KR102190775B1

KR102190775B1 - 진공 증착 장치 및 증발원의 냉각 방법

Info

Publication number: KR102190775B1
Application number: KR1020170050814A
Authority: KR
Inventors: 카즈히로 와타나베
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2020-12-14
Also published as: CN107338410A; KR20170123244A; CN114231909B; JP6641226B2; CN114231909A; JP2017197824A

Abstract

[과제] 증착 이후의 증발원을 단시간에 대기 개방 가능한 온도로 할 수 있으며, 장치의 가동정지시간을 단축하여 생산 효율을 향상시킬 수 있는 진공 증착 장치를 제공한다.
[해결 수단] 진공조(1) 내에 성막 재료(20)를 증발시키는 증발원(4)을 구비하고, 증발원(4)에 설치된 증발구(5)로부터 증발한 성막 재료(20)을 사출함으로써 기판(6) 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치로서, 증발원(4) 및 이 증발원(4)을 가열하는 가열부(7)를 수용하고 증발원(4) 및 가열부(7)로부터의 열을 차단하는 열차폐 용기체(8)을 구비하고, 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)에 냉매 가스를 도입하는 냉매 가스 도입 기구를 갖고, 냉매 가스 도입 기구는 열차폐 용기체(8)에 설치된 냉매 가스 도입 구멍(10)과 냉매 가스 도입 구멍(10)의 입구 쪽에 접속되어 진공조(1)의 외부로부터 냉매 가스 도입 구멍(10)으로 냉매 가스를 송출하기 위한 냉매 가스 배관(11)으로 구성한다.

Description

진공 증착 장치 및 증발원의 냉각 방법{VACUUM DEPOSITION APPARATUS AND METHOD FOR COOLING EVAPORATION SOURCE}

본 발명은 진공 증착 장치 및 증발원의 냉각 방법에 관한 것이다.

성막실 내에 기판과 대향 상태로 증발원이 설치되는 진공 증착 장치에 있어서, 증착 후의 성막 재료의 보충 작업이나 기기의 유지 관리 작업은, 가열된 증발원을 예를 들면 100℃ 정도까지 냉각하고 진공조를 대기 개방한 후에 행할 필요가 있다.

그러나, 단순히 증발원의 가열을 정지하고 진공 분위기 내에 방치하는 자연 냉각만으로는, 증발원을 100℃ 정도까지 냉각하는데 수 시간에서 수십 시간이 걸리는 경우도 있다. 이 때문에, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 증발원을 가열하는 가열부의 주위에 설치된 리플렉터(반사판)에 냉매 배관을 설치하고 냉매 가스 등을 순환시킴으로써, 리플렉터의 냉각에 의해 간접적으로 증발원의 냉각 효율을 향상시키거나, 가열부 자체를 냉각하는 냉매 배관을 가열부에 설치하는 등의 냉각 시간의 단축화를 도모하기 위해 다양한 연구가 행해지고 있다.

또한, 특허문헌 1에서는 증발원의 냉각 중에 성막실 내에 불활성 가스를 도입하여 냉각을 촉진시키는 점이 개시되어 있지만, 구체적으로 어디에 어떤 방법으로 불활성 가스를 도입할 것인지는 전혀 시사되어 있지 않다.

일본특허출원공개 제2012-207238호 공보

본 발명은, 전술한 바와 같은 상황을 감안하여, 증발원의 냉각 시간을 더욱 단축화하는 것을 도모하기 위해 이루어진 것으로서, 증발원을 직접 냉매 가스로 냉각함으로써 증착 후의 증발원을 단시간에 대기 개방 가능한 온도로 할 수 있으며, 장치의 가동정지 시간을 단축하여 생산 효율을 향상시킬 수 있는 진공 증착 장치 및 증발원의 냉각 방법을 제공하는 것이다.

진공조(眞空槽) 내에, 수납된 성막 재료를 증발시키는 증발원을 구비하고, 상기 증발원에 설치된 증발구로부터 증발한 성막 재료를 사출함으로써 상기 증발원과 대향하는 위치에 설치된 기판 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치로서, 상기 증발원 및 상기 증발원을 가열하는 가열부를 수용하고 상기 증발원 및 상기 가열부로부터의 열을 차단하는 열차폐 용기체를 구비하고, 이 열차폐 용기체와 상기 증발원과의 사이의 공간에 냉매 가스를 도입하는 냉매 가스 도입 기구가 설치되어 있고, 이 냉매 가스 도입 기구는, 상기 열차폐 용기체에 설치된 냉매 가스 도입 구멍과, 이 냉매 가스 도입 구멍의 입구 쪽에 접속되어 상기 진공조의 외부로부터 상기 냉매 가스 도입 구멍으로 상기 냉매 가스를 송출하기 위한 냉매 가스 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치에 관한 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 증발원을 직접 냉매 가스로 냉각함으로써 증착 이후의 증발원을 단시간에 대기 개방 가능한 온도로 할 수가 있으며, 장치의 가동정지 시간을 단축하여 생산 효율을 향상시킬 수 있는 진공 증착 장치 및 증발원의 냉각 방법을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예의 개략 설명 단면도이다.
도 2는 본 실시예의 냉각 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3은 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 4는 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 5는 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 6은 도 3의 예에서의 냉각 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 7은 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 8은 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 9는 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 10은 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 11은 증발원 유닛의 일례를 나타내는 개략 설명 단면도이다.
도 12는 다른 예의 개략 설명 단면도이다.
도 13은 다른 예의 냉각 곡선을 나타내는 그래프이다.

