KR101284394B1

KR101284394B1 - 박막 퇴적용 분자선원과 그 분자선량 제어방법

Info

Publication number: KR101284394B1
Application number: KR1020060042963A
Authority: KR
Inventors: 오사무 고바야시; 도시히코 이시다
Original assignee: 쵸슈 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2013-07-09
Also published as: CN1958838A; JP4673190B2; TW200718811A; US8025734B2; JP2007126303A; US20100170434A1; US7682670B2; TWI398557B; KR20070047201A; US20070095290A1

Abstract

도가니 속의 박막 소자 재료의 잔량이 감소해도, 니들 밸브에 의해 분자선량을 매시 일정하게 조정할 수 있도록 한다.

박막 퇴적용 분자선원은, 도가니(31,41) 속의 박막 소자 재료(a,b)를 가열하기 위한 히터(32,42)와, 기판(51)의 성막면을 향하여 상기 도가니(31,41)에서 발생한 박막 소자 재료(a,b)의 분자를 방출하는 양을 조절하는 밸브(33,43)를 구비한다. 또한, 상기 성막면을 향해서 방출되는 분자선량을 검지하는 막두께계(16,26)로 검지된 분자선량 정보를 귀환시켜, 서보 모터(36,46)에 의해 밸브(33,43)의 개방도를 조절하는 제어수단과, 상기 히터(32,42)를 가열하기 위한 전력을 공급하는 가열전원과, 상기 분자선량 정보와 밸브 개방도 정보로부터 상기 가열 전원의 투입 전력을 조정하는 제어수단을 구비한다.

Description

박막 퇴적용 분자선원과 그 분자선량 제어방법{A MOLECULAR BEAM SOURCE FOR USE OF THIN-FILM ACCUMULATION AND A METHOD FOR CONTROLLING VOLUME OF MOLECULAR BEAM}

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 분자선원 셀을 2개 동시에 사용한 예를 나타내는 진공 챔버의 분자선원 셀의 장착 부분의 종단 측면도이다.

도 2는 같은 실시형태에 의한 한쪽의 분자선원 셀을 나타내는 종단 측면도이다.

도 3은 같은 실시형태에 의한 다른쪽의 분자선원 셀을 나타내는 종단 측면도이다.

도 4는 도 2와 도 3의 각각 A부와 B부를 나타내는 확대 단면도이다.

도 5는 상기 실시형태에 의한 분자선원 셀의 밸브와 히터 전원의 제어의 예를 나타내는 블록도이다.

도 6은 상기 실시형태에 의한 분자선원 셀의 밸브와 히터 전원의 제어의 예를 나타내는 타임차트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 분자선원 셀 2 : 분자선원 셀

14 : 분자 방출구 16 : 막두께계(film-thickness meter)

24 : 분자 방출구 26 : 막두께계

31 : 도가니 32 : 히터

36 : 서보 모터 41 : 도가니

42 : 히터 46 : 서보 모터

51 : 기판 a : 박막 소자 재료

b : 박막 소자 재료

본 발명은, 기판 등의 고체의 성막면에 박막을 형성하고자 하는 재료를 가열함으로써, 그 박막 소자 재료를 용융 또는 승화, 증발시켜, 고체 표면에 박막을 성장시키기 위한 증발 분자를 발생하는 박막 퇴적용 분자선원과 그 분자선량 제어방법으로서, 특히 유기물(有機物) 박막을 기판 등의 고체의 성막면에 퇴적시키는 것을 장시간, 연속적으로 실시하는데에 적합한 박막 퇴적용 분자선원과 그 분자선량 제어방법에 관한 것이다.

분자선 에피택시 장치로 불리는 박막 퇴적 장치는, 고진공으로 감압이 가능한 진공 챔버내에 반도체 웨이퍼 등의 기판을 설치하고, 이 기판을 필요한 온도로 가열함과 동시에, 그 성막면을 향해서 크누드센 셀(Knudsen cell)등의 분자선원 셀을 설치한 것이다. 이 분자선원 셀의 도가니에 수납된 박막 소자 재료를 히터에 의해 가열하여, 승화시키거나 혹은 용융, 증발시키고, 이에 의해 발생한 분자를 상 기 기판의 성막면에 입사시키고, 그 성막면에 박막 소자 분자를 에피택셜 성장시켜, 박막 소자 재료의 막을 형성한다.

