KR20070086933A - 재충전 저장소를 구비한 진공증착장치와 진공증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공상태에서 처리되고 배치되는 기판(2)을 수용하는 봉입체(1)와, 유기물질의 증기 분자빔이 발생되도록 하는 적어도 하나의 분사기(110)로 구성된 진공증착장치에 관한 것이다. 상기 분사기는 밸브를 구비하며, 봉입체의 바닥을 횡단하고, 유기물질을 포함하는 제거가능한 저장소(10)를 수용하는 노즐(120)로 구성된다. 주가열장치(50)는 저장소를 가열하고, 제2가열장치(30,40)는 온도 구배를 형성하도록 분사기를 가열한다.

진공증착장치, 증기, 분사기, 유기물질, OLED, 봉입체, 노즐, 밸브, 가열장치

Description

재충전 저장소를 구비한 진공증착장치와 진공증착방법{Device for Vacuum Deposition with Recharging Reservoir and Corresponding Vacuum Deposition Method}

본 발명은 진공증착분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 유기물질 박막의 진공증착에 관한 것으로서, 예를 들어 유기물질을 토대로 한 전장발광 다이오드(OLED)의 제조에 관한 것이다.

OLED 장치의 기본 셀구조는 투과성 애노드와 금속성 캐소드 사이에 끼워지는 다량의 극미세 유기층으로 이루어진다. 이러한 유기층은, 층을 이루는 물질의 증발 및 진공증착에 의해 이루어진다.

이러한 제조과정에 의해 수반되는 문제점 중의 하나는 처리될 증발 유기물질의 기판을 포함한 채로 진공상태에서 봉입체 안에 유입된다는 것이다.

이러한 과정을 이행하는데 사용되는 공지의 장치는, 예를 들어 미국특허 제 4,553,022호에 설명되어 있는데, 증발되는 유기물질을 포함하는 도가니와, 도가니를 가열해주는 노(furnace)를 포함하는 열 방출 셀로 구성된다. 이러한 열 방출 셀 은 봉입체 안에 유입될 수 있다. 도가니 안에 담기는 상기 물질은, 증발되는 물질이 기판의 표면으로 도가니 오리피스를 통해 이탈하는 일정 온도까지 가열되고, 박막을 형성하도록 증착된다. 박막의 증착 작용을 저지하기 위해서, 마스크는 기판 사이에 끼워져서, 도가니와 증기 유동에 대한 방해물을 형성하게 된다. 상기 물질은, 마스크 표면 또는 봉입체의 내벽에 증착되어서 결론적으로 더 이상 사용할 수 없게 된다.

더욱이, 도가니 가열로(crucible heating furnace)는 진공 봉입체 안의 기판과 마주보도록 배치되어, 노에서 방출되는 열이 증착 박막을 손상시킬 위험이 있다.

마지막으로, 도가니를 재충전하기 위해서 봉입체를 개방할 필요가 있고, 결과적으로 봉입체를 다시 공기에 노출시키게 된다. 이는 봉입체 안에 배치된 노와 상호작용하도록 하기 위해서도 필요하다.

분자빔 에피탁시(molecular beam epitaxy)(MBE) 기술분야에서는, 기판을 포함하는 주봉입체가, 증발되는 물질을 담고 있는 저장소를 수용하는 제2봉입체와 연결되는 장치를 개시하는 미국특허 제5,080,870호 또는 미국특허 제5,156,815호와 같은 특허가 있다. 분사튜브는 밸브에 의해 개폐될 수 있다. 상기 제2봉입체와 저장소는 각각 밀폐되도록 기밀한 커버를 구비한다. 제2봉입체와 주봉입체는 기밀한 플랜지로 연결된다. 가열장치는, 분사튜브뿐만 아니라 저장소를 둘러싸고 있다.

이러한 장치는 증기의 유동이 저장소와 주봉입체 사이에 배치되는 밸브에 의해 조절되도록 한다.

그러나, 이점에 있어서도, 저장소는 제2봉입체의 기밀한 커버를 개방한 후 재충전될 수 있을 뿐이므로, 제2봉입체/주봉입체 장치는 공기에 노출된다.

본 발명은 진공 상태에서 생성물 저장소를 용이하게 재충전할 수 있는, 유기물질의 증기를 생산할 수 있도록 하는 장치와 방법을 제안함으로써 종래기술의 단점을 개선하려는 것이다.

