KR101266584B1 - Evaporation source for Large scale deposition using parallel connection of point source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대면적 증착용 증발원에 관한 것으로, 모듈화된 발열체, 도가니, 반사판들 다수를 선형 배열하여 이루어진다. 다수의 발열체는 발열체 간에 소정의 간격을 띠고 공통 전극 블록 사이에 병렬연결 방식으로 연결되며, 발열체 마다 개별 도가니와 반사판이 구비되어 대면적을 증착할 수 있는 증발원을 구성한다. 공통 전극 블록은 냉각수를 흘려 과열을 방지한다. 개별 발열체, 도가니, 반사판의 조합은 근사적인 점 증발원으로 간주할 수 있고, 대면적 증착의 균일도는 점 증발원 사이의 거리를 조절할 수 있도록 하여 확보한다. 따라서, 본 발명의 병렬연결 발열체 구조를 이용하는 증발원은 대면적 증착을 위한 균일도를 확보하면서 동시에 증발원의 열변형과 파손을 방지할 수 있는 발명 장치이다.The present invention relates to an evaporation source for a large area deposition, and is made by linearly arranging a plurality of modular heating elements, crucibles and reflecting plates. The plurality of heating elements are connected in parallel with the common electrode blocks at predetermined intervals between the heating elements, and individual crucibles and reflectors are provided for each of the heating elements to form an evaporation source capable of depositing a large area. The common electrode block flows cooling water to prevent overheating. The combination of individual heating elements, crucibles and reflectors can be regarded as an approximate point evaporation source, and the uniformity of the large area deposition is ensured by controlling the distance between the point evaporation sources. Therefore, the evaporation source using the parallel-connected heating element structure of the present invention is an invention device that can prevent thermal deformation and breakage of the evaporation source while ensuring uniformity for large area deposition.

Description

점증발원을 병렬연결한 대면적 증착 증발원{Evaporation source for Large scale deposition using parallel connection of point source}Evaporation source for Large scale deposition using parallel connection of point source}

본 발명은 반도체 및 디스플레이 공정에서 요구되는 대면적 박막 증착을 위한 증발원 제작기술에 관한 것이다. 특히 고온 가열이 필요한 금속 증발원에 적용될 수 있는 기술이다. The present invention relates to an evaporation source fabrication technology for large-area thin film deposition required in semiconductor and display processes. In particular, it is a technology that can be applied to a metal evaporation source that requires high temperature heating.