이러한 박막 퇴적 장치에 사용되는 분자선원 셀은, 열적, 화학적으로 안정성이 높은, 예를 들면 PBN(Pyrolithic Boron Nitride) 등으로 이루어진 도가니 속에 박막 소자 재료를 수납하고, 이 박막 소자 재료를 도가니 바깥측에 마련한 전기 히터로 가열하고, 이에 의해 박막 소자 재료를 승화시키거나 혹은 용융, 증발시켜, 그 분자를 발생시키는 것이다.

근래의 유기(有機) 일렉트로루미네선스(EL), 유기 반도체로 대표되는 유기 박막 소자가 주목받고 있다. 이들 박막 소자는, 진공중에서 박막 소자 재료를 가열하여, 그 증기를 기판상에 내뿜어 냉각함으로써 고체화 및, 접착을 실시하고 있다. 일반적으로는 박막 소자 재료를 PBN등의 무기 재료나 텅스텐 등의 고융점 재료로 만들어진 도가니에 넣어, 도가니의 주위를 히터로 가열함에 의하여 성막하는 재료를 가열하여, 그 증기를 발생시켜 그것을 기판으로 내뿜는 방법이 이용되고 있다.

상술한 바와 같은 유기 박막 소자의 대표적인 예인 유기 EL소자는, EL발광능을 가진 유기 저분자 또는 유기 고분자 재료로 발광층을 형성한 소자이며, 자기(自己) 발광형의 소자로서 그 특성이 주목받고 있다. 예를 들면 그 기본적인 구조는, 홀(hole) 주입 전극상에 트리페닐디아민(TPD) 등의 홀 수송 재료의 막을 형성하고, 이 위에 알루미늄-퀴놀리놀 착체(Alq₃) 등의 형광 물질을 발광층으로서 적층하고, 또한 Mg, Li, Cs 등의 일함수가 작은 금속 전극을 전자 주입 전극으로서 형성한 것이다. 이러한 박막 소자 재료는, 일반적으로 고가이다.

그런데 박막 소자의 형성에 있어서는, 표면상에 박막을 성막시키는 기판의 교체나, 필요한 부분에만 재료를 내뿜기 위한 마스크의 위치 조정 등의 시간도 필요하다. 그러나, 상술한 바와 같은 유기 박막 소자 재료는, 비교적 저온에서 승화하여, 기화하는 재료가 많기 때문에, 상기와 같은 기판의 교환이나 마스크의 위치 맞춤 등을 하는 동안에도 재료가 기화하기 때문에, 매우 고가의 재료가 불필요하게 소비되어 버리는 결점이 있었다.

따라서, 하기의 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 도가니를 밀폐 구조로 하여, 이들을 밀폐구조의 진공 용기에 수납하고, 상기 도가니에서 발생한 박막 소자 재료의 분자를 성막면을 향하여 방출하기 위한 분자 방출로를 설치하고, 분자 방출로의 중간에 분자선량을 조절하기 위한 니들 밸브(needle valve)를 구비한 박막 퇴적용 분자선원이 제안되어 있다.

이 밸브 기구를 구비한 박막 퇴적용 분자선원에서는, 밸브에 의해 도가니에서 발생한 박막 소자 재료의 증기의 방출을 니들 밸브로 차단할 수 있는데 더하여, 분자선량을 니들 밸브로 조정할 수 있다. 일정한 막두께와 품질을 가진 박막을 형성하기 위해서는 분자선원으로부터 방출되는 분자선량을 매시 일정하게 유지하는 것이 효과적이다.

상술한 바와 같은 유기 박막 소자 재료의 대표적인 것으로서, 상술한 EL박막 소자 재료가 있지만, 이러한 박막 소자 재료는, 입자상태 혹은 분말상태의 개체인 것이 많고, 이 상태로 분자선원의 도가니에 수납된다. 이 도가니에 수납된 EL박막 소자 재료를 도가니의 바깥측에 설치한 히터로 가열함으로써, EL박막 소자 재료가 가열, 승화되고 기화하여 기판을 향해서 방출되어 기판의 성막면위에 퇴적, 성막한다.

