KR20200125289A

KR20200125289A - 증발원

Info

Publication number: KR20200125289A
Application number: KR1020190049355A
Authority: KR
Inventors: 이윤경
Original assignee: 주식회사 선익시스템
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-11-04

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 내부에 증착물질이 수용되며, 상면에 개구부가 형성된 도가니; 상기 도가니의 개구부에 구비되는 커버; 상기 커버 상에 구비되는 복수의 노즐; 상기 커버 상에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 노즐로부터 분사되어 퇴적된 증착물질이 분산 성장되도록 하는 메쉬 형태의 퇴적 분산부;를 포함하는 증발원을 제공한다.

Description

증발원{EVAPORATION SOURCE}

본 발명은 기판에 박막을 형성하는 증착공정에 사용되는 증발원에 관한 것이다.

유기전계 발광소자의 유기막, 전극 등과 같은 박막을 형성하는 데에는 진공 증착법이 주로 사용된다. 진공 증착법에 사용되는 증발원으로는 간접 가열 방식(또는 유도 가열 방식)의 증발원(Effusion cell)이 사용되고 있다.

일반적으로 진공 증착법을 이용한 증착 장치는, 진공챔버에 연결된 진공펌프가 존재하며 이를 이용하여 진공챔버의 내부를 진공 분위기로 유지시킨 후, 진공챔버의 하부에 배치된 증발원으로부터 박막재료인 증착물질을 증발시키도록 구성된다.

증발원은 그 내부에 박막재료인 증착물질이 수용되는 도가니(Crucible)와, 도가니의 외주면에 구비되어 도가니를 가열하는 히터를 포함한다. 따라서, 히터의 온도가 상승함에 따라 도가니도 함께 가열되어 일정 온도가 되면 증착물질은 도가니 상부의 노즐을 통해 증발되기 시작한다.

진공챔버의 내부에는 증발원의 상부로부터 일정 거리 이격된 위치에 박막이 형성될 기판이 로딩된다. 따라서, 도가니 상부의 노즐로부터 증발된 증착물질은 기판에 증착되어 얇은 박막을 형성한다.

한편 노즐로부터 증발된 증착물질은 도가니 상면에도 퇴적될 수 있다. 이 경우 도가니 상면의 특정 위치에서 핵생성(nucleation)이 일어나 국부적인 성장이 이루어질 수 있다. 특히 이러한 핵생성 사이트(nucleation site)는 온도 변화가 급격한 노즐에 근접한 위치가 되기 쉽고, 이 경우 국부적으로 성장한 증착물질에 의해 노즐의 분사구가 막히는 클로깅(clogging) 현상을 유발하게 된다.

한국공개특허 10-2015-0114098

본 발명의 실시예는, 노즐로부터 증발된 증착물질이 도가니 상면에서 국부적으로 퇴적 및 성장하여 노즐 클로깅 현상을 유발하는 것을 방지할 수 있도록 한 증발원을 제공한다.

본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 증발원은, 내부에 증착물질이 수용되며, 상면에 개구부가 형성된 도가니; 상기 도가니의 개구부에 구비되는 커버; 상기 커버 상에 구비되는 복수의 노즐; 상기 커버 상에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 노즐로부터 분사되어 퇴적된 증착물질이 분산 성장되도록 하는 메쉬 형태의 퇴적 분산부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 커버는 금속 재질로 형성되고, 상기 퇴적 분산부는 상기 커버 상에 자력으로 고정되도록 자성체로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 커버는 제1체결부를 구비하고, 상기 퇴적 분산부는 상기 제1체결부에 결합되는 제2체결부를 구비할 수 있다. 또는, 상기 커버는 상기 퇴적 분산부의 삽입 또는 분리를 안내하는 가이드레일을 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 노즐은, 일단에서 타단으로 분사구가 형성된 관 형의 제1노즐; 상기 제1노즐의 최외곽에 배치되며, 외측으로 갈수록 상향 경사지게 유도슬릿이 형성된 제2노즐;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 퇴적 분산부는 상기 제2노즐에 근접 배치되고, 상기 제2노즐의 유도슬릿이 형성된 면에 대향하는 방향에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 커버 상에 퇴적 분산부를 구비하여 노즐로부터 증발된 증착물질이 국부적으로 퇴적 및 성장하지 않도록 함으로써 도가니의 상부에서 발생하는 노즐 클로깅 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 증착물질의 분사 시 분사각에 영향을 주지 않도록 함으로써, 증착물질을 고르게 분사하여 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 퇴적 분산부가 커버에 착탈 가능하게 장착되므로, 증착물질이 성장된 퇴적 분산부의 관리가 용이해질 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 증발원을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 증발원의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 증착원의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 증발원의 작용을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 증발원의 일부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 증발원의 일부를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여할 수 있다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것으로서 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 증발원을 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 증발원은 도가니(100), 히터(200), 리플렉터(300), 하우징(400)을 포함한다.

