KR20130031445A - 박막 증착 장치 - Google Patents

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KR20130031445A
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홍석민
임현택
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엘지디스플레이 주식회사
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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Abstract

본 발명은 스플래쉬 현상을 방지할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착 장치는 증착 재료가 수용되는 몸체와; 상기 몸체의 중심부에서 외곽으로 갈수록 상기 몸체의 바닥면과의 이격거리가 점진적으로 변하도록 형성되며 나선형상의 배플홀을 가지는 배플을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 증착 장치{APPARATUS OF DEPOSITING THIN FILM}
본 발명은 스플래쉬 현상을 방지할 수 있는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 유기 전계 발광 장치(Electro-Luminescence : EL) 등이 있다.
특히, 유기 전계 발광 장치는 자발광소자로서 다른 평판 표시 장치에 비해 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 이러한 유기 전계 발광 장치는 애노드와 캐소드와, 애노드 및 캐소드 사이에 유기발광층을 포함하는 유기막층을 포함한다. 이 유기 전계 발광 장치는 애노드로부터 공급받는 정공과 캐소드로부터 공급받은 전자가 유기발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 상기 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
이러한 유기 전계 발광 장치에 포함되는 박막들은 주로 공정이 단순한 진공 증착방법을 이용하여 형성된다. 진공 증착법은 기판 상에 증착될 증착 재료를 도가니에 넣고 증착 재료에 열을 가해 기화 또는 승화시킨 후 기화 압력을 이용하여 기판 위에 증착시키는 방법이다. 그러나, 증착 재료에 열이 불균일하게 전달되면 증착재료가 불균일하게 증발되거나, 증착 재료가 증발하면서 덩어리져 튀어나오는 스플래쉬(splash) 현상이 발생한다. 이 덩어리져 튀어나온 증착재료가 노즐부의 노즐홀을 막아버리거나 챔버를 오염시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 스플래쉬 현상을 방지할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 증착 재료가 수용되는 몸체와; 상기 몸체의 중심부에서 외곽으로 갈수록 상기 몸체의 바닥면과의 이격거리가 점진적으로 변하도록 형성되며 나선형상의 배플홀을 가지는 배플을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 배플은 상기 몸체의 중심부에서 외곽으로 갈수록 상기 몸체의 바닥면과 가까워지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체의 바닥면과 최단 거리에 위치하는 배플의 직경은 상기 몸체의 바닥면과 최장 거리에 위치하는 배플의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 나선형상의 배플홀은 상기 중심부에서 외곽으로 갈수록 폭이 일정한 것을 특징으로 한다.
상기 나선형상의 배플홀은 상기 중심부에서 외곽으로 갈수록 폭이 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 최외곽의 배플에서부터 상기 중심부의 배플까지를 연결하는 직선 형태의 연결부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 배플은 구리재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 나선 형상의 배출홀을 가지는 배플을 통해 히터로부터 생성된 열이 몸체 내부에서 균일하게 전달된다. 이에 따라, 본 발명은 고상의 증착 재료의 전 영역에 열이 균일하게 전달되어 증착 재료의 전 영역에서 균일하게 기화가 일어남으로써 증착의 균일도가 향상되며, 배플홀 및 노즐홀의 막힘 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 도가니를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배플을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 배플의 다른 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 2에 도시된 배플의 다른 실시 예들을 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 배플을 구체적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 종래와 본 발명에 따른 배플의 시간 경과시 증착재료의 증착속도를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 박막 증착 장치는 진공 상태를 유지할 수 있는 챔버(101)와, 챔버(101) 내부에 고정되는 기판(102)과 마주하는 위치에 설치되는 가열 장치를 구비한다.
챔버(101)는 그 내부 및 외부에 별도 구비된 진공수단을 통해 그 내부가 진공 상태로 유지되도록 할 수 있다. 이러한 챔버(101) 내부에는 별도의 고정핀 또는 흡착 장치를 통해 기판(102)이 장착 및 고정된다. 챔버(101) 내부에 고정된 기판(102)과 가열 장치 사이에는 소정의 개구 패턴을 가지는 새도우 마스크(104)가 설치된다.
