KR102240886B1 - 전자빔 증착장치 - Google Patents

Abstract

(과제)전자빔 증착에 의하여 발생하는 2차전자나 반사전자가 기판에 입사하는 것, 전자 차폐를 하는 자석 자체가 차폐물이 되어 증착을 방해하는 것의 양자를 억제한다.
(해결수단)증착하는 기판(1)의 하방에 증착재료의 수용기(도가니(2))를 위치시키고, 수용기의 중심에서 기판(1)의 중심방향의 상방 공간에, 수용기의 중심을 사이에 두고 소정의 간격을 띄운 한 쌍의 자석(4(4A,4B))을 설치하고, 이들 한 쌍의 자석에 있어서 각각의 기판중심측 끝부를 타방 끝부보다 하방으로 경사지게 배치한다.
(효과)전자빔 증착 시에 발생하는 반사전자나 2차전자가, 먼저 기판 상에 형성된 유기박막 상에 전자빔 증착과 동시에 조사되는 경우에 유기 디바이스의 특성이 저하되는 것을 억제하여, 저항가열식 금속증착에 의하여 제작된 유기 디바이스와 동등한 특성이 얻어진다. 또한 이 기구 자체가 증착의 차폐물이 되지 않아 기판 전역에서 증착을 가능하게 한다.

Description

전자빔 증착장치{ELECTRON BEAM EVAPORATION APPARATUS}

본 발명은, 전자빔(電子beam)을 사용한 증착장치(蒸着裝置)에 관한 것이다.

전자빔을 사용한 증착장치는, 소정의 전압에 의하여 가속화된 전자를 진공용기 내에 배치한 도가니(crucible) 내의 재료에 조사(照射)하여 가열함으로써 증발시키고, 이 증발된 재료를 진공용기 내에 배치한 피증착부재인 기판의 표면에 부착되도록 하여 박막(薄膜)을 형성하는 것이다.

이 증착장치는 많은 종류의 재료에 대하여 고속도의 성막(成膜)을 할 수 있기 때문에 여러 가지 용도로 사용되고 있지만, 전자빔이 도가니 내의 재료에 조사되어 발생하는 2차전자나 반사전자(反射電子)가 성막부에 입사함으로써 성막부의 조성변화(組成變化)를 야기하는 경우가 있다. 특히 기판으로서 유기 디바이스(有機 device)의 성막 프로세스 중에 전자빔 증착을 하는 경우에, 상기 2차전자나 반사전자에 의한 유기박막 표면의 조성변화, 유기 디바이스로서의 특성저하가 발생하는 경우가 있다.

2차전자나 반사전자를 억제하기 위하여 예를 들면 특허문헌1이 알려져 있다. 특허문헌1에는, 기판과 도가니가 대향(對向)하는 공간에 한 쌍의 전자석(電磁石)을 자계(磁界)의 방향을 가로로 하여 대향하도록 배치하고, 기판의 근방에 프로브(probe)를 설치하여 상기 프로브에 흐르는 전자전류(電子電流)를 보면서 한 쌍의 전자석에 대한 여자전류(勵磁電流)를 조정하는 것이 개시되어 있다.

그러나 상기 특허문헌1에서는, 자석에 의한 전자빔 편향자장(電子beam 偏向磁場)에 대한 간섭을 고려하면, 자석과 전자빔의 사이에 전자빔 편향에 영향을 주지 않도록 일정한 거리를 설정할 필요가 있어 자석을 기판에 치우치도록 설치하지 않을 수 없지만, 도가니와 기판이 대향하는 공간에 한 쌍의 자석에 의하여 자장영역을 형성하기 때문에 자석 자체가 차폐물(遮蔽物)이 되어 증착범위가 한정되므로 예를 들면 G2∼G4 사이즈의 대형의 글래스 기판(glass 基板)에 대한 적용이 곤란하다.

또한 도가니로부터 기판으로 직접 입사하는 2차전자나 반사전자를 자석에 의하여 차폐할 수 있다고 하더라도, 자장영역에 의하여 기판방향으로부터 편향된 2차전자, 반사전자가 진공용기의 내벽 등에 반사됨으로써 자장영역을 돌아 들어가서 기판에 도달할 가능성이 있어, 한 쌍의 자석만으로는 기판의 성막면에 입사하는 전자를 완전하게 차폐할 수 없다는 문제도 있다.

