KR101015336B1

KR101015336B1 - 내부 플레이트 및 이를 구비한 증착용 도가니 장치

Info

Publication number: KR101015336B1
Application number: KR1020080082266A
Authority: KR
Inventors: 민경수; 지창순
Original assignee: 삼성모바일디스플레이주식회사
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2011-02-16
Also published as: TW201012953A; CN101655315A; US20100043710A1; US8137470B2; TWI404812B; KR20100023483A; CN101655315B

Abstract

본 발명은 증착용 도가니 장치 및 이 증착용 도가지 장치에 사용되는 내부 플레이트에 관한 것이다. 본 발명의 증착용 도가니 장치는 증착물질을 수용하기 위한 내부 공간과 그 상부에 개구부를 구비하는 본체와, 본체의 개구부를 덮는 내부 플레이트와, 상부에 홀을 구비하고 내부 플레이트를 게재하며 본체에 결합하는 캡과, 증착물질의 증기가 본체의 내부 공간에서 내부 플레이트의 외측면과 캡의 내측면 사이를 경유하여 캡의 홀을 통해 외부로 방출되도록 구비된 내부 채널을 포함한다.

증착, 도가니, 내부 플레이트, 내부 채널, 증착물질, 막힘, 튐

Description

내부 플레이트 및 이를 구비한 증착용 도가니 장치{Inner plate and crucible assembly for deposition having the same}

본 발명은 유기 박막이나 도전층 증착을 위한 증착용 도가니 장치 및 이 증착용 도가니 장치에 사용되는 내부 플레이트에 관한 것이다.

기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로서, 진공 증착법, 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링법(sputtering) 등과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착법(CVD) 등이 잘 알려져 있다. 그 중에, 진공 증착법은 유기전계발광 소자의 유기막, 전극 등과 같은 박막을 형성하는 데 사용될 수 있다.

진공 증착법은 진공 챔버의 하부에 구비되는 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 기술이다. 진공 증착법을 이용한 박막 형성 장치는 일반적으로 진공 펌프를 이용하여 진공 챔버의 내부를 일정한 진공 분위기로 유지시킨 후, 진공 챔버의 하부에 배치된 증발원으로부터 박막 재료인 증착물질을 증발시키도록 구성된다. 진공챔버의 내부에는 증발원과 일정 거리를 두고 설치된 성막용 기판이 위치하게 된다. 따라서, 도가니에서 증발된 증착물질은 성막용 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거쳐 성막용 기판 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성한다.

진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 소위 간접 가열 방식으로 불리는 유도 가열 방식의 증발원(effusion cell)이 많이 사용되고 있다. 이러한 증발원은 그 내부에 박막재료인 증착물질이 수용되는 도가니(crucible)와 도가니의 외주면에 감겨져 전기적으로 가열하는 가열장치로 구성된다. 도가니에 수용된 증착물질이 증발될 때 증발되는 증기가 도가니 외부로 나갈 수 있도록 도가니 상부는 개방된다. 증착물질이 증발될 때, 증착물질이 증발원 외부로 튀는 현상(splash) 등을 방지하고 성막용 기판에 형성되는 막 두께의 재현성을 확보하기 위하여 도가니 상부에는 통상 소정 크기의 홀을 구비한 캡 부재가 설치된다.

그러나, 전술한 박막 형성 장치에 사용되는 증발원은 도가니 상부에 형성되어 있는 홀에 의해 도가니 상부에서의 열손실이 발생하게 되고, 도가니 내부에서 증발되어 성막용 기판으로 이동되는 증착물질이 캡 부재의 홀의 내측과 외측에서의 급격한 온도변화에 의해 홀 주위에서 응축되어 캡 부재의 홀을 막는 현상이 발생하곤 한다. 캡 부재의 홀 막힘 현상은 증착 공정의 증착레이트를 불안정하게 하는 주된 원인이다.

