KR101061101B1 - 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유기소자의 금속박막을 하향식으로 증발 증착하기 위한 방법으로서, 금속저장 도가니와 덮개도가니로 구성된 원통형 하향식 도가니를 사용하여, 금속알갱이의 충전이 용이하고, 도가니의 주위에 고정된 열선을 통하여 도가니를 가열하게 됨으로써, 기화된 금속기체가 하향으로 분출하도록 유도하여, 기판에 금속박막을 하향식으로 증착하고, 금속박막 균일도 조절기를 이용하여, 대면적의 기판에 균일도가 향상된 금속박막을 형성하도록 하여, 대면적의 유기소자의 양산시, 기판의 처짐이 없이, 하향으로 금속박막을 형성하게 되어, 생산성을 향상시키는 효과가 있는 발명이다.

하향식 증착, 금속박막, 고온증발원

Description

하향식 금속박막 증착용 고온 증발원{Top down type high temperature evaporation source for metal film on substrate}

도1: 기존의 하향식 고온 증발원 도가니의 개략도,

도2: 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 원통형 구조를 나타내는 개략도,

도3: 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 분리형 구조를 나타내는 개략도,

도4: 도 2의 원통형 도가니가 구비된 하향식 고온 증발원의 구조를 나타내는 개략도,

도5: 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 선형 구조를 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

10: 기판 11:하향식 도가니

12: 금속알갱이 13:하향노즐

14: 박막 균일도 조절기

20: 원통형 하향식 도가니 21: 덮개 도가니

22: 저장도가니

30: 열선 31: 하우징

32: 캡 33: 스크류

34: 열선 고정대

40: 선형 하향식 도가니

유기발광소자(OLED ; Organic Light Emitted Diode)는 투명전극이 도포된 유리기판상에 여러층의 유기박막을, 진공챔버 내에서, 증착공정으로 형성한 후, 금속전극을 형성하여, 전기를 통하면, 유기박막에서 발광현상을 가지는 차세대 디스플레이 소자로서, LCD 이후를 대체할 전망을 가지고 있다. 특히 유기박막은 고진공 챔버 내에서, 유기물이 담긴 도가니를 가열하여, 증발되는 유기물 기체가 유리기판에 박막의 형태로서 형성하게 된다.

유기물 박막이 형성된 후, 금속전극용 금속박막을 형성하게 되는데, 주로, 스퍼터링 기술과 보트를 사용한 직접가열기술을 사용하고 있다. 스퍼터링의 경우는 플라즈마에 의한 금속 타겟으로부터의 금속기체의 발생 시, 전하를 띠는 이온들이 발생되어 가속되므로, 유기박막에 충격을 주게 되는 문제가 있으며, 스퍼티링 이그니션 시, 발생되는 파티클이 유기박막에 영향을 주기도 한다. 보트를 사용할 경우, 보트에 담겨진 금속을 녹여서 증발하기 위한 방법으로서, 보트의 용량이 제한 되어 있으므로, 대면적의 금속박막을 형성하는데는 한계를 가지고 있기도 하다. 또한 보트가 고온의 영향으로, 자주 깨어지기도 하여 양산에 저하를 가져온다.