바람직하다고 생각되는 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 본 발명의 작용을 설명함으로써 간단히 설명한다.

증발원(4)에 수납된 성막 재료(20)를 가열하여 증발시키고, 증발한 성막 재료(20)를 증발구(5)로부터 사출하여 기판(6) 상에 증착막을 형성한다.

여기서, 성막 후에 진공조(1)를 대기 개방할 때, 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)에 냉매 가스를 도입하고, 이 냉매 가스에 의해 직접 증발원(4)을 냉각함으로써, 증발원(4)을 단시간에 대기 개방 가능한 온도까지 냉각시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 열차폐 용기체(8)에 설치한 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터, 확실하게 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)으로 냉매 가스를 도입할 수 있어, 냉각 대상인 증발원(4)을 냉매 가스에 의해 직접 냉각시키는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는, 성막 후, 가열부(7)의 전원을 오프로 하고, 곧 바로 냉매 가스를 상기 공간(9)에 도입하는 것이 아니라, 자연 냉각 등의 복사에 의한 냉각에 의해, 증발원(4)을 냉매 가스와 증발원(4)과의 화합물이 생기지 않을 정도의 온도까지 떨어뜨린 뒤, 냉매 가스를 상기 공간(9)에 도입한다.

또한, 예를 들어, 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)으로 도입된 냉매 가스가, 열차폐 용기체(8)의 증발구(5)를 노출시키기 위한 개구부(12)의 증발구(5)의 주위로부터 유출되도록 구성함으로써, 상기 공간(9)에 도입된 냉매 가스가 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터 상기 개구부(12)를 향해 흐르는 냉매 가스 흐름이 만들어지게 되고, 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터 도입되는 냉매 가스에 의한 냉각이 한층 양호하게 행해지게 된다.

따라서, 본 발명은, 복사에 의한 냉각뿐만 아니라, 냉매 가스를 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)으로 도입하여 증발원(4)을 직접 냉매 가스(대류)에 의해 확실하게 냉각하는 것이 가능하게 되어, 매우 효율적으로 냉매 가스에 의한 냉각을 행할 수 있게 된다.

또한, 예를 들어 열차폐 용기체(8)의 내측면 쪽에 흡열면부(13)를 설치하는 구성으로 함으로써, 증발원(4)과 대향하는 면이 쉽게 식게 되어, 그 만큼 증발원(4)의 복사에 의한 냉각이 촉진되게 된다. 따라서, 예를 들어, 증착 후, 가열부(7)의 전원을 오프로 한 직후는, 흡열면부(13)를 이용한 복사에 의한 냉각을 행하고, 소정 온도에 도달한 이후, 냉매 가스를 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)에 도입하는 것에 의한 냉각을 행하도록 함으로써, 증발원(4)의 냉각 시간을 더욱 단축하는 것이 가능하게 된다.

또한, 예를 들어 냉매 가스 도입 구멍(10)을 그 출구가 증발원(4)의 상기 성막 재료(20)가 수납되는 수납부(2)에 면한 위치에 설치함으로써, 예를 들면 열 용량이 큰 유기 재료 등의 성막 재료(20)가 수납되는 수납부(2) 근방을 양호하게 냉각하는 것이 가능하게 되어, 그만큼 냉각 시간을 단축 가능하게 된다.

[실시예]

본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.

본 실시예는, 진공조(1) 내에 증발원(4), 증발원(4)을 가열하는 가열부(7) 및 증발원(4)과 가열부(7)를 수용하는 열차폐 용기체(8)가 설치되고, 상기 증발원(4)과 대향하는 기판(6) 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치이다.

구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 증발원(4)과 열차폐 용기체(8)의 사이의 공간(9)에 냉매 가스(질소 가스)를 도입하는 냉매 가스 도입 기구가 설치되고, 이 냉매 가스 도입 기구는 상기 열차폐 용기체(8)에 설치된 냉매 가스 도입 구멍(10)과, 이 냉매 가스 도입 구멍(10)의 입구 쪽에 접속되고 상기 진공조(1)의 외부로부터 상기 가스 도입 구멍으로 상기 냉매 가스를 송출하기 위한 냉매 가스 배관(11)으로 구성되어 있는 것이다. 도 1 중 부호 “25”는 냉매 가스 공급용의 냉매 가스 공급부, “26”은 배기용의 진공 펌프이다.

