KR20100002078A

KR20100002078A - 증착원, 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR20100002078A
Application number: KR1020090022100A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 이쿠타; 켄지 스도우; 노리아키 후키아게; 토모히코 에즈라; 토요히로 가마다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2010-01-06
Also published as: TW201000656A; KR101149450B1; JP2010007101A; JP4551465B2

Abstract

(과제) 재료 용기 내의 재료의 충전 밀도를 높인다.

(해결 수단) 증착원(100)은, 유기 재료(ma)를 수납하는 재료 용기(110)와, 재료 용기(110)에 수납된 유기 재료(ma)를 가열하는 히터(105)와, 복수의 관통공이 형성된 평판(115a)을 갖고, 평판(115a)의 압압면(pressing surface; 115a1)에 의해 재료 용기(110)에 수납된 유기 재료(ma)를 압압하면서, 히터(105)의 가열에 의해 기화한 유기 분자를 복수의 관통공에 통과시키는 압압 부재(115)와, 탄성력을 이용하여 압압 부재(115)에 의한 유기 재료(ma)로의 누름력을 완화하는 벨로우즈(120; bellows)를 구비한다.

증착원, 재료 용기, 관통공, 압압 부재

Description

증착원, 성막 장치 및 성막 방법{DEPOSITION SOURCE, FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}

본 발명은, 증착원, 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것으로, 특히, 증착원의 재료 용기에 수납하는 재료의 충전에 관한 것이다.

증착 기술을 이용하여 기기를 제조할 때, 재료의 기화 속도(증발 속도)를 일정하게 유지하는 것은, 성막 속도를 향상시켜서, 양질인 막을 피(被)처리체상에 효율 좋게 형성하여, 제품의 성능을 높이기 위하여 중요하다. 이 때문에, 종래부터, 증착원에 히터를 설치함과 아울러, 기판의 근방에 막두께 센서를 설치하고, 막두께 센서에 의하여 검출된 결과에 기초하여 히터 온도를 조정함으로써, 재료의 기화 속도를 일정하게 제어하고자 하는 방법이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).

또한, 재료 용기에 수납된 재료를 프로세스 전에 미리 가열하여(프리 히트), 유기 재료를 용융함으로써 재료의 충전 밀도를 높이는 것에 의하여, 재료의 수납 상태를 균일화하고, 재료의 기화 속도를 일정하게 제어하고자 하는 방법도 제안되고 있다.

예를 들면, 250℃의 프로세스에서는, 프로세스 전에 미리 200℃ 정도로 재료 용기를 가열한 상태에서 소정 시간 방치한다(에이징). 재료 용기에 넣은 재료는, 프리 히트에 의하여 재료 내에 포함되는 수분이나 불순물을 제거한 후, 증착에 제공된다. 특히, 승화형의 재료에서는, 안정된 증착을 위해서는 충분한 시간의 에이징이 필요하게 된다.

[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2005-325425호

그러나, 상기 온도 제어에서는, 재료의 소비 과정에 있어서 재료의 소비에 치우침이 생기거나 재료가 흐트러지거나 하여 재료의 증발면이 변동하고, 이에 따라, 재료의 증발량이 변화하는 경우가 있다. 또한, 상기 에이징에서도 충전 밀도의 불균일을 억제할 수 없어, 재료의 증발량이 변화하는 경우가 있다. 이 결과, 성막 속도가 변동하여, 막질에 영향을 준다. 이에 대하여, 재료를 미리 펠릿(pellet) 형상으로 굳힌 것을 준비하여, 이를 재료 용기에 수납하는 것도 생각할 수 있지만, 이래서는 재료를 미리 고형화한다는 공정이 하나 늘어버려, 생산성이 나빠진다.

상기 문제를 해소하기 위하여, 본 발명에서는, 압압(pressing) 부재에 의해 재료 용기 내의 재료의 충전 밀도를 높이는 증착원(源), 성막 장치 및 성막 방법이 제공된다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시 형태에 의하면, 재료를 수납하는 재료 용기와, 상기 재료 용기에 수납된 재료를 가열하는 가열 부재와, 복수의 관통공이 형성된 평판을 갖고, 상기 평판의 압압면에 의해 상기 재료 용기에 수납된 재료를 압압하면서, 상기 가열 부재의 가열에 의해 기화한 재료 분자를 상기 복수의 관통공에 통과시키는 압압 부재와, 탄성력을 이용하여 상기 압압 부재에 의한 재료로의 누름력을 완화하는 탄성 부재를 구비하는 증착원이 제공된다.

이에 의하면, 재료 용기 내의 재료는, 용기 내에 보충 후, 압압 부재의 평판에 의해 압압된다. 그때, 재료에 하중되는 누름력은 탄성 부재의 탄성력에 의해 완화된다. 따라서, 적당한 압압에 의해, 재료는 용기 내에서 자연스럽게 펠릿화(고형화)된다. 펠릿화된 재료는, 가열 부재의 가열에 의해 기화하고, 재료 분자로 되어 압압 부재의 평판에 형성된 복수의 관통공을 빠져 나가 성막 처리측에 날아들어온다.

이에 따라, 재료의 증발 면적은 압압 부재의 평판과 재료와의 접촉 면적이 되기 때문에, 증발 면적을 항상 일정하게 할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 재료의 소비 과정에 의해 재료의 소비에 치우침이 생기거나 재료가 흐트러지거나 하여 재료의 증발 면적이 변동하는 것을 회피할 수 있다. 이와 같이 증발 면적이 일정하기 때문에, 재료의 증발 속도도 일정해진다. 이 결과, 성막 속도를 일정하게 하여, 양질인 막을 성막할 수 있다.

여기에서, 기화란, 액체가 기체로 변하는 현상 뿐만 아니라, 고체가 액체의 상태를 거치지 않고 직접 기체로 변하는 현상(즉, 승화)도 포함하고 있다.