가열 장치는 기판(102)과 마주보도록 챔버(101)에 설치되어 도가니(110)의 증착 재료들을 가열 및 승화시킨다. 이를 위해, 가열 장치는 원통 형태로 형성되어 복수의 도가니(110)를 수납 및 이동시키는 용기 수납부(108), 및 용기 수납부(108)의 가장자리로 원주방향을 따라 형성되어 상기 복수의 도가니(110)를 장착하는 복수의 장착 홈(106)을 구비한다.
가열 장치는 각 장착 홈(106)들을 중심으로 회전하도록 형성되어 수납된 도가니(110)들이 순차로 증착을 진행하도록 한다. 즉, 적어도 두 개의 도가니(110)들이 수납된 가열 장치는 회전하면서 순차적으로 증착을 진행시키게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 도가니(110)를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 도가니(110)는 몸체(112)와, 배플(114)과, 노즐부(116)와, 커버(118)를 구비한다.
몸체(112)는 내부에 고상의 증착 재료를 수용할 수 있는 공간을 마련하도록 상부면이 개방되고 속이 빈 원통형상으로 형성된다. 이러한 몸체(112) 내에는 증착 재료가 수용된다.
노즐부(116)는 배플(114)을 사이에 두고 몸체(112)와 결합되며, 기화되거나 승화된 증착 재료(120)가 방출되는 경로인 노즐홀(126)을 가지도록 형성된다. 이러한 노즐부(116)의 직경은 몸체(112)의 직경보다 작거나 같게 형성된다. 노즐부(116)의 직경이 몸체(112)의 직경보다 작으면, 기화 압력을 높힐 수 있으므로 몸체(112) 내부에서 발생된 증착 기화물을 고압으로 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간으로 공급할 수 있다. 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간으로 공급된 증착 기화물은 노즐부(116)의 중심부에 위치하는 노즐홀(126)을 통해 기판(102) 쪽으로 분사된다.
커버(118)는 노즐부(116)의 외측면과 결합되어 노즐홀(126)을 제외한 노즐부(116)의 외주면을 덮도록 형성된다. 이러한 커버(118)에는 노즐홀(126)과 대응되는 개구부가 형성되어 노즐홀(126)이 최소한으로 노출되도록 한다. 이와 같이 노즐홀(126)이 최소한으로 노출되면 몸체(112)와 배플(114) 사이의 공간과, 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간의 온도 차이를 최소한으로 줄일 수 있다.
히터(128)는 몸체(112)의 외측벽을 가열하여 몸체(112) 내의 증착 재료(120)을 기화시키므로 증착 기화물이 생성된다. 이러한 히터(128)는 몸체(112)의 외측벽 뿐만 아니라 노즐부(116)까지 가열하는 것이 바람직하다.
배플(114)은 나선 형상의 배출홀(124)을 가지며, 나선 형상으로 형성되어 몸체(112)의 개방된 상부면에 장착된다. 이러한 배플(114)은 히터(128)로부터 전달되는 열에 의해 가열된 소정 크기 이상의 증착 재료는 차단하고, 소정 크기 미만의 증착 재료만 배출홀(124)을 통해 통과시켜 노즐홀(126)로 전달되도록 한다. 이에 따라, 노즐홀(126)로 전달된 소정 크기 미만의 증착 재료는 노즐홀(126)을 통해 기판(102)에 전체적으로 균일하게 증착된다.
이와 같은 배플(114)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(112)의 중심부에서 외곽으로 갈수록, 즉 히터(128)와 가까워질수록 몸체(112)의 바닥면과 멀어지도록 형성된다. 이 경우, 히터(128)와 멀어 온도가 낮은 배플(114)의 중심부와 증착 재료(120)와의 거리는 상대적으로 가까워지고, 히터(128)와 가까워 온도가 높은 배플(114)의 외곽부와 증착 재료(120)와의 거리는 상대적으로 멀어지게 된다. 이에 따라, 배플(114)의 중심부와 대응하는 영역과, 배플(114)의 외곽부와 대응하는 영역 간의 온도차가 보상되므로 온도차에 의한 증착 재료(120)의 기화량 및 승화량의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 배플(114)들은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 배출홀(124)을 사이에 두고 경사 방향으로 인접하게 형성된다. 이에 따라, 본 발명의 배플(114)들의 이격거리는 종래 배출홀을 사이에 두고 수평 방향으로 인접한 종래 배플들의 이격 거리에 비해 넓어져 증착 공정시 배출홀(124)의 막힘현상을 방지할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 배플(114)과 달리 도 4에 도시된 바와 같이 배플(114)은 경우에 따라서 몸체(112)의 중심부에서 외곽으로 갈수록, 즉 히터(128)와 가까워질수록 몸체(112)의 바닥면과 가까워지도록 형성될 수도 있다.