（특허문헌1）일본국 공개특허 특개평5-156428호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 문제점은, 기판과 도가니가 대향하는 공간에 자장영역을 형성하기 위한 자석 자체가 차폐물이 되어 증착 가능범위가 제한됨과 아울러, 2차전자나 반사전자가 기판으로 입사하는 것을 방지하는 효과가 낮다는 점이다.

가속된 전자를 조사하여 가열함으로써 증발시킨 재료를, 형성한 자장에 의하여 전자를 차폐하면서 기판 표면에 부착시켜서 박막을 형성하는 전자빔 증착장치로서,

증착하는 기판 하방에 증착재료의 수용기를 위치시키고,

상기 수용기의 중심에서 기판의 중심방향의 상방 공간에, 상기 수용기의 중심을 사이에 두고 소정의 간격을 띄운 한 쌍의 자석을 설치하고, 이들 한 쌍의 자석에 있어서 각각의 기판중심측 끝부를 타방 끝부보다 하방으로 경사지게 배치하는 것을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.

상기의 본 발명의 전자빔 증착장치는, 증착하는 기판 하방에 증착재료의 수용기를 위치시키는 것에 대응시켜서 최적의 자장을 형성하도록 자석을 배치함으로써 자석이 증착의 방해가 되는 차폐물이 되지 않도록 되어 있다.

또한 자석의 배치에 관해서는, 상기 수용기의 중심을 사이에 두고 소정의 간격을 띄운 한 쌍의 자석을 설치하고, 이들 한 쌍의 자석에 있어서 각각의 기판중심측 끝부를 타방 끝부보다 하방으로 경사지게 배치함으로써 자석이 증착의 방해가 되지 않으며, 또한 수용기를 향하여 조사된 전자빔에 의하여 발생하는 2차전자나 반사전자가 기판의 성막부에 직접 입사하는 것을 방지하고 있다.

상기의 전자빔 증착장치에 있어서, 수용기의 주위에 어스된 전자 차폐판을 증착의 차폐물이 되지 않는 범위에서 설치하면, 2차전자나 반사전자가 내벽 등에 의하여 어스로 흐름으로써 기판 성막부로 입사하는 것을 억제할 수 있다.

또한 상기의 전자빔 증착장치에 있어서, 기판의 증착면으로부터 수용기까지의 높이를 변경하는 수용기 승강기구와, 수용기의 상기 높이에 있어서의 자석의 경사 상단 높이를 변경하는 자석승강기구와, 자석의 경사각도를 변경하는 자석경사 변경기구와, 한 쌍의 자석의 간격을 변경하는 자석간 이동기구와, 상기 수용기 승강기구, 상기 자석승강기구, 상기 자석경사 변경기구, 상기 자석간 이동기구의 작동을 제어하는 제어부를 구비함으로써, 증착재료 종류와 기판 형상에 의거하여, 및 기판 외측의 회전궤적에 있어서 지름이 대향하는 위치에 설치한 전자계측기에 의하여 계측한 전자량에 의거하여 자석을 최적으로 배치할 수 있다.

본 발명에서는, 전자빔 증착 시에 발생하는 반사전자나 2차전자가 전자빔 증착 전에 형성된 유기박막 표면에 입사함으로써 발생하는 유기박막의 조성변화를 기인으로 한 유기 디바이스의 특성이 저하되는 것을 억제하여, 영구자석에 의하여 방해되고 있었던 증착범위를 G4기판 사이즈까지는 기판의 전역으로까지 넓힐 수 있고, 또한 원리상 2차전자나 반사전자의 발생이 없어 이들을 기인으로 한 특성의 저하가 없는 저항가열식의 증착에 의하여 형성된 유기 디바이스와 동등한 특성이 얻어지고, 또한 상기 저항가열식의 경우에 비하여 고속 성막이 용이한 전자빔 증착장치의 사용이 가능하게 된다.

또한 본 발명은, 전자 차폐를 하는 자석에 전자석을 사용하였을 경우에, 영구자석에서는 증착에 사용하는 재료에 따라 자석 간격을 변경하였을 때에 필요하게 되는 자장조정(磁場調整)이 장치를 정지시켜서 할 필요는 없어, 복수의 재료를 연속적으로 증착하는 경우에 적절한 전자 차폐용 자장의 형성과 균일적인 막두께 분포를 가지며 또한 고속의 성막이 가능하게 된다.