반도체 소자, 디스플레이 패널, 솔라셀 등의 제작공정에서는 순도가 높고 균일한 박막을 제작하기 위해 주로 진공증착의 방법을 사용하는데, 진공증착 방법은 크게 물리적 증착방법인 PVD(Physical vapor deposition)과 화학적 기상 증착방법인 CVD(Chemical vapor deposition)으로 나눌 수 있다. 이 중 유기발광소자 또는 솔라셀 제작에 많이 이용되는 물리적 증착방법으로 진공 가열 증착법(Thermal evaporation)이 있다. 진공 가열 증착법에서는 진공챔버 내에 증착물질원료가 담긴 증발원을 위치시키고, 이를 가열하여 증발된 물질이 동일 진공챔버 내에 있는 기판에 증착되도록 한다. 진공 가열 증착법에 사용되는 증발원 중 가장 단순한 형태를 가지고 있는 것이 점 증발원으로 흔히 Knudsen 셀이라고도 한다. 일반적인 점 증발원은 증착원료 물질을 담는 도가니와 도가니를 가열할 수 있는 발열체, 그리고, 도가니로부터 증발된 원료 물질이 분출되는 통로인 소정의 개구부로 구성된다. 이러한 점 증발원은 개구부에 수직인 방향으로 가장 많은 원료 물질을 분사하고, 분사 방향에 따른 물질 분사율이 급격히 변하므로 기판크기가 370x470 mm 이상만 되어도 적용이 힘들다. 점 증발원의 한계를 극복하기 위해 기판을 회전시키거나, 비스듬히 기울어진 기판에 증착하는 방법을 사용하기도 하지만 역시 대면적 기판 증착에는 적합하지 않다. 종래의 대면적 기판 증착에 이용된 증발원은 주로 도 1과 같은 선형 증발원이다. 선형 증발원의 길게 형성된 선형 노즐(50)는 가장자리에서 원료 물질 분사량이 적어지는 효과를 상쇄하고, 균일한 박막 증착을 위해 상대적으로 중앙에서 좁고, 가장자리로 갈수록 폭이 넓은 모양이다. 대면적 증착을 위한 선형 증발원은 그 길이가 길어지므로 열변형에 취약하고, 가열하였을 때 전체적으로 고른 온도분포를 얻기가 힘든 단점이 있다. 간접 가열 방식을 사용하는 금속 증발원과 같은 경우 도가니와 발열체 사이의 열팽창 계수 차이는 증발원의 변형 및 파손을 유발하는 문제가 있다. 이런 경향은 Cu와 같은 고온의 증발 온도가 필요한 금속 증발원에서 더욱 심해진다. 또한, 균일한 박막 두께를 얻을 수 있는 선형 증발원의 노즐 모양을 정확히 예측하는 것은 어렵다. In the manufacturing process of semiconductor devices, display panels, and solar cells, vacuum deposition is mainly used to fabricate high purity and uniform thin films. The vacuum deposition methods are mainly physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition. Chemical vapor deposition (CVD) can be divided into deposition methods. Among them, vacuum evaporation (Thermal evaporation) is a physical vapor deposition method commonly used for manufacturing organic light emitting devices or solar cells. In the vacuum heating deposition method, an evaporation source containing an evaporation material source is placed in a vacuum chamber, and the evaporation material is deposited on a substrate in the same vacuum chamber by heating it. The simplest form of evaporation source used in vacuum heating evaporation is the point evaporation source, commonly referred to as Knudsen cell. A general point evaporation source is composed of a crucible containing a deposition raw material, a heating element capable of heating the crucible, and a predetermined opening which is a passage through which raw material evaporated from the crucible is ejected. This point evaporation source is sprayed the most raw material in the direction perpendicular to the opening, and since the material injection rate is changed drastically according to the injection direction, it is difficult to apply even if the substrate size is only 370x470 mm or more. In order to overcome the limitation of point evaporation source, a method of rotating the substrate or depositing on an obliquely inclined substrate is used, but it is also not suitable for large area substrate deposition. The evaporation source used for conventional large area substrate deposition is mainly a linear evaporation source as shown in FIG. The elongated linear nozzle 50 of the linear evaporation source cancels the effect of reducing the amount of raw material injection at the edge, and is relatively narrow at the center for uniform thin film deposition, and has a wider shape toward the edge. The linear evaporation source for large area deposition has a disadvantage in that it is vulnerable to heat deformation because of its length, and it is difficult to obtain a uniform temperature distribution when heated. In the case of a metal evaporation source using an indirect heating method, the difference in thermal expansion coefficient between the crucible and the heating element has a problem of causing deformation and breakage of the evaporation source. This tendency is exacerbated in metal evaporation sources that require high evaporation temperatures such as Cu. In addition, it is difficult to accurately predict the nozzle shape of the linear evaporation source that can obtain a uniform thin film thickness.

진공 가열 증착법을 증발원과 기판 사이의 상대적 위치에 따라 상향식, 하향식, 또는 수직형 등으로 나눌 수 있는데, 유기발광소자 제작에서는 증발원이 기판 하부에 위치하는 상향식이 많이 쓰이는 반면에 기판을 수백도로 가열해야 되는 솔라셀 제작과 같은 경우에는 기판 처짐이 심하므로 하향식 증착을 하는 것이 적합하다. 상향식이든 하향식이든 대면적 증착을 위한 선형 증발원은 상기한 열변형으로 인한 파손, 온도 불균일 문제를 가지고 있고 개구부 모양 최적화가 어려운 공통의 단점을 내포한다. Vacuum heating evaporation can be divided into bottom-up, top-down, or vertical type depending on the relative position between the evaporation source and the substrate.In organic light-emitting device fabrication, the bottom-up method where the evaporation source is located under the substrate is often used. In the case of solar cell fabrication, since the substrate sag is severe, it is preferable to perform top-down deposition. Linear evaporation sources for large-area deposition, bottom-up or top-down, suffer from the problems of breakage, temperature unevenness due to thermal deformation, and include common drawbacks that are difficult to optimize opening shape.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 박막 증착용 증발원으로 균일한 박막 증착이 가능하며 고온에서 열변형으로 인한 증발원 파손이 없는 증발원 장치를 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an evaporation source device capable of uniform thin film deposition as an evaporation source for large area thin film deposition and without evaporation source damage due to heat deformation at high temperature.

본 발명은 외부 전원공급 장치의 두 극으로 각각 연결되는 증착 챔버 내에 위치한 공통 전극 블록과The present invention relates to a common electrode block located in a deposition chamber connected to two poles of an external power supply.

