KR20180090391A

KR20180090391A - 증착 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180090391A
Application number: KR1020187022191A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 롱; 마르쿠스 게르스도르프
Original assignee: 아익스트론 에스이
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2018-08-10
Also published as: KR20140043791A; WO2012175334A2; TW201305366A; CN103620086B; DE102011051261A1; KR101956829B1; JP5989107B2; CN103620086A; JP2014520210A; KR102035813B1; TWI572728B; WO2012175334A3

Abstract

본 발명은 우선 유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판(11)상에 증착하기 위한 방법과 관련이 있으며, 이 경우 상기 유기 출발 물질은 현탁 입자 형태의 에어로졸로서 운반 가스 흐름 안에서 증발기(1) 내부로 보내지며, 이 경우 상기 현탁 입자는 그곳에서 온도 제어 장치에 의해 가열된 열 전달 면(15)에 접촉하게 되고, 상기 열 전달 면(15)의 온도에도 의존하는 평균 체류 시간 후에 증발되며, 이 경우 상기와 같이 운반 가스에 의하여 발생 된 증기는 출력 가스 흐름으로써 증발기(1)로부터 나와서 프로세스 챔버(10) 내부로 보내지며, 이곳에서 증기는 기판(11)의 표면에서 층을 형성하면서 응축된다. 에어로졸의 증발에 의해 발생하는 증기의 시간에 따른 변동률을 줄이기 위하여, 본 발명에 따라 열 전달 면(15)의 온도가 출력 가스 흐름 내에서 발생하는 증기(c)의 질량 유동의 시간에 따른 변화에 대한 응답으로서 변경되는 것이 제안된다. 또한, 본 발명은 운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치, 그리고 OLED를 증착하기 위한 장치와도 관련이 있다.

Description

증착 방법 및 장치{DEPOSITION METHOD AND DEVICE}

본 발명은 유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 경우 상기 유기 출발 물질은 현탁 입자 형태로 입력 가스 흐름으로서의 운반 가스 흐름에 의해 증발기 내부로 보내지며, 이 경우 상기 현탁 입자는 그곳에서 가열된 열 전달 면에 접촉하게 되고, 상기 열 전달 면의 온도에 의존하는 평균 체류 시간 후에 증발되며, 이 경우 상기와 같이 운반 가스에 의하여 발생 된 증기는 출력 가스 흐름으로서의 증발기로부터 나와서 프로세스 챔버 내부로 보내지며, 이곳에서 증기는 기판의 표면에서 층을 형성하면서 응축된다.

본 발명은 또한 운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치, 즉 입력 가스 흐름을 위한 유입 개구, 출력 가스 흐름을 위한 배출 개구 및 열 전달 면을 내부에 구비하는 용기의 형태로 형성된 장치와도 관련이 있으며, 이 경우 상기 열 전달 면은 변동될 수 있는 가열 에너지 흐름에 의해서, 상기 유입 개구를 통해 용기 내부로 보내진 현탁 입자가 열 전달 면과 접촉할 때에 배출 개구를 통해서 용기로부터 외부로 배출되는 유기 증기로 증발되는 온도로 가열될 수 있다.

더 나아가 본 발명은 상기와 같은 증발기를 구비하여 OLED를 증착하기 위한 장치와도 관련이 있다.

US 7,238,389 B2호는 동류의 방법 내지 동류의 장치를 기술하고 있다. 상기 간행물에서는 에어로졸-발생기에 의하여 에어로졸이 발생 된다. 에어로졸은 운반 가스 흐름 내부로 보내진 분말로 이루어진다. 에어로졸 입자는 현탁 입자로서 운반 시체 흐름에 의하여 에어로졸-발생기로부터 증발기로 보내진다. 증발기는 증발 온도로 가열되는 고체 폼(foam)으로 이루어진다. 상기 고체 폼의 기공 벽과 현탁 입자의 표면 접촉에 의하여 상기 현탁 입자에 증발 열이 제공된다. 증발률은 열 전달 면의 온도에 의존한다. 프로세스가 포화 범위 아래에서 실시되면, 증발기에 공급되는 유기 출발 물질의 단위 시간당 질량은 증발기로부터 송출되는 증기의 단위 시간당 질량에 상응한다. 특정 영역에서 발생하는 다양한 온도는 실제로 증발기 내에 있는 증발되지 않은 유기 출발 물질의 각각 다른 평균 체류 시간만을 결과적으로 야기한다. 이와 같이 발생 된 증기는 운반 가스에 의해서 프로세스 챔버 내부로 공급되고, 상기 프로세스 챔버 내에는 기판이 존재한다. 기판은 유기 출발 물질로 코팅된다. 가장 간단한 경우에는 기판이 단지 상응하는 낮은 온도에서만 유지되어야 함으로써, 결과적으로 증기는 기판 표면에서 응축물로서 증착된다.

US 2009/0039175 A1호도 또한 유기 출발 물질을 증발시키기 위하여 특히 텅스텐, 레늄, 탄탈륨, 니오븀, 몰리브덴 또는 플라스틱으로 이루어진 고체 폼 또는 코팅된 재료의 사용을 기술하고 있다.

US 6,037,241호는 전기식으로 가열될 수 있고 중공 실린더의 형태를 갖는 고체 폼을 구비하는 고체 증발기를 기술하고 있다.

또한, DE 10 2006 026 576 A1호는 초음파-여자기에 의한 분말 소용돌이 현상에 의해서 에어로졸이 발생 되는 고체 증발기를 기술하고 있다.

US 7,501,152 B2호는 분말 형태의 출발 물질을 노즐로 운송하기 위한 운송 장치를 기술하고 있으며, 상기 운송 장치에 의해서는 분말 형태의 출발 물질이 운반 가스 흐름 내부로 유입될 수 있다.

