KR20080044775A - 증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막 두께 분포가 기판의 폭 방향에 있어서 균일해지도록 하는 노즐 구조를 갖는 증발원 및 증발원을 이용한 진공 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 증착 재료를 가열에 의해 기화 또는 승화시킴으로써 생성된 증기가 긴 노즐 개구(2)로부터 띠형으로 토출된다. 한편 상기 노즐 개구(2)에 대치한 상태로, 이 노즐 개구의 길이 방향에 직교하는 방향으로 피증착 기판(3)이 화살표 A 방향으로 반송되도록 구성되어 있다. 상기 노즐 개구(2)의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량이, 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 구성되고, 노즐 개구(2) 내에는 증기의 흐름에 지향성을 부여하는 복수의 칸막이판(4)이 배치되어 있다.

Description

증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치{EVAPORATION SOURCE AND VACUUM EVAPORATOR USING THE SAME}

본 발명은, 피증착 기판상에 박막을 연속적으로 증착 형성시키는 데 적합한 노즐 구조를 갖는 증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치에 관한 것이다.

진공 증착 장치는 주지와 같이, 진공 용기 내에 증착 재료와 피증착 기판을 배치하고, 증착 재료를 가열 용융하여 증발 또는 승화에 의해 기화시키며, 기화된 증착 재료를 피증착 기판의 표면에 퇴적시켜 박막을 형성시키는 것이다. 상기한 진공 증착 장치에 있어서의 증착 재료의 가열 방법으로서는, 히터 가열, 고주파 가열, 빔 가열 등이 제안되고, 각각 특질은 있지만 일반적으로는 증착 재료를 수용한 증발실(도가니)을 외부 히터에 의해 가열하는 외부열 도가니법이 많이 이용되고 있다.

그리고 최근에 있어서는, 진공 증착 장치를 이용함으로써 금속 재료의 증착에 한하지 않고 유기물의 증착에 의한 유기 박막이나 복수의 유기물을 이용한 공 증착(vapor codepositoin)에 의한 박막의 형성도 행해지고 있다. 이에 따라 예컨대 유기 일렉트로루미네센스 소자를 이용한 플랫 패널 디스플레이(FPD)나, 동 소자를 면 발광원(발광 패널)으로서 조명 등에 이용하는 형태의 것도 제공되고 있다.

상기한 FPD에 이용되는 기판이나, 조명 등에 이용되는 발광 패널용 기판에 있어서는 점점 대형화가 진행되고 있고, 이에 대응하여 피증착 기판을 한 방향으로 반송시키고, 상기 기판의 반송 방향에 직교하는 방향, 즉 상기 기판의 폭 방향으로 긴 형상의 노즐을 형성한 리니어(linear) 증발원을 이용한 진공 증착 장치가 제공되어 있다. 이에 의하면, 피증착 기판을 한 방향으로 반송시키면서, 기판의 폭 방향으로 증기를 가할 수 있기 때문에, 비교적 큰 면적을 갖는 기판에 대하여 연속적으로 증착막을 형성시키는 것이 가능해진다.

상기한 리니어 증발원을 이용하여, 예컨대 유기 재료 등을 기판에 증착시킴에 있어서는, 증착되는 막 두께가 기판 전체에 걸쳐 균일하게 이루어지는 것이 중요하다. 그러나 상기한 리니어 증발원을 이용한 진공 증착 장치에 있어서는, 피증착 기판의 대형화에 따라 증발 재료를 수용하는 증발실을 포함하는 캐비넷(cabinet)의 전체가 길어지고, 기화된 증착 재료의 균일한 농도 분포, 및 이상적인 증기의 흐름을 형성하는 것이 어려워진다. 이에 따라 기판면에 대한 증착량에 불균일이 발생하고, 특히 기판의 폭 방향에 있어서 균일한 막 두께 분포를 얻기 어려워진다.

도 13은, 상기한 리니어 증발원을 이용한 진공 증착 장치의 예를 모식적으로 도시한 것이다. 부호 1은 리니어 증발원을 나타내고, 이 외곽은 거의 직방체형으로서 긴 형태로 형성된 캐비넷부(1A)에 의해 구성되어 있다. 그리고 상기 캐비넷부(1A)의 상단부는 직사각형상으로 개구되고, 이에 따라 노즐 개구(2)가 형성되어 있다.

