KR20110005637A - 진공 증착 장치 - Google Patents

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유지 야나기
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 선형 형상의 증발원을 포함하는 진공 증착 장치에서는, 증발 용기의 방출 구멍으로부터 방출되는 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일하게 되는 등후면을 증발 용기 각각에 대해 구한다. 그리고, 등후면이 기판의 증착면과 접하는 등후면 각각의 접폭 포인트가 기판의 증착면에서 모두 일치하도록 증발 용기가 배치된다.

Description

진공 증착 장치{VACUUM VAPOR DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 기판과 같은 피증착체(deposition target)에 복수의 증발 재료(multiple vaporization materials)를 동시에 증착시켜 박막을 형성하는 진공 증착 장치에 관한 것이다.
진공 증착 장치는 이하와 같이 박막을 형성하는 장치이다. 먼저, 당해 장치의 진공 챔버 내에 증발 재료를 수용하는 증발 용기와 피증착체를 배치한다. 그 후, 진공 챔버 내를 감압한 상태에서, 증발 용기를 가열하여, 증발 재료를 용융하고, 증발 또는 승화에 의해 기화시킨다. 그리고, 기화된 증발 재료를 피증착체의 표면에 퇴적시켜 박막을 형성한다. 진공 증착 장치에서는, 증발 용기의 가열 방법으로서, 증발 재료를 넣은 증발 용기를 외부 히터를 이용하여 가열하는 외열법(external heating method)과 같은 방법을 사용하고 있다. 최근에는, 진공 증착 장치를 이용하여, 금속 재료에 의한 금속 박막이나 산화물 박막을 형성할 뿐만 아니라, 유기 재료의 증착에 의한 유기 박막 및, 복수의 유기 재료의 동시 증착에 의한 저분자 유기 박막(small molecular organic thin films)을 형성하고 있다. 예컨대, 진공 증착 장치는 플랫 패널 디스플레이의 유기 전계 발광 소자(organic electroluminescent elements)(이하, 유기 EL 소자라고 함)의 형성에 사용되고 있다.
진공 증착 장치에서는, 기판 등에 복수의 증발 재료를 동시에 증착(동시 증착)시킴으로써 박막을 형성하는 것도 가능하다. 예컨대, 유기 EL 소자의 증착 공정을 통해 발광층을 형성할 때는, 증발 재료로서, 호스트 재료(host material)와 형광 재료(luminescent material)를 이용하고 있다. 이들 재료를 동시 증착하여 발광층을 형성하고 있다. 따라서, 발광층의 형성시에는, 호스트 재료와 형광 재료의 혼합비가 발광층의 특성을 좌우하는 중요한 요소로 된다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2004-095275호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2002-348658호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2006-57173호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2006-249572호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2009-127066호 공보
액정 디스플레이와 같은 플랫 패널 디스플레이의 화면 크기가 대형화됨에 따라, 이에 사용되는 기판도 대형화된다. 마찬가지로, 유기 EL 소자도, 디스플레이 및 조명에 적용 가능하고, 기판의 대형화를 요구하고 있다. 유기 EL 디스플레이는, 기판 상에 균일하고 균질하게 박막을 증착해야 한다. 그러나, 기판이 대형화되면, 균일하고 균질한 박막을 형성하는 것이 더 어려워진다. 특히 최근 점점 패널의 고품질화가 요구되고, 또한 높은 균일화, 균질화가 요구되고 있다.
종래의 진공 증착 장치에는, 선형 배열된 복수의 개구(linearly-arranged multiple openings)를 통해 증발 재료를 증발시키는 증발원이 구비되어 있다(특허문헌 1). 그리고, 대형 기판에 대해, 증발원과 기판을 상대적으로 이동시키면서 증발 재료를 증착함으로써, 비교적 균일한 막 두께를 갖는 박막을 형성하고 있다. 최근, 고가의 유기 재료의 활용성을 향상시킴으로써 제조 비용의 절감과, 고속 성막에 의한 높은 생산성을 요구하고 있다. 이러한 요구들은 증발원과 기판 사이의 거리를 줄임으로써 충족되고 있다. 그러나, 이러한 타입의 장치에서는, 라인 형상의 2개의 증발원을 나열하여 동시 증착을 수행하는 경우에, 균질의 박막을 형성하는 것이 용이하지 않다. 이것은, 증착한 증발 재료의 혼합비가 막 두께 방향에서 변화되기 때문이다(상세한 것은 도 5를 이용하여 후술함).
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 선형 형상의 복수의 증발원을 이용하여 증발 재료를 혼합 및 증착할 때, 막 두께 방향에서, 증발 재료의 혼합비가 일정해지는 균질의 박막을 형성할 수 있는 진공 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 따른 진공 증착 장치는, 증발 재료(vaporization material)를 각각 내부에 수용하고, 복수의 방출 구멍이 선형적으로 배치되어 있는 복수의 증발 용기(a plurality of vaporization containers)가 복수의 방출 구멍의 배치 방향과 평행하게 배치된다. 증발 용기는 각각 증발 재료를 가열하여 기화 또는 승화시키고, 각 증발 재료의 증기는 복수의 방출 구멍을 통해 방출된다. 또한, 증발 재료는, 상기 복수의 방출 구멍의 배치 방향에 수직인 방향으로 기판 및 상기 증발 용기를 상대적으로 이동시켜, 기판 전면(entire surface) 상에 상기 증발 재료를 혼합하여 증착시킨다. 본 장치는 증발 용기에 대해 등후면(equal-thickness surfaces)이 각기 산출되고, 등후면 각각은 대응하는 증발 용기의 방출 구멍으로부터 방출되는 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일하다. 또한, 증발 용기는 등후면 각각의 접촉 포인트가 기판의 증착면에서 모두 일치하도록 배치되고, 접촉 포인트 각각은 대응하는 등후면이 기판의 증착면에 접한다.
상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 따른 진공 증착 장치는 다음의 특징을 가진 제 1 발명에 기재된 진공 증착 장치를 제공한다. 증발 용기가 증발 용기로부터 돌출되는 노즐을 갖고, 노즐을 관통하여 방출 구멍이 마련되는 경우, 증발 용기를 수직으로 세워서 배치하고, 등후면 각각의 접촉 포인트가 기판의 증착면에서 모두 일치하도록 노즐을 기울여 배치한다. 여기서, 각각의 접촉 포인트는 대응하는 등후면이 기판 표면과 접촉함을 표시한다.
상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 따른 진공 증착 장치는 다음의 특징을 가진 제 1 및 제 2 발명에 기재된 진공 증착 장치를 제공한다. 증발 용기 내부에 증기가 통과하는 복수의 통과 구멍을 갖는 정류판을 설치한다. 또한, 복수의 방출 구멍의 배치 방향에서의 단위 길이당의 컨덕턴스에 대하여, 통과 구멍에 의한 컨덕턴스를, 상기 방출 구멍에 의한 컨덕턴스와 비례하도록 한다.
