 공정을 실현할 수 있어야 한다. 이 때, 고진공 장비는 진공을 깨고 다시 복원시키는데 시간이 많이 소요되기 때문에, 원활한 양산을 위해서는 가급적 고진공 장비의 진공을 오래 유지할 수 있도록 증발원의 1회 사용 용량을 최대화해야 한다. 즉, 고갈된 유기물질이나 금속물질의 공급횟수를 최소화해야 한다.

증발원은 증착 물질을 도가니(crucible)에 넣고 가열하여 상부에 위치한 기판으로 재료를 증발시켜 증착하는 상향식(face down) 증착 방식의 장치가 주로 이용되고 있다. 그런데, 전술한 증발원은 도가니 상부의 개구부에 의해 도가니 상부에서의 열손실이 발생하게 되고, 도가니 내부에서 증발되어 성막용 기판으로 이동하는 증착재료가 개구부의 내측과 외측에서의 급격한 온도변화에 의해 개구부 주위에서 응축되어 개구부를 막는 현상이 발생할 수 있다. 개구부가 막히면, 증착 공정의 증착률이 불안정하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 증발원에 용융성 증착재료를 이용하는 경우, 증착재료는 도가니 내의 열에 의해 용융되고 도가니 내의 증착재료의 증발면에서 일부 증착재료가 도가니 상부로 튈 수 있다. 이때, 일부 증착재료는 증발원 상부의 개구부 주위에 고착될 수 있다. 그러한 경우, 개구부가 증착재료에 의해 막힘으로써, 증착재료의 증발률이 불안정해지고 그것에 의해 기판 상에 형성되는 막 두께의 재현성을 확보하기 어렵게 되는 문제가 발생할 수 있다.

게다가, 대면적 기판 상에 유기물질이나 금속물질을 증착할 때, 증발원과 기판 간의 간격을 100㎜ 이하로 감소시키면, 증착 효율을 더욱 높게 할 수 있지만, 증발원에서 발생하는 열에 의해 유기박막과 새도우 마스크에 열 손상을 주거나 기판의 처짐을 유발시킬 수 있다. 이러한 문제는 점 증발원보다 넓은 면적에서 발열이 일어나는 다점 증발원이나 선형 증발원의 경우에 더욱 심각할 수 있다. 예컨대, 열팽창 계수가 약 10 ppm인 소다라임(soda-lime) 유리의 경우, 온도가 25℃ 상승할 때, 1m의 유리에서 약 250㎛ 팽창이 일어난다. 이 경우, 화소의 정밀 패터닝은 불가능하게 된다. 또한, 열팽창 계수가 약 3.2 ppm으로 상대적으로 낮은 EAGLE 2000 기판(삼성코닝정밀유리의 제품)의 경우도 동일한 조건에서 약 8㎛ 팽창이 일어난다.

이와 같이, 유기전계발광 표시장치의 양산을 위하여 새도우 마스크나 기판 측으로 전달되는 열을 최대한 차단할 수 있고, 증착재료의 1회 수용 용량을 증대시킬 수 있으며, 증착된 막의 두께를 균일하게 하면서 빠른 증착 공정에 적합한 증발원이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 증착재료의 튐을 차단하여 상부 개구부의 막힘을 방지할 수 있는 증발원을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 새도우 마스크나 기판 측으로 전달되는 열을 최대한 차단할 수 있는 증발원을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 증착재료의 1회 수용 용량을 증대시킴으로써 대량 생산의 위한 양산 라인에 적합한 증발원을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 내부에 증착재료가 수용되고 증착재료가 통과하는 개구부가 구비된 도가니; 도가니의 개구부에 설치되며 복수의 구멍이 형성된 메쉬부재; 및 메쉬부재 상에 도포되는 써모볼을 포함하는 증발원이 제공된다. 여기서, 써모볼은 도가니 내에 채워지는 증착재료와 섞이지 않고 증착재료와 일정 간격을 두고 증착재료를 덮도록 설치된다.

