KR20070066232A - 증착장치 - Google Patents

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KR20070066232A
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Abstract

본 발명은 증착장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 증발원의 캡부재 상부에 리플렉터(reflector)를 고정 부착하여 증발원의 상부에 천공되어 있는 홀 부위에서 발생할 수 있는 열 손실을 방지함으로써, 증착물질의 증착 공정시 증발원의 홀이 막히는 것을 방지할 수 있는 증착장치에 대한 것이다.
리플렉터, 캡부재, 증발원, 도가니, 인너플레이트

Description

증착장치{Evaporating apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 증착장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 증발원의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 증발원의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5. 증착장치 10. 기판
15. 센서 20. 셔터
25. 진공챔버 30. 진공펌프
40. 증착물질 100. 증발원
110. 증발원부 112. 열선
114. 도가니 116. 중공부
120. 인너플레이트 122. 개구부
124. 고정부 126. 하부판
140. 캡부재 142. 넥
144. 홀 150. 리플렉터
본 발명은 증착장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 증발원의 캡부재 상부에 리플렉터(reflector)를 고정 부착하여 증발원의 상부에 천공되어 있는 홀 부위에서 발생할 수 있는 열 손실을 방지함으로써, 증착물질의 증착 공정시 증발원의 홀이 막히는 것을 방지할 수 있는 증착장치에 대한 것이다.
EL 소자는 자발광형 표시 패널로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.
EL 소자는 발광층(emitter layer) 형성 물질에 따라 무기전계발광소자와 유기전계발광소자로 구분된다. 여기서 유기전계발광소자는 무기전계발광소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
이러한 유기전계발광소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 양극, 유기막 및 음극으로 구성된다. 상기 유기막은 유기 발광층을 포함하며, 그 외 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 전자 주입층을 더욱 포함할 수도 있다. 또한, 여기서 전자 수송층, 정공 수송층, 정공 주입층 및 전자 주입층은 유기 화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
이러한 구성을 가지는 유기전계발광소자를 제조하는 과정에서 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층 등의 유기 박막은 내부 압력이 10-6 내지 10-7 torr로 조절되는 진공챔버와 이의 내부에 기판과 대향되게 설치되고 소량의 유기 화합물 등이 담긴 가열용기와 이 가열용기에 설치되어 유기 화합물 등을 증발시키기 위한 가열히터를 포함하는 증착장치에 의해 형성된다.
기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공 증착법, 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링법(sputtering) 등과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착법(CVD) 등이 있다. 이중에서 유기전계발광소자의 유기막, 전극 등과 같은 박막을 형성하는 데에는 진공 증착법이 주로 사용된다. 상기 진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 간접 가열 방식(또는 유도 가열 방식)의 증발원(effusion cell)이 사용되고 있다.
상기 진공 증착법은 진공챔버의 하부에 구비되는 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 것으로서, 진공 증착법을 이용한 박막 형성장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 진공챔버에 연결된 진공펌프가 존재하며 이를 이용하여 진공챔버의 내부를 일정한 진공 분위기로 유지시킨 후, 진공챔버의 하부에 배치된 증발원으로부터 박막재료인 증착물질을 증발시키도록 구성된다.
상기 증발원은 그 내부에 박막재료인 증착물질이 수용되는 도가니(crucible)와 상기 도가니의 외주면에 감겨져 전기적으로 가열하는 가열장치로 구성된다. 따라서, 상기 가열장치의 온도가 상승함에 따라 상기 도가니도 함께 가열되어 일정온도가 되면 증착물질이 증발되기 시작한다.
상기 진공챔버의 내부에는 증발원의 상부로부터 일정거리 떨어진 곳에 박막이 형성될 성막용 기판이 위치하게 된다. 따라서, 상기 도가니로부터 증발된 증착물질은 성막용 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거쳐 성막용 기판 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성한다.
또한, 상기 증착장치는 증발원의 도가니를 흑연 등의 물질로 형성하고 도가니의 내부에 수용되는 증착물질을 증발시켜 성막용 기판에 증착시키기 위하여 상부가 개방되어 있다. 이때 증착물질이 증발원 외부로 튀는 현상(splash) 등을 방지하고 성막용 기판의 막두께의 재현성을 확보하기 위하여 증발원의 도가니 상부에 소정의 크기를 가지는 홀을 구비하는 캡부재를 구비한다.
