KR20110134824A

KR20110134824A - 진공증착장치에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법 및 진공증착용 도가니 장치

Info

Publication number: KR20110134824A
Application number: KR1020110046236A
Authority: KR
Inventors: 겐지 가미카와
Original assignee: 히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-12-15
Also published as: CN102277557B; JP2011256427A; KR101814390B1; CN102277557A

Abstract

(과제)
본 발명은, 증착재료의 열화를 방지하면서, 장기간에 걸친 연속운전을 가능하게 한다.
(해결수단)
도가니 홀더(13) 내에, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를 방사하는 방사열원(21)을, 적외선을 투과 가능한 재질로 이루어지는 가열파 투과관(22)에 내장하여 배치한다. 방사열원(21)으로부터의 가열파를 도가니 본체(12) 내의 증착재료(M)의 표면에 조사하여 가열하여, 증착재료(M)의 표면만을 증발 또는 승화시킨다. 증발 또는 승화된 증착재료(M)가, 가열파 투과관(22)의 표면이나 도가니 본체(12), 도가니 홀더(13)의 내면에 부착되더라도, 가열파에 의하여 가열되어 재증발 또는 재승화된다.

Description

진공증착장치에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법 및 진공증착용 도가니 장치{EVAPORATION AND SUBLIMATION METHOD OF VAPOR DEPOSITION MATERIALS IN A VACUUM VAPOR DEPOSITION APPARATUS, AND CRUCIBLE DEVICE FOR VACUUM VAPORT DEPOSITION}

본 발명은, 진공증착장치(眞空蒸着裝置)에 있어서, 증착재료 또는 유기증착재료를, 열화(劣化)시키지 않고 장기간에 걸쳐서 가열하여 증발, 승화시켜서 진공증착시키는 증착재료의 증발, 승화방법 및 진공증착용 도가니 장치(crucible 裝置)에 관한 것이다.

진공증착을 하는 기판(基板) 등의 양산공정에서는, 증착재료를 장기간 예를 들면 1주일 정도 가열하여 증발, 승화시켜서, 기판 등에 진공증착을 하는 연속운전을 실시하고 있다. 이러한 장시간의 연속운전에서는, 증착재료의 장시간의 가열에 의한 열화를 방지하는 것이 필요하게 된다.

종래에는,

A)증착재료가 열화되기 전에 소비하는 정도의 소량의 재료가 들어간 도가니를 다수 준비하여 두고, 도가니를 순차적으로 교체하면서 연속운전을 하는 것.

B)재료의 감소를 따라 도가니에 재료를 보충하면서 증착작업을 하는 것.

C)펠렛(pellet) 모양으로 형성된 증발재료를, 가열부재에 가압하여 국소적으로 가열함으로써 재료의 국소만을 가열하여 증발 또는 승화시켜서, 다른 부위의 재료의 열화를 방지하는 것 등에 의하여 장시간의 연속운전이 이루어지고 있다.

또 장시간의 연속운전의 대책으로서, 특허문헌1에는, 도가니 내에 가열코일을 배치한 전기저항식의 가열장치를 사용하여, 가열코일과 증착재료가 접근된 상태에서, 증발재료를 가열하여 증발, 승화를 하는 것이 제안되어 있다. 또한 그 이외의 특허문헌에는, 레이저빔(laser beam)에 의하여 증발재료를 가열하여 증발, 승화시키는 것도 많이 제안되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개평1-208452호 공보(도1)

그러나 상기 A)에서는, 진공분위기(眞空雰圍氣)의 증착실 내에 있어서, 도가니의 교체장치가 필요하여 증착장치 전체가 대형으로 된다는 문제가 있었다.

B)에서는, 증발재료의 보충장치가 필요하여 보충제어를 고려하면, 장치가 복잡하게 된다는 문제가 있었다.

C)에서는, 증착재료를 펠렛 모양으로 형성하기 위한 설비와, 펠렛 모양의 증착재료를 가열원에 가압하는 가압장치가 필요하게 되어, 설비비용이 커지게 된다는 문제가 있었다.

또 특허문헌1에서는, 증발, 승화된 증착재료가 고온으로 가열된 가열장치에 접촉되면, 열분해 되어 증착재료의 질을 저하시켜서, 성막(成膜)에 악영향을 끼친다는 문제가 있었다.

또한 레이저빔에 의하여 증착재료를 가열하여 증발, 승화시키는 종래의 예에서는, 증착재료가 도가니의 내면에 부착되어 퇴적되기 쉽다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하여, 증착재료의 열화를 방지하면서 장기간에 걸친 연속운전이 가능한 진공증착장치에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법 및 진공증착용 도가니 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항1에 기재된 발명은,

진공분위기(眞空雰圍氣) 중에서, 도가니 내에 수용된 증착재료(蒸着材料)를 가열하여 증발 또는 승화시켜서, 피증착재의 표면에 증착시키는 진공증착장치(眞空蒸着裝置)에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법으로서,

상기 도가니 내에 배치된 방사가열기(放射加熱器)로부터, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를, 적어도 일부가 적외선을 투과 가능한 재질로 형성된 가열파 투과용기(加熱波透過容器)를 통하여 방사하고,

상기 가열파에 의하여 증착재료의 표면만을 가열하여 증발 또는 승화시키고,

증발, 승화되어 상기 도가니의 내면에 부착된 증착재료를, 상기 가열파에 의하여 가열하여 재증발 또는 재승화시키는 것이다.