바람직하게, 써모볼의 직경은 0.5㎜ 내지 5.0㎜의 범위에 있다. 또한, 써모볼은 700℃ 이상의 녹는 점과 500℃에서 아웃개싱이 없는 재료를 포함한다. 써모볼은 탄화규소 고분자를 포함할 수 있다.

메쉬부재의 각 셀은 써모볼의 직경보다 작은 직경을 구비한다. 또한, 메쉬부재는 도가니의 내벽을 따라 외부로 연장되며 복수 층으로 쌓인 써모볼을 가두는 장벽을 구비할 수 있다. 메쉬부재는 스테인리스 스틸, 구리, 및 이들의 조합 중 어느 하나의 재료를 포함할 수 있다.

증발원은 도가니의 상부측 내벽에서 메쉬부재를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다. 지지부는 메쉬부재에 일체로 구비되며 메쉬부재와 함께 도가니에서 분리될 수 있다. 그 경우, 도가니는 그 내벽 상부측에 지지부가 결합하는 안착부를 구비할 수 있다. 다른 한편으로, 지지부는 도가니에 일체로 구비되며 도가니의 내벽에서 돌출되고 메쉬부재에 접하는 돌출부를 구비할 수 있다.

증발원은 메쉬부재와 써모볼을 덮고 도가니에 결합하며 또 다른 개구부를 구비하는 덮개를 더 포함할 수 있다. 또 다른 개구부의 크기는 도가니의 개구부의 크기보다 작다.

증착재료는 고체 상태에서 액체 상태를 거쳐 기체 상태로 변환되는 용융성 재료를 포함한다.

증발원은 증착재료와 혼합되어 도가니의 내부 공간에 삽입되는 또 다른 써모볼을 더 포함할 수 있다.

도가니는 내부 공간의 하부측과 상부측의 단면적이 동일한 스트레이트 형태의 측벽을 구비한다.

본 발명에 의하면, 도가니에 증착재료를 가득 채움으로써 1회 수용 용량을 증대시킬 수 있다. 또한, 증착재료와 분리된 써모볼로 증착재료의 상부를 덮음으로써 도가니에서 새도우 마스크나 기판 측으로 직접 전달되는 열을 차단할 수 있고, 용융성 증착재료의 튐에 의해 증발원 상부의 개구부가 막히는 것을 방지할 수 있 다. 따라서, 빠른 택타임과 대량 생산을 해야 하는 양산 라인에 적합한 증발원을 제공할 수 있다.

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 실시예에 따른 증발원의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발원(10)은 도가니(11), 메쉬부재(17), 및 써모볼(thermoball; 20)을 구비한다. 도가니(11)는 증착재료를 수용하기 위하여 100㏄ 이상의 용량을 갖는 내부 공간(13a)과 그 상부에 개구부(13)를 구비한다.

본 실시예의 도가니(11)는 내부 공간(13a)의 하부측과 상부측의 횡단면들의 크기가 실질적으로 서로 동일한 스트레이트 형태의 벽(측벽) 구조를 구비한다. 이러한 스트레이트형 측벽을 구비한 도가니(11)는 다른 어떠한 형태보다도 내부 공간(13a)에 증착재료를 많이 담을 수 있다. 도가니(11)의 횡단면은 원형, 타원형, 사각형, 직사각형, 다각형과 같은 다양한 모양을 구비할 수 있다.

메쉬부재(17)는 써모볼(20)을 지지하면서 도가니(11)의 내부 공간(13a)에 채워지는 증착재료와 써모볼(20)이 분리되도록 기능한다. 메쉬부재(17)는 복수의 구멍들(18)을 구비한다. 각 구멍(18)은 메쉬부재(17)의 셀을 형성한다. 셀의 크기는 써모볼(20)이 쉽게 통과하지 못하도록 써모볼(20)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 메쉬부재(17)는 스테인리스 스틸, 구리, 및 이들의 조합 중 어느 하나의 재료로 다수의 구멍들(18)을 구비한 판 형상으로 형성될 수 있다.