특히, 이러한 증착을 수행할 경우, 기판은 주로 상부에 걸어놓고, 증발소스는 진공기의 바닥부분에 설치하여 증착을 수행하는, 이른바 "상향식 증착" 방법을 주로 쓰고 있다. 하지만, 기판이 대형화 될 경우, 얇은 기판의 중앙부분이 잘 쳐지게 되므로, 기판의 이송이 어렵고, 고정하기도 어렵게 된다. 또한, 기판의 처짐으로 인해, 금속박막의 균일도를 얻기가 매우 어렵다.
이러한, 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 기판을 챔버의 하부바닥에 놓고, 증착을 수행하는 이른바 "하향식 증착" 방법의 개발이 필요하였다. 또한, 이 경우, 금속박막을 하향식으로 증착하기 위한, 하향식 금속 증발원이 필요하였다. 종래에는 하향식 금속박막의 증착을 위하여, 도1에 나타낸 것과 같이, 금속 알갱이(12)가 담긴 하향노즐(13)이 구성된 하향식 도가니(11)를 사용하여, 하부에 놓인 기판(10)에 금속박막을 증착하였다.
그러나, 이와 같은 종래기술은 하향노즐부분에 금속기체가 쉽게 응고되기도 하고, 이를 방지하기 위하여, 하향노즐부 주위를 고온의 가열을 하기가 용이 하지가 않아, 장시간 사용하기가 매우 어렵다. 또한, 금속알갱이의 재충전이 용이하지 않아서, 유기소자의 양산에 많은 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는, 즉 금속알갱이의 충전이 용이하고, 노즐부의 응고현상이 발생되지 않는 새로운 하향식 고온 증발원 도가니의 발명이 필요하여 본 발명을 고안해 내게 된 것이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 하향식증착을 수행할 수 있는 것으로, 하향노즐부에 금속기체의 응고현상이 방지되도록 하향노즐부 주위를 고온으로 가열하기가 용이하고, 장시간 사용하는 것도 용이할 뿐만 아니라, 도가니내에 금속알갱이의 재충전이 용이하여 유기소자의 양산이 가능한, 즉 금속알갱이의 충전이 용이하고, 노즐부의 응고현상이 발생되지 않는 새로운 하향식 고온 증발원 도가니를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 하향식 고온 증발원 도가니를 사용하여 하향식 증착을 수행하는 데 있어서, 하부의 기판에 금속박막이 균일하게 도포되도록 하는 새로운 하향식 고온 증발원 도가니를 제공하는 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 원통형 구조를 나타내는 개략도, 도 3은 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 분리형 구조를 나타내는 개략도, 도 4는 도 2의 원통형 도가니가 구비된 하향식 고온 증발원의 구조를 나타내는 개략도, 도 5는 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원 도가니의 선형 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원은 하우징(31)과, 하우징(31)의 내부에 위치하며 증발시킬 소스를 구비한 도가니(20)와, 도가니(20) 외측과 하우징(31) 내측 사이에 구비된 열선장치를 포함한다.
하우징(31)은 하부가 개구된 원통형으로, 하부테두리에는 내측으로 절곡되어 형성된 걸림턱이 있다. 또한, 하우징(31) 하부에는 하우징(31) 내부에 위치되는 도가니(20)가 중력에 의해 하부로 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 기화된 금속기체를 배출하기 위한 배출구가 하부중앙에 형성된 원형의 캡장치(32)를 하우징 외측으로 끼워넣고 체결수단으로 스크류(33) 등을 이용하여 하우징 벽에 고정결합시킨다.
이와 같이 도가니와 열선 외부에 하우징(31)을 덮음으로써, 하우징(31)에 의해 열선(30)의 방사열이 외부로 방출되는 것이 방지된다.
도가니(20)는 중앙에서 하방향으로 금속기체가 분출되는 구조로서, 하부중앙에는 원형의 분출구가 형성된 원통형 하향식 도가니로서, 도가니(20)는 저장도가니(21)와 덮개도가니(22)로 구성된다.
상세하게, 저장도가니(21)는 소스가 저장되도록 하부가 밀폐된 단면이 두 개의 "U"자 형태를 가지는 소스저장부가 환형으로 배치되고, 그 중심축상에는 상하부가 개방된 원통형 이동부가 구성되며 이동부 하단인 분출구는 원형으로 형성되어, 소스저장부로부터 기화된 금속기체를 하방향으로 분출시킨다. 또한, 덮개도가니(22)는 돔형상으로 형성된다.
덮개도가니(22)를 돔형상으로 형성한 것은 기화된 금속기체가 하향으로 분출되는 것을 효과적으로 하도록 하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 도가니(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이 저장도가니와 덮개 도가니가 일체로 형성될 수도 있고 또는, 도 3에 도시된 바와 같이 저장도가니와 덮개도가니가 별개로 분리형성되어 덮개도가니가 저장도가니 상부에 체결수단을 이용하여 착탈가능하게 밀접결합될 수 있다. 이때, 체결수단으로 덮개도가니의 하부테두리 내측 및 저장도가니 상부 외측으로 대응되는 탭을 형성하여 스크류결합시킬 수 있음은 물론이다.
또한, 도 3과 같이 도가니를 분리형성한 경우에는 저장도가니에 금속알갱이 재충전이 용이한 점이 있음은 물론이다.
또한, 도가니에서 이동부 상부는 소스저장부 상부와 연통되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 하우징(31)과 상기 도가니(20) 사이에는 열선장치를 구비한다.
열선장치로는 저장도가니(20)의 소스저장부에 저장된 각 금속알갱이들을 기화시키기 위한 열선(30)이 도가니(20) 전체를 감싸도록 구비되며, 열선(30)은 열선고정대(34)에 의해 고정된다.
이 열선에 전기를 인가하면 가열된 열선에서 방사되는 적외선에 의해 도가니(20)의 저장도가니(22)부가 집중적으로 가열되어 저장도가니내의 소스저장부에 담긴 금속알갱이가 녹아 기화하게 된다. 이때 덮개도가니 외부에도 열선이 고정되어 가열되므로, 저장도가니 내부에서 상부로 기화된 금속기체가 덮개도가니 벽에 부딪쳐 응고되는 것이 방지되게 된다.
또한, 본 발명에 따른 하향식 고온 증발원은 기판(10)에 증착되는 금속박막의 균일도를 향상시키기 위하여, 박막 균일도 조절기(14)를 도가니의 이동부 하단인 분출구로부터 일정거리 이격되게 구비한다.
박막 균일도 조절기(14)는 원형의 시트형태로서, 크기는 분출구의 크기 또는 원하는 박막두께에 따라 임의로 정할 수 있다.
이와 같은 박막 균일도 조절기(14)는 하향식 금속박막 증착과정에서 필요한 구성요소이다.
즉, 하향식 금속박막 증착과정은 도가니의 저장도가니 내부 소스저장부에 저장된 금속알갱이(주로, 알루미늄 금속 혹은 은 금속)가 열선에 의해 녹은 후 기화되면, 기화된 압력에 의해, 금속기체는 하향으로 분출되어 기판에 증착이 되는데, 이때, 분출되는 금속기체가 기판에 증착되어 금속박막이 형성될 경우, 금속박막의 중앙부는 뚜껍고, 기판 가장자리는 얇아지므로, 박막의 균일도가 떨어지는 문제가 있다. 이는 금속기체가 분출될 시, 분출기체의 중앙의 밀도가 가장 높기 때문이며, 이를 코사인 분포라고 한다.
다시 말하면, 하향식 금속박막 증착과정에서 기판의 금속박막의 균일도를 향상시키기 위해서는, 박막 균일도 조절기(14)를 금속기체가 분출되는 중앙부에 설치하여, 분출기체의 중앙의 밀도가 가장 높은 부분이 분출구와 가장 인접한 직선거리의 기판에 직접 증착이 안되도록 차단시켜주는 것이 필요하다.
이때, 분출구와 박막균일도 조절기의 구성은 분출구를 통해 분출되는 분출기체에 노즐역할을 하게 되고, 그럼으로써 기판에는 균일하게 박막이 형성되게 된다.

