KR100392811B1

KR100392811B1 - 이중챔버형 다중 진공증착 장치

Info

Publication number: KR100392811B1
Application number: KR10-2001-0049155A
Authority: KR
Inventors: 권영수; 신훈규
Original assignee: 주식회사 삼원진공; 주식회사 제이비에스인터내셔날; 권영수; 신훈규
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2003-07-28
Also published as: KR20030015096A

Abstract

본 발명은 유기물과 무기물을 이용하여 각종 소자 제작을 위한 기초 단계에 있어서 필수적인 박막제작 장치의 하나인 이중챔버형 다중 진공증착장치에 관한 것으로서, 시편에 증착물이 균일한 두께로 유기물과 무기물을 다중으로 증착할 수 있도록 한 것이다.

즉 본 발명은 개폐 가능한 뚜껑(4)이 설치되고 저진공(10^-3Torr) 및 고진공(10^-7Torr)할 수 있는 진공실(2)(3) 내부에 복수의 증발원(13)이 마련된 회전 가능한 회전증발대(12)가 설치되며, 회전증발대(12) 상측으로는 증착구판(21)과 증발원(13)에서 증발대상물의 증발이 있을 때만 개방되는 셔터(22)가 설치되고, 셔터(22) 상측으로는 시편을 고정할 수 있는 시편 고정대(25)가 구비되는 주지의 다중 진공증착장치(1)를 구성함에 있어서,

진공실(2)(3)은 증착되는 물질에 따라서 구분되는 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3)을 별도로 마련하여 상호 관체(5) 연결하고, 회전증발대(12)의 증발원(13) 하측에는 전원공급수단(14)의 접점부(17)가 접점되도록 하여 증발원(13)을 가열하고, 시편을 고정하는 시편 고정대(25)는 증발원(13)과 동일선상에 위치되도록 하며, 시편 고정대(25)는 무기물 진공실(2)의 외부에 설치되는 트랜스퍼(26)에 의해 관체(5)를 통하여 유기물 진공실(3)의 증발원(13) 상측으로 이동될 수 있도록 하여 시편에 유기물과 무기물을 동시에 증착할 수 있도록 함으로써, 시편에 유기물과 무기물 혼용의 증착막을 극히 간편하게 증착할 수 있도록 함은 물론이고, 증착되는 증착물의 두께 등도 측정하여 불량률 등을 저감할 수 있도록 한 것이다.

Description

이중챔버형 다중 진공증착 장치{Multiple vacuum depositor of double chamber type}

본 발명은 유기물과 무기물을 이용하여 각종 소자 제작을 위한 기초 단계에 있어서 필수적인 박막제작 장치의 하나인 이중챔버형 다중 진공증착 장치에 관한 것으로서, 시편에 증착물이 균일한 두께로 유기물과 무기물을 다중으로 증착할 수 있도록 한 것이다.

지금까지 진공증착 장치는 많은 종류가 개발되었으며 현재에도 박막제막용으로 널리 이용되고 있는 기초 기술분야 장비의 하나이다. 기존의 증착장치는 증발원이 저항가열식의 경우 저진공(10^-5Torr 이하) 유지로 인한 불순물의 다량 함유로 많은 문제가 발생하고 있으며, 박막소자 제작을 위해 다중막을 제작할 경우 저항증발원이 다중으로 이루어져 있지 않아 박막제막을 위한 고순도 박막을 얻는 것이 불가하였다. 즉, 저항증발원에 증발시료를 교체할 경우 다중막에서 항상 문제가 되는 불순물, 산화, 열적 변화 등의 직접적인 영향이 제공되었기 때문이다.