본 발명의 목적은 도가니 장치 내의 내압을 증가시켜 도가니 구멍 막힘 현상을 방지하고 증착레이트(deposition rate)의 신뢰성을 높일 수 있는 증착용 도가니 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 증착 재료의 증기 경로를 직선 형태에서 우회 곡선 형태로 변경함으로써 도가지 장치의 내압을 증가시킬 수 있는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트를 제공하는 데 있다.

전술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 증착물질을 수용하기 위한 내부 공간과 그 상부에 개구부를 구비하는 본체(a main body); 본체의 개구부를 덮는 내부 플레이트(an inner plate); 상부에 홀을 구비하고 내부 플레이트를 게재하며 본체에 결합하는 캡(a cap); 및 내부 채널(an inner channel)을 포함하는 증착용 도가니 장치(a crucible assembly for deposition)가 제공된다. 여기서, 내부 채널은 증착물질의 가열에 의해 발생하는 증기가 본체의 내부 공간에서 내부 플레이트의 외측면과 캡의 내측면 사이를 경유하여 홀을 통해 외부로 방출되도록 구비된다.

바람직하게, 내부 플레이트는, 베이스 부재; 베이스 부재 내에 제1층 공간과 제2층 공간을 구획하도록 베이스 부재의 두께 방향에서 그 중간 부분에 설치되는 격벽; 베이스 부재의 하부측에 제1층 공간을 노출시키는 유입구; 베이스 부재의 상 부측에 제2층 공간을 노출시키는 유출구; 제1층 공간과 베이스 부재의 외측면을 연통하는 제1채널; 및 베이스 부재의 외측면과 제2층 공간을 연통하는 제2채널을 구비한다.

내부 채널은 증착물질로부터 증발된 증기가 유입구, 제1층 공간, 제1채널, 베이스 부재의 외측면, 제2채널, 제2층 공간 및 유출구를 기재된 순서대로 유동하도록 구비된다.

제1채널은 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치될 수 있다. 또한 제2채널은 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치될 수 있다.

유입구는 베이스 부재의 하부측에 제1층 공간이 완전히 노출되도록 설치될 수 있다.

베이스 부재는 구리, 베릴륨동 및 인청동 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

증착용 도가니 장치는 본체의 외주면에 부착되어 열을 공급하는 가열장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 베이스 부재; 베이스 부재 내에 제1층 공간과 제2층 공간을 구획하도록 베이스 부재의 두께 방향에서 그 중간 부분에 설치되는 격벽; 베이스 부재의 하부측에 제1층 공간을 노출시키는 유입구; 베이스 부재의 상부측에 제2층 공간을 노출시키는 유출구; 제1층 공간과 베이스 부재의 외측면을 연통하는 제1채널; 및 베이스 부재의 외측면과 제2층 공간을 연통하는 제2채널을 포함하고, 유입구로 유입된 유체가 제1층 공간, 제1채널, 베이스 부재의 외측면, 제2채널, 제2층 공간 및 유출구를 기재된 순서대로 유동하도록 내부 채널을 형 성하는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트가 제공된다.

본 발명에 의하면, 도가니 장치의 내부 압력을 높임으로써 승화형 재료의 막힘 현상을 방지할 수 있고, 용융형 재료의 튐 형상을 방지할 수 있다. 게다가, 도가니 장치 내에 재료를 가득 채울 수 있으며, 열전달 성능이 우수하고 일정한 증착레이트를 가진 도가니 장치를 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 일 실시예에 따른 증착용 도가니 장치의 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 증착용 도가니 장치의 부분 절개 사시도이다. 도 3은 본 발명의 증착 도가니 장치용 내부 플레이트의 사시도이다. 도 3의 사시도는 도 1에 도시된 내부 플레이트를 하부측에서 본 사시도에 대응한다. 도 4는 도 3의 내부 플레이트의 횡단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 증착용 도가니 장치는 본체(10), 내부 플레이트(30) 및 캡(50)을 포함한다.

본체(10)는 증착물질을 수용할 수 있는 내부 공간(12)과, 그 상부에 증발된 증착물질이 나가는 개구부(14)를 구비한다. 본체(10)는 고온 및 고압 분위기에 사 용가능하도록 흑연 등의 재료로 만들어진다.