청구항2의 발명은, 청구항1에 기재된 구성에 있어서,

상기 도가니를, 증착재료의 증발온도 또는 승화온도 미만으로 제어하고,

상기 가열파 투과용기 내에 냉매유체를 공급하여, 그 표면온도를 증착재료의 분해온도 미만으로 제어하는 것이다.

청구항3의 발명은,

진공분위기에 형성된 진공증착실(眞空蒸着室) 내에서, 도가니 내에 수용된 증착재료를 가열하여 증발 또는 승화시켜서, 피증착재의 표면에 증착시키는 진공증착용 도가니 장치로서,

상기 도가니 내에, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를 방사하는 방사열원(放射熱源)과, 적어도 일부가 적외선을 투과 가능한 재질로 이루어지고 상기 방사열원을 덮는 가열파 투과용기를 구비하는 방사가열기를 배치하고,

상기 방사열원으로부터의 가열파에 의하여 증착재료의 표면을 가열하여 증발 또는 승화시키고 또한 증발 또는 승화 후에 상기 도가니의 내면에 부착된 증착재료를, 상기 가열파에 의하여 가열하여 재증발 또는 재승화시키도록 구성하는 것을

특징으로 하는 진공증착용 도가니 장치.

청구항4에 기재된 발명은, 청구항3에 기재된 구성에 있어서,

상기 도가니를, 증발온도 미만 또는 승화온도 미만으로 제어하는 도가니 온도제어부(crucible 溫度制御部)와,

상기 가열파 투과용기 내에 냉매유체를 공급하여, 상기 가열파 투과용기의 표면온도, 증착재료의 분해온도 미만으로 제어하는 가열기 온도제어부(加熱器溫度制御部)를 구비한 것이다.

청구항5에 기재된 발명은, 청구항3 또는 청구항4에 기재된 구성에 있어서,

상기 도가니 내에 복수의 상기 방사가열기를 배치하고,

상기 진공증착실에, 증발 또는 승화된 증착재료의 농도를 검출하는 재료농도검출기(材料濃度檢出器)를 설치하고,

상기 재료농도검출기의 검출치가 일정하게 되도록, 상기 각 방사가열기를 각각 제어하는 막두께 제어부를 설치한 것이다.

청구항6에 기재된 발명은, 청구항3 또는 청구항4에 기재된 구성에 있어서,

상기 진공증착실에, 증발 또는 승화된 증착재료의 농도를 검출하는 재료농도검출기를 설치하고,

상기 가열파 투과용기 내에서, 상기 방사열원을 증착재료의 표면에 접근이간(接近離間)하는 방향으로 이동 가능한 열원위치 조정장치(熱源位置調整裝置)를 설치하고,

상기 재료농도검출기의 검출치가 일정하게 되도록, 상기 열원위치 조정장치에 의하여 상기 방사가열기를 이동시키는 막두께 제어부를 설치한 것이다.

청구항1 또는 청구항3에 기재된 발명에 의하면, 도가니 내에 배치된 방사가열기로부터 가열파를 방사하여 증착재료의 표면만을 가열하여, 증착재료를 증발 또는 승화시키기 때문에, 표면 이외의 증착재료가 고온에 노출되지 않아, 장기간에 걸쳐서 연속 증착을 하더라도 도가니 내의 증착재료가 열화되지 않는다. 이에 따라 간단한 구조로 장시간의 연속 증착작업이 가능하게 된다. 또한 일단 증발 또는 승화된 증착재료가 도가니의 내면에 접촉되어 부착되는 경우가 있더라도, 방사가열기로부터의 가열파를 받아서 재증발 또는 재승화시킬 수 있다. 또한 일단 증발 또는 승화된 증착재료가 가열파 투과용기의 표면에 접촉되어 부착되는 경우가 있더라도, 방사가열기로부터의 가열파를 받아서 단시간에 재증발 또는 재승화시킬 수 있어, 가열파 투과용기의 투과율이 저하되지 않는다.

청구항2 또는 청구항4에 기재된 발명에 의하면, 도가니를, 증착재료의 증발, 승화온도 미만으로 함으로써 도가니 내의 증착재료의 열화를 방지할 수 있다. 또한 가열파 투과용기 내에 냉매유체를 공급하여 방사가열기의 승온을 방지하기 때문에, 방사가열기를 안정하게 작동시킬 수 있다. 또 가열파 투과용기의 표면온도를 증착재료의 분해온도 미만으로 함으로써, 증발 또는 승화된 증착재료가 가열파 투과용기의 표면에 접촉되는 경우가 있더라도, 분해되지 않아 성막(成膜)에 악영향을 끼치지 않는다.

청구항5에 기재된 발명에 의하면, 재료농도검출기의 검출치에 의거하여 복수의 방사가열기를 선택적으로 작동시켜서, 증착재료의 표면에 조사되는 가열파의 조사량을 용이하게 제어할 수 있어, 피증착재의 표면에 형성되는 막두께를 우수한 정밀도로 제어할 수 있다.