제 1 및 제 2 특징에 의하면, 기판면에 접하는 등후면(equal-thickness)의 접촉 포인트가 기판 상에서 서로 일치하도록 증발 용기를 배치하였다. 여기서, 각 등후면은, 대응하는 증발 재료의 증기의 단위 시간당의 증착량이 동일함을 나타낸다. 이것은 증발 재료의 혼합비가 실질적으로 동일한 균질의 박막을 형성할 수 있게 한다. 그 결과, 보다 고품질의 유기 EL 소자를 제조할 수 있다.
제 3 특징에 의하면, 증발 용기 내부에 복수의 통과 구멍(multiple passage holes)을 갖는 정류판(current plate)을 마련하고, 증발 용기의 길이 방향(longitudinal direction)에서의 단위 길이당 컨덕턴스에 대해, 통과 구멍에 의한 컨덕턴스를, 방출 구멍(release holes)에 의한 컨덕턴스와 비례하도록 하였다. 선형의 증발 용기에서의 증발 재료의 증발 상태가 길이 방향(복수의 방출 구멍의 배치 방향)에서 변화되더라도, 길이 방향에서의 증발 재료 각각의 증기 분포를 제어시킬 수 있다. 따라서, 대형 기판에 대해서도, 길이 방향에서의 박막의 보다 균일한 막 두께 분포를 달성할 수 있다. 그 결과, 균질하고 균일한 특성의 소자가 형성된다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 예시적 실시 형태를 나타내는 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 선형 형상의 증발원의 일례를 나타내는 단면도,
도 3(a)는 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 증발 용기의 가열 메카니즘 및 제어 메카니즘의 구성을 설명하는 도면이고, 도 3(b)는 그 구성의 변형예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 진공 증착 장치의 증발 용기의 구성의 일례를 나타내는 도면으로서, (a)는 그 길이 방향에서의 증발 용기의 단면도, (b)는 증발 용기의 평면도, (c)는 증발 용기 내부의 정류판의 평면도,
도 5(a)는 2개의 증발원의 일반적인 배치 방법을 설명하는 도면, (b)는 그 경우의 반송 방향의 어떤 위치에서의 증착량의 프로파일을 나타내는 그래프,
도 6(a)는 본 발명에 따른 진공 증착 장치에서의 2개의 증발원의 배치 방법을 설명하는 도면, 도 6(b)는 그 경우의 반송 방향의 어떤 위치에서의 증착량의 프로파일을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 진공 증착 장치에서의 3개의 증발원의 배치 방법을 설명하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 진공 증착 장치에서의 선형 형상의 증발원의 다른 예(실시예 2)를 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 진공 증착 장치에서의 2개의 노즐 부착 증발원의 배치 방법을 설명하는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 진공 증착 장치에서의 3개의 노즐 부착 증발원의 배치 방법을 설명하는 도면.
본 발명에 따른 진공 증착 장치의 실시 형태에 대해 도 1~도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 실시예 1의 진공 증착 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 도 1은 진공 증착 장치의 기판의 반송 방향에 수직인 면에 따른 단면을 나타내고 있다. 실시예 1의 진공 증착 장치는 유기 EL 소자를 형성하는 인라인 시스템(inline system)의 일부(진공 증착 장치 부분)로서 인스톨되어 있다. 따라서, 이하 일례로서 유기 EL 소자의 유기 박막의 형성을 예로 들고 설명하지만, 실시예 1의 진공 증착 장치는, 이것에 한정되지 않으며, 금속 재료에 의한 금속 박막의 형성, 절연 재료에 의한 절연 박막의 형성 등에도 적용 가능하다. 또한 실시예 1의 진공 증착 장치는, 하나의 증발 재료만을 이용한 증착뿐만 아니라, 복수의 증발 재료를 이용한 증착(다원 동시 증착; 증발 재료가 2개인 경우에는, 공증착(co-deposition)이라고도 부름)에도 적용 가능하다.
인라인 시스템은 복수의 처리 장치(예컨대, 진공 증착 장치 등)를 포함한다. 전체 시스템은 복수의 기판이 연속적으로 반송되는 진공 챔버에 의해 구성되어 있고, 각 기판에 대해서는 유기 EL 소자 형성을 위한 처리(예컨대, 유기 박막인 발광층의 형성, 금속 박막인 전극의 형성 등)가 연속적으로 실시되고 있다. 이들 처리는 기판을 대기측으로부터 진공 챔버 내로 반입하거나, 진공 챔버로부터 기판을 반출하거나 하는 반입 챔버 및 반출 챔버와 같은 구성이 필요하다. 이러한 구성은 공지되어 있는 기술이기 때문에, 여기서는 도시를 생략한다.
유기 EL 소자의 유기 박막을 형성하는 진공 증착 장치에서는, 예컨대, 도 1에 나타낸 바와 같이, 진공 챔버(1)가, 밸브(2)를 통해서, 진공 펌프(3)에 접속되어 있고, 진공 챔버(1)의 내부가 높은 진공 상태로 배기되게 되어 있다. 유기 박막이 증착되는 기판(4)은 도시하지 않은 트레이(tray)의 중심에 위치하고 있다. 구동원(5)에 의해 구동되는 반송 롤러(6)의 회전으로 인해, 도 1의 앞측으로부터 다른 측을 향해 기판(4)이 트레이와 함께 반송된다. 실시예 1에서는, 후술하는 증발원(20)을 소정 위치에 고정하고, 기판(4)을 이동시키고 있지만, 기판(4)을 어떤 위치에 고정하고, 증발원(20)을 이동시킬 수도 있음을 유의해야 한다.
기판(4)의 통로 아래에는, 증발 재료(7)가 수용된 증발 용기(8)와, 증발 용기(8)의 주위에 배치된 가열용 히터(9) 등을 갖는 증발원(20)이 배치되어 있다. 이 증발원(20) 각각은, 기판(4)의 반송 방향에 수직인 수평 방향(이후, 기판(4)의 광폭 방향(broad width direction)이라 함)으로 길고, 그 길이가 기판(4)의 광폭 방향에서의 길이와 동일하거나 약간 긴 선형 형상의 증발원으로서 형성된다. 다원 동시 증착(multi-source simultaneous deposition)의 경우에는, 후술하는 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 증발원(20)을 기판(4)의 광폭 방향과 평행하게 병립하여 배치하고 있다.
증발 용기(8)의 위쪽에는, 증발 용기(8)로부터 증발되는 대응 증발 재료(7)의 증발 속도(vaporization rate)를 검출하기 위한 증발 속도 검출기(10)(예컨대, 수정 모니터 헤드 등)이 마련되어 있다. 이 증발 속도 검출기(10)는 증발 속도 제어기(11)에 접속되어 있다. 증발 속도 제어기(11)는, 증발 속도 검출기(10)에서 검출된 증발 속도에 근거하여 증발 속도가 미리 설정한 값으로 되도록 가열 전원(12)으로의 제어 출력을 제어한다. 가열 전원(12)은, 제어 출력에 근거하여 제어된 전력을 히터(9)에 공급하여, 증발 속도가 일정하도록 하고 있다. 여기서, 전술한 제어는 증착시의 온도 제어로서 언급된다. 한편, 증발 용기(8)의 온도가 증발 온도에 도달하기까지의 온도 제어, 즉, 승온 제어의 경우는, 가열 전원(12)을 제어하기 위한 제어 수단을, 증발 용기(8)의 바닥부에 마련된 열전대(thermocouple)와 온도 제어기(모두 도시하지 않음)로 전환하여 그 온도를 제어하고 있다. 다원 동시 증착의 경우에는, 개별 증발원(20) 각각에는 전술한 가열 메카니즘 및 제어 메카니즘이 마련되어 있다.