도가니(100)는 하우징(400)에 대해 탈착 가능하게 구성될 수 있다. 따라서, 증착물질이 소진된 경우 도가니(100)는 하우징(400)으로부터 인출되어 증착물질을 교체하거나 충전할 수 있으며, 증착물질이 충전된 도가니(100)는 하우징(400)에 재수용될 수 있다.

히터(200)는 도가니(100)를 감싸도록 설치되어 도가니(100)에 열을 가한다. 히터(200)는 도가니(100)의 외주를 따라 구비되는 열선을 포함할 수 있으며, 열선은 도가니(100)의 외측에 나선 또는 지그재그 형태로 권선될 수 있다.

히터(200)는 도가니(100)의 전체 높이에 걸쳐 배치되거나, 또는 도가니(100)의 일부 구간에 대응 배치될 수 있다. 따라서, 히터(200)는 전원이 인가되면 도가니(100)를 가열하고, 도가니(100)가 가열되면 증착물질은 도가니(100)의 개구부를 통해 증발된다.

리플렉터(300)는 히터(200)를 감싸도록 배치되며, 히터(200)에서 발생한 열이 도가니(100)를 향하도록 반사시킨다. 리플렉터(300)는 히터(200)에서 방출되는 복사열을 도가니(100) 측으로 다시 반사되도록 하여 히터(200)에서 방출되는 복사열 에너지의 낭비를 최소화할 수 있으며, 복사열 에너지가 도가니(100)를 향해 집중되도록 함으로써 도가니(100) 내의 증착물질의 증발 작용을 보다 촉진할 수 있다.

하우징(400)은 도가니(100), 히터(200), 리플렉터(300)가 내부에 수용되도록 한다. 하우징(400)은 리플렉터(300)를 감싸도록 설치되어 내부에 배치되는 도가니(100), 히터(200), 리플렉터(300) 등을 보호한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 증발원의 일부를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 증발원은 기판 상에 증착시킬 증착물질을 증발시키는 것으로서, 유기물 등의 증착물질을 담는 도가니(100)를 포함한다.

도가니(100)는 알루미나 또는 파이롤리틱 질화붕소 등의 세라믹이나, 티타늄 등의 금속 재질 또는 탄소 등으로 형성될 수 있다. 도가니(100)는 상면에 개구부를 가지며, 도가니(100) 내에는 고순도의 분말 또는 팰릿 형태로 증발될 유기물이 수용된다.

도가니(100)의 외측에는 히터가 구비되며, 히터는 도가니(100)의 외주를 따라 구비되는 열선일 수 있다. 따라서, 전원이 인가되면 히터는 도가니(100)를 가열하고, 도가니(100)가 가열되면 증착물질은 도가니(100)의 개구부를 통해 증발된다.

도가니(100)의 상측에는 커버(500)가 결합된다. 커버(500)는 도가니(100)의 개구부를 덮도록 구성된다. 커버(500)는 후술하는 퇴적 분산부가 자력으로 부착될 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있다.

커버(500)에는 기판을 향해 증착물질을 분사하는 노즐 조립체(600)가 구비된다. 노즐 조립체(600)는 커버(500) 상에 결합되는 노즐플레이트(610) 및 노즐플레이트(610)에 구비되는 복수의 노즐을 포함한다.

노즐플레이트(610)에는 복수의 제1관통홀(611) 및 제2관통홀(612)이 형성되고, 각각의 관통홀은 노즐과 연통된다.

복수의 노즐은 제1노즐(620) 및 제2노즐(630)로 구분될 수 있다. 예를 들면, 제1노즐(620)은 노즐플레이트(610)의 대략 중앙 부분에 배치되고, 제2노즐(630)은 제1노즐(620)의 양측 최외곽에 배치될 수 있다.

제1노즐(620)은 수직 방향으로 분사구가 형성된 관형의 튜브체일 수 있다. 제1노즐(620)을 통과한 증착물질은 분사구를 통과하여 기판에 도달하게 된다. 각 제1노즐(620)의 분사구의 단면 크기는 기판 폭의 길이, 증착율에 따라 변경될 수 있다.

제1노즐(620)은 커버(500)의 중앙 부분에 배치되며 기판의 폭의 중앙부에 대응하여 위치하며, 제2노즐(630)은 노즐들 중 최외곽에 배치될 수 있다. 따라서, 제1노즐(620)에서 분사되는 증착물질은 마스크의 양단부의 패턴에서 상대적으로 작은 그림자 현상(Shadow effect)이 발생한다.