또한, 도 13에는 도시되어 있지 않지만 상기 캐비넷부(1A)의 바닥부도 마찬가지로 긴 형상으로 형성되고, 증착 재료가 수용되는 증발실(도가니)을 구성하고 있다. 그리고 상기 증발실을 포함하는 캐비넷부(1A)의 전체가, 도시하지 않는 외부 히터에 의해 가열되도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 상기 증발실 내에 수용된 증착 재료는 가열을 받아 기화 또는 승화되고, 그 증기가 노즐 개구(2)로부터 수직 방향을 향해 띠형으로 토출되도록 작용한다.

한편, 상기 노즐 개구(2)의 바로 위에는, 노즐 개구(2)의 상단부와의 사이에 거리(H)를 두고 피증착 기판(3)이 화살표 A로 나타낸 방향으로 일정 속도로 반송되도록 구성되어 있다. 즉, 상기 노즐 개구(2)는, 그 길이 방향이 상기 기판(3)의 반송 방향에 직교하는 방향으로 배치되어 있고, 이에 따라 기판(3)의 폭 방향으로 직선형(띠형)으로 증기를 가할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 피증착 기판(3)의 화살표 A 방향으로의 반송에 의해, 비교적 큰 면적을 갖는 기판(3)에 대하여 연속적으로 증착을 실시할 수 있다.

상기한 바와 같은 리니어 증발원을 이용하여, 일정 속도로 반송되는 피증착 기판에 대하여 연속적으로 증착을 실시하는 진공 증착 장치에 대해서는, 일본 특허 공개 평8-27568호 공보(특허 문헌 1) 및 일본 특허 공개 제2003-293120호 공보(특허 문헌 2) 등에 개시되어 있다.

그런데, 상기한 특허 문헌 1 및 2에 나타나 있는 리니어 증발원은, 피증착 기판에 형성되는 막 두께를 균일하게 하기 위해서는, 증발원에 있어서의 노즐 개구 의 길이 방향의 어느 지점에 있어서도, 증발 물질의 유량이 일정(균일)하게 하는 것이 바람직하다는 발상에 기초를 둔 구성상의 고안이 이루어져 있다.

그러나 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 증발 물질의 유량 분포가 균일해지도록 구성시킨 경우에는, 오히려 증착에 의해 기판에 형성되는 막 두께는 기판의 폭 방향의 단부에 갈수록 얇아진다고 하는 현상이 발생하는 것을 본건 출원의 발명자는 경험적으로 지견하고 있다. 도 14는, 그 막 두께 분포의 모습을 설명하는 것이고, 횡축은 C를 중앙으로 한 기판(3)의 폭 방향의 위치를 나타내고 있으며, 종축은 기판(3) 중앙에 형성되는 막 두께를 100으로 한 경우의 막 두께의 비율을 나타내고 있다.

상기한 리니어 증발원에 있어서, 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 증발 물질의 유량 분포를 균일하게 하고자 하는 발상에 기초하여 이루어진 막 두께는, 결과로서 도 14에 도시된 바와 같이 기판의 폭 방향의 단부가 얇아진다. 따라서 기판상에 있어서 균일하게 형성되는 막 두께의 범위(영역) B1은, 기판의 폭 방향의 치수에 비교하여 좁은 것이 된다.

본 발명은, 상기한 기술적인 관점에 기초하여 이루어진 것으로, 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 증발 물질의 유량 분포를 적절히 제어함으로써, 결과로서 막 두께 분포가 기판의 폭 방향에 있어서 균일해지도록 하는 노즐 구조를 갖는 증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치를 제공하는 것을 제1 과제로 하는 것이다.

또한 본 발명은, 노즐 개구에 있어서의 증발 재료의 흐름에 지향성을 부여함으로써 증발원 재료의 이용 효율을 향상시키고, 증착막을 기판에 대하여 재현성 좋게 형성할 수 있도록 한 노즐 구조를 갖는 증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치를 제공하는 것을 제2 과제로 하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 증발원은, 증착 재료가 수용되어 상기 증착 재료를 가열에 의해 기화 또는 승화시켜, 상기 증착 재료의 증기를 발생시키는 증발실과, 상기 증발실에 연통하여 상기 증발실에 있어서 생성된 증기를, 긴 노즐 개구로부터 띠형으로 토출시키는 캐비넷부를 구비한 증발원으로서, 상기 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가, 이 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 증기의 통과 구멍을 형성한 제어판이, 상기 캐비넷부 내에 배치되고, 상기 제어판과 상기 노즐 개구 사이에는, 상기 통과 구멍을 경유한 증기의 흐름에 지향성을 부여하는 복수의 칸막이판이 배치되어 있는 점에 특징을 갖는다.

이 경우, 바람직하게는 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m²sec)가, 이 노즐 개구의 중앙부로부터 단부를 향해 단조롭게 증가하고, 기판 단부의 위치에서 최대가 된 후에는 단조롭게 감소하는 유량 분포를 갖는 구성이 된다.