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상기의 원통형 하향식 도가니를 이용하여 금속박막을 증착할 경우에는, 기판은 진공기 바닥에 정지한 상태에서 증착공정이 수행되게 된다. 하지만, 대면적 기판에 증착을 수행하고 양산하기 위해서는 기판을 롤러를 이용하여 이송하면서 금속박막을 증착하는 것이 필요로 되며, 이 경우에는, 도 5에 도시된 것과 같은 선형의 하향식 도가니(40)를 가지는 고온용 증발원을 구성하는 것이 바람직하다.
선형의 하향식 도가니(40)는 선형의 저장도가니와 선형의 덮개도가니가 일체로 구성된 것으로, 선형의 저장도가니는 소스가 저장되도록 하부가 밀폐된 단면이 두 개의 "U"자 형태를 가지는 소스저장부가 장방형으로 이격되어 배치되고, 그 중심상에는 상하부가 개방된 이동부가 장방형으로 구성되고 이동부 하단인 분출구는 사각형으로 형성되어, 소스저장부로부터 기화된 금속기체를 하방향으로 분출시킨다. 또한, 덮개도가니는 단면이 반원 형상으로 형성된다.
마찬가지로, 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이기 위하여 선형 하향식 도가니 하부에 일정거리를 두고, 선형의 박막균일도 조절기를 설치하는 것도 바람직하다.
또한, 선형의 하향식 도가니 외측에도 하우징을 구비하고, 도가니 외측과 하우징 내측 사이에 열선장치를 포함하여 금속알갱이를 기화시키는 것은, 원통형 도가니와 마찬가지임은 물론이다.
이때, 기판은 이송과 동시에 금속박막을 증착하게 되므로, 기판의 처짐이 없이 금속박막을 형성할 수 있게 되므로 생산성과 양산성이 향상된다.

본 발명은, 하향식 금속박막을 증착하기 위한 방법으로서, 원통형 하향식 도가니를 사용하여, 금속알갱이의 충전이 용이하고, 금속박막의 균일도 조절기를 이용하여, 대면적의 기판에 균일도가 향상된 금속박막을 형성하며, 기판의 이송과 동시에 금속박막을 형성하는 효과가 있는 발명으로서, 대면적의 유기소자의 양산시, 기판의 처짐이 없이, 금속박막을 형성하게 되어, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (14)

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10. 소스가 저장되도록 하부가 밀폐된, 단면이 두 개의 "U"자 형태를 가지는 소스저장부가 장방형으로 이격되어 배치되고, 그 중심상에는 상하부가 개방된 이동부가 장방형으로 구성되며, 상기 이동부 하단인 분출구는 사각형으로 형성된 선형의 저장도가니와,

    단면이 반원 형상으로 형성된 선형의 덮개도가니가

    일체로 구성된 선형의 하향식 도가니를 포함하며,

    상기 선형의 하향식 도가니 하부에 일정거리를 두고, 선형의 박막균일도 조절기를 설치하고,

    상기 선형의 하향식 도가니 외측에는 하우징을 구비하고, 상기 도가니 외측과 상기 하우징 내측 사이에는 열선장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원.
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