이러한 EL박막 소자 재료가 도가니 속에서 승화하고, 기화하여 방출되면, 도가니 속의 EL박막 소자 재료의 잔량이 점차 감소한다. 그렇게 되면, 도가니 속의 EL박막 소자 재료의 표면적이 감소하기 때문에, 도가니내에서의 EL박막 소자 재료의 승화량이 점차 감소한다. 따라서, 박막 퇴적용 분자선원으로부터 방출되는 분자선량을 일정하게 유지하기 위해서는, 니들 밸브에 의한 개방도, 즉 밸브를 전부 개방했을 때에 대한 밸브의 유로 단면적의 비를 크게 하여, 박막 퇴적용 분자선원으로부터 방출되는 분자선량을 확보할 필요가 있다.

그러나, 니들 밸브에 의한 분자선량의 조정은 유한하고, 니들 밸브를 전부 개방하면, 그 이상 분자선량을 증가시킬 수는 없다.

하기의 특허문헌 2에는, 분자선량의 조정 수단으로서 2개의 제어수단을 예로 들고 있다.

하나는, 상술한 바와 같은 밸브에 의한 분자선량의 조정수단이다. 다른 하나는, 도가니를 히터로 가열하는 온도에 의한 제어수단이다. 그러나, 후자의 도가니를 히터로 가열하는 온도에 의한 제어수단은, 간접적이고 시간 지연이 있기 때문에, 정밀한 분자선량의 조정에는 적합하지 않다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 2003-95787호

[특허문헌 2] 일본 특허공개공보 평성6-80496호

본 발명은, 상기 종래의 박막 퇴적용 분자선원과 그 분자선량 제어방법에 있어서의 과제에 비추어, 박막 퇴적용 분자선원으로부터의 분자선 방출에 의해, 도가니 속의 박막 소자 재료의 잔량이 감소해도, 니들 밸브에 의해 분자선량을 매시(每時) 일정하게 조정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 정밀하게 방출하는 분자선량을 정확하게 제어할 수 있지만, 제어 범위에 한계가 있는 밸브에 의한 분자선량 제어수단과 양적, 시간적으로 정밀하게는 방출하는 분자선량을 제어할 수 없지만, 도가니내의 박막 소자 재료의 잔량에 의한 기화량의 감소에 의한 방출하는 분자선량의 감소를 보완하여, 방출하는 분자선량을 증가시킬 수 있는 히터에 의한 제어수단을 적절하게 조합한 것이다. 이에 따라, 도가니내의 박막 소자 재료의 감소에 대응하여 매시 일정량의 방출 분자선량을 유지할 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 발명에 의한 박막 퇴적용 분자선원은, 박막 소자 재료를 가열하기 위한 도가니와, 이 도가니를 가열하기 위한 히터와, 이 도가니에서 발생한 박막 소자 재료의 분자를 성막면을 향하여 방출하기 위한 분자 방출로(放出路)를 구비하고, 이들을 밀폐 구조의 진공 용기에 수납하여, 분자 방출로의 도중에 분자선량을 조절하기 위한 밸브를 구비한다. 또한, 상기 성막면을 향해서 방출되는 분자선량을 검지하는 검지수단과, 이 검지수단으로 검지되는 분자선량 정보를 귀환(歸還)시켜, 밸브 구동 수단에 의해 밸브의 개방도를 조절하는 제어수단과, 상기 히터를 가열하기 위한 전력을 공급하는 가열 전원과, 상기 분자선량 정보와 밸브 개방도 정보로부터 상기 가열 전원의 투입 전력을 조정하는 제어수단을 구비한다.