본 실시예의 증발원(4)은 내부에 재료 수납 용기(21)가 설치되고, 이 재료 수납 용기(21)에 성막 재료(20)가 수납되어 있다. 재료 수납 용기(21)는 상자 형상이고, 재료 방출용의 구멍이 마련된 덮개(22)가 설치되어 있다. 따라서, 유지 보수 시에, 증발원(4)으로부터 재료 수납 용기(21)를 꺼내어 성막 재료(20)를 충진하고 난 뒤 증발원(4)에 설치함으로써, 증발원(4) 자체를 꺼내는 작업이 필요하지 않게 되어 간편하게 성막 재료(20)를 충진하는 것이 가능하게 된다.

성막 재료(20)는 재료 수납 용기(21)의 하부에 수납되고, 성막 재료(20)의 표면과 덮개(22) 사이의 공간은 증발한 성막 재료(20)가 확산하는 확산 영역이 된다. 즉, 도 1의 증발원(4)은, 재료 수납 용기(21)의 성막 재료(20)가 수납되는 재료 수납 영역과 마주보는 부분이 수납부(2)가 되고, 상기 확산 영역과 마주보는 부분이 확산부(3)로 된다. 또한, 재료 수납 용기(21)의 외부의 공간도 확산 영역이 될 수 있다.

증발원(4)의 주위에는, 원형 단면의 시스 히터로 구성된 판 형상의 가열부(7)가 설치되어 있다. 또한, 가열부(7)는 예를 들면 판 형상의 카본 히터 등의 다른 구성으로 하여도 좋다.

증발원(4)의 확산부(3)에는 노즐 형상의 증발구(5)가 설치되어, 증발구(5)를 노출시킨 상태로 증발원(4) 및 가열부(7)를 수용하는 열차폐 용기체(8)가 설치되어 있다.

열차폐 용기체(8)는 증발구(5)를 노출시키기 위한 개구부(12)를 갖고, 상기 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)의 사이의 공간(9)으로 도입된 냉매 가스가 상기 개구부(12)의 상기 증발구(5)의 주위로부터, 진공조(1)의 내부에서 열차폐 용기체(8)의 외부로 유출하도록 구성되어 있다. 즉, 개구부(12)는 증발구(5)의 외경보다 직경이 크고, 증발구(5)의 외주면과 개구부(12)의 단면 사이에 간극이 생기도록 구성되어 있다.

이 증발원(4)을 둘러싸는 열차폐 용기체(8)의 내부에는 냉매 순환로(23)가 형성되어 있다. 이 냉매 순환로(23)에 물 등의 냉매를 순환시킴으로써, 열차폐 용기체(8)의 온도를 유지하고 증발원(4)이나 가열부(7)로부터의 복사열이 진공조(1) 내의 기판(6)이나 다른 부위에 영향을 주지 않도록 하고 있다. 또한, 본 실시예의 열차폐 용기체(8)는 냉매 순환로(23)를 내장한 패널체를 조합하여 형성되고 있다. 냉매 순환부(23)는 각 패널체에 사행(蛇行) 형상으로 설치되고, 다른 패널체의 냉매 순환로(23)와 접속되어 전체로서 하나의 순환로를 구성하는 것이다. 도 1 중 부호 “24”는 냉매 순환로(23)에 냉매를 순환시키는 냉매 순환부이다.

본 실시예의 냉매 가스 도입 구멍(10)은, 그 출구 쪽이 수납부(2)에 면한 위치에 마련되어 있다. 구체적으로는, 냉매 가스 도입 구멍(10)은 상단 측의 개구부(12)와는 반대편 위치로 되는 하단 측에 마련되어 있다. 수납부(2)는 성막 재료(20)가 수납되고 냉각에 큰 에너지가 필요한 부위이다. 따라서, 수납부(2)를 양호하게 냉각할 수 있게 되고, 그 만큼 냉각 시간을 단축 가능하게 된다. 특히, 열 용량이 큰 유기 재료가 성막 재료(20)인 경우, 보다 효과가 현저하다.

이상의 구성의 진공 증착 장치에 있어서, 성막 이후 이하의 공정으로 증발원(4)을 냉각시킨다.

성막 후의 온도가 400℃ 정도인 경우, 우선, 가열부(7)에 의한 가열을 정지하고, 열 복사에 의해 증발원(4)의 냉각을 행한다(제1 냉각 공정).

이어서, 증발원(4)이 250℃ 정도까지 냉각된 후, 열차폐 용기체(8)와 증발원(4) 사이의 공간(9)에 냉매 가스 도입함으로써 증발원(4)의 냉각을 행한다(제2 냉각 공정).

