原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法
本発明は、原料物質を液化させる液化部と、前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、を備え、前記液化部は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出するピストン部と、前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、を備える原料供給ユニットと、これを備えた薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供する。
このように、本発明によれば、固体状の原料物質を液化させた後、これらのうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、原料物質の大容量化を達成しつつも、これを気化させて供給するための熱量の消耗を極力抑えることができる。
このように、本発明によれば、固体状の原料物質を液化させた後、これらのうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、原料物質の大容量化を達成しつつも、これを気化させて供給するための熱量の消耗を極力抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原料供給ユニットに係り、さらに詳しくは、原料物質を気化させて供給する原料供給ユニットと、これを備えた薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池（Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ）は、光起電効果を用いて光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子であり、最近、化石燃料の枯渇が問題として取り上げられることに伴い、注目を集めている。特に、銅のインジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ：Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｓｅｌｅｎｉｄｅ）薄膜太陽電池やテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ：Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）太陽電池などの化合物薄膜太陽電池は、比較的に生産工程が簡単であり、生産コストが安価である他、既存の太陽電池と同レベルの光変換効率が得られることから、次世代の太陽電池として注目を集めている。
【０００３】
また、有機発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）は、液晶表示装置とは異なり、自体発光が可能であるため、バックライトが不要であり、しかも、消費電力が小さい。さらに、視野角が広く、応答速度が早いため、これを用いた表示装置は、視野角および残像の問題がない優れた画像を実現することができる。
【０００４】
一方、太陽電池および有機発光素子の製造に際し、主として、真空熱蒸着方式が用いられる。かような蒸着装置は、真空チャンバー内に蒸着材料を充填するルツボと、ルツボを加熱する熱源から構成された蒸発源および蒸発源を通じて気化された蒸着材料の蒸着速度を調節する膜厚センサー（ｃｒｙｓｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ）などから構成されることが普通である。
【０００５】
上記の真空熱蒸着方式によりフラットパネルディスプレイ素子または太陽電池素子を製作する場合、蒸発源には、１）大面積の基板に適用することが可能であること、２）安定した蒸着速度の調節が可能であること、および３）連続した蒸発材料の供給のための大容量化が可能であることが求められる。
【０００６】
しかしながら、従来の蒸着装置において用いられていた蒸発源は、ルツボの充填容量に限界があるが故に、装備の稼動を随時停止することを余儀なくされるという問題点があった。これを解消するために、蒸着材料の充填容量を増大させる方法が提案されているものの、増大されたルツボを加熱して蒸着材料を気化させるために、なお一層多くの熱量が必要とされる。そして、大容量の蒸着材料を気化させて噴射するため、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が困難になり、様々な蒸着材料が用いられる場合には、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層困難になる。これにより、膜厚センサーの表面に均一に形成されるべき薄膜が不均一に形成されて交換周期が短くなることにより、装備の稼動を随時停止せねばならないという問題点があり、しかも、蒸着材料の種類および膜厚センサーの位置に応じて補正値（ｔｏｏｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）を適用せねばならないという煩雑さがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、大量の原料物質のうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、加熱手段の余分な熱量消耗を極力抑えた原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供するところにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、原料物質の大容量化を達成しつつも、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易になる原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面による原料供給ユニットは、原料物質を液化させる液化部と、前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、を備え、前記液化部は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出するピストン部と、前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、を備える。
【００１０】
前記気化部は、前記ルツボと連通される気化室と、前記気化室を加熱して原料物質を気化させる気化加熱部と、を備えていてもよい。
【００１１】
前記原料供給ユニットは、前記液化部と前記気化部とを連結する送り管と、前記気化部に連結される送り管の一方の端部を加熱する補助気化加熱部と、をさらに備えていてもよい。
【００１２】
前記インジェクターは、点状、面状、線状のうちのいずれかの噴射構造を有していてもよい。
【００１３】
前記原料供給ユニットは、前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、を備えていてもよい。
【００１５】
本発明の他の側面による薄膜蒸着装置は、工程空間を提供するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられて基板を支持する基板支持部と、前記基板と対向するように配置されて基板に原料物質を供給する原料供給部と、を備え、前記原料供給部は、前記原料物質を液化させる液化部と、前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、を備える。
【００１６】
前記液化部は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出させるピストン部と、前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、を備えていてもよい。
【００１７】
前記薄膜蒸着装置は、前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
【００１８】
前記制御部は、前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、を備えていてもよい。
【００１９】
本発明のさらに他の側面による薄膜蒸着方法は、原料物質をルツボに充填するステップと、前記ルツボを加熱して前記原料物質を液化させるステップと、前記ルツボにおいて液化された原料物質のうちの一部を前記ルツボと連結された気化室に搬送するステップと、前記気化室に搬送された原料物質を気化させるステップと、前記気化された原料物質を基板に噴射するステップと、を含む。
【００２０】
前記搬送ステップにおいては、前記ルツボに充填された原料物質をピストンを用いて押し付けて搬送してもよい。
【００２１】
前記薄膜蒸着方法は、前記気化室の気化圧力を測定してルツボから気化室へと搬送される原料物質の量を調節するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２２】
