KR101475664B1 - 증기상으로부터 기판들을 코팅하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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하랄트 그로스
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폰 아르데네 게엠베하
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Abstract

본 발명은 진공 코팅 시스템 내에서 기화될 물질들로 기판들(1)을 코팅하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 기화 물질은 중간 캐리어(3)를 사용한 이중 기화에 의해 상기 기판(1) 상에 배치되고, 상기 중간 캐리어(3)는 연속적으로 변위된다. 본 발명의 목적은 플로우-스루(flow through) 코팅 시스템 내에서 적용을 보장하는 중간 캐리어를 제공하는 것이다. 본 목적은 본 발명에 따라 원통형 중간 캐리어(3)에 의해 달성된다.

Description

증기상으로부터 기판들을 코팅하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR COATING SUBSTRATES FROM THE VAPOR PHASE}
본 발명은 진공 코팅 시스템 내에서 기화될 물질들로 기판들을 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 상기 기화될 물질은 기화 장치 내에서 가열되고 기화되어 기판 상에 증착된다. 상기 기화 물질은 중간 캐리어를 사용한 이중 기화(double vaporization)에 의해 상기 기판 상에 증착되며, 상기 중간 캐리어는 연속적으로 변위된다.
또한 본 발명은, 진공 코팅 시스템 내에서 기화될 물질들을 기화시키기 위한 기화 장치를 포함하며 기화될 물질들로 기판들을 코팅하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 경우에, 상기 기화 장치는 기화 물질들을 기화시키기 위해 제1 지점에 배치된다. 증기 증착을 수용할 상기 중간 캐리어의 측면의 반대편에서, 상기 기판에 대해 공간적으로(in spatial) 인접한 제2 위치 내에 가열 기구가 배치된다. 상기 중간 캐리어는 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점 사이에 변위 가능하게 배치되는데, 이는 상기 중간 캐리어의 연속적인 변위를 위해 제공된다는 것을 의미한다.
종래 기술에서는, 유기 물질들이 기판으로부터 광범위한 거리를, 예를 들어 50cm를 떨어져 기화되는 포인트 소스(point source)를 이용하여, 진공 코팅 시스템들 내에서의 기화될 물질들로의, 특히 유기 물질들로의 기판들의 코팅이 수행된다. 이러한 방법에서, 기판에 증착된 균질한 두께의 물질 층이 달성된다.
예를 들어 DE 10 2005 013 875 A1는, 유기 물질들을 기화시키기에 적합한 가열 기구를 포함하는, 진공 코팅 시스템을 개시한다.
이러한 진공 코팅 시스템의 단점들은 주로, 오직 적은(a few) 백분율의 영역 내에서만 종종 변동하는(range), 기화 물질의 낮은 수득율이다. 이는 특히, OLEDs 및 유기 태양 셀들의 생산에서 주된 원가 인자(cost factor)가 되는 유기 물질들의 경우에, 용납될 수 없다.
OLEDs의 생산에 대한 유기 물질들의 협동 기화에 대한 장치들 및 방법들이 더 공지되어있다.
또한 생산 시스템들에서, 일반적으로 증기 튜브 내에 일렬로 배열된 노즐들로 구성된 라인 소스(line source)들이 사용된다. 또한 본 경우에서, 균질 층 증착을 위해, 기판 및 기화기 소스(vaporizer source) 사이의 최소한의 거리 - 센티미터 범위 내임 - 가 요구되므로, 수득율은 보통 50% 내지 70% 사이인 범위에 놓인다.
DE 101 28 091 C1은, 이러한 라인 소스를 사용하여 평평한 기판을 코팅하는 장치를 개시한다.
기판 상의 유기 물질 층들의 생산에 대하여, 상이한 기화 소스들로부터의 층들을 기판 상에 성공적으로 증착시키는 장치들이 공지된다.
다양한 물질들은, 상이한 기화 장치들 내에서 기화되어 가스 유입구를 통해 프로세스 챔버 내로 도입된다. 불활성 가스의 공급 또는 배출에 의해, 프로세스 챔버 내의 가스상의 조성이 조정될 수 있다. 이 경우에도 이러한 장치 및 관련 방법에 대한 단점들은, 특히 복수의 물질들이 동시에 기화될 때의, 기화기 소스 및 기판 사이의 이격으로 인한 낮은 수득율이다.
US 4,748,313 A는 두 개의 회전 드럼들이 사용되는, 무기 물질들을 기화시키기 위한 방법을 개시한다. 첫 번째 단계에서, 제1 회전 드럼의 표면 상에서 무기 물질들이 기화되고 증착된다. 코팅될 기판이, 예를 들어 필름이 배치되는 제2 회전 드럼은, 제1 회전 드럼에 대해 상대적으로 인접하게 배치된다. 두 개의 드럼들 사이의 최소 길이 영역 내에서, 제1 드럼 내부에 전자빔 총이 배치되므로, 증착된 물질은 기화되고 제2 드럼 상의 기판 상에 증착된다. 이러한 배치에 대한 단점들은 주로, 유기 물질들을 기화시킬 때 사용하기에 부적합한, 전자빔 총의 사용에 있다. 나아가, US 4,748,313 A에 개시된 장치를 이용하여 평평한 기판들을 코팅하는 것은 불가능하다.