전술한 바와 같이, 증발 속도 검출기(10), 증발 속도 제어기(11), 가열 전원(12) 및 히터(9)를 이용하여 각 증발 용기(8)를 가열할 때에는, 가열 용기(8) 내에 수용된 증발 재료(7)를 기화하거나 또는 승화시킨다. 그 후, 후술하는 복수의 방출 구멍(13)을 통해 증발 재료(7)의 증기를 일정한 증발 속도로 방출시키고 있다. 복수의 방출 구멍(13)의 배치 방향은 기판(4)의 광폭 방향과 동일하다. 기판(4) 및 증발원(20)은, 광폭 방향에 수직인 방향 및 방출 구멍(13)이 배열되는 방향으로 상대 이동하도록 되어 있다. 이에 따라, 기판(4) 전면에는 각 증발원(20)으로부터 증발된 증발 재료(7)가 혼합되어 증착되게 된다.
다음으로, 증발원(20)의 구성에 대해 도 2~도 4(c)를 이용하여 상세히 설명한다.
도 2는 선형의 증발원의 길이 방향에 수직인 면에 따른 실시예 1의 증발원의 단면도이다. 다원 동시 증착의 경우, 각 증발원은 동일한 구성을 가진다.
증발원(20) 내부에 배치된 증발 용기(8)는, 기판(4)의 광폭 방향으로 연장되고, 기판(4)의 광폭 방향의 길이와 동일하거나 또는 약간 긴 길이로 연장된다. 증발 용기(8)의 상면(기판(4)측의 면)에는 복수의 방출 구멍(13)이 마련되어 있다. 방출 구멍(13)과 증발 용기(8) 내부의 증발 재료(7) 사이에는, 복수의 통과 구멍(18)을 갖는 정류판(14)이 배치되어 있다. 상세한 것은 후술하는 도 4(a)~(c)를 이용하여 설명할 것이며, 방출 구멍(13)과 통과 구멍(18)의 길이 방향의 배치 위치는, 증발 재료(7)의 증착에 의해 형성되는 박막의 막 두께 분포가 기판(4)의 광폭 방향에서 균일하게 되도록 배치되어 있다.
증발 용기(8)의 설치 및 분리, 및 방출 구멍(13)의 배치를 위해서, 히터(9)는 증발 용기(8)의 상부에 배치되지 않는다. 따라서, 방출 구멍(13)의 온도 저하를 보상하기 위해서, 방출 구멍(13)측에 히터(9)를 조밀하게 배치하고, 아래측(증발 재료(7)측)상에 히터(9)를 듬성듬성 배치하고 있다. 이러한 배치는 방출 구멍(13)의 온도 저하를 방지하여, 증발 재료(7)에 의한 방출 구멍(13)의 증발 재료(7)의 막힘(clogging)을 회피하고 있다. 또 히터(9) 및 가열 전원(12)에 대해서는 후술하는 도 3(a) 및 (b)를 이용하여 후술한다.
또한, 방출 구멍(13)의 바로 위의 부분을 제외한 히터(9)의 외주 전면에 복사 방지판(radiation preventive plate)(15)을 배치하고 있다. 이 복사 방지판(15)은 증발 용기(8)의 보온과 균열화(均熱化)의 기능을 행하고 있다. 또한, 복사 방지판(15)의 외주는 수냉 쟈켓(water-cooling jacket)(16) 및 방열판(heat insulating plate)에 의해 덮어져 있다. 수냉 쟈켓(16)은 내부에 냉각수용 통로(도시하지 않음)을 갖고, 냉각수에 의해 냉각된다. 방열판(17)은, 방출 구멍(13)의 배치 위치에 대응하는 위치에 개구부(17a)를 갖고, 수냉 쟈켓(16)의 상부 개구부와 접하고 있다. 수냉 쟈켓(16)과 방열판(17)은 진공 챔버(1)와 기판(4)으로의 열 복사를 방지하도록 기능한다. 방열판(6)으로는 알루미늄과 같은 열 전도율이 높은 재료가 적합하다. 방열판(6)의 개구부(17a)는, 증발 재료(7)의 증기와의 부착을 회피하기 위해서, 기판(4) 쪽으로 넓어지게 되는 테이퍼 형상(tapered shape)으로 각각 형성됨을 유의해야 한다.
다음으로, 증발 용기(8)에서의 가열 메카니즘 및 제어 메카니즘의 구성에 대해 도 3(a)를 참조하여 설명한다. 도 3(a)는 실시예 1의 가열 메카니즘 및 제어 메카니즘의 구성을 설명하는 도면이다.
증발 용기(8)의 방출 구멍(13)은 증착되는 기판(4)에 대해 노출되어 있다. 이에 따라, 아무런 대책이 이루어지지 않으면, 방출 구멍(13) 근방의 온도는 증발 용기(8) 내부보다 낮아진다. 게다가, 증발 용기(8)가 길어지면, 길이 방향에서 온도 변화가 발생하기 쉽다. 이들의 대책으로서, 특허문헌 1에는, 복수의 온도 제어 수단을 길이 방향으로 분할하여 마련하고, 분할된 영역 각각에 대해 증발 속도 제어를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 실제로는, 분할된 영역 각각에 대해 증발 속도를 검출하여, 히터의 온도를 제어하는 것이 매우 어려워, 당해 방법은 복잡한 구조를 필요로 한다.
이를 해결하기 위해서, 실시예 1에서는, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 증발 용기(8)를 가열하는 가열 메카니즘을 하나의 가열 전원(12), 하나의 히터(9)로 형성하고, 이에 따라 제어 기구를 하나의 증발 속도 검출기(10), 하나의 증발 속도 제어기(11)로 형성하고 있다. 이러한 방식으로, 가열 메카니즘 및 제어 메카니즘이 단일 시스템(single system)으로서 제공된다. 히터(9)는 증발 용기(8)의 외측면을 나선으로 감은 하나의 열선으로 형성된다. 증발 용기(8)의 상부(방출 구멍(13)측) 둘레를 조밀하게 히터(9)를 감고, 증발 용기의 하부(증발 재료(7)측) 둘레를 듬성듬성 히터를 감음으로써, 히터(9)의 간격을 증발 재료(7)측보다 방출 구멍(13)측에서 조밀하게 배치되도록 히터(9)가 배치된다. 이러한 구성은 단일 시스템 가열 제어를 가능하게 한다. 따라서, 간편하고 장시간에 걸쳐 안정하게 증발 속도를 제어하는 것이 가능해져, 균일한 막 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있어, 안정한 특성의 소자를 형성할 수 있다.