또한, 본체(10)는 증착물질을 가열하여 증발시키는 가열장치(20)를 구비한다. 가열장치(20)는 본체(10)에 열을 공급하도록 다양한 형태와 구조로 본체(10)에 결합될 수 있다. 예컨대, 가열장치(20)는 본체(10)의 외주면에 고정 부착되어 열을 공급하도록 설치될 수 있다.

캡(50)은 그 상부에 홀(52)을 구비하며, 내부 플레이트(30)를 게재하고 본체(10)의 상부에 결합한다. 홀(52)의 크기는 아래에서 설명하는 내부 플레이트(30)의 유출구(34a)보다 큰 것이 바람직하다. 캡(50)이 본체(10)에 결합할 때, 내부 플레이트(30)의 플랜지부(31)는 캡(50)의 지지에 의해 본체(10)의 개구부(14) 주변부에 기밀하게 밀착된다.

내부 플레이트(30)는 구리, 베릴륨동, 인청동 등으로 이루어진 평판 형태의 베이스 부재와, 이 베이스 부재의 주면 가장자리에 설치된 플랜지부(31)를 구비한다. 플랜지부(31)는, 내부 플레이트(30)가 본체(10)의 개구부(14) 상에 놓일 때 개구부(14)의 가장자리를 모두 덮을 수 있도록, 개구부(14)와 실질적으로 동일한 형태를 구비한다. 예를 들면, 본체(10)가 원형이나 타원형이나 육각형의 개구부를 구비하는 경우, 베이스 부재 또는 플랜지부(31)도 이와 유사한 모양을 구비하도록 구현될 수 있다.

또한, 내부 플레이트(30)는 베이스 부재 내에 제1층 공간(32a)과 제2층 공간(32b)을 구획하도록 베이스 부재의 두께 방향에서 그 중간 부분에 설치되는 격벽(33)을 구비한다. 제1층 공간(32a)은 베이스 부재의 일면에 구비된 유입구(34a) 에 의해 하부측을 향하여 노출되고, 제2층 공간(32b)은 베이스 부재의 일면과 마주하는 타면에 구비된 유출구(34b)에 의해 상부측을 향하여 노출된다. 여기서, 내부 플레이트(30)의 하부측은, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10), 내부 플레이트(30) 및 캡(50)이 결합되었을 때 본체(10)를 향하는 방향이며, 상부측은 캡(50)을 향하는 방향이다.

또한, 내부 플레이트(30)는 제1 채널(35) 및 제2 채널(37)을 구비한다. 제1 채널(35)은 내부 플레이트(30)의 두께 방향으로 연장하는 외측면(36)에 제1층 공간(32a)을 노출시킨다. 제2 채널(37)은 외측면(36)에 제2층 공간(32b)을 노출시킨다. 즉, 제1 채널(35)은 제1층 공간(32a)과 외측면(36) 상의 공간을 연통하며, 제2 채널(37)은 제2층 공간(32b)과 외측면(36) 상의 공간을 연통한다. 여기서, 외측면(36) 상의 공간은, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10), 내부 플레이트(30) 및 캡(50)이 결합되었을 때, 내부 플레이트(30)의 외측면(36)과 캡(50)의 내측면 사이에 형성되는 공간을 가리킨다.

전술한 내부 플레이트(30)의 구조에 의하면, 본체(10)의 내부 공간에서 증발된 증착물질(이하 '증기'라고도 함)은 내부 플레이트(30)에 의해 형성된 내부 채널(38)을 통해 외부로 방출된다. 여기서, 내부 채널(38)은 증기가 내부 플레이트(30)의 유입구(34a), 제1층 공간(32a), 제1 채널(35), 외측면(36) 상의 공간, 제2 채널(37), 제2층 공간(32b), 및 유출구(34b)를 기재된 순서대로 유동하도록 형성된 유동유로(flow fields)를 가리킨다.