그리고, 상기 증발원의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 복수의 칸막이판의 배열 피치가, 길이 방향을 따라서 형성된 노즐 개구의 중앙부에 있어서의 배열 피치에 대하여 양단 부분에 있어서의 배열 피치가 좁게 설정된 구성이 된다.

한편, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 진공 증착 장치는, 상기한 구성의 증발원과 피증착 기판이 진공 용기 내에 배치되고, 이 진공 용기 내에 있어서, 상기 증발원의 노즐 개구에 대치한 상태에서, 이 노즐 개구의 길이 방향에 직교하는 방향으로 상기 피증착 기판이 반송되도록 구성되어 있는 점에 특징을 갖는다.

이 경우, 상기 피증착 기판의 폭 방향의 단부에 대치하는 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q1(Kg/m² sec)과, 상기 노즐 개구의 중앙부에 있어서의 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q0(Kg/m² sec)과의 유량 비율을 β(=Q1/Q0)로 하고, 상기 β를, 상기 노즐 개구의 단부와 상기 피증착 기판과의 거리(H)(m)로 나눈 값 α(=β/H)이, 10≤α≤30의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직 하다.

상기한 구성의 증발원을 이용한 진공 증착 장치에 의하면, 길게 형성된 노즐 개구의 길이 방향에 직교하는 방향으로 피증착 기판이 반송되고, 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가, 이 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 이루어져 있기 때문에, 결과로서 기판의 폭 방향에 있어서의 막 두께 분포가 균일해지도록 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 노즐 개구에, 증발원으로부터의 증기의 흐름에 지향성을 부여하는 복수의 칸막이판을 배치한 구성으로 함으로써, 노즐 개구에 있어서의 증발 재료의 흐름에 지향성을 부여할 수 있기 때문에, 증발원 재료의 이용 효율을 향상시키고, 박막을 기판에 대하여 재현성 좋게 형성시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 증발원 및 이것을 이용한 진공 증착 장치에 대해서, 도면에 도시하는 실시 형태에 기초하여 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 제1 구성예를 모식적으로 도시한 것이고, 도 1은 증발원과, 이 증발원의 바로 위에 대치하여 한 방향으로 반송되는 피증착 기판의 구성을 도시하며, 도 2는 증발원을 노즐 개구의 바로 위에서 본 상태의 평면도이고, 도 3은 도 2에 있어서의 선 D-D로부터 화살표 방향으로 본 증발원의 확대 단면도를 도시하고 있다.

도 1에 있어서는, 이미 설명한 도 13에 도시한 각 부와 같은 기능을 수행하는 부분을 동일 부호로 나타내고 있다. 즉, 부호 1은 증발원을 도시하고, 부호 1A는 증발원(1)의 외곽을 구성하는 긴 형상의 캐비넷부를 도시하고 있다. 또한 부호 2는, 캐비넷부(1A)의 상단부에 직사각형상으로 형성된 노즐 개구를 도시하고 있다. 또한, 부호 3은 노즐 개구(2)의 단부 사이에 거리(H)를 두고 대치하는 피증착 기판을 도시하고 있고, 이 피증착 기판(3)은 도 13에 기초하여 이미 설명한 바와 같이, 화살표 A로 도시한 방향으로 일정 속도로 반송되도록 구성되어 있다.

상기한 증발원(1)과 피증착 기판(3)은, 도시하지 않는 진공 용기 내에 배치되어 진공 증착 장치를 구성하고 있고, 피증착 기판(3)은 상기 증발원(1)의 노즐 개구(2)로부터 띠형으로 토출되는 증착 재료의 증기를 받아, 그 표면에 연속적으로 증착막이 형성되도록 작용한다.

상기 증발원(1)에 있어서는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 상단부의 노즐 개구(2) 내에 있어서 다수의 칸막이판(4)이, 서로 평행 상태가 되도록 배열되어 있다. 이들 각 칸막이판(4)의 각 면은, 도면에 도시하는 바와 같이 노즐 개구(2)의 길이 방향에 직교하도록 하여 배치되어 있고, 이 구성에 의해 긴 노즐 개구(2)는 그 길이 방향에 있어서 각 칸막이판(4)에 의해서 소구경의 다수의 노즐 개구로 구획되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이 상기 캐비넷부(1A)의 바닥부도 긴 형상으로 형성되고, 증착 재료가 수용되는 증발실(도가니)(1B)을 구성하고 있다. 그리고 증발 원(1)은 상기 증발실(1B)을 포함하는 캐비넷부(1A)의 전체가, 외부 히터(5)에 의해 가열되는 소위 핫 월 챔버(hot wall chamber)를 구성하고 있다. 이 구성에 의해, 상기 증발실(1B) 내에 수용된 증착 재료(6)는 가열을 받아 기화 또는 승화되고, 그 증기가 상기한 노즐 개구(2)로부터 수직 방향을 향해서 띠형으로 토출된다.