또한, 박막 퇴적용 분자선원을 사용한 분자선량 제어방법은, 유기물을 기판에 연속적으로 증착할 때에, 소정의 분자선량을 얻기 위해서 필요한 밸브 개방도가 미리 정해진 일정한 기준치 이상이 되었을 때에, 도가니를 가열하는 전원에 투입하는 전력을 조정하여, 밸브 개방도가 일정한 범위내에 들어가도록 제어하는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 박막 퇴적용 분자선원과 그것을 사용한 분자선량 제어방법에서는, 방출하는 분자선량을 정확하게 제어할 수 있는 밸브에 의한 분자선량 제어수단에 의한 제어를 기본으로 하면서, 도가니내의 박막 소자 재료가 소비되어 그 잔량이 감소했을 때, 히터 온도를 상승시켜 도가니내의 박막 소자 재료의 단위시간당의 기화량을 유지하여, 일정한 분자선의 방출량을 유지할 수 있도록 한 것이다. 이에 따라, 도가니내의 박막 소자 재료가 소비되어, 상기 재료가 점차 감소하여도, 원하는 방출 분자선량을, 밸브에 의한 제어 범위속에서 유지 할 수 있게 된다. 즉, 도가니내의 박막 소자 재료의 잔량이 조금이 될 때까지, 밸브의 개방도 조정에 의해, 항상 정량의 방출 분자선량을 유지하는 제어가 가능하다. 또한 상술한 바와 같이, 히터 온도의 조정에 의한 분자선량의 제어는, 시간 지연 등에 의해, 정밀한 제어는 불가능하지만, 밸브의 개방도 조정과의 병용에 의해, 정밀한 분자선량의 제어가 가능하다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명은, 도가니와 진공조의 사이에 밸브를 이용한 분자선원 셀과 진공조에 설치된 방출 분자선량을 검지하는 검지기와, 이 검지기로부터의 신호를 기초로 분자선셀의 니들 밸브를 제어하는 밸브구동수단과, 밸브 위치 신호를 기초로 도가니의 가열 전력을 제어하는 회로에 의해 구성된다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은, 기판(51)에 성막하는 박막으로서, 주성분인 박막 소자 재료(a)를 증발시켜, 그 분자를 방출하는 제 1 분자선원 셀(1)과, 도펀트(dopant) 등의 부(副)성분의 박막 소자 재료(b)를 증발시켜, 그 분자를 방출하는 제 2 분자선원 셀(2)을 조합한 복합 분자선원 셀의 예이다.

이러한 분자선원 셀(1,2)은, 도가니(31,41) 속에 박막 소자 재료(a,b)를 수납하고, 히터(32,42)로 이 박막 소자 재료(a,b)를 승화 또는 증발시키는 재료 수납부(3,4)와, 이 재료 수납부(3,4)로부터 방출되는 박막 소자 재료(a,b)의 분자를 누출 또는 정지하도록 개폐되는 밸브(33,43)와, 이 밸브(33,43)로부터 보내져 온 박막 소자 재료(a,b)의 분자를 히터(15,24)로 재가열하여, 기판(51)을 향해서 방출시키는 분자 방사부(11,21)를 가진다. 이 분자 방사부(11,21)는 액체질소수 등으로 냉각되는 슈라우드(shroud)(40)로 둘러싸여 있다. 한편 도시하지는 않지만, 도가니(31, 41)의 온도는, 그 저부에 측온점을 형성한 열전대(thermo-couple) 등의 측온수단으로 측정된다.

이들 분자선원 셀(1,2)로부터 방출되는 박막 소자 재료(a,b)의 분자를 받아, 그 박막을 형성하는 성막면을 가지는 기판(51)측에는, 그 성막면을 향해서 방출되는 분자선량을 검지하는 검지수단으로서 막두께계(16,26)가 설치되어 있다. 막두께계(16)가 분자선원 셀(1)로부터 방출되는 박막 소자 재료(a)의 분자선량을 검지하는 검지수단이고, 막두께계(26)가 분자선원 셀(2)로부터 방출되는 박막 소자 재료(b)의 분자선량을 검지하는 검지수단이다.

박막 소자 재료(a,b)의 분자는 분자선원 셀(1,2)의 분자 방출구(14,24)로부터 방출되어 대향한 위치에 있는 기판(51)을 향해 증착된다. 이 때, 재료의 일부는 막두께계(16,26)를 향하며, 이 막두께계(16,26)에 포착된 박막 소자 재료(a,b)의 분자선량이 검지된다. 이 검지된 분자선량과 기판에 부착되는 재료량은 일정한 관계가 있으므로, 기판에 부착하는 박막 소자 재료(a,b)의 양이 판명된다.

도 2는, 주성분의 박막 소자 재료(a)를 승화 또는 증발시켜 방사하는 제 1 분자선원 셀(1)을 나타낸다.