도1은, 본 발명의 전자빔 증착장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도2의 (a), (b)는 본 발명의 전자빔 증착장치에 있어서의 자석의 최적배치를 나타내는 도면이다.
도3의 (a), (b)는 본 발명의 전자빔 증착장치의 기판에 대한 자석 및 수용기의 배치관계를 나타내는 도면이다.
도4는, 본 발명의 전자빔 증착장치에 있어서의 전자 차폐판의 배치를 나타내는 도면이다.
도5는, 증착 레이트에 대한 자장의 영향량을 설명하기 위한 도면이다.
도6은, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 시험에 있어서 유기EL소자의 증착범위 내의 위치를 나타내는 도면이다.

본 발명에서는, 2차전자(二次電子)나 반사전자(反射電子)가 기판에 입사하는 것 또한 자석 자체가 차폐물이 되어 증착(蒸着)을 방해하는 것의 양자(兩者)를 억제한다는 목적을, 증착하는 기판 하방에 증착재료의 수용기(收容器)를 위치시키고 또한 수용기의 중심에서 기판의 중심방향의 상방 공간에, 수용기의 중심을 사이에 두고 소정의 간격을 띄운 한 쌍의 자석을 설치하고, 이들 한 쌍의 자석에 있어서 각각의 기판중심측 끝부를 타방(他方) 끝부보다 하방으로 경사지게 배치함으로써 실현하였다.

(실시예)

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

도면에는 본 발명의 전자빔 증착장치(電子beam 蒸着裝置)의 특징이 되는 요부만을 나타내고, 도면에 나타내는 것을 생략한 부재에 대해서는 이하의 설명 중에서는 참조부호를 붙이지 않고 있다.

본 예의 전자빔 증착장치는, 진공용기의 내부 상방에, 표면에 박막(薄膜)을 형성하는 예를 들면 사각형 모양의 기판(1)을 설치하고, 상기 기판(1)의 면중심(面中心)을 회전시키면서 증착을 하는 구성으로 되어 있다.

기판(1)은 예를 들면 G4 사이즈까지를 대상으로 하고 있고, 유기막(有機膜)과 금속 또는 투명전극(透明電極)으로 구성되는, 유기EL 조명, 유기EL 디스플레이, 유기TFT, 유기태양전지와 같은 소위 유기 디바이스(有機 device)에 제공된다.

2는, 증착재료(蒸着材料)(이하, 재료라고 기재한다)가 장입(裝入)된 수용기인 도가니(crucible)이다. 도가니(2)는, 기판의 끝부, 본 예에서는 사각형 모양의 기판(1)의 회전 원궤도 하방에 배치되어 있다.

도가니(2)는, 본 예에서는 도가니 승강기구(crucible 昇降機構)(21)에 의하여 그 높이와 기판(1)의 증착면으로부터의 거리(후술하는 높이(H) : 도3을 참조)를 변경할 수 있도록 되어 있다. 도가니(2)는, 예를 들면 하나의 증발원(蒸發源) 위치에서 복수의 재료를 절체(切替)하여 사용하는 소위 터릿방식(turret方式)을 사용하는 경우가 있다. 이 때에 재료별로 고유의 증착분포를 가지기 때문에, 상기한 바와 같이 도가니 승강기구(21)에 의하여 증착원으로 사용하는 재료별로 그 높이(H)를 변경하여 막두께의 균일성을 유지하도록 되어 있다.

또 도가니(2)를 기판(1)의 중심축으로부터의 거리를 이동시켜서 조정하지 않는 이유는, 상기한 바와 같이 복수의 재료를 증착하는 터릿방식에서는 도가니(2)와, 기판(1)의 중심축으로부터의 거리(Y)를 이동시키는 것은 구조상 곤란한 것을 이유로 한다.

이 도가니(2)에 장입된 재료는, 전자빔원(電子beam源)인 전자총(電子銃)(3)으로부터 조사된 전자가 자석에 의하여 그 진로가 편향되어 도가니(2)로 인도되고, 도가니(2)에 도달한 전자의 충돌에 의하여 가열되어 증발한다. 전자빔 진로편향용의 자석의 구성에 대한 도시(圖示) 및 설명은 생략한다.

