KR20080095127A - 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유기소자의 금속박막을 하향식으로 증발 증착하기 위한 방법으로서, 금속저장 도가니와 덮개도가니로 구성된 원통형 하향식 도가니를 사용하여, 금속알갱이의 충전이 용이하고, 도가니의 주위에 고정된 열선을 통하여 도가니를 가열하게 됨으로써, 기화된 금속기체가 하향으로 분출하도록 유도하여, 기판에 금속박막을 하향식으로 증착하고, 금속박막 균일도 조절기를 이용하여, 대면적의 기판에 균일도가 향상된 금속박막을 형성하도록 하여, 대면적의 유기소자의 양산시, 기판의 처짐이 없이, 하향으로 금속박막을 형성하게 되어, 생산성을 향상시키는 효과가 있는 발명이다.

하향식 증착, 금속박막, 고온증발원

Description

하향식 금속박막 증착용 고온 증발원{Top down type high temperature evaporation source for metal film on substrate}

도1: 기존의 하향식 고온 증발원 도가니의 개략도

도2: 원통형 하향식 고온 증발원 도가니의 개략도

도3: 분리형 하향식 도가니의 구조를 나태내는 개략도

도4: 원통형 하향식 고온 증발원의 구조를 나타내는 개략도

도5: 선형 하향식 고온 증발원 도가니의 개략도

<도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명>

10: 기판 11:하향식 도가니

12: 금속알갱이 13:하향노즐

14: 박막 균일도 조절기

20: 원통형 하향식 도가니 21: 덮개 도가니

22: 저장도가니

30: 열선 31: 하우징

32: 캡 33: 스크류

34: 열선 고정대

40: 선형 하향식 도가니

유기발광소자(OLED ; Organic Light Emitted Diode)는 투명전극이 도포된 유리기판상에 여러층의 유기박막을, 진공챔버 내에서, 증착공정으로 형성한 후, 금속전극을 형성하여, 전기를 통하면, 유기박막에서 발광현상을 가지는 차세대 디스플레이 소자로서, LCD 이후를 대체할 전망을 가지고 있다. 특히 유기박막은 고진공 챔버 내에서, 유기물이 담긴 도가니를 가열하여, 증발되는 유기물 기체가 유리기판에 박막의 형태로서 형성하게 된다.

유기물 박막이 형성된 후, 금속전극용 금속박막을 형성하게 되는데, 주로, 스퍼터링 기술과 보트를 사용한 직접가열기술을 사용하고 있다. 스퍼터링의 경우는 플라즈마에 의한 금속 타겟으로부터의 금속기체의 발생 시, 전하를 띠는 이온들이 발생되어 가속되므로, 유기박막에 충격을 주게 되는 문제가 있으며, 스퍼티링 이그니션 시, 발생되는 파티클이 유기박막에 영향을 주기도 한다. 보트를 사용할 경우, 보트에 담겨진 금속을 녹여서 증발하기 위한 방법으로서, 보트의 용량이 제한 되어 있으므로, 대면적의 금속박막을 형성하는데는 한계를 가지고 있기도 하다. 또한 보트가 고온의 영향으로, 자주 깨어지기도 하여 양산에 저하를 가져온다.

특히, 이러한 증착을 수행할 경우, 기판은 주로 상부에 걸어놓고, 증발소스는 진공기의 바닥부분에 설치하여 증착을 수행하는, 이른바 "상향식 증착" 방법을 주로 쓰고 있다. 하지만, 기판이 대형화 될 경우, 얇은 기판의 중앙부분이 잘 쳐지게 되므로, 기판의 이송이 어렵고, 고정하기도 어렵게 된다. 또한, 기판의 처짐으로 인해, 금속박막의 균일도를 얻기가 매우 어렵다. 이러한, 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 기판을 챔버의 하부바닥에 놓고, 증착을 수행하는 이른바 "하향식 증착" 방법의 개발이 필요하다. 이경우, 금속박막을 하향식으로 증착하기 위한, 하향식 금속 증발원이 필요하다. 하향식 금속박막의 증착을 위하여, 기존에는 도1에 나타낸 것과 같이, 금속 알갱이(12)가 담긴 하향노즐(13)이 구성된 하향식 도가니(11)를 사용하여, 하부에 놓인 기판(10)에 금속박막을 증착한다.