이 분자선원 셀(1)의 재료 수납부(3)는, SUS 등의 금속의 고열전도재료로 이루어지는 원통용기형상의 도가니(31)를 가지며, 이 도가니(31)속에 박막 소자 재료(a)가 수납되어 있다.

도가니(31)의 주위에는 히터(32)가 배치되고, 그 바깥측은 액체질소수 등으로 냉각되는 슈라우드(39)로 둘러싸여 있다. 도가니(31)에 형성한 열전대 등의 온도측정수단(도시하지 않음)에 의해, 히터(32)의 발열량을 제어하고, 도가니(31)의 박막 소자 재료(a)를 가열함으로써, 도가니(31)내의 박막 소자 재료(a)가 승화 또는 증발하여, 그 분자가 발생한다. 또한, 히터(32)의 발열을 정지하고, 슈라우 드(39)로 도가니(31)의 내부를 냉각함으로써, 박막 소자 재료(a)가 냉각되어 박막 소자 재료의 승화 또는 증발이 정지된다.

이 도가니(31)의 박막 소자 재료의 분자가 방출되는 측에 밸브(33)가 설치되어 있다. 이 밸브(33)는, 니들 밸브이며, 선단이 첨예한 니들(34)과, 그 니들(34)의 선단이 끼워 들어감으로써, 유로가 닫혀지거나 혹은 유로 단면적이 좁혀지는 분자통과구멍을 가진 밸브 시트(valve sheet)(35)를 가지고 있다. 상기 니들(34)은, 벨로우즈(bellows;37)를 통하여 액츄에이터로서의 서보 모터(36)에 의해 도입되는 선형 운동에 의해 그 중심축방향으로 이동된다.

도 4(a)는 도 2의 A부를 확대한 도면인데, 상기의 선형 운동에 의해, 니들(34)의 선단이 밸브 시트(35)의 분자통과구멍(38)에 끼워맞춤되고, 혹은 그 분자 통과 구멍(38)으로부터 멀어져 분자통과구멍(38)이 열린다. 도 4(a)는, 니들(34)의 선단이 밸브 시트(35)의 분자통과구멍(38)에 끼워 넣어져 그 분자통과구멍(38)을 폐색하고 있는 상태이며, 밸브(33)가 닫혀져 있는 상태를 나타내고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 이 밸브(33)에 의해 개폐되는 밸브 시트(35)의 분자통과구멍의 끝에는, 분자 방사부(11)가 있다. 이 분자 방사부(11)는 원통형의 분자 가열실(12)을 가지며, 이 분자 가열실(12)의 주위에 히터(15)가 설치되어 있다. 상기의 밸브(33)측으로부터 누출되어, 분자 방사부(11)에 도달한 박막 소자 재료의 분자는, 이 분자 가열실(12)에서 필요한 온도로 재가열되어, 분자 방출구(14)로부터 기판을 향해서 방사된다.

다른 한편, 도 3은, 부성분의 박막 소자 재료(b)를 승화 또는 증발시켜 방사 하는 제 2 분자선원 셀(2)을 나타낸다. 이 제 2 분자선원 셀(2)의 구성은, 기본적으로 상술한 제 1 분자선원 셀(1)과 같다.

즉, 이 제 2 분자선원 셀(2)의 재료 수납부(4)는, SUS 등의 금속의 고열전도 재료로 이루어지는 원통 용기형상의 도가니(41)를 가지며, 이 도가니(41) 속에 박막 소자 재료(b)가 수납되어 있다.

도가니(41)의 주위에는 히터(42)가 배치되고, 그 바깥측은 액체질소수 등으로 냉각되는 슈라우드(49)로 둘러싸여 있다. 이들 히터(42)와 슈라우드(49)의 구조 및 기능은, 도 2에 의해 상술한 히터(32) 및 슈라우드(39)와 완전히 동일하다.

이 도가니(41)의 박막 소자 재료의 분자가 방출되는 측에 밸브(43)가 설치되어 있다. 이 밸브(43)는, 역시 니들 밸브이며, 선단이 첨예한 니들(44)과, 그 니들(44)의 선단이 끼워 넣어짐으로써, 유로가 닫혀지거나 혹은 유로 단면적이 좁혀지는 분자통과구멍을 가진 밸브 시트(45)를 가지고 있다. 상기의 니들(44)은, 벨로우즈(47)를 통하여 액츄에이터로서의 서보 모터(46)에 의해 도입되는 선형 운동에 의해 그 중심축방향으로 이동된다.