청구항6에 기재된 발명에 의하면, 열원위치 조정장치에 의하여 가열파 투과용기 내에서 방사열원을 이동시켜서, 방사열원과 증착재료의 표면과의 거리를 조정함으로써 방사가열기로부터의 가열파의 조사량을 용이하게 제어할 수 있어, 피증착재의 표면에 형성되는 막두께를 우수한 정밀도로 제어할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 진공증착장치의 실시예1을 나타내는 것으로서, 업디포지션 타입의 구성도이다.
도2는 도가니 장치의 확대 종단면도이다.
도3은 증착재료의 열화의 판별예를 나타내는 그래프이다.
도4는 도가니 장치를 진공증착실 내에 설치한 변형예A를 나타내는 진공증착장치의 종단면도이다.
도5는 업디포지션 타입의 진공증착장치의 변형예B를 나타내는 종단면도이다.
도6은 방사가열기의 변형예C를 나타내는 것으로서, 단부폐쇄형의 가열파 투과관을 설치한 종단면도이다.
도7의 (a) 및 (b)는 단부폐쇄형의 가열파 투과관이 도가니의 저부를 관통하여 배치된 변형예D1, D2를 나타내는 종단면도로서, (a)는 변형예D1의 방사열원 고정 타입이고, (b)는 변형예D2의 방사열원 이동 타입이다.
도8은 변형예D2의 일례를 나타내는 전체 구성도이다.
도9의 (a)∼(d)는 복수의 방사가열기를 수평방향으로 관통하여 설치한 변형예E를 나타내는 것으로서, (a)는 폭방향으로 소정의 피치로 설치한 것, (b)는 높이방향으로 소정의 피치로 설치한 것, (c)는 폭 및 높이방향으로 각각 소정의 피치로 설치한 것, (d)는 증착재료 내를 포함하는 높이방향으로 소정의 피치로 설치한 것이다.
도10은 변형예E의 일례를 나타내는 구성도이다.
도11의 (a)∼(c)는 복수의 방사가열기를 수직방향으로 관통한 변형예F를 나타내는 것으로서, (a), (b)는 2개의 방사가열기를 배치한 종단면도 및 횡단면도, (c)는 3개의 방사가열기를 배치한 횡단면도이다.
도12의 (a), (b)는 관통형의 가열파 투과관의 냉각구조를 나타내는 것으로서, 2중관 구조로 한 변형예G를 나타내는 종단면도 및 횡단면도이다.
도13의 (a)∼(d)는 단부폐쇄형의 가열파 투과관의 냉각구조를 나타내는 것으로서, (a), (b)는 가열파 투과관 내에 구획판을 설치한 변형예H를 나타내는 종단면도 및 횡단면도이고, (c), (d)는 가열파 투과관 내에 통로형성관을 설치한 2중관 구조의 변형예I를 나타내는 종단면도 및 횡단면도이다.
도14의 (a), (b)는 각각 도가니 온도제어기구의 냉각구조를 나타내는 것으로서, (a)는 강제냉각구조를 채용한 변형예J를 나타내는 구성도이고, (b)는 자연냉각구조를 채용한 변형예K를 나타내는 구성도이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

[실시예1]

도1에 나타나 있는 바와 같이 이 진공증착장치(眞空蒸着裝置)는 업디포지션(up deposition) 타입으로 구성되어 있다. 업디포지션 타입의 진공증착장치는, 진공용기(眞空容器)(1)에 의하여 형성된 진공증착실(眞空蒸着室)(2) 내의 상부에, 지지구(도면에는 나타내지 않는다)를 통하여 피증착재인 기판(基板)(3)이 배치되어 있고, 저부에 재료방출구(材料放出口)(4)가 배치되어 있다. 그리고 증착재료(M)를 가열하여 증발, 승화시키는 재료증발장치(材料蒸發裝置)(11)가 진공용기(1)의 외측에 설치되어 있고, 재료증발장치(11)가 재료방출구(4)와 통하도록 되어 있다. 도면에는 나타내지 않았지만 상기 진공용기(1)에는, 기판(3)을 출납하기 위한 개폐문이 부착된 개구부(開口部)가 형성되어 있다.

도2에 나타나 있는 바와 같이 재료증발장치(11)에 설치되는 도가니는, 상면이 개방되어 증착재료(M)를 수용하는 도가니 본체(crucible 本體)(12)와, 상면에 방출구가 형성되어 도가니 본체(12)를 수용하는 도가니 홀더(crucible holder)(13)로 구성되어 있다. 물론 도가니 본체(12) 단체(單體), 도가니 홀더(13) 단체로 구성할 수도 있다.

또 재료증발장치(11)에는, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를 방사하는 방사가열기(放射加熱器)(14)를 구비하고, 이 방사가열기(14)의 표면온도를 제어하는 가열기 온도제어부(加熱器溫度制御部)(15)와, 도가니 홀더(13) 및 도가니 본체(12)를 통하여 증착재료(M)의 온도를 제어하는 도가니 온도제어부(crucible 溫度制御部)(16)와, 기판(3)의 막두께를 제어하는 막두께 제어부(17)를 구비하는 증착제어장치(蒸着制御裝置)(18)가 설치되어 있다.