전자빔원에 관해서는, 본 예에서는 가속전압에 의존하는 X선량을 감소시키기 위하여 저가속전압(예를 들면 - 6kV 이상)의 조정이 가능하도록 되어 있다. 증착대상인 유기 디바이스에 대한 증착에 있어서는 가속전압이 - 2kV 이상에서 증착을 한다.

4(4A, 4B)는, 도가니(2) 내의 재료에 조사된 후에 발생하는 2차전자, 반사전자를 편향시키기 위한 예를 들면 네오디뮴 자석(neodymium 磁石), 사마륨-코발트 자석(samarium-cobalt 磁石)과 같은 자석이며, 본 예에서는 도2(a)에 나타내는 바와 같이 도가니(2)에 있어서 기판(1) 방향의 공간에, 상기 도가니(2)의 중심을 사이에 두고 상기 중심으로부터 서로 이간하는 방향으로 소정의 등간격(等間隔)을 두고 N극과 S극을 대향(對向)시키고 또한 일단측(一端側)을 타단측(他端側)으로 경사지게 배치한다.

자석(4)의 NS극의 배치는, 도2(b)에 나타내는 바와 같이 기판(1)의 중심을 향하여 우측이 N극, 좌측을 S극으로 한다. 본 실시예에서는 자석(4A)을 S극, 자석(4B)을 N극으로 하여, 자계(磁界)의 방향은 자석(4B)으로부터 자석(4A)의 방향이 된다. 이 때에 전자빔 증착장치에서 발생한 전자는 자석(4A, 4B) 내의 자계에 진입하면, 전자는 기판(1)의 외부로 유도된다(반대로 자석(4A)을 N극, 자석(4B)을 S극으로 하면, 기판측으로 전자가 유도된다).

자석(4(4A,4B))은, 본 예에서는 도1에 나타내는 바와 같이 자석승강기구(磁石昇降機構)(41)에 의하여 후술하는 도가니(2)의 상면으로부터의 「높이(H')」를, 자석경사 변경기구(磁石傾斜 變更機構)(42)에 의하여 후술하는 자석(4)의 「경사(θ)」의 각도를, 자석간 이동기구(磁石間 移動機構)(43)에 의하여 후술하는 도가니(2)를 사이에 둔 자석(4A, 4B)의 「거리(C)」를 각각 변경할 수 있도록 구성되어 있다.

또 상기한 바와 같이 도가니(2)는 도가니 승강기구(21)에 의하여 그 높이와 기판(1)의 증착면으로부터의 거리(후술하는 높이(H))를 변경하지만, 기판(1)의 중심으로부터의 거리(Y)는 변경하지 않는 구성으로 되어 있다. 여기에서 본 예에서는, 사용하는 재료에 따라서는 기판(1)에 대한 증착분포가 변화하기 때문에 도가니(2)의 높이(H)를 변경할 필요가 있지만, 자석(4)이 증착범위를 덮을 수 없어 전자 차폐가 곤란하게 되는 경우 혹은 자석(4) 자체가 증착의 방해가 되는 경우가 있다.

그래서 본 예에서는, 도1에 나타내는 바와 같이 기판(1)의 회전궤적에 있어서 지름이 대향하는 위치에 설치한 전자계측기(45)에 의하여 기판(1)에 도달하는 전자량(電子量)을 모니터하여, 후술하는 자석배치조건이 되도록 자석(4)의 「높이(H')」를 자석승강기구(41)에 의하여, 「경사(θ)」를 자석경사 변경기구(42)에 의하여, 「거리(C)」를 자석간 이동기구(43)에 의하여 변경하도록 되어 있다.

본 발명의 전자빔 증착장치는, 제어부(制御部)(10)에 있어서 도면에 나타내지 않은 입력부에서 입력한 증착재료의 종류와 기판(1)의 형상(기판(1)의 세로 × 가로)에 의거하여 도가니 승강기구(21), 자석승강기구(41), 자석경사 변경기구(42), 자석간 이동기구(43)의 초기작동을 제어하고, 증착이 시작되면 상기의 전자계측기(45)로부터의 출력이 제어부(10)로 보내져서 리니어 제어(linear 制御)되도록 구성되어 있다.