이상의 공정으로 증발원(4)을 약 100℃까지 냉각시킬 때에 걸리는 시간은, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉각 대책이 없는 종래 예 (C)에서는 6시간, 리플렉터를 냉각하는 특허문헌 1에 관한 종래 예 (B)에서는 3.5시간이 걸리는 반면, 본 실시예 (A)는 2.5시간 정도로 된다.

따라서, 본 실시예에 의하면 냉각 속도가 향상되고, 그 만큼 장치의 가동정지 시간을 단축할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예는 상기 제1 냉각 공정 및 제2 냉각 공정을 거침으로써, 급속 냉각에 의한 각 구성 부품의 열 변형을 방지할 수 있으며, 또한 냉매 가스와 증발원(4)으로 사용되는 금속과의 반응을 방지할 수 있다.

또한, 냉매 가스 도입 구멍(10)을 수납부(2)에 면한 하단 측 위치에 설치함으로써, 증발구(5)가 수납부(2)에 다소 뒤쳐져 냉각되어 가기 때문에, 증착 레이트가 높은 상태에서 가열부(7)의 전원을 오프로 하여도, 증발구(5) 부근에 재료가 석출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 1 중 점선으로 둘러싼 증발원 유닛을 이하와 같이 구성함으로써, 더욱 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 도 3~5는, 증발원(4)을, 성막 재료(20)를 수납하는 수납부(2)를 형성하는 수납실과, 증발한 상기 성막 재료(20)가 확산하여 압력을 균일화하는 확산부(3)를 형성하는 확산실을, 수납부 및 확산실보다 작은 직경의 연결관(17)으로 연결한 구성으로 하고 있다.

도 3~5에서는, 재료 수납 용기(21)를 배치하는 수납실을 설치하는 것과 함께, 증발된 성막 재료를 양호하게 확산시키기 위한 확산실을 수납실과는 별개로 설치하여 이 확산실을 확산부(3)로 하고 있다.

또한, 열차폐 용기체(8)에는 수납부(2)와 확산부(3)와의 사이를 구획하는 구획부(19)를 설치한다. 구획부(19)에 의해 수납부(2)와 확산부(3)를 열적으로 독립된 구성으로 함으로써, 수납부(2) 및 확산부(3)의 온도 제어를 각각 독립하여 행하는 것이 가능하게 되어, 한층 양호하게 성막을 행할 수 있는 구성으로 된다.

구체적으로는, 구획부(19)는 열차폐 용기체(8)를 구성하는 하나의 패널체에 상기 연결관(17)이 삽입 관통되는 삽통 구멍(18)을 설치한 구성으로 되어 있다. 삽통 구멍(18)은 연결관(17)의 외경보다 직경이 크고, 연결관(17)의 외주면과 삽통 구멍(18)의 단면 사이에 간극이 생기도록 구성되어 있다.

또한, 도 3~5에서는, 열차폐 용기체(8)의 내측면 쪽에 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 흡열면부(吸熱面部)(13)를 설치하고 있다. 흡열면부(13)의 적외선 영역에서의 복사율이 흡열면부(13)를 설치하지 않은 경우의 열차폐 용기체(8)의 적외선 영역에서의 복사율보다 높으면, 복사율 향상에 의한 냉각 효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 도 3~5에서는, 열차폐 용기체(8)의 내측면에 흡열면부(13)를 갖는 판재를 붙이고 있다. 이에 의해, 가열부(7)나 증발원(4)으로부터의 열을 흡열면부(13)에서 흡열하고, 흡열면부(13)를 열차폐 용기체(8)에 의해 신속히 냉각시켜 복사에 의한 냉각이 효율적으로 행해질 수 있다. 또한, 흡열면부(13)를 설치함으로써, 수납부(2)와 열차폐 용기체(8)와의 사이에서 단위 시간당 교환되는 열량이 커지게 되어, 진공 중에서도 열 응답성이 좋으며, 레이트 제어가 용이한 구성으로 된다. 또한, 흡열면부(13)를 열차폐 용기체(8)와 별체로 구성함으로써, 고온 환경에 놓일 때 등에 생기는 표면 처리의 열화 시에 교환을 쉽게 할 수 있는 구성으로 된다.

흡열면부(13)는 상기 판재의 표면에 깊이의 1/2 이하의 직경을 갖는 멈춤 홀을 복수 개 나란히 설치하여 형성되고 있다. 또한, 멈춤 홀에 한정되지 않고, 관통 구멍으로 하여도 좋다. 이 멈춤 홀에 의해 표면적이 증가하고, 나아가 멈춤 홀의 내면에서 전자파가 다중 반사를 거듭함으로써 겉보기 복사율이 향상된다. 또한, 표면적이 증가하고, 냉매 가스와 열차폐 용기체(8)와의 열 전달율이 향상됨으로써, 냉각 시간을 보다 단축할 수가 있다. 또한, 멈춤 홀의 밀도를 부위에 따라 바꾸어, 열을 흡수하기 쉬운 부분과 어려운 부분을 의도적으로 형성할 수도 있다. 예를 들어, 수납부(2)에 면한 위치에 있는 흡열면부(13)는 복사율을 높게 하고, 확산부(3)나 증발구(5)에 면한 위치에 있는 흡열면부(13)는 복사율을 낮게 하는 것 등이 가능하다.