DE 88 08 098 U1호는 전자 빔(electron beam)을 이용하여 고체를 용융함으로써 증기를 발생시키는 방법을 기술하고 있다. 이 경우에는 센서를 이용해서 증기 발생률을 조절할 수 있는 조절 회로가 제공되었다. 이 목적을 위하여 상이한 지점에서 표면을 가열하는 다수의 전자 빔이 사용된다.

US 2002/0192375 A1호는 증발 챔버가 그 뒤에 배치되어 있는 에어로졸-제너레이터를 기술하고 있다. 증발 챔버 내부로 에어로졸이 주입됨으로써, 결과적으로 에어로졸은 그곳에서 증발하게 된다. 크기가 더 큰 방울들은 가열된 벽에서 증발할 수 있다.

US 2010/0173067 A1호는 버블러(bubbler) 내에서의 액체 증발에 의해 공정 가스가 발생 되는 CVD-반응기를 기술하고 있다. 증발 온도의 제어를 통해서 질량 유동이 조절된다.

EP 0 982 411 A2호 및 WO 2010/060646 A1호도 또한 증발된 재료의 질량 유동률이 증발 온도의 조절에 의해서 조절되는 증발기를 기술하고 있다.

브러시 휠(brush wheel)을 이용해서 에어로졸을 발생시키는 것도 공지되어 있다. 상기 브러시 휠의 브러시는 운반 가스 흐름 내에서 현탁 입자로서 운송되는 재료를 압축된 분말에 의해서 제거한다.

또한, 스프레이어의 형태로 액체를 운반 가스 내부로 반입하는 장치들도 공지되어 있다.

종래 기술에 따른 에어로졸-발생기는 고체 상태의 또는 액체 상태의 현탁 입자에서 시간에 따라 변하는 질량 유동을 발생시키는 특성을 지니고 있다.

본 발명의 과제는, 에어로졸의 증발에 의해 발생하는 증기의 시간에 따른 변동률을 줄일 수 있는 조치를 제시하는 것이다.

상기 과제는 청구항들에 기재된 발명에 의해서 해결된다.

우선적으로 그리고 실질적으로는, 열 전달 면의 온도를 신속하게 변경함으로써 출력 가스 흐름 내에서 발생하는 질량 유동의 시간에 따른 변동에 대하여 반응하게 하는 방식이 제안된다. 상기 열 전달 면은 에너지 공급의 변동에 의해 제어된 상태에서 상이한 온도로 가열될 수 있다. 이와 같은 방식의 온도 제어는 출력 가스 흐름 내에서 발생 되는 증기의 질량 유동의 시간에 따른 변화에 대한 응답이다. 이러한 방법에 의해서는, 입력 가스 흐름 내에서의 현탁 입자의 질량 유동의 시간에 따른 변동에 의해서 야기되는 출력 가스 흐름 내에서의 질량 유동의 시간에 따른 변동만 보상될 수 있는 것이 아니다. 상기 방법은 또한 증발기 내부에서 증발률의 변동을 보상하는 것까지도 가능하게 한다. 증발률은 증발기 내부에서의 열역학적인 상황에 의해서뿐만 아니라 운동역학적인 상황에 의해서도 결정된다. 이때 중요한 파라미터는 열 전달 면의 표면 온도이다. 상기 파라미터들은 실제로 고체 부분 압력에 대한 형성된 증기의 부분 압력의 비율을 결정한다. 증발률을 위해서 중요한 또 다른 파라미터는 자유 표면의 크기이다. 상기 자유 표면의 크기는 시간에 따라 변하지 않는 열 전달 면의 총 표면적에 의존할 뿐만 아니라, 증발되지 않은 유기 재료가 상기 표면을 차지하는 비율을 의미하는 충실률(solidity ratio)에도 의존한다. 상기 충실률은 시간에 따른 변동의 영향을 받는다. 본 발명에 따른 방법은 포화 조건 하에서 실시되며, 이와 같은 내용이 의미하는 바는 출력 가스 흐름 내에서 증발기에 의해 발생 되는 증기의 부분 압력이 증발된 유기 재료의 포화 증기 압력보다 작다는 것이다. 입력 가스 흐름을 통해 증발기 내부로 보내지는 시간에 따라 변하는 평균 입자 개수만 출력 가스 흐름 내에서의 질량 유동의 시간에 따른 변동에 기여하는 것은 아니다. 입자 크기도 영향을 미친다. 유입 개구를 통해 증발기 내부로 유입되는 현탁 입자들은 열 전달 면에 대하여 표면 접촉하게 되고, 그곳에서 열을 흡수한다. 따라서, 상기 현탁 입자들은 이 현탁 입자들이 완전히 증발될 때까지 소정의 시간 동안 증발 챔버 내부에 체류하게 된다. 열 전달 면의 표면 온도가 높을수록, 증발기 내에서 증발되지 않은 유기 재료의 체류 시간은 그만큼 더 짧아진다. 증발기 내부에 있는 상기 증발되지 않은 유기 재료는 일종의 버퍼링 질량(buffering mass)을 형성한다. 열 전달 면의 온도를 내림으로써 증발률은 변하고, 버퍼링 질량은 증가한다. 증발 프로세스는 증발기 내부로 유입되는 단위 시간당 질량 유동이 증발기로부터 외부로 배출되는 단위 시간당 질량 유동과 같아지는 정적인 상태를 장기적으로(in the long term) 유지하려고 하기 때문에, 온도 하강시에는 중기적으로(in the medium term) 저장 질량 또는 저장 용적이 확대되고, 그로 인해 자유 표면의 크기도 확대된다. 단기적으로(in the short term), 온도 하강 및 그와 더불어 평균 체류 시간의 증가는 증발된 유기 출발 물질에서 증발기로부터 외부로 배출되는 질량 유동의 감소를 야기한다. 그와 반대로 열 전달 면의 온도가 상승 되면, 이와 같은 상황은 증발률의 상승 및 증발기 내부에서 증발되지 않은 유기 출발 물질의 평균 체류 시간의 단축을 유도한다. 전술된 저장 질량 또는 저장 용적은 줄어든다. 그와 더불어 자유 표면이 줄어드는 현상도 함께 나타나게 되며, 그 결과 장기적으로는 증발기 내부로 유입되는 유기 재료의 질량 흐름이 증발기로부터 외부로 배출되는 질량 흐름과 같아지는 정적인 상태에 도달하게 된다. 그러나 단기적으로 온도 상승에 의해서는 증발된 유기 출발 물질에서 증발기로부터 외부로 배출되는 질량 유동의 증가에 도달하게 된다. 따라서, 열 전달 면의 온도 변화에 의해서는 온도 상승시에는 출력 흐름 내에서의 유기 출발 물질의 증기 압력이 증가하게 되고, 온도가 떨어질 때에는 증기 압력이 감소하게 된다. 본 발명에 따른 방법에 의해서는, 열 전달 면의 온도를 신속하게 변경함으로써 질량 유동의 시간에 따른 변동이 보상된다. 평균 체류 시간은 초 범위 안에 있다. 그와 달리 유효 증발률에 대하여 현저한 영향을 미치는 열 전달 면의 온도 변화율은 10분의 1초 범위 안에 있으며, 바람직하게는 100분의 1초 범위 안에 그리고 특히 바람직하게는 1000분의 1초 범위 안에 있다. 예를 들어 1도만큼의 열 전달 면의 온도 변화는 5%만큼의 증발률 변화에서 나타난다. 본 발명에 따르면, 열 전달 면의 온도를 변경시키기 위하여 조절 회로, 특히 PID-조절기가 사용된다. 이 목적을 위하여, 출력 가스 흐름 내에서의 유기 출발 물질의 증기의 부분 압력을 검출할 수 있는 센서가 이용된다. 그 대안으로서, 출력 가스 흐름 내에서의 유기 출발 물질의 증기의 질량 유동을 검출하는 센서도 사용될 수 있다. 상기 센서의 센서 신호들은 조절 값으로서 조절 회로에 제공되는 값들을 전달한다. 상기 조절 회로의 설정 값은 열 전달 면의 온도를 변경시키는 가열 에너지 유동이다. 상기 조절 회로의 응답 시간은 실제로 열 방출 면의 시간에 따른 온도 변화율에 의해서 결정된다. 열 전달 면의 온도 변화율은 적어도 5℃/s이다.