그러나, 상기한 종래 방법에 의한 증발장치는 도가니 상부에 형성되어 있는 홀에 의해 증발원 상부에서의 열손실이 발생되고, 도가니 내부에서 증발되어 기판으로 이동되는 증착물질이 홀의 내측과 외측에서의 급격한 온도변화에 의해 홀 주위에서 응축되어 캡부재의 홀이 막히는 현상이 발생된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도가니 상부에 천공되어 있는 홀의 내측과 외측에서의 급격한 온도변화를 방지하여 캡부재의 홀이 막히는 현상을 방지함으로써, 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있는 증착장치를 얻을 수 있는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 증발원은,
상부가 개구되어 있으며 내부에 증착물질이 수용되는 도가니;와
상기 도가니의 외주면에 고정 부착되어 열을 공급하는 열선;과
상기 도가니의 상단부와 결합되며, 상기 열선에 의해 가열된 증착물질이 분사되는 홀이 형성되어 있는 캡부재; 및
상기 캡부재의 상면부에 고정 부착되고, 중심부가 천공된 원판형의 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원과,
상기 리플렉터는 27℃에서 5W/mK 내지 100W/mK의 열전도도를 가지는 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것과,
상기 리플렉터는 탄탈(Ta) 박막 또는 흑연(graphite) 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것과,
상기 리플렉터는 두께가 0.3mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 증착장치는,
진공 챔버; 및
상기 진공 챔버의 내측 하부에 위치하며, 상부가 개구되어 있으며 내부에 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 외주면에 고정 부착되어 열을 공급하는 열선과, 상기 도가니의 상단부와 결합되며 상기 열선에 의해 가열된 증착물질이 분사되는 홀이 형성되어 있는 캡부재와, 상기 캡부재의 상면부에 고정 부착되고 중 심부가 천공된 원판형의 리플렉터를 포함하는 증발원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 증착장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 증착장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 증착장치(5)는 진공 분위기가 형성된 진공챔버(25) 내에 증착물질(40)이 담긴 증발원(100)이 위치하고, 증발되는 증착물질(40)의 개폐를 제어하기 위하여 셔터(20)가 상기 증발원(100)의 상부에 위치하며, 기판(10)의 막두께를 측정하기 위한 센서(15)와 상기 진공챔버(25) 내에 진공 분위기를 형성하기 위한 진공펌프(30)가 구비된다.
상기 증발원(100)은 증착물질(40)의 증발시 상기 증착물질(40)이 덩어리로 기판(10) 등에 증착되는 것을 방지하고 분자 단위로 증발되도록 한다. 상기 증착물질(40)로는 유기전계발광소자에서 유기막인 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층을 형성하기 위한 유기 화합물 또는 전극을 형성하기 위한 알루미늄(Al)이나 마그네슘(Mg) 등의 물질일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 증발원의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 증발원의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 증발원(100)은 증발원부(110)와 인너플레이 트(120)와 캡부재(140)로 되어 있다.
상기 증발원부(110)는 도가니(114)와 열선(112)으로 되어 있다.
상기 도가니(114)는 흑연이나 PBN(Pyrolytic Boron Nitride) 등의 물질로 형성되며, 내측에 중공부(116)가 형성되어 있고, 상단부는 캡부재(140)의 하단부와 결합되며, 하단부는 내부가 막혀 있는 원통형으로 되어 상기 증착물질(40)이 수용되고, 내측에는 인너플레이트(120)가 삽입 고정된다.
상기 도가니(114)의 외주면에는 열선(112)이 구비되어 있되, 상기 열선(112)은 도가니(114)에 열을 공급하여 증착물질(40)을 증발시킨다. 본 발명에서 상기 열선(112)은 코일 형상으로 형성되어 있으나 여러 형태로 변형될 수 있다.