한편, 히터(9)는 증발 용기(8)의 외측면을 복수회 감겨져 있으므로, 필요로 하는 전장(overall length)이 사용 가능한 히터 길이를 초과하는 경우, 하나의 히터는 충분한 출력을 제공할 수 없게 된다. 그러한 경우에는 복수의 히터가 사용될 수도 있다. 단, 복수의 히터를 사용할 때에는, 증발 용기(8)의 외측면 둘레에 히터가 동일하게 감겨져 있다. 예컨대, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 상부측에 조밀하게 감겨진 히터(9a)와, 하부측에 듬성듬성 감겨진 히터(9b)의 2개의 히터를 이용할 수 있다. 이 경우, 히터(9a, 9b)를 병렬 또는 직렬로 접속하여, 하나의 가열 전원(12)을 이용해서 전력을 공급한다. 이 구조도 또한 단일 시스템 가열 제어를 가능하게 한다. 따라서, 간편하고 장시간에 걸쳐 안정하게 증발 속도를 제어하는 것이 가능해져, 균일한 막 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있어, 안정한 특성의 소자를 형성할 수 있다.
일반적으로, 히터가 동일한 길이이더라도, 각각의 히터는 저항이 상이하다. 따라서, 복수의 히터를 이용하면 상이한 전력을 필요로 한다. 그러나, 예컨대, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 증발 용기(8)의 외측면 주위를 히터(9a, 9b)로 감음으로써, 히터(9a, 9b) 모두는 증발 용기(8)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 히터를 사용하는 경우이더라도, 히터(9a, 9b)의 차이에 의한 가열의 영향은 증발 용기(8)의 길이 방향에는 나타나지 않는다. 이 때문에, 증발 용기(8)의 길이 방향의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
다음으로, 실시예 1에서의 방출 구멍(13)과 정류판(14)의 통과 구멍(18)의 배치에 대해 도 4(a)~(c)를 참조하여 설명한다. 도 4(a)는 증발 용기(8)의 길이 방향의 단면도이다. 도 4(b)는 증발 용기(8)의 평면도이다. 도 4(c)는 정류판(14)의 평면도이다. 이하의 설명에서는, 증발 재료(7) 자체로부터 증발하는 증기의 양을 「증발량」이라 부르고, 그 이외의 증기의 양, 예컨대, 방출 구멍(13)과 통과 구멍(18)에서의 증기의 양을 「증기량」이라 불러, 그들간의 구분을 명확히 하고 있다.
복수의 방출 구멍(13)은 증발 용기(8)의 상면(기판(4)측의 면)에, 증발 용기(8)의 길이 방향을 따라 선형적으로 형성되어 있다. 방출 구멍(13) 모두는 동일 직경의 원형(동일 면적)으로 이루어진다. 방출 구멍(13)은 그들간의 간격을 증발 용기(8)의 길이 방향의 중심으로부터 양 단부를 향해 조밀하게 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 방출 구멍(13)에 의한 컨덕턴스가 증발 용기(8)의 양 단부측을 향해 커지게 된다. 예컨대, 도 4(b)에서 방출 구멍(13)간의 간격이 양단측으로부터 중심으로 향해 각각, W11, W12, W13, W14라고 가정하면, 중심 근방에서의 간격 W13과 W14는 동일하고, 간격 W11, W12, W13, W14는 중심으로부터 양 단측으로 감에 따라 W14≒W13>W12>W11의 관계를 가진다.
증발원(20)은 선형 형상의 증발원이다. 따라서, 기판(4)의 막 두께 분포에 대해서는, 그 광폭 방향에서의 막 두께 분포를 고려해야 한다. 선형 형상의 증발원(20)은 다수의 점 증발원(many point vaporization sources)을 배치함으로써 얻어진다고 가정할 수 있다. 이 때문에, 기판(4)의 광폭 방향에서, 선형 형상의 증발원(20)에 의해 막의 두께 분포는 다수의 점 증발원으로부터의 증기량의 기하학적인 중첩에 근거하여 산출될 수 있다. 이것을 이용하여, 기판(4)의 광폭 방향의 막 두께 분포가 균일하게 되도록, 증발원(20) 상에 가정한 각 점 증발원에 필요한 증기량을 구한다. 구한 증기량에 근거하여, 증발 용기(8)의 상면에서의 단위 길이당 컨덕턴스를 구한다. 단위 길이당 컨덕턴스를 산출하면, 각 방출 구멍(13)의 컨덕턴스는 방출 구멍(13)의 직경 및 길이와, 증발한 분자의 평균 속도에 근거하여 구할 수 있다(예컨대, 토미나가 고로우, 구마가이 히로오, 「진공의 물리와 응용」, 쇼카보 출판사, 1970년 등 참조). 따라서, 증발 용기(8)의 길이 방향에서의 방출 구멍(13)간의 배치 간격이 계산될 수 있다.
그리고, 증발 용기(8)의 길이 방향에 있어서의 방출 구멍(13)간의 배치 간격의 계산은 이하와 같이 이루어진다. 기판(4)의 광폭 방향의 막 두께 분포를 균일하게 하기 위해서는, 중심측의 방출 구멍(13)간의 배치 간격보다, 양단측의 방출 구멍(13)간의 배치 간격을 조밀하게 해야 한다(즉, 단위 길이당 컨덕턴스를 중심측보다 양단측을 크게 해야 한다). 따라서, 실시예 1에서는, 전술한 바와 같이, 간격은 W14≒W13>W12>W11의 관계를 갖는다. 이러한 방출 구멍(13)의 배치 간격은 방출 구멍(13) 바로 아래의 증발 재료(7)의 증기량이 균일한 것을 전제로 하고 있음을 유의해야 한다. 그러나, 실제로는, 증발 재료(7) 자체의 단위 길이당 증발량이 균일하더라도, 증기의 확산은 방출 구멍(13) 바로 아래의 양 단측에서의 증발 재료(7)의 증기량을 감소시킨다. 따라서, 방출 구멍(13)의 배치 간격을 양단측에서 조밀하게(또는 양단측에서 컨덕턴스를 크게) 하더라도, 증발 용기(8)의 양단측에서의 증기량은 예상량보다 적다. 이것은 기판(4)의 광폭 방향의 막 두께 분포의 개선을 방해하고 있다.
또한, 증발 용기(8)가 긴 경우에, 증발 용기(8)의 온도 변화 및/또는 증발 재료(7) 자체의 상태 변화는, 증발의 상태가 크게 변화되어, 증발 용기(8)의 길이 방향에서의 증발량이 불균일하게 될 수도 있다. 특히, 증발 재료(7)가 유기 재료인 경우에는, 그 재료의 상태는 온도 변화에 의해 크게 변화되게 된다. 그러한 경우, 증발량은 길이 방향에서 불균일하게 되고, 게다가 증발 재료(7)는 증발 재료(7)의 소비에 따라 불균일해지게 된다. 그 결과, 길이 방향에서의 증발량이 더욱 불균일해지게 된다.