진공유지 방법적으로도 1차적인 로터리(rotary)펌프와 2차적인 디퓨젼(diffusion, 확산)펌프를 사용하였기에 관련 주변기술의 발달이 늦어져 고진공 고품질의 진공유지가 어려웠다. 또한, 다중막의 제작시 시편(증착부)과 증발원의 위치와 증발각도에 차이가 있어 증착된 막의 두께를 비교하면 증착원과 시편(증착부)의 위치에 따라 두께가 일정하지 않고 불규칙성이 존재하는 기술적인 한계가 있었다. 이것은 소자의 제작에 있어서 가장 중요한 문제점이고 기술개발을 위한 실험연구에 있어서도 정확하고 신뢰성 있는 데이터 정보를 제공하는 것이 불가능하였다.

따라서 다중형태의 박막소자를 제작하기 위하여 고진공에서 다중 증발원을 회전시켜 증발원과 시편(증착부)의 중심위치를 일정하게 유지하고 회전증발부의 증발시료의 위치를 자동으로 제어함으로써 종래 기술에서 제기된 문제점을 해결하고 기술적인 한계를 극복할 수 있다. 또한, 고진공 고품질의 진공을 유지하여 외부영향을 근본적으로 제거하고 소자의 제작 단계부터 신뢰성 있는 데이터 정보의 확보가 가능함으로써 종래 기술에 비하여 기술적으로 비약적인 발전이 이루어졌다고 할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 발명한 것이다.

즉, 본 발명은 무기물 진공실과 유기물 진공실을 별도로 마련하고, 각 진공실 내부에는 이동형 시편 고정대와 회전 가능하고 다수개의 증발원이 마련되는 다중 증발대를 설치하되, 상기 다중 증발대에 마련되는 유기물 증발원과 무기물 증발원은 회동시 증착되는 이동형 시편 고정대와 항상 동일선상에 위치하도록 함으로써, 다중 증발대로부터 증발되는 증발물들을 고정되는 시편에 순차적으로 증착되도록 하여 증착된 막의 두께를 균일하게 할 수 있도록 하고, 시편을 두 개의 진공실에서 증착되는 증착물에 따라 자유롭게 이동시키기 위한 이동형 시편 고정대를 설치하고 이동형 시편 고정대에는 온도제어가 가능한 펠티어소자(온도제어장치)를 외부 연결포트를 통하여 부착하고 증착되는 시료의 온도 조건변화를 자유롭게 한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보인 정면도

도 2는 도 1의 측면도

도 3은 도 1의 평면도

도 4는 본 발명의 유기물 진공실 구성단면도

도 5는 본 발명의 무기물 진공실 구성단면도

도 6은 본 발명에 적용되는 진공실 평단면도

도 7은 본 발명의 증발대 회전부 단면도

도 8은 본 발명의 유기물 진공실에 적용될 수 있는 증발대 발췌 단면도

도 9는 도 8의 평면도

도 10는 본 발명의 무기물 진공실에 적용될 수 있는 증발대 발췌 단면도

도 11는 도 10의 평면도

도 12는 본 발명의 전원공급부 발췌 단면도

도 13은 본 발명의 셔터부 발췌 단면도

도 14는 본 발명의 시편 고정대 발췌 단면도

도 15는 도 14의 평면도

도 16은 본 발명의 각 진공실에 적용될 수 있는 두께측정 센서부 정면도

도 17은 도 16의 측면도

☞도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명☜

1 : 진공증착 장치 2,3 : (무기물, 유기물) 진공실

4 : 뚜껑 5 : 관체

6 : 게이트밸브 7 : 로터리 펌프

8 : 터보펌프 9 : 모터

10 : 밸트 11 : 위치센서

12 : 회전증발대 13 : 증발원

13a : 고정나사 13b : 히터

14 : 전원공급수단 15 : 관체

16 : 절연체 17 : 접점부

18 : 전원공급용 샤프트 19 : 로드회전방지형 실린더

20 : 구멍 21 : 증착구판

22 : 셔터 23 : 지주

23a : 연결브라켓 23b : 연결조인트

24 : 로터리실린더 25 : 시편 고정대

26 : 트랜스퍼 26a : 작동대

26b : 클램프 27 : 외부연결포터

27a : 펠티어소자 28 : 서포터

29 : 센서 30 : 뷰포터

31 : 외부연결단자

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보인 정면도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 측면도이고, 도 3은 도 1의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 유기물 진공실 구성단면도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 무기물 진공실 구성단면도를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명에 적용되는 진공실 평단면도 등을 도시한 것으로서 이하에서 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.