(방사가열기)

도2에 나타나 있는 바와 같이 방사가열기(14)는, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를 방사하는 방사열원(放射熱源)(21)과, 이 방사열원(21)을 덮고, 적어도 일부가 적외선이 투과 가능한 재질로 형성된 관통형의 가열파 투과관(加熱波透過管)(가열파 투과용기)(22)을 구비하고, 가열기 온도제어부(15)에 의하여 가열파 투과관(22) 내에 냉매를 공급하고, 그 표면온도를 증착재료(M)의 분해온도 미만으로 제어하는 가열기 온도제어기구(加熱器溫度制御機構)(20)가 설치되어 있다.

상기 방사열원(21)에는, 선 모양 광원이나 점 모양 광원으로 이루어지는 적외선 히터(램프)나 카본 히터(램프), 할로겐 히터(램프) 등이 사용된다. 이 방사열원(21)에, 가열전원(加熱電源)(29)으로부터 전원 컨트롤러(電源 controller)(28)를 통하여 가열용 전력이 공급된다.

가열파 투과관(22)은, 양단이 단부재(端部材)(22C)에 의하여 폐쇄된 원기둥 용기로 형성되어 있다. 도가니 홀더(13) 및 후술하는 냉매재킷(冷媒 jacket)(34)에는, 각각의 중심축과 직교, 교차하여 양쪽 측벽을 수평방향으로 관통하는 관통구멍이 형성되어 있고, 이들 관통구멍에 가열파 투과관(22)이 삽입되어 배치되어 있다. 그리고 이 가열파 투과관(22)은, 길이방향의 양단측에서 관통구멍에 결합되는 지지부(支持部)(22A)와, 이들 지지부(22A) 사이에서 도가니 홀더(13) 내에 접하여 적외선의 투과율이 높은 재료 예를 들면 석영관이나 글래스 세라믹스 관 등으로 이루어지는 투과부(透過部)(22B)를 구비하고 있다. 물론 가열파 투과관(22)의 전체를 적외선의 투과율이 높은 재료로 일체로 형성하더라도 좋다. 그리고 가열파 투과관(22)의 투과부(22B) 내에, 도가니 홀더(13)의 중앙부에 대응하여 방사열원(21)이 배치된다.

여기에서 투과부(22B)를 구성하는 석영관은, 적외선의 흡수율이 매우 낮아 가열파에 의하여 가열파 투과관(22)이 가열되지 않는다고 생각되지만, 장시간의 사용이나 투과도의 저하, 방사열원(21)으로부터의 전열(傳熱)이나 축열(蓄熱) 등에 의하여 가열파 투과관(22)이 승온(昇溫)될 우려가 있기 때문에, 이것을 해소하기 위하여 가열기 온도제어기구(20)가 설치되어 있다.

도1에 나타나 있는 가열기 온도제어기구(20)는, 상기한 바와 같이 가열파 투과관(22)을 온도제어하기 위한 것으로서, 열교환기(24A), 냉매탱크(24B) 및 냉매유체의 온도검출기(24C)를 구비한 순환식 냉각기(칠러(chiller)라고 한다)(24)와, 냉매유체(기체 또는 액체)를 가열파 투과관(22) 내에 공급하는 냉매펌프(25)와, 이들 냉각기(24)와 냉매펌프(25)를 제어하는 가열기 온도제어부(15)를 구비하고 있다. 그리고 가열파 투과관(22) 내로부터 냉매탱크(24B)로 송출되어 냉매유체의 온도를 온도검출기(24C)에 의하여 검출하고, 이 검출온도에 의거하여 가열기 온도제어부(15)로 냉각기(24)를 제어하여, 가열파 투과관(22) 내에 공급하는 냉매유체가 소정의 온도가 되도록 제어한다. 이에 따라 가열파 투과관(22)의 표면온도가 증착재료(M)의 분해온도 미만으로 될 수 있다. 이에 따라 일단 증발/승화된 증착재료(M)가 가열파 투과관(22)의 표면에 접촉되는 경우가 있더라도, 접촉된 증착재료(M)가 분해되지 않아 성막(成膜)에 악영향을 끼치는 경우는 없다. 또 증착재료(M)가 가열파 투과관(22)의 표면에 부착되어 고화(固化)되더라도, 가열파에 의하여 재증발/재승화시킬 수 있어, 투과부(22B)에 있어서의 가열파의 투과도의 저하를 방지할 수 있다.

이 실시예1에서는, 가열파 투과관(22) 내에 직접 방사열원(21)을 배치하여 냉매유체와 방사열원(21)이 직접 접촉하도록 구성하였지만, 방사열원(21)에 있어서 발열체의 온도가 높은 할로겐 히터 등인 경우에 직접 냉매유체가 접촉하는 것을 피할 필요가 있다. 이 대책으로서, 후술하는 도12에 나타나 있는 변형예G와 같이 가열파 투과관(22) 내에 있어서 동일 축심(軸心) 상에 공간부를 만들고, 동일한 재질, 동일한 구조이고 지름이 작은 보호내관(保護內管)(46)을 배치하여 2중관 구조로 하고, 보호내관(46) 내에 방사열원(21)을 내장하여, 가열파 투과관(22)과 보호내관(46) 사이의 공간부를 냉매유체의 통로로 하면 좋다. 이에 따라 방사열원(21)이 고온이 되더라도 직접 냉매가 접촉되는 경우는 없기 때문에, 더 안전하게 가열 및 온도제어를 할 수 있다.