평판의 외주는, 상기 재료 용기의 개구의 내부 주연에 위치해도 좋다. 상기 평판의 외주는, 상기 재료 용기의 개구의 내부 주연에 위치하는 상기 압압 부재는, 상기 재료 용기 내에 끼워 넣기(insert) 식으로 끼워 넣어지고, 끼워 넣어진 압압 부재의 선단에 형성된 평판에 의해 재료를 압압해도 좋다.

이에 의하면, 재료의 표면 전체에 평판의 압압면을 맞출 수 있기 때문에, 재료의 증착 표면 전체에 균일하게 누름력을 가할 수 있다. 이에 따라, 재료가 소비 되어도, 항상 재료의 증발 면적이 일정해져, 재료의 증발 속도를 항상 일정하게 할 수 있다.

상기 압압 부재는, 상기 복수의 관통공을 빠져 나간 재료 분자를 성막 처리가 실행되는 처리 용기까지 운반하는 반송로와 연결해도 좋다.

상기 처리 용기 내를 소망하는 감압 상태로 하여, 상기 증착원의 외부의 압력과, 상기 처리 용기와 상기 반송로를 통하여 연통하는 상기 증착원의 내부의 압력과의 차이에 의해, 상기 압압 부재를 재료에 압압할 수 있다.

그때, 상기 증착원의 외부 및 내부의 압력차는 10³(Pa) 이상이면 좋다.

상기 증착원의 외부는 대기압이고, 상기 증착원의 내부는 10²(Pa) 이하의 진공압이어도 좋다.

상기 압압 부재에는, 상기 재료 분자를 운반하는 불활성 가스의 도입구가 형성되어 있어도 좋다.

상기 도입구는, 상기 평판의 압압면으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 형성되어 있어도 좋다. 평판의 압압면으로부터 도입구까지의 거리를 적정하게 설계하면, 재료 분자를 캐리어 가스(불활성 가스) 내에 원활하게 들어가게 할 수 있다. 이에 따라, 재료 분자를 효율 좋게 성막에 이용하여, 성막 속도를 향상시킴과 함께 그 변동을 억제할 수 있다.

상기 도입구로부터 상기 평판의 압압면까지의 소정의 거리는, 상기 복수의 관통공을 빠져 나간 재료 분자를 성막 처리가 실행되는 처리 용기까지 운반하는 반송로의 컨덕턴스에 따라서 결정해도 좋다. 재료 분자를 캐리어 가스(불활성 가스) 내에 원활하게 들어가게 할 수 있을지 없을지는 재료 용기 내의 상기 평판으로부터 도입구까지의 확산 거리에 영향 받고, 재료 용기로부터 처리 용기까지 운반되는 재료 분자의 양은 반송로의 컨덕턴스에 영향을 받는다.

상기 가열 부재는, 상기 평판에 인접하여, 상기 복수의 관통공이 형성된 평판을 직접 가열해도 좋다. 특히, 평판이 두께가 있는 포러스(porous; 다공질체)로 형성되어 있는 경우, 평판을 직접 가열함으로써 재료를 효율적으로 기화시킬 수 있다.

상기 평판은, 1장의 펀칭 부재, 2장 이상의 펀칭 부재의 서로 겹침 또는 포러스 부재 중 어느 것에 의해 형성되어 있어도 좋다. 상기 재료 용기에 수납되는 재료는 유기 재료여도 좋다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 증착원을 반송로에 연결하고, 상기 평판을 빠져 나간 재료 분자를 상기 반송로로부터 처리 용기까지 운반하고, 상기 처리 용기에서 상기 재료 분자를 피처리체에 증착시키는 성막 장치가 제공된다.

상기 증착원을 복수 갖고, 각 증착원을 상기 반송로의 분기로에 각각 연결하고, 상기 평판을 빠져 나간 재료 분자를 상기 반송로의 분기로로부터 처리 용기까지 운반하여, 상기 처리 용기에서 상기 재료 분자를 피처리체에 증착시켜도 좋다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 재료 용기에 재료를 수납하고, 가열 부재에 의해 상기 재료 용기에 수납된 재료를 가열하고, 복수의 관통공이 형성된 평판을 갖는 압압 부재에 의해 상기 재료 용기에 수 납된 재료를 압압하고, 탄성 부재의 탄성력을 이용하여 상기 압압 부재에 의한 재료로의 누름력을 완화하면서, 상기 가열 부재의 가열에 의해 기화한 재료 분자를 상기 평판에 형성된 복수의 관통공에 통과시키고, 상기 복수의 관통공을 빠져 나간 상기 재료 분자를 처리 장치까지 운반하고, 상기 운반한 재료 분자에 의해 피처리체를 성막하는 성막 방법이 제공된다.

그때, 상기 막을 성막하는 처리 용기를 소망하는 진공압으로 유지하고, 상기 증착원의 외부의 압력과, 상기 처리 용기와 반송로를 통하여 연통하는 상기 증착원의 내부의 압력과의 차이에 의해 상기 압압 부재를 이용하여 재료를 압압해도 좋다.

탄성 부재의 수축량에 의해 재료의 잔량을 추측할 수 있다. 이에 따라, 재료를 보충하는 타이밍을 결정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 재료 용기 내의 재료의 충전 밀도를 높일 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 중, 1sccm은 (10^-6/60)㎥/sec로 한다.

우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 장치에 대하여, 도1 을 참조하여 설명한다. 도1 은, 6층 연속 성막 장치(10)의 개략을 나타낸 종단면도이다. 6층 연속 성막 장치(10)는, 처리 용기 내에 반입된 유리 기판(이하, 기판(G)이라고 호칭함)상에 유기막을 성막하는 성막 장치의 일 예이다.

