KR20170047987A - 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발원에 관한 것으로, 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 상부에 설치되어 상기 증착물질을 기판상에 고르게 분사하기 위한 분사홀이 구비되는 디퓨저와, 증발원의 상부에서의 열 손실을 방지하기 위해 상기 디퓨저의 상면에 설치되는 상부 리플렉터와, 상기 도가니에 수용된 증착물질이 확산 배출되어 전방의 기판에 증착되도록 상기 도가니를 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열체와, 상기 가열체 및 도가니의 열이 차단되도록 상기 도가니의 외연에 설치된 가열체를 감싸도록 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각장치와, 상기 가열체로부터 외측 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위해 상기 냉각장치와 가열체 사이에 설치되는 적어도 하나 이상의 리플렉터와, 상기 디퓨저로부터의 열확산을 방지하기 위해 상기 냉각장치의 상부에 설치되는 셀링을 포함함으로써, 증발원의 상부에서 발생할 수 있는 열 손실을 최소화함으로써, 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 증대시킴과 아울러 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

증발원{Evaporation source}

본 발명은 증발원에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증발원의 상부에 셀링과 리플렉터(reflector)를 고정 부착하여 증발원의 상부에서 발생할 수 있는 열 손실을 최소화함으로써, 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 증대시킴과 아울러 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 증발원에 대한 것이다.

기판에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공 증착법(evaporation), 이온 플래이팅법(ion-plating) 및 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리 기상 증착법(PVD)과, 그리고 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다. 이중에서 유기전계발광소자의 유기막, 전극 등과 같은 박막을 형성하는 데에는 진공 증착법이 주로 사용된다. 상기 진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 간접 가열 방식(또는 유도 가열 방식)의 증발원(effusion cell)이 사용되고 있다.

상기 진공 증착법은 진공챔버의 하부에 구비되는 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 것으로서, 진공 증착법을 이용한 박막 형성장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 진공챔버에 연결된 진공펌프가 존재하며 이를 이용하여 진공챔버의 내부를 일정한 진공 분위기로 유지시킨 후, 진공챔버의 하부에 배치된 증발원으로부터 박막재료인 증착물질을 증발시키도록 구성된다.

상기 증발원은 그 내부에 박막재료인 증착물질이 수용되는 도가니(crucible)와, 상기 도가니의 외주면에 감겨져 전기적으로 가열하는 가열장치로 구성된다. 따라서, 상기 가열장치의 온도가 상승함에 따라 상기 도가니도 함께 가열되어 일정온도가 되면 증착물질이 증발되기 시작한다.

상기 진공챔버의 내부에는 증발원의 상부로부터 일정거리 떨어진 곳에 박막이 형성될 성막용 기판이 위치하게 된다. 따라서, 상기 도가니로부터 증발된 증착물질은 성막용 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거쳐 성막용 기판 위에 고체화되어 얇은 박막을 형성한다.

또한, 상기 증착장치는 증발원의 도가니를 흑연 등의 물질로 형성하고 도가니의 내부에 수용되는 증착물질을 증발시켜 성막용 기판에 증착시키기 위하여 상부가 개방되어 있다.

하지만, 통상의 도가니는 상부의 개구부가 기판에 비해 폭이 좁으므로, 증착물질을 기판에 균일하게 증착하기 위해서는 도가니와 기판과의 거리를 일정거리 떨어뜨리거나, 기판을 기울인 상태에서 기판을 회전시키는 등의 방법을 사용하여 왔다. 그러나 상기와 같은 기판의 증착방법은 도가니에서 증발된 물질이 기판에도 증착되지만, 많은 부분이 진공 챔버에 증착되게 되어, 그 물질의 사용률이 현저하게 낮아지고, 기판의 위치에 따라 증발원과 이루는 각도가 달라서 기판상에 균일한 박막을 증착시키는데 어려움이 많았다.