前記噴射ステップにおいては、点状、線状および面状のうちのいずれかの噴射構造を有するインジェクターを用いて噴射を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固体状の原料物質を液化させた後、これらのうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、原料物質の大容量化を達成しつつも、これを気化させて供給するための熱量の消耗を極力抑えることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、液化部において大量の原料物質を液化させ、これらのうち必要な少量の原料物質だけを気化部において気化させて供給することにより、原料物質の大容量化による高い生産性を達成することができ、少量気化方式による蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易である。
【００２５】
さらに、本発明は、気化部の気化圧力に応じて液化部から供給される液状の原料物質の供給量をピストン−シリンダー圧縮方式により微細に調節することにより、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層容易になる。
【００２６】
さらにまた、本発明は、蒸着工程に際して膜厚センサーの表面に均一に薄膜が形成されて交換周期が延びることにより、装備の連続稼動時間が延び、これは、生産性の向上につながる。
【００２７】
さらにまた、本発明は、原料供給ユニットを通じた蒸着方向が特定の方向に制限されないことから、チャンバーの構造および基板の面積に応じて最適な蒸着方向を選択して工程を行うことができる。これにより、大面積の基板を用いる場合であっても、蒸着方向を下向き式にして基板の垂れ下がり現象を克服することができるので、基板の上に高品質の薄膜を均一な厚さに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
例示的な実施形態は、次の説明及び添付図面からより詳細に理解可能であろう。
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施形態による原料供給ユニットを備えた薄膜蒸着装置の模式図である。
【００３０】
【図２】図２は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの模式図である。
【００３１】
【図３−６】図３から図６は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの動作過程を示す模式図である。
【００３２】
【図７−８】図７および図８は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの工程方向を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態による原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を詳述する。しかしながら、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態にて実現可能であり、これらの実施形態は単に本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を持った者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ構成要素を指し示す。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による原料供給ユニットを備えた薄膜蒸着装置の模式図であり、図２は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの模式図である。ここで、図２中、原料供給ユニットのインジェクターの外側に設けられたカバー部材は取り外されている。
【００３５】
図１を参照すれば、上記の薄膜蒸着装置は、チャンバー１００と、前記チャンバー１００内に設けられて基板Ｇを支持する基板支持部４１０と、前記基板Ｇと対向するように配置されて基板Ｇに原料物質を供給する原料供給ユニット５００と、前記基板Ｇの上に蒸着される薄膜の厚さを測定する膜厚センサー７００および前記基板支持部４１０と前記原料供給ユニット５００との間の相対的な移動のための基板移動部材４２０を備える。
【００３６】
チャンバー１００は、中空の円筒状または四角い箱状に製作されて、内部には基板Ｇを処理し得る所定の反応空間が設けられる。前記チャンバー１００の形状はこれらに限定されるものではなく、基板Ｇの形状に対応する様々な形状を有するように製作可能である。例えば、この実施形態においては、チャンバー１００を四角形状のガラス基板Ｇに対応するように四角い箱状に形成している。チャンバー１００の一方の側壁には基板Ｇの搬入および搬出のためのゲート２００が形成され、チャンバー１００の下壁には真空形成および内部の排気のための排気部３００が形成される。ここで、ゲート２００は、スリット弁から構成されてもよく、排気部３００は、真空ポンプから構成されてもよい。一方、以上においては、チャンバー１００は単体であることを説明したが、チャンバー１００を、上部が開放された下チャンバーと、下チャンバーの上部を覆うチャンバーリッドとに分離して構成してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
基板支持部４１０は、チャンバー１００内の下側空間に設けられ、チャンバー１００内に搬入された基板Ｇを支持する。このとき、基板Ｇが載置される基板支持部４１０の一方の面、すなわち、上面には、載置された基板Ｇを固定するための手段、例えば、機械力、真空吸入力および静電力などを用いて基板Ｇを保持する様々なチャック手段が設けられてもよく、あるいは、クランプなどのホルダー手段が設けられてもよい。また、図示はしないが、前記基板支持部４１０の上部には、基板Ｇの周縁に薄膜が形成されることを防いだり、基板に形成される薄膜に所定のパターンを持たせるためのシャドウマスクが配置されてもよい。もちろん、上記のシャドウマスクは、基板支持部４１０とは別途に、チャンバー１００の内側壁に支持されるように設けられてもよい。
【００３８】
前記基板支持部４１０の下部には、基板支持部４１０を垂直搬送、水平搬送および回転するための基板移動部材４２０が設けられる。例えば、この実施形態による基板移動部材４２０は、コンベヤベルト４２１および前記コンベヤベルト４２１の左右移動を制御する駆動輪４２２を備えて、前記コンベヤベルト４２１の上面に支持された基板支持部４１０を左右に往復移動させる。このとき、チャンバー１００内には一つの基板支持部４１０が設けられているが、これに限定されるものではなく、チャンバー１００内には多数の基板支持部が設けられてもよい。なお、前記基板支持部４１０の上には１枚の基板Ｇが載置されているが、これに限定されるものではなく、一つの基板支持部４１０の上には多数の基板が載置されてもよいことはいうまでもない。
【００３９】
一方、基板移動部材４２０の下部には、基板支持部４１０に載置された基板Ｇが工程の遂行に適した温度に保たれるように温度制御手段４３０が設けられていてもよい。ここで、温度制御手段４３０は、基板Ｇを冷却する冷却手段および基板Ｇを加熱する加熱手段のうちの少なくとも一方を備える。この実施形態においては、冷却管を冷却水が流通するように構成された冷却手段を用いて、基板Ｇの温度を工程温度に維持することにより、基板Ｇの上面に蒸着される蒸着物質との反応性を高めている。
【００４０】
原料供給ユニット５００は、基板支持部４１０によって支持された基板Ｇに向かい合うようにチャンバー１００内の上部に設けられて基板Ｇに気化された原料物質を供給する役割を果たす。このような原料供給ユニット５００は、少なくとも１以上５０００ａ、５０００ｂ、５０００ｃ設けられ、これらの原料供給ユニット５０００ａ、５０００ｂ、５０００ｃは、等間隔をあけて同じ水平面または同じ垂直面の上に配置されてもよい。
【００４１】
膜厚センサー７００は、基板Ｇの表面に蒸着された膜厚を感知して基板Ｇに蒸着された膜厚を測定する手段であり、基板Ｇの上の薄膜の厚さが測定可能であれば、いかなる手段が用いられても構わない。この実施形態における膜厚センサー７００としては、表面に膜が蒸着されれば、水晶振動子の固有振動数が変化し、これにより膜厚が測定可能な水晶振動子センサーが用いられる。
【００４２】
一方、図２を参照すれば、原料供給ユニット５００のそれぞれは、原料物質を液化させる液化部５１００と、前記液化部５１００と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部５２００および前記気化部５２００と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクター５３００を備え、前記液化部５１００から前記気化部５２００へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部５２００において気化される原料物質の量を制御する制御部５５００をさらに備える。
【００４３】
前記液化部５１００は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボ５１１０と、前記ルツボ５１１０の一方の側に挿入されて原料物質を押し付けて排出するピストン部５１２０と、前記ルツボ５１１０を加熱して原料物質を液化させる液化加熱部５１３０と、前記ルツボ５１１０および前記ピストン部５１２０を収容して真空環境を提供するハウジング５１４０と、を備える。
【００４４】