(도가니)

도가니 본체(12)의 내면 및 도가니 홀더(13)의 내면은, 각각 경면(鏡面) 처리되어 가열파의 반사율이 향상되어 있어, 가열파에 의한 표면온도의 승온을 방지하고 있다.

도가니 온도제어기구(30)는, 도가니 본체(12)의 증착재료(M)의 온도를 증발/승화온도 미만으로 유지하기 위한 것이다. 이 때의 하한온도에 대해서는, 방사가열기(14)의 성능이나 런닝코스트를 고려하면 증발/승화온도에 어느 정도 접근시킨 것이 바람직하지만, 예를 들면 유기EL재료인 경우에, 상온(常溫)으로 유지한 증착재료(M)를 가열파만에 의하여 적합하게 증발/승화시킬 수 있는 증발재료도 있어, 증착재료(M)의 종류가 매우 폭넓어서, 하한온도를 일률적으로 특정할 수는 없기 때문에, 여기에서는 증착재료(M)의 하한온도를 상온으로 하고 있다.

도가니 온도제어기구(30)는, 도가니 본체(12)에 수용된 증착재료(M)를 가열하는 도가니 가열기구와, 증착재료(M)를 냉각하는 도가니 냉각기구와, 이들 도가니 가열기구 및 도가니 냉각기구를 각각 제어하는 도가니 온도제어부(16)를 구비하고 있다.

도가니 가열기구는, 도가니 홀더(13)의 외주면 및 저면에 각각 배치된 가열코일(33)과, 가열전원(29)으로부터 각 가열코일(33)에 각각 가열용 전력을 공급하는 전원 컨트롤러(35)를 구비하고, 도가니 본체(12)에 수용된 증착재료(M)를 가열한다.

또 도가니 냉각기구는 냉매순환식이고, 가열코일(33)의 외주부 및 저부에 의하여 도가니 홀더(13)의 외면을 덮는 냉매재킷(34)이 설치되어 있고, 냉매재킷(34)에는, 예를 들면 상하로 3단으로 구획된 냉각실(36a∼36c)이 형성되어 있다. 또 열교환기(37A), 냉매탱크(37B) 및 냉매유체의 온도검출기(37C)를 구비한 증발제어용의 순환식 냉각기(칠러)(37)와, 이 냉각기(37)로부터 냉각실(36a∼36c)에 각각 냉매유체를 공급하는 냉매펌프(38)와, 냉각기(37) 및 냉매펌프(38)를 조작하는 도가니 온도제어부(16)로 구성되어 있다.

상기 구성에 있어서, 냉각실(36a∼36c)로부터 냉각기(37)의 냉매탱크(37B)에서 배출된 냉매유체의 온도를 온도검출기(37C)에서 검출하고, 도가니 온도제어부(16)에서 이 검출온도에 의거하여 냉각기(37)의 열교환기(37A) 및 냉매펌프(38)를 조작하여, 소정의 온도로 제어된 냉매유체를 각 냉각실(36a∼36c)에 각각 공급하여 도가니 본체(12)에 수용된 증착재료(M)를 냉각한다. 또 도가니 가열기구에서는, 전원 컨트롤러(35)로부터 가열전력을 각 가열코일(33)에 공급하여 도가니 홀더(13)를 가열한다. 그리고 도가니 본체(12)에 설치된 예를 들면 열전대(熱電對)로 이루어지는 온도검출기(39)의 검출치에 의거하여, 도가니 온도제어부(16)에서 도가니 본체(12)에 수용된 증착재료(M)를, 증발온도 또는 승화온도 미만이고, 상온 이상의 범위로 제어한다. 이것은 증착재료(M)가 증발온도 또는 승화온도 이상이 되면, 증착재료(M)가 증발 또는 승화되어 증발량의 제어가 곤란하게 되고 또한 증착재료(M)의 열화가 촉진되기 쉬워지기 때문이다.

(증착재료와 분해온도)

증발재료로서 유기EL재료 예를 들면 Alq3의 경우에, 증발온도가 270℃이고, 분해온도가 430℃이기 때문에, 증발온도와 분해온도가 충분히 떨어져 있다. 그러나 다른 유기EL재료의 경우에, 예를 들면 증발온도가 200℃이고, 분해온도가 200℃보다 수 10℃ 높은 정도로서, 증발온도와 분해온도가 접근하고 있는 것이 있다.

그런데 여기에서 말하는 증발/승화온도는, 가열 시의 압력조건에 의하여 더 크게 변동되고 또한 도가니로부터 방출된 증착재료의 유로조건(流路條件)이나 증발량에서도 크게 변동되기 때문에, 증발/승화온도의 변동폭을 고려할 필요가 있다. 또 분해온도의 경우에, 소정의 온도에서 갑자기 분해가 시작되는 것이 아니라, 온도가 낮더라도 재료의 일부에서 분해가 발생하고 있다. 여기에서는, 온도가 올라가서 재료의 분해속도가 급속하게 증대되는 온도를 분해온도라고 규정하고 있다.