도 4(b)는 도 3의 B부를 확대한 도면인데, 상기의 선형 운동에 의해, 니들(44)의 선단이 밸브 시트(45)의 분자통과구멍(48)에 끼워맞춤되거나, 혹은 그 분자통과구멍(48)으로부터 멀어져 분자통과구멍(48)이 열린다. 이 분자선원 셀(2)은, 도펀트 등의 부재료를 방출하는 것이기 때문에, 주재료를 방출하는 상술의 분자선원 셀에 비해서 밸브 시트(45)의 개구 지름이나 니들(44)의 선단부 테이퍼는 작고, 밸브(43)의 최대 개구 면적이 작게 설계되어 있다. 그 만큼, 분자선량의 제 어는 정밀하게 실시할 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기의 밸브(43)에 의해 개폐되는 밸브 시트(45)의 분자통과구멍의 끝에는, 분자 방사부(21)가 있다. 이 분자 방사부(21)는 원통형의 분자 가열실(22)을 가지며, 이 분자 가열실(22)의 주위에 히터(25)가 설치되어 있다. 상기의 밸브(43)측으로부터 리크하여, 분자 방사부(21)에 도달한 박막 소자 재료의 분자는, 이 분자 가열실(22)에서 필요한 온도로 재가열되어, 재응고하지 않고 분자 방출구(24)로부터 기판을 향해서 방사된다.

본 발명에서는, 상기 막두께계(16,26)로부터의 신호를 기초로, 밸브(33,43)를 구동하여 그 개방도를 조정하는 서보 모터(36,46)를 제어한다. 이와 동시에, 도가니(31,41)를 가열하는 히터(32,42)에 전력을 투입하는 전원을 제어한다. 이러한 제어는, 상술한 막두께계(16,26)에 의해 검지되는 분자선원 셀(1,2)로부터 방출되는 분자선량과 서보 모터(36,46)에 의한 밸브(33,43)의 개방도 정보를 제어계로 귀환(피드백)시켜, 프로그래밍 제어에 의해 이루어진다.

도 5는 이 제어계의 플로우 차트를 나타내는 도면이다. 쌍방의 분자선원 셀(1,2)에 있어서 기본적으로 동일한 제어계가 이용되고, 분자선원 셀(2)의 제어계에 대해서는 부호를 괄호로 써서 나타내고 있다.

이 도 5에 나타낸 바와 같이, 막두께계(16,26)로부터는 분자선원 셀(1,2)로부터 방출되는 분자선량에 따른 신호가 발생하고, 이 신호는 처리기(17,27)로부터 분자선 콘트롤러(18,28)를 거쳐 밸브 콘트롤러(37,47)와 히터 콘트롤러(38,48)에 보내진다.

분자선 콘트롤러(18,28)는 운전의 초기에 있어서, 전원을 겸하는 히터 콘트롤러(38,48)에 미리 정해진 도가니(31,41)의 온도의 지령값을 보냄과 동시에, 분자선량의 설정 목표치와 상기 막두께계(16,26)로부터 처리기(17,27)를 거쳐 보내져 오는 분자선량의 현재값의 정보로부터 밸브의 개방도 지령값을 산출하여, 이것을 밸브 콘트롤러(37,47)로 보낸다.

밸브 콘트롤러(37,47)에서는, 처리기(17,27)로부터 보내져 오는 개방도 지령값을 기초로, 밸브(33,43)의 서보 모터(36,46)에 구동 신호를 보내어, 밸브(33,43)의 개방도, 즉 밸브(33,43)의 전체를 개방했을 때에 대한 유로 단면적의 비(%)를 조정한다. 이와 함께, 밸브(33,43)의 개방도의 현재값을 분자선 콘트롤러(18,28)로 보낸다.

당연히, 분자선 콘트롤러(18,28)는 막두께계(16,26)로 검지되는 분자선량이 목표에 부족한 경우에는 밸브(33,43)의 개방도를 크게 하는 방향으로 밸브 개방도 지령값을 조정하고, 분자선량이 목표를 넘고 있는 경우는 밸브(33,43)의 개방도를 작게 하는 방향으로 밸브 개방도 지령값을 조정한다.