5는, 도4에 나타내는 바와 같이 반사전자나 2차전자가 기판(1)에 도달하는 것을 방지하기 위하여 설치한 전자 차폐판(電子 遮蔽板)이다. 전자빔의 전자는, 자석(4)의 자장(磁場)에 의하여 자석(4A, 4B) 사이의 전자는 여기에서 차폐되지만, 자석(4)의 하방을 통과한 후에 자장에 의하여 구부러진 전자가 기판(1)으로 입사하는 것이 있다. 또한 기판(1)의 외부로 날아가서 진공용기 내에서 반사된 전자도 기판(1)에 도달하는 것이 있다.

그래서 본 예에서는, 자석(4)과 도가니(2)가 위치하는 자장의 하방에 도가니(2)를 둘러싸도록 전자 차폐판(5)을 설치하고 있다. 전자 차폐판(5)은 어스 접속(earth 接續)되고, 도가니(2)의 주위에, 기판(1)의 중심방향(이것을 전방이라고 한다)과 원궤적의 외측방향(이것을 후방이라고 한다), 자석(4A, 4B)의 이간폭(離間幅)방향(이것을 측방이라고 한다) 및 도가니(2)에서 본 기판(1)의 방향(이것을 상방이라고 한다)에 설치되어 있다.

구체적으로는, 본 예에서는 전자 차폐판(5)을 도4에 나타내는 바와 같이 배치하고 있다. 자석(4A, 4B) 상호간의 하단 및 하단 사이에 전방의 전자 차폐판(5A)을, 자석(4A, 4B) 상호간의 상단 및 상단 사이에 상방의 전자 차폐판(5B)을, 자석(4A, 4B) 상호간의 외측부에 측방의 전자 차폐판(5C, 5D)을, 도가니(2)의 후방에 전자 차폐판(5E)을 각각 간극 없이 설치하여, 자석(4A, 4B)의 간격을 개구(開口)로 하고 도가니(2)를 덮는 프레임을 전자 차폐판(5)에 의하여 구성하고 있다.

또 이 전자 차폐판(5)은, 상기한 바와 같이 도가니(2) 및 자석(4)의 배치가 각 기구(21, 41, 42, 43)에 의하여 변경되는 경우에는 간극 없이 설치할 수 없는 경우가 있지만, 자석(4)에 의하여 전자 차폐가 충분히 가능한 경우에는 도가니(2)나 자석(4)의 이동 스트로크(移動 stroke)분의 간극이 존재하더라도 상관없다.

이와 같이 전자 차폐판(5)을 설치함으로써 반사전자가 차단되고, 그 이외의 방향으로 날아가는 전자도 전자 차폐판(5)에 의하여 폐쇄된 프레임 공간에 감금되어 최종적으로 어스로 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 기판(1)의 증착범위에 전자가 도달하는 것을 매우 효과적으로 방지하는 것이 가능하게 된다.

다음에 기판(1) 및 도가니(2)의 위치에 의거한 자석(4A, 4B)의 배치에 관하여 도2 및 도3을 사용하여 구체적으로 설명한다. 또한 이하의 자석(4)의 배치조건은, 전자 차폐효과가 최적이 되는 자장발생범위의 조건이기도 하다.

또 본 발명에서는, 전자 차폐를 하기 위하여 자석(4)을 전자석(電磁石)으로 하였을 경우의 자장발생출력을 조정하지 않고 자석(4)의 증착 중의 자장발생출력을 일정하게 하였을 경우에 있어서, 자석(4)의 배치를 적절한 조건으로 함으로써 전자 차폐와 균일적이고 또한 고속의 성막(成膜)을 가능하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

(자장의 빔에 대한 영향)

전자 차폐를 목적으로 한 자석(4)의 자장이 빔궤도 상까지 미치는 경우에 전자빔의 편향, 수렴에 영향을 끼쳐서 재료에 대한 전자빔의 집중적인 조사가 이루어지지 않아, 증착 레이트(蒸着 rate)의 저하가 일어난다. 도5를 보면 빔궤도 상의 자속밀도(磁束密度)가 O.5mT에서 레이트가 10% 저하하는 것으로부터, 본 실시예에서는 「전자 차폐 목적으로 형성되는 자장이, 빔궤도 상에서 자속밀도가 0.5mT 이상으로 되지 않도록」 배치한다.