또한, 흡열면부(13)는 멈춤 홀을 설치하여 형성하고 있지만, 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 도금 처리, 용사(溶射; thermal spraying) 처리, 산화 피막 처리 또는 조면(粗面) 처리를 실시하는 등으로 하여 형성하여도 좋다. 또한, 흡열면부(13)는 열차폐 용기체(8)와는 별체의 구성으로 하여 열차폐 용기체(8)의 내측면에 붙이는 구성으로 하고 있지만, 열차폐 용기체(8)의 내측면 자체의 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하도록, 열차폐 용기체(8)의 내측면 자체에 멈춤 홀을 형성하거나 도금 처리 등을 실시하여도 좋다. 흡열면부(13)를 열차폐 용기체(8)에 일체로 형성한 경우에는, 열차폐 용기체(8)와 흡열면부(13) 사이에 형성되는 접촉 열 저항이 없어지기 때문에 그 만큼 냉각 속도를 빠르게 할 수 있다.

도 3은 수납부(2) 및 확산부(3)와 대향하는 면에 흡열면부(13)를 설치한 예, 도 4는 수납부(2)와 대향하는 면에 흡열면부(13)를 설치하고, 확산부(3)와 열차폐 용기체(8)의 사이에 후술하는 보온판부(16)를 설치한 예, 도 5는 수납부(2) 및 증발구(5)의 주위를 제외한 확산부(3)와 대향하는 면에 흡열면부(13)을 설치하고, 증발구(5)의 주위에 보온판부(16)를 설치한 예이다.

또한, 도 3 및 도 5에서는, 구획부(19)의 수납부(2)와 대향하는 면 및 구획부(19)의 확산부(3)와 대향하는 면에도 각각 흡열면부(13)를 설치하고 있다. 구획부(19)에 각각 흡열면부(13)를 설치하는 구성으로 함으로써, 증발원(4)의 높이를 보다 컴팩트하게 할 수 있다.

보온판부(16)는 적외선 영역에서의 복사율이 낮은 판 부재로 구성되어 있다. 보온판부(16)는 확산부(3)를 가열하는 가열부(7)와 열차폐 용기체(8)와의 사이에서 증발구(5)의 외주를 둘러싸도록 설치하면, 이 증발구(5)의 냉각 속도를 다른 부위보다 느리게 할 수 있어, 증착 레이트가 높은 상태에서 가열부(7)의 전원을 끄더라도 재료의 석출을 억제할 수 있다.

도 3의 구성의 증발원 유닛을 사용했을 경우의 냉각 공정은 이하와 같다.

성막 후의 온도가 400℃ 정도인 경우, 우선, 가열부(7)에 의한 가열을 정지하고, 흡열면부(13)도 이용한 열 복사에 의해 증발원(4)의 냉각을 행한다(제1 냉각 공정).

이어서, 증발원(4)이 250℃정도까지 냉각된 후, 열차폐 용기체(8)와 증발원(4)과의 사이의 공간(9)에 냉매 가스를 도입함으로써 증발원(4)의 냉각을 행한다(제2 냉각 공정).

이상의 공정으로 증발원(4)을 약 100℃까지 냉각시킬 때 걸리는 시간은, 도 6에 도시한 것처럼, 냉각 대책이 없는 종래 예 (C)에서는 6시간, 리플렉터를 냉각하는 특허문헌 1에 관한 종래 예 (B)에서는 3.5시간이 걸리는 것에 반하여, 도 3의 예 (A')는 2시간 정도로 된다.

즉, 열 복사에 의한 냉각이 흡열면부(13)에 의해 촉진되어, 한층 냉각 속도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 1 중 점선으로 둘러싼 증발원 유닛을 이하와 같이 구성하여도 좋다.

도 7~9는, 도 3~5의 냉매 가스 도입 구멍(10)의 설치 수를 늘리거나, 설치 위치를 변경한 예이다.

도 7은 열차폐 용기체(8)의 하단면뿐만 아니라, 수납부(2)의 좌우 측면과 대향하는 면에 각각 냉매 가스 도입 구멍(10)을 설치한 예이다. 이 경우, 더욱 양호하게 수납부(2)를 냉각시킬 수 있다.