써모볼(20)은 도가니(11) 내의 온도 분포를 균일하게 유지하고 증착재료의 튐(splash)에 의해 기판 또는 Mask에 증착 유기물이 덩어리로 달라 붙어 발생되는 불량을 방지하도록, 및 증발원(10)의 개구부(22)(이하, 제2 개구부라고도 함)가 막히는 것을 방지하도록 메쉬부재(17) 상에 증착재료와 일정 간격을 두고 증착재료를 덮도록 도포된다.

또한, 써모볼(20)은 도가니(11)의 열이 직접적으로 제2 개구부(22)를 통해 기판 측으로 방출되지 않도록 기능한다. 즉, 써모볼(20)은 도가니(11)의 열에 의해 성막용 기판이 처지거나 기판 상의 다른 유기막이나 새도우 마스크가 손상되는 것을 방지한다.

써모볼(20)은 증발원(10)의 작동 온도보다 높은 용점을 구비하며 증발원(10)의 가열 온도 영역에서 적어도 아웃개싱(outgasing)이 발생하지 않는 재료로 이루어진다. 예컨대, 증발원(10)의 작동 온도가 200℃ 내지 500℃의 범위일 때, 써모볼(20)은 500℃보다 높은 약 700℃ 이상의 녹는 점을 갖고 적어도 약 500℃에서 아웃개싱을 발생하지 않는 재료로 이루어질 수 있다. 여기서, 700℃ 이상의 녹는 점으로 언급한 것은 약 500℃의 온도 분위기에서 쉽게 변형되거나 녹는 것을 방지할 수 있는 여유를 둔 것이다.

써모볼(20)의 재료로는 내열성과 내식성이 우수한 탄화규소(SiC) 계의 고분 자 또는 세라믹을 이용할 수 있다. 탄화규소 고분자는 고분자 주사슬이 규소(Si)와 탄소(C)의 단일 결합으로 이루어진 고분자를 말한다. 탄화규소 고분자는 실란 고분자{(-Si(R)R'-)n}를 300℃ 정도 아르곤 기체 분위기에서 열변형하여 얻거나, 환형 카보실란(carbosilane) 저중합체를 개환 중합시키거나 R₂SiCl₂ 와 R₂CCl₂를 마그네슘을 써서 환원 짝지움시켜 얻을 수 있다. 탄화규소 고분자는 합성된 후 열분해 과정을 통하여 탄화규소 세라믹을 형성하는데, 이때 생성되어진 SiC 섬유는 1000℃이상의 고온에서 안정하고, 인장 강도와 탄성이 우수하다. 본 실시예의 써모볼은 SiC 섬유로 형성될 수 있다.

덮개(21)는 도가니(11) 내부의 온도 즉, 도가니(11)의 하부 및 상부의 온도를 균일하게 조절하고 성막용 기판에 형성되는 막 두께의 재현성을 확보하기 위해 설치된다. 덮개(21)는 도가니(11)의 상부측 개구부(13)의 크기보다 작은 크기를 갖는 제2 개구부(22)를 구비한다. 덮개(21)는 도가니(11)와 동일한 재료로 형성될 수 있다.

본 실시예의 도가니(11)는 다점 증발원을 형성하기 위하여 복수개 사용되거나 선형 증발원을 형성하기 위하여 증발원 보트(boat)에 탑재되어 원하는 방향으로 이동하도록 구현될 수 있다. 물론, 증착 장치 내에서, 증발원을 이동시키지 않고 셔틀과 같은 이동수단으로 기판이 증발원에 대하여 스캐닝하도록 구현될 수 있음은 당연할 것이다.