6층 연속 성막 장치(10)는, 6개의 증착원(100), 처리 용기(200), 6개의 반송로(300) 및 6개의 밸브(400)를 갖고 있다. 증착원(100)은 모두 동일 구조이다. 증착원(100)은 SUS 등의 금속으로 형성되어 있다. 석영 등은 유기 재료와 반응하기 어렵기 때문에, 증착원(100)은 석영 등으로 코팅된 금속으로 형성되어 있어도 좋다.

증착원(100)에는, 그 내부에 다른 종류의 유기 재료(ma)가 수납되어져 있고, 히터(105)가 매설되어 있다. 히터(105)는 온도 조절기(500)에 접속되어 있다. 온도 조절기(500)는 히터(105)에 전압을 인가한다. 이에 따라, 히터(105)가 매입된 증착원(100)을 소망하는 온도로 데워, 유기 재료를 기화시킨다. 또한, 히터(105)는 증착원(100)에 수납된 재료를 가열하는 가열 부재의 일 예이다.

6개의 반송로(300)는, 일단(一端)에서 6개의 증착원(100)과 연결되고, 타단에서 처리 용기(200)를 관통하여 6개의 취출 기구(205)와 각각 연결된다. 각 반송로(300)에는 밸브(400)가 부착되어, 성막할 때에는 열어서 증착원(100)에서 기화된 유기 분자를 처리 용기측에 반송하고, 성막하지 않을 때에는 닫아서 기화 유기 분 자의 반송을 정지시킨다.

취출 기구(205)는, 중공의 직사각 형상을 한 동일 구조이고, 서로 평행하게 등간격으로 배치되어 있다. 증착원(100)에서 기화된 유기 분자는, 반송로(300)를 통하여 각 취출 기구(205)의 상부 중앙에 형성된 개구로부터 취출된다. 격벽(210)은, 각 취출 기구(205)의 사이에 형성되어, 취출 기구(205)끼리를 구분함으로써, 인접하는 취출 기구(205)의 상부 개구로부터 각각 취출되는 유기 분자끼리 서로 섞이는 것을 방지한다.

접동(미끄럼 운동) 기구(215)는, 스테이지(215a), 지지체(215b) 및 슬라이드 기구(215c)를 갖고 있다. 스테이지(215a)는 지지체(215b)에 의해 지지되어 있다. 기판(G)은, 처리 용기(200)에 형성된 게이트 밸브(220)로부터 반입되어, 도시하지 않은 고전압 전원에 의해 인가된 고전압에 의하여 정전 흡착된다. 슬라이드 기구(215c)는, 처리 용기(200)의 천정부에 장착됨과 함께 접지되어 있고, 스테이지(215a)에 흡착된 기판(G)을 처리 용기(200)의 길이 방향으로 슬라이드 시킴으로써, 각 취출 기구(205)의 약간 상공에서 기판(G)을 평행 이동시키도록 되어 있다.

처리 용기(200)는, 도시하지 않은 배기 장치를 이용하여 배기되어, 10^-1(Pa) 이하의 진공압으로 유지되도록 되어 있다. 처리 용기(200)를 관통한 반송로(300)와 처리 용기(200)와의 접촉 부분에는 O링(225)이 형성되고, 이에 따라, 처리 용기(200) 내부의 기밀(氣密)은 유지된다. 한편, 6개의 증착원(100)은 대기중에 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해, 증착원(100)의 내부는 10²(Pa) 이하의 진공압, 증착원(100)의 외부는 약 10⁵(Pa)의 대기압이 되어, 10³(Pa) 이상의 압력차가 생긴다.

각 증착원(100)의 측벽에는, 그 측벽을 관통하는 캐리어 가스의 도입구가 형성되어 있다. 캐리어 가스의 도입구는, 가스 라인(Lg)을 통하여, 매스 플로우 컨트롤러(600), 밸브(700), 가스 공급원(800)과 접속되어 있다. 가스 공급원(800)으로부터 공급된 아르곤(Ar) 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(600) 및 밸브(700)에 의해 그 유량 및 공급 타이밍이 제어되면서 각 증착원(100)의 내부에 공급된다. 아르곤 가스는, 각 증착원(100)의 내부에서 기화된 유기 분자를 각 취출 기구(205)까지 반송하기 위한 캐리어 가스로서 기능한다. 또한, 캐리어 가스로서 기능하는 가스는, 아르곤 가스에 한정되지 않고, 헬륨 가스, 크립톤 가스, 크세논 가스 등의 불활성 가스이면 좋다.

컨트롤러(900)는, 도시하지 않은 기억 영역(ROM, RAM 등), 입출력 I/F(인터페이스) 및 CPU를 갖고 있다. CPU는, 기억 영역에 격납된 각종 데이터나 프로그램을 이용해, 각 히터(105)에 인가하는 전압을 구하여, 온도 조절기(500)에 송신한다. 컨트롤러(900)는, 또한, 가스 공급원(800)에 아르곤 가스의 공급을 지시함과 함께, 매스 플로우 컨트롤러(600)에 캐리어 가스의 유량 조정을 지시하고, 밸브(700)에 공급 타이밍을 지시한다.

도1 의 1-1 단면을 나타낸 도2 를 참조하면, 각 유기막을 성막할 때, 3개의 증착원(100)에 수납된 최대 3종류의 유기 재료를 혼합시킨다. 예를 들면, 2종류의 유기 재료를 혼합시켜서 성막하고 싶은 경우에는, 성막에 사용하는 재료를 수납한 2개의 증착원(100)의 밸브(400)를 열고, 나머지 증착원의 밸브(400)를 닫으면 좋다. 이러한 구성에 의하면, 히터(105)의 가열에 의해 기화한 유기 분자는, 아르곤 가스에 의해 반송로(300)의 분기로 내를 반송하여, 합류 후, 취출 기구(205) 내로 운반되어 상부 개구(Op)로부터 나와, 기판(G)에 부착된다. 이에 따라, 소망하는 특성을 갖는 유기막을 성막할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 장치(10)에서는, 도2 에 나타낸 성막 기구를, 도1 에 나타낸 바와 같이 병행하여 6개 배치한다. 이에 의하면, 기판(G)이, 1∼6번째의 취출 기구(205)의 상방을 어떤 속도로 진행한다. 이에 따라, 도3 에 나타낸 바와 같이, 기판(G)의 ITO상에 순서대로, 제1층의 홀 주입층, 제2층의 홀 수송층, 제3층의 청(菁)발광층, 제4층의 녹(綠)발광층, 제5층의 적(赤)발광층, 제6층의 전자 수송층이 형성된다. 이 중, 제3층∼제5층의 청발광층, 녹발광층, 적발광층이 홀과 전자의 재결합에 의해 발광하는 발광층이다. 또한, 유기층상의 메탈층은 스퍼터링에 의해 성막된다.