前記ルツボ５１１０は、一方の側が開放されて他方の側が閉塞されているシリンダー状に製作されて、内部に原料物質Ｓが充填される所定の貯蔵室Ａを提供する。かようなルツボ５１１０の胴体には、原料物質Ｓが投入される少なくとも一つの原料投入口５１１１および内部の貯蔵された原料物質Ｓを排出する少なくとも一つの原料排出口５１１２が形成される。例えば、この実施形態においては、ルツボ５１１０の胴体の上部に原料投入口５１１１が形成され、閉塞されているルツボ５１１０の胴体の底面、または側面に原料排出口５１１２が形成されている。
【００４５】
前記液化加熱部５１３０は、ルツボ５１１０に貯蔵された固体状の原料物質Ｓを加熱して液化させる熱エネルギーを供給する手段であり、固体状の原料物質Ｓを液化させる熱エネルギーが供給可能であれば、いなかる手段が用いられても構わない。例えば、コアヒーターまたはランプヒーターなどが使用可能である。この実施形態においてはコアヒーターが用いられており、ルツボ５１１０の外側領域をコアヒーターが包囲するように構成されている。もちろん、上記の液化加熱部５１３０が必ずしもルツボ５１１０の外側に設けられる必要はなく、ルツボ５１１０の内に設けられてもよく、ルツボ５１１０の胴体に埋設されてもよい。なお、ハウジング５１４０そのものに加熱手段が設けられて上記の液化加熱部５１３０の役割を代行してもよい。
【００４６】
前記ピストン部５１２０は、ルツボ５１１０の貯蔵室Ａに充填された原料物質Ｓを気化部５２００に向けて次第に搬送する手段であり、前記ルツボ５１１０の内部に設けられて原料物質Ｓを押し付けて搬送するヘッド５１２１と、一方の側が前記ヘッド５１２１に連結され、他方の側が前記ルツボ５１１０の外側に延びて前記ヘッド１２１と一体に移動されるロッド５１２２と、前記ロッド５１２２の他方の側に連結されて前記ロッド５１２２を移動させる駆動部５１２３と、を備える。前記駆動部５１２３は、モーターまたは油圧式シリンダーなど前記ロッド５１２２を上下動させ得る手段であれば、いかなる手段が用いられても構わない。例えば、この実施形態においては、回転運動を直線運動に変換可能であり、且つ、精度よい駆動制御が行えるリニアモーターを用いている。
【００４７】
前記気化部５２００は、液状の原料物質Ｓが流入する気化室５２１０および前記気化室５２１０を気化温度に加熱する気化加熱部５２２０を備える。
【００４８】
前記気化室５２１０は、送り管５４００を介してルツボ５１１０の原料排出口５１１２と連通されて液状の原料物質Ｓを供給され、液状の原料物質Ｓが気化されるような所定の空間を提供する。前記送り管５４００の一方の側は気化室５２１０の内側に挿入されて所定の長さだけ延び、延長端部５４１１の内周直径は送り管５４００の平均内周直径よりも大きく形成される。このとき、送り管５４００の延長端部５４１１には、液状の原料物質Ｓを気化温度に加熱する補助気化加熱部５４１２が設けられる。これにより、送り管５４００を介して供給された液状の原料物質Ｓの広がり範囲の拡大および気化速度の向上を両立させることができる。また、前記送り管５４００には、搬送時に原料物質Ｓの液化状態を維持するための加熱手段、例えば、ヒートラインが埋設されてもよい。一方、前記補助気化加熱部５４１２が上述の液化加熱部５１３０などの手段、すなわち、コアヒーターまたはランプヒーターなどを備えていてもよいことはいうまでもない。
【００４９】
前記気化加熱部５２２０は、気化室５２１０に流入した液状の原料物質Ｓを加熱して気化させる熱エネルギーを供給する手段であり、液状の原料物質Ｓを気化させる熱エネルギーが供給可能であれば、いかなる手段が用いられても構わない。
【００５０】
前記インジェクター５３００は、気化室５２１０の一方の側から水平方向に延びて所定の長さを有する棒状に製作される。もちろん、上記のインジェクター５３００は、工程方向に応じて垂直方向または斜め方向に延設されてもよく、棒状などの線状噴射方式の代わりに、点状噴射方式または面状噴射方式が採用されてもよい。かようなインジェクター５３００の胴体の内部にはインジェクター５３００において気化された原料物質Ｓが流入する連通路５３１０が形成され、胴体の外面には前記連通路５３１０から延びて外側に開口された多数の噴射口５３２０が形成される。このとき、噴射口５３２０の形成位置および形成数は、気化された原料物質Ｓが基板Ｇに向けてのみ噴射されるような位置および数に制御されることが好ましい。なお、図示はしないが、噴射口５３２０は、インジェクター５３００の胴体から外側に向けて所定の長さだけ突き出た噴射ノズル状に形成されてもよい。このため、気化部５２００において気化された原料物質Ｓは、インジェクター５３００の連通路５３１０を流通して、インジェクター５３００の噴射口５３２０を介して基板Ｇの上部に均一に噴射される。
【００５１】
また、上記のインジェクター５３００には、気化品質の維持のために、インジェクター５３００の外側または胴体に加熱手段が設けられてもよい。上記の加熱手段は、噴射口５３２０が形成されていないインジェクター５３００の外側領域の全体または一部を包囲するように形成される。このような加熱手段は、気化部５２００において気化（１次気化）されてインジェクター５３００の連通路５３２０に流動された原料物質Ｓをさらに加熱（２次気化）する役割を果たす。これにより、連通路５３２０に沿って流動される原料物質Ｓの気化状態をそのまま維持することができ、気化密度および気化品質をなお一層高めることができる。また、上記のインジェクター５３００には、噴射方向の制御のために、インジェクター５３００の外側にカバー手段（図１における５７００）が設けられていてもよい。上記のカバー手段５７００は、一方の側が開放された電灯の傘状に製作されて、インジェクター５３００から噴射された原料物質が所望の方向に集中的に噴射されるように方向性を制御する。
【００５２】
さらに、図示はしないが、前記インジェクター５３００の噴射方向を除く外側の全体を覆い被せるように冷却部材が設けられていてもよい。このような冷却部材は、インジェクター５３００の外側に熱が発せられてチャンバー１００の内部の工程環境が変動されることを防ぐとともに、周辺機具部が加熱によって変形されることを防ぐ。
【００５３】
制御部５５００は、液化部５１００と、気化部５２００およびインジェクター５３００に取り付けられた各種の装置の動作を全般的に制御して、最終的にインジェクター５３００を介して噴射される原料物質の噴射量、噴射速度および気化品質を制御する。このために、制御部５５００は、気化部５２００の圧力を感知する圧力ゲージ５５１０およびピストン部５１２０の駆動を制御する駆動制御部５５２０を備える。このような制御部５５００は、圧力ゲージ５５１０に用いて気化部５２００の気化圧力を測定してピストン部５１２０の駆動制御を行うことにより、気化部５２００に供給される液状原料物質の量を制御する。すなわち、気化圧力が目標とするレベルよりも低ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１が前進する速度を速めて液状原料物質の供給量を増やし、逆に、気化圧力が目標とするレベルよりも高ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１が前進する速度を遅らせて液状原料物質の供給量を減らす。
【００５４】
このように、制御部５５００が気化部５２００の気化圧力に応じて液化部５１００から供給される液状原料物質Ｓの供給量を精度よく調節することにより、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層容易になる。なお、これにより、膜厚センサー７００の表面にも薄膜が均一に形成されて交換周期が延びることにより、装備の連続稼動時間を延ばすことができる。
【００５５】
一方、上記の原料供給ユニット５００を備えた薄膜蒸着装置の動作過程を、図１と、図３から図６に基づき簡略に説明すれば、下記の通りである。ここで、図３から図６は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの動作過程を示す模式図である。
【００５６】
チャンバー１００の内部に基板Ｇが搬入されて基板支持部４１０の上に載置されれば、温度制御手段４３０によって基板Ｇは所定の工程温度に保たれる。次いで、基板移動部材４２０が基板Ｇを左右に往復移動させ、それぞれの原料供給部５１０、５２０、５３０は基板Ｇの上面に気体状態の原料物質Ｓを噴射する。これにより、基板Ｇの上に薄膜が形成され、チャンバー１００内に設けられた膜厚センサー７００を用いて基板Ｇの上に形成された薄膜の厚さをモニターリングすることにより、全体の薄膜工程が制御される。
【００５７】
上記の薄膜工程において、それぞれの原料供給ユニット５００においては、固体状または液状に供給された原料物質を気化させ、気化された原料物質をチャンバーの内部に設けられた多数のインジェクター５３００を介して基板の全体に亘って均一に噴射する。このような原料供給過程をより具体的に説明すれば、下記の通りである。ここでは、固体状の原料物質が供給される場合を想定して説明する。
【００５８】
まず、図３に示すように、ハウジング５１４０のゲート５１４１を開放させてハウジング５１４０の内部に固体状の原料物質を搬入させ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を後方に移動させて前記ヘッド５１２１の先端を原料投入口５１１１の裏側に位置させる。これにより、ルツボ５１１０の内壁とピストン部５１２０のヘッド５１２１とがなす内側空間、すなわち、貯蔵室Ａは、原料投入口５１１１を介して外側空間と連結されて開放される。次いで、原料投入口５１１１を介して貯蔵室Ａに原料物質を充填する。