가열시에는 적어도 10℃/s에 해당하는 더 높은 온도 변화율에도 도달할 수 있다. 적합한 성형에 의해서는 심지어 4ms 안에 온도가 1도만큼 위로 또는 아래로 변화될 수 있는 온도 변화율에도 도달할 수 있다. 열 전달 면의 온도가 300℃ 내지 400℃의 범위 안에 놓여 있는 평균적인 값으로부터 ±10°만큼 변경되면 충분하다. 바람직하게 열 전달 면은 고체 폼의 기공으로부터 형성된다. 본 경우에는 서문에서 언급되는 바와 같은 그리고 이와 관련하여 서문에서 인용된 간행물들에서 기술되는 바와 같은 개방 기공형의 고체 폼이 사용된다.

본 발명에 따른 장치는 출력 가스 흐름 내에 배치된 센서를 구비하며, 상기 센서는 유기 출발 물질의 증기의 부분 압력 또는 증기 라인을 관류하는 출발 물질의 질량 유동을 검출할 수 있다. 센서에 의해서 검출되고 증기 압력에 의존하는 상기 센서 신호는 조절 값으로서 PID-조절기에 제공된다. 상기 PID-조절기는 열 전달 면을 가열시키는 가열 에너지 유동을 위한 설정 값을 전달한다. 열 전달 면은 바람직하게 용기 벽에 의해서 형성되며, 이 경우 증발기를 형성하는 용기는 가스 유입 개구 및 가스 배출 개구를 구비한다. 가스 흐름에 의해서 운반되고 고체 상태 또는 액체 상태일 수 있는 현탁 입자를 용기 벽에 접촉시키기 위해 용기 내부로 유입되는 가스 흐름에 소용돌이를 형성하기 위하여, 상기 가스 유입 개구의 흐름 방향 아래쪽에는 예를 들어 하나 또는 다수의 배플(baffle)을 갖춘 가스 분배기가 배치될 수 있다. 열 전달 면은 바람직하게 개방 기공형 고체 폼의 기공 벽에 의해서 형성된다. 현탁 입자에 대한 전형적인 크기는 대략 100㎛이다. 기공 개구의 폭에 대한 전형적인 치수는 대략 1mm이다. 상기 고체 폼은 자체 총 용적의 95% 이상의 기공 용적을 가질 수 있다. 바람직하게 상기 용기는 중공 실린더의 형태를 가지며, 상기 중공 실린더의 벽은 실린더 모양의 고체 폼에 의해서 형성된다. 상기 고체 폼은 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 그러나 바람직하게 상기 고체 폼은 전기 전도성 재료, 예를 들어 흑연으로 이루어지거나 또는 서문에 언급된 금속들, 즉 텅스텐, 레늄, 탄탈륨, 니오븀, 몰리브덴 중에서 하나의 금속으로 이루어진다. 흑연 또는 세라믹으로 이루어지는 고체 폼은 상기 금속들로 또는 상기 금속들의 탄화물로 코팅될 수 있다. 바람직하게 중공 실린더 형태의 고체 폼은 벽이 얇고, 가열될 수 있는 용기 케이스와 열 전도 방식으로 결합 된다. 예를 들어 상기 용기 케이스는 열 방출의 목적으로 냉각될 수 있다. 전기 전도성 고체 폼은 두 개의 전극을 구비하며, 상기 전극을 통해 전류가 고체 폼을 관류할 수 있다. 전류 변동에 의해서 상기 고체 폼에 제공되는 가열 파워가 변동될 수 있다. 고체 폼의 온도가 상기 고체 폼을 둘러싸는 케이스의 온도보다 적어도 50°만큼 더 높으면 충분하다.