도3은, 액정패널의 증착재료(M)에 관한 열화를, PL측정에 의하여 α-NDP의 계측한 결과를 나타내는 그래프로서, PL측정에 의하여 증착재료(M)의 열화를 계측할 수 있다.

(실시예1의 효과)

상기 실시예1에 의하면, 도가니 홀더(13) 내에 배치된 방사가열기(14)로부터 가열파 투과관(22)을 통하여 가열파를 방사하여, 증착재료(M)의 표면만을 가열하여 증발/승화시키기 때문에, 표면 이외의 증착재료(M)가 고온에 노출되지 않아, 장시간에 걸쳐서 가열하여 증발/승화를 하더라도 증착재료(M)가 열화되지 않는다. 이에 따라 간단한 구조로 장기간의 연속 증착작업이 가능하게 된다.

또한 일단 증발/승화된 증착재료(M)가, 도가니 본체(12)나 도가니 홀더(13)의 내면에 부착되는 경우가 있더라도, 도가니 온도제어기구(30)에 의하여 도가니 본체(12) 및 도가니 홀더(13)가 그 증착재료(M)의 증발온도 또는 승화온도 미만으로 제어되고 있기 때문에, 부착된 증착재료(M)의 열화가 방지됨과 아울러, 방사가열기(14)로부터의 가열파를 받아서 부착된 증착재료(M)를 재증발 또는 재승화시킬 수 있다.

또한 증발/승화된 증착재료(M)가, 방사가열기(14)의 표면에 접촉되는 경우가 있더라도, 가열기 온도제어기구(20)에 의하여 가열파 투과관(22) 내에 냉매유체가 공급되어 그 표면이 분해온도 미만으로 온도제어되고 있기 때문에, 증착재료(M)가 분해되어 성막에 악영향을 미치지 않는다. 또 가열기 온도제어기구(20)에 의한 온도제어에 의하여 방사열원(21)을 안정하게 동작시킬 수 있다. 또 증발/승화된 증착재료(M)가 가열파 투과관(22)에 거의 부착되지 않지만, 혹시 증착재료(M)가 가열파 투과관(22)에 부착되더라도 방사열원(21)으로부터의 가열파에 의하여 단시간에 재증발/재승화되기 때문에, 가열파 투과관(22)의 투과부(22B)의 투과율이 저하되어 가열파의 조사를 방해하지 않는다.

또한 도가니 본체(12) 및 도가니 홀더(13)의 내면을 경면 처리하여, 가열파의 반사율을 향상시킴으로써 가열파에 의한 도가니 본체(12) 및 도가니 홀더(13)의 가열이 억제되어, 증착재료(M)의 열화를 방지할 수 있다.

[실시예1의 변형예]

상기 실시예1의 변형예A∼K를 도4∼도14를 참조하여 설명한다. 또 변형예A∼K에 있어서, 실시예1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 이에 대한 설명을 생략한다.

변형예A, B(도가니의 배치)

상기 실시예1에서는, 재료증발장치(11)를 진공증착실(2)의 외부에 설치하였지만, 도4에 나타나 있는 변형예A와 같이 진공증착실(2)의 내부에 설치하더라도 좋다.

또 상기 실시예1에서는, 수평자세로 배치된 기판(3)의 하면에 하방으로부터 증착재료(M)를 부착시키는 업디포지션 타입으로 하였지만, 도5에 나타나 있는 변형예B와 같이 연직자세로 배치된 기판(3)의 측면에 측방으로부터 증착재료(M)를 부착시키는 사이드 디포지션(side deposition) 타입이더라도 좋다. 물론 재료증발장치(11)를 진공증착실(2)의 내부에 설치할 수도 있다. 상기 변형예A, B에 의하면, 실시예1과 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

변형예C, D1, D2(방사가열기의 가열파 투과관과 방사열원)

상기 실시예1에서는, 통 모양의 가열파 투과관(22)이 도가니 홀더(13)의 양쪽 측벽을 각각 관통하여 수평자세로 배치된 가로 양쪽 관통 타입으로 하였지만, 도6에 나타나 있는 변형예C에서는, 선단부가 폐쇄된 통 모양의 가열파 투과관(41)을, 도가니 홀더(13)의 일방의 측벽에 형성된 관통구멍으로부터 삽입하여 배치한 것으로서, 가열파 투과관(41)의 선단부에 방사열원(21)을 배치한 수평자세의 가로 한쪽 관통 타입으로 하고 있다.

또 도7(a)에 나타나 있는 변형예D1은, 선단부가 폐쇄된 가열파 투과관(42)을, 도가니 본체(12)(도가니 본체(12) 및/또는 도가니 홀더(13))의 저부에 형성된 관통구멍으로부터 삽입한 수직자세의 세로 한쪽 관통 타입으로 한 것으로서, 가열파 투과관(42)의 상단부에 방사열원(21)을 고정하여 배치하고 있다. 이들 변형예C, D1에 의하면, 실시예1과 동일한 작용효과를 얻을 수 있다. 또 이들 변형예C, D1의 냉각구조는, 후술하는 변형예H와 동일하다.