【００５９】
次いで、図４に示すように、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を前方に移動させて前記ヘッド５１２１の先端を原料投入口５１１１の手前側に位置させる。これにより、ルツボ５１１０の内壁とピストン部５１２０のヘッド５１２１とがなす内側空間、すなわち、貯蔵室Ａは外側空間から離れて閉鎖される。この後、液化加熱部５１３０を用いてルツボ５１１０に充填された固体状の原料物質Ｓを加熱して液化させる。
【００６０】
次いで、図５に示すように、固体状の原料物質Ｓが全て液化されれば、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を少しずつ前方に移動させてルツボ５１１０の貯蔵室Ａに充填された原料物質Ｓを原料排出口５１１２を介して排出する。これにより、液化部５１００において液化された原料物質は送り管５４００に沿って気化室５２１０に供給され、送り管５４００に埋設された加熱手段（図示せず）によって原料物質Ｓの液化状態が維持される。
【００６１】
この後、図６に示すように、気化室５２１０に供給された液状の原料物質Ｓは、気化室５２１０の全体を加熱するように設けられた気化加熱部５２２０および送り管５４００の端部５４１１を加熱するように設けられた補助気化加熱部５４１２により、所定の温度に加熱されて気化される。気化された原料物質Ｓは、インジェクター５３００の内部の連通路５３１０に沿ってチャンバーの内部に移動されてインジェクター５３００の表面に形成された多数の噴射口５３２０を介して基板の全体に均一に噴射される。
【００６２】
一方、前記原料供給過程において気化室に供給される液状の原料物質Ｓの量は、ピストン部５１２０のヘッドによって精度よく調節される。また、制御部は、圧力ゲージを用いて気化室の気化圧力をリアルタイムにて測定し、これにより、ピストン部５１２０のヘッドの動きを制御することにより、気化室に供給される液状の原料物質の量を一層精度よく調節する。すなわち、気化圧力が目標とするレベルよりも低ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１の前進速度を速めて液状原料物質の供給量を増やし、逆に、気化圧力が目標とするレベルよりも高ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１の前進速度を遅らせて液状原料物質の供給量を減らす。これにより、インジェクター５３００を介して噴射される原料物質の噴射量を一層精度よく制御することができる。
【００６３】
このように構成された原料供給ユニット５００は、固体状および液状の原料物質が両方とも使用可能であるため、原料の選択が自由である。また、液化部５１００において大量の原料物質を液化させ、これらのうち必要な少量の原料物質だけを気化部５２００において気化させて供給することにより、原料物質の大容量化による高い生産性を達成することができ、少量気化方式による蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易である。なお、大量の原料物質を全て気化させるのではなく、必要な少量の原料物質だけを気化させるため、熱量の消耗を極力抑えることができる。
【００６４】
一方、図１に戻ると、本発明の実施形態による原料供給ユニット５００は、基板Ｇの上部から原料物質を供給する下向き式に構成される。これにより、基板支持部４１０の上面に基板Ｇの下面の全体が安定的に支持可能になるため、大面積の基板Ｇを用いても、基板Ｇの垂れ下がり現象がほとんど発生しない。もちろん、本発明は、原料供給ユニット５００の設置位置が制限されないため、工程方向が上述した下向き式の構成に限定されない。すなわち、図７に示すように、原料供給ユニット５００は、基板Ｇの下部から原料物質を供給する上向き式に構成されてもよく、図８に示すように、垂直状態に配置された基板Ｇの側面から原料物質を供給する側面式に構成されてもよい。ここで、図７および図８は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの工程方向を説明するための模式図である。
【００６５】
このように、本発明の実施形態による原料供給ユニット５００を備える薄膜蒸着装置は、蒸着方向が制限されないので、チャンバーの構造、または基板の種類に応じて最適な工程方向を自由に選択することができるというメリットがある。
【００６６】
以上、本発明について上述した実施形態および添付図面に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、この技術分野における通常の知識を持った者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明は様々に変形および修正可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は原料供給ユニットに係り、さらに詳しくは、原料物質を気化させて供給する原料供給ユニットと、これを備えた薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池（Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ）は、光起電効果を用いて光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子であり、最近、化石燃料の枯渇が問題として取り上げられることに伴い、注目を集めている。特に、銅のインジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ：Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｓｅｌｅｎｉｄｅ）薄膜太陽電池やテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ：Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）太陽電池などの化合物薄膜太陽電池は、比較的に生産工程が簡単であり、生産コストが安価である他、既存の太陽電池と同レベルの光変換効率が得られることから、次世代の太陽電池として注目を集めている。
【０００３】
また、有機発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）は、液晶表示装置とは異なり、自体発光が可能であるため、バックライトが不要であり、しかも、消費電力が小さい。さらに、視野角が広く、応答速度が早いため、これを用いた表示装置は、視野角および残像の問題がない優れた画像を実現することができる。
【０００４】
一方、太陽電池および有機発光素子の製造に際し、主として、真空熱蒸着方式が用いられる。かような蒸着装置は、真空チャンバー内に蒸着材料を充填するルツボと、ルツボを加熱する熱源から構成された蒸発源および蒸発源を通じて気化された蒸着材料の蒸着速度を調節する膜厚センサー（ｃｒｙｓｔａｌ ｓｅｎｓｏｒ）などから構成されることが普通である。
【０００５】
上記の真空熱蒸着方式によりフラットパネルディスプレイ素子または太陽電池素子を製作する場合、蒸発源には、１）大面積の基板に適用することが可能であること、２）安定した蒸着速度の調節が可能であること、および３）連続した蒸発材料の供給のための大容量化が可能であることが求められる。
【０００６】
しかしながら、従来の蒸着装置において用いられていた蒸発源は、ルツボの充填容量に限界があるが故に、装備の稼動を随時停止することを余儀なくされるという問題点があった。これを解消するために、蒸着材料の充填容量を増大させる方法が提案されているものの、増大されたルツボを加熱して蒸着材料を気化させるために、なお一層多くの熱量が必要とされる。そして、大容量の蒸着材料を気化させて噴射するため、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が困難になり、様々な蒸着材料が用いられる場合には、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層困難になる。これにより、膜厚センサーの表面に均一に形成されるべき薄膜が不均一に形成されて交換周期が短くなることにより、装備の稼動を随時停止せねばならないという問題点があり、しかも、蒸着材料の種類および膜厚センサーの位置に応じて補正値（ｔｏｏｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）を適用せねばならないという煩雑さがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、大量の原料物質のうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、加熱手段の余分な熱量消耗を極力抑えた原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供するところにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、原料物質の大容量化を達成しつつも、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易になる原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面による原料供給ユニットは、原料物質を液化させる液化部と、前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、を備え、前記液化部は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出するピストン部と、前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、を備える。