열 전달 면의 온도의 단기간 상승은 고체 폼에 의해 형성된 증발 몸체 내부로 상응하게 높은 전류를 공급함으로써 가능하다. 증발 몸체의 온도의 단기간 하강은 열 방출에 의해서 이루어진다. 이때 열 방출은 상대적으로 더 차가운 케이스에 대한 열 전도성 접촉을 통해서 이루어진다. 그러나 현탁 입자에 의해서 흡수된 증발 열 또는 차가운 상태에서 용기 내부로 유입되는 운반 가스의 가열도 냉각 작용을 한다.

본 발명의 일 개선 예에서는, 적합한 밸브를 앞에 연결함으로써 운반 가스 흐름이 에어로졸-발생기를 펄스 형태로 관류하는 방식이 제시되었다. 이때 펄스 주파수는 상호(reciprocal) 체류 시간보다 현저하게 높다. 통상적인 펄스율은 10 내지 20 헤르츠이다. 따라서, 펄스 길이는 대략 1초의 범위 안에 놓여 있는 평균 체류 시간보다 현저하게 짧다.

본 발명의 일 개선 예에서는 증발기 내부에 온도 센서가 제공되는 것이 제시되었으며, 상기 온도 센서에 의해서는 열 전달 면의 평균 온도가 측정될 수 있다. 상기, 바람직하게 제 2 센서는 조절 회로와 협력 작용을 한다. 조절 회로로서는 바람직하게 제 2 PID-조절기가 사용되며, 더 상세하게 말해서 상기 제 2 PID-조절기의 조절 값은 상기 제 2 센서의 센서 신호이고, 상기 제 2 PID-조절기의 설정 값은 에어로졸 발생률에 영향을 미친다. 따라서, 예를 들어 열 전달 면의 변화하는 온도에 대한 상기 제 2 조절 회로의 응답은 에어로졸 형성률의 변동일 수 있다.

제 1 조절 회로는 단기간 동안 발생 되는 증기의 질량 유동 변동에 반응함으로써 단기간에 증발기의 가열 장치에 제공되는 파워가 변동되는 한편, 제 2 조절 회로는 열 전달 면의 변하는 평균 온도에 대하여 완만하게 반응한다. 이와 같은 열 전달 면의 평균 온도의 장기간에 걸친 상승 또는 하강은 현탁 입자, 다시 말해 증발되지 않은 출발 물질이 증발기에 덜 제공될 때의 결과이거나 초과 제공될 때의 결과이다. 따라서, 상기 제 2 조절 회로는 열 전달 면의 평균 온도가 상승할 때에는 에어로졸 형성률을 증가시키고, 열 전달 면의 평균 온도가 하강할 때에는 에어로졸 형성률을 감소시킨다. 그럼으로써, 제 1 조절 회로는 열 전달 면의 온도를 사전에 결정된 온도 윈도우의 범위 안에서만 변경시킬 수 있게 된다. 온도 센서에 의해서는 열 전달 면의 평균 온도가 측정된다. 조절 값은 온도 신호이다. 설정 값으로서의 질량 유동에 의해서는 어느 정도까지는 열 소산이 설정 값으로서 사용될 수 있다. 이와 같은 상황은 특히 가스의 온도가 열 전달 면의 온도보다 현저하게 낮은 경우에 해당한다.

본 발명의 실시 예들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 제 1 장치의 블록 회로도이며,
도 2는 본 발명에 따른 증발기를 절단하여 도시한 종단면도이고,
도 3은 입력 가스 흐름 내에서의 에어로졸-입자의 질량 농도의 시간에 따른 파형(a), 제공되는 가열 파워(b) 및 증발된 유기 출발 물질의 출력 가스 흐름 내에서의 질량 유동(c)을 개략적으로 도시한 도면이며, 그리고
도 4는 본 발명에 따른 제 2 장치의 블록 회로도이다.

도 1은 소위 OLED를 발생시키기 위해 예를 들어 유리로 이루어진 기판(11)을 얇은 발광 유기 층으로 코팅하기 위한 코팅 장치를 보여주고 있다. 층의 구조 및 사용된 유기 출발 물질과 관련해서는 서문에서 인용된 문헌 및 특히 US 7,238,389 B2호가 참조 되며, 상기 간행물의 관련 공개 내용은 본 출원서 안에 전체 내용상으로 포함된다.

본 발명에 따른 장치는 도면에 상세하게 도시되어 있지 않은 운반 가스용 소스를 구비하며, 본 경우에는 운반 가스로서 질소, 수소 또는 적합한 불활성 가스가 사용될 수 있다. 운반 가스 라인(3)에 의해서는 운반 가스가, 경우에 따라서는 짧은 펄스 형태의 운반 가스가 에어로졸-발생기(2)에 공급되고, 상기 에어로졸-발생기는 저장 용기(2')를 구비하며, 상기 저장 용기 내에는 유기 출발 물질이 저장된다. 에어로졸-발생기(2)는 저장 용기 내에 저장된 분말을 운반 가스 흐름 내부로 유도하기 위하여 브러시 휠, 스크루 또는 다르게 형성된 이송 수단을 구비할 수 있다. 그러나 분말 대신에 액체도 운반 가스 흐름 내부로 분무 될 수 있다.