상기 공통 전극 블록에 병렬로 연결된 다수의 동일한 특성을 가지는 발열체들, Heating elements having a plurality of the same characteristics connected in parallel to the common electrode block,

그리고 상기 발열체들에 일대일 대응되며 발열체에 의해 둘러싸여 간접 가열되는 도가니들의 선형 배열로 구성되는 대면적 박막 증착용 증발원을 제공한다.  In addition, the present invention provides an evaporation source for large-area thin film deposition, which consists of a linear arrangement of crucibles that are in one-to-one correspondence with the heating elements and indirectly heated by the heating elements.

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상기 도가니들은 증착 원료 물질을 분사하는 통로로 상향식 또는 하향식 노즐을 구비하고, 도가니를 둘러싼 발열체는 소정의 절연부로 절연된 반사판이 발열체 외부를 감싸 열에너지 손실을 막는다. The crucibles include a bottom-up or a downward nozzle as a passage for injecting the deposition raw material, and the heating element surrounding the crucible prevents thermal energy loss by surrounding the outside of the heating element with a reflector insulated by a predetermined insulation.

병렬로 연결된 다수의 발열체 양단에 연결된 공통 전극 블록 내에는 소정의 냉각수 라인을 구비하여 전극 블록의 과열 방지 및 열에너지 손실을 줄여주는 증발원 구조가 된다. A common electrode block connected to both ends of a plurality of heating elements connected in parallel has a predetermined cooling water line, thereby forming an evaporation source structure that prevents overheating of the electrode block and reduces heat energy loss.

따라서 본 발명은,
외부 전원공급 장치의 +극과 -극으로 각각 연결되는 선형의 공통 전극 블록;
상기 공통 전극 블록에 전기적으로 병렬 연결되며, 서로 간격을 두고 배열되는 다수의 점증발원; 및
Therefore, the present invention,
A linear common electrode block connected to the + and − poles of the external power supply, respectively;
A plurality of evaporation sources electrically connected in parallel to the common electrode block and arranged at intervals from each other; And

상기 다수의 점증발원의 배열 간격이 조절될 수 있도록 상기 공통 전극 블록은 상기 점증발원이 상기 공통 전극 블록과 접하는 소정의 길이의 연결홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.The common electrode block may provide a large-area deposition evaporation source including a connection groove having a predetermined length in which the evaporation source is in contact with the common electrode block so that the arrangement interval of the plurality of evaporation sources can be adjusted. have.

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또한, 본 발명은, 상기 증착 증발원에 있어서, 상기 다수의 점증발원은 상기 선형의 공통 전극 블록의 중심부에서 단부 쪽으로 갈수록 배열 간격이 좁아지도록 배열하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the deposition evaporation source, the plurality of evaporation source may provide a large-area deposition evaporation source characterized in that arranged so that the arrangement interval is narrowed toward the end from the center of the linear common electrode block toward the end. .

또한, 본 발명은, 상기 증착 증발원에 있어서, 상기 점증발원 각각은,In addition, the present invention, in the deposition evaporation source, each of the evaporation source,

상기 공통 전극 블록에 전기접속된 각각의 발열체;Respective heating elements electrically connected to the common electrode block;

상기 발열체 안에 안착 되어 간접가열되는 도가니; 및A crucible seated in the heating element and indirectly heated; And

상기 발열체를 감싸는 반사판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.It can provide a large-area deposition evaporation source comprising a; reflecting plate surrounding the heating element.

또한, 본 발명은, 상기 증착 증발원에 있어서, 상기 도가니는 상향식, 하향식 또는 수직형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the deposition evaporation source, the crucible may provide a large-area deposition evaporation source, characterized in that configured in the bottom-up, top-down or vertical.

또한, 본 발명은, 상기 증착 증발원에 있어서, 상기 발열체는 코일형, 그물형 또는 판형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the deposition evaporation source, the heating element may provide a large-area deposition evaporation source, characterized in that the coil, mesh or plate configuration.

또한, 본 발명은, 상기 증착 증발원에 있어서, 상기 반사판은 절연체로 된 링 부재에 끼워지며, 여러 겹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원을 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the vapor deposition evaporation source, the reflecting plate can be provided with a large-area vapor deposition evaporation source, characterized in that it is fitted in a ring member made of an insulator, consisting of a plurality of layers.

본 발명에 의하면, 대면적 증착용 증발원을 구성함에 있어 공통 전극 블록을 통해 병렬 연결된 다수의 점증발원을 사용하여 개별 점증발원의 위치를 조절할 수 있도록 하여 대면적 증착 시 박막의 균일도를 확보함은 물론, 공통 전극블록에 냉각수 라인을 설치하여 전체 증발원의 열변형 및 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 대면적 증착용 증발원을 모듈화된 발열체, 도가니, 반사판의 조합으로 구성하여, 유지보수가 용이하고 유지 비용을 절감하는 효과가 있다.According to the present invention, in the construction of an evaporation source for a large area deposition, a plurality of evaporation sources connected in parallel through a common electrode block can be used to adjust the positions of individual evaporation sources to ensure uniformity of the thin film during large area deposition. By installing a cooling water line in the common electrode block, it is possible to prevent thermal deformation and breakage of the entire evaporation source. In addition, the evaporation source for the large-area deposition is composed of a combination of a modular heating element, crucible, reflector plate, it is easy to maintain and reduce the maintenance cost.