또한, 상기한 증발실(1B)과 각 칸막이판(4) 사이에는, 캐비넷부(1A)를 상하로 구획하도록 하여 제어판(7)이 수평 상태로 배치되어 있고, 이 제어판(7)에는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 다수의 증기 통과 구멍(7a)이 형성되어 있다. 이 실시 형태에 있어서의 증기 통과 구멍(7a)은 도 2에 예시한 바와 같이, 중앙부에 있어서의 직경은 작고, 양단부에 있어서의 직경은 크게 형성되어 있다.

이 구성에 의해, 도 1에 이미지로 도시한 바와 같이 노즐 개구(2)의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량은, 노즐 개구(2)의 중앙부에 있어서의 토출 유량 Q0(Kg/m² sec)에 비교하여, 노즐 개구(2)의 양단 부분의 토출 유량 Q1(Kg/m² sec)이 많아지도록 제어된다. 이 경우, 뒤에서 상세히 설명하는 바와 같이, 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량은, 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

추가로, 뒤에 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량이, 이 노즐 개구의 중앙부로부터 단부를 향해 단조롭게 증가하고, 기판 단부의 위치에서 최대가 된 후에는 단조롭게 감소하는 유량 분포를 갖고 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 증기 통과 구멍(7a)을 형성한 제어판(7)과 노즐 개구(2) 사이에 배치된 각 칸막이판(4)의 배열 피치는, 도 2에 도시된 바와 같이 길이 방향을 따라서 형성된 노즐 개구(2)의 중앙부에 있어서의 배열 피치에 대하여 양단 부분에 있어서의 배열 피치가 좁아지도록 설정되어 있다.

즉 상기 칸막이판(4)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 노즐 개구(2)의 중앙부에 있어서는, 직경이 작은 증기 통과 구멍(7a)을 2개 포함하는 영역 간에 배치되고, 노즐 개구(2)의 양단부에 있어서는, 직경이 큰 증기 통과 구멍(7a)을 하나 포함하는 영역 간에 배치되어 있다.

상기 각 칸막이판(4)은, 각 증기 통과 구멍(7a)을 경유한 노즐 개구(2) 내의 증기의 흐름에 지향성을 부여하도록 작용하는 것이고, 상기한 각 칸막이판(4)이 배치됨으로써, 각 증기 통과 구멍(7a)을 경유한 증기는 각 칸막이판(4)에 의해서 구획된 소구경의 노즐 개구(2) 내를 수직 방향으로 향하도록 각각 정류된다. 이에 따라, 노즐 개구(2)의 바로 위에 대치하는 피증착 기판(3)에 대한 증착막의 형성 효율을 향상시킬 수 있고, 바꿔 말하면 증발원 재료(6)의 이용 효율(재료 수율)을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 4는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 구성에 의해서 얻어지는 피증착 기판(3)상에 형성되는 증착막의 막 두께 분포의 모습을 모식적으로 설명하는 것이다. 또한 도 4에 있어서는 이미 설명한 도 14와 마찬가지로, 횡축은 C를 중앙으로 한 기판(3)의 폭 방향의 위치를 나타내고 있고, 종축은 기판(3)의 중앙에 형성되는 막 두께를 100으로 한 경우의 막 두께의 비율을 나타내고 있다.

도 1 내지 도 3에 도시한 구성에 의하면, 상기한 바와 같이 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량이, 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 제어되기 때문에, 기판의 폭 방향의 단부에 있어서의 막 두께의 저하가 보상되고, 도 4에 도시하는 바와 같이 기판상에 있어서 균일하게 형성되는 막 두께의 범위(영역)(B2)는, 기판의 폭 방향의 대부분을 커버하도록 이루어진다.

또한, 상기한 바와 같이 노즐 개구(2) 내에 복수의 칸막이판(4)을 배치하고, 증기의 흐름에 지향성을 부여하도록 구성시킴으로써, 도 4에 도시하는 바와 같은 막 두께 분포의 재현성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.