에어로졸 라인(4)을 통해 가스 흐름으로부터 증발기(1) 내부로 보내지는 현탁 입자가 형성된다. 증발기(1)는 도 2에 대한 설명 부분에서 상세하게 기술된다. 이하에서 계속해서 상세하게 설명되는 바와 같이, 증발기(1) 내에는 에어로졸 입자가 가스 형태로 제공된다. 이와 관련된 증기는 운반 가스와 함께 증기 라인(5)을 통해서 CVD-반응기에 공급되며, 상기 증기 라인은 가열 밴드(6)(heating band)를 통해서 가열된다. CVD-반응기 하우징(7) 내부에는 증기 라인(5)에 의해서 전력을 공급받는 샤워 헤드(shower head) 형태의 가스 유입 기관이 존재하고, 상기 가스 유입 기관은 가스 배출 면을 구비하며, 상기 가스 배출 면은 체 형태로 배치된 다수의 가스 배출 개구를 구비한다. 상기 가스 배출 면은 수직으로 아래로 향하고, 프로세스 챔버(10)의 커버를 형성하며, 상기 프로세스 챔버의 바닥은 위로 가스 유입 기관(8)으로 향하는 서셉터(9)의 표면을 형성한다. 냉각된 서셉터(9) 상에는 코팅될 기판(11)이 놓여 있고, 상기 기판상에서는 증발기(1) 내에서 형성된 증기가 층으로서 증착될 수 있다. 프로세스 챔버(10) 내부에서 또는 증발기(1) 내부에서 전체 가스 압력을 1 내지 10mbar의 범위로 설정하기 위하여 반응기 하우징(7)은 또한 진공 펌프(12)에도 연결되어 있다. 그러나 전체 가스 압력을 예를 들어 10 내지 100mbar의 범위로 더 높게 설정하는 것도 가능하다. 도면에 도시되어 있지 않은 조절 밸브를 통해서는 전체 압력이 일정하게 유지된다.

센서(13)와 상호 작용을 하는 PID-조절기(14)가 제공되며, 이 경우 상기 센서는 증기 라인(5) 내에 있는 유기 출발 물질의 증기의 부분 압력을 측정한다. 그러나 그 대안으로서, 센서(13)는 증기 라인(5)을 통해서 흐르는 유기 출발 물질의 증기의 질량 유동을 결정하기 위한 질량 유동 측정기로서도 형성될 수 있다.

센서 신호는 증기 압력 또는 질량 유동에 비례하거나 상기 증기 압력 또는 질량 유동에 상응하게 특성 곡선에 의존하는 값을 전달하는데, 이 값은 PID-조절기(14)의 조절 값을 형성한다. 상기 PID-조절기(14)의 설정 값은 열 전달 면(15)을 가열시키는 가열 파워이며, 상기 열 전달 면의 온도는 증발기(1) 내에서 유기 출발 물질의 증발되지 않은 현탁 입자의 평균적인 체류 시간에 영향을 미친다.

도 2에 상세하게 도시되어 있는 증발기는 유입 노즐의 형태를 가질 수 있는 유입 개구(18)를 갖춘 에어로졸 라인(4)에 대한 연결부를 구비한다. 유입 개구(18)의 흐름 방향 아래쪽에는 가스 분배기(19)가 있다. 이 가스 분배기는 도 2에 단지 개략적으로만 도시되어 있다. 상기 가스 분배기는 특히 가스 흐름에 대하여 비스듬하게 정렬된 다수의 배플(19')을 구비하고, 상기 배플을 향해서는 증발될 현탁 입자를 함유하는 입력 가스 흐름이 전달된다. 가스 분배기(19)에 의해서는 증발기(1)를 형성하는 용기 내부에서 소용돌이가 발생하며, 이러한 소용돌이는 용기 벽을 형성하는 증발 몸체에 현탁 입자가 제공되게끔 해준다.

증발 몸체는 이전에 언급된 열 전달 면(15)을 형성한다. 본 실시 예에서 증발 몸체로서는 대략 1mm의 기공 폭을 갖는 개방 기공형의 고체 폼이 사용된다. 기공의 용적은 고체 폼의 전체 용적의 95% 이상에 상응한다. 현탁 입자는 고체 폼 안으로 유입되어 기공 벽에 축적된다.

상기와 같이 형성된 증발 몸체(15)는 두 개의 전극(22, 23)을 구비한다. 하나의 전극(22)은 접지에 접속되어 있다. 다른 전극(23)에는 PID-조절기(14)에 의해서 이용되는 전류가 공급된다. 전기 전도성 고체 폼(15)을 통해 흐르는 전류를 통해서는 증발 몸체에 열이 제공되며, 그 결과 열 전달 면은 300℃ 내지 400℃의 온도를 갖게 된다.

중공 실린더 형태의 증발 몸체(15)는 중공 실린더형 케이스(16)에 의해서 둘러싸여 있다. 케이스(16)와 증발 몸체(15) 사이에는 절연 층(17)이 있다. 하지만, 상기 절연 층(17)은 전기 절연 방식으로 열을 통과시킬 수 있다. 고체 폼(15)의 재료 두께가 4 내지 5mm의 범위 안에 놓여 있는 한편, 절연 층(17)의 재료 두께는 대략 0.1mm이다.

케이스(16)는 금속으로 이루어질 수 있다. 그러나 상기 케이스는 또한 고체 폼으로부터 형성될 수도 있다. 케이스(16)를 가열하기 위하여 고체 폼도 마찬가지로 두 개의 전극을 구비할 수 있다. 케이스(16)의 온도는 증발 몸체(15)의 평균 온도보다 낮다. 바람직하게 본 경우에는 대략 50℃의 온도차가 설정된다.