EP 1 391 532 A1은, OLED 생산을 위해 롤(roll) 형태로 제공되는 콤팩트 유기 펠릿을 생산하는 방법을 개시한다. 가열 기구가 자신의 축을 중심으로 회전하는 동안 가열 기구 내에 배치된 가열 기구들에 의해 가열되고 기화되는 기화 장치 내로, 펠릿들이 후속하여 이송된다. 상기 물질은 이로써 기화되어 이후 코팅될 기판 상에 증착된다. 이 경우의 단점은 특히, 유기 물질들로부터 펠릿을 정교하게(elaborate) 생산해야 한다는 것이다.
US 2005/0281050 A1은 OLEDs를 생산하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 코팅될 기판들이 복수의 코팅 챔버들을 통해 이송 경로를 따라 운반된다. 동시에, 각각의 코팅 챔버들 사이의 이격된 이송 경로 상에서 기화 소스가 변위되므로, 더 짧은 시간 동안 복수의 기판들이 코팅될 수 있다. 이러한 장치의 단점은 주로, US 2005/0281050 A1에 제안된 장치 및 관련 방법이 요구된 처리 속도(throughput rates)를 갖는 연속적인 코팅을 보장하기에 부적합하다는 점에 있다.
WO 2010/045974 A1는 기판들을 코팅하기 위한 장치 및 방법을 개시하는데, 유기 물질이 기화되고 캐리어 상에 증착된다. 상기 캐리어는 후속적으로, 유기 물질이 두 번째로 기화되어 코팅될 기판 상에 증착되는, 진공 코팅 챔버 내로 도입된다. 본 경우에, 캐리어는 가요성 물질로 인한 스트립 형태로 구성된다. 스트립 형태인 중간 캐리어들의 사용에 대한 단점들은 주로, 증착될 유기 물질들에 관한 중대한 제한을 초래하는 요구된 가요성에 대해 사용될 수 있는 물질들에 있다.
독일 특허 출원 번호 10 2009 007 587.9는, 중간 캐리어를 사용한 이중 기화에 의해, 기화될 물질을 기판 상에 증착시키는 장치 및 방법을 제공한다. 이러한 방법에서, 기화될 물질이 기화에 의해 기판 상에 직접적으로 형성되지는 아니하나, 대신에 중간 캐리어가 사용된다.
기화될 물질은 기화 장치에 의해 제1 지점 내에서 처음으로 기화되고, 기화 장치에 대해 공간적으로 인접하며 위치-가변적으로 배치된 중간 캐리어 상에 증착된다. 이러한 코팅된 중간 캐리어는, 코팅될 기판에 대해 공간적으로 인접하게 놓인 제2 지점 내로 후속적으로 제공되며, 중간 캐리어 상에 증착된 기화 물질은 제2 지점 내에서 두 번째로 기화되고 기판 상에 증착된다. 본 경우에, 중간 캐리어는 기화된 물질을 수용하여 코팅될 기판 상에 증착시키기 위해 사용된다. 중간 캐리어를 사용함으로써, 더 짧은 이격 거리에 의해 90% 또는 그보다 큰 범위의 더 높은 수득률을 달성하는 것이 가능하다. 공지된 라인 소스들과는 대조적으로, 심지어 좁은 기판들 및 복수의 동시에 기화된 물질들에 대해서도 높은 수득율이 달성될 수 있다.
중간 캐리어들로서, 독일 특허 출원 번호 10 2009 007 587.9는 원형 디스크 형태의 중간 캐리어들과 함께, 순환식 밴드(endless band)들을, 예를 들어 스틸 밴드들을 나타낸다.
그러나, 스틸로 만들어진 순환식 밴드들은 중간 캐리어들로서 사용하기에 적합한 형태로 생산될 수 없다는 사실이 발견되었다. 그 주된 이유는, 증착된 임의의 유기 물질들과의 반응에 참여하기로 되어있지 않은(not meant to) 화학적으로 불활성인 스틸 밴드들이 너무 취성(brittle)이고, 이로써 스틸 밴드로서의 생산에 부적합한 것으로 나타났기 때문이다. 나아가, 연속 코팅 시스템들에 사용하기 위한 1m를 초과하는 직경을 갖는 원형 디스크 형태의 중간 캐리어들은, 요구된 정밀도로 생산될 수 없거나, 만약 생산된다면 단지 높은 경비(outlay)가 든다는 사실이 발견되었다.