또한 도7(b), 도8에 나타나 있는 변형예D2는, 방사열원(21)을, 열원위치 조정장치(43)에 의하여 진출 및 후퇴 가능한 가동로드(可動 rod)(44)를 통하여 위치조정 가능하게 지지시킨 것이다. 즉 진공증착실(2) 내에 설치된 증발 레이트 검출기(재료농도검출기)(5)의 검출치에 의거하여, 막두께 제어부(17)로 열원위치 조정장치(43)를 조작하여 가동로드(44)를 진출 및 후퇴시켜서 증착재료(M)의 표면과 방사열원(21)과의 거리를 제어할 수 있다. 예를 들면 증착재료(M)의 증발량이 감소하였을 경우에는, 가동로드(44)를 후퇴시켜서 방사열원(21)을 하강시킴으로써 방사열원(21)과 증착재료(M)의 표면을 접근시켜서, 증착재료(M)의 증발량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 증착재료(M)를 균일하게 증발, 승화시킬 수 있다. 물론 전원 컨트롤러(28)에 의하여 방사열원(21)으로의 공급전력을 제어하여 방사열원(21)으로부터의 가열파의 조사량을 제어하는 조작을 병용할 수 있다.

변형예E(복수의 방사열원)

상기 실시예1에서는, 방사가열기(14)를 증착재료(M)의 상방위치에 1개만 배치하였지만, 도9(a)∼(d)에 나타나 있는 변형예E와 같이 가로 양쪽 관통 타입(실시예1, 변형예A) 및 가로 한쪽 관통 타입(변형예B, C)에 있어서, 복수의 방사가열기(14)를 소정의 간격을 두고 설치할 수도 있다. 이들 복수의 방사가열기(14)에 의하여 증착재료(M)의 증발량을 증대시킬 수 있다. 도9(d)에서는, 하부의 방사가열기(14)가 증착재료(M) 중을 관통하여 배치되어 있지만, 이들은 상부의 증착재료(M)가 증발/승화된 후에 사용되는 것이다.

도10은 변형예E로서 하부의 방사가열기(14)를 증착재료(M) 중에 배치한 구성도이고, 증발 레이트 검출기(5)의 검출치에 의거하여 막두께 제어부(17)로 전원 컨트롤러(28)와 냉매제어밸브(45)를 조작하여, 3개의 방사가열기(14)를 각각 선택적으로 온-오프 조작함으로써 증착재료(M)의 증발량/승화량을 효과적으로 제어할 수 있다. 물론 전원 컨트롤러(28)에 의하여 방사열원(21)으로의 공급전력을 제어하여 방사열원(21)으로부터의 가열파의 조사량을 제어하는 조작을 병용할 수 있다.

변형예F(복수의 방사가열기)

세로 한쪽 관통 타입에서도, 도11(a), (b) 및 (c)에 나타나 있는 변형예F와 같이 복수의 방사가열기(14)를 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 2개 또는 3개를 설치할 수 있다. 이들 복수의 방사가열기(14)에 의하여 증착재료(M)의 증발량을 증대시킬 수 있다. 물론 전원 컨트롤러(28)에 의하여 방사열원(21)으로의 공급전력을 제어하여 방사열원(21)으로부터의 가열파의 조사량을 제어하는 조작을 병용할 수 있다.

변형예G(방사가열기의 냉각구조)

도12(a) 및 (b)는 가로 양쪽 관통 타입의 방사가열기(14)의 냉각구조를 나타내는 변형예G이고, 가열파 투과관(22) 내에 냉매유체의 유로를 만들고, 적어도 대응하는 일부가 적외선을 효율적으로 투과 가능한 재질 예를 들면 석영으로 형성된 보호내관(46)을 동일 축심 상에 배치하고, 이 보호내관(46) 내에 방사열원(21)을 내장한 2중관 구조로서, 방사열원(21)이 고온에서 직접 냉매가 접촉되면, 손상될 위험이 있는 것에 적합하다.

변형예H(방사가열기의 냉각구조)

도13(a)∼(c)는 가로 한쪽 관통 타입의 방사가열기(14)의 냉각구조를 나타내는 것이다. 도13(a), (b)는 변형예로서, 가열파 투과관(41) 내를 경계판(47)으로 구획하여 냉매유체의 공급로(供給路)(48A)와 배출로(排出路)(48B)를 형성한 것이다. 도13(c), (d)는 변형예I로서, 가열파 투과관(41) 내에 통로형성관(49)을 배치하여, 통로형성관(49) 내의 공간과, 가열파 투과관(41)과 통로형성관(49) 사이의 공간의 일방을 냉매유체의 공급로(48A)로 하고, 타방을 배출로(48B)로 한 것이다. 상기 각 냉각구조에 의하여 가로 한쪽 관통 타입의 가열파 투과관(41)의 표면온도를 우수한 정밀도로 제어할 수 있다.

또 세로 한쪽 관통 타입의 가열파 투과관(42)의 냉각구조도, 변형예H와 마찬가지로 가열파 투과관 내를 경계판으로 구획하여 냉매유체의 공급로와 배출로를 형성할 수 있다. 또 변형예I와 마찬가지로 가열파 투과관 내에 통로형성관을 배치하고, 이 통로형성관 내의 공간과, 가열파 투과관과 통로형성관 사이의 공간의 일방을 냉매유체의 공급로로 하고, 타방을 배출로로 할 수 있다.