이러한 목적을 위해서, 진공상태에서 처리되고 배치되는 기판을 수용하는 봉입체와, 유기물질의 증기 분자빔이 발생되도록 하는 적어도 하나의 분사기로 구성되고, 상기 분사기는, 상기 봉입체의 내부에 배치되고 유기물질을 공급하는 수단에 분리가능한 방법으로 기밀하게 연결되는 외부 노즐(120)을 형성하기 위해서 상기 봉입체의 분사벽을 관통하는 도관으로 이루어진 진공증착장치로서, 상기 공급수단은 연결부가 상기 노즐 안에 유입되는데 적합한 용기이고, 상기 증착장치는 상기 분사벽의 양 측면에 배치되면서 상기 용기를 감싸는 외부 가열장치와, 상기 도관을 감싸는 내부 가열장치로 구성되며, 조절밸브는 봉입체 안의 분사기의 전도성을 조절하는 것을 특징으로 하는 진공증착 장치가 제안된다.

이러한 장치는 진공 봉입체의 외부로부터 수행되는 유기물질 재충전이 이루어지도록 하고, 재충전 작업에서 진공 봉입체는 공기에 노출되지 않는다. 유기물질의 용량은 챔버의 크기에 따라 조절될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 분사기의 도관에는, 이와 같이 도관 상에 유기물질의 증착을 방지하는 가열장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 밸브에는, 이러한 밸브 상에 유기물질의 증착을 방지하는 가열장치가 제공된다.

상기 제거가능한 저장소는, 원통형 본체와 그 단부가 상기 분사기의 상기 도관 외부 단부에 유입되는 연결부를 갖는 병의 형상인 것이 바람직하다.

상기 제거가능한 저장소는, 저장소의 벽과 원통형 본체의 전 길이에 대하여 연장되는 중앙 튜브 사이에서 반경 방향으로 연장되는 원통형 몸체의 내부에 복수의 금속 블레이드(노 깃)를 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 장치는, 저장소의 내부에 열을 전달하여 저장소의 중앙영역에 생성물이 축적되지 않도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이러한 제거가능한 저장소는 환형 단면을 갖는 원통형 본체로 이루어진다.

이러한 방법으로, 가열장치는 상기 저장소의 바닥을 통해 축방향으로 유입될 수 있다. 이것은 저장소의 중앙영역에 생성물의 축적을 방지하도록 하는 다른 방법이다.

이러한 제거가능한 저장소는 연결부 높이에 밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 분사기의 도관은 수직하고, 진공 봉입체의 바닥을 가로지르며, 상기 기판은 상기 봉입체의 상부에서 수평하게 연장된다.

이러한 가열로는 저장소의 바닥과 연결부 사이, 연결부와 밸브 사이 및, 밸브와 도관의 내부 입구 사이에서 온도 구배(gradient)를 형성하여 저장소를 가열한다.

또한, 본 발명은 상기 정의한 장치를 이용한 진공증착방법에 관한 것으로서,

재충전 단계 다음과 같은 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브를 폐쇄하는 단계와;

상기 분사기로부터 상기 저장소를 분리하는 단계와;

상기 저장소를 재충전하는 단계와;

상기 분사기에 상기 저장소를 연결하는 단계와;

밸브를 점차적으로 개방하는 단계와;

상기 도관을 가열하는 단계와;

상기 밸브를 가열하는 단계와;

상기 저장소를 가열하는 단계.

본 발명은 다음에서 주어지는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명과 첨부도면을 참고하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 재충전 저장소를 구비한 진공증착장치의 개략도이다.

도 2는 도 1의 장치에 대한 재충전 저장소의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 진공증착장치의 다른 재충전 단계를 보여주는 개략도 이다.

도 1은 박막 진공증착장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 충전 기간이 지난 후에, 높은 증기압 하에서 유기물질 또는 물질이 증착될 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어, 유기물질을 토대로 하는 전장발광 다이오드(OLED)의 제조용으로 제공된다. 충전물은 통상의 온도 및 압력조건하에서 고체이다.

본 발명의 장치는 봉입체(1) 상부에 수평되게 연장되는 기판(2)을 수용하는 봉입체(1)를 포함한다. 봉입체의 아래 부분은, 상부가 봉입체에 대해 개방되어있고, 벽(141)에 의해 하부가 폐쇄되어 있는 원통형의 분사구획부(5)로 이루어진다.