그러므로 본 발명의 목적은, 높은 수득율을 갖는 기화될 물질들로, 특히 유기 물질들로 기판들을 코팅하는 것을 가능하게 만드는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 코팅 프로세스 내내 각각의 성분들의 재생가능한 화학량론(reproducible stoichiometry) - 증착된 층 내부에서 일정함 - 이 보장되는 동안, 기화될 물질들로 기판을 동시에 코팅하는 것을 허용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적들은 독립항에 따른 장치 및 방법에 의하여 달성된다. 본 발명의 바람직한 구성은 다른 청구항들에 명시된다.
중간 캐리어를 사용한 이중 기화에 의하여, 기화될 물질이 기판 상에 증착된다. 이러한 방법에서, 공지된 기화 장치의 기화될 물질은 기화에 의해 기판 상에 직접적으로 형성되지 아니하나, 대신에 중간 캐리어가 사용된다. 기화될 물질은 기화 장치 내에서 가열되고 기화되어 기판 상에 증착되는데, 기화 물질은 중간 캐리어를 사용한 이중 기화에 의해 기판 상에 증착된다. 중간 캐리어는 연속적으로 변위된다.
본 발명에 따라, 기화 물질이 원통형으로 구성된 중간 캐리어 상에 증착되는데, 상기 중간 캐리어는 구동 롤러들을 포함하는 구동 시스템을 이용하여 회전 축을 중심으로 회전 방향으로 변위된다. 중간 캐리어 상에 증착된 기화 물질은 코팅될 기판 및 가열 기구에 공간적으로 인접하게 놓인 지점 내로 변위되는데, 상기 중간 캐리어 상에 증착된 기화 물질은 가열 기구에 의해 한번 더 기화되어 기판 상에 증착된다.
중간 캐리어를 사용함으로써, 더 짧은 이격 거리에 의해 90% 또는 그보다 큰 범위의 더 높은 수득률을 달성하는 것이 가능하다. 공지된 라인 소스들과는 대조적으로, 심지어 좁은 기판들 및 복수의 동시에 기화된 물질들에 대해서도 높은 수득율이 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기화 물질은 기화 장치에 의해 제1 지점 내에서 처음으로 기화되고, 기화 장치에 대해 공간적으로 인접하며 위치-가변적으로 배치된 중간 캐리어 상에 증착된다. 이러한 코팅된 중간 캐리어는, 코팅될 기판에 대해 공간적으로 인접하게 놓인 제2 지점 내로 제공되고, 중간 캐리어 상에 증착된 기화 물질은 제2 지점 내에서 두 번째로 기화되어 기판 상에 증착된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 기화 물질은 제1 지점 내에서 기화 장치에 의해 처음으로 가열되고 기화되어 상기 기화 장치에 대해 공간적으로 인접하며 위치-가변적으로 배치된 중간 캐리어 상에 증착된다. 후속하여 제2 기화 물질이 추가적인 기화 장치 내에서 처음으로 가열되고 기화되어 중간 캐리어 상에 증착된 제1 기화 물질 상에 증착됨으로써, 제1 기화 물질과 제2 기화 물질로 구성된 층 시스템이 야기된다. 중간 캐리어는, 이후 기판의 영역 내의 증착된 기화 물질로부터 중간 캐리어의 반대편인 측면 상의 제2 지점 내에서 가열 기구에 의해 가열되는데, 상기 증착된 기화 물질들은 두 번째로 기화된다. 이러한 방법에서, 기화 물질들의 혼합이 주로 증기상으로 이루어지므로, 일정한 화학량적 조성으로의 기판 상의 기화 물질들의 혼합물의 증착이 보장된다. 이것은 특히. 증착된 층의 바닥에서 정상에 이르는(bottom to top) 코팅들의 화학량론에 대해 적용된다. 본 발명의 이러한 상황에서, 제1 지점 내의 기화기 소스는 독립적이고, 후속되는 제2 기화기 소스로부터 공간적으로 이격되어 있으므로, 제1 기화기 소스로부터의 열 복사는 기판에 도달할 수 없고 제2 기화기 소스를 가열할 수 없다.
본 발명의 일 실시예에서, 예를 들면 OLED 생산에서, 기화될 물질로서 유기 물질이 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기화될 물질로서 무기 물질이 사용된다. 본 발명의 이러한 상황에서, 중간 캐리어의 용융 또는 분해 온도 미만의 끓는 온도를 갖기만 하면, 금속들, 반금속들, 비금속들 그리고 알칼리 금속들 또는 알칼리 토류 금속들과 같은 모든 무기 물질들이 기화될 물질들로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 기화 장치의 영역 내의 냉각 기구에 의해 중간 캐리어가 냉각된다. 이러한 방법에서, 기화된 물질의 증착을 예방하기 위해 기화 장치의 영역 내에서 벽들이 기화 온도로 가열됨으로써, 냉각된 중간 캐리어 상에 기화된 물질의 양적인 증착이 이루어진다.