또한, 도가니의 개구부에 의해 증발원 상부에서의 열손실이 발생되어 도가니 내부에서 증발되어 기판으로 이동되는 증착물질이 급격한 온도변화에 의해 응축되는 현상이 발생되었다. 이에 따라 안정적인 증착 공정이 이루어지지 않고 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

대한민국공개특허 제10-2007-0066232호.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증발원의 상부에 셀링과 리플렉터(reflector)를 고정 부착하여 증발원의 상부에서 발생할 수 있는 열 손실을 방지함으로써, 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 증대시키고 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있는 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 도가니의 상부에 증착물질을 고르게 분사할 수 있는 디퓨저를 설치하여 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 상부에 설치되어 상기 증착물질을 기판상에 고르게 분사하기 위한 분사홀이 구비되는 디퓨저와, 증발원의 상부에서의 열 손실을 방지하기 위해 상기 디퓨저의 상면에 설치되는 상부 리플렉터와, 상기 도가니에 수용된 증착물질이 확산 배출되어 전방의 기판에 증착되도록 상기 도가니를 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열체와, 상기 가열체 및 도가니의 열이 차단되도록 상기 도가니의 외연에 설치된 가열체를 감싸도록 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각장치와, 상기 가열체로부터 외측 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위해 상기 냉각장치와 가열체 사이에 설치되는 적어도 하나 이상의 리플렉터와, 상기 디퓨저로부터의 열확산을 방지하기 위해 상기 냉각장치의 상부에 설치되는 셀링을 포함하는 증발원이 제공된다.

본 발명에서, 상기 디퓨저는 외측을 향하여 상향경사지는 복수의 댐(dam)부와, 상기 증착물질을 관통시키기 위해 복수개로 구비되는 분사홀과, 상기 복수의 댐부 사이에 형성되어 상기 상부 리플렉터가 설치되는 요홈부와, 상기 댐부의 외주면을 따라 수평방향으로 연장되는 연장부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 댐부는 내측에 설치되는 내측 댐부와, 상기 요홈부의 외측에 설치되는 외측 댐부로 이루어지며, 상기 내측 댐부와 외측 댐부의 상단부를 연결하여 형성되는 분사각의 경사각도가 상기 외측 댐부의 경사면이 이루는 경사각도보다 완만하게 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 외측 댐부의 경사면이 이루는 경사각도는 40 내지 50°인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 디퓨저의 중앙에는 증착물질이 튀는 현상(splash)과 박막 두께의 재현성을 확보하기 위하여 디퓨저 헤드가 설치될 수 있다.

또한, 상기 도가니와 디퓨저 사이에는 도가니의 개구부를 차폐하기 위한 배플이 설치될 수 있다.

본 발명에서, 상기 가열체는 상기 도가니를 가열하여 증착물질을 증발시키기 위한 하부 가열체와, 상기 디퓨저를 통해 분사되는 증착물질의 변성을 방지하기 위해 상기 디퓨저 주변을 가열하기 위한 상부 가열체로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 셀링은 상기 냉각장치의 상부에 고정되는 하단으로부터 점차 상방향으로 확장되는 형상으로 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 증발원의 상부에 셀링과 리플렉터(reflector)를 고정 부착하여 증발원의 상부에서 발생할 수 있는 열 손실을 방지함으로써, 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 증대시키고 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도가니의 상부에 증착물질을 고르게 분사할 수 있는 디퓨저를 설치하여 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 증발원의 구성을 나타내기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 A부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 증발원의 주요 구성요소를 도시한 분해 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명의 증발원의 구성을 나타내기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에서의 A부분 확대도이고, 도 3은 본 발명의 증발원의 주요 구성요소를 도시한 분해 사시도이다.

이와 같은 본 발명의 증발원은 증착물질이 수용되는 도가니(10)와, 상기 도가니(10)의 상부에 설치되어 상기 증착물질을 기판상에 고르게 분사하기 위한 디퓨저(20)와, 증발원의 상부에서의 열 손실을 방지하기 위해 상기 디퓨저(20)의 상면에 설치되는 상부 리플렉터(32)(34)와, 상기 도가니(10)에 수용된 증착물질이 확산 배출되어 전방의 기판에 증착되도록 상기 도가니(10)를 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열체(42)(44)와, 상기 가열체 및 도가니의 열이 차단되도록 상기 도가니(10)의 외연에 설치된 가열체(42)(44)를 감싸도록 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각장치(50)와, 상기 가열체(42)(44)로부터 외측 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위해 상기 냉각장치(50)와 가열체 사이에 설치되는 적어도 하나 이상의 리플렉터(62)(64)와, 상기 디퓨저(20)로부터의 열확산을 방지하기 위해 상기 냉각장치(50)의 상부에 설치되는 셀링(cell ring)(70)을 포함한다.