분사셀(3)은, 기판(2)이 원뿔의 바닥이 되는 크기를 갖는 실직적인 원뿔 형태로 연장되는 증기빔의 상태로 봉입체(1) 안에 충전물을 분사한다.

분사셀(3)은 분사구획부(5)의 벽(141)을 수직하게 가로지르는 원통형 분사기로 이루어진다. 상기 분사기는 봉입체에 영구적인 방법 또는 예를 들어, 분사 특성을 수정하기 위해서 다른 분사기에 의해 대체될 수 있도록 제거 가능한 방법으로 장착될 수 있다. 상기 분사기 도관은 봉입체 내부로 연장되는 메인부(110)와, 봉입체의 외부로 연장되는 노즐(120)로 이루어진다.

분사기 도관은, 바람직한 형태의 분자빔을 발생시키는 형태를 갖는다. 상기 도관은 원뿔대, 노브 형태로 연장된 확산기, 가스버너 또는 공지된 모든 확산기 타입으로 입구부에서 종료될 수 있다.

외부 노즐(120)은 제거 가능한 충전 저장소(10)의 연결부(11)를 수용하기에 적합하다. 노즐(120)을 형성하는 도관의 외부는 충전 저장소(10)의 훅킹 요건 에 맞추도록 가능한 한 짧게 설계된다.

밸브(20)는 분사기의 내부에 배치된다. 상기 밸브는 도관을 기밀성이 유지되도록 폐쇄하는 위치에 형성되어 있다.

밸브(20)는 상기 분사기의 도관을 모두 막는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 분사기 축에 수직하게 이동할 수 있도록 하우징을 가로질러 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 밸브는 분사구획부(5)를 가로질러 연장되는 축(142)에 의해 제어되고, 봉입체(1)의 외부에 배치되는 핸들에 의해 제어될 수 있으며, 봉입체의 통로는 기밀장치(6)를 통해 포위된다.

밸브(20)는 분사기의 전도성을 조절한다. 즉, 입자의 운반이 연속적인 방법으로 변화되도록 할 수 있다.

상기 밸브는 축(142)에서 작용하는 모터에 의해 조정되는 것이 바람직하다. 상기 모터는, 사용자에 의해 미리 결정된 설정값으로 분자유동을 유지하기 위해서, 분자유동(쿼츠 밸런스)(quartz balance)에 대해 민감한 측정장치에 의해 발생하는 신호를 이용하여 밸브의 위치를 조정하는 제어기에 의해 제어될 수 있다. 밸브 모터의 조정은 사용자가 밸브의 연속적인 위치를 프로그래밍화하여 미리 정한 시간의 기능으로서 분자 유동 프로파일을 얻도록 해준다.

제거 가능한 충전 저장소(10)는, 원통형 본체(12)와, 단부가 분사기의 노즐(120)안에 삽입되어 있는 연결부(11)를 가지는 용기의 형상을 갖는다. 상기 연 결부는, 저장소가 한번 설치되면 분사기 도관이 외부 대기로부터 격리되도록, 분사기 노즐에 기밀하게 연결된다.

상기 연결부는 분사기 도관에 나사결합되는 것이 바람직하다.

용기 연결부와 분사기 사이의 기밀성은 금속 체결구에 의해 확실해진다.

상기 충전 저장소는, 유기물질에 대하여 화학적으로 불활성한 물질로 제조되고, 변형 또는 기밀성에 영향 없이 -50℃ 내지 +600℃ 사이의 온도를 견딜 수 있다. 상기 출전 저장소(10)는 금속, 흑연, 유리, 석영, PBN, PG, 알루미나 또는 이러한 물질들 중 몇 가지로 이루어질 수 있다. 상기 저장소의 유효체적은 1cm³ 로부터 몇 리터 정도인 것이 바람직하다.

상기 충전 저장소의 내부면은 미세 주름을 가진다.

상기 충전 저장소의 형상은 가열할 수 있는 최대표면을 가진다.

상기 충전 저장소는 직경 D > 30 mm이고, 직경에 대한 높이비는 2보다 큰 것이 바람직하다.

상기 충전 저장소는 충전 오리피스와 더불어, 한 개 또는 몇 개의 다른 유입구를 구비할 수 있는데, 예를 들어 재충전소 안에 불활성 또는 활성가스를 주입 및/또는 재충전소의 내부에서 펌핑이 가능하도록 하는 것이다.