도 5a 내지 도 5h는, 상기한 피증착 기판(3)의 폭에 대한 노즐 개구(2)의 폭과, 상기 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량(유량 분포)과의 관계를 여러 가지 조합시킨 경우에 있어서, 상기 기판에 형성되는 증착막의 막 두께 분포와 재료 수율(증발원 재료의 이용 효율)과의 관계에 대해서, 검증한 결과를 도시하는 것이다. 또한 도 5a 내지 도 5h에 있어서의 막 두께 분포와 재료 수율의 란에 있어서 각각 나타낸 "◎"는 평점이 가장 높은 「우수」 "○"은 평점이 다음으로 좋은 「양호」, "△"는 평점이 「적정」를 의미하고 있다.

우선 도 5a는, 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q가, 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 구성한 예(청구항 1에 기재한 발명)를 도시하고 있다. 또한 도 5b는, 기판의 폭보다 노즐 개구의 폭을 약간 크게 구성하고, 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q가, 노즐 개구의 중앙부로부터 단부를 향해 단조롭게 증가하며, 기판 단부의 위치에서 최대가 된 후에는 단조롭게 감소하는 유량 분포로 한 예(청구항 2에 기재한 발명)를 도시하고 있다.

상기 도면 5a에 대해서는, 재료의 수율의 평점은 높고, 막 두께 분포의 관점에 있어서도 양호한 결과를 얻을 수 있다. 또한 도 5b에 대해서는, 막 두께 분포의 관점에 있어서 평점은 높고, 재료의 수율에 대해서도 양호한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 도 5b에 대해서는 도 5a에 비교하여 노즐 폭이 기판의 폭보다 크게 이루어지기 때문에, 기판에 부여하는 온도 차를 작게 할 수 있다. 따라서 도 5b에 대해서는 도 5a에 비교하여 증착 공정에 있어서 기판에 부여하는 열응력을 작게 하는 것이 가능하고, 상기 열응력에 의해 기판에 대하여 손상을 부여하는 정도를 저감시킬 수 있다.

다음에 도 5c 내지 도 5e에 대해서는, 모두 증착 재료의 유량 최대값이 기판 폭보다 외측에 위치하는 경우를 나타내고 있고, 이들에 의하면 증착 재료의 수율의 점에서 양호한 평가를 얻을 수 없다. 또한, 도 5f 내지 도 5h에 대해서는, 모두 증착 재료의 유량 최대값이 기판 폭보다 내측에 위치하는 경우를 나타내고 있고, 이들에 있어서는 재료 수율의 관점에서 평가할 수 있지만, 막 두께 분포의 관점에 있어서 양호한 평가를 얻을 수 없다.

따라서 상기한 검증 결과로부터, 본 발명에 따른 진공 증착 장치에 있어서는, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 유량 분포를 갖는 증발원을 이용하는 것이 바람직 하고, 특히 도 5b에 도시하는 유량 분포를 갖는 증발원을 이용하는 것이 요구된다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시한 구성에 있어서는, 노즐 선단[노즐 개구(2)의 상단부]과 기판(3)과의 거리(H)는, 50 mm 내지 300 mm로 설정하는 것이 바람직하고, 이 때 기판(3)의 폭 방향의 단부에 대치하는 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q1(Kg/m² sec)과, 상기 노즐 개구의 중앙부에 있어서의 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q0(Kg/m² sec)과의 유량 비율을 β(=Q1/Q0)로 한 경우, 상기 β는, 다음과 같은 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

즉, 노즐 개구(2)의 폭 사이즈를 300 mm 내지 500 mm로 하고, 상기 노즐 선단과 기판과의 거리(H)를 100 mm로 한 경우, 노즐 개구의 단부로부터 30 mm 내지 50 mm의 범위에 있어서는 상기 유량 비율(β)은 1.8 내지 1.2로 설정되고, 또한 노즐 개구의 단부로부터 50 mm 내지 90 mm의 범위에 있어서의 상기 β는 1.5 내지 1.0으로 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 같이 노즐 개구의 폭 사이즈를 300mm 내지 500 mm로 하고, 상기 노즐 선단과 기판과의 거리(H)를 200 mm로 한 경우, 노즐 개구의 단부로부터 30 mm 내지 50 mm의 범위에 있어서는 상기 유량 비율(β)을, 3 내지 2로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 노즐 선단과 기판과의 거리(H)가 증대함에 따라서, 상기 β의 값을 증대시키도록 설정하는 것이 요구된다.

따라서, 상기한 유량 비율(β)과 노즐 선단과 기판과의 거리(H)(m)와의 관계에 대해서 고찰하면, 상기 β를 상기 거리(H)(m)로 나눈 값을 α(=β/H)로 한 경우 에 있어서의 상기 α의 값은, 10≤α≤30의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 즉 상기 α의 값이 10 미만인 경우에 있어서는, 막 두께가 기판의 단부에서 늘어져 균일한 막 두께 분포가 되지 않으며, 또한 상기 α의 값이 30을 넘는 경우에 있어서는, 막 두께가 기판의 단부에 있어서 볼록해져 균일한 막 두께 분포가 되지 않는다.