이에 따라, 유기층을 양극(애노드) 및 음극(캐소드)으로 샌드위치한 구조의 유기 EL 소자가 유리 기판상에 형성된다. 유기 EL 소자의 양극 및 음극에 전압을 인가하면, 양극으로부터는 홀(정공)이 유기층에 주입되고, 음극으로부터는 전자가 유기층에 주입된다. 주입된 홀 및 전자는 유기층에서 재결합하고, 이때 발광이 일어난다.

이상의 성막 중에는, 재료의 소비 과정에 있어서 재료의 소비에 치우침이 생 기거나 재료가 흐트러지거나 하여, 재료의 증발 면적이 변동하고, 이에 수반하여 증발량이 변화하는 경우가 있다. 이 결과, 성막 속도가 변동하여, 막질에 영향을 준다. 이에 대하여, 미리 펠릿 형상으로 굳힌 것을 준비하여, 이를 재료 용기에 수납하는 것도 생각할 수 있지만, 이래서는 공정이 하나 늘어버려, 생산성이 나빠진다.

그래서, 본 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 장치(10)에서는, 증착원의 외부 및 내부의 압력의 차이를 이용하여 재료 용기 내의 유기 재료의 충전 밀도를 높인다. 이하, 그 기구에 대하여 상세하게 설명한다.

도4 (a)∼(c)는, 1개의 증착원(100)을 확대하여, 그 기구 및 내부의 유기 재료의 충전 밀도의 상태를 나타내고 있다. 증착원(100)은, 재료 용기(110), 압압 부재(115), 벨로우즈(120) 및 볼트(125)를 갖고 있다. 재료 용기(110)는, 오목 형상으로 형성되어, 내부의 오목 부분에는 알갱이 형상의 유기 재료(ma)가 수납되어 있다. 유기 재료(ma)는 히터(105)에 의해 가열되어 기화한다.

압압 부재(115)는 그 선단에 평판(115a)을 갖고 있다. 압압 부재(115)와 재료 용기(110)와는 서로 끼어서 맞도록 되어 있다. 즉, 평판(115a)의 외주는, 재료 용기(110)의 개구의 내부 주연에 위치하여, 재료 용기(110) 내부에 끼워 넣기 식으로 끼워 넣어진다. 평판(115a)은, 도5 에 확대하여 나타낸 바와 같이, 메탈 포러스에 의해 형성되어 있다.

메탈 포러스는 금속의 다공질체이며, 그 내부에서 기공끼리가 연통하여, 복수의 관통공을 형성하고 있다. 기공경(氣孔徑; 호칭 공경)은, 예를 들면, 3㎜ 이 하, 기공률은 50%이면, 평판(115a)의 압압면(115a1)에 의해 유기 재료(ma)를 충분히 압압할 수 있음과 함께, 기화한 유기 분자를 메탈 포러스 내부의 기공 사이의 극간으로 통과시켜, 반송로(300)로부터 처리 용기 측으로 운반할 수 있다. 또한, 평판(115a)에 이용되는 포러스 부재로서는, 메탈 포러스를 대신하여 석영 포러스를 이용해도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 유기 재료(ma)의 표면 전체에 평판(115a)의 압압면(115a1)을 합쳐서, 재료의 증착 표면 전체에 균일하게 누름력을 가할 수 있다. 이에 따라, 유기 재료의 소비에 의하지 않고, 재료의 증발 면적을 항상 일정하게 할 수 있다. 이 결과, 재료의 증발 속도를 항상 일정하게 할 수 있다.

평판(115a)은, 플랜지(115b)에 고정되어 있다. 플랜지(115b)의 날개부에는 벨로우즈(120)의 일단이 고정되어 있다. 벨로우즈(120)의 타단에는 볼트(125)가 고착되어 있다. 재료 용기(110)는 볼트(125)에 의해 압압 부재(115)에 착탈 가능하게 부착된다. 즉, 재료 보충시에는, 압압 부재(115)로부터 떼어내고, 재료 보충 후, 재차 볼트(125)에 의해 압압 부재(115)에 부착한다. 또한, 벨로우즈(120)는, 탄성력을 이용하여 압압 부재(115)에 의한 유기 재료(ma)로의 누름력을 완화하는 탄성 부재의 일 예이고, 다른 예로서는, 예를 들면, 판스프링이나 스프링이어도 좋다.

(유기 재료의 펠릿화)

전술한 바와 같이, 증착원(100)은 대기중에 설치되어 있다. 따라서, 증착 원(100)의 외부로부터는 약 10⁵(Pa)의 대기압이 가해진다. 이에 대하여, 처리 용기(200)는, 배기 장치를 이용하여 배기됨으로써, 예를 들면, 10^-1(Pa) 이하의 진공압으로 유지된다. 증착원(100) 내는 10²(Pa) 이하의 압력이다. 도1 에 나타낸 바와 같이, 반송로(300)는, 처리 용기(200)와 연통하고 있다. 따라서, 반송로(300)의 내부 및 압압 부재(115)의 플랜지(115b)의 내부는, 처리 용기(200)의 내부의 진공압과 동일한 감압 상태가 된다.