유기소자의 생산 시, 하향식 금속박막의 증착을 위하여, 기존에는 도1에 나타낸 것과 같이, 금속 알갱이(12)가 담긴 하향노즐(13)이 구성된 하향식 도가니(11)를 사용하여, 하부에 놓인 기판(10)에 금속박막을 증착한다. 하지만, 하향노즐부분에 금속기체가 쉽게 응고되기도 하고, 이를 방지하기 위하여, 하향노즐부 주위를 고온의 가열을 하기가 용이 하지가 않아, 장시간 사용하기가 매우 어렵다. 또한, 금속알갱이의 재충전이 용이하지 않아서, 유기소자의 양산에 많은 문제점을 가지고 있다. 그리하여, 금속알갱이의 충전이 용이하고, 노즐부의 응고현상이 발생되지 않는 새로운 하향식 고온 증발원 도가니의 발명이 필요한 것이다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 도2에 나타낸 것과 같이, 중앙에 금속기체가 분출되는 구조의 원통형 하향식 도가니(20)를 이용하게 된다. 즉, 도가니의 내부벽쪽으로 금속알갱이를 저장하고, 금속 알갱이(주로, 알루미늄 금속 혹은 은 금속)가 녹은 후 기화되면, 기화된 압력에 의해, 금속기체가 하향으로 분출되어, 기판에 증착이 되는 것이다. 이때, 분출되는 금속기체가 기판에 증착되어 금속박막이 형성될 경우, 금속박막의 중앙부는 뚜껍고, 기판 가장자리는 얇아지므로, 박막의 균일도가 떨어지는 문제가 있다. 이는 금속기체가 분출될 시, 분출기체의 중앙의 밀도가 가장 높기 때문이며, 이를 코사인 분포라고 한다. 즉, 금속박막의 균일도를 향상시키기 위하여, 박막 균일도 조절기(14)를 금속기체가 분출되는 중앙부에 설치하여, 기판에 증착이 안되도록 차단시켜준다. 박막 균일도 조절기는 주로 원형의 시트형태로서, 크기는 임의로 정하게 된다.

원통형 하향식 도가니를 조립하기 위하여, 도3에 나타낸 것과 같이, 저장도가니(22)와 덮개 도가니(21)가 각각 상부의 바깥쪽과 하부의 안쪽에 탭을 형성한다. 즉, 분리된 저장도가니에 금속알갱이를 담고, 덮개 도가니를 저장도가니에 합치하여 돌려서 닫으면 한몸체가 되는 것이므로, 금속알갱이를 재충전하기가 용이한 것이다. 기화된 금속기체가 하향으로 분출되는 것을 효과적으로 하도록, 덮개 도가니의 상부는 돔형태로 구성되어 있다.

상기의 원통형 하향식 도가니를 이용한, 고온 증발원의 구조를 도4에 나타내었다. 원통형 하향식 도가니의 외부에는 열선(30)들이 열선 고정대(34)에 의해 고정되며, 이 열선에 전기를 가하면, 가열되고, 이 때 방사되는 적외선에 의해 하향식 도가니의 저장도가니(22)부가 집중적으로 가열되고, 담긴 금속 알갱이가 녹게 되는 것이다. 금속알갱이가 녹아서 기화되며, 도가니 내부에서 상부로 기화된 금속기체가 덮개도가니의 벽에 부딪혀 응고되는 것을 방지하기 위하여, 도가니의 외부 바깥쪽에도 열선(30)을 고정하여 가열하게 된다. 이러한 구조물을 덮는 목적으로, 원통형 하우징(31)을 가지게 되며, 하우징(housing)에 의하여, 방사열의 방출을 막아주기도 한다. 또한, 도가니가 하부로 중력에 의하여, 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 원형의 캡(Cap)(32)을 하우징의 외부로 막고, 스크류(33)를 이용하여, 캡을 하우징 벽에 고정하게 되는 것이다.

상기의 원통형 하향식 도가니를 이용하여 금속박막을 증착할 경우, 기판은 진공기 바닥에 정지하게 된다. 하지만, 기판을 롤러를 이용하여 이송하면서 금속박막을 증착할 경우에는, 도5에 나타낸 것과 같은, 선형의 하향식 도가니(40)를 가지는 고온용 증발장치를 구성하게 된다. 이때, 기판은 이송과 동시에 금속박막을 증착하게 되므로, 양산성이 향상된다.

본 발명은, 하향식 금속박막을 증착하기 위한 방법으로서, 원통형 하향식 도가니를 사용하여, 금속알갱이의 충전이 용이하고, 금속박막의 균일도 조절기를 이용하여, 대면적의 기판에 균일도가 향상된 금속박막을 형성하며, 기판의 이송과 동시에 금속박막을 형성하는 효과가 있는 발명으로서, 대면적의 유기소자의 양산시, 기판의 처짐이 없이, 금속박막을 형성하게 되어, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 도2에 나타낸 것과 같이, 하부 중앙에는 원형의 분출부가 형성된, 원통형의 하향식 도가니로 구성된 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원
2. 제 1항에 있어서, 원통형의 하향식 도가니는 도3에 도시한 것과 같이, 원통형이고, 단면이 두 개의 "U"자 형태를 가지는 저장도가니와 상부는 돔 형태이고, 하부는 개구부인 덮개도가니가 스크류의 형태로 일체되는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원
3. 원통형의 하우징과 하우징의 내부에 열선장치와 하우징의 하부에 캡 장치가 도 4와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원
4. 원통형 하향식 도가니 하부에 일정거리를 두고, 원형의 박막균일도 조절기를 설치하는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원
5. 도5에 나타낸 것과 같은 선형의 저장도가니와 선형의 덮개도가니가 일체되는 선형의 하향식 도가니로 구성되는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원
6. 선형 하향식 도가니 하부에 일정거리를 두고, 선형의 박막균일도 조절기를 설치하는 것을 특징으로 하는 하향식 금속박막 증착용 고온 증발원

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