이것을 해결하기 위해서, 실시예 1에서는, 증발 용기(8)의 내부에 증발 재료(7)의 증기가 통과하는 복수의 통과 구멍(18)을 갖는 정류판(14)을 마련하여, 방출 구멍(13) 바로 아래의 증발 재료(7)의 증기량을 균일하게 하고 한다. 이러한 구성에 의해, 증발 재료(7)의 증발량이 길이 방향에서 불균일해지는 것을 조절할 수 있다. 여기서, 정류판(14)의 구성에 대해 도 4(c)를 참조하여 설명한다.
정류판(14)은, 증발 용기(8)측의 내부에서 방출 구멍(13)측과 증발 재료(7)측을 분리하도록, 방출 구멍(13)과 증발 재료(7) 사이에 배치되어 있다. 복수의 통과 구멍(18)은, 정류판(14)을 관통하도록 마련되어 있고, 정류판(14)의 길이 방향에서 연장되는 2개의 직선 형상으로 나열되도록 형성되어 있다. 통과 구멍(18) 모두는 원형의 동일 직경(동일 면적)을 갖는다. 통과 구멍(18)은 그들간의 간격을, 정류판(14)의 길이 방향의 중심으로부터 양 단부를 향해서 더 조밀해지도록 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 통과 구멍(18)에 의한 컨덕턴스를 방출 구멍(13)에 의한 컨덕턴스와 비례하도록 하고 있다. 예컨대, 도 4(c)에서는, 통과 구멍(18)간의 간격을 양단측으로부터 중심측으로 향하여 W21, W22, W23, W24, W25이고, 중심 근방의 간격 W23, W24, W25를 서로 동등하고, 중심측으로부터 양단측으로 W25≒W24≒W23>W22>W2l의 관계를 가진다고 가정하고 있다.
통과 구멍(18)은, 이하의 이유로 인해, 증발 재료(7)의 표면에서 보면, 방출 구멍(13)과 통과 구멍(18)이 직선 상에 나열되지 않도록 배치되어 있다. 증발 재료(7)에는, 유기 재료와 같은 범프(splash)되기 쉬운 재료일 수 있다. 전술한 배치는, 그 재료가 범프되는 경우, 범핑에 의해 발생되는 증기가 통과 구멍(18) 및 방출 구멍(13)을 그대로 통과하여 기판(4)에 직접 부착되는 것을 방지한다. 이러한 배치는 범핑에 의해 발생되는 증기가 기판(4)에 직접 부착되는 것을 방지하므로, 제품 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
통과 구멍(18)간의 간격을 균등하게 배치하면, 방출 구멍(13) 바로 아래의 증발 재료(7)의 증기량이 균일해진다고 생각될 수 있다. 그러나, 이것도, 정류판(14) 바로 아래의 증발 재료(7)의 증기량이 균일하다는 것을 전제로 하는 것이다. 실제로, 정류판(14) 바로 아래에서, 증발 용기(8)의 양단측에서의 증발 재료(7)의 증기량도 감소한다. 따라서, 정류판(14)의 양단측에서 통과 구멍(18)을 통과하는 증기량은 추정된 양보다 적다. 그 결과, 방출 구멍(13)의 배치 간격을 양단측에서 조밀하게(또는 양단측에서 컨덕턴스를 크게) 하더라도, 증발 용기(8)의 양단측에서 방출 구멍(13)을 통과하는 증기량은 추정된 양보다 적다. 이것은, 기판(4)의 광폭 방향에서의 막 두께 분포의 개선을 저해하고 있다. 또한, 증발 용기(8)의 온도 변화, 증발 재료(7)의 상태 변화, 및/또는 증발 재료(7)의 불균일이 있는 경우에는, 증발 재료(7)의 증발량이 그 길이 방향에서 불균일하게 된다. 그 결과, 기판(4)의 광폭 방향의 막 두께 분포가 악하된다.
따라서, 통과 구멍(18)간의 배치 간격은 기본적으로는 방출 구멍(13)간의 배치 간격과 같은 방법으로 구해진다. 예컨대, 방출 구멍(13) 바로 아래에서의 증기량이 균일해지도록, 정류판(14) 상의 가정한 각 점 증발원에 필요한 증기량을 구한다. 구한 증기량에 근거하여, 정류판(14)의 상면에서의 단위 길이당 컨덕턴스를 구한다. 그리고, 구한 단위 길이당 컨덕턴스 및 통과 구멍(18) 각각의 컨덕턴스에 근거하여, 정류판(14)의 길이 방향에서의 통과 구멍(18)간의 배치 간격을 계산한다. 정류판(14)의 길이 방향에서의 통과 구멍(18)간의 배치 간격은 이하와 같다. 방출 구멍(13) 바로 아래에서의 증기량을 균일하게 하기 위해서는, 중심측 상의 통과 구멍(18)간의 배치 간격보다, 양단측에서의 통과 구멍(18)간의 배치 간격을 더 조밀하게(즉, 단위 길이당 컨덕턴스를 중심측보다 양단측에서 크게) 해야 한다. 이러한 이유로 인해, 실시예 1에서는, 전술한 바와 같이, W25≒W24≒W23>W22>W21의 관계의 간격을 갖는다. 따라서, 방출 구멍(13)간의 배치 간격과 통과 구멍(18)간의 배치 간격은 동일한 배치 경향을 가지게 된다. 이에 의해, 길이 방향에서의 단위 길이당 컨덕턴스에 대하여, 통과 구멍(18)에 의한 컨덕턴스가 방출 구멍(13)에 의한 컨덕턴스와 비례하게 된다.
전술한 도 4(b)에 있어서, 증발 용기(8)에서의 단위 길이 당 컨덕턴스를 변경하기 위해서, 동일 직경의 방출 구멍(13)의 배치 간격을 변경하고 있다. 그러나, 방출 구멍(l3)간의 배치 간격을 일정한 길이로 고정할 수 있어, 대신에, 방출 구멍(13)의 크기를 변경하여 단위 길이당 컨덕턴스를 변경시킬 수 있다.
전술한 도 4(c)에 있어서, 정류판(14)에서의 단위 길이당 컨덕턴스를 변경하기 위해서, 동일 직경의 통과 구멍(18)의 배치 간격을 변경하고 있다. 그러나, 통과 구멍(18)간의 배치 간격을 일정한 길이로 고정할 수 있어, 대신에, 통과 구멍(18)의 크기를 변경하여 단위 길이당 컨덕턴스를 변경시킬 수 있다.
또한, 전술한 도 4(b), (c)에 있어서, 방출 구멍(13) 및 통과 구멍(18)은 각각 원형이지만, 사각형, 타원, 직사각형 등일 수도 있다. 게다가, 1개의 방출 구멍(13)은 2개의 통과 구멍(18)과 연관되어 있지만, 1개 또는 다수(3개 이상)의 통과 구멍(18)과 연관될 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 증발 용기(8)의 내부에 정류판(14)을 마련하고, 증발 용기(8)의 방출 구멍(l3) 및 정류판(14)의 통과 구멍(18)을 전술한 위치 관계를 갖도록 배치한다. 이에 따라, 방출 구멍(13) 바로 아래에서의 증발량을 균일하게 할 수 있어, 중심측에서의 증기 흐름량에 비해 각 양단측에서의 증기 흐름량을 차례대로 증가시킬 수 있다. 이것은, 기판(4)의 양 단부에서의 막 두께의 저하를 억제하여, 기판(4)의 광폭 방향에서의 막 두께 분포를 보다 균일하게 한다. 그 결과, 원하는 균일한 막 두께 분포를 갖는 박막을 얻을 수 있다.