본 실시예의 증발원(10)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흑연(graphite)이나 석영(quartz)으로 이루어지며 스트레이트 형태의 측벽을 가진 도가니(11)를 준비한다. 그리고 도가니(11)의 개구부(13) 부근 즉, 도가니(11)의 상부측 내벽에 지지부(15)를 설치한다. 지지부(15)는 메쉬부재(17)가 기울지 않도록 메쉬부재(17)를 지지한다. 본 실시예에서 지지부(15)는 별도의 부재로 고리 형태로 준비된 후 도가니(11)의 내벽에 부착된다. 지지부(15)는 도가니(11)나 메쉬부재(17)와 실질적으로 동일한 재료로 형성될 수 있다.

다음, 지지부(15) 위에 메쉬부재(17)를 설치한다. 본 실시예에서 메쉬부재(17)는 도가니(11)의 개구부(13) 부근에서 도가니(11)의 내부 공간(13a) 쪽으로 약간 들어간 위치에 설치된다.

다음, 메쉬부재(17) 상에 써모볼(20)을 배치한다. 이 경우, 메쉬부재(17)의 가장자리를 둘러싸고 써모볼(20)이 놓이는 메쉬부재(17)의 일면 상으로 돌출되는 도가니(11) 상단부에 의해, 써모볼(20)은 메쉬부재(17) 상에 한정되어 놓여질 수 있다. 써모볼(20)은 증착재료와 섞이지 않으면서 증착재료의 상부를 덮는다.

다음, 써모볼(20)이 덮이도록 도가니(11)에 덮개(21)를 설치한다. 써모볼(20)의 일부는 덮개(21)의 제2 개구부(22)를 통해 외부에 노출될 수 있다.

전술한 증발원(10)에 의하면, 도가니(11)의 내부 공간(13a)의 상단부(S)까지 즉, 도가니(11)의 높이(H1)에 매우 근접한 높이(H2)까지 증착재료를 가득 채워서 증착 공정을 수행할 수 있다. 또한, 증착 공정시 도가니(11)에 가득 채워진 증착재료가 덮개(21)의 제2 개구부(22)로 튀어올라 제2 개구부(22) 가장자리에 붙어 고착되지 않는다. 즉, 써모볼(20)의 댐 작용에 의해 용융성 증착재료가 덮개(21)의 제2 개구부(22) 주위에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 비교예에 따른 증발원의 단면도이다.

본 비교예는 본 실시예의 증발원의 특징을 좀더 명확하게 설명하고자 임의로 설계된 것이다. 도 3을 참조하면, 비교예의 증발원(100)에 있어서, 써모볼(120)이 혼입되어 있는 용융성 증착재료(114)는 도가니(111)의 내부 공간에 소정 높이(H3)로 채워져 있다. 이러한 증발원(100)을 진공 챔버 내에 설치한 후 작동시키면, 덮개(121)의 개구부(122)는 도가니(111) 내에서 튀어오른 일부 용융성 증착재료(114a)에 의해 그 가장자리가 막히게 된다. 이러한 상태가 지속되면, 덮개(121)의 개구부(122)가 많이 막힘으로써 증착 속도 또는 증착률이 불안정해진다.

게다가. 본 비교예에서는 도가니(111)에서 발생되는 열이 기판(130) 측으로 직접 전달되기 때문에 새도우 마스크나 기판(130)의 처짐을 유발할 수 있고 기판 상의 다른 유기막의 손상을 초래할 수 있다. 특히, 도가니(111)와 기판(130) 간의 간격(L)이 약 100㎜로 작은 경우, 전술한 문제는 더욱 악화될 수 있다.

한편, 용융성 재료의 튐에 의한 문제 발생을 방지하기 위하여, 도가니(111) 내에 별도의 내부 플레이트(inner plate)를 설치하는 것을 고려할 수 있다. 하지만, 내부 플레이트를 설치하는 경우, 도가니(111) 내에 증착재료를 가득 채울 수 없으므로 연속 가동시간이 제한되는 단점이 있다. 아울러, 증착재료를 담기 위해서라도 내부 플레이트는 조립 형태를 갖기 때문에 증착재료를 충전하여 다시 사용할 때마다 유기 증착 빔의 프로파일이 변할 수 있다. 즉, 증착되는 막의 재현성이 불량해질 수 있다.