이러한 배플(114)의 배출홀(124)은 도 5a에 도시된 바와 같이 균일한 선폭을 가지도록 형성되거나 도 5b에 도시된 바와 같이 위치에 따라서 다른 선폭을 가지도록 형성된다. 특히, 도 5b에 도시된 배플(114)의 배출홀(124)의 선폭(즉, 인접한 배플(114) 간의 이격거리)은 배플(114)의 중심부에서 외곽부로 갈수록 커지도록 형성되므로 배플(114)의 선폭은 배플(114)의 외곽부에서 중심부로 갈수록 커지도록 형성된다. 이에 따라, 히터(128)와 멀어 온도가 낮은 배플(114)의 중심부의 면적은 히터(128)와 상대적으로 가까워 온도가 높은 배플(114)의 외곽부의 면적보다 넓어지게 된다. 즉, 배플(114)의 중심부의 면적이 넓어져 열전달효율이 향상되므로 배플(130)의 중심부와 배플(114)의 외곽부에서의 증착 재료(120)의 기화량 및 승화량의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 배플(114)에는 도 5c에 도시된 바와 같이 열전달 효율을 향상시키고 배플(114)의 처짐 현상을 방지하기 위한 연결부(122)가 형성된다. 이 연결부(122)는 최외곽의 배플(114)에서부터 중심부의 배플(114)까지를 직선으로 서로 연결한다.
이와 같은 본 발명에 따른 배플(114)은 도 6에 도시된 바와 같이 0.3~0.9mm의 두께와, 5~7mm의 높이를 가지도록 형성된다. 또한, 몸체(112)의 바닥면과 최단 거리에 위치하는 배플(114)의 직경(LD)은 몸체(112)의 바닥면과 최장 거리에 위치하는 배플(114)의 직경(UD)보다 작게 형성된다. 예를 들어, 몸체(112)의 바닥면과 최단 거리에 위치하는 배플(114)의 직경(LD)은 약 4~7mm로 형성되며, 몸체(112)의 바닥면과 최장 거리에 위치하는 배플(114)의 직경(UD)은 약 40~45mm로 형성된다. 또한, 본 발명에 따른 배플(114)은 종래 스테인레스로 형성되는 배플보다 열전도율이 높은 구리 재질로 형성됨으로써 열전도율이 향상된다.
도 7a 및 도 7b는 종래와 본 발명에 따른 배플의 시간 경과시 증착 재료의 증착속도를 나타내는 도면이다.
도 7a에 도시된 바와 같이 종래 배플을 이용하여 1.5Å/s의 속도로 증착 재료를 약 7시간 증착시 배플의 배출홀이 막혀 증착 약 40분간 증착 속도가 저하(A영역)되는 문제점이 발생된다.
반면에 도 7b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 배플을 이용하여 1.5Å/s의 속도로 증착 재료를 증착할 경우 7시간이 경과하여도 배플의 배출홀이 막히지 않으므로 지연없이 증착속도를 균일하게 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 도가니 112 : 몸체
114 : 배플 116 : 노즐부
118 : 커버 120: 증착 재료
122 : 연결부 124: 배출홀
126 : 노즐홀 128 : 히터

Claims (7)

  1. 증착 재료가 수용되는 몸체와;
    상기 몸체의 중심부에서 외곽으로 갈수록 상기 몸체의 바닥면과의 이격거리가 점진적으로 변하도록 형성되며 나선형상의 배플홀을 가지는 배플을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배플은 상기 몸체의 중심부에서 외곽으로 갈수록 상기 몸체의 바닥면과 가까워지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체의 바닥면과 최단 거리에 위치하는 배플의 직경은 상기 몸체의 바닥면과 최장 거리에 위치하는 배플의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나선형상의 배플홀은 상기 중심부에서 외곽으로 갈수록 폭이 일정한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나선형상의 배플홀은 상기 중심부에서 외곽으로 갈수록 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 최외곽의 배플에서부터 상기 중심부의 배플까지를 연결하는 직선 형태의 연결부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배플은 구리재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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