도 6은, 막 두께가 ±5% 이내에 수습되는 범위를 균일막 두께라고 생각한 경우에, 상기 α의 값의 적정 범위를 검증한 결과를 도시하는 것이고, 상기한 균일막 두께를 얻기 위해서는 상기 α의 값이 10 내지 30의 범위로 설정되는 것이 바람직한 것이 도시되어 있다.

다음에 도 7 및 도 8은, 본 발명에 따른 진공 증착 장치, 특히 증발원의 제2 구성예를 도시한 것이다. 또한 도 7은 증발원(1)을 구성하는 캐비넷부(1A)의 상부 부근을 도시한 것이고, 도 8은 도 7에 있어서의 선 E-E로부터 화살표 방향으로 본 증발원(1)의 확대 단면도이다. 또한 도 7 및 도 8에 있어서는, 이미 도면에 기초하여 설명한 각 부에 상당하는 부분을 동일 부호로 나타내고 있고, 따라서 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

이 실시 형태에 있어서는, 노즐 개구(2)에 배열된 각 칸막이판(4)에 의해서 구획된 소구경의 노즐 개구마다, 또한 다수의 정류판(4a)이 종횡 방향으로 이른바 바둑판의 눈금과 같이 배열되고, 상기 정류판(4a)에 의해서 노즐 개구(2)가 소구경의 통로로 더 구획되어 있다.

또한, 이 실시 형태에 있어서는, 다수의 정류판(4a)과 제어판(7) 사이에는 공간부(8)가 형성되어 있고, 증기 통과 구멍(7a)을 경유한 증발실(1B)로부터의 증기는, 공간부(8)를 버퍼로 하여 각 정류판(4a)에 의해 형성된 상기 각 통로를 각각 상승하도록 흐른다.

도 7 및 도 8에 도시한 증발원(1)의 구성에 의하면, 다수의 정류판(4a)의 존재에 의해서, 노즐 개구(2)로부터 토출되는 증기의 흐름에, 지향성을 더 갖게 할 수 있다. 이에 따라, 증발원 재료(6)의 이용 효율을 보다 향상시키고, 피증착 기판에 성막되는 막 두께 분포의 재현성을 보다 양호하게 하는 것을 기대할 수 있다.

도 9는, 본 발명에 따른 진공 증착 장치, 특히 증발원의 제3 구성예를 도시한 것이고, 이미 설명한 도 2와 마찬가지로 증발원을 노즐 개구의 바로 위쪽에서 본 상태로 도시하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 증발원(1)을 구성하는 캐비넷부(1A)를 상하로 구획하도록 하여 배치된 제어판(7)에는, 각각의 직경이 거의 동일하게 이루어진 증기 통과 구멍(7a)이, 제어판(7)의 길이 방향을 따라 일렬로 뚫려져 있다. 그리고 증기 통과 구멍(7a)의 배열 피치는 제어판(7)의 중앙부에 대하여 양단부에 있어서 좁아지도록 구성되어 있다.

그리고 노즐 개구(2) 내에 배치된 다수의 칸막이판(4)은, 각 하나의 증기 통과 구멍(7a)을 중앙으로 하여 소구경으로 구획하도록 각각 배치되어 있고, 이 결과 칸막이판(4)의 배열 피치는 노즐 개구(2)의 중앙부에 있어서의 배열 피치에 대하여 양단 부분에 있어서의 배열 피치가 좁아지도록 설정되어 있다.

상기한 구성의 증발원(1)에 있어서도, 노즐 개구(2)의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량은, 노즐 개구(2)의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 제어되고, 도 1 내지 도 3 도시한 실시 형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 9에 도시하는 증발원(1)에 있어서도, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 각 칸막이판(4)에 의해서 구획된 소구경의 노즐 개구마다, 다수의 정류판(4a)을 더 배열시킬 수도 있다. 도 9에 도시하는 증발원(1)을 이용하여 진공 증착 장치를 더 구성한 경우에 있어서도, 이미 설명한 유량 비율(β)을 노즐 선단과 기판과의 거리(H)로 나눈 값(α)을, 상기한 특정 범위로 설정함으로써, 양호한 성막 특성을 얻을 수 있다.