도 8은 열차폐 용기체(8)의 하단면(수납부(2)에 면한 위치)뿐만 아니라, 확산부(3)에 면한 위치(확산부(3)의 좌우 측면과 대향하는 면 각각)에 냉매 가스 도입 구멍(10)을 설치한 예이다. 또한, 도 9는 열차폐 용기체(8)의 하단면(수납부(2)에 면한 위치)에 냉매 가스 도입 구멍(10)을 설치하지 않고, 확산부(3)에 면한 위치(확산부(3)의 좌우 측면과 대향하는 면 각각)에만 냉매 가스 도입 구멍(10)을 설치한 예이다. 이 경우, 확산부(3)의 냉각을 양호하게 행할 수 있다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 상자 형상의 증발원(4)에 직접 성막 재료(20)를 수납하여, 성막 재료(20)가 수납되는 부분을 수납부(2)로 하고, 성막 재료(20)의 표면과 증발원(4)의 상면과의 사이의 공간을 둘러싸는 부분을 확산부(3)로 한 구성에 있어서, 열차폐 용기체(8)의 내측면에 흡열면부(13)를 설치하는 구성으로 하여도 좋다.

도 10에서는, 열차폐 용기체(8)의 내측면 전체 면에 흡열면부(13)를 설치하고, 냉매 가스 도입 구멍(10)을 2개 설치한 구성으로 하고 있다. 또한, 각 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터는 각각 다른 냉매 가스를 도입하도록 구성하여도 좋다. 예를 들면, 한 쪽은 질소 가스, 다른 쪽은 아르곤 가스를 도입하는 등의 구성으로 하여도 좋다.

또한, 도 11에 도시한 것처럼, 증발원(4)을, 확산부(3)의 길이 방향으로 복수 개 증발구(5)를 나란히 설치한 소위 라인 소스로 한 경우에도 마찬가지이다. 즉, 도 11은 확산부(3)에 4개의 증발구(5)를 병설한 구성으로, 열차폐 용기체(8)에는 각 증발구(5)를 노출시키는 개구부(12)가 4개 설치되어 있다. 또한, 수납부(2)와 확산부(3)와의 사이를 구획하는 구획부(19)가 설치되어 있다. 또한, 열차폐 용기체(8)의 수납부(2) 및 증발구(5)의 주위를 제외한 확산부(3)와 대향하는 면에 흡열면부(13)를 설치하고, 증발구(5)의 주위에 보온판부(16)를 설치하고 있다. 또한, 열차폐 용기체(8)의 구획부(19)의 수납부(2)와 대향하는 면 및 구획부(19)의 확산부(3)와 대향하는 면에도 각각 흡열면부(13)를 설치하고 있다. 구획부(19)의 상하 면에 각각 흡열면부(13)를 설치하는 구성으로 함으로써, 증발원(4)의 높이를 보다 컴팩트하게 할 수 있다. 또한, 수납부(2) 및 확산부(3)가 대형으로 되는 라인 소스에서는, 수납부(2)와 확산부(3)의 온도가 서로 영향을 받기 쉬워, 구획부(19)에 의해 수납부(2)와 확산부(3)를 열적으로 독립된 구성으로 함으로써 얻어지는 효과가 특히 커진다.

도 11은, 냉매 가스 도입 구멍(10)을 2개 설치한 구성으로, 각 냉매 가스 도입 구멍(10)으로부터는 각각 다른 냉매 가스를 도입하도록 구성하여도 된다. 예를 들어, 한 쪽은 질소 가스, 다른 쪽은 아르곤 가스를 도입하는 등의 구성으로 하여도 좋다.

도 12는 가열부(7)에 냉매 순환로(15)를 설치하는 구성으로 한 본 실시예의 다른 예이다. 구체적으로는, 냉매 순환로(15)는 각 가열부(7)의 외면 쪽에 사행(蛇行) 형상으로 배치되고, 각각이 접속되어 전체로서 하나의 순환로를 구성하도록 하고 있다.

냉매 순환로(15)의 일단에는 냉매로서의 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(29)가 접속되고, 타단에는 3방 밸브(32)를 거쳐 냉각수 회수용의 냉각수 회수부(30)와 냉각수를 떨어뜨려 대기 개방시키기 위한 대기 개방부(31)가 접속되어 있다. 도 12 중, 부호 “24a”는 열차폐 용기체(8)의 냉매 순환로(23)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부, “24b”는 냉매 순환로(23)의 냉각수를 회수하는 냉각수 회수부이다.

또한, 다른 예에서는, 냉매 가스 도입 구멍(10) 2개를, 열차폐 용기체(8)의 수납부(2)에 면한 하단에 나란히 설치한 구성으로 하고 있다. 또한, 한 쪽의 냉매 가스 도입 구멍(10)에는 질소 가스 공급부(27)가 냉매 가스 배관(11)을 거쳐 접속되고, 다른 쪽의 냉매 가스 도입 구멍(10)에는 아르곤 가스 공급부(28)가 냉매 가스 배관(11)을 거쳐 접속되고 있다.