【００１０】
前記気化部は、前記ルツボと連通される気化室と、前記気化室を加熱して原料物質を気化させる気化加熱部と、を備えていてもよい。
【００１１】
前記原料供給ユニットは、前記液化部と前記気化部とを連結する送り管と、前記気化部に連結される送り管の一方の端部を加熱する補助気化加熱部と、をさらに備えていてもよい。
【００１２】
前記インジェクターは、点状、面状、線状のうちのいずれかの噴射構造を有していてもよい。
【００１３】
前記原料供給ユニットは、前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
【００１４】
前記制御部は、前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、を備えていてもよい。
【００１５】
本発明の他の側面による薄膜蒸着装置は、工程空間を提供するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられて基板を支持する基板支持部と、前記基板と対向するように配置されて基板に原料物質を供給する原料供給部と、を備え、前記原料供給部は、前記原料物質を液化させる液化部と、前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、を備える。
【００１６】
前記液化部は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出させるピストン部と、前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、を備えていてもよい。
【００１７】
前記薄膜蒸着装置は、前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備えていてもよい。
【００１８】
前記制御部は、前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、を備えていてもよい。
【００１９】
本発明のさらに他の側面による薄膜蒸着方法は、原料物質をルツボに充填するステップと、前記ルツボを加熱して前記原料物質を液化させるステップと、前記ルツボにおいて液化された原料物質のうちの一部を前記ルツボと連結された気化室に搬送するステップと、前記気化室に搬送された原料物質を気化させるステップと、前記気化された原料物質を基板に噴射するステップと、を含む。
【００２０】
前記搬送ステップにおいては、前記ルツボに充填された原料物質をピストンを用いて押し付けて搬送してもよい。
【００２１】
前記薄膜蒸着方法は、前記気化室の気化圧力を測定してルツボから気化室へと搬送される原料物質の量を調節するステップをさらに含んでいてもよい。
【００２２】
前記噴射ステップにおいては、点状、線状および面状のうちのいずれかの噴射構造を有するインジェクターを用いて噴射を行ってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固体状の原料物質を液化させた後、これらのうち必要な一部だけを気化させて供給することにより、原料物質の大容量化を達成しつつも、これを気化させて供給するための熱量の消耗を極力抑えることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、液化部において大量の原料物質を液化させ、これらのうち必要な少量の原料物質だけを気化部において気化させて供給することにより、原料物質の大容量化による高い生産性を達成することができ、少量気化方式による蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易である。
【００２５】
さらに、本発明は、気化部の気化圧力に応じて液化部から供給される液状の原料物質の供給量をピストン−シリンダー圧縮方式により微細に調節することにより、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層容易になる。
【００２６】
さらにまた、本発明は、蒸着工程に際して膜厚センサーの表面に均一に薄膜が形成されて交換周期が延びることにより、装備の連続稼動時間が延び、これは、生産性の向上につながる。
【００２７】
さらにまた、本発明は、原料供給ユニットを通じた蒸着方向が特定の方向に制限されないことから、チャンバーの構造および基板の面積に応じて最適な蒸着方向を選択して工程を行うことができる。これにより、大面積の基板を用いる場合であっても、蒸着方向を下向き式にして基板の垂れ下がり現象を克服することができるので、基板の上に高品質の薄膜を均一な厚さに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
例示的な実施形態は、次の説明及び添付図面からより詳細に理解可能であろう。
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施形態による原料供給ユニットを備えた薄膜蒸着装置の模式図である。
【００３０】
【図２】図２は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの模式図である。
【００３１】
【図３−６】図３から図６は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの動作過程を示す模式図である。
【００３２】
【図７−８】図７および図８は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの工程方向を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態による原料供給ユニットと、薄膜蒸着装置および薄膜蒸着方法を詳述する。しかしながら、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態にて実現可能であり、これらの実施形態は単に本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を持った者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ構成要素を指し示す。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態による原料供給ユニットを備えた薄膜蒸着装置の模式図であり、図２は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの模式図である。ここで、図２中、原料供給ユニットのインジェクターの外側に設けられたカバー部材は取り外されている。
【００３５】
図１を参照すれば、上記の薄膜蒸着装置は、チャンバー１００と、前記チャンバー１００内に設けられて基板Ｇを支持する基板支持部４１０と、前記基板Ｇと対向するように配置されて基板Ｇに原料物質を供給する原料供給ユニット５００と、前記基板Ｇの上に蒸着される薄膜の厚さを測定する膜厚センサー７００および前記基板支持部４１０と前記原料供給ユニット５００との間の相対的な移動のための基板移動部材４２０を備える。
【００３６】
チャンバー１００は、中空の円筒状または四角い箱状に製作されて、内部には基板Ｇを処理し得る所定の反応空間が設けられる。前記チャンバー１００の形状はこれらに限定されるものではなく、基板Ｇの形状に対応する様々な形状を有するように製作可能である。例えば、この実施形態においては、チャンバー１００を四角形状のガラス基板Ｇに対応するように四角い箱状に形成している。チャンバー１００の一方の側壁には基板Ｇの搬入および搬出のためのゲート２００が形成され、チャンバー１００の下壁には真空形成および内部の排気のための排気部３００が形成される。ここで、ゲート２００は、スリット弁から構成されてもよく、排気部３００は、真空ポンプから構成されてもよい。一方、以上においては、チャンバー１００は単体であることを説明したが、チャンバー１００を、上部が開放された下チャンバーと、下チャンバーの上部を覆うチャンバーリッドとに分離して構成してもよいことはいうまでもない。
【００３７】
基板支持部４１０は、チャンバー１００内の下側空間に設けられ、チャンバー１００内に搬入された基板Ｇを支持する。このとき、基板Ｇが載置される基板支持部４１０の一方の面、すなわち、上面には、載置された基板Ｇを固定するための手段、例えば、機械力、真空吸入力および静電力などを用いて基板Ｇを保持する様々なチャック手段が設けられてもよく、あるいは、クランプなどのホルダー手段が設けられてもよい。また、図示はしないが、前記基板支持部４１０の上部には、基板Ｇの周縁に薄膜が形成されることを防いだり、基板に形成される薄膜に所定のパターンを持たせるためのシャドウマスクが配置されてもよい。もちろん、上記のシャドウマスクは、基板支持部４１０とは別途に、チャンバー１００の内側壁に支持されるように設けられてもよい。
【００３８】