도 1은 종래의 대면적 증착용 선형 증발원을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 병렬연결 발열체 구조의 일실시예를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 병렬연결 발열체 구조의 일실시예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 병렬연결 발열체와 공통 전극 블록 사이를 연결하는 연결부를 구성한 일실시예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 발열체와 공통 전극 블록이 연결부로 연결되어 있는 모양을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 병렬연결 발열체가 적용된 하향식 대면적 증착용 증발원의 도가니와 반사판, 발열부를 개략적으로 나타낸 단면도와 조립 단면도이다.
도 7은 본 발명의 발열체에 대한 실시예들인 판 형태 발열체와 그물(메쉬) 형태 발열체의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로 상향식 도가니가 적용된 것을 나타낸 단면도이다.
1 is a schematic diagram showing a conventional linear evaporation source for large area deposition.
Figure 2 is a plan view schematically showing an embodiment of a parallel connection heating element structure of the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing an embodiment of a parallel connection heating element structure of the present invention.
4 is a schematic diagram illustrating an embodiment in which a connection unit connecting between the parallel connection heating element and the common electrode block of the present invention is configured.
5 is a cross-sectional view showing a state in which the heating element and the common electrode block of the present invention are connected by a connecting portion.
6 is a schematic cross-sectional view and a cross-sectional view schematically illustrating a crucible, a reflector, and a heating unit of a top-down large-area evaporation source to which a parallel connection heating element of the present invention is applied.
7 is a schematic diagram of a plate-like heating element and a mesh (mesh) heating element which are embodiments of the heating element of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a bottom-up crucible is applied in another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 본 발명에서는 도 2에 나타낸 실시예와 같이 다수의 분리된 발열체(120)를 두 공통 전극 블록 사이에 병렬 연결의 형식으로 연결하여 대면적 증착용 증발원의 가열 방법으로 사용한다. 각 발열체(120) 는 내화금속(W, Ta, Mo 등) 와이어를 코일 형태로 감은 모양이고, 와이어의 한쪽 끝은 공통 전극 블록인 양극(+) 전극 블록(100)에, 다른 한쪽 끝은 음극(-) 전극 블록(110)에 연결된다. 이와 같은 연결은 전기적으로 각 발열체(120)가 서로 병렬연결되게 한다. 공통 전극 블록은 증착하려는 기판의 길이보다 길게 만들고, 길이가 긴 선형의 공통 전극 블록의 변을 따라 다수의 발열체(120)를 연결한다. 공통 전극 블록은 Cu 또는 STS 재질로 만들고, 냉각수 라인(190)을 구비하여 냉각수를 흘릴 수 있도록 되어 있다. 두 양극 전극 블록과 음극 전극 블록 사이는 절연체로 만들어진 전극 지지부(130)로 연결되어 있다. 도 2에는 9개의 발열체(120)가 두 공통 전극 블록 사이에 연결되어 있다. 각 코일 형태의 발열체(120)에는 그 안쪽에, 도 6에 도시한 것과 같은 도가니를 매 발열체(120) 마다 위치시켜 가열하게 된다. 이로 인해 가열된 다수의 도가니로부터 분자 빔 상태의 기체로 분사되는 증착 원료 물질을 기판에 증착할 수 있다. 여기서 각 발열체와 도가니 및 후술할 반사판의 조합은 점증발원으로 볼 수 있고, 본 발명에서 대면적 기판을 커버 할 수 있는 선형 증발원은 다수의 점증발원을 선형 배열하여 이루어지는 것으로 볼 수 있다. 증착 균일도를 확보하기 위해 배열되는 점증발원 간 거리를 가장자리로 갈수록 줄이거나, 각 증발원에서 물질이 분사되는 개구부의 크기를 가장자리로 갈수록 늘이는 두 가지 방법을 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 도 2 및 도 3에 나타나 있듯이 점증발원간 거리를 조절하는 방법을 사용하고 있다. 도 3에 나타낸 것은 도 2에 평면도로 나타낸 공통전극 블록에 나선코일 모양 발열체(120)가 연결되어 있는 사시도이다. 코일모양 발열체(120)와 공통 전극 블록과 연결부의 자세한 구성이 도 4에 나타나 있다. 발열체(120)를 형성하는 와이어의 양단을 각 공통 전극 블록 위에 와이어 직경보다 약간 낮은 높이로 가공되어 있는 연결홈(140) 위에 올려놓은 후 그 위에서 전극 블록과 동일 재질로 되어 있는 와이어 고정판(150)을 연결부 나사#1(160)과 연결부 나사#2(170)으로 고정하여 연결부를 구성한다. 연결홈(140)은 좌우(선형 증발원의 길이방향)로 소정의 폭을 가지고 형성되고, 연결부 나사(160, 170)가 관통하는 와이어 고정판의 슬롯(180)이 또한 좌우로 길게 뚫려 있어 발열체(120)의 좌우 위치를 연결홈(140)에서 슬라이딩 식으로 조정할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 필요에 따라 점증발원의 위치 조절로 점증발원의 간격을 조절하여 균일한 소스 플럭스 분포 조절에 이용할 수 있는 구조이다. In the present invention as a means for solving the above problems, as shown in the embodiment shown in Figure 2 by connecting a plurality of separate heating element 120 in the form of parallel connection between the two common electrode block heating method of the evaporation source for large area deposition Used as Each of the heating elements 120 is wound around a refractory metal (W, Ta, Mo, etc.) wire in the form of a coil, one end of the wire to the positive electrode block 100, which is a common electrode block, and the other end to the cathode It is connected to the (-) electrode block 110. This connection allows each of the heating elements 120 to be connected in parallel with each other. The common electrode block is made longer than the length of the substrate to be deposited, and connects the plurality of heating elements 120 along the side of the long linear electrode block. The common electrode block is made of Cu or STS material, and has a coolant line 190 to flow coolant. An electrode support 130 made of an insulator is connected between the two positive electrode blocks and the negative electrode block. In FIG. 2, nine heating elements 120 are connected between two common electrode blocks. Each coil-shaped heating element 120 is heated inside by placing a crucible as shown in FIG. 6 in each heating element 120. This enables deposition of a deposition raw material onto a substrate, which is injected from a plurality of heated crucibles into a gas in a molecular beam state. Here, the combination of each heating element, crucible, and reflector to be described later can be seen as an evaporation source, and in the present invention, a linear evaporation source that can cover a large area substrate can be regarded as being formed by linearly arranging a plurality of evaporation sources. In order to secure deposition uniformity, two methods may be used to reduce the distance between the evaporation sources arranged to the edge, or to increase the size of the opening from which the material is injected from each evaporation source toward the edge. As shown in Fig. 3, the method of controlling the distance between evaporation sources is used. 3 is a perspective view in which a spiral coil-shaped heating element 120 is connected to the common electrode block shown in FIG. The detailed configuration of the coil-shaped heating element 120, the common electrode block and the connecting portion is shown in FIG. Both ends of the wires forming the heating element 120 are placed on the connection grooves 140 processed at a height slightly lower than the wire diameter on each common electrode block, and then the wire fixing plate 150 made of the same material as the electrode block thereon. It is fixed to the connection screw # 1 (160) and the connection screw # 2 (170) to form a connection. The connecting groove 140 is formed to have a predetermined width in the left and right (the longitudinal direction of the linear evaporation source), the slot 180 of the wire fixing plate through which the connecting screw 160, 170 penetrates also long left and right, the heating element 120 The left and right positions of the) is to be adjusted in the sliding groove 140 in a sliding manner. Therefore, it is a structure that can be used to control the uniform source flux distribution by adjusting the interval of the evaporation source by adjusting the position of the evaporation source as needed.