(자석배치)

기본적으로는 증착재료나 기판의 증착면적에 따라 예를 들면 자석(4)의 자장발생출력이나 전자빔의 출력을 조정함으로써 어떻게 하더라도 대응할 수 있지만, 본 예에서는 그러한 전기적 제어에 의한 것을 목적으로 하지 않고, 성막조건에 적합한 「자석(4)의 자장발생출력을 일정하게 하였을 경우에 있어서의 기판(1)의 증착면적에 대응하는 자석(4)의 최적의 배치조건」을 찾아내는 것을 목적으로 하고 있다.

도가니(2)는 상기한 바와 같이 기판(1)의 하방에 위치시킨다. 기판(1)의 하면(성막부)과 도가니(2)의 상면과의 거리는 증착재료에 따라 고유의 증착분포를 가지기 때문에, 소정의 막두께 균일성이 얻어지는 높이로 변경하여 결정된다. 또한 본 예에서는 전자계측기(45)의 출력을 사용하여 기판(1)에 도달하는 전자량을 계측하여, 기판(1)의 하면(성막부)과 도가니(2)와의 거리에 따라 자석의 배치를 결정한다. 이하, 자석(4)은 기판(1)에 대한 도가니(2)의 위치를 기준으로 하여 각각 결정하고 있다.

도3에 나타내는 바와 같이 자석(4)에 관해서는, 도가니(2)의 상면으로부터의 「높이(H')」, 자석(4)의 「길이(B)」와, 자석(4)의 「경사(θ)」, 자석(4A, 4B) 사이의 「거리(C)」를 다음과 같이 하면 좋다.

「높이(H')」 : 200mm ≤ 높이(H') ≤ 400mm

도가니(2)의 상면으로부터, 경사지게 배치하는 자석(4)에 있어서 기판(1)의 외주측의 끝부 즉 상단까지의 높이(H')(거리)는 200mm ≤ 높이(H') ≤ 400mm로 하면 좋다. 자석(4)의 상단높이가 200mm보다 낮으면(도가니(2)에 접근한다), 전자빔의 증발원 상으로의 편향, 수렴에 간섭하여 효율적인 재료가열이 이루어지지 않아 성막속도가 저하된다. 한편 자석(4)의 상단높이가 400mm보다 높으면(도가니(2)로부터 멀어진다), 증착에 있어서의 차폐물이 된다.

「길이(B)」

자석(4)의 길이(B)는, 기판(1)의 회전궤적에 있어서 지름이 대향하는 위치와 도가니(2)의 중심을 수직의 동일 평면 상에서 연결하는 가상선(P, P')을 뺀 범위(파선) 이상의 길이로 한다. 이 자석(4)의 길이(B)는 기판(1)의 회전지름, 도가니(2)의 기판(1)에 대한 높이, 자석(4)의 높이(H'), 후술하는 경사(θ)를 요인으로 하여 변경되지만, 반대로 말하면 자석(4)의 길이(B)를 고정하더라도 상기 요인을 변경하면 대응할 수 있는 범위라면 고정된 길이라도 상관없다.

「자석경사(θ)」 : 5° ≤ 자석경사(θ) ≤ 45°

자석(4)이 전자빔에 영향을 주지 않으며, 또한 자석(4)에 있어서 하방으로 경사진 하단면(下端面)(A)이 기판(1)의 회전중심을 넘지 않는 범위가 됨과 아울러 도가니(2)의 중심과 상기 기판(1)의 회전궤도에 있어서 지름이 가장 먼 부분을 수직의 동일 평면 상에서 연결하는 가상선(P') 상에 거의 위치하도록 설정한다. 한편 자석(4)의 경사진 상단면(上端面)은 상기 높이(H')에서 규정하는 바와 같다. 따라서 자석(4)의 길이(B)에 따라 자석(4)의 상단면이 높이(H')에 의하여, 하단면이 가상선(P')에 의하여 규정되는 위치가 되도록 경사진 자석(4)의 경사(θ)는 대략 5° ≤ 자석경사(θ) ≤ 45°가 된다.

경사(θ)가 5°보다 작으면, 기판(1)이 증착의 차폐물이 됨과 아울러, 예를 들면 기판(1)의 중심에 대하여 반대측에 다른 증착원이나 기구를 설치하는 경우에는 이들이 차폐물이나 간섭물로서 저해요인이 될 가능성이 높아진다. 한편 경사(θ)가 45°보다 크면, 가상선(P - P')의 범위를 자석으로 덮을 수 없어, 반사전자나 2차전자의 편향에 필요한 자장형성영역 외부로부터 전자가 통과하여 기판(1)에 도달하거나 또는 전자빔이 상기한 전방으로부터 후방으로 진행하는 경우에, 상기한 전자 차폐용 자장에 의한 전자빔 궤도로의 간섭이 발생할 가능성이 높아진다.