이렇게 해서, 증착원(100)의 외부 및 내부의 압력차가 10³(Pa) 이상이 되면, 압력의 차이에 의해, 대기측으로부터 진공측을 향해 압력이 가해진다. 도4(b) 에서는, 상기 압력차에 의해, 재료 용기(110)의 저면측(대기측)으로부터 압압 부재(115)측(진공측)에 압력이 가해지고, 유기 재료(ma)는 압압 부재(115)의 평판(115a)에 의해 압압된다. 그때, 유기 재료(ma)에 하중되는 압력은 벨로우즈(120)의 탄성력에 의해 완화된다. 따라서, 유기 재료(ma)는 재료 용기(110)에 수납된 후, 적당한 압압에 의해 재료 용기 내에서 자연스럽게 펠릿화(고형화)된다. 펠릿화된 유기 재료(ma)는, 히터(105)의 가열에 의해 기화하여, 유기 재료 분자가 되어 압압 부재(115)의 평판(115a)에 형성된 복수의 관통공을 빠져 나가, 반송로(300)를 지나 성막 처리측에 날아들어온다.

이상, 본 실시 형태에 따른 증착원(100)에 의하면, 유기 재료(ma)를 재료 용기(110)에 수납한 것만으로, 유기 재료(ma)를 자연스럽게 펠릿화시킬 수 있음과 함 께, 기화한 유기 분자를 평판(115a)에 형성된 기공 사이(관통공)를 통과시켜 처리 용기측으로 운반할 수 있다.

이에 따르면, 유기 재료(ma)의 소비 과정에 있어서, 재료의 소비에 치우침이 생기거나 재료가 흐트러지거나 하여 유기 재료의 증발 면적이 변동하는 것을 회피할 수 있다. 즉, 유기 재료(ma)의 증발면은, 평판(115a)의 압압면(115a1)이기 때문에, 유기 재료가 수납된 직후의 경우나(도4(b)), 그 후, 소비되어 적어진 경우에도(도4(c)), 항상 일정해진다. 이 결과, 유기 재료(ma)의 증발 속도도 일정해지고, 성막 속도의 변동이 없어, 양질인 유기막을 효율적으로 성막할 수 있다.

또한, 벨로우즈(120)의 수축량에 의해 재료의 잔량을 추측할 수 있다. 이에 따라, 재료의 적정한 보충 타이밍을 알 수 있다.

또한, 증착원(100)의 외부 및 내부의 압력차가 10³(Pa) 이상이면, 증착원(100)의 외부는 대기압이 아니어도 좋다. 상기 압력차가 있으면, 가루 형상의 유기 재료를 재료 용기 중에서 펠릿화할 수 있다.

(재료 용기의 증발면에서 캐리어 가스의 도입구까지의 거리)

전술한 바와 같이, 압압 부재(115)의 측벽에는, 유기 분자를 운반하기 위한 아르곤 가스를 도입하는 도입구(in)가 형성되어 있다. 평판(115a)의 압압면(115a1)에서 캐리어 가스의 도입구(in)까지의 거리(h)가 성막 속도에 미치는 영향을 확인할 수 있으면, 상기 거리(h)를 적정하게 설계함으로써, 유기 분자를 캐리어 가스(불활성 가스) 내에 원활하게 들어가게 할 수 있다. 이 결과, 유기 분자를 효율 좋게 성막에 이용하여, 성막 속도를 향상시킬 수 있어, 양질인 유기막을 효율적으로 성막할 수 있다.

(제1 실험)

그래서 본 발명자들은, 상기 거리(h)의 적정치를 실험에 의해 구했다. 실험에서는, 도6 에 나타낸 실험용의 재료 용기(110)의 내부에 형성된 재료 분자의 반송로의 최상부에 지름(r)이 φ10㎜인 오리피스(orifice)를 형성했다. 재료 용기(110)에는, 2 개소의 캐리어 가스 도입구(in1, in2)와 2 개소의 재료 투입 위치(pu, pl)를 형성했다. 재료 용기(110)의 중간 위치에 메탈 포러스(P)를 형성하여, 첫 번째의 재료 투입 위치는 메탈 포러스(P) 바로 위의 위치(Pu)로 하고, 두 번째의 재료 투입 위치는 메탈 포러스(P)를 제거하여, 용기 내의 저부(底部)(Pl)로 했다. 각 위치에는 동일한 유기 재료를 투입했다.

캐리어 가스 도입구(in1)는 메탈 포러스(P)로부터 10㎜(용기 내의 저부로부터 66㎜)의 위치에 형성하고, 캐리어 가스 도입구(in2)는 용기 내의 저부로부터 19㎜의 위치에 형성했다. 메탈 포러스(P) 아래의 유기 분자 및 캐리어 가스는, 메탈 포러스(P)를 지나 상부로 반송 가능하다. 또한, 실험에서는 캐리어 가스로서 아르곤 가스를 이용했다.

실험의 조건을 도7(a) 에 나타낸다. 조건(A)의 유기 재료 위치(Pu) 및 아르곤 가스 도입구(in1)는 모두 포러스(P)상이며, 유기 재료의 증발면에서 아르곤 가스 도입구(inl)까지의 추정 거리는 5㎜이다. 조건 B∼E는, 모두 용기 내의 저부인 유기 재료 위치(Pl)에 유기 재료를 투입했다. 또한, 아르곤 가스는, 조건 C 및 조 건 D에서는 도입구(in1)에서 도입되고, 조건 B 및 조건 E에서는 도입구(in2)에서 도입했다. 조건 B∼E의 경우, 유기 재료의 증발면에서 아르곤 가스 도입구까지의 추정 거리는, 14㎜, 61㎜, 51㎜, 4㎜이다.