증착물질은 유기막을 형성하기 위한 유기물이나 도전층을 형성하기 위한 도 전 재료를 포함한다. 유기막은 유기 다이오드 또는 유기 EL(electro luminescence) 소자의 유기 발광층(emitter layer)을 포함하며, 그 외 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 전자 주입층을 더 포함할 수 있다. 전자수송층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 전자 주입층은 유기 화합물로 이루어진 유기 박막들이다. 그리고 도전 재료는 유기막에 적층식으로 형성되는 양극 또는 음극을 포함한다.

본 실시예의 증착용 도가니 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본체(10)에서 가열되어 증발된 증착물질(M)은, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본체(10)의 상부에 설치된 내부 플레이트(30)의 유입구(34a)로 유입된 후, 제1층 공간(32a)에서 방사상 방향으로 대략 90°정도 꺾여서 제1 채널(35)을 통해 외측면(36) 상의 공간(39)으로 나왔다가 외측면(36) 상의 공간(39)에서 대략 360°정도 꺾여서 제2 채널(37)을 통해 제2층 공간(32b)으로 들어가고, 그리고 제2층 공간(32b)에서 유출구(34b)와 캡(50)의 홀(52)을 통해 방출된다.

본 실시예의 증착용 도가니 장치에 의하면, 본체(10)의 내압은 증기(M)의 흐름을 대략 360°로 꺾는 내부 플레이트(30)의 구조에 의해 일정 크기만큼 높아지게 된다. 따라서, 본체(10)에 삽입되는 재료에 더 많은 내압을 주어 재료 증착레이트의 안정성을 높일 수 있다. 게다가, 내부 압력의 증가로 인해 승화성 재료 또는 용융성 재료에 의한 장치 내부의 구멍 막힘이 방지될 수 있다. 게다가, 내부 플레이트(30)가 실질적으로 댐 역할을 하도록 본체(10)의 상부측 개구부(14)를 덮음으로써, 용융성 재료의 튐 현상을 방지할 수 있다.

또한, 내부 플레이트(30)가 본체(10) 내에 위치하지 않으므로 본체(10)에 최 대한의 재료를 넣을 수 있다. 즉, 일정 용량의 본체(10)를 기준으로 할 때, 1회 충전당 연속 가동 시간을 최대로 확보할 수 있다.

한편, 본 실시예에 있어서, 유입구(34a)는 유출구(34b)와 유사하게 베이스 부재의 타면 중앙부에만 설치될 수 있다. 다시 말하면, 유입구(34a)는 제1층 공간(32a)의 일부가 내부 플레이트(30)의 하부측에 직접적으로 노출되지 않도록 설치될 수 있다. 이 경우, 증기의 흐름은 꺾이는 부분의 유동유로의 길이가 전술한 경우보다 길어지므로 본체(10)의 내부 압력이 더욱 증가한다. 즉, 본 발명에서는 전술한 유입구(34a)의 구조 및 형태로 내부 압력을 추가적으로 조절하는 것이 가능하다.

도 5는 본 발명의 도가니 장치의 증착레이트를 보여주는 그래프이다.

본 실시예에서는 도가니 장치의 내부 구멍을 잘 막히게 하는 승화성 재료를 이용하여 도가니 장치의 구멍 막힘 현상을 관찰하였다. 승화성 재료로는 Alq3을 이용하였다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 도가니 장치에 승화성 재료를 넣을 다음, 108시간 동안 도가니 장치를 작동하였다. 특히, 도가니 장치의 작동 시작 후 72시간이 경과한 시점에서 약 18시간 동안 마스크 테스트 기간(MTP)을 두어 도가니 장치의 작동을 일시적으로 멈춘 후에 다시 36시간 작동하면서 증착레이트를 측정하였다.

본 실시예의 도가니 장치의 증착레이트는 1회 충전 후 약 108시간 동안 안정적으로 약 2Å/sec를 유지하였다. 이처럼, 본 실시예의 내부 플레이트를 구비한 증착용 도가니 장치를 이용하면, 도가니 본체의 내부 압력이 증가하여 재료에 의한 구멍 막힘 현상이 방지되고, 그것에 의해 장시간 안정적인 증착레이트를 얻을 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 일 실시예에 따른 증착용 도가니 장치의 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 증착용 도가니 장치의 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 증착용 도가니 장치에 사용되는 내부 플레이트의 사시도.