「거리(C)」 : 100mm ≤ 거리(C) ≤ 400mm

기판(1)에 대한 증착이 방해가 되지 않는 간격으로 하는 것이 전제가 되어, 도가니(2)를 사이에 둔 자석(4A, 4B)의 간격이 100mm보다 짧으면, 자석(4)이 증착의 차폐물이 된다. 한편 도가니(2)를 사이에 둔 자석(4A, 4B)의 간격이 400mm보다 길면, 전자 차폐에 필요한 자장을 형성하는 것이 어려워진다. 또는 진공용기 내에서 다른 증착원의 차폐물이나 다른 기구의 간섭물이 될 가능성이 있다.

다음에 자석(4)의 상기 배치조건을 충족시킨 하기 구성에 있어서 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 실험의 결과를 나타낸다. 우선 기초적 요건으로서, 전자빔은 가속전압이 - 2kV 이하 예를 들면 - 2kV로 하고, 자석(4)에 있어서 자석(4A, 4B) 사이의 자속밀도를 5mT 이상 예를 들면 영구자석에 의하여 5mT로 설정하였다.

또한 도가니(2)에 있어서 기판(1)의 중심으로부터의 거리(Y)는, 기판이 회전을 하는 경우에 회전궤적의 반경(D)의 0.5배 이상 예를 들면 1배의 위치 즉 회전궤적의 바로 아래에 도가니 중심이 위치하도록 배치하였다.

기판(1)의 증착면으로부터 도가니(2)의 중심까지의 거리(H)는, 상기 자석(4)의 높이(H')와의 관계에 의하여 당연히 (자석(4)의) 높이(H') < 거리(H)로 하지만, 도가니(2)의 중심으로부터 기판(1)의 중심까지의 거리(Y)를 1500mm 이하로 하는 점을 아울러 최종적으로 결정된다.

기판(1)의 증착면으로부터 도가니(2)의 중심까지의 거리(H)와, 도가니(2)에 있어서 기판(1)의 중심으로부터의 거리(Y)는 목표 막두께 균일성이 되는 배치이면 특별하게 상한은 없지만, 도가니(2)의 중심으로부터 기판(1)의 중심까지의 거리(Y)가 1500mm보다 길어지면 증착 레이트가 저하되기 때문에, 증착 레이트가 10Å/s 이상이 얻어지는 1500mm를 도가니(2)의 중심으로부터 기판(1)의 중심까지의 거리(Y)의 상한으로서 설정하였다.

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 시험의 결과를 나타낸다. 시험은 다음의 조건에서 제작한 유기EL소자를 평가함으로써 이루어졌다.

평가용의 유기EL소자는, 370mm × 470mm와 550mm × 650mm의 기판(1)에 있어서 증착범위 내의 중앙(기판중심으로부터의 거리가 Omm)과 끝부(기판중심으로부터의 거리가 250mm와 375mm)의 2개의 장소에서 가로와 세로가 각각 50mm인 글래스 기판 상에 패터닝 형성(patterning 形成)된 ITO(Indium Tin Oxide ), 유기박막의 증착 후에 가로와 세로가 각각 2mm인 소자가 되도록 증착 마스크를 사용하여 알루미늄을 증착 레이트가 10Å/s, 막두께가 2000Å로 전자빔 증착을 하여 제작하였다. 이하, 도6에 나타내는 바와 같이 증착범위에 있어서, 중앙에서 제작한 유기EL소자를 「중앙소자」라고, 끝부에서 제작한 유기EL소자를 「끝부소자」라고 기재한다.

하기의 표1에는, 자석(4)에 있어서의 높이(H'), 길이(B), 경사(θ), 간격(C)을 상기 조건에 따른 표1과 같이 하여 증착을 하고, 기판(1)에 입사되는 전자량(전류밀도)과 발광효율에 대하여 평가한 결과를 나타낸다. 한편 하기의 표2에는, 상기 조건에 따라 없거나 혹은 빠진 조건에 의하여 증착을 한 결과를 나타낸다.