다른 한편, 히터 콘트롤러(38,48)에서는, 열전대 등으로 측정되는 도가니(31,41)의 온도가 분자선 콘트롤러(18,28)로부터 주어진 지령값의 온도를 유지하도록 히터(32,42)로의 투입 전력을 제어하고 있다. 여기서, 밸브(33,43)의 개방도의 현재값이 미리 정해진 상한치를 넘었을 때, 분자선 콘트롤러(18,28)는 히터 콘트롤러(38,48)에 도가니(31,41)의 온도를 상승시키도록 지령값 신호를 보낸다. 이에 따라, 도가니(31,41)의 온도가 상승하면, 도가니(31,41) 속의 박막 소자 재 료(a,b)의 증기압이 상승하기 때문에, 동일한 밸브 개방도로도 분자선량은 증대한다. 이 때문에, 분자선 콘트롤러(18,28)가 분자선량을 일정하게 하려고 밸브 콘트롤러(37,47)에 보내는 밸브 개방도 지령값을 감소시키기 때문에, 결과적으로 밸브(33,43)의 개방도의 현재값이 상한치를 밑돌도록 제어된다. 이 때의 도가니(31,41)의 온도 상승 속도는 미리 정해진 값에 의해서 이루어진다. 또한 온도 상승 범위는 미리 정해진 온도 상승값까지 제어되거나, 혹은 미리 정해진 밸브(33,43)의 개방도를 밑돌도록 제어된다.

반대로 밸브(33,43)의 개방도의 현재값이 미리 정해진 하한치를 밑돌았을 때는, 분자선 콘트롤러(18,28)는 히터 콘트롤러(38,48)에 도가니(31,41)의 온도를 하강시키도록 지령값 신호를 보내어, 도가니(31,41)의 온도를 내린다.

서보 모터(36,46)의 밸브(33,43)의 개방도의 지시값이 정해진 상한치와 하한치의 사이에 있는 경우는, 히터 콘트롤러(38,48)에 내려지는 지시에 대한 변경은 이루어지지 않는다.

도 6에 상술한 제어의 타임차트를 나타낸다. 도가니(31,41) 속의 박막 소자 재료(a,b)의 소비에 수반하여, 그 양이 적어지면, 도가니(31,41)안의 박막 소자 재료(a,b)의 기화량이 점차 감소한다. 이에 대응하여 분자선원 셀(1,2)의 분자 방출구(14,24)로부터 방출되는 분자선량은 분자선 콘트롤러(18,28)에 의해 일정하게 제어되기 때문에, 밸브(33,43)의 개방도는 시간의 경과와 함께 커진다. 그리고, 그 밸브(33,43)의 개방도가 미리 정해진 상한치 U를 넘었을 때에 분자선 콘트롤러(18,28)로부터 히터 콘트롤러(38,48)에 도가니(31,41)의 온도를 상승시키도록 온 도 상승 지시가 이루어진다. 이에 따라서, 막두께계(16,26)로 검지되는 매시(每時)의 분자선량이 증대 경향이 된다. 이에 대응하여 분자선원 셀(1,2)의 분자 방출구(14,24)로부터 방출되는 분자선량을 일정하게 하기 위해서, 밸브 콘트롤러(37,47)에 의해 밸브(33,43)의 서보 모터(36,46)가 구동되어 밸브(33,43)의 개방도가 감소하도록 제어된다. 그 후, 막두께계(16,26)로 검지되는 매시의 분자선량이 감소 경향으로 변하면, 이에 대응하여 분자선원 셀(1,2)의 분자 방출구(14, 24)로부터 방출되는 분자선량을 일정하게 하기 위해서, 다시 밸브 콘트롤러(37,47)에 의해 밸브(33,43)의 개방도가 커지도록 제어된다. 이렇게 해서 막두께계(16,26)로 검지되는 매시의 분자선량은 일정하게 제어되어 안정된 값이 유지된다.