본 발명의 진공증착 장치(1)는 증착되는 물질에 따라서 구분되는 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3)을 별도로 마련하고 각 진공실(2)(3)은 축핀을 기점으로 각 운동이 이루어지며 개폐되는 뚜껑(4)을 설치한다.

상기 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3)은 상호 관체(5)로 연결하고 관체(5)에는 게이트밸브(6)를 마련하여 각 진공실(2)(3)을 밀폐 단속할 수 있도록 하고, 관체(5)에는 저진공(10^-3Torr)할 수 있는 로터리 펌프(7)와, 고진공(10^-7Torr)할 수 있는 터보펌프(8)를 연결하여 각 진공실(2)(3) 내부를 고진공 상태로 진공할 수 있도록 하고, 각 진공실(2)(3)에는 질소(N₂)가스 및 CF₄를 공급할 수 있는 외부연결단자(31)를 마련하여 가스를 주입할 수 있도록 하여 가스 분위기 조건에서의 진공증착을 할 수 있도록 한다.

그리고 상기 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3) 내부 하측에는 도 7,8,9에 도시된 바와 같이 구동수단인 모터(9)와 벨트(10)로 연결되어 회전되고 위치센서(11)에 의해 제어되는 회전증발대(12)를 설치하되, 이들 회전증발대(12)에는 전기적인 가열 즉, 히터(13b) 등에 의해 온도가 상승하는 다양한 구성의 증발원(13)을 적어도 2개소 이상 마련하여 증발대상물을 증발시킬 수 있도록 한다.

이때 상기 무기물 진공실(2)의 회전증발대(12)상에 위치하는 증발원(13)은 각종 보트가 자유롭게 안치될 수 있도록 고정나사(13a)에 의해 조립 구성되며, 유기물 진공실(3) 내의 회전증발대(13) 상에 위치하는 증발원(13)은 증발원(13) 자체가 코일과 같은 작용을 하도록 하였으며, 유기물 증발대상에 따라 석영이나 유리 등으로 교체가 용이하도록 원통형 타입으로 구성된다.

상기 회전증발대(12)의 각 증발원(13)에 전기에너지를 공급하는 전원공급수단(14)으로는 도 12에 도시된 바와 같이 진공실(2)(3) 하측에 설치되고 내부에 절연체(16)가 내입 구성된 관체(15) 내부의 절연체(16) 내측으로 증발원(13)의 하부와 접점되는 접점부(17)가 선단에 마련된 전원공급용 샤프트(18)를 입설하고, 전원공급용 샤프트(18)는 하단에는 설치되는 로드회전방지형 실린더(19)에 의해 승강될 수 있도록 하여 증발원(13)에 전달되는 전기에너지를 단속할 수 있도록 한다.

상기 회전증발대(12) 상측으로는 증발원(13) 보다 대직경의 구멍(20)이 형성된 증착구판(21)과 증발원(13)에서 증발대상물의 증발이 있을 때만 개방되도록 지주(23)상측에 결합되는 연결브라켓(23a) 볼트로 셔터(22)를 고정하고 지주(23) 하단에는 연결조인트(23b)로 로터리실린더(24)와 연결 구성하여 로터리실린더(24)의 의해 회동자재되게 하여 증발대상물의 증발이 원활히 이루어 질 수 있도록 함과 아울러 다른 증발대상물에 영향을 주지 않도록 한다.