상기한 바와 같은 도 2 및 도 3에 있는 병렬로 연결되는 발열체(120) 및 공통 전극 구조는 열변형과 열팽창에 의한 파손을 방지할 수 있다. 공통 전극 블록은 냉각수 라인을 통해 냉각되므로 열변형이 거의 없다. 또한, 발열체(120)는 전체 기판 크기에 비해 매우 작게 만들 수 있으므로 열변형, 열팽창을 최소화하고, 이로 인한 파손을 막을 수 있다. 본 발명에 의한 병렬 연결 발열부(발열체와 후술할 반사판 포함)를 이용하면, 도가니 또한 요구되는 대면적 기판 크기보다 훨씬 작게 만들 수 있어 열변형을 최소화할 수 있게 된다. As described above, the heating element 120 and the common electrode structure connected in parallel in FIGS. 2 and 3 may prevent breakage due to thermal deformation and thermal expansion. Since the common electrode block is cooled through the coolant line, there is little thermal deformation. In addition, since the heating element 120 can be made very small compared to the overall substrate size, it is possible to minimize thermal deformation and thermal expansion, thereby preventing damage. By using a parallel connection heating unit (including a heating element and a reflector to be described later) according to the present invention, the crucible can also be made much smaller than the required large area substrate size, thereby minimizing thermal deformation.