실험의 결과를 도7(b) 에 나타낸다. 이에 따르면, 유기 재료의 증발면에서 아르곤 가스 도입구까지의 거리가 짧은 조건 A 및 조건 E에서는, 아르곤 가스의 유량에 대한 성막 속도가 높고, 그리고, 아르곤 가스의 유량의 증가에 따라서 성막 속도가 향상했다. 한편, 유기 재료의 증발면에서 아르곤 가스 도입구까지의 거리가 긴 조건 B∼D에서는, 아르곤 가스의 유량에 대한 성막 속도가 낮고, 그리고, 아르곤 가스의 유량의 증가에 따라서 성막 속도가 저하했다.

이 결과로부터, 오리피스의 지름(r)이 φ10㎜일 때, 약 10㎜를 문턱값으로 하여, 성막의 효율이 향상하는 그룹과 저하하는 그룹으로 나누어지는 것을 알았다. 즉, 재료의 증발면에서 캐리어 가스 도입구까지의 거리가 10㎜ 이하일 때, 성막 속도가 높고, 가스 유량의 증가에 따라서 효율적으로 성막이 가능함을 알았다.

(제2 실험)

다음으로, 발명자들은, 용기 최상부에 부착한 오리피스의 지름(r)이 φ10㎜, φ0.5㎜일 때의, 재료의 증발면으로부터 캐리어 가스의 도입구(in)까지의 거리(h)가 성막 속도에 미치는 영향을 조사했다. 이때의 실험의 조건을 도8(a) 에 나타낸다. 조건 A, D, F에서는 오리피스의 지름(r)은 φ10㎜, 조건 B, C, E에서는 오리피스의 지름(r)은 φ0.5㎜로 했다. 조건 A∼F 모두에 있어서, 유기 재료 위치(Pl) 및 아르곤 가스 도입구(in2)는 모두 포러스(P) 아래이며, 유기 재료의 증발면으로 부터 아르곤 가스 도입구(in2)까지의 거리는 조건 A, B가 17㎜, 조건 C, D가 6㎜, 조건 E, F가 5㎜였다. 조건 B∼E에서는, 모두 용기 내의 저부인 유기 재료 위치(Pl)에 유기 재료를 투입했다. 또한, 아르곤 가스는, 조건 C 및 조건 D에서는, 도입구(in1)로부터 도입하고, 조건 B 및 조건 E에서는 도입구(in2)로부터 도입했다. 조건 B∼E의 경우, 유기 재료의 증발면으로부터 아르곤 가스 도입구까지의 거리는, 14㎜, 61㎜, 51㎜, 4㎜이다. 또한, 제2 실험에서는, 제1 실험과 다른 유기 재료를 이용했다.

실험의 결과를 도8(b) 에 나타낸다. 이에 따르면, 오리피스의 지름(r)이 φ0.5㎜이고, 유기 재료의 증발면으로부터 아르곤 가스 도입구까지의 거리가 짧은 (5㎜, 6㎜) 조건 C 및 조건 E의 경우, 성막 속도는 높아지지만, 아르곤 가스의 유량의 증가에 따라서 성막 속도는 저하했다. 그 외의 조건 A, B, D, F의 경우에는, 성막 속도는 낮고, 그리고, 아르곤 가스의 유량의 증가에 따라서 성막 속도가 저하했다.

이상, 두 가지 실험으로부터 다음 사실이 고찰된다. 우선, 제1 실험에서, 성막 속도는 유기 재료의 증발면으로부터 캐리어 가스의 도입구까지의 거리(h)에 크게 의존하는 것을 알 수 있다. 이는, 유기 재료의 증발면으로부터 캐리어 가스의 도입구까지의 반송로의 확산 거리(h)가 길면, 기화된 유기 분자가 확산할 때, 캐리어 가스의 도입구까지 도달하지 않는 유기 분자의 비율이 높아져, 유기 분자가 캐리어 가스의 흐름 속에 효율적으로 들어갈 수 없기 때문에, 성막 속도가 저하한다고 생각된다. 이 상황에서, 캐리어 가스의 유량을 증가시키면, 캐리어 가스의 유량이 증가하는 것에 대하여 캐리어 가스에 들어가는 유기 분자의 양은 변하지 않기 때문에, 성막 속도는 저하한다.

따라서, 상기 거리(h)를 적정하게 설계하는 것은 중요하여, 예를 들면, 오리피스의 지름(r)이 φ10㎜인 경우, 상기 거리(h)를 10㎜이하로 함으로써 유기 재료 분자를 캐리어 가스 내에 원활하게 들어가게 할 수 있다. 이 결과, 유기 분자를 효율 좋게 성막에 이용하여, 성막 속도를 향상시킬 수 있고, 양질인 유기막을 효율적으로 성막할 수 있다.

다음으로, 제2 실험에서, 성막 속도는, 오리피스의 지름(r)에도 적지 않게 의존함을 알 수 있다. 이는, 재료 용기로부터 처리 용기까지 운반되는 재료 분자의 양은, 반송로의 컨덕턴스에도 영향을 받기 때문이라고 생각된다.

즉, 조건 C 및 조건 E와 같이 오리피스의 지름(r)이 φ0.5㎜로 작고, 그리고, 재료와 도입구와의 거리(h)가 5㎜ 또는 6㎜로 짧은 경우, 컨덕턴스가 작아져, 캐리어 가스가 흐르기 어려워지고, 그리고, 기화된 유기 분자가 확산할 때, 캐리어 가스의 도입구까지 도달하는 유기 분자의 비율이 높아지기 때문에, 용기 내를 진행하는 캐리어 가스에 유기 분자가 들어가기 쉬워져, 성막 속도가 향상한다. 캐리어 가스 유량이 많아지면, 캐리어 가스의 유량이 증가하는 것에 대하여 캐리어 가스에 들어가는 유기 분자의 양은 변하지 않기 때문에, 성막 속도는 저하한다.