상기 셔터(22) 상측으로는 도 14,15에 도시된 바와 같이 증발원(13)과 동일선상에 위치하도록 시편을 고정하는 시편 고정대(25)를 위치시키되, 시편 고정대(25)는 무기물 진공실(2)의 외부에 설치되는 트랜스퍼(26)의 작동대(26a) 선단에 볼트로 고정되는 클램프(26b)에 고정하여 게이트밸브(6)로 단속되는 관체(5)를 통하여 유기물 진공실(3)의 증발원(13) 상측으로 이동될 수 있게 하여 다양한 크기의 시편 고정대(25)를 선택적으로 사용할 수 있도록 한다.

그리고 상기 각 뚜껑(4)에는 시편 고정대(25)상에서 증착이 이루어질 때 시료의 온도를 측정할 수 있도록 외부연결 포터(27)를 마련하고, 외부연결 포터(27)에는 시편 고정대(25) 상측으로 승하강 하는 펠티어소자(27a)를 전기적으로 연결설치하며, 시편에 증착되는 물질의 두께는 도 16,17에 도시된 바와 같이 각진공실(2)(3) 내부에 서포터(28)를 세우고 서포터(28) 상단에는 시편 고정대(25)와 같은 높이에 두께측정 센서(29)를 마련하여 측정이 가능하도록 한다.

한편 상기 각 진공실(2)(3) 측방으로는 뷰포터(30)를 마련하여 진공실(2)(3) 내부의 증착 정도 등을 육안으로 식별 가능하도록 한 구성이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 진공증착 장치(1)는 주로 시편에 유기물과 무기물을 균일한 두께로 다중 증착시킬 수 있도록 한 것으로서, 이하 본 발명의 일 사용예를 통하여 작용을 상세히 설명키로 한다.

본 발명에 의하면 증착되는 물질에 따라서 구분되는 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3)을 별도로 마련하고 게이트밸브(6)에 의해 단속되는 관체(5)로 연결되며, 관체(5)를 통해서는 시편 고정대(25_가 이동될 수 있도록 한 각 진공실(2)(3) 상부에 마련되는 뚜껑(4)을 열고 진공실(2)(3)내에 마련된 회전증발대(12)의 증발원(13)에 증발대상물을 안치시키고 시편 고정대(25)에 시편을 고정시킨 다음 뚜껑(4)을 닫아 진공실(2)(3)을 밀폐시킨 상태에서 로터리펌프(7)와 터보펌프(8)를 이용하여 진공실(2)(3) 내부를 고진공 상태로 진공한다.

상기한 바와 같은 고진공 상태로 진공한 조건 하에서 먼저 무기물 진공실(2) 내부의 증발대상물이 안치된 회전증발대(12)의 증발원(13)을 상측 시편 고정대(25)의 시편과 동일 선상에 위치시킨 상태에서 로드회전방지 박형 실린더(19)를 작동시켜 전원공급용 샤프트(18)를 상승시키게 되면 증발원(13)에 전원이 인가되므로 증발원(13)이 가열되게 되어 증발원(13)상에 위치하는 증발대상물이 증발되게 된다.이때 증착구판(21) 상측의 셔터(22)는 개방되어 증발되는 증발대상물을 안내하여 시편 고정대(25)상의 시편 표면에 증발물을 증착되게 된다.

상기한 바와 같이 최초의 증발원(13)에 위치하는 증발대상물의 증착이 완료되면 로드회전방지 박형 실린더(19)가 하강하여 증발원(13)에 전원을 단전하게 되고 회전증발대(12)를 회전시키는 구동수단인 모터(9)가 회전하여 다음 증발원(13)을 상기 시편 고정대(25)와 동일 선상에 위치되었을 때 위치센서(11)가 이를 감지하여 모터(9)를 정지시키게 된다. 이 때, 상기 셔터(22)는 로터리실린더(24)의 회동에 의해 회동되어 증착구판(21)에 형성되어 있는 구멍(20)을 차단하여 증발원(13)에서 증발된 잔류하는 증발대상물이 시편측으로 이동하는 것을 차단하여 시편에 증착되는 증발물의 두께를 균일하게 유지할 수 있게 되므로 증착률을 높이면서도 불량률을 현저히 저감할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 다음 증발원(13)이 시편 고정대(25)와 동일선상에 위치하게되면 증착구판(21)의 구멍을 차단하고 있는 셔터(22)가 로터리실린더(24)의 회전으로 개방되고 아울러 로드회전방지 박형 실린더(19)는 상승하여 증발원(13)에 전기를 인가하여 증발원(13)을 가열하여 상기한 바와 같이 시편 표면에 증발물을 증착시키게 되는 바, 이를 연속적으로 행하면 시편에 무기물로 구성되는 다중 다층형의 박막 증착이 이루어지는 것이다.