대략 실린더 정면 벽의 중앙에 놓여 있는 유입 개구(18)에는 마찬가지로 실린더 정면 벽 내에 놓여 있는 배출 개구(20)가 마주 놓여 있다. 배출 개구(20)는 유입 개구(18)보다 큰 직경을 갖는다. 상기 배출 개구(20)를 통해서는 출력 가스 흐름이 증기 라인(5) 내부에 도달하게 된다. 상기 출력 가스 흐름은 증발된 유기 출발 물질의 증기를 함유하고 있다.

배출 개구(20)의 흐름 방향 바로 아래에는 공동부(21)가 있고, 상기 공동부 내에는 앞에서 이미 언급된 센서(13)가 존재하며, 상기 센서에 의해서는 운반 가스 내에서의 증발된 유기 출발 물질의 부분 압력 또는 그의 질량 유동이 검출된다.

상기와 같은 장치에 의해서는 이하와 같이 기술되는 방법이 실시된다:

에어로졸 라인(4)을 통해 증발기(1)로 운반되는 현탁 입자의 에어로졸-발생기(2) 내에서 발생 되는 질량 유동의 시간에 따른 유동률은 한 편으로는 구조적인 형상으로 인해 야기되는 변동 때문에 분말 이송률을 변경시키고, 다른 한 편으로는 통일되지 않은 입자 크기 때문에 분말 이송률을 변경시킨다.

상기와 같이 시간에 따라 변경되는 현탁 입자에서의 질량 흐름은 증발기 내부로 유입되고, 그곳에서 유입 개구(18)를 통해 용기 용적 내부에 도달하며, 그곳에서 가스 분배기(19)에 의해 소용돌이가 발생 됨으로써, 결과적으로 현탁 입자가 증발 몸체(15)의 기공 내부로 침투하게 된다. 열 전달 몸체의 열 전달 면(15)의 표면과의 접촉을 통해서 현탁 입자가 가열되며, 이 경우 상기 현탁 입자는 자신의 증발 온도에 도달하게 되고, 자체 입자 크기 및 열 전달 면(15)의 온도에 의존해서 상이한 속도로 증발한다. 이와 같이 형성된 증기는 배출 개구(20)로부터 나와서 증기 라인(5) 내부로 유입된다. 증기의 부분 압력, 더 상세하게 말해서 출력 가스 흐름 내에서의 증기의 농도는 센서(13)에 의해서 검출된다.

에어로졸-발생기(2) 내에 있는 현탁 입자의 공급 방식은 상기와 같은 질량 유동률에서 발생 되는 증기가 포화 증기 압력 아래에 놓여 있는 운반 가스 내부의 부분 압력을 갖도록 선택된다. 증발기(1)는 장기간 동안 정지 상태에서 작동을 하며, 이와 같은 정지 상태에서는 증발기(1) 내부로 유입되는 단위 시간당 평균 질량이 출력 가스 흐름에 의해 증발기(1)로부터 배출되는 단위 시간당 평균 질량에 상응한다. 증발기(1) 내부에서 증발되지 않은 유기 출발 물질의 체류 시간이 변경됨으로써, 상기와 같은 균형은 단기간 동안 변경될 수 있다. 열 전달 면의 온도 상승에 의해서는 증발기로부터 배출되는 유기 출발 물질의 질량 유동이 단기간 동안 증가하고, 온도 하강에 의해서는 증발기로부터 배출되는 유기 출발 물질의 질량 유동이 단기간 동안 감소한다. 그럼으로써, PID-조절기(14)에 의해 출력 질량 유동의 변동 보상이 이루어지게 된다.

질량 유동 보상 없이 증기 라인(5) 내에서 관찰된 질량 유동의 변동은 1초보다 큰 변동 시간을 갖는다. 도 3에서는 시간에 걸친 분말 형성률의 질량 유동의 전형적인 파형이 도시되어 있다. 따라서, 곡선 a는 실제로 증발될 유기 출발 물질이 증발기(1)에 공급되는 공급률을 나타낸다. 이때 수평의 시간 축은 시간에 따라 평균적으로 계산된 질량 유동에 상응하는 값에 놓여 있다.

센서(13)는 시간에 따른 평균 값으로부터 벗어나는 출력 가스 흐름 내에서의 부분 압력의 편차를 검출할 수 있다. 상기 편차가 위로 향하게 되면, PID-조절기는 열 전달 면(15)을 가열시키는 가열 파워를 감소시킨다. 열 전달 면의 온도가 적어도 100℃/s만큼 변경될 수 있고, 이와 같은 온도 변동이 이미 증발률을 5%만큼 변경시키기 때문에, 10℃까지의 매우 신속한 온도 강하는 증발 몸체(15)의 표면에서 증발되지 않은 재료의 체류 시간을 순간적으로 증가시킨다. 이와 같은 상황에 의해서는 출력 질량 유동(도 3의 곡선 c)이 예를 들어 입력 질량 유동보다 훨씬 더 적게 상승하게 된다. PID-조절기가 센서(13)를 통해서 '출력 질량 유동(곡선 c)이 더 이상 변하지 않는다'는 사실을 확인하자마자, 상기 조절기는 가열 파워(곡선 b)를 재차 상승시키기 시작한다.

센서(13)가 평균 질량 유동으로부터 아래쪽으로 편차를 검출하면, PID-조절기(14)는 가열 파워의 상승에 의해서 역으로 제어를 하게 된다. 이 경우에도 온도는 10℃까지만큼 변할 수 있다. 온도 상승에 의해 감소 되는 증발기(1) 내에서의 증발되지 않은 재료의 평균 체류 시간은 출력 가스 흐름 내에서의 질량 유동을 단기간 동안 상승시킨다. 따라서, 평균 체류 시간 동안 열 전달 면(15)에 달라붙는 증발되지 않은 재료는 증발 온도의 변화에 의해서 변경될 수 있는 버퍼링 질량을 형성하게 된다.