충전 저장소가 분사기로부터 분리되고 플러그(130)에 의해 폐쇄되면, 외부에 대하여 밀폐되며, 1주일 동안 펌핑없이 10e^-8 토르(torr)로 진공을 유지할 수 있다.

도 2는 충전 저장소(10)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이러한 모든 실시 예에 있어서, 연결부의 단부 형상은, 여기 제시된 각각의 충전 저장소가 분사기(3)의 노즐에 설치될 수 있도록 되어 있다. 플러그(130)는 분사기(3)에 장착되지 않을 때, 충전 저장소를 폐쇄하도록 해준다.

제 1실시예(10A)에 있어서, 다수의 금속 블레이드(150)는 저장소의 벽과 원통형 본체의 전체 높이에 걸쳐 연장되는 중앙 튜브(151)사이에서 반경방향으로 연장된다.

이러한 장치는, 상기 충전 저장소의 중앙 영역에서 생성물이 축적되지 않도록 내부에 열을 전달한다.

실시예(10C)에 있어서, 저장소는 바닥(170)쪽으로 개방되는 하우징이 축을 따라 연장되는 방법으로 환형 단면을 갖는 원통형 본체로 이루어진다. 가열장치는 저장소의 중앙영역에서 생성물이 축적되지 않도록 하기 위해 바닥을 통해 축방향으로 유입될 수 있다.

실시예(10B)에 있어서, 밸브(160)는 저장소 연결부의 높이에 설치된다.

물론, 이러한 3가지 실시예들의 특징은 하나 및 동일 저장소로 결합 될 수 있다는 것이다.

제거가능한 노(50)는 충전 저장소(10)가 가열되도록 한다. 이 노는 하부 레벨에서 폐쇄되고, 상부 레벨에서 개방되는 탱크로 구성된다. 이 노의 내경은 용기(10)를 수용할 수 있고, 용기를 포위하는 폐쇄된 공동부를 형성하도록 분사구획부(5)의 외벽(140)에 맞추어진다. 노(50)의 탱크 벽에 일체화되는 가열부재는, 충전 저장소(10)의 벽과 분사구획부(5)의 벽(140)을 가열하도록 탱크 내에서 간격을 두고 구비된다. 가열부재는 예를 들어, 램프 또는 가열저항기이다. 노(50)는 저장소의 온도를 측정하도록 하는 온도측정장치를 포함한다(열전지 또는 플라티늄 프루브(platinum probe)). 노의 가열부재에는 온도 측정장치에 의해 온도를 조절할 수 있도록 개별적인 공급에 의해 필요한 와트량이 공급된다.

제거가능한 노(50)는 분자빔을 발생시키 위하여 바람직한 온도로 충전하는 특별한 기능을 가진다. 이 온도는 50도 내지 600도 사이에서 이루어지는 것이 바람직하다.

가열시스템(50)은, 완전히 봉입체(1)의 외부에 배치되므로, 봉입체(1)와 독립적이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 분사기의 하부 도관(110)은 내부 가열장치(30)에 의해 가열된다. 가열부재 즉, 가열케이블은 내부 분사기 실린더(110)의 외부면을 감싸고, 또한 분사구획부(5)의 하부 벽(141)의 내부면에 대하여 연장된다 (예를 들어 나선형으로). 이러한 방법으로, 분사기는 바닥으로부터 격벽 레벨을 향해 내부입구까지 일정하게 가열된다. 분사기 단부 바닥에서의 온도측정수단(열전지 또는 플라티늄 프루브)은 분사기의 내부 입구 바닥에서 온도를 측정한다. 분사기 가열부재는 온도측정장치에 의해 그 온도에서 조정될 수 있는 개별 이송에 의해 필요한 와트량이 공급된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 밸브(20)는 분사구획부(5)에 배치되는 밸브가열장치(40)에 의해 가열된다. 가열부재 즉, 가열케이블은 제어 축(142)을 감싸고, 그 열기는 전도에 의해 밸브 본체로 전달된다. 온도측정장치는 밸브 본체에 설 치된다. 밸브가열부재는 온도측정장치에 의해 온도가 조절될 수 있도록 개별 이송에 의해 필요한 와트량이 공급된다.

가열장치(30)는 충전물이 이 벽에 증착되지 않도록 분사벽을 가열하고, 가열장치(40)는 충전물이 밸브에 증착되지 않도록 밸브(30)를 가열한다. 가열장치(30)(40)는 서로 독립적이며, 가열장치(50)로부터도 독립된다.