상기한 방법으로 무기물로 구성되는 박막 증착을 완료한 다음 트랜스퍼(26)를 가동하여 시편 고정대(25)를 유기물 진공실(3)로 이동하여 유기물 진공실(3) 내의 증발원(13)과 시편을 동일선상에 위치시켜 상기한 방법으로 유기물로 구성되는박막 증착하면 되므로 하나의 시편에 유기물과 무기물이 복합구성되는 박막 증착층을 득할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 무기물 진공실과 유기물 진공실이 게이트밸브(6)로 단속되는 관체(5)에 의해 연결되므로 2개의 진공실 중 1개의 진공실만으로 작업을 할 경우에는 게이트밸브(6)를 이용하여 양측 진공실(2)(3) 간을 차단한 상태에서 진공을 행할 수 있어 진공시간을 단축할 수 있어 작업의 편리성이 보장된다.

또 본 발명은 각 진공실(2)(3) 측부에 뷰포트(30)가 마련되므로 뷰포트(30)를 통하여 각 진공실(2)(3) 내부에서 시편에 증착물이 증착되는 과정이 소망하는 대로 이루어지는지를 육안으로 확인할 수 있으므로 본 발명의 증착 불량률을 더욱 저감할 수 있다.

그리고 본 발명은 뚜껑(4)에 마련되는 외부연결포트(27)를 통하여 이동형 시편 고정대(25)의 상부에 부착된 펠티어소자(27a)에 의해 시편에 증착되는 시료의 온도조건을 조정할 수 있으므로 시편에 증착되는 증착물을 가장 이상적인 온도하에서 증착할 수 있어 짧은 시간에 효과적으로 다층 증착을 할 수 있으며, 각 진공실(2)(3)에는 가스를 공급할 수 있도록 외부연결단자(31)에 마련되므로 가스를 공급하여 가스 분위기 조건에서의 진공증착을 할 수도 있는 것이다.

그리고 본 발명에서는 시편 고정대(25)와 같은 위치에 두께 측정을 행할 수 있는 센서(29)를 마련되므로 증착되는 증착물의 두께의 측정이 가능하게 되어 시편에 증착되는 증착물이 균일한 두께로 신속하고 정확하게 다중 증착할 수 있어 작업효율을 극대화할 수 있고 불량률 등도 현저히 저감시킬 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 진공증착장치(1)는 기존의 다중 다층 다종막의 제작에서 발생하는 단점인 두께의 불안정과 불순물이 함유됨으로 인한 제작된 박막에 의한 작동소자로서의 부정확성, 다층 다종막을 제작할 경우 여러 차례 증발시료를 교체해야 되는 문제와 이것에 의한 산화, 온도 영향 등의 결점, 지금까지 연구되어 온 다층 다종막 형태의 디스플레이 연구분야에서 항상 문제되어 온 소자 제작 단계에서의 외부 영향 등을 일소할 수 있는 것이다.

즉, 본 발명은 종래의 초보적인 소자 제작 단계에서 많이 지적된 문제를 해결하고, 응용성이 다양한 증착막이 제작되도록 유도하는 데 큰 역할이 기대된다.