前記基板支持部４１０の下部には、基板支持部４１０を垂直搬送、水平搬送および回転するための基板移動部材４２０が設けられる。例えば、この実施形態による基板移動部材４２０は、コンベヤベルト４２１および前記コンベヤベルト４２１の左右移動を制御する駆動輪４２２を備えて、前記コンベヤベルト４２１の上面に支持された基板支持部４１０を左右に往復移動させる。このとき、チャンバー１００内には一つの基板支持部４１０が設けられているが、これに限定されるものではなく、チャンバー１００内には多数の基板支持部が設けられてもよい。なお、前記基板支持部４１０の上には１枚の基板Ｇが載置されているが、これに限定されるものではなく、一つの基板支持部４１０の上には多数の基板が載置されてもよいことはいうまでもない。
【００３９】
一方、基板移動部材４２０の下部には、基板支持部４１０に載置された基板Ｇが工程の遂行に適した温度に保たれるように温度制御手段４３０が設けられていてもよい。ここで、温度制御手段４３０は、基板Ｇを冷却する冷却手段および基板Ｇを加熱する加熱手段のうちの少なくとも一方を備える。この実施形態においては、冷却管を冷却水が流通するように構成された冷却手段を用いて、基板Ｇの温度を工程温度に維持することにより、基板Ｇの上面に蒸着される蒸着物質との反応性を高めている。
【００４０】
原料供給ユニット５００は、基板支持部４１０によって支持された基板Ｇに向かい合うようにチャンバー１００内の上部に設けられて基板Ｇに気化された原料物質を供給する役割を果たす。このような原料供給ユニット５００は、少なくとも１以上５０００ａ、５０００ｂ、５０００ｃ設けられ、これらの原料供給ユニット５０００ａ、５０００ｂ、５０００ｃは、等間隔をあけて同じ水平面または同じ垂直面の上に配置されてもよい。
【００４１】
膜厚センサー７００は、基板Ｇの表面に蒸着された膜厚を感知して基板Ｇに蒸着された膜厚を測定する手段であり、基板Ｇの上の薄膜の厚さが測定可能であれば、いかなる手段が用いられても構わない。この実施形態における膜厚センサー７００としては、表面に膜が蒸着されれば、水晶振動子の固有振動数が変化し、これにより膜厚が測定可能な水晶振動子センサーが用いられる。
【００４２】
一方、図２を参照すれば、原料供給ユニット５００のそれぞれは、原料物質を液化させる液化部５１００と、前記液化部５１００と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部５２００および前記気化部５２００と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクター５３００を備え、前記液化部５１００から前記気化部５２００へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部５２００において気化される原料物質の量を制御する制御部５５００をさらに備える。
【００４３】
前記液化部５１００は、原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボ５１１０と、前記ルツボ５１１０の一方の側に挿入されて原料物質を押し付けて排出するピストン部５１２０と、前記ルツボ５１１０を加熱して原料物質を液化させる液化加熱部５１３０と、前記ルツボ５１１０および前記ピストン部５１２０を収容して真空環境を提供するハウジング５１４０と、を備える。
【００４４】
前記ルツボ５１１０は、一方の側が開放されて他方の側が閉塞されているシリンダー状に製作されて、内部に原料物質Ｓが充填される所定の貯蔵室Ａを提供する。かようなルツボ５１１０の胴体には、原料物質Ｓが投入される少なくとも一つの原料投入口５１１１および内部の貯蔵された原料物質Ｓを排出する少なくとも一つの原料排出口５１１２が形成される。例えば、この実施形態においては、ルツボ５１１０の胴体の上部に原料投入口５１１１が形成され、閉塞されているルツボ５１１０の胴体の底面、または側面に原料排出口５１１２が形成されている。
【００４５】
前記液化加熱部５１３０は、ルツボ５１１０に貯蔵された固体状の原料物質Ｓを加熱して液化させる熱エネルギーを供給する手段であり、固体状の原料物質Ｓを液化させる熱エネルギーが供給可能であれば、いなかる手段が用いられても構わない。例えば、コアヒーターまたはランプヒーターなどが使用可能である。この実施形態においてはコアヒーターが用いられており、ルツボ５１１０の外側領域をコアヒーターが包囲するように構成されている。もちろん、上記の液化加熱部５１３０が必ずしもルツボ５１１０の外側に設けられる必要はなく、ルツボ５１１０の内に設けられてもよく、ルツボ５１１０の胴体に埋設されてもよい。なお、ハウジング５１４０そのものに加熱手段が設けられて上記の液化加熱部５１３０の役割を代行してもよい。
【００４６】
前記ピストン部５１２０は、ルツボ５１１０の貯蔵室Ａに充填された原料物質Ｓを気化部５２００に向けて次第に搬送する手段であり、前記ルツボ５１１０の内部に設けられて原料物質Ｓを押し付けて搬送するヘッド５１２１と、一方の側が前記ヘッド５１２１に連結され、他方の側が前記ルツボ５１１０の外側に延びて前記ヘッド１２１と一体に移動されるロッド５１２２と、前記ロッド５１２２の他方の側に連結されて前記ロッド５１２２を移動させる駆動部５１２３と、を備える。前記駆動部５１２３は、モーターまたは油圧式シリンダーなど前記ロッド５１２２を上下動させ得る手段であれば、いかなる手段が用いられても構わない。例えば、この実施形態においては、回転運動を直線運動に変換可能であり、且つ、精度よい駆動制御が行えるリニアモーターを用いている。
【００４７】
前記気化部５２００は、液状の原料物質Ｓが流入する気化室５２１０および前記気化室５２１０を気化温度に加熱する気化加熱部５２２０を備える。
【００４８】
前記気化室５２１０は、送り管５４００を介してルツボ５１１０の原料排出口５１１２と連通されて液状の原料物質Ｓを供給され、液状の原料物質Ｓが気化されるような所定の空間を提供する。前記送り管５４００の一方の側は気化室５２１０の内側に挿入されて所定の長さだけ延び、延長端部５４１１の内周直径は送り管５４００の平均内周直径よりも大きく形成される。このとき、送り管５４００の延長端部５４１１には、液状の原料物質Ｓを気化温度に加熱する補助気化加熱部５４１２が設けられる。これにより、送り管５４００を介して供給された液状の原料物質Ｓの広がり範囲の拡大および気化速度の向上を両立させることができる。また、前記送り管５４００には、搬送時に原料物質Ｓの液化状態を維持するための加熱手段、例えば、ヒートラインが埋設されてもよい。一方、前記補助気化加熱部５４１２が上述の液化加熱部５１３０などの手段、すなわち、コアヒーターまたはランプヒーターなどを備えていてもよいことはいうまでもない。
【００４９】
前記気化加熱部５２２０は、気化室５２１０に流入した液状の原料物質Ｓを加熱して気化させる熱エネルギーを供給する手段であり、液状の原料物質Ｓを気化させる熱エネルギーが供給可能であれば、いかなる手段が用いられても構わない。
【００５０】
前記インジェクター５３００は、気化室５２１０の一方の側から水平方向に延びて所定の長さを有する棒状に製作される。もちろん、上記のインジェクター５３００は、工程方向に応じて垂直方向または斜め方向に延設されてもよく、棒状などの線状噴射方式の代わりに、点状噴射方式または面状噴射方式が採用されてもよい。かようなインジェクター５３００の胴体の内部にはインジェクター５３００において気化された原料物質Ｓが流入する連通路５３１０が形成され、胴体の外面には前記連通路５３１０から延びて外側に開口された多数の噴射口５３２０が形成される。このとき、噴射口５３２０の形成位置および形成数は、気化された原料物質Ｓが基板Ｇに向けてのみ噴射されるような位置および数に制御されることが好ましい。なお、図示はしないが、噴射口５３２０は、インジェクター５３００の胴体から外側に向けて所定の長さだけ突き出た噴射ノズル状に形成されてもよい。このため、気化部５２００において気化された原料物質Ｓは、インジェクター５３００の連通路５３１０を流通して、インジェクター５３００の噴射口５３２０を介して基板Ｇの上部に均一に噴射される。
【００５１】
また、上記のインジェクター５３００には、気化品質の維持のために、インジェクター５３００の外側または胴体に加熱手段が設けられてもよい。上記の加熱手段は、噴射口５３２０が形成されていないインジェクター５３００の外側領域の全体または一部を包囲するように形成される。このような加熱手段は、気化部５２００において気化（１次気化）されてインジェクター５３００の連通路５３２０に流動された原料物質Ｓをさらに加熱（２次気化）する役割を果たす。これにより、連通路５３２０に沿って流動される原料物質Ｓの気化状態をそのまま維持することができ、気化密度および気化品質をなお一層高めることができる。また、上記のインジェクター５３００には、噴射方向の制御のために、インジェクター５３００の外側にカバー手段（図１における５７００）が設けられていてもよい。上記のカバー手段５７００は、一方の側が開放された電灯の傘状に製作されて、インジェクター５３００から噴射された原料物質が所望の方向に集中的に噴射されるように方向性を制御する。
【００５２】
さらに、図示はしないが、前記インジェクター５３００の噴射方向を除く外側の全体を覆い被せるように冷却部材が設けられていてもよい。このような冷却部材は、インジェクター５３００の外側に熱が発せられてチャンバー１００の内部の工程環境が変動されることを防ぐとともに、周辺機具部が加熱によって変形されることを防ぐ。
【００５３】