도 4는 제 2 센서(24)가 제공되어 있다는 점에서 실제로 도 1에 따른 장치와 상이한, 유기 출발 물질로 이루어진 층을 증착하기 위한 추가의 장치를 개략적으로 보여주고 있다. 상기 센서(24)에 의해서는 열 전달 면(15)의 평균 온도가 측정될 수 있다. 상기 온도 센서(24)는 열 전달 면(15)의 장기간에 걸친 온도 변화에 대한 응답으로서 에어로졸 발생률을 변동시키는 PID-조절기(25)를 위한 조절 값을 전달한다. 도 4에 도시된 실시 예에는 운반 가스의 질량 유동을 사전에 결정된 값에 맞추어 조절할 수 있는 질량 유동 조절기(26)가 추가로 도시되어 있다.

센서(13)에 의해서는 단기간 동안에, 더 상세하게 말하자면 초- 또는 서브세컨드(subsecond) 범위에 속한 시간 간격 안에 열 전달 면(15)의 온도를 상승시키거나 강하시키기 위하여 상기 시간 동안의 질량 유동 변동이 검출되는 한편, 온도 센서(24)는 시간에 따라 평균적으로 계산된 열 전달 면(15)의 온도 변동을 검출한다. 이 경우 "시간에 따라 평균적으로 계산된 온도"란 수 초에 걸쳐서 평균적으로 계산되는 온도로 이해된다. 예를 들어 평균 온도가 평균적으로 계산되는 시간 간격은 제 1 조절 회로(14)가 운반 가스 내에서의 증기의 부분 압력 변화에 대하여 반응하는 시간 간격의 10배에 달할 수 있다. 따라서, 조절 회로(25)는 열 전달 면(15)의 온도의 장기간에 걸친 변화에 대하여 반응하게 된다. 이와 같은 변화들의 원인은 지나치게 낮은 에어로졸 발생률이거나 지나치게 높은 에어로졸 발생률이다. 그에 상응하게, 상기 조절기(25)에 의해서는 에어로졸-발생기(2)에 의한 에어로졸 발생률의 상승에 의하여 열 전달 면(15)의 장기간에 걸친 평균 온도 상승에 대해서 반응한다. 상기 조절기(25)는 에어로졸-발생기(2) 내에서의 에어로졸 발생률의 감소에 의하여 열 전달 면(15)의 평균 온도 강하에 대해서 반응한다.

상기와 같은 조치들에 의해서는 가열 파워 제어된 증발기(1)의 온도, 더 상세하게 말하자면 열 전달 면(15)의 온도가 단지 사전에 결정된 온도 범위 안에서만 변동될 수 있다. 따라서, 증발기(1) 내부의 유기 출발 물질에서의 버퍼링 질량은 시간적인 평균에서 볼 때 실제로 일정하게 유지된다.

서로 매우 상이한 시간 상수를 갖는 두 개의 조절 회로(14, 25)가 동작을 하기 때문에, 상호 영향은 최소로 된다.

도 4에 따른 장치를 PID-조절기(14) 또는 센서(13) 없이 작동시키는 것도 또한 가능하다.

개시된 모든 특징은 (그 자체로서) 본 발명에 중요하다. 따라서, 관련/첨부된 우선권 서류(선출원의 등본)의 특징들을 본 출원서의 청구범위에 함께 기재하려는 목적으로도, 본 출원서의 공개문에는 상기 우선권 서류의 공개 내용도 전체 내용상으로 포함되어 있다. 종속 청구항들은 임의 선택적으로 배열된 텍스트에서 - 특히 상기 청구항들을 토대로 하여 분할 출원을 실행하기 위해서도 - 종래 기술의 독자적이고 진보적인 개선 예를 특징으로 기재하고 있다.

1: 증발기 2: 에어로졸-발생기
2': 저장 용기 3: 운반 가스 라인
4: 에어로졸 라인 5: 증기 라인
6: 가열 밴드 7: CVD-반응기 하우징
8: 가스 유입 기관(샤워 헤드) 9: 서셉터
10: 프로세스 챔버 11: 기판
12: 진공 펌프 13: 센서
14: PID-조절기 15: 열 전달 면
16: 케이스 17: 절연 층
18: 유입 개구/-노즐 19: 가스 분배기
19': 배플 20: 배출 개구
21: 공동부 22, 23: 전극
24: 온도 센서 25: PID-조절기
26: 질량 유동 조절기
a: 에어로졸 입자의 질량 유동
b: 가열 에너지
c: 증기의 질량 유동