또한, 다른 예에서는, 흡열면부(13) 및 보온판부(16)가 도 5의 예와 마찬가지로 설치되어 있다.

다른 예에서는, 증착 중일 때에는, 열차폐 용기체(8)의 냉매 순환로(23)에는 상시로 냉각수를 순환시키고, 가열부(7)의 냉매 순환로(15)로의 냉각수 공급부(29)의 밸브를 닫고, 또한 냉매 순환로(15)를 3방 밸브(32)에 의해 대기 개방시켜 둔다.

그리고, 증착 이후의 냉각은 이하와 같이 행한다.

가열부(7)에 의한 가열을 정지하고, 복사에 의한 냉각을 행한다. 이 때, 수납부(2)의 냉각이 흡열면부(13)에 의해 촉진되고, 또한 증발구(5)의 냉각은 보온판부(16)에 의해 뒤쳐지는 것으로 된다. 따라서, 가열 정지 이후에 수납부(2)로부터 발생하는 다소의 증발 입자가 증발구(5) 근방에서 냉각되어 석출되는 것을 가급적 억제하면서, 수납부(2)의 냉각이 양호하게 행해진다.

이어서, 소정의 제1 온도(250℃)까지 증발원(4)의 수납부(2)의 온도가 낮아졌을 때에 아르곤 가스를 증발원(4)과 열차폐 용기체(8)의 사이의 공간(9)으로 도입함으로써 냉각을 촉진시킨다. 또한, 소정의 제2 온도(200℃)까지 증발원(4)의 수납부(2)의 온도가 낮아졌을 때에 질소 가스를 상기 공간(9)으로 도입함으로써 냉각을 촉진시킨다.

이어서, 소정의 제3 온도(150℃)까지 증발원(4)의 수납부(2)의 온도가 낮아졌을 때에 냉각수 공급부(29)의 밸브를 열고, 또한 3방 밸브(32)에 의해 냉각수를 회수함으로써 가열부(7)의 냉매 순환부(15)에 냉각수를 순환시켜 수냉한다.

이상의 공정에 의해, 도 13에 도시한 바와 같이, 냉각 대책이 없는 종래 예 (C)에 비하여 냉각 시간을 단축시킬 수 있음은 물론, 수납부(X)를 신속하게 냉각시키면서 확산부(Y)의 냉각을 늦추는 것이 가능하게 되어, 재료의 석출이나 각 부의 파손을 억제하면서, 나아가 증발원(4)을 대기 개방 가능 온도까지 신속하게 냉각시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 증발원(4)이 소정 온도까지 냉각된 후, 다른 종류의 냉매 가스를 도입하는 것이 아니라, 도입 중인 냉매 가스의 도입량(유량)을 증가시킴으로써 냉각 속도를 빠르게 하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 냉매 순환로(15)에는 냉각수를 5Pa~50Pa 정도로 순환시킨다. 압력이 너무 높으면 급속한 온도 변화에 의해 열 응력이 발생하여 가열부(7)가 파손될 우려가 있기 때문이다.

1: 진공조
2: 수납부
3: 확산부
4: 증발원
5: 증발구
6: 기판
7: 가열부
8: 열차폐 용기체
9: 공간
10: 냉매 가스 도입 구멍
11: 냉매 가스 배관
12: 개구부
13: 흡열면부
15: 냉매 순환로
16: 보온판부
17: 연결관
18: 삽통 구멍
19: 구획부
20: 성막 재료