한편, 조건 A, B와 같이 재료와 도입구와의 거리(h)가 17㎜로 길면, 컨덕턴스의 대소에 관계없이, 상기 실험 1과 동일한 이유에 의해 캐리어 가스의 흐름에 유기 분자가 들어가기 어려워져, 성막 속도는 저하한다. 또한, 아르곤 가스의 유 량이 증가하면, 가스 유량의 증가에 따라서 아르곤 가스의 양에 대한 유기 분자의 양이 적어지기 때문에, 성막 속도는 더욱 저하한다.

또한, 조건 D, F와 같이 오리피스의 지름(r)이 φ10㎜로 크고, 그리고, 재료와 도입구와의 거리(h)가 5㎜ 또는 6㎜로 짧은 경우에는, 컨덕턴스가 커져, 캐리어 가스가 흐르기 쉬워진다. 그러나, 이 경우, 기화된 유기 분자가 확산할 때, 캐리어 가스의 도입구까지 도달하는 유기 분자의 비율이 높아지기 때문에, 유기 분자가 조건 C, E보다 캐리어 가스에 들어가기 어려워지기는 하지만, 조건 A, B보다 캐리어 가스에 들어가기 쉬워진다. 따라서, 조건 A, B와 비교하면, 성막 속도는 높고, 캐리어 가스의 유량이 증가해도 성막 속도는 거의 1.0(a.u.)을 유지하고 있다. 또한, 캐리어 가스 유량이 많아지면, 캐리어 가스의 유량이 증가하는 것에 대하여 캐리어 가스에 들어가는 유기 분자의 양은 변하지 않기 때문에, 근소하게 성막 속도는 저하한다.

이 점에서, 증착원(100)에 형성하는 캐리어 가스의 도입구(in)의 위치는, 평판(115a)의 압압면(115a1)으로부터 얼마나 떨어져 있는지가 중요하며, 오리피스의 지름(r)이 φ10㎜인 경우에는, 10㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 도입구(in)로부터 평판(115a)의 압압면(115a1)까지의 소정의 거리는, 재료 분자를 처리 용기(200)까지 운반하는 반송로의 컨덕턴스(즉, 오리피스의 지름(r))에 따라서, 더욱 적정치로 결정되는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 증착원(100)에서는, 상기 각 실험 결과를 고려하여, 재료 표면(재료의 증발면)으로부터 캐리어 가스 도입구까지의 거리(h)를 적정하게 설 계한다. 이에 따라, 성막 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 증착원(100)에서는, 증착면은 항상 평판(115a)의 압압면(115a1)이고, 캐리어 가스 도입구(in)까지의 거리는 재료의 소비량에 의하여 변동하는 일은 없다. 이에 따라, 증착 속도를 일정하게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 증착원의 외부 및 내부의 압력의 차이를 이용하여 재료 용기 내의 유기 재료의 충전 밀도를 높이고, 증착 속도 및 성막 속도를 일정하게 그리고 향상시킬 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 각 부의 동작은 서로 관련되어 있어, 서로의 관련을 고려하면서 일련의 동작으로서 치환할 수 있다. 그리고, 이와 같이 치환함으로써, 증착원의 실시 형태를, 그 증착원을 이용한 성막 장치 및 성막 방법의 실시 형태로 할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않음은 말할 필요도 없다. 당업자이면 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 이를 수 있음은 분명하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들면, 증착원(100)은 상기 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도4 에 나타낸 증착원(100)에서는, 볼트(125) 및 벨로우즈(120)가 압압 부재(115)측에 고정되어 있었지만, 도9 에 나타낸 바와 같이, 볼트(125) 및 벨로우즈(120)를 재료 용기(110)측에 고정해도 좋다.

또한, 유기 재료는, 재료 용기(110)에 매입된 히터(105)에 의해 간접적으로 가열될 뿐만 아니라, 평판(115a)상에 배치된 히터(130)에 의해 직접적으로 가열되어도 좋다. 특히, 평판(115a)이 두께가 있는 포러스(다공질체)로 형성되어 있는 경우, 평판(115a)을 직접 가열함으로써 유기 재료를 효율적으로 기화시킬 수 있다.

또한, 평판(115a)은 메탈 포러스에 한정되지 않고, 예를 들면, 도10(a) 에 나타낸 바와 같이, 소망하는 개구율을 갖는 1장의 펀칭 메탈(115c1)이어도 좋고, 도10(b) 에 나타낸 바와 같이, 2장의 펀칭 메탈(115c1)을 이격(離隔)하여 서로 겹친 구조여도 좋다. 어떤 경우에도, 압압 부재(115)의 선단에 형성된 펀칭 메탈(115c1)의 표면이 압압면(115a1)이 된다. 또한, 평판(115a)은 2장 이상의 펀칭 메탈의 서로 겹침에 의해 형성되어 있어도 좋다. 또한, 펀칭 부재는 메탈에 한정되지 않고, 예를 들면, 석영 등의 유전체여도 좋다.

상기 실시 형태의 6층 연속 성막 장치(10)에서 성막 처리하는 것이 가능한 유리 기판의 사이즈는, 730㎜ × 920㎜ 이상이어도 가능하다. 예를 들면, 처리 용기(200)는, 730㎜ × 920㎜(챔버 내의 치수 : 1000㎜ × 1190㎜)인 G4.5 기판 사이즈나, 1100㎜ × 1300㎜(챔버 내의 치수 : 1470㎜ × 1590㎜)인 G5 기판 사이즈를 연속 성막 처리할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태의 6층 연속 성막 장치(10)에서 처리되는 피처리체에는, 상기 사이즈의 유리 기판 이외에 직경이, 예를 들면 200㎜나 300㎜의 실리콘 웨이퍼도 포함된다.

또한, 본 발명의 재료 용기에 수납되는 재료는, 유기 재료만으로 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 증착원은, 유기막을 형성하기 위함 뿐만 아니라, 액정 디 스플레이를 제조하기 위한 증착원으로서도 이용할 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 장치의 종단면도이다.