이와 같이, 비교예의 증발원(100)은 전술한 문제점을 가지지만, 도 1 및 도 2를 참조하여 앞서 설명한 본 실시예의 증발원(10)은 그러한 문제점을 갖지 않으므로써 빠른 택타임(tact time)과 대량 생산을 해야 하는 양산 라인에 사용하기 적합하다는 이점이 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 증발원(10a)에 있어서, 메쉬부재(17a)는 그 위에 놓이는 복수층의 써모볼(20)을 둘러싸기 위한 장벽(19)을 구비한다. 장벽(19)은 메쉬부재(17a)가 도가니(11a)의 상부측 내벽에 고정된 지지부(15) 상에 놓여질 때 도가니(11a) 위로 일정 높이로 돌출된다. 써모볼(20)은 메쉬부재(17a)의 일면 상에서 3층 내지 5층 정도로 적층되도록 설치될 수 있다.

써모볼(20)의 직경은 약 0.5㎜ 내지 약 5.0㎜의 범위에서 임의로 선택될 수 있다. 써모볼(20)의 직경이 0.5㎜보다 작으면, 써모볼(20)이 메쉬부재(17a) 상에 놓여졌을 때, 도가니(11a) 내에서 발생한 기상의 유기물이 원활하게 방출되는 것을 방해할 수 있으며, 써모볼(20)의 직경이 5.0㎜보다 크면, 메쉬부재(17a)와 써모볼(20) 사이의 공간에 용융형 증착재료의 일부가 튀어올라 고착되고 그것에 의해 메쉬부재(17a)의 구멍(18a)이 막히는 현상이 발생할 수 있다.

한편, 써모볼(20)의 직경을 약 0.5㎜ 내지 약 5.0㎜의 범위에서 선택하면, 유기 증착 빔의 유동을 원할하게 하면서 메쉬부재(17a)와 써모볼(20) 사이의 공간에 일부 용융형 증착재료가 고착되는 것을 최소화할 수 있다. 아울러, 증착 공정 중에 용융성 재료가 튀어올라 메쉬부재(17a)의 하부측 일면에 붙는 경우에도, 도가 니(11a)의 내부 온도에 의해 그 재료는 다시 내부 공간으로 흘러내리거나 기화하여 써모볼들(20) 사이를 통과하여 외부로 방출될 수 있다.

메쉬부재(17a)의 각 구멍(18a) 즉 각 셀의 크기는 써모볼(20)을 지지하고 도가니(11a)의 내부 공간(13a)으로 써모볼(20)이 빠져나가지 않도록 써모볼(20)의 크기 또는 단면적보다 작은 크기 또는 단면적을 구비한다. 예컨대, 메쉬부재(17a)의 각 셀의 직경(R2)은 서보볼(20)의 직경(R1)보다 작다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 증발원(10b)에 있어서, 지지부(15b)는 메쉬부재(17b)의 가장자리에 일체로 구비된다. 지지부(15b)는 메쉬부재(17b)의 가장자리에서 하부측 일면에 일체로 결합되고 가장자리 외측으로 조금 돌출되도록 구비된다. 본 실시예에서는 도시의 편의상 써모볼이 생략되어 있다.

도가니(11b)의 상부측에는 지지부(15b)가 끼워지는 요철부(12b)가 구비된다. 요철부(12b)는 도가니(11b)의 내측면이 약간 오목하게 들어가고 도가니(11b)의 외측면이 내측에서 외측으로 약간 돌출되도록 형성된다. 물론, 도가니(11b)의 외측면은 외측으로 돌출되지 않고 평평하게 형성될 수 있다.