상기 디퓨저(20)는 상기 도가니(10) 내 수용된 증착물질을 기판상에 분사하도록 도가니(10)와 연통되는 분사홀(22)이 구비되는데, 상기 분사홀(22)은 도 3에서 보는 바와 같이, 일정 간격을 두고 복수개의 분사홀(22)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 분사홀(22)이 형성되는 디퓨저(20)의 중앙에는 증착물질이 튀는 현상(splash)과 박막 두께의 재현성을 확보하기 위하여 디퓨저 헤드(80)가 설치될 수 있다. 상기 디퓨저 헤드(80)는 그 하부에 수나사가 형성된 체결부가 구비되어, 디퓨저(20)의 중앙에 나사체결됨으로써 설치된다.

또한, 상기 도가니(10)와 디퓨저(20) 사이에는 도가니(10)의 개구부를 차폐하기 위한 배플(90)이 설치될 수 있다. 상기 배플(90)은 방사형으로 형성된 복수개의 홀을 구비하며, 상기 도가니(10) 내부에서 상기 증착물질이 증발되어 이동하는 경로를 평행하게 나눈다.

이와 같은 본 발명은 상기 도가니(10)에서 기화된 증착물질이 도가니(10) 상부에 설치된 배플(90)을 통과하게 되는데, 이때 뭉쳐진 유기물질이 상기 배플(90)에 부딪히며 부서지게 되어, 증발된 유기물질을 기판을 향해 균일하게 분사시키는 역할을 수행할 수 있다.

한편, 상기 디퓨저(20)는 관통 형성되는 분사홀(22)과 아울러 외측을 향하여 상향경사지는 복수의 댐(dam)부(24)(26)가 구비된다. 본 발명에서, 상기 댐부(24)(26)는 내측에 설치되는 내측 댐부(24)와, 외측에 설치되는 외측 댐부(26)로 이루어지어 2개의 댐부를 연속적으로 이루어지는 형상을 가지며, 상기 내측 댐부(24)와 외측 댐부(26) 사이에는 요홈부(28)가 형성되고, 상기 외측 댐부(26)에는 외주면을 따라 수평방향으로 연장되는 연장부(29)가 형성된다.

상기 댐부(24)(26)는 일측이 경사면으로 이루어지어 증착물질의 분사 시 증착물질의 확산을 안내하는 역할을 한다. 즉, 상기 댐부(24)(26)의 경사면을 따라 기화된 증착물질이 안내되어 기판상에 증착되는 것이다.

여기서, 본 발명에서는 상기 내측 댐부(24)와 외측 댐부(26)가 이루는 각도를 일정 범위 내로 한정한다. 구체적으로, 상기 내측 댐부(24)와 외측 댐부(26)의 상단부를 연결하여 형성되는 가상의 선(도 2에서의 점선으로 표시)이 이루는 경사각도가 상기 외측 댐부(26)의 경사면이 이루는 경사각도보다 완만하게 이루어지는 것이 바람직하다.

이는 상기 분사홀(22)을 통해 분출되는 증착물질이 상기 내측 댐부(24)의 경사면을 따라 안내되어 분사되다가 내측 댐부(24)의 상단부를 지나면 확산 각도가 더 커지게 되는데, 이때 일부의 증착물질은 상기 외측 댐부(26)의 경사면을 따라 확산되고, 일부의 증착물질은 상기 내측 댐부(24)와 외측 댐부(26)의 상단부를 연결하는 가상의 선을 한계점으로 하여 확산되는 것이다.

따라서, 기판상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키기 위해서는 상기 내측 댐부(24)와 외측 댐부(26)의 상단부를 연결하여 형성되는 가상의 선(도 2에서의 점선으로 표시)이 이루는 경사각도가 상기 외측 댐부(26)의 경사면이 이루는 경사각도보다 완만하게 이루어지어 더 넓은 면적으로 고르게 증착물질을 분사함으로써, 균일한 증착 박막이 형성되도록 할 수 있다.

본 출원인이 수차례 실험한 결과, 상기 외측 댐부(26)의 경사면이 이루는 경사각도는 40 내지 50°범위인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 상기 경사각도가 45°인 경우가 가장 박막의 균일도를 향상시키는 것으로 나타났다.