도 10은, 본 발명에 따른 진공 증착 장치, 특히 증발원의 제4 구성예를 도시한 것이고, 이미 설명한 도 2와 마찬가지로 증발원을 노즐 개구의 바로 위에서 본 상태로 도시하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 증발원(1)을 구성하는 캐비넷부(1A)를 상하로 구획하도록 하여 배치된 제어판(7)에는, 중앙부에 있어서는 각 하나의 증기 통과 구멍(7a)이 간헐적으로 뚫려 있고, 양단부에 있어서는 2개 또는 3개의 증기 통과 구멍(7a)이, 제어판(7)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 집중하여 배열되어 있다.

상기한 구성의 증발원(1)에 있어서도, 노즐 개구(2)의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량은, 노즐 개구(2)의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 제어되고, 도 1 내지 도 3에 도시한 실시 형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 10에 도시하는 증발원(1)에 있어서도, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각 칸막이판(4)에 의해서 구획된 소구경의 노즐 개구마다, 다수의 정류판(4a)을 더 배열시킬 수도 있다. 또한 도 10에 도시하는 증발원(1)을 이용하여 진공 증착 장치를 구성한 경우에 있어서도, 이미 설명한 유량 비율(β)을 노즐 선단과 기판과의 거리(H)로 나눈 값 α를, 상기한 특정 범위로 설정함으로써, 양호한 성막 특성을 얻을 수 있다.

도 11 및 도 12a, 도 12b는 본 발명에 따른 진공 증착 장치, 특히 증발원의 제5 구성예를 도시한 것이고, 도 11은 이미 설명한 도 3과 마찬가지로, 증발원을 종으로 절단한 상태의 단면도이며, 도 12a 및 도 12b는 증발원 내에 수용된 제어판에 중첩하여 미끄럼 이동하는 가동 제어판의 작용을 설명하는 평면도 및 선 F-F로부터 화살표 방향으로 본 단면도이다. 또한 도 11에 있어서는, 이미 도 3에 기초하여 설명한 각 부에 상당하는 부분을 동일 부호로 나타내 있고, 따라서 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는, 도 11에 도시된 바와 같이 제어판(7)의 상면에, 제어판(7)에 중첩하여 미끄럼 이동하는 가동 제어판(9)이 구비되어 있다. 상기 제어판(7)과 가동 제어판(9)의 관계에 대해서는 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있고, 본 실시 형태에 있어서의 제어판(7)은, 이미 설명한 도 10에 도시된 것과 같은 증기 통과 구멍(7a)이 뚫려진 제어판이 이용되고 있다.

한편, 가동 제어판(9)은 상기 제어판(7)과 마찬가지로 긴 형상으로 형성되고, 제어판(7)에 형성된 증기 통과 구멍(7a)과 같은 배열 패턴을 갖고 증기 통과 구멍(9a)이 형성되어 있다. 그리고 가동 제어판(9)은 제어판(7)의 상면을 따라서 길이 방향으로, 즉 내부가 비어 있는 화살표 방향으로 미끄럼 이동되도록 구성되어 있다. 따라서 상기 가동 제어판(9)의 길이 방향에의 미끄럼 이동 정도에 의해서, 증기 통과 구멍(7a와 9a)에 의한 개구 면적이, 각각 같은 비율을 갖고 제어되는 제어 밸브로서 기능하는 것이 된다.

상기한 가동 제어판(9)을 구비한 구성에 의하면, 증발실(1B)에 있어서 증발한 증기는, 가동 제어판(9)에 의한 제어 밸브를 통해 노즐 개구(2)에 도출되도록 작용하기 때문에, 긴 증발실에 의해 증발류에 불균일이 발생하는 것을 해소시키는 것에 기여할 수 있다.

도 11 및 도 12a에 도시한 구성의 증발원(1)에 있어서도, 노즐 개구(2)의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량은, 노즐 개구(2)의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐폭 방향 위치의 부분에 있어서 최대가 되도록 제어되고, 도 1 내지 도 3에 도시한 실시 형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 11 및 도 12a에 도시한 증발원(1)에 있어서도, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각 칸막이판(4)에 의해서 구획된 소구경의 노즐 개구마다, 다수의 정류판(4a)을 더 배열시킬 수도 있다. 도 11 및 도 12에 도시하는 증발원(1)을 이용하여 진공 증착 장치를 더 구성한 경우에 있어서도, 이미 설명한 유량 비율(β)을 노즐 선단과 기판과의 거리(H)로 나눈 값 α를, 상기한 특정 범위로 설정함으로써, 양호한 성막 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 제1 실시 형태를 도시한 모식도.

도 2는 도 1에 도시하는 증발원을 노즐 개구의 바로 위에서 본 상태의 평면도.