도2 는 도1 의 1-1 단면도이다.

도3 은 동 실시 형태의 6층 연속 성막 장치에 의해 형성되는 유기 EL 소자를 나타낸 도면이다.

도4 는 동 실시 형태의 증착원에서 재료를 압축하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도5 는 동 실시 형태의 압압 부재의 평판을 나타낸 도면이다.

도6 은 동 실시 형태의 실험용 증착원의 단면도이다.

도7(a) 는 동 실시 형태의 실험 1의 실험 조건을 나타낸 표이고, 도7(b) 는 실험 1의 결과를 나타낸 그래프이다.

도8(a) 는 동 실시 형태의 실험 2의 실험 조건을 나타낸 표이고, 도8(b) 는 실험 2의 결과를 나타낸 그래프이다.

도9 는 동 실시 형태의 증착원의 변형예를 나타낸 도면이다.

도10 은 동 실시 형태의 압압 부재의 평판의 변형예를 나타낸 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10 : 6층 연속 성막 장치

100 : 증착원

105, 130 : 히터

110 : 재료 용기

115 : 압압 부재

115a : 평판

115b : 플랜지

120 : 벨로우즈

125 : 볼트

200 : 처리 용기

205 : 취출 기구

300 : 반송로

400 : 밸브

ma : 유기 재료

Claims

재료를 수납하는 재료 용기와,

상기 재료 용기에 수납된 재료를 가열하는 가열 부재와,

복수의 관통공이 형성된 평판을 갖고, 상기 평판의 압압면(pressing surface)에 의해 상기 재료 용기에 수납된 재료를 압압하면서, 상기 가열 부재의 가열에 의해 기화한 재료 분자를 상기 복수의 관통공에 통과시키는 압압 부재와,

탄성력을 이용하여 상기 압압 부재에 의한 재료로의 누름력을 완화하는 탄성 부재

를 구비하는 증착원.
제1항에 있어서,

상기 평판의 외주는, 상기 재료 용기의 개구의 내부 주연에 위치하는 증착원.
제2항에 있어서,

상기 압압 부재는, 상기 재료 용기 내에 끼워 넣기 식으로 끼워 넣어지고, 끼워 넣어진 압압 부재의 선단에 형성된 평판에 의해 재료를 압압하는 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압압 부재는, 상기 복수의 관통공을 빠져 나간 재료 분자를 성막 처리가 실행되는 처리 용기까지 운반하는 반송로와 연결하는 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 처리 용기 내를 소망하는 감압 상태로 하여, 상기 증착원의 외부의 압력과, 상기 처리 용기와 상기 반송로를 통하여 연통하는 상기 증착원의 내부의 압력과의 차이에 의해 상기 압압 부재를 재료에 압압하는 증착원.
제5항에 있어서,

상기 증착원의 외부 및 내부의 압력차는 10³Pa 이상인 증착원.
제6항에 있어서,

상기 증착원의 외부는 대기압이고, 상기 증착원의 내부는 10²Pa 이하의 진공압인 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압압 부재에는, 상기 재료 분자를 운반하는 불활성 가스의 도입구가 형성되어 있는 증착원.
제8항에 있어서,

상기 도입구는, 상기 평판의 압압면으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 형성되는 증착원.
제9항에 있어서,

상기 도입구로부터 상기 평판의 압압면까지의 소정의 거리는, 상기 복수의 관통공을 빠져 나간 재료 분자를 성막 처리가 실행되는 처리 용기까지 운반하는 반송로의 컨덕턴스에 따라서 결정되는 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 부재는, 상기 평판에 인접하여, 상기 복수의 관통공이 형성된 평판을 직접 가열하는 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평판은, 1장의 펀칭 부재, 2장 이상의 펀칭 부재의 서로 겹침 또는 포러스(porous) 부재 중 어느 하나에 의해 형성되는 증착원.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 재료 용기에 수납되는 재료는 유기 재료인 증착원.
상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 증착원을 반송로에 연결하고, 상기 평판을 빠져 나간 재료 분자를 상기 반송로로부터 처리 용기까지 운반하고, 상기 처리 용기에서 상기 재료 분자를 피처리체에 증착시키는 성막 장치.
제14항에 있어서,

상기 증착원을 복수 갖고, 각 증착원을 상기 반송로의 분기로에 각각 연결하고, 상기 평판을 빠져 나간 재료 분자를 상기 반송로의 분기로로부터 처리 용기까지 운반하고, 상기 처리 용기에서 상기 재료 분자를 피처리체에 증착시키는 성막 장치.
재료 용기에 재료를 수납하고,

가열 부재에 의해 상기 재료 용기에 수납된 재료를 가열하고,

복수의 관통공이 형성된 평판을 갖는 압압 부재에 의해 상기 재료 용기에 수납된 재료를 압압하고,

탄성 부재의 탄성력을 이용하여 상기 압압 부재에 의한 재료로의 누름력을 완화하면서, 상기 가열 부재의 가열에 의해 기화한 재료 분자를 상기 평판에 형성된 복수의 관통공에 통과시키고,

상기 복수의 관통공을 빠져 나간 상기 재료 분자를 처리 장치까지 운반하고,

상기 운반한 재료 분자에 의해 피처리체를 성막하는 성막 방법.
제16항에 있어서,

상기 막을 성막하는 처리 용기를 소망하는 진공압으로 유지하고, 상기 증착원의 외부의 압력과, 상기 처리 용기와 반송로를 통하여 연통하는 상기 증착원의 내부의 압력과의 차이에 의해 상기 압압 부재를 이용하여 재료를 압압하는 성막 방법.
제16항 또는 17항에 있어서,

상기 탄성 부재의 수축량에 따라서, 상기 재료 용기에 수납된 재료의 보충 타이밍을 결정하는 성막 방법.