또한, 실시예 1의 진공 증착 장치에서는, 다원 동시 증착에 의해 증착된 박막의 혼합비가 막 두께 방향에서 일정하게 되도록, 각 증발원을 후술하는 도 6(a) 또는 도 7에 나타내는 바와 같이 배치하고 있다. 도 5(a)는 2개의 증발원의 일반적인 배치 방법을 설명하는 도면이고, 도 5(b)는 그 배치에 관한 반송 방향의 어떤 위치에서의 증착량의 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 6(a)는 실시예 1에 따른 2개의 증발원의 배치 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6(b)는 그 배체에 관한 반송 방향의 어떤 위치에서의 증착량의 프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 7은 실시예 1에 따른 3개의 증발원의 배치 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5~도 7에서는, 간략한 설명을 위해서, 기판 및, 증발원 내부의 증발 용기만을 나타내고 설명함을 유의해야 한다.
도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 증발원(증발 용기)가 2개인 경우, 일반적으로는, 증발 용기(8a, 8b)의 방출 구멍(13a, 13b) 의 중심으로부터의 법선 La, Lb가, 기판(4)의 증착면에서 일치하도록, 증발 용기(8a, 8b)를 기울여 배치하고 있다. 이러한 배치의 경우, 증발 용기(8a, 8b)의 등후면(equal-thickness surfaces)은, 등후면(19a, 19b) 각각이, 방출 구멍(13a, 13b) 중 대응하는 하나의 방출 구멍으로부터 방출되는 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량과 동일해지게 계산된다. 특히, 기판(4)의 증착면과 법선 La, Lb가 교차하는 위치(도 5(a)에서는, 장치 중앙을 나타내는 중앙선 C와도 교차하는 위치)에서 등후면(19a, 19b)이 교차하고 있다.
코사인 법칙에 따르면, 이 등후면(19a, l9b)은 이상적으로는 구 형상이거나 타원 형상이다(예컨대, 아사마키 다츠오, 박막 제작의 기초, 일간 공업 신문사, 2005년 등 참조). 도 5(a)의 경우에는, 등후면(19a, 19b)은 타원 형상으로 도시되어 있다. 또한, 등후면(19a, 19b)은 비눗방울이 부풀어오르면서 얇아지는 모양과 유사하다. 등후면(19a, 19b)은 동일한 막 두께의 부착이 발생되는 위치를 나타내고 있다. 증발 용기(8a, 8b)가 다른 혼합비(증착량 또는 막 두께의 상이한 비)이더라도, 등후면은 동일한 모양과 크기를 갖도록 도시된다. 예컨대, 이것은, 등후면(19a)이 100㎚의 막 두께를 나타내고, 등후면(19b)이 1㎚의 막 두께를 나타내며, 이에 따라 혼합비가 100:1인 막이 형성되는 것을 의미한다.
도 5(a)로부터는, 등후면(19a, 19b)이 각 증발 용기(8a, 8b)로부터 넓어지고, 기판(4) 상에서 교차하기 전에 기판(4)에 접하는 것을 알 수 있다. 기판(4)에 최초로 접하는 등후면(19a, 19b)의 위치는 증발 용기(8a, 8b)로부터 침착되는 막 두께가 최대로 되는 위치이다.
기판(4)의 높이 방향에서, 반송 방향 T의 각 위치에서의 침착량의 측정은 이하와 같이 나타내어진다. 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 각 증발 재료의 증기에 의한 증착량은 서로 다른 위치에서 그들의 최대값을 가진다. 피크로서의 그들 위치에 대해서, 증착량 각각은 거의 대칭적으로 감소하고 있다. 도 5(b)는, 증발 용기(8a, 8b)와 기판(4)간의 거리를 1로 하고, 반송 방향의 거리를 4로 한 범위 내에서의 증착량(막 두께 대응)을 나타내는 그래프이다. 증발 용기(8a, 8b)로부터의 증착량은 서로 다르지만, 비교하기 쉽게 하기 위해서, 그들의 최대 증착량을 동일하게 나타내고 있다. 도 5(b)로부터 명백한 바와 같이, 성막된 전체막의 혼합비가 동일하더라도, 반송 방향의 어떤 위치에서 혼합비가 어긋나 있고, 그 어긋난 편차량이 크다.
기판(4)은 반송 방향 T로 이동하면서 동시 증착된다. 따라서, 도 5(b)에 나타내는 프로파일은 동시 증착에 의해 형성된 박막의 막 두께 방향의 혼합비에 대응하고, 어긋나는 혼합비는 증착된 박막의 막 두께 방향에서, 증착한 증발 재료의 혼합비가 변화되는 것을 나타낸다. 이 때문에, 당해 막은 균질한 박막이라고 하지 못한다. 최근, 고가의 유기 재료의 높은 사용 효율에 의한 제조 비용 절감과, 고속 성막에 의한 높은 생산성이 요구되고 있다. 이러한 요구는 증발원과 기판 사이의 거리를 줄임으로써 충족된다. 이것은 혼합비의 편차량이 더욱 커지게 한다. 등후면은 실제로 거의 구 형상이기 때문에, 혼합비의 편차량은 더욱더 현저해진다.
한편, 실시예 1에서는, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 증발원(증발 용기)가 2개인 경우(2원 동시 증착의 경우)에는, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b)의 접촉 포인트가 기판(4)의 증착면에서 일치하도록, 증발 용기(8a, 8b)를 기울여 배치하고 있다. 예컨대, 유기 EL 소자의 발광층을 형성하기 위해서는, 증발 재료로서의 호스트 재료와 형광 재료를 혼합하여 증착해야 한다. 그 경우에는, 호스트 재료와 형광 재료의 혼합비에 따라 등후면(19a) 및 등후면(19b)을 연산한다. 여기서, 등후면(19a)은 방출 구멍(13a)으로부터 방출된 호스트 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일한 것을 의미하고, 등후면(19b)은 방출 구멍(13b)로부터 방출된 형광 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일한 것을 의미한다. 그 후, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b)의 접촉 포인트가 기판(4)의 증착면에서 서로 일치하도록, 증발 용기(8a, 8b)를 기울여 배치한다.