또한, 상기 도가니(114)의 외주면 하단에는 증발되는 증착물질(40)의 온도를 측정하기 위한 온도감지수단(도시안됨)이 설치될 수 있다.
상기 인너플레이트(120)는 상기 도가니(114)의 중공부(116)에 내설되며, 하부판(126)과 고정부(124)로 되어 있다.
상기 하부판(126)은 외주면이 소정 간격 이격되어 천공되어 있는 원판형으로 캡부재(140)의 홀(144)과 대응되는 영역의 가장자리에 적어도 하나의 개구부(122)가 형성되어 있되, 상기 개구부(122)는 하부판(126)의 외주면상에 연속 또는 이격되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 하부판(126)의 직경은 상기 중공부(116)의 내경과 같거나 더 작게 형성하되, 상기 인너플레이트(120)의 하부판(126)에 의해 형성된 상부 공간과 하부 공간 사이의 압력차가 크게 발생하지 않도록 상기 개구부 (122)의 크기를 조정할 수 있다.
또한, 상기 인너플레이트(120)의 하부판(126)은 상면부와 하면부 사이에 온도 차이가 발생되어 상기 하부판(126)의 상면부에 증착물질(40)이 성장할 수 있다. 상기와 같은 증착물질(40)이 성장하는 현상을 개선하기 위하여 상기 인너플레이트(120)는 열전도도가 좋은 물질을 사용하고, 바람직하게는 열전도도가 우수한 구리(Cu)나 금 또는 은 등을 사용한다.
상기 고정부(124)는 소정의 간격으로 이격되어 일단이 상기 하부판(126)의 외주면에 일체로 고정 부착되어 있고, 도가니(114)의 상부측으로 연장되어 있으며, 타단이 상기 도가니(114)의 내주면 상단부에 고정되어 하부판(126)을 지지한다.
상기 캡부재(140)는 도가니(114)의 상단부와 결합되며, 내측이 중공되어 있고, 상면부에는 넥(142)과 리플렉터(150)가 형성되어 있다.
상기 넥(142)은 중심부에 홀(144)이 천공되어 있어 상기 도가니(114)에서 증발된 증착물질(40)이 이동하여 기판(도 1에 도시된 10) 상에 증착할 수 있는 통로 역할을 한다.
상기 증발원(100)에서 증발하여 기판(도 1에 도시된 10)으로 이동하는 증착물질(40)은 증발원(100)의 내부와 외부의 온도변화에 의해 홀(144) 주위에 증착하고 이것 때문에 홀(144) 부분이 막히는 현상이 발생되는데, 이를 방지하기 위하여 리플렉터(150)를 상기 캡부재(140)의 상단부에 고정 부착한다.
상기 리플렉터(150)는 캡부재(140)의 상면부에 위치하여 넥(142)의 외주면상 에 고정 부착되어 있되, 상기 리플렉터(150)는 대응되는 넥(142) 부위의 외주면 만큼 중심부가 천공되어 있는 원판형으로 형성되며 27℃에서 5W/mK 내지 100W/mK의 열전도도를 가지고 두께가 0.3mm 내지 0.5mm인 물질이 사용된다.
상기 리플렉터(150)의 열전도도가 5W/mK 보다 작으면 증발원(100)의 도가니(114) 내부의 열이 상기 캡부재(140) 상부로 쉽게 전달이 되지 않아 홀(144)의 상부와 하부 사이에 온도 차이가 발생되어 홀(144) 주위에 증착물질(40)이 성장하여 홀(144)이 막히게 되고, 열전도도가 100W/mK 보다 크면 증발원(100)의 도가니(114) 내부의 열이 캡부재(140) 상부로 쉽게 전달되어 상기 도가니(114) 내부의 온도를 떨어뜨려 증착물질(40)의 증발을 어렵게 한다.
따라서, 상기 리플렉터(150)의 열전도도는 27℃에서 5W/mK 내지 100W/mK의 열전도도를 가지는 물질을 사용하며, 바람직하게는 27℃에서 열전도도가 57W/mK인 탄탈 박막(Tantalum sheet) 또는 27℃에서 열전도도가 5.7W/mK인 흑연 박막(Graphite sheet)을 사용한다.