制御部５５００は、液化部５１００と、気化部５２００およびインジェクター５３００に取り付けられた各種の装置の動作を全般的に制御して、最終的にインジェクター５３００を介して噴射される原料物質の噴射量、噴射速度および気化品質を制御する。このために、制御部５５００は、気化部５２００の圧力を感知する圧力ゲージ５５１０およびピストン部５１２０の駆動を制御する駆動制御部５５２０を備える。このような制御部５５００は、圧力ゲージ５５１０に用いて気化部５２００の気化圧力を測定してピストン部５１２０の駆動制御を行うことにより、気化部５２００に供給される液状原料物質の量を制御する。すなわち、気化圧力が目標とするレベルよりも低ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１が前進する速度を速めて液状原料物質の供給量を増やし、逆に、気化圧力が目標とするレベルよりも高ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１が前進する速度を遅らせて液状原料物質の供給量を減らす。
【００５４】
このように、制御部５５００が気化部５２００の気化圧力に応じて液化部５１００から供給される液状原料物質Ｓの供給量を精度よく調節することにより、蒸着速度の調節および蒸着品質の維持がなお一層容易になる。なお、これにより、膜厚センサー７００の表面にも薄膜が均一に形成されて交換周期が延びることにより、装備の連続稼動時間を延ばすことができる。
【００５５】
一方、上記の原料供給ユニット５００を備えた薄膜蒸着装置の動作過程を、図１と、図３から図６に基づき簡略に説明すれば、下記の通りである。ここで、図３から図６は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの動作過程を示す模式図である。
【００５６】
チャンバー１００の内部に基板Ｇが搬入されて基板支持部４１０の上に載置されれば、温度制御手段４３０によって基板Ｇは所定の工程温度に保たれる。次いで、基板移動部材４２０が基板Ｇを左右に往復移動させ、それぞれの原料供給部５１０、５２０、５３０は基板Ｇの上面に気体状態の原料物質Ｓを噴射する。これにより、基板Ｇの上に薄膜が形成され、チャンバー１００内に設けられた膜厚センサー７００を用いて基板Ｇの上に形成された薄膜の厚さをモニターリングすることにより、全体の薄膜工程が制御される。
【００５７】
上記の薄膜工程において、それぞれの原料供給ユニット５００においては、固体状または液状に供給された原料物質を気化させ、気化された原料物質をチャンバーの内部に設けられた多数のインジェクター５３００を介して基板の全体に亘って均一に噴射する。このような原料供給過程をより具体的に説明すれば、下記の通りである。ここでは、固体状の原料物質が供給される場合を想定して説明する。
【００５８】
まず、図３に示すように、ハウジング５１４０のゲート５１４１を開放させてハウジング５１４０の内部に固体状の原料物質を搬入させ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を後方に移動させて前記ヘッド５１２１の先端を原料投入口５１１１の裏側に位置させる。これにより、ルツボ５１１０の内壁とピストン部５１２０のヘッド５１２１とがなす内側空間、すなわち、貯蔵室Ａは、原料投入口５１１１を介して外側空間と連結されて開放される。次いで、原料投入口５１１１を介して貯蔵室Ａに原料物質を充填する。
【００５９】
次いで、図４に示すように、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を前方に移動させて前記ヘッド５１２１の先端を原料投入口５１１１の手前側に位置させる。これにより、ルツボ５１１０の内壁とピストン部５１２０のヘッド５１２１とがなす内側空間、すなわち、貯蔵室Ａは外側空間から離れて閉鎖される。この後、液化加熱部５１３０を用いてルツボ５１１０に充填された固体状の原料物質Ｓを加熱して液化させる。
【００６０】
次いで、図５に示すように、固体状の原料物質Ｓが全て液化されれば、ピストン部５１２０のヘッド５１２１を少しずつ前方に移動させてルツボ５１１０の貯蔵室Ａに充填された原料物質Ｓを原料排出口５１１２を介して排出する。これにより、液化部５１００において液化された原料物質は送り管５４００に沿って気化室５２１０に供給され、送り管５４００に埋設された加熱手段（図示せず）によって原料物質Ｓの液化状態が維持される。
【００６１】
この後、図６に示すように、気化室５２１０に供給された液状の原料物質Ｓは、気化室５２１０の全体を加熱するように設けられた気化加熱部５２２０および送り管５４００の端部５４１１を加熱するように設けられた補助気化加熱部５４１２により、所定の温度に加熱されて気化される。気化された原料物質Ｓは、インジェクター５３００の内部の連通路５３１０に沿ってチャンバーの内部に移動されてインジェクター５３００の表面に形成された多数の噴射口５３２０を介して基板の全体に均一に噴射される。
【００６２】
一方、前記原料供給過程において気化室に供給される液状の原料物質Ｓの量は、ピストン部５１２０のヘッドによって精度よく調節される。また、制御部は、圧力ゲージを用いて気化室の気化圧力をリアルタイムにて測定し、これにより、ピストン部５１２０のヘッドの動きを制御することにより、気化室に供給される液状の原料物質の量を一層精度よく調節する。すなわち、気化圧力が目標とするレベルよりも低ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１の前進速度を速めて液状原料物質の供給量を増やし、逆に、気化圧力が目標とするレベルよりも高ければ、ピストン部５１２０のヘッド５１２１の前進速度を遅らせて液状原料物質の供給量を減らす。これにより、インジェクター５３００を介して噴射される原料物質の噴射量を一層精度よく制御することができる。
【００６３】
このように構成された原料供給ユニット５００は、固体状および液状の原料物質が両方とも使用可能であるため、原料の選択が自由である。また、液化部５１００において大量の原料物質を液化させ、これらのうち必要な少量の原料物質だけを気化部５２００において気化させて供給することにより、原料物質の大容量化による高い生産性を達成することができ、少量気化方式による蒸着速度の調節および蒸着品質の維持が容易である。なお、大量の原料物質を全て気化させるのではなく、必要な少量の原料物質だけを気化させるため、熱量の消耗を極力抑えることができる。
【００６４】
一方、図１に戻ると、本発明の実施形態による原料供給ユニット５００は、基板Ｇの上部から原料物質を供給する下向き式に構成される。これにより、基板支持部４１０の上面に基板Ｇの下面の全体が安定的に支持可能になるため、大面積の基板Ｇを用いても、基板Ｇの垂れ下がり現象がほとんど発生しない。もちろん、本発明は、原料供給ユニット５００の設置位置が制限されないため、工程方向が上述した下向き式の構成に限定されない。すなわち、図７に示すように、原料供給ユニット５００は、基板Ｇの下部から原料物質を供給する上向き式に構成されてもよく、図８に示すように、垂直状態に配置された基板Ｇの側面から原料物質を供給する側面式に構成されてもよい。ここで、図７および図８は、本発明の実施形態による原料供給ユニットの工程方向を説明するための模式図である。
【００６５】
このように、本発明の実施形態による原料供給ユニット５００を備える薄膜蒸着装置は、蒸着方向が制限されないので、チャンバーの構造、または基板の種類に応じて最適な工程方向を自由に選択することができるというメリットがある。
【００６６】
以上、本発明について上述した実施形態および添付図面に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲によって限定される。よって、この技術分野における通常の知識を持った者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内において本発明は様々に変形および修正可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料物質を液化させる液化部と、
前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、
前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、
を備え、
前記液化部は、
原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、
前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出するピストン部と、
前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、
を備える原料供給ユニット。
【請求項２】
前記気化部は、
前記ルツボと連通される気化室と、
前記気化室を加熱して原料物質を気化させる気化加熱部と、
を備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項３】
前記液化部と前記気化部とを連結する送り管と、
前記気化部に連結される送り管の一方の端部を加熱する補助気化加熱部と、
をさらに備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項４】
前記インジェクターは、点状、面状、線状のうちのいずれかの噴射構造を有する請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項５】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項６】
前記制御部は、
前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、