한편, 도가니(31,41)의 온도를 미리 정해진 온도 상승폭으로 단계적으로 상승시키는 경우는, 그 온도 상승폭은 밸브(33,43)의 개방도가 하한치 L에 이르지 않은 상태에서 막두께계(16,26)로 검지되는 매시의 분자선량이 감소 경향으로 변하고, 그 이후 밸브 개방도를 증가시킬 필요가 있는 온도로 미리 실험하여, 계산해서 설정해 둘 필요가 있다.

이상에서 상술한 실시예는, 2개의 분자선원 셀로부터 기판(51)에 분자선을 방출하여 성막시키는 예이지만, 본 발명은, 단일의 분자선원 셀로부터 기판(51)에 분자선을 방출하여 성막 시키는 것이나, 3이상의 분자선원 셀로부터 기판(51)에 분자선을 방출하여 성막시키는 것 등에도 적용할 수 있는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 박막 퇴적용 분자선원과 그것을 사 용한 분자선량 제어방법에서는, 도가니내의 박막 소자 재료가 소비되어, 상기 재료가 점차 감소해도, 마지막까지 정량의 방출 분자선량을 유지하는 제어가 가능하다. 또한, 니들 밸브와 히터 온도의 조정과 개방도 조정의 병용에 의해, 정밀한 분자선량의 제어가 가능하다.

Claims

박막 소자 재료를 증착하기 위한 박막 퇴적용 분자선원(分子線源)으로서, 박막 소자 재료를 가열하기 위한 도가니와, 이 도가니를 가열하기 위한 히터와, 이 도가니에서 발생한 박막 소자 재료의 분자를 성막면을 향하여 방출하기 위한 분자 방출로(放出路)를 구비하고, 이들을 밀폐 구조의 진공 용기에 수납하여, 분자 방출로의 도중에 방출하는 분자선량을 조절하기 위한 밸브를 구비한 박막 퇴적용 분자선원에 있어서, 상기 성막면을 향해서 방출되는 분자선량을 검지하는 검지수단과, 이 검지수단으로 검지되는 분자선량 정보를 귀환(歸還)시켜, 밸브 구동 수단에 의해 밸브의 개방도를 조절하는 제어수단과, 상기 히터를 가열하기 위한 전력을 공급하는 가열 전원과, 상기 분자선량 정보와 밸브 개방도 정보로부터 상기 가열 전원의 투입 전력을 조정하는 제어수단을 구비하고,

이 가열 전원의 제어수단은, 유기물을 기판에 연속적으로 증착할 때에, 소정의 분자선량을 얻기 위하여 필요한 밸브 개방도가 미리 정해진 일정한 범위를 넘거나 또는 밑돌 때, 도가니를 가열하는 전원에 투입하는 전력을 조정하여, 밸브 개방도가 일정한 범위 내에 들어가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 퇴적용 분자선원.
박막 소자 재료를 증착하기 위한 박막 퇴적용 분자선원의 분자선량 제어방법으로서, 박막 소자 재료를 가열하기 위한 도가니와, 이 도가니를 가열하기 위한 히터와, 이 도가니에서 발생한 박막 소자 재료의 분자를 성막면을 향하여 방출하기 위한 분자 방출로를 구비하고, 이들을 밀폐 구조의 진공 용기에 수납하여, 분자 방출로의 도중에 방출하는 분자선량을 조절하기 위한 밸브를 구비한 박막 퇴적용 분자선원을 사용하고, 상기 성막면을 향해서 방출되는 분자선량을 검지하는 검지수단과, 이 검지수단으로 검지되는 분자선량 정보를 귀환시켜, 밸브 구동 수단에 의해 밸브의 개방도를 조절하는 제어수단과, 상기 히터를 가열하기 위한 전력을 공급하는 가열 전원과, 상기 분자선량 정보와 밸브 개방도 정보로부터 상기 가열 전원의 투입 전력을 조정하는 제어수단을 구비하고, 유기물(有機物)을 기판에 연속적으로 증착할 때에, 소정의 분자선량을 얻기 위해서 필요한 밸브 개방도가 미리 정해진 일정한 범위를 넘거나 또는 밑돌 때, 상기 가열 전원의 제어수단이 도가니를 가열하는 전원에 투입하는 전력을 조정하여, 밸브 개방도가 일정한 범위내에 들어가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 퇴적용 분자선원의 분자선량 제어방법.