다른 실시예에서, 증착된 유기 물질로부터 중간 캐리어의 반대편 측면 상의 가열 기구에 의해, 제2 지점 내의 중간 캐리어 상에 증착된 유기 물질의 제2 기화가 수행된다. 이러한 방법에서, 가열 기구에 의해 중간 캐리어의 증기-증착 측면으로부터 반대편인 측면이 가열되고, 중간 캐리어 상에 증착된 물질이 기화된다. 본 발명의 이러한 상황에서, 양 유도 가열(induction heating) 및 열 방사체(thermal radiator)들, 또는 레이저 빔이나 전자 빔을 이용한 가열 또는 플래시램프(flashlamp)가 가열 기구로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 지점 내의 가열 기구에 의해 중간 캐리어 상에 증착된 유기 물질의 기화가 10-5 초부터 10초까지인 범위로 수행된다. 특히 온도-민감성 기판들 또는 온도-민감성 물질들 - 이미 증착됨 -, 또는 유기 층 시스템들에 대해 바람직한 이러한 방식으로, 중간 캐리어 상에 증착된 물질의 신속한 기화가 수행된다.
본 발명의 다른 구성에서, 기화 장치의 기화 공간(vaporization space)의 길이는, 중간 캐리어 상에 증착된 기화 물질의 층 두께가 조정될 수 있도록 선택된다. 기화 장치의 기화 공간 내의 중간 캐리어의 체류 시간(residence time)에 기초하여, 증착될 물질의 층 두께가 기화 공간의 길이를 이용해 조정될 수 있다. 따라서, 기화 공간의 길이 그리고 중간 캐리어 상에 증착된 물질의 층 두께는 비례한다. 이러한 방법은, 통상적으로 많은 유기 물질들의 분해 온도가 기화 온도를 단지 최소한도로(minimally) 초과하므로, 특히 높은 증착 속도를 생성하기 위해 유기 물질들을 이용할 때 바람직하다.
본 발명의 다른 구성에서, 최고 기화 온도를 갖는 기화 물질을 필두로 하여(starting with), 기화 물질들의 기화 온도를 감소시키기 위해 다양한 기화 물질들의 증착이 이루어진다. 중간 캐리어 상에 이미 증착된 물질들의 기화를 방지하기 위하여, 증기-증착 챔버 내의 중간 캐리어 상에 추가적인 물질들이 증착되도록 하는 것이 바람직하다. 나아가, 분해 온도가 자신의 기화 온도를 단지 약간(slightly) 초과하는 물질들에 대한, 예를 들면 유기 물질들의 경우에 대한 손상이 방지된다. 이러한 물질들은 더 높은 온도에의 갱신된(renewed) 노출 동안에 손상을 입을 수 있다.
대안적으로, 밴드 형태로, 예를 들면 순환식 밴드 형태로, 또는 회전 원형 디스크로서, 중간 캐리어를 구성하는 것을 고려해 볼 수 있다.
본 목적에 대한 배열에 관련된 해결책에 따라, 유기 물질들을 기화시키기 위한 기화 장치는 제1 지점 내에 배치되고, 기판에 대해 공간적으로 인접한 제2 지점 내에 증기 증착을 수용하려는 중간 캐리어의 측면의 반대편에 가열 기구가 배치되고, 그리고 제1 지점 및 제2 지점 사이에 중간 캐리어가 변위 가능하게 배치되는데 이는 중간 캐리어의 연속적인 변위를 위한 배치를 의미하고, 상기 중간 캐리어는 회전 방향으로 회전하기 위한 회전 축을 갖는 원통으로서 구성된다.
다른 실시예에서, 중간 캐리어는 석영 드럼으로서 구성되며 흡수체 층을 포함한다. 흡수체 층은, 신속한 열 입력 그리고 이에 따른 증착된 기화 물질의 신속한 기화를 - 중간 캐리어로부터 - 허용하기 위해 바람직하다.
다른 실시예에서, 중간 캐리어는 석영 드럼으로서 구성되며 CrN/SiO2로 구성된 흡수체 층을 포함한다. 대안적인 흡수체 층들은 몰리브덴이나 텅스텐이다. 더 높은 열 안정성 때문에, 몰리브덴 및 텅스텐은 알루미늄과 같은 금속들의 기화를 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 중간 캐리어와 기판 사이의 거리는 50mm 미만이고, 바람직하게는 5mm 미만이다. 이러한 작은 간격 때문에, 증착된 유기 물질의 높은 수득율이 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에서, 중간 캐리어의 냉각을 위한 냉각 기구가 기화 장치의 영역 내에 배치된다. 이렇게 함으로써 중간 캐리어 상에의 기화된 물질의 정량적인(quantitative) 증착이 보장된다. 본 발명의 이러한 상황에서, 기화 물질의 증착을 예방하기 위해 기화 장치의 벽들이 기화 온도로 가열된다. 이 경우에 증착된 유기 물질의 층 두께는, 중간 캐리어의 이송 속도와 함께, 기화 장치의 증기 공간의 길이 또는 폭, 그리고 내부에 우세한 증기압 양자에(both) 의존한다. 그러므로, 높은 증착 속도를 생성하기 위하여 유기 물질의 증기압 또는 기화 온도가 반드시 증가해야 할 필요는 없고; 오히려 증기 공간의 길이가 증가하는 것으로 충분하다. 이것은, 분해 온도가 기화 온도를 단지 최소한도로 초과하는 많은 유기 물질들에 대해 바람직하다.