반면, 제1노즐(620)의 양측 끝단에 각각 위치하는 제2노즐(630)은 서로 대각선 방향에 위치하는 마스크의 패턴에서 상대적으로 큰 그림자 현상이 발생하게 된다. 이에 따라, 제2노즐(630)은 외측으로 갈수록 상향 경사지게 유도슬릿(632)이 형성된 슬릿형 노즐로 형성될 수 있다.

구체적으로, 제2노즐(630)은 노즐박스(631)를 포함한다. 노즐박스(631)의 내부에는 외측으로 갈수록 상향 경사지게 복수의 유도슬릿(632)이 관통 형성된다. 노즐박스(631)의 유도슬릿(632)이 형성된 일면은 유도슬릿(632)의 길이 방향에 대해 수직을 이루도록 경사면을 가질 수 있다.

이와 같이, 외측으로 상향 경사를 이룬 유도슬릿(632)을 통과한 증착물질은 유도슬릿이 형성된 방향과 대응되는 마스크의 일측 방향으로의 분사를 유도하는 한편, 유도슬릿이 형성된 방향과 대각선 방향에 위치하는 마스크의 패턴으로의 도달이 제한되어 그림자 현상이 최소화될 수 있다.

커버(500)의 상면에는 노즐의 일측에 퇴적 분산부(700)가 구비된다. 퇴적 분산부(700)는 증착물질의 국부적인 퇴적 및 성장을 억제하고, 증착물질이 상대적으로 균일하게 분산되어 성장이 이루어지도록 한다. 이를 위해, 퇴적 분산부(700)에는 상대적으로 많은 핵생성 사이트(nucleation site)가 구비될 수 있다.

예를 들면, 퇴적 분산부(700)는 메쉬(mesh) 형태로 구성될 수 있다. 메쉬 형태는 매끄러운 표면에 비해 많은 핵생성 사이트를 제공할 수 있으므로, 노즐로부터 증발된 증착물질이 커버 상면에 증착 시 국부적으로 성장하지 않고 상대적으로 균일한 분산 성장을 유도할 수 있다.

퇴적 분산부(700)는 복수의 노즐 중 제2노즐(630)과 근접한 위치의 커버(500) 상면에 구비될 수 있다. 특히, 퇴적 분산부(700)는 커버(500) 상면 전체에 구비되지 않고 제2노즐(630)과 근접한 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 퇴적 분산부(700)는 커버(500)의 상면 중 유도슬릿(632)이 형성된 제2노즐(630)의 경사면에 대향하는 방향에 구비될 수 있다.

예컨대, 제2노즐(630)의 유도슬릿(632)이 형성된 경사면에 대향하는 방향이 아닌 커버(500) 상면에는 국부적 성장이 이루어지더라도 유도슬릿(632)이 막히는 클로깅 현상이 발생할 가능성은 상대적으로 작으므로, 퇴적 분산부(700)는 커버(500)의 상면 중 유도슬릿(632)이 형성된 제2노즐(630)의 경사면에 대향하는 방향에 구비되는 것이 바람직하다. 따라서, 제2노즐(630)의 근접 위치에서 증착물질의 국부적 성장에 의해 노즐 입구가 막히는 클로깅 현상을 억제할 수 있다.

메쉬의 형태는 증착물질의 종류에 대응하여 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 메쉬는 격자 형태로 형성될 수 있고 또는 원형 형태로 형성될 수도 있다. 메쉬의 크기 역시 증착물질에 따라 다양하게 형성될 수 있다.

한편, 유지 보수를 위해 퇴적 분산부(700)는 커버에 착탈 가능하도록 구비됨이 바람직하다. 즉, 퇴적 분산부(700)는 커버에 장착하거나 커버로부터 분리가 용이하도록 커버(500)와 별도로 제공되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 퇴적 분산부(700)는 자력을 갖는 자성체로 형성될 수 있다. 즉, 커버는 금속 재질로 형성되고, 퇴적 분산부(700)는 자성체로 형성됨에 따라, 증착물질이 성장된 퇴적 분산부(700)를 커버로부터 분리하여 세정 작업을 진행하는 것이 용이하며, 분리된 퇴적 분산부를 재장착하거나 또는 새로운 퇴적 분산부를 커버에 교체하는 작업이 간편하게 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 증발원의 작용을 도시한 도면이다.