전자빔 증착 시의 2차전자, 반사전자에 의하여 선행하여 형성된 유기박막층이 조성변화되었을 경우에는 발광효율이 저하된다(X선에 의한 유기박막으로의 조성변화, 디바이스 특성의 저하가 발생하지 않는 것을 확인한 가속전압에 의하여 평가). 이 때문에 레퍼런스(reference)로서 2차전자, 반사전자가 발생하지 않는 저항가열방식(抵抗加熱方式)에 의하여 제작된 소자의 발광효율과 비교함으로써 2차전자, 반사전자량에 의한 영향을 평가하였다.

자석(4)의 배치조건 등을 충족시키지 않는 구성의 경우(표2)에는, 특히 자석(4)을 수평 모양으로 배치한 경사(θ)가 O°(즉 경사 없음) 혹은 상기 범위의 상한을 넘은 결과, 자석 자체가 증착의 차폐물이 되거나 2차전자나 반사전자를 차폐할 수 없어, 기판(1)에 도달하여 버리기 때문에 소자의 특성은 저하되었다.

자석(4)의 배치조건을 충족시키는 본 예 구성의 경우(표1)에는, 증착범위에 2차전자나 반사전자가 입사하는 것을 방지하여, 기판(1)의 증착범위 전역(全域) 즉 중앙소자, 끝부소자 모두 유기박막에 대하여 조성변화 등을 발생시키는 전자량을 차폐할 수 있다는 것을 저항가열방식에 의하여 알루미늄을 증착한 소자와 동등한 발광효율이 얻어진 것으로부터 확인하였다. 또한 전자 차폐판을 조합시킴으로써 더 효과적으로 전자 차폐가 가능한 것도 확인하였다.

상기의 실시예에서는, 기판을 회전시켜서 증착을 하지만 기판을 고정하거나 혹은 반송하더라도 상관없다. 이 경우의 자석배치는 기판 혹은 증착 개구부를 회전시켰을 경우의 회전궤적을 그리고, 이 회전궤적에 의거하여 결정하면 된다.

1 : 기판
2 : 도가니
21 : 도가니 승강기구
3 : 전자총
4 : 자석
4A, 4B : 자석
41 : 자석승강기구
42 : 자석경사 변경기구
43 : 자석간 이동기구
45 : 전자계측기
5 : 전자 차폐판
5A∼5E : 전자 차폐판
10 : 제어부

Claims (3)

1. 가속된 전자를 조사(照射)하여 가열함으로써 증발시킨 재료를, 발생하는 전자가 기판으로 입사하는 것을 차폐하는 자장(磁場)을 형성하면서, 기판 표면에 부착시켜서 박막(薄膜)을 형성하는 전자빔 증착장치(電子beam 蒸着裝置)로서,
   증착하는 기판의 하방에 증착재료의 수용기(收容器)를 위치시키고,
   상기 수용기의 중심에서 기판의 중심방향의 상방 공간에, 상기 수용기의 중심을 사이에 두고 소정의 간격을 띄운 한 쌍의 자석을 설치하고, 이들 한 쌍의 자석에 있어서 각각의 기판중심측 끝부를 타방(他方) 끝부보다 하방으로 경사지게 배치하는 것을 특징으로 하는 전자빔 증착장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   수용기의 주위에 어스(earth)된 전자 차폐판(電子 遮蔽板)을 설치하는 것을 특징으로 하는 전자빔 증착장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   기판의 증착면으로부터 수용기까지의 수용기의 높이를 변경하는 수용기 승강기구(收容器 昇降機構)와, 수용기의 상기 높이에 있어서의 자석의 경사 상단(上端) 높이를 변경하는 자석승강기구(磁石昇降機構)와, 자석의 경사각도를 변경하는 자석경사 변경기구(磁石傾斜 變更機構)와, 한 쌍의 자석의 간격을 변경하는 자석간 이동기구(磁石間 移動機構)와, 증착재료 종류와 기판 형상에 의거하여 및 기판의 회전궤적에 있어서 지름이 대향하는 위치에 설치한 전자계측기에 의하여 계측한 전자량(電子量)에 의거하여 상기 수용기 승강기구, 상기 자석승강기구, 상기 자석경사 변경기구, 상기 자석간 이동기구의 작동을 제어하는 제어부(制御部)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 증착장치.

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