다른 실시예에서, 중간 캐리어를 냉각시킴으로써 상이한 기화 온도들을 갖는 복수의 유기 물질들이 증착될 수 있다. 이러한 경우에, 중간 캐리어의 냉각 때문에 증착의 순서가 각각의 유기 물질들의 기화 온도들과 무관하게 수행될 수 있다는 점이 특히 바람직하다. 이로써, 그렇지 않을 경우 각각의 요소들에 대해 불안정하였을, 과도하게 높은 기화 온도들을 갖는 층 시스템들을 생성하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판을 냉각시키기 위한 냉각 기구가 배치된다. 이러한 방법에서, 짧은 거리를 두고 이격되도록 놓인 기판 상에, 제2 지점 내에서 기화된 물질이 정량적으로 증착된다. 유기 물질의 기화를 위하여, 이러한 거리는 약 0.1mm 내지 50mm인 범위에 놓인다. 하지만, 복수의 물질들을 기화시키고 그들을 가스상에서 혼합하기 위해서는, 기화 온도, 물질의 양 그리고 화학량론과 같은 많은 인자들에 의존하는 최소 거리를 갖는 것이 필요하다. 이로써, 중간 캐리어로부터 기판으로 유기 물질을 완전히 이송시키는 것이 가능하다.
다른 실시예에서, 제1 지점 내의 기화 장치 및 제2 지점 내의 기판 사이에, 제2 유기 물질을 기화시키기 위한 추가적인 기화 장치가 배치된다. 이러한 방법에서, 복수의 유기 물질들은 중간 캐리어 상에 층 시스템으로서 성공적으로 적용될 수 있다. 본 발명의 이러한 상황에서, 중간 캐리어 상에 추가적인 층들을 초래하는 추가적인 기화 장치들이, 제2 유기 물질을 증착시키기 위한 제2 기화 장치에 후속하여 배치될 수 있다. 형성된 이러한 층 시스템은, 후속하여 제2 지점 내로 이송되며 가열 기구를 이용하여 그곳에서 기화되므로, 후속하여 일정한 화학량론 비율로 기판 상에 증착되는 유기 물질들의 혼합물이 형성된다.
또한 본 발명의 이러한 상황에서, 유기 물질에 대한 대안으로서, 그 기화 온도가 중간 캐리어의 용융 또는 분해 온도 미만이기만 하면, 무기 물질을 기화 물질로서 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가열 기구는 레이저로서 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가열 기구는 할로겐 램프로서 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가열 기구는 할로겐 램프로서 구성되며 냉각된 셔터를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 가열 기구는 플래시램프(flashlamp)로서, 예를 들어 제논 플래시램프로서 구성된다. 이로써 기판 상으로의 열 입력이 최소화될 수 있으므로, 특히 온도-민감성 기판들조차도 코팅될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 지점 내의 기화 장치 및 제2 지점 내의 기판 사이에, 제2 기화 물질을 기화시키기 위한 추가적인 기화 장치가 배치된다. 이것은 본 발명에 따른 장치에 대해 두 개 또는 그 이상의 물질들의 협동 기화가 수행되도록 할 때 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 기화 장치 및 제2 기화 장치의 증기 튜브들의 영역 내에 가열된 증기 셔터들이 배치된다. 이것들은, 증착된 물질들의 수득율을 최대화하기 위해 특히 바람직하다.
예시적인 일 실시예를 참조하여 본 발명이 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
관련 도면들에서,
도 1은 원통형 중간 캐리어를 포함하는, 본 발명에 따른 예시적인 일 실시예의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 2는 구동 시스템을 포함하는, 본 발명에 따른 원통형 중간 캐리어의 개략도를 도시한다.
도 1의 연속적인 코팅 시스템에서, 기판 이송 방향(2)으로 연속적으로 이송되는 기판(1)을 기화 물질로 코팅하기 위하여 원통형 중간 캐리어(3)가 사용된다. 원통형 중간 캐리어(3)는, 예를 들어, CrN/SiO2로 구성된 흡수체 층으로 코팅된 석영 드럼으로 구성되는데, 상기 SiO2 층은 CrN 층에 있을 수 있는 산화를 방지하기 위함이다. 예시적인 본 실시예에서의 석영 드럼의 외부 직경은 300mm이다. 석영 드럼의 벽 두께는 10mm이다. 원통형 중간 캐리어(3)는, 회전축(4)을 중심으로 그리고 회전 방향(5)으로, 일정한 속도로 회전한다.