전술한 등후면(19a, 19b)은, 증발 재료의 종류에 따라, 증발 용기(8a, 8b)의 온도, 위치, 기울기와 같은 파라미터를 이용한 증기 플럭스 분포(vapor flux distributions)의 시뮬레이션으로부터 산출될 수 있다. 예컨대, 하나의 방출 구멍(13)으로부터의 등후면은 방출 구멍(13)을 기점으로 하는 구 형상 또는 타원 형상(단면은 원 또는 타원)의 것이다. 그리고, 복수의 방출 구멍(13a, 13b)을 각 증발 용기(8a, 8b)에서 선형적으로 배치하고 있으므로, 등후면(19a, 19b)은 각각의 복수의 방출 구멍(13a, 13b)의 배치 방향에서, 구 형상 또는 타원 형상의 재료를 부분적으로 중첩함으로써 얻어지는 길게 연속되는(continuously-connected) 구 또는 타원 형상으로서 간주될 수 있다. 즉, 등후면(19a, 19b)은 원 또는 타원의 단면을 갖는 긴 면으로서 간주될 수 있다. 따라서, 복수의 방출 구멍(13a, 13b)의 배치 방향의 임의의 위치에서, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b)의 접촉 포인트가 기판(4)의 증착면에서 서로 일치하는 경우, 복수의 방출 구멍(13a, 13b)의 배치 방향의 모든 위치에서, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b)의 접촉 포인트는 기판(4)의 증착면에서 서로 대략 일치하고 있다고 간주된다.
또, 동일한 조건 하에서, 등후면(19a, 19b)의 크기는, 증발 재료의 종류 또는 막 두께에 관계없이 동일하지만, 증발원과 기판 사이의 거리에 따라 서로 달라진다. 따라서, 증발 속도 검출기(10)와 증발 속도 제어기(11)를 이용하여, 제각기 증발 용기(8a, 8b)로부터의 증착량(증발 속도)을 검출 및 제어함으로써, 원하는 혼합비로 성막할 수 있다. 그렇더라도, 증발 재료의 등후면(19a, 19b)의 크기를 대략 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 중앙선 C에 대해 증발 용기(8a, 8b)를 대칭적으로 배치할 수 있고, 후술하는 도 6(b)에 나타내는 바와 같은 동일 형상에 매우 가까운 증착량의 프로파일을 얻는 것도 가능하다.
그리고, 기판(4)의 높이 방향에서, 반송 방향 T의 각 위치에서의 증착량의 측정은 이하와 같이 나타내어진다. 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 각 증발 재료의 증기에 의한 증착량 모두는 기판(4)의 증착면과 중앙선 C이 교차하는 위치에서 그들의 최대값을 가진다. 이들 위치를 피크로 하여, 증착량은 서로 대칭적으로 감소하고 있다. 중앙선 C의 위치에서의 혼합비는 원하는 혼합비이다. 다른 외치에서의 혼합비는 아주 작은 마진만큼 어긋나 있다. 그렇더라도, 편차량은 도 5(b)의 경우보다 매우 작다. 기판(4)은 반송 방향 T로 이동하면서 동시 증착된다. 따라서, 도 6(b)에 나타내는 프로파일은 동시 증착에 의해 형성된 박막의 막 두께 방향의 혼합비에 대응한다. 이 프로파일은 증착된 박막의 막 두께 방향에서, 증착된 증발 재료의 혼합비의 변화를 현저히 억제할 수 있음을 나타낸다. 요컨대, 실시예 1에서는, 막 두께 방향의 혼합비를 대략 일정하게 유지하여, 균질한 박막을 형성하는 것이 가능하게 되어, 보다 고품질의 유기 EL 소자 등을 제조할 수 있게 된다.
여기서, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b)의 접촉 포인트를, 기판(4)의 증착면에서 일치시키는 것은 이하와 같다. 특히, 도 6(b)을 참조하여 설명하면, 증발 용기(8a)로부터 증발된 증발 재료의 증착량이 기판(4)의 높이 방향에서 최대에 이르는 반송 방향의 위치는, 증발 용기(8b)로부터 증발된 증발 재료의 증착량이 기판(4)의 높이 방향에서 최대에 이르는 반송 방향의 위치와, 기판(4)의 증착면에서 일치하고 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 증발원(증발 용기)가 3개인 경우(3원 동시 증착의 경우)에는, 증발 용기(8a, 8b, 8c)의 방출 구멍(13a, 13b, 13c)의 각 중심으로부터의 법선 La, Lb, Lc은, 기판(4)의 증착면에서 서로 일치되지 않는다. 대신에, 등후면(19a, 19b, 19c)은 각각 증발 용기(8a, 8b, 8c)에 대해 산출된다. 여기서, 등후면(19a, 19b, 18c) 각각은, 방출 구멍(13a, 13b, 13c) 중 대응하는 하나의 방출 구멍으로부터 방출된 증발 재료의 증기의 단위 시간단 증착량이 동일하다. 그리고, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(19a, 19b, 19c)의 접촉 포인트가, 기판(4)의 증착면에서 모두 일치하도록, 증발 용기(8a, 8b, 8c)를 기울여 배치하고 있다.
이러한 구성에 따르면, 2원 동시 증착의 경우에서와 같이, 막 두께 방향의 혼합비를 대략 일정하게 유지하여, 균질한 박막이 형성된다. 이에 의해, 보다 고품질의 유기 EL 소자를 제조할 수 있다. 한편, 유기 EL 소자의 발광층을 3원 동시 증착에 의해 제조하기 위해서는, 양측의 증발 용기(8a, 8b) 내의 재료를 호스트 재료로 하고, 중앙의 증발 용기(8c) 내의 재료를 도펀트(dopant)로서의 형광 재료로 하고 있다.
(실시예 2)
도 2에 나타낸 증발원에 부가하여, 도 8에 나타내는 증발원에도 본 발명을 적용할 수 있다. 그 경우, 다른 구성은, 실시예 1에 나타낸 구성과 동일할 수도 있기 때문에, 여기서는 증발원만을 도시한다. 도 8은 선형 형상의 증발원의 길이 방향에 수직인 면에 따른 단면도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 실시예 2의 증발원(20')은 도 2에 나타낸 증발원(20)과 대략 동일한 구성을 가진다. 그러나, 이러한 구성에서는, 방열판(17)의 상면까지 돌출되는 노즐(21)을 증발 용기(8')의 상면(기판(4)측의 면)에 마련하고, 노즐(21)을 관통하도록 방출 구멍(13)을 마련하고 있다. 노즐(21)에 의해서, 각 방출 구멍(13) 상면의 위치는 그 높이 방향에서 방열판(6)의 상면의 위치와 동일하게 된다. 이것은, 증발 재료(7)의 증기가 방열판(17)에 부착될 가능성을 제거하고 있다. 따라서, 방열판(17)의 개구부(17b)는 테이퍼 형상일 필요는 없으며, 대신에, 방열판(17)을 수직으로 관통하도록 형성하고 있다. 그 외의 구성은 도 2에 나타낸 증발원(20)과 동일하므로, 도 8에서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
또한, 실시예 2에서는, 다원 동시 증착에 의해 증착된 박막의 막 두께 방향의 혼합비를 일정하게 하도록, 도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이 증발원을 배치하고 있다. 도 9는 실시예 2에 따른 2개의 증발원의 배치 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 실시예 2에 따른 3개의 증발원의 배치 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 9 및 도 10에서도, 도면을 간단히 하기 위해서, 기판과 증발원 내부의 증발 용기만을 도시하고 설명하고 있음을 유의해야 한다.