메쉬부재(15b)가 도가니(11b)에 결합될 때, 지지부(15b)와 제1 요철부(12b)는 서로 맞물려서 메쉬부재(15b)가 도가니(11b)의 상부측 개구부 부근에 고정되도록 작용한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 증발원(10c)에 있어서, 지지부(12c)는 내부 요철부 형태로 도가니(11c)에 일체로 구비된다. 지지부(12c)는 메쉬부재(17c)의 가장자리를 지지하도록 도가니(11c)의 내측면이 약간 볼축하게 돌출되도록 형성된다. 본 실시예에서는 도시의 편의상 써모볼이 생략되어 있다.

메쉬부재(17c)가 도가니(11c)에 결합될 때, 지지부(12c)는 메쉬부재(17c)가 도가니(11c)의 상부측 개구부 부근에 원하는 수평적인 상태로 고정되도록 작용한다.

또한, 본 실시예의 증발원(10c)은, 도가니(11c)에 부착된 제1 고정구(24a)와 덮개(21a)에 부착된 제2 고정부(24b)를 구비할 수 있다. 제1 고정구(24a)와 제2 고정구(24b)는 도가니(11c)에 덮개(21a)를 기밀하게 고정 결합하기 위해 사용된다. 물론, 제1 고정구(24a)와 제2 고정구(24b)는 앞서 설명한 본 실시예의 다른 도가니 장치들(10, 10a, 10b)에도 적용가능하다.

또한, 본 실시예의 증발원(10c)은 도가니(11c)에 결합하여 도가니(11c)에 열을 공급하는 가열장치(heater, 26)를 포함할 수 있다. 가열장치(26)는 도가니(11c) 상부측에 배치되는 제1 히터와 도가니(11c) 하부측에 배치되는 제2 히터를 포함할 수 있다. 한편, 전술한 실시예들의 증발원(10, 10a, 10b)에서는 설명의 편의상 가열장치의 언급을 생략하였지만, 적절한 가열장치가 각 증발원에 구비될 수 있음은 자명할 것이다.

도 7은 본 발명의 증발원의 증발률과 비교예의 증발원의 증발률을 보여주는 그래프이다.

본 실시예의 증발원은 도 1에 도시된 장치이며, 비교예의 증발원은 도 1의 장치에서 메쉬부재와 지지부 및 써모볼을 제외한 장치이다. 증착재료로는 또 다른 써모볼이 혼입되지 않은 용융성 증착재료를 이용하였다. 용융성 증착재료는 고체 상태에서 액체 상태를 거쳐 기체 상태로 변환되는 재료를 가리킨다.

도 7을 참조하면, 비교예의 도가니 장치의 증착속도는 증착 개시의 제1 시간(T1)에서 제2 시간(T2)까지 비교적 안정적인 프로파일을 보이다가, 제2 시간(T2) 이후에 불안정한 프로파일을 나타내었다. 그 이유는 비교예에서는 약 200℃ 내지 500℃의 증착 공정의 분위기하에서 증착재료가 튀고, 일부 증착재료가 덮개의 제2 개구부 주위에 반복적으로 고착됨으로써, 덮개의 제2 개구부가 작아지거나 막히기 때문이다.

하지만, 본 실시예의 증발원의 증착속도는 증착 개시의 제1 시간(T1)에서 증착 종료의 제3 시간(T3)까지 예상가능한 안정적인 프로파일을 나타내었다. 이와 같이, 본 실시예의 증발원에 의하면, 증착재료와 분리되어 그 상부에 설치되는 써모볼과 이 써모볼을 지지하는 메쉬부재에 의하여 증발원의 상부측 개구부가 막히는 것을 방지함으로써 증착 공정을 안정성을 확보할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 기본적으로 증착재료에 또 다른 써모볼을 삽입하지 않는 것으로 설명하였다. 하지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 도 3의 비교예에서 설명한 증착재료의 경우와 유사하게, 증착재료에 또 다른 써모볼을 혼입하여 사용할 수 있다. 다시 말하면, 또 다른 써모볼을 증착재료에 혼합하여 사용하면 도가니에 담을 수 있을 증착재료의 용량이 작아진다. 따라서 도가니의 1회 수용 용량에 대하여 고려하기만 한다면, 필요에 따라 또 다른 써모볼이 혼입된 증착재료를 사용하는 것도 가능하다.