도 3은 도 2에 있어서의 선 D-D로부터 화살표 방향으로 본 증발원의 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 증착 장치에 의해서 얻어지는 피증착 기판 상에 형성되는 증착막의 막 두께 분포의 모습을 도시한 특성도.

도 5a 내지 도 5h는 기판의 폭에 대한 노즐 개구의 폭과, 증착 재료의 유량 분포의 관계를 비교 검증한 비교도.

도 6은 균일한 증착막 두께를 얻기 위한 바람직한 파라미터의 설정 범위를 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 증발원의 제2 실시 형태를 도시한 모식도.

도 8은 도 7에 있어서의 선 E-E로부터 화살표 방향으로 본 증발원의 확대 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 증발원의 제3 실시 형태를 도시한 평면도.

도 10은 동일하게 증발원의 제4 실시 형태를 도시한 평면도.

도 11은 본 발명에 따른 증발원의 제4 실시 형태를 도시한 단면도.

도 12a는 도 11에 도시하는 증발원에 이용되는 가동 제어판의 작용을 설명하는 평면도.

도 12b는 도 12a에 있어서의 선 F-F로부터 화살표 방향으로 본 단면도.

도 13은 종래의 진공 증착 장치의 일례를 도시한 모식도.

도 14는 종래의 증착 장치에 의해 얻어지는 피증착 기판 상에 형성되는 증착막의 막 두께 분포의 모습을 도시한 특성도.

Claims (7)

1. 증착 재료가 수용되어 상기 증착 재료를 가열에 의해 기화 또는 승화시켜, 상기 증착 재료의 증기를 발생시키는 증발실과, 상기 증발실에 연통하여 상기 증발실에서 생성된 증기를, 긴 노즐 개구로부터 띠형으로 토출시키는 캐비넷부를 구비한 증발원으로서,

   상기 노즐 개구의 길이 방향에 있어서의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가 상기 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에서 최대가 되도록 증기의 통과 구멍을 형성한 제어판이, 상기 캐비넷부 내에 배치되고, 상기 제어판과 상기 노즐 개구 사이에는, 상기 통과 구멍을 경유한 증기의 흐름에 지향성을 부여하는 복수의 칸막이판(partition plate)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가, 상기 노즐 개구의 중앙부로부터 단부를 향해 단조롭게 증가하고, 기판 단부의 위치에서 최대가 된 후에는 단조롭게 감소하는 유량 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 칸막이판의 배열 피치는, 길이 방 향을 따라서 형성된 노즐 개구의 중앙부에서의 배열 피치에 대하여 양단 부분에서의 배열 피치가 좁게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 증착 재료가 수용되어 상기 증착 재료를 가열에 의해 기화 또는 승화시켜, 상기 증착 재료의 증기를 발생시키는 증발실과, 상기 증발실에 연통하여 상기 증발실에서 생성된 증기를, 긴 노즐 개구로부터 띠형으로 토출시키는 캐비넷부를 포함한 증발원으로서, 상기 노즐 개구의 길이 방향에서의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가, 상기 노즐 개구의 중앙부보다 기판 단부의 위치와 동일한 노즐 폭 방향 위치의 부분에서 최대가 되도록 증기의 통과 구멍을 형성한 제어판이, 상기 캐비넷부 내에 배치되고, 상기 제어판과 상기 노즐 개구 사이에는, 상기 통과 구멍을 경유한 증기의 흐름에 지향성을 부여하는 복수의 칸막이판이 배치되는 증발원과, 피증착 기판이 진공 용기 내에 배치되고, 상기 진공 용기 내에 있어서, 상기 증발원의 노즐 개구에 대치한 상태로, 상기 노즐 개구의 길이 방향에 직교하는 방향으로 상기 피증착 기판이 반송되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 증발원은, 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q(Kg/m² sec)가, 상기 노즐 개구의 중앙부로부터 단부를 향해 단조롭게 증가하고, 기판 단부의 위치에서 최대가 된 후에는 단조롭게 감소하는 유량 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 증발원에서, 상기 복수의 칸막이판의 배열 피치가, 길이 방향을 따라 형성된 노즐 개구의 중앙부에 있어서의 배열 피치에 대하여 양단 부분에 있어서의 배열 피치가 좁게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 피증착 기판의 폭 방향의 단부에 대치하는 상기 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q1(Kg/m² sec)과, 상기 노즐 개구의 중앙부에 있어서의 노즐 개구의 단위 면적당 증기의 토출 유량 Q0(Kg/m² sec)과의 유량 비율을 β(=Q1/Q0)로 하고, 상기 β를, 상기 노즐 개구의 단부와 상기 피증착 기판과의 거리(H)(m)로 나눈 값 α(=β/H)가, 10≤α≤30의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.

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