실시예 2에서는, 증발원(증발 용기)가 2개인 경우(2원 동시 증착의 경우)에는, 등후면(24a, 24b)이 각각 증발 용기(8a', 8b')에 대해 산출된다. 여기서, 등후면(8a', 8b') 각각은 노즐(21a, 21b) 중 대응하는 하나의 노즐로부터 방출된 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일하다는 것을 의미한다. 그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(24a, 24b)의 접촉 포인트를 기판(4)의 증착면에서 일치하도록, 증발 용기(8a', 8b')를 수직으로 세워서 배치하고 또한 그들의 노즐(21a, 21b)를 기울이고 있다.
등후면(24a, 24b)은 증발 용기(8a', 8b')에 대해 각각 산출된다. 동일한 조건 하에서, 등후면(24a, 24b)의 크기는 증발 재료의 종류 또는 막 두께에 관계없이 동일하지만, 증발원과 기판 사이의 거리에 따라 달라진다. 따라서, 증발 속도 검출기(10) 및 증발 속도 제어기(11)를 이용하여, 제각기 증발 용기(8a', 8b')로부터의 증착량(증발 속도)을 검출 및 제어함으로써, 원하는 혼합비로 성막할 수 있다. 그렇더라도, 증발 재료의 등후면(24a, 24b)의 크기가 대략 동일한 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 중앙선 C에 대해 증발 용기(8a', 8b')를 대칭적으로 배치할 수 있고, 또한 전술한 도 6(b)에 나타내는 바와 같은 증착량 프로파일도 얻을 수 있다.
실시예 2에서도, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(24a, 24b)의 접촉 포인트를 기판(4)의 증착면에서 일치시키는 것은 도 6(b)를 참조하여 설명한 것과 같은 의미이다. 특히, 증발 용기(8a')로부터 증발된 증발 재료의 증착량이 기판(4)의 높이 방향에서 최대에 이르는 반송 방향에서의 위치를, 증발 용기(8b')로부터 증발된 증발 재료의 증착량이 기판(4)의 높이 방향에서 최대에 이르는 반송 방향에서의 위치와, 기판(4)의 증착면에서 일치시킨다. 이러한 구성에 따르면, 막 두께 방향의 혼합비를 대략 일정하게 유지하여, 균질의 박막이 형성된다. 이에 의해, 보다 고품질의 유기 EL 소자 등을 제조할 수 있다.
또한, 증발원(증발 용기)이 3개인 경우(3원 동시 증착의 경우)에는, 제각기 증발 용기(8a', 8b', 8c')의 노즐(21a, 21b, 21c)의 중심으로부터의 법선 La, Lb, Lc를 기판(4)의 증착면에서 일치시키지 않는다. 대신에, 등후면(24a, 24b, 24c)을 제각기 증발 용기(8a', 8b', 8c')에 대해 산출한다. 여기서, 등후면(24a, 24b, 24c) 각각은, 노즐(21a, 21b, 21c) 중 대응하는 하나의 노즐로부터 방출된 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일하다는 것을 나타낸다. 그리고, 도 10에 도시한 바와 같이, 기판(4)의 증착면과 접하는 등후면(24a, 24b, 24c)의 접촉 포인트가 기판(4)의 증착면에서 모두 일치하도록, 증발 용기(8a', 8b', 8c')를 수직으로 세워서 배치하고 또한 그들의 노즐(21a, 21b, 21c)를 기울이고 있다.
이러한 구성에 따르면, 2원 동시 증착의 경우에서와 같이, 막 두께 방향의 혼합비를 대략 일정하게 유지하여, 균질의 박막이 형성된다. 이에 의해, 보다 고품질의 유기 EL 소자를 제조할 수 있게 된다. 한편, 유기 EL 소자의 발광층을 3원 동시 증착에 의해 제조하기 위해서는, 양측의 증발 용기(8a', 8b') 내의 재료를 호스트 재료로 하고, 중앙의 증발 용기(8c') 내의 재료를 도펀트로서의 형광 재료로 할 수 있다. 실시예 2에서는, 증발 용기(8a', 8b', 8c')를 기울여 배치할 필요가 없어, 용이하게 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 진공 증착 장치는 특히, 증착 대상이 대형 기판인 경우에 적당하고, 또한, 증발 재료가 유기 재료인 경우에도 적합하다.
1 : 진공 챔버 2 : 밸브
3 : 진공 펌프 4 : 기판
5 : 구동원 6 : 반송 롤러
7 : 증발 재료 8, 8a, 8b, 8a', 8b' : 증발 용기
9 : 히터 10 : 증발 속도 검출기
11 : 증발 속도 제어기 12 : 가열 전원
13, 13a, 13b, 13c : 방출 구멍 14 : 정류판
15 : 복사 방지판 16 : 수냉 쟈켓
17 : 방열판 18 : 통과 구멍
20, 20': 증발원 19a, 19b, 19c: 등후면
21, 21a, 21b, 21c: 노즐 24a, 24b, 24c: 등후면

Claims (3)

  1. 증발 재료(vaporization material)를 내부에 수용하고, 복수의 방출 구멍을 선형적으로 배치한 복수의 증발 용기(a plurality of vaporization containers)를, 상기 복수의 방출 구멍의 배치 방향과 평행하게 배치하고,
    상기 증발 용기가 각각 증발 재료를 가열하여 기화 또는 승화시키고, 상기 각 증발 재료의 증기가 상기 복수의 방출 구멍을 통해 방출됨과 아울러, 상기 복수의 방출 구멍의 배치 방향에 수직인 방향으로 기판 및 상기 증발 용기를 상대적으로 이동시켜, 상기 기판 전면(entire surface) 상에 상기 증발 재료를 혼합하여 증착시키는 진공 증착 장치(vaccum vapor deposition apparatus)에 있어서,
    상기 증발 용기의 상기 방출 구멍으로부터 방출되는 상기 증발 재료의 증기의 단위 시간당 증착량이 동일하게 되는 등후면(equal-thickness surfaces)을 상기 증발 용기 각각에 대해 구하고,
    상기 등후면이 상기 기판의 증착면에 접하는 상기 등후면 각각의 접촉 포인트가 상기 기판의 증착면에서 모두 일치하도록 상기 증발 용기를 각각 배치하는
    진공 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발 용기가 상기 증발 용기로부터 돌출되는 노즐을 갖고, 상기 노즐을 관통하여 상기 방출 구멍이 마련되는 경우, 상기 증발 용기를 수직으로 세워서 배치하고, 상기 등후면 각각의 접촉 포인트가 상기 기판의 증착면에서 모두 일치하도록 상기 노즐을 기울여 배치하는 진공 증착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증발 용기 각각은 그 내부에, 증기가 통과하는 복수의 통과 구멍을 갖는 정류판(current plate)을 포함하고,
    상기 복수의 방출 구멍의 배치 방향에서의 단위 길이당의 컨덕턴스에 대하여, 상기 통과 구멍에 의한 컨덕턴스를 상기 방출 구멍에 의한 컨덕턴스와 비례하도록 하는
    진공 증착 장치.
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