또 다른 써모볼이 혼입된 증착재료를 사용하는 경우, 증착 공정시 도가니의 내벽에서 증착재료가 먼저 증발한 후, 돌비(bumping) 현상이나 재료의 폭락 현상 등에 의해 증발률이 크게 변동하는 것을 방지할 수 있다. 돌비 현상은 액체가 끓는점이 되어도 끓지 않고, 끓는점 이상으로 가열된 후에 충격을 받거나 이물질등이 첨가되어 갑자기 끓는 현상을 말한다. 다시 말하면, 증착재료에 또 다른 써모볼을 혼입하여 사용하면, 증착재료의 온도 균일화가 향상되고, 증발면도 거의 일정하게 유지되기 때문에 증발률이 안정화될 수 있다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 분해 사시도.

도 3은 비교예의 증발원의 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 부분 확대도.

도 7은 본 발명의 증발원의 증발률과 비교예의 증발원의 증발률을 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10a, 10b, 10c : 증발원

11, 11a, 11b, 11c : 도가니

15, 15a, 15b, 15c : 지지부

17, 17a, 17b, 17c : 메쉬부재

18, 18a : 셀

19 : 장벽

20 : 써모볼

21 : 덮개

22 : 개구부

Claims

내부에 증착재료가 수용되고 상기 증착재료가 통과하는 개구부가 구비된 도가니;

상기 도가니의 개구부에 설치되며 복수의 구멍이 형성된 메쉬부재; 및

상기 메쉬부재 상에 도포되는 써모볼을 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 써모볼의 직경은 0.5㎜ 내지 5.0㎜의 범위에 있는 증발원.
제2항에 있어서,

상기 써모볼은 700℃ 이상의 녹는 점과 500℃에서 아웃개싱이 없는 재료를 포함하는 증발원.
제3항에 있어서,

상기 써모볼은 탄화규소 고분자를 포함하는 증발원.
제2항에 있어서,

상기 메쉬부재의 각 셀은 상기 써모볼의 직경보다 작은 직경을 구비하는 증발원.
제5항에 있어서,

상기 메쉬부재는 상기 도가니의 내벽을 따라 외부로 연장되며 상기 써모볼을 복수 층으로 가두는 장벽을 구비하는 증발원.
제5항에 있어서,

상기 메쉬부재는 스테인리스 스틸, 구리, 및 이들의 조합 중 어느 하나의 재료를 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 도가니의 상부측 내벽에서 상기 메쉬부재를 지지하는 지지부를 더 포함하며,

상기 지지부는 상기 메쉬부재에 일체로 구비되며 상기 메쉬부재와 함께 상기 도가니에서 분리되는 증발원.
제8항에 있어서,

상기 도가니는 그 내벽 상부측에 상기 지지부가 결합하는 안착부를 구비하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 도가니의 상부측 내벽에서 상기 메쉬부재를 지지하는 지지부를 더 포함하며,

상기 지지부는 상기 도가니에 일체로 구비되며 상기 도가니의 내벽에서 돌출되고 상기 메쉬부재에 접하는 돌출부를 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 메쉬부재와 상기 써모볼을 덮고 상기 도가니에 결합하며 또 다른 개구부를 구비하는 덮개를 더 포함하는 증발원.
제11항에 있어서,

상기 또 다른 개구부의 크기는 상기 도가니의 개구부의 크기보다 작은 증발원.
제1항에 있어서,

상기 증착재료는 고체 상태에서 액체 상태를 거쳐 기체 상태로 변환되는 용융성 재료를 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 증착재료와 혼합되어 상기 도가니의 내부 공간에 삽입되는 또 다른 써모볼을 더 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,

상기 도가니는 상기 내부 공간의 하부측과 상부측의 단면적이 동일한 스트레이트 형태를 구비하는 증발원.