또한, 상기 실시예의 변형으로, 도가니와 발열체를 별도로 구성하지 않고 도가니 자체를 전기접속 가열할 수 있는 직접가열식 점증발원으로 구성할 수도 있다.
In addition, as a variation of the above embodiment, the crucible and the heating element may be constituted by a direct heating type evaporation source capable of electrically connecting the crucible itself to an electric connection.

도 5와 도 6에서는 본 발명의 병렬 연결 발열부가 이용된 대면적 증발원의 일실시예로 하향식 도가니 구조를 적용하여 CIGS 박막형 솔라셀에 이용될 수 있는 600X1200 이상에 적용가능한 대면적 Cu 증발원에 대한 단면도가 자세히 도시되어 있다. 단면도는 다수의 병렬 연결 발열부와 해당 위치의 도가니들 중 하나만 나타내고 있다. 도 5는 발열부와 공통 전극 블록과 연결부를 구성한 일실시예를 보여주는 단면도이다. 발열체(120)는 나선형 코일 모양으로 감겨있는 와이어로 되어 있고, 발열체(120)의 양단은 연결홈(140)에 위치시킨 후 연결부 나사(160, 170)로 와이어 고정판(150)과 공통 전극 블록을 체결하여 양극 전극 블록(100)과 음극 전극 블록(110)에 연결고정된다. 전극 블록(100, 110)에는 냉각수 라인(190)이 구비되어 있어, 전극 블록의 과열로 인한 증발원의 변형, 파손을 막는다. 도 6에는 하향식 도가니(300)와 반사판(230, 240)이 함께 도시되어 있다. 하향식 도가니(300)는 도가니 몸체(260)에서 증발된 증착 원료 물질이 도가니 뚜껑(250)으로 밀폐되어 있는 도가니 상부에서 반사되고, 도가니 중앙에 있는 노즐(270)을 통해 아래쪽으로 방출되는 방식이다. 도가니 뚜껑(250)은 증착 원료 물질의 누설을 막으면서, 증착 원료 물질의 재충진이 쉽도록 나사식으로 개폐하게 되어 있다. 도가니(300)는 발열체(120)의 중심으로 삽입되고, 발열체(120)와 일정 거리를 유지하며 발열체(120)의 외부를 1차 반사판(230)과 2차 반사판(240)으로 감싸서 발열체(120) 및 도가니(300)의 열에너지 손실을 줄이고, 도가니(300)의 가열이 효율적으로 될 수 있다. 1차 및 2차 반사판(230, 240)은 얇은 Ta 판을 여러 겹 겹쳐서 만드는 것이 바람직하다. 상기 반사판(230, 240)은 원통 형태로 만들고, 공통 전극 블록(100, 110) 및 발열체(120)와 절연되도록, 도 6에 나타낸 것과 같이 절연체로 만든 링의 한 면에 원호를 따라가며 소정의 홈을 내고 상기 반사판(230, 240)의 가장자리를 끼운 후 공통 전극 블록(100, 110)과 발열체(120) 사이에 위치시킨다. 보다 자세하게는, 상부 절연링(200) 하단과 중앙 절연링(210) 상단의 홈 사이에 끼워지는 1차 반사판(230)과 중앙 절연링(210) 하단과 하부 절연링(220) 상단의 홈 사이에 끼워지는 제2의 1차 반사판(230)이 있고, 그 바깥에 1차 반사판(230)보다 약간 큰 반경의 원통 모양인 2차 반사판(240)이 상부 절연링(200) 하단과 하부 절연링(220) 상단에 2차 반사판(240)과 같은 반경으로 형성된 소정의 홈에 끼워지도록 되어 있는 구조이다. 상기 절연링은 보론나이트라이드와 같은 세라믹 절연체로 제작함이 바람직하다. 이와 같이 하여 작고 간결한 구조로 도가니를 둘러싸는 반사판 구조를 제공할 수 있다.5 and 6 are cross-sectional views of a large-area Cu evaporation source applicable to 600X1200 or more that can be used in CIGS thin film solar cells by applying a top-down crucible structure as an embodiment of the large-area evaporation source using the parallel connection heating unit of the present invention. Is shown in detail. The cross-sectional view shows only one of a plurality of parallel-connected heating units and crucibles at that location. 5 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which a heating unit, a common electrode block, and a connecting unit are configured. The heating element 120 is made of a wire wound in the shape of a spiral coil, and both ends of the heating element 120 are positioned in the connection groove 140, and then the wire fixing plate 150 and the common electrode block are connected with the connection screw 160 and 170. The fastening is connected to the positive electrode block 100 and the negative electrode block 110. Cooling water lines 190 are provided in the electrode blocks 100 and 110 to prevent deformation and damage of the evaporation source due to overheating of the electrode block. 6 illustrates the top down crucible 300 and the reflecting plates 230 and 240 together. The top-down crucible 300 is a method in which the deposition raw material evaporated from the crucible body 260 is reflected from the top of the crucible closed by the crucible lid 250 and is discharged downward through the nozzle 270 at the center of the crucible. The crucible lid 250 is screwed to open and close to facilitate refilling of the deposition raw material while preventing leakage of the deposition raw material. The crucible 300 is inserted into the center of the heating element 120, maintains a predetermined distance from the heating element 120 and wraps the outside of the heating element 120 with the primary reflector 230 and the secondary reflector 240 to generate the heating element 120. ) And the thermal energy loss of the crucible 300, and the heating of the crucible 300 can be efficient. It is preferable that the primary and secondary reflecting plates 230 and 240 be made by stacking a plurality of thin Ta plates. The reflector plates 230 and 240 may be formed in a cylindrical shape and follow a circular arc on one side of a ring made of an insulator as shown in FIG. 6 so as to be insulated from the common electrode blocks 100 and 110 and the heating element 120. A groove is formed and the edges of the reflecting plates 230 and 240 are sandwiched and then positioned between the common electrode blocks 100 and 110 and the heating element 120. More specifically, between the lower portion of the upper insulating ring 200 and the groove of the upper end of the lower insulating ring 220 and the lower reflection plate 230 and the primary reflecting plate 230 is inserted between the groove of the upper end of the central insulating ring (210). There is a second primary reflector 230 to be fitted to the outer, the outer side of the upper secondary insulating ring 200 and the cylindrical secondary reflector 240 having a radius slightly larger than the primary reflecting plate 230 It is a structure that is to be fitted into a predetermined groove formed in the same radius as the second reflecting plate 240 on the top. The insulating ring is preferably made of a ceramic insulator such as boron nitride. In this way, it is possible to provide a reflector plate structure surrounding the crucible with a small and concise structure.