제1 기화 물질로의 중간 캐리어(3)의 코팅은, 제1 지점에서의 제1 기화 장치의 증기 튜브(6)를 이용하여 수행된다. 증기 튜브는, 예를 들어 SiC로 구성되고, 직각 상자 고정구(rectangular box fixture)를 갖는 라인 소스를 포함한다. 중간 캐리어(3)가 제1 지점에서 제1 기화 물질로 코팅된 이후에, 상기 제1 기화 물질로 코팅된 중간 캐리어(3)의 표면 영역은, 상기 중간 캐리어(3)의 연속적인 변위에 의하여 제2 지점에서 제2 기화 장치의 제2 증기 튜브(7)로 회전된다. 제2 기화 물질로의 코팅이 유사한 방법으로 이루어진다. 본 명세서에서, 제2 기화 물질의 기화 온도는, 반드시 제1 지점에서의 제1 기화 물질의 기화 온도보다 더 낮아야 한다는 점에 주의해야 한다. 만약 그렇지 않으면, 더 높은 기화 온도를 갖는 제2 물질의 더 고온인 증기 튜브(7)가 중간 캐리어(3)를 강하게(strongly) 가열함으로써, 증기 튜브(6) 아래에 이미 증착되어 있는 더 낮은 기화 온도를 갖는 상기 물질이 제2 지점에서 원치 않게 기화될 수 있다. 제1 증기 튜브(6) 및 제2 증기 튜브(7)의 열적 영향을 최소화하기 위하여, 복사열을 감소시키는 차폐판들(8)이 제공된다. 이는 두 개의 증기 튜브들(6, 7)의 상호 독립적인 조정을, 그리고 그 결과 초래되는 증착 속도의 상호 독립적인 조정을 가능하게 한다.
중간 캐리어(3)의 연속적인 회전 변위(5)에 의하여, 제1 기화 물질 및 제2 기화 물질로 코팅된 상기 중간 캐리어(3)의 표면 영역은, 가열 기구(11)의 제3 지점 내로 변위된다. 이는 중간 캐리어(3)의 코팅된 표면에 대해 반대편인 측면 상에, 석영 드럼의 내부에 배치된다. 중간 캐리어(3)의 코팅된 표면은, 기판(1)에 대해 공간적으로 인접한 이러한 지점을 통과하는데, 예시적인 본 실시예에서, 상기 기판(1)은, 기화 물질들로 코팅된 석영 드럼의 표면으로부터 약 5mm인 거리만큼 이격되며, 중간 캐리어(3)를 지나서 기판 이송 방향(2)으로 연속적으로 변위된다.
상기 기판(1) 상에 기화 물질들을 증착하기 위하여, 상기 증착 물질들은 가열 기구(11)를 이용하여 제3 지점에서 가열 및 기화된다. 이러한 가열 및 기화의 결과로서, 상기 기화 물질들은 기판(1) 상에 증착된다. 바람직하게는, 기화 물질들의 기판(1) 상에의 정량적인 증착을 보장하기 위하여, 상기 기판은 냉각 기구(도시되지 않음)에 의해 가열 기구(11)의 영역 내에서 냉각된다. 가열 기구(11)는, 예를 들어 약 20W/cm인 전력을 갖는 할로겐 로드 램프로서 구성될 수 있다. 나아가, 가열 기구(11)의 앞쪽에 냉각 셔터(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 이는 특히 가열 기구(11)의 전력을 조정하기 위하여, 가열 기구(11)로부터 중간 캐리어(3)의 표면의 코팅된 영역 상으로 유입된 열 입력의 각도를 개구로 하여금 조정하게 할 수 있다는 점에서, 그리고 전달된 복사 전력이 조절될 수 있다는 점에서 바람직하다. 목표는 오직 흡수체(absorber)만을 가열시키는 것이다. 본 경우에 발광 스펙트럼이 적외선 영역 내로 편이(shift)될 수 있고 이에 따라 석영 유리 중간 캐리어(3)가 원치 않게 더 강하게 가열될 수 있기 때문에, 가열 전력은 할로겐 램프로의 전류 공급을 이용하여 수행되지 아니하여야 한다. 본 경우에서, 냉각 셔터의 개구는, 가열 기구(11)의 복사 전력을 대략적으로(coarsely) 조절하는 수단으로서 사용된다. 단지 두 개의 물질들의 기화 온도를 초과하는 온도에 도달하는 것이 필요할 뿐이므로 정밀한 조정이 절대적으로 요구되지는 아니하나, 중간 캐리어(3)의 회전 속도를 이용한 정밀한 조정이 추가적으로 수행될 수 있다.