Claims

유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판(11)상에 증착하기 위한 방법으로서,
이 경우 상기 유기 출발 물질은 현탁 입자 형태의 에어로졸로서 운반 가스 흐름 안에서 증발기(1) 내부로 보내지며, 이 경우 상기 현탁 입자는 상기 증발기(1) 내부에서 온도 제어 장치에 의해 가열된 열 전달 면(15)에 접촉하게 되고, 상기 열 전달 면(15)의 온도에도 의존하는 평균 체류 시간 후에 증발되며, 이 경우 상기와 같이 운반 가스에 의하여 발생 된 증기는 출력 가스 흐름으로써 증발기(1)로부터 나와서 프로세스 챔버(10) 내부로 보내지며, 상기 프로세스 챔버(10) 내부에서 증기는 기판(11)의 표면에서 층을 형성하면서 응축되고,
상기 열 전달 면(15)의 온도는 출력 가스 흐름 내에서 발생 되는 증기(c)의 질량 유동의 시간에 따른 변화에 대한 응답으로서 변경되는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
체류 시간 동안 증발기(1) 내에 포함된 특히 증발되지 않은 출발 물질의 질량은 버퍼링 질량(buffering mass)을 형성하고, 상기 버퍼링 질량은 증발기(1) 내부로 유입되는 출발 물질의 질량 유동의 시간에 따른 변동이 보상될 수 있도록 온도 변화에 의해서 변동되는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항 혹은 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
센서(13)를 이용하여 출력 가스 흐름 내에서 검출되고 운반 가스 내에 있는 증기의 유동 또는 부분 압력에 상응하는 값은 조절 값으로서 조절 회로(14)에 제공되며, 상기 조절 회로는 설정 값으로서 열 전달 면(15)으로의 가열 에너지 흐름을 변경시키는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
조절 회로(14)의 응답 시간은 증발기(1) 내에서 증발되지 않은 유기 출발 물질의 평균 체류 시간보다 특히 적어도 팩터 5 또는 10만큼 더 짧은,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
열 전달 면(15)의 온도 변화율은 적어도 5℃/s, 바람직하게는 적어도 10℃/s이며, 상기 온도는 가열 에너지 흐름의 변동에 의해서 ±10°만큼 변경될 수 있는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
펄스화 된 입력 가스 흐름을 특징으로 하며, 이때 펄스들 간의 시간은 평균 체류 시간보다 짧은,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
열 전달 면(15)은 개방된 셀의 벽을 형성하는 웹에 의해 규정된 개방 기공형 고체 폼의 기공들에 의해서 형성되며, 상기 개방 기공형 고체 폼은 특히 증발기(1)의 벽을 형성하는 용기를 형성하는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
고체 폼(15) 또는 상기 고체 폼의 코팅은 전기 전도성이고, 상기 고체 폼(15) 또는 상기 코팅을 관류하는 전류 흐름에 의해서 저항 가열되는,
유기 출발 물질로 이루어진 층을 기판상에 증착하기 위한 방법.
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치로서,
상기 장치는 입력 가스 흐름을 위한 유입 개구(18), 출력 가스 흐름을 위한 배출 개구(20) 및 열 전달 면(15)을 내부에 구비하는 용기(1)의 형태로 형성되며, 이 경우 상기 열 전달 면(15)은 변동될 수 있는 가열 에너지 흐름에 의해서, 상기 유입 개구를 통해 용기(1) 내부로 보내진 현탁 입자가 열 전달 면(15)과 접촉할 때에 배출 개구(20)를 통해서 용기(1)로부터 외부로 배출되는 유기 증기로 증발되는 동력학적으로 제어 가능한 온도로 가열될 수 있으며,
출력 가스 흐름 내에 배치된 센서(13) 및 조절 회로(14)를 구비하며, 이때 상기 센서는 유기 증기의 흐름 또는 부분적인 증기 압력에 의존하는 센서 신호를 전달하고, 상기 조절 회로에는 상기 센서 신호가 조절 값으로서 제공되며, 이때 상기 조절 회로는 변동될 수 있는 열 에너지 흐름에 의해 온도를 동력학적으로 제어하기 위하여 설정 값으로서 가열 에너지 흐름을 변경시키는,
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
증발기(1)는 그 내부로 유입되는 출발 물질이 온도 변동에 의해 영향을 받을 수 있는 증발기(1) 내에서의 체류 시간 동안 그대로 유지됨으로써 결과적으로 상기 출발 물질이 버퍼링 질량을 형성하도록 형성되며, 이때 상기 버퍼링 질량은 온도 변화에 의해 증발기(1) 내부로 유입되는 출발 물질의 질량 유동의 시간에 따른 변동이 보상될 수 있도록 변경될 수 있는,
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치.
제 9 항 또는 제 10 항 혹은 제 9 항 및 제 10 항에 있어서,
열 전달 면(15)은 특히 용기 벽을 형성하는 개방 기공형의 고체 폼에 의해서 형성되는,
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
고체 폼은 전기 전도성이고, 두 개의 전극(22, 23)과 협력 작용을 하며, 상기 전극에 의해서는 가열 전류가 고체 폼 내부에서 열을 발생시키기 위하여 상기 고체 폼을 통과할 수 있는,
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
고체 폼이 상대적으로 더 차가운 주변 환경(16)과 결합 됨으로써, 결과적으로 상기 고체 폼의 온도는 평균 온도에 대하여 적어도 5℃/s의 온도 변화율로써 ±10℃만큼 변경될 수 있는,
운반 가스 흐름 내에서 운송되는 유기 현탁 입자를 증발시키기 위한 장치.
유기 출발 물질을 층으로서 기판(11)상에 증착하기 위한 장치로서,
상기 장치는 계량 공급된 출발 물질의 질량 유동을 운반 가스 흐름 안에서 증발기(1)로 운반되는 현탁 입자의 형태로 발생시키기 위한 에어로졸-발생기(2) 및 기판(11)을 수용하기 위한 프로세스 챔버(10)를 구비하고, 이때 상기 증발기(1)는 현탁 입자를 증발시키기 위하여 증발 온도로 가열될 수 있는 열 전달 면(15)을 갖고, 이때 상기 프로세스 챔버에는 증발기(1)로부터 발생 된 증기가 증기 라인(5)을 통해서 제공되며,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 따른 증발기를 구비하는,
유기 출발 물질을 층으로서 기판상에 증착하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서,
열 전달 면(15)의 평균 온도를 측정하기 위한 온도 센서(24) 및 온도 센서 신호가 조절 값으로서 제공되는 조절 회로(25)를 구비하며, 이때 상기 조절 회로는 설정 값으로서 증발기(1)로 흘러가는 유기 출발 물질의 질량 유동을 온도 센서 신호의 함수로서 변경시키는,
유기 출발 물질을 층으로서 기판상에 증착하기 위한 장치.