본 발명의 대면적 증착용 증발원은 도 6에 단면도로 나타나 있는 도가니(300), 발열체(120), 1, 2차 반사판(230, 240)과 상부, 중앙, 하부 절연링(200, 210, 220)들이 모듈화되어 있다. 즉, 도 6에 나타낸 도가니(300), 발열체(120), 1, 2 차 반사판(230, 240)과 상부, 중앙, 하부 절연링들(200, 210, 220)이 모여 하나의 증발원 모듈을 이루고, 도 2 및 도 3의 실시예에서 나타낸 것과 같이 이 증발원 모듈들 다수가 공통 전극 블록 사이에 병렬연결 방식으로 선형 배치되어 대면적 증착용 증발원을 구현하게 된다. 도 2, 3의 실시예에서는 9개의 증발원 모듈이 사용되었다. 이렇게 모듈화 되어 있으므로 유지 보수 및 고장 발생 시 모듈별로 처리할 수 있어, 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.The evaporation source for the large-area deposition of the present invention includes a crucible 300, a heating element 120, a primary and secondary reflector plates 230 and 240, and upper, middle and lower insulating rings 200, 210 and 220 shown in cross-sectional view in FIG. ) Are modular. That is, the crucible 300, the heating element 120, the first and second reflecting plates 230 and 240 and the upper, center, and lower insulating rings 200, 210 and 220 shown in FIG. 6 are assembled to form one evaporation source module. As shown in the embodiments of FIGS. 2 and 3, many of these evaporation source modules are linearly arranged in parallel between common electrode blocks to implement an evaporation source for large area deposition. In the embodiment of Figures 2 and 3, nine evaporation source modules were used. Because of this modularity, maintenance and failures can be handled by modules, reducing maintenance costs.

본 발명의 또 다른 실시예로는 병렬 연결되는 발열체로 상기한 와이어 코일 대신 도가니를 둘러싸는 얇은 판 형태의 발열체로 대치하는 것이다.Another embodiment of the present invention is to replace the heating element in the form of a thin plate surrounding the crucible instead of the wire coil as a heating element connected in parallel.