할로겐 램프의 대안으로서, 제3 지점 내의 좁은 선 상에서 중간 캐리어(3)의 길이방향(lengthwise) 축을 따라 스캐닝된, 집속(focused) 레이저 빔 또한 열원으로서 사용 가능하다. 본 경우의 이점은, 양 유기 물질들 모두가 고온으로 급속히 가열됨으로써 이러한 선 상에서 기화된다는 것이다. 따라서, 기판 상에 증착된 층 위의 상기 두 물질들의 화학량론(stoichiometry)의 달성 가능한 허용오차는 작다. 레이저의 파장은, 중간 캐리어(3)에 의해 흡수되지 않게 선택되어야 한다. 본 명세서에서는, 예를 들면 약 1μm인 파장을 갖는 고체-상태 레이저가 적합하다.
석영 드럼의 표면 상의 흡수체 층을 냉각시키기 위하여, 중간 캐리어(3)의 일부를 덮는 수냉각(water-cooled) 표면들(10)이 제공된다. 수냉각 표면들(10)은, 냉각수가 흐르는 금속 성분으로서 구성될 수 있다. 수냉각 표면들(10) 때문에, 석영 드럼의 간접적인 냉각이 열 복사의 흡수에 의해 이루어진다.
나아가, 예를 들어 석영 드럼을 간접적으로 냉각시키는 추가적인 수단은, 예를 들면 정지(stationary) 냉각수 튜브로 구성된, 냉각 기구(12)로 구성될 수 있는데, 이는 석영 드럼의 내부에 배치되며 복사 흡수 외벽을 갖는다.
증착된 물질들의 수득율을 최대화하기 위하여, 제1 기화 장치 및 제2 기화 장치의 증기 튜브들(6, 7)의 영역 내의 제1 지점 및 제2 지점 내에, 가열된 증기 셔터들(13)이 더 제공될 수 있다. 본 경우에 석영 드럼 및 셔터(13) 사이의 거리는 셔터 길이의 절반의 약 1/5이다. 그러므로, 2mm인 석영 드럼 및 셔터(13) 사이의 거리에 대한 가열된 증기 셔터(13)의 셔터 길이는 약 20mm이다.
도 2에 나타난 바와 같이 중간 캐리어(3)의 에지 영역 내에 각각 배치된 구동 롤러들(9)을 이용하여 중간 캐리어(3)가 구동된다. 중간 캐리어(3)의 표면의 코팅된 영역과 구동 롤러들(9)의 접촉이 방지됨으로써, 층 품질의 손상(impairment)이 예방된다. 이 지점에서의 중간 캐리어(3)의 온도는 100°C보다 훨씬 더 작기 때문에, 구동 롤러들(9)은 예를 들어 고무로 만들어질 수 있다.
증착된 물질의 양은 기판 이송 속도 그리고 증기 튜브들(6, 7)를 통해 중간 캐리어(3) 상에 증착된 기화된 물질의 양 사이의 조합에 좌우된다. 그러므로, 기판(1) 상에 증착된 물질의 층 두께는 전술된 파라미터들을 이용함에 따라 조정될 수 있다. 그러나, 중간 캐리어(3)의 회전 속도는 증착 속도에 영향을 미치지 아니한다.
전술된 진공 코팅 시스템에 대한 예시적인 일 실시예에서, 기화 물질로서 유기 물질이 사용된다.
전술된 진공 코팅 시스템에 대한 다른 예시적인 실시예에서, 기화 물질로서 무기 물질이 사용된다.
전술된 진공 코팅 시스템에 대한 다른 예시적인 실시예에서, 사용되는 무기 물질은, 기화 온도가 중간 캐리어(3)의 용융 또는 분해 온도 미만인 기화 온도를 갖는 금속이다.
1 기판
2 기판 이송 방향
3 원통형 중간 캐리어
4 원통형 중간 캐리어의 회전축
5 원통형 중간 캐리어의 회전 방향
6 제1 기화 장치의 증기 튜브
7 제2 기화 장치의 증기 튜브
8 차폐판들
9 구동 롤러들
10 수냉각 표면들
11 가열 기구
12 냉각 기구
13 가열된 증기 셔터들

Claims (22)

  1. 진공 코팅 시스템 내에서 유기 물질들로 기판들을 코팅하는 방법으로서:
    기화될 유기 물질은 기화 장치 내에서 가열되고 기화되어, 기판 상에 증착되고,
    기화 물질은 중간 캐리어(3)를 사용한 이중 기화(double vaporization)에 의해 기판(1) 상에 증착되고, 그리고
    상기 중간 캐리어(3)는 연속적으로 변위되는, 기판들을 코팅하는 방법에 있어서,
    원통형으로 구성된 중간 캐리어(3) 상에 상기 기화 물질이 증착되는데, 상기 중간 캐리어(3)는 구동 롤러들(9)을 포함하는 구동 시스템을 이용하여 회전축(4)을 중심으로 회전 방향(5)으로 변위되고,
    상기 중간 캐리어(3) 상에 증착된 상기 기화 물질은, 증착된 상기 기화 물질이 수냉각 표면(10)에 의해 냉각되는 동안, 코팅될 기판(1) 및 가열 기구(11)에 대해 공간적으로(in spatial) 근처에 놓이는 지점 내로 변위되고,
    상기 수냉각 표면(10) 중 하나 이상은 상기 가열 기구(11)의 상류에 위치되며,
    상기 중간 캐리어(3) 상에 증착된 상기 기화 물질은, 상기 가열 기구(11)에 의해 한번 더 기화되어 상기 기판(1) 상에 증착되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기화 물질은, 제1 지점 내에서 상기 기화 장치에 의해 처음으로 기화되고, 상기 기화 장치에 대해 공간적으로 근처에 위치-가변적으로(position-variably) 배치된 상기 중간 캐리어(3) 상에 증착되고,
    이러한 코팅된 중간 캐리어(3)는, 코팅될 기판(1)에 대해 공간적으로 근처에 놓인 제2 지점 내로 옮겨지고, 그리고
    상기 중간 캐리어(3) 상에 증착된 상기 기화 물질은, 상기 제2 지점 내에서 두 번째로 기화되어 상기 기판(1) 상에 증착되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    제1 기화 물질은, 상기 제1 지점 내에서 상기 기화 장치에 의해 처음으로 가열되고 기화되어, 상기 기화 장치에 대해 공간적으로 근처에 위치-가변적으로 배치된 상기 중간 캐리어(3) 상에 증착되며,
    후속하여 제2 기화 물질이 추가적인 기화 장치 내에서 처음으로 가열되고 기화되어 상기 중간 캐리어(3) 상에 증착된 상기 제1 기화 물질 상에 증착됨으로써, 상기 제1 기화 물질과 제2 기화 물질로 구성된 층 시스템이 형성되고,