한편, 상기 요홈부(28)와 연장부(29)에는 상기 상부 리플렉터(32)(34)가 설치되어 증발원의 상부에서 발생할 수 있는 열 손실을 방지하게 된다.

본 발명에서, 상기 가열체(42)(44)는 상기 도가니(10)를 가열하여 증착물질을 증발시키기 위한 하부 가열체(44)와, 상기 디퓨저(20)를 통해 분사되는 증착물질의 변성을 방지하기 위해 상기 디퓨저(20) 주변을 가열하기 위한 상부 가열체(42)로 이루어질 수 있다.

상기 가열체(42)(44)는 열선으로 구성되어 상기 열선에 인가된 전류에 의해 열선으로부터 열이 발산되어 도가니(10) 내의 증발 물질(M)을 증발시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 셀링(70)은 상기 냉각장치(50)의 상부에 고정되는 하단으로부터 점차 상방향으로 확장되는 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 셀링(70)은 디퓨저(20)의 측부에 설치되어 디퓨저(20)로부터의 열확산을 방지하여 열 손실을 방지함으로써, 박막 증착 효율과 물질의 사용 효율을 증대시키고 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 도가니 20: 디퓨저
22: 분사홀 24: 내측 댐부
26: 외측 댐부 28: 요홈부
29: 연장부 32, 34: 상부 리플렉터
42, 44: 가열체 50: 냉각장치
62, 64: 리플렉터 70: 셀링(cell ring)
80: 디퓨저 헤드 90: 배플

Claims (8)

1. 증착물질이 수용되는 도가니;
   상기 도가니의 상부에 설치되어 상기 증착물질을 기판상에 고르게 분사하기 위한 분사홀이 구비되는 디퓨저;
   증발원의 상부에서의 열 손실을 방지하기 위해 상기 디퓨저의 상면에 설치되는 상부 리플렉터;
   상기 도가니에 수용된 증착물질이 확산 배출되어 전방의 기판에 증착되도록 상기 도가니를 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열체;
   상기 가열체 및 도가니의 열이 차단되도록 상기 도가니의 외연에 설치된 가열체를 감싸도록 설치되는 적어도 하나 이상의 냉각장치;
   상기 가열체로부터 외측 방향으로의 복사 열전달을 차폐시키기 위해 상기 냉각장치와 가열체 사이에 설치되는 적어도 하나 이상의 리플렉터; 및
   상기 디퓨저로부터의 열확산을 방지하기 위해 상기 냉각장치의 상부에 설치되는 셀링;
   을 포함하는 증발원.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 디퓨저는,
   외측을 향하여 상향경사지는 복수의 댐(dam)부와,
   상기 증착물질을 관통시키기 위해 복수개로 구비되는 분사홀과,
   상기 복수의 댐부 사이에 형성되어 상기 상부 리플렉터가 설치되는 요홈부와,
   상기 댐부의 외주면을 따라 수평방향으로 연장되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 댐부는 내측에 설치되는 내측 댐부와,
   상기 요홈부의 외측에 설치되는 외측 댐부로 이루어지며,
   상기 내측 댐부와 외측 댐부의 상단부를 연결하여 형성되는 분사각의 경사각도가 상기 외측 댐부의 경사면이 이루는 경사각도보다 완만하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 외측 댐부의 경사면이 이루는 경사각도는 40 내지 50°인 것을 특징으로 하는 증발원.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 디퓨저의 중앙에는 증착물질이 튀는 현상(splash)과 박막 두께의 재현성을 확보하기 위하여 디퓨저 헤드가 설치되는 것을 특징으로 하는 증발원.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 도가니와 디퓨저 사이에는 도가니의 개구부를 차폐하기 위한 배플이 설치되는 것을 특징으로 하는 증발원.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열체는 상기 도가니를 가열하여 증착물질을 증발시키기 위한 하부 가열체와,
   상기 디퓨저를 통해 분사되는 증착물질의 변성을 방지하기 위해 상기 디퓨저 주변을 가열하기 위한 상부 가열체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발원.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 셀링은 상기 냉각장치의 상부에 고정되는 하단으로부터 점차 상방향으로 확장되는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발원.

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