도 4는 도 3의 내부 플레이트의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 증착용 도가니 장치의 증착레이트에 대한 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 본체

30 : 내부 플레이트

38 : 내부 채널

50 : 캡

Claims

증착물질을 수용하기 위한 내부 공간과 그 상부에 개구부를 구비하는 본체;

상기 본체의 개구부를 덮는 내부 플레이트;

상부에 홀을 구비하고 상기 내부 플레이트를 게재하며 상기 본체에 결합하는 캡; 및

상기 증착물질의 증기가 상기 본체의 내부 공간에서 상기 내부 플레이트의 외측면과 상기 캡의 내측면 사이를 경유하여 상기 홀을 통해 외부로 방출되도록 구비된 내부 채널을 포함하며,

상기 내부 플레이트는,

베이스 부재;

상기 베이스 부재 내에 제1층 공간과 제2층 공간을 구획하도록 상기 베이스 부재의 두께 방향에서 그 중간 부분에 설치되는 격벽;

상기 베이스 부재의 하부측에 상기 제1층 공간을 노출시키는 유입구;

상기 베이스 부재의 상부측에 상기 제2층 공간을 노출시키는 유출구;

상기 제1층 공간과 상기 베이스 부재의 외측면을 연통하는 제1채널; 및

상기 베이스 부재의 외측면과 상기 제2층 공간을 연통하는 제2채널을 구비하는 증착용 도가니 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 내부 채널은 상기 증기가 상기 유입구, 상기 제1층 공간, 상기 제1채널, 상기 베이스 부재의 외측면, 상기 제2채널, 상기 제2층 공간 및 상기 유출구를 기재된 순서대로 유동하도록 구비되는 증착용 도가니 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1채널은 상기 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치되는 증착용 도가니 장치.
제4항에 있어서,

상기 제2채널은 상기 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치되는 증착용 도가니 장치.
제1항에 있어서,

상기 유입구는 상기 베이스 부재의 하부측에 상기 제1층 공간이 모두 노출되도록 설치되는 증착용 도가니 장치.
제1항에 있어서,

상기 베이스 부재는 구리, 베릴륨동 및 인청동 중 어느 하나로 이루어지는 증착용 도가니 장치.
제1항에 있어서,

상기 본체의 외주면에 부착되어 열을 공급하는 가열장치를 더 포함하는 증착용 도가니 장치.
베이스 부재;

상기 베이스 부재 내에 제1층 공간과 제2층 공간을 구획하도록 상기 베이스 부재의 두께 방향에서 그 중간 부분에 설치되는 격벽;

상기 베이스 부재의 하부측에 상기 제1층 공간을 노출시키는 유입구;

상기 베이스 부재의 상부측에 상기 제2층 공간을 노출시키는 유출구;

상기 제1층 공간과 상기 베이스 부재의 외측면을 연통하는 제1채널; 및

상기 베이스 부재의 외측면과 상기 제2층 공간을 연통하는 제2채널을 포함하고,

상기 유입구로 유입된 유체가 상기 제1층 공간, 상기 제1채널, 상기 베이스 부재의 외측면, 상기 제2채널, 상기 제2층 공간 및 상기 유출구를 기재된 순서대로 유동하도록 내부 채널을 형성하는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트.
제9항에 있어서,

상기 제1채널은 상기 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치되는 증착 도가 니 장치용 내부 플레이트.
제10항에 있어서,

상기 제2채널은 상기 베이스 부재의 측면에 방사상으로 설치되는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트.
제9항에 있어서,

상기 유입구는 상기 베이스 부재의 하부측에 상기 제1층 공간이 완전히 노출되도록 설치되는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트.
제9항에 있어서,

상기 베이스 부재는 구리, 베릴륨동 및 인청동 중 어느 하나로 이루어지는 증착 도가니 장치용 내부 플레이트.