변형예J, K(방사가열기의 냉각구조)

도14(a), (b)는 가열기 온도제어기구(20)의 구조의 변형예로서, 냉매유체로서 수돗물이나 공기를 사용하는 경우에 순환하지 않는 구조를 나타내고 있다. (a)는 냉매펌프(25)를 사용한 강제순환식의 냉각구조를 채용한 변형예J를 나타내고, (b)는 냉매펌프를 사용하지 않는 자연순환식의 냉각구조를 채용한 변형예K를 나타내고 있다.

M : 증착재료
1 : 진공용기
2 : 진공증착실
3 : 기판(피증착재)
5 : 증발 레이트 검출기(재료농도검출기)
11 : 재료증발장치
12 : 도가니 본체
13 : 도가니 홀더
14 : 방사가열기
15 : 가열기 온도제어부
16 : 도가니 온도제어부
17 : 막두께 제어부
18 : 증착제어장치
20 : 가열기 온도제어기구
21 : 방사열원
22 : 가열파 투과관(가열파 투과용기)
22B : 투과부
24 : 냉각기
25 : 냉매펌프
28 : 전원 컨트롤러
30 : 도가니 온도제어기구
33 : 가열코일
34 : 냉매재킷
37 : 냉각기
38 : 냉매펌프
41 : 가열파 투과관
42 : 가열파 투과관
43 : 열원위치 조정장치
44 : 가동로드
45 : 냉매제어밸브
46 : 보호내관
47 : 경계판
49 : 통로형성관

Claims

진공분위기(眞空雰圍氣) 중에서, 도가니 내에 수용된 증착재료(蒸着材料)를 가열하여 증발 또는 승화시켜서, 피증착재의 표면에 증착시키는 진공증착장치(眞空蒸着裝置)에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법으로서,
상기 도가니 내에 배치된 방사가열기(放射加熱器)로부터, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를, 적어도 일부가 적외선을 투과 가능한 재질로 형성된 가열파 투과용기(加熱波透過容器)를 통하여 방사하고,
상기 가열파에 의하여 증착재료의 표면만을 가열하여 증발 또는 승화시키고,
증발, 승화되어 상기 도가니의 내면에 부착된 증착재료를, 상기 가열파에 의하여 가열하여 재증발 또는 재승화시키는
것을 특징으로 하는 진공증착장치에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법.
제1항에 있어서,
상기 도가니를, 증착재료의 증발온도 또는 승화온도 미만으로 제어하고,
상기 가열파 투과용기 내에 냉매유체를 공급하여, 그 표면온도를 증착재료의 분해온도 미만으로 제어하는
것을 특징으로 하는 진공증착장치에 있어서의 증착재료의 증발, 승화방법.
진공분위기에 형성된 진공증착실(眞空蒸着室) 내에서, 도가니 내에 수용된 증착재료를 가열하여 증발 또는 승화시켜서, 피증착재의 표면에 증착시키는 진공증착용 도가니 장치로서,
상기 도가니 내에, 적외선을 주된 파장으로 하는 가열파를 방사하는 방사열원(放射熱源)과, 적어도 일부가 적외선을 투과 가능한 재질로 이루어지고 상기 방사열원을 덮는 가열파 투과용기를 구비하는 방사가열기를 배치하고,
상기 방사열원으로부터의 가열파에 의하여 증착재료의 표면을 가열하여 증발 또는 승화시키고 또한 증발 또는 승화 후에 상기 도가니의 내면에 부착된 증착재료를, 상기 가열파에 의하여 가열하여 재증발 또는 재승화시키도록 구성하는 것을
특징으로 하는 진공증착용 도가니 장치.
제3항에 있어서,
상기 도가니를, 증발온도 미만 또는 승화온도 미만으로 제어하는 도가니 온도제어부(crucible 溫度制御部)와,
상기 가열파 투과용기 내에 냉매유체를 공급하여, 상기 가열파 투과용기의 표면온도, 증착재료의 분해온도 미만으로 제어하는 가열기 온도제어부(加熱器溫度制御部)를
구비하는 것을 특징으로 하는 진공증착용 도가니 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 도가니 내에 복수의 상기 방사가열기를 배치하고,
상기 진공증착실에, 증발 또는 승화된 증착재료의 농도를 검출하는 재료농도검출기(材料濃度檢出器)를 설치하고,
상기 재료농도검출기의 검출치가 일정하게 되도록, 상기 각 방사가열기를 각각 제어하는 막두께 제어부를 설치한 것을
특징으로 하는 진공증착용 도가니 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 진공증착실에, 증발 또는 승화된 증착재료의 농도를 검출하는 재료농도검출기를 설치하고,
상기 가열파 투과용기 내에서, 상기 방사열원을 증착재료의 표면에 접근이간(接近離間)하는 방향으로 이동 가능한 열원위치 조정장치(熱源位置調整裝置)를 설치하고,
상기 재료농도검출기의 검출치가 일정하게 되도록, 상기 열원위치 조정장치에 의하여 상기 방사가열기를 이동시키는 막두께 제어부를 설치하는 것을
특징으로 하는 진공증착용 도가니 장치.