또한, 상기 리플렉터(150)의 두께는 0.3mm 이하로 하면 박막 가공이 힘들고 변형이 쉽게 이루어지며, 0.5mm 이상으로 하면 캡부재(140)의 홀(144)은 막히지는 않으나 캡부재(140)의 상면부에 고정 부착되어 있는 리플렉터(150)의 표면에 증착물질(40)이 얇게 증착되기 시작한다.
따라서, 상기 리플렉터(150)의 두께는 0.3mm 내지 0.5mm인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 증착장치의 작용을 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
증착장치(5)를 이용하여 기판(10)을 증착하기 위해서는 증발원(100) 내부의 중공부(116)에 증착물질(40)을 주입한다. 이 상태에서 열선(112)에 소정의 전압을 인가하여 도가니(114)를 가열함으로써 증착물질(40)이 가열되어 승화되도록 한다.
상기 증착물질(40)이 승화되는 과정에서 상기 도가니(114)의 중공부(116)에서 증착물질(40)의 급격한 증발시 증착물질(40)이 분자 단위가 아닌 작은 덩어리 단위로 증발이 이루어지는데, 상기 중공부(116)의 내부에는 인너플레이트(120)가 설치되어 있으므로 덩어리로 증발하는 증착물질(40)이 홀(144)을 통하여 기판(10)에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 덩어리로 증발된 증착물질(40)은 개구부(122)를 통하여 캡부재(140)의 홀(144)로 토출되어야 하는데, 상기 홀(144)과 대응되는 도가니(114) 내측에 하부판(126)이 설치되어 있고 상기 하부판(126)의 외주면 쪽으로 개구부(122)가 형성되어 있으므로 증발된 증착물질(40) 덩어리는 인너플레이트(120)의 하부판(126)에 충돌하게 되어 캡부재(140)의 홀(144)을 통과하지 못하게 된다.
상기 캡부재(140)의 홀(144)을 빠져 나온 증발된 증착물질(40)은 홀(144)의 내부와 외부에서 온도변화가 생기지만, 상기 캡부재(140)의 상단부에 부착되어 있는 열전도도가 좋은 리플렉터(150)에 의해 상기 홀(144) 주위에서 발생될 수 있는 열 손실이 방지되어 증발된 증착물질(40)이 홀(144) 주위에서 증착되지 않고 원활하게 상기 기판(10) 상에 증착될 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 도가니 상부에 천공되어 있는 홀의 내부와 외부에서의 급격한 온도변화를 방지하여 증발된 증착물질이 홀 주위에서 성장하여 캡부재의 홀이 막히는 현상을 방지할 수 있고, 이에 의하여 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있다.

Claims (8)

  1. 상부가 개구되어 있으며 내부에 증착물질이 수용되는 도가니;와
    상기 도가니의 외주면에 고정 부착되어 열을 공급하는 열선;과
    상기 도가니의 상단부와 결합되며, 상기 열선에 의해 가열된 증착물질이 분사되는 홀이 형성되어 있는 캡부재; 및
    상기 캡부재의 상면부에 고정 부착되고, 중심부가 천공된 원판형의 리플렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 27℃에서 5W/mK 내지 100W/mK의 열전도도를 가지는 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 탄탈(Ta) 박막 또는 흑연(graphite) 박막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 두께가 0.3mm 내지 0.5mm로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
  5. 진공 챔버; 및
    상기 진공 챔버의 내측 하부에 위치하며, 상부가 개구되어 있으며 내부에 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 외주면에 고정 부착되어 열을 공급하는 열선과, 상기 도가니의 상단부와 결합되며 상기 열선에 의해 가열된 증착물질이 분사되는 홀이 형성되어 있는 캡부재와, 상기 캡부재의 상면부에 고정 부착되고 중심부가 천공된 원판형의 리플렉터를 포함하는 증발원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 리플렉터는 27℃에서 5W/mK 내지 100W/mK의 열전도도를 가지는 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 리플렉터는 탄탈(Ta) 박막 또는 흑연(graphite) 박막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증착장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 리플렉터는 두께가 0.3mm 내지 0.5mm로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증착장치.
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