특히, 기능성 전자소자의 제작에 필수적인 다중 다층 다종막 기술의 개발로 새로운 전자소자의 개발과 응용을 촉진할 것이고, 우리나라 과학기술과 산업적 국가 경쟁력을 제고할 것으로 기대되며, 생산원가를 최소로 하여 값싸게 제조할 수 있으며, 이를 초박형, 대면적 표시소자에 응용하여 새로운 첨단 산업을 창출할 수 있을 것이다.

또한 본 발명을 통하여 연구수준을 제고할 수 있으며, 연구기술의 융합을 통한 시너지효과를 창출할 수 있고, 기존 전자 산업의 고부가가치화 및 첨단 기술산업의 창출이 기대되는 등 상기에서 언급한 것 이외에 본 발명으로 인한 여러 가지 측면의 기대 및 파급효과를 득할 수 있는 산업현장과 실용성이 매우 우수한 발명이다.

Claims

개폐 가능한 뚜껑(4)이 설치되고 저진공(10^-3Torr) 및 고진공(10^-7Torr)할 수 있는 진공실(2)(3) 내부에 복수의 증발원(13)이 마련된 회전 가능한 회전증발대(12)가 설치되며, 회전증발대(12) 상측으로는 증착구판(21)과 증발원(13)에서 증발대상물의 증발이 있을 때만 개방되는 셔터(22)가 설치되고, 셔터(22) 상측으로는 시편을 고정할 수 있는 시편 고정대(25)가 구비되는 주지의 다중 진공증착장치(1)를 구성함에 있어서,

상기 진공실(2)(3)은 증착되는 물질에 따라서 구분되는 무기물 진공실(2)과 유기물 진공실(3)을 별도로 마련하여 상호 관체(5) 연결하고,

상기 회전증발대(12)의 증발원(13) 하측에는 전원공급수단(14)의 접점부(17)가 접점되도록 하여 증발원(13)을 가열하고,

상기 시편을 고정하는 시편 고정대(25)는 증발원(13)과 동일선상에 위치되도록 하며,

상기 시편 고정대(25)는 무기물 진공실(2)의 외부에 설치되는 트랜스퍼(26)에 의해 관체(5)를 통하여 유기물 진공실(3)의 증발원(13) 상측으로 이동될 수 있도록 하여 시편에 유기물과 무기물을 동시에 증착할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 전원공급수단(14)은 진공실(2)(3) 하측에 세워지는 관체(15)의 내부에 절연체(16)로 절연되는 전원공급용 샤프트(18)를 결합하고,

상기 전원공급용 샤프트(18) 상부에는 증발원(13) 하부에 접점되는 접점부(17) 마련되며, 하부에는 로드회전방지 박형 실린더(19)가 설치되어 전원공급용 샤프트(19)를 승강시켜 증발원(13) 하측과 접점되게 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 양측 진공실(2)(3)을 연결하는 관체(5)상에는 게이트밸브(6)를 설치하여 양측 진공실(2)(3)을 연결 및 차단할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 뚜껑(4)에는 시편 고정대(25)상에서 증착이 이루어질 때 시료의 온도를 측정할 수 있도록 외부연결 포터(27)를 마련하고, 외부연결 포터(27)에는 시편 고정대(25) 상측으로 승하강하는 펠티어소자(27a)를 설치한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 진공실(2)(3) 내부에는 시편 고정대(25)와 같은 위치에 두께측정용 센서(29)를 마련하여 시편에 중착되는 증착물의 두께를 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 진공실(2)(3)에는 가스를 공급할 수 있는 외부연결 단자(31)를 마련하여 가스를 주입할 수 있도록 하여 가스 분위기 조건에서의 진공증착이 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 회전증발대(12)상의 증발원(13)은 고정나사(13a)에 의해 조립 구성되도록 하여 각종 보트가 자유롭게 안치될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.
제 1항에 있어서,

상기 유기물 진공실(3)의 증발원(13)은 유기물 증발대상에 따라 석영이나 유리 구성의 것으로 교체가 용이하도록 원통형 타입으로 구성함을 특징으로 하는 이중챔버형 다중 진공증착 장치.