본 발명의 또 다른 실시예로는 병렬 연결되는 발열체로 상기한 와이어 코일 대신 도가니를 둘러싸는 그물(mesh) 형태의 발열체로 대치하는 것이다. 도 7에 상기한 와이어 코일을 대체할 수 있는 얇은 판 형태의 발열체와 그물 형태의 발열체의 실시예를 개략적으로 나타내었다. Another embodiment of the present invention is to replace the heating coil of the mesh type surrounding the crucible instead of the wire coil as a heating element connected in parallel. FIG. 7 schematically illustrates an embodiment of a thin plate type heating element and a net type heating element that may replace the wire coil.

본 발명의 또 다른 실시예는 상기한 하향식 도가니 대신에 상향식 도가니로 대치하여 본 발명의 대면적 증착 증발원을 구성하는 것이다. 도 8에 간략히 나타낸 것과 같이 본 발명의 구성에서 도가니만 바꾸어 상향식 도가니(310)를 병렬 연결 발열체에 삽입하여 상향식 대면적 증착 증발원을 제작하여도 본 발명의 효과는 동일하다.
Another embodiment of the present invention is to replace the bottom-up crucible with the bottom-up crucible to constitute the large-area deposition evaporation source of the present invention. As briefly shown in Figure 8 in the configuration of the present invention by changing only the crucible up-top crucible 310 is inserted into a parallel connection heating element to produce a bottom-up large area evaporation source is the same effect of the present invention.

본 발명의 구성은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 얼마든지 다양한 응용과 변형이 가능함은 자명하다. The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that various applications and modifications can be made by those skilled in the art.

50: 선형 노즐 100: 양극 전극 블록
110: 음극 전극 블록 120: 발열체
130: 전극 지지부 140: 연결홈
150: 와이어 고정판 160: 연결부 나사#1
170: 연결부 나사#2 180: (고정판) 슬롯
190: 냉각수 라인 200: 상부 절연링
210: 중앙 절연링 220: 하부 절연링
230: 1차 반사판 240: 2차 반사판
250: 도가니 뚜껑 260: 도가니 몸체
300: 하향식 도가니 310: 상향식 도가니
50: linear nozzle 100: anode electrode block
110: cathode electrode block 120: heating element
130: electrode support 140: connection groove
150: wire fixing plate 160: connection screw # 1
170: connecting screw # 2 180: (fixing plate) slot
190: coolant line 200: upper insulation ring
210: center insulation ring 220: lower insulation ring
230: primary reflector 240: secondary reflector
250: crucible lid 260: crucible body
300: top down crucible 310: top down crucible

Claims (7)

외부 전원공급 장치의 +극과 -극으로 각각 연결되는 선형의 공통 전극 블록;
상기 공통 전극 블록에 전기적으로 병렬 연결되며, 서로 간격을 두고 배열되는 다수의 점증발원; 및
상기 다수의 점증발원의 배열 간격이 조절될 수 있도록 상기 공통 전극 블록은 상기 점증발원이 상기 공통 전극 블록과 접하는 소정의 길이의 연결홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.
A linear common electrode block connected to the + and − poles of the external power supply, respectively;
A plurality of evaporation sources electrically connected in parallel to the common electrode block and arranged at intervals from each other; And
And the common electrode block includes a connection groove having a predetermined length in which the evaporation source is in contact with the common electrode block so that an arrangement interval of the plurality of evaporation sources can be adjusted.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 다수의 점증발원은 상기 선형의 공통 전극 블록의 중심부에서 단부 쪽으로 갈수록 배열 간격이 좁아지도록 배열하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.The large area deposition evaporation source of claim 1, wherein the plurality of evaporation sources are arranged such that the arrangement intervals become narrower from the center portion of the linear common electrode block toward the end portion. 제1항에 있어서, 상기 점증발원 각각은,
상기 공통 전극 블록에 전기접속된 각각의 발열체;
상기 발열체 안에 안착 되어 간접가열되는 도가니; 및
상기 발열체를 감싸는 반사판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.
The method according to claim 1, wherein each of the incremental sources,
Respective heating elements electrically connected to the common electrode block;
A crucible seated in the heating element and indirectly heated; And
Large area deposition evaporation source comprising a; reflecting plate surrounding the heating element.
제4항에 있어서, 상기 도가니는 상향식, 하향식 또는 수직형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.5. The large area deposition evaporation source according to claim 4, wherein the crucible is configured in a bottom-up, top-down, or vertical form. 제4항에 있어서, 상기 발열체는 코일형, 그물형 또는 판형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.The large-area vapor deposition evaporation source according to claim 4, wherein the heating element is formed in a coil shape, a mesh shape, or a plate shape. 제4항에 있어서, 상기 반사판은 절연체로 된 링 부재에 끼워지며, 여러 겹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 증착 증발원.










5. The large-area vapor deposition evaporation source according to claim 4, wherein the reflector is fitted in a ring member made of an insulator and is formed of several layers.










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