Claims

진공조 내에, 성막 재료가 수납되고, 성막 재료를 사출하는 증발구를 갖는 증발원을 구비하고, 상기 증발구와 대향하는 기판 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치로서,
상기 증발원을 가열하는 가열부와,
상기 증발원 및 상기 가열부를 수용하고, 상기 가열부로부터 성막재료를 사출하기 위한 개구부와 냉매 가스를 상기 증발원으로 향하게 하기 위한 냉매 가스 도입 구멍이 설치된 열차폐 용기체와,
상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 열차폐 용기체와 상기 증발원과의 사이의 공간에 냉매 가스를 공급하는 냉매 가스 공급부를 갖고,
상기 개구부는 상기 증발구의 외경보다 크고, 상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 공간에 도입되는 냉매 가스가, 상기 개구부에 의해 상기 증발구의 주위로부터 상기 열차폐 용기체의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
진공조 내에, 성막 재료가 수납되는 수납부와, 증발한 상기 성막 재료가 확산되고 이 성막재료를 사출하는 증발구가 설치된 확산부를 갖는 증발원을 구비하고, 상기 증발구와 대향하는 기판 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치로서,
상기 증발원을 가열하는 가열부와,
상기 증발원 및 상기 가열부를 수용하고, 상기 가열부로부터 성막재료를 사출하기 위한 개구부와 냉매 가스를 상기 증발원으로 향하게 하기 위한 냉매 가스 도입 구멍이 설치된 열차폐 용기체와,
상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 열차폐 용기체와 상기 증발원과의 사이의 공간에 냉매 가스를 공급하는 냉매 가스 공급부를 갖고,
상기 개구부는 상기 증발구의 외경보다 크고, 상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 공간에 도입되는 냉매 가스가, 상기 개구부에 의해 상기 증발구의 주위로부터 상기 열차폐 용기체의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉매 가스 도입 구멍은, 그 출구 쪽이 상기 증발원의 상기 성막 재료가 수납되는 수납부와 대향하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉매 가스 도입 구멍은, 상기 개구부의 반대쪽 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열차폐 용기체의 상기 증발원과 대향하는 내측면 쪽에, 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 흡열면부(吸熱面部)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제6항에 있어서,
상기 흡열면부는, 상기 증발원의 상기 성막 재료가 수납되는 수납부와 대향하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제6항에 있어서,
상기 흡열면부에는, 깊이의 1/2 이하의 직경을 갖는 멈춤 홀 또는 관통 구멍이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제6항에 있어서,
상기 흡열면부의 상기 증발원과 대향하는 면이, 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 도금층, 용사(溶射; thermal spraying)층 또는 산화 피막이거나, 또는 소정의 거칠기의 요철면인 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가열부에는 냉매 순환로가 설치되고, 상기 냉매 순환로를 냉매가 순환하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열차폐 용기체의, 상기 증발원의 증발한 상기 성막 재료가 확산되는 확산부와 대향하는 위치에, 적외선 영역에서의 복사율을 낮게 하는 보온판부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제11항에 있어서,
상기 보온판부가 상기 증발구의 근방 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증발원은, 상기 성막 재료가 수납되는 수납부를 형성하는 수납실과, 증발한 상기 성막 재료가 확산되는 확산부를 형성하는 확산실을 갖고, 상기 수납실과 상기 확산실이 연결관으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제13항에 있어서,
상기 열차폐 용기체에, 상기 연결관이 삽입 관통되는 삽통 구멍을 가지며 상기 수납부와 상기 확산부를 구획하는 판 형상의 구획부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제14항에 있어서,
상기 구획부의 수납부와 대향하는 면 및 상기 구획부의 상기 확산부와 대향하는 면에 각각 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 흡열면부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증발구는 상기 증발원의 길이 방향으로 복수개 나란히 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
진공조 내에, 성막 재료가 수납되고, 성막 재료를 사출하는 증발구를 갖는 증발원을 구비하고, 상기 증발구와 대향하는 기판 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치의 상기 증발원의 냉각 방법으로서,
상기 증착막을 형성한 후,
상기 증발원 및 가열부를 수용하고, 상기 증발구로부터 성막재료를 사출하기 위한 상기 증발구의 외경보다 큰 개구부와 냉매 가스를 상기 증발원으로 향하게 하기 위한 냉매 가스 도입 구멍이 설치된 열차폐 용기체와, 상기 증발원과의 사이의 공간으로 냉매 가스를 도입하고,
상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 공간이 도입되는 냉매 가스를 상기 개구부에 의해 상기 증발구의 주위로부터 상기 열차폐 용기체의 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 증발원의 냉각 방법.
진공조 내에, 성막 재료가 수납되는 수납부와 증발한 상기 성막 재료가 확산되는 확산부에 설치되어 성막 재료를 사출하는 증발구를 갖는 증발원과, 상기 증발원을 가열하는 가열부를 구비하고, 상기 증발구와 대향하는 기판 상에 증착막을 형성하는 진공 증착 장치의 상기 증발원의 냉각 방법으로서,
상기 증착막을 형성한 후,
상기 증발원 및 가열부를 수용하고, 상기 증발구로부터 성막재료를 사출하기 위한 상기 증발구의 외경보다 큰 개구부와 냉매 가스를 상기 증발원으로 향하게 하기 위한 냉매 가스 도입 구멍이 설치된 열차폐 용기체와, 상기 증발원과의 사이의 공간으로 냉매 가스를 도입하고,
상기 냉매 가스 도입 구멍으로부터 상기 공간이 도입되는 냉매 가스를 상기 개구부에 의해 상기 증발구의 주위로부터 상기 열차폐 용기체의 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 증발원의 냉각 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 열차폐 용기체의 상기 증발원과 대향하는 내측면 쪽에 설치된 적외선 영역에서의 복사율을 높게 하는 흡열면부를 통한 열 복사에 의해 상기 증발원을 냉각시키는 제1 냉각 공정을 행하고,
이어서, 상기 열차폐 용기체와 상기 증발원과의 사이의 공간에 냉매 가스를 도입함으로써 상기 증발원을 냉각시키는 제2 냉각 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 증발원의 냉각 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 증발원이 소정 온도 이하로 되었을 때, 상기 냉매 가스의 도입량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 증발원의 냉각 방법.