증착 공정 진행 시, 노즐(특히 제2노즐)로부터 분사된 증착물질은 커버(500) 상에 퇴적될 수 있다. 퇴적이 국부적으로 지속되면 노즐의 분사구를 막을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 도 4와 같이, 커버(500) 상에 별도의 메쉬 형태의 퇴적 분산부(700)가 구비되어 있으므로, 노즐로부터 증발된 증착물질이 커버(500) 상면 방향을 향하더라도 퇴적 분산부(700) 상에 고르게 분산되어 핵생성 및 성장이 이루어진다. 따라서, 퇴적된 증착물질들이 국부적으로 성장하여 노즐을 막는 클로깅(Clogging) 현상을 최대한 방지할 수 있다. 이와 같이 노즐 클로깅 현상이 방지되면, 증착물질의 분사 시 분사각에 영향을 주지 않게 되며, 증착물질을 고르게 분사하여 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 증발원을 도시한 것이다.

도 5를 참고하면, 커버(500)는 제1체결부(510)를 구비하고, 퇴적 분산부(700)는 제2체결부(710)를 구비할 수 있다. 제1체결부(510)는 체결돌기이고, 제2체결부(710)는 체결홈일 수 있다. 또는 제1체결부(510)는 체결홈이고, 제2체결부(710)는 체결돌기일 수 있다.

즉, 커버(500)에는 적어도 하나의 제1체결부(510)가 형성되고, 퇴적 분산부(700)에는 제1체결부(510)에 대응 결합되는 제2체결부(710)가 형성됨으로써, 퇴적 분산부(700)는 커버(500)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

따라서, 퇴적 분산부(700)에 증착물질이 퇴적 및 성장하게 되면, 퇴적 분산부(700)를 커버(500)의 제1체결부(510)로부터 분리하고, 후처리 후 또는 새로운 퇴적 분산부(700)를 커버(500)의 제1체결부(510)에 체결하는 방식으로 간편하게 유지 보수가 가능하다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 증발원 도시한 것이다.

도 6을 참고하면, 커버(500)는 가이드레일(520)을 구비하고, 퇴적 분산부(700)는 가이드레일(520)에 슬라이딩 삽입될 수 있다.

가이드레일(520)은 커버(500)의 상면에 일측 방향을 따라 길게 구비될 수 있다. 가이드레일(520)은 대칭되게 한 쌍으로 형성될 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 가이드레일(520)은 “ㄱ”자 형상의 단면을 가지며, 서로 마주보게 배치되어 그 사이로 퇴적 분산부(700)가 슬라이딩 삽입하도록 구성될 수 있다.

따라서, 퇴적 분산부(700)에 증착물질이 퇴적 및 성장하게 되면, 퇴적 분산부(700)를 커버(500)의 가이드레일(520)로부터 슬라이딩 이동하여 분리하는 방식으로 간편하게 유지 보수가 가능하다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100; 도가니 200; 히터
300; 리플렉터 400; 하우징
500; 커버 510; 제1체결부
520; 가이드레일 600; 노즐 조립체
610; 노즐플레이트 620; 제1노즐
630; 제2노즐 631; 노즐박스
632; 유도슬릿 700; 퇴적 분산부
710; 제2체결부

Claims

내부에 증착물질이 수용되며, 상면에 개구부가 형성된 도가니;
상기 도가니의 개구부에 구비되는 커버;
상기 커버 상에 구비되는 복수의 노즐;
상기 커버 상에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 노즐로부터 분사되어 퇴적된 증착물질이 분산 성장되도록 하는 메쉬 형태의 퇴적 분산부;
를 포함하는 증발원.
제1항에 있어서,
상기 커버는 금속 재질로 형성되고, 상기 퇴적 분산부는 상기 커버 상에 자력으로 고정되도록 자성체로 이루어진 증발원.
제1항에 있어서,
상기 커버는 제1체결부를 구비하고, 상기 퇴적 분산부는 상기 제1체결부에 결합되는 제2체결부를 구비한 증발원.
제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 퇴적 분산부의 삽입 또는 분리를 안내하는 가이드레일을 구비하는 증발원.
제1항에 있어서,
상기 노즐은,
일단에서 타단으로 분사구가 형성된 관 형의 제1노즐;
상기 제1노즐의 최외곽에 배치되며, 외측으로 갈수록 상향 경사지게 유도슬릿이 형성된 제2노즐;을 포함하는 증발원.
제5항에 있어서,
상기 퇴적 분산부는 상기 제2노즐에 근접 배치되는 증발원.
제6항에 있어서,
상기 퇴적 분산부는 상기 제2노즐의 유도슬릿이 형성된 면에 대향하는 방향에 배치되는 증발원.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 증발원을 포함하는 증착 장치.