가능한 다른 실시예에 따르면, 가열장치는 여러가지 분사기 부재들이 냉각되도록 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 가열장치(50)(40)(30)는 각각 바닥과 충전 저장소 연결부 사이, 연결부와 밸브 사이, 밸브와 분사기의 내부 입구 사이의 온도 구배가 생기도록 저장소, 밸브 및 분사기를 가열한다. 다시 말해서, 충전 저장소 바닥의 온도는 연결부 바닥의 온도보다 낮고, 밸브의 온도보다 낮으며, 분사기의 내부 입구의 온도보다 낮다. 상기 온도 구배의 제어는 온도센서가 결합 되는 3개의 가열수단의 독립된 열 공급에 의해 보장된다. 저장소(50)의 가열부재는 저장소의 상단보다 바닥을 더 가열하도록 배치된다. 마찬가지로, 가열케이블(30)의 와인딩 길이의 간격은, 구배를 확실하게 하는 분사기의 높이에서 동력을 분할공급하도록 선택된다. 저장소의 가열은 분사구획부(5)의 하부 벽(140) 외면이 외부로부터 가열되도록 하고, 분사기의 가열은 외부와 내부 사이에 보장되는 분사기 도관의 온도 구배가 연속적으로 이루어지도록 내부에서 벽(141)의 하부면을 가열하도록 한다.

도 3은 진공증착 과정의 범위 내에서 몇 가지 충전 또는 재충전 단계를 개략 적으로 나타낸 것이다. 이러한 충전 및 재충전 단계는 봉입체(1)가 진공 상태에 있고, 밸브가 분사기 오리피스를 폐쇄하도록 할 때 발생한다.

Claims (9)

1. 진공상태에서 처리되고 배치되는 기판을 수용하는 봉입체(1)와, 유기물질의 증기 분자빔이 발생되도록 하는 하나 이상의 분사기(110)를 포함하며, 상기 분사기(110)는, 상기 봉입체의 내부에 배치되고, 유기물질을 공급하는 수단에 분리가능한 방법으로 기밀하게 연결되는 외부 노즐(120)을 형성하기 위해서 상기 봉입체의 분사벽을 관통하는 도관으로 이루어진 진공증착장치로서,

   상기 공급 수단은 연결부가 상기 노즐(120) 안에 유입되는데 적합한 용기이고, 상기 증착장치는 상기 분사벽(141)의 양 측면에 배치되면서 상기 용기를 감싸는 외부 가열장치(50)와, 상기 도관을 감싸는 내부 가열장치(30)로 구성되며, 조절밸브(20)는 봉입체 안의 분사기의 전도성을 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 분사기(110)의 밸브(20)에는 상기 밸브 상에 유기물질의 증착을 방지하도록 가열장치(40)가 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제거가능한 저장소(10)는 고형 유기물질로 충전될 수 있고, 진공 상태로 배치되며, 1주일 동안 10e^-8 토르 정도로 진공을 보존하도록 플러그(130)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용기(10A)는 상기 저장소의 벽(152)과 원통형 몸체의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 중앙 튜브(151) 사이에서 반경 방향으로 연장되는 복수의 금속 블레이드(150)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용기(10C)는 환형 단면을 가지는 원통형 몸체를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용기(10B)는 상기 용기의 연결부 높이에 밸브(160)가 구비되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분사기(100)의 도관은 수직하고, 진공 봉입체(1)의 바닥을 관통하며, 기판은 상기 봉입체의 상부에 수평으로 연장되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   가열로(50)는 상기 용기의 베이스와 연결부(11) 사이, 연결부(11)와 밸브(20) 사이, 밸브(20)와 분사기의 내부 입구 사이에 온도 구배가 형성되도록 상기 용기를 가열하는 것을 특징으로 하는 진공증착장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 장치를 이용함에 있어서,

   재충전 단계는,

   상기 밸브를 폐쇄하는 단계와;

   상기 분사기로부터 상기 용기를 분리하는 단계와;

   상기 저장소를 재충전하는 단계와;

   상기 분사기에 다른 용기를 연결하는 단계와;

   밸브를 점차적으로 개방하는 단계와;

   상기 도관을 가열하는 단계와;

   상기 밸브를 가열하는 단계와;

   상기 저장소를 가열하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착방법.

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