前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、
を備える請求項５に記載の原料供給ユニット。
【請求項７】
工程空間を提供するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられて基板を支持する基板支持部と、
前記基板と対向するように配置されて基板に原料物質を供給する原料供給部と、を備え、
前記原料供給部は、
前記原料物質を液化させる液化部と、
前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、
前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、
を備える薄膜蒸着装置。
【請求項８】
前記液化部は、
原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、
前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出させるピストン部と、
前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、
を備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項９】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部、をさらに備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項１０】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、
前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、
を備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項１１】
原料物質をルツボに充填するステップと、
前記ルツボを加熱して前記原料物質を液化させるステップと、
前記ルツボにおいて液化された原料物質のうちの一部を前記ルツボと連結された気化室に搬送するステップと、
前記気化室に搬送された原料物質を気化させるステップと、
前記気化された原料物質を基板に噴射するステップと、
を含む薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
前記搬送ステップにおいては、
前記ルツボに充填された原料物質をピストンを用いて押し付けて搬送する請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１３】
前記気化室の気化圧力を測定してルツボから気化室へと搬送される原料物質の量を調節するステップをさらに含む請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１４】
前記噴射ステップにおいては、
点状、線状および面状のうちのいずれかの噴射構造を有するインジェクターを用いて噴射を行う請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１】
原料物質を液化させる液化部と、
前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、
前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、
を備え、
前記液化部は、
原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、
前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出するピストン部と、
前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、
を備える原料供給ユニット。
【請求項２】
前記気化部は、
前記ルツボと連通される気化室と、
前記気化室を加熱して原料物質を気化させる気化加熱部と、
を備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項３】
前記液化部と前記気化部とを連結する送り管と、
前記気化部に連結される送り管の一方の端部を加熱する補助気化加熱部と、
をさらに備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項４】
前記インジェクターは、点状、面状、線状のうちのいずれかの噴射構造を有する請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項５】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部をさらに備える請求項１に記載の原料供給ユニット。
【請求項６】
前記制御部は、
前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、
前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、
を備える請求項５に記載の原料供給ユニット。
【請求項７】
工程空間を提供するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられて基板を支持する基板支持部と、
前記基板と対向するように配置されて基板に原料物質を供給する原料供給部と、を備え、
前記原料供給部は、
前記原料物質を液化させる液化部と、
前記液化部と連通されて液化された原料物質を気化させる気化部と、
前記気化部と連通されて気化された原料物質を噴射するインジェクターと、
を備える薄膜蒸着装置。
【請求項８】
前記液化部は、
原料物質が貯蔵されるシリンダー状のルツボと、
前記ルツボの一方の側に挿入されて原料物質を排出させるピストン部と、
前記ルツボを加熱して原料物質を液化させる液化加熱部と、
を備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項９】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部、をさらに備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項１０】
前記液化部から前記気化部へと供給される液化された原料物質の量および前記気化部において気化される原料物質の量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記気化部の圧力を感知する圧力ゲージと、
前記ピストン部の往復駆動を制御する駆動制御部と、
を備える請求項７に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項１１】
原料物質をルツボに充填するステップと、
前記ルツボを加熱して前記原料物質を液化させるステップと、
前記ルツボにおいて液化された原料物質のうちの一部を前記ルツボと連結された気化室に搬送するステップと、
前記気化室に搬送された原料物質を気化させるステップと、
前記気化された原料物質を基板に噴射するステップと、
を含む薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
前記搬送ステップにおいては、
前記ルツボに充填された原料物質をピストンを用いて押し付けて搬送する請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１３】
前記気化室の気化圧力を測定してルツボから気化室へと搬送される原料物質の量を調節するステップをさらに含む請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１４】
前記噴射ステップにおいては、
点状、線状および面状のうちのいずれかの噴射構造を有するインジェクターを用いて噴射を行う請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５２５４９９（Ｐ２０１２−５２５４９９Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０８３９１（Ｐ２０１２−５０８３９１）
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００２５４３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２６２５４
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５１１２３０１３０）エスエヌユー プレシジョン カンパニー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００２５４３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２６２５４
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５１１２３０１３０）エスエヌユー プレシジョン カンパニー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
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