    상기 중간 캐리어(3)는, 상기 기판(1)의 영역 내의 증착된 상기 기화 물질로부터 상기 중간 캐리어(3)의 반대편 측면 상의 상기 제2 지점 내에서 가열 기구(11)에 의해 가열되며, 증착된 상기 기화 물질들은 두 번째로 기화되고,
    이에 따라 기화 물질들의 혼합이 이루어지고,
    일정한 화학량론적 조성으로 형성된 상기 기판(1) 상의 기화 물질들의 혼합물의 증착이 보장되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기화 장치의 기화 공간의 길이는, 상기 중간 캐리어(3) 상에 증착된 상기 기화 물질의 층 두께에 비례하도록 선택되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하는 방법.
  5. 진공 코팅 시스템 내부에서 유기 물질들을 기화시키기 위한 기화 장치를 포함하는, 유기 물질들로 기판들을 코팅하기 위한 장치로서:
    기화 물질들을 기화시키기 위한 상기 기화 장치는 제1 지점 내에 배치되고,
    기판(1)에 대해 공간적으로 근처인 제2 지점 내에서의 증기 증착을 수용하기 위하여 중간 캐리어(3)의 측면의 반대편에 가열 기구(11)가 배치되고, 그리고
    상기 중간 캐리어(3)가 상기 제1 지점과 상기 제2 지점 사이에 변위 가능하게 배치되고, 상기 중간 캐리어(3)의 연속적인 변위를 위한 수단이 배치되는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)는, 회전 방향(5)으로의 회전에 대한 회전축(4)을 갖는, 원통형으로서 구성되고,
    상기 가열 기구(11)는, 원통형으로서 구성된 상기 중간 캐리어(3) 내부에 배치되며,
    수냉각 표면(10)이 제공되고, 상기 수냉각 표면(10) 중 하나 이상은 상기 가열 기구(11)의 상류와 상기 기화 장치 사이에서 상기 중간 캐리어(3)의 일부를 덮는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)는 석영 드럼으로서 구성되며 흡수체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)는 석영 드럼으로서 구성되며, CrN/SiO2로 구성된 흡수체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)는, 석영 드럼으로서 구성되며 몰리브덴으로 구성된 흡수체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)는, 석영 드럼으로서 구성되며 텅스텐으로 구성된 흡수체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  10. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)와 상기 기판(1) 사이의 거리는, 50mm 미만인 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  11. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)와 상기 기판(1) 사이의 거리는, 5mm 미만인 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  12. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 캐리어(3)를 냉각시키기 위한 냉각 기구(12)가 상기 기화 장치의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  13. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(1)을 냉각시키기 위해, 냉각 기구(12)가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  14. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 기구(11)는 레이저로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  15. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 기구(11)는 할로겐 램프로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  16. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 기구(11)는 할로겐 램프로서 구성되며 냉각된 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  17. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 기구(11)는 플래시램프(flashlamp)로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  18. 제5 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지점 내의 상기 기화 장치와 상기 제2 지점 내의 상기 기판(1) 사이에, 제2 기화 물질을 기화시키기 위한 추가적인 기화 장치가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 기화 장치 및 상기 추가적인 기화 장치의 증기 튜브들(6, 7)의 영역 내에, 가열된 증기 셔터들(13)이 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판들을 코팅하기 위한 장치.
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