KR100467535B1 - 선형 증발원과 이를 이용한 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 제작을 위한 증발원과 증착장치에 관한 것으로서, 특히 수직으로 세워져 고정되는 대면적의 기판에 박막을 증착함에 있어서, 긴 통 모양이며 그 상측에 개구부가 형성되어 있는 증착용 물질을 담는 내피(21)와, 상기 내피가 삽입되고 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니(22)와, 상기 도가니를 감싸고 내측에 발열부가 형성되어 있는 외피(23)와, 상기 외피가 고정되며 증발원의 회전운동을 가능케하는 증발원 회전제어장치(25)로 형성되는 증발원을 기판의 측면 중앙에 위치시키고, 상기 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 회전시켜 증착 물질의 토출 방향을 상하로 기울이면서 증착함으로써, 수직으로 고정되는 기판(3)에 균일한 박막을 제작할 수 있으며, 박막 제작을 위한 증착 장치를 소형화하고 단순화하여 장치의 효율성을 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

선형 증발원과 이를 이용한 증착장치 {Linear type evaporator and apparatus for deposition by using it}

본 발명은 박막 제작을 위한 증발원과 증착장치에 관한 것으로서, 특히 수직으로 세워져 고정되는 대면적의 기판에 박막을 증착함에 있어서, 기판의 측면 중앙에 선형 증발원을 위치시키고, 상기 증발원을 증발원의 길이 방향을 축으로 상하로반복 회전시켜 증발물질의 토출방향을 변화시키면서 증착함으로써, 증착 균일도을 향상시키고 박막제작장치의 효율성을 증가시키는 선형 증발원과 이를 이용한 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 소자를 제작하기 위하여 여러가지 박막 제조 기술이 사용되는데, 그 중 하나가 진공 가열 증착 방법이다. 진공 가열 증착 방법이란 진공의 용기내의 상측에 기판을 위치시키고, 그 하측에 위치하며 증착 물질이 담겨있는 증발원을 가열하여, 증발된 물질이 기판에 증착되도록 하여 박막을 제작하는 방법을 말한다.

이러한 진공 가열 증착 방법에서 일반적으로 사용되는 증발원은 원통형 도가니로 구성되는 점 증발원과 긴 통 모양의 도가니로 구성되는 선형 증발원이 있다. 상기 점 증발원의 경우 대면적의 박막 제작에 적용할 경우 증착 균일도가 현저히 떨어지는 단점이 있기 때문에 점차로 대형화되는 평판 디스플레이 소자의 제작에는 적합하지 않다. 따라서 기판의 면적이 370mmX470mm 이상인 대면적의 박막 제작에는 선형 증발원이 주로 사용되는데, 종래의 선형 증발원은 도 1a에 도시된 바와 같이 긴 통 모양의 도가니(1)가 기판(3) 하측에 위치하고 도가니의 길이 방향을 따라 도가니 상측에 개구부가 형성되고 상기 길이방향과 수직인 방향으로 증발원을 이동시키면서 증착하거나, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 기판을 이동시키면서 증착하게 된다.

그러나 상기 종래의 선형 증발원의 경우 다음과 같은 몇가지 단점이 있다.종래의 선형 증발원의 경우, 증발원 내지는 기판을 이동시키면서 증착하여야 하기 때문에 대면적의 기판에 적용할수록 이송장치가 크고 복잡해지고, 전체 장치의 크기도 커지게 된다. 또한 증발원 내지는 기판의 이송 중에 이송 장치에서 소자 성능을 떨어트릴 수 있는 입자가 발생할 수 있다. 특히 증발원이 이동하는 경우에는 증발원과 연결되는 전원선과 각종 전선 및 냉각수 등을 함께 이송해야 되기 때문에 이송 장치가 더욱 복잡해지며, 이송 중에는 증발률을 측정할 수 없다는 단점이 있다.

또한 평판 디스플레이 소자 제작용 기판이 점차 대면적화 됨에 따라 기판의 안전을 위하여 기판을 수직으로 세우거나, 수직에서 약간 기울여서 홀더에 기댄 상태로 이송하는 경우가 있다. 종래의 증발원을 세워진 기판의 증착에 적용할 경우 증발원 내의 물질이 쏟아질 수 있고, 증착 물질이 쏟아지지 않도록 증발원 내에 턱을 설치한 경우에는 증착 물질을 증발원에 채우기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 수직으로 고정되는 기판에 균일한 박막을 제작할 수 있으며, 박막 제작을 위한 장치를 작고 간단하게 만들 수 있어 장치의 효율성을 증가시킬 수 있도록 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은, 긴 통 모양이며 그 상측에 개구부가 형성되어 있는 증착용 물질을 담는 내피와, 상기 내피가 삽입되고 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니와, 도가니를 감싸는 발열부와, 도가니와 발열부를 감싸는 외피와, 외피가 고정되며 증발원의 회전운동을 가능케하는 증발원 회전제어장치로 형성되는 증발원을 기판의 측면 중앙에 위치시키고, 상기 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 반복하여 상하로 회전시켜서 증착물질의 토출방향을 변화시키면서 증착하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치에 의해 달성된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 선형 증발원과 증착 장치를 나타내는 개략 사시도

도 2는 본 발명의 선형 증발원의 첫번째 실시예를 나타내는 단면도

도 3은 본 발명의 선형 증발원의 첫번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 4는 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 첫번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 5는 본 발명의 선형 증발원의 첫번째 실시예를 기울인 모습을 나타내는 단면도

도 6은 본 발명의 선형 증발원의 두번째 실시예를 나타내는 단면도

도 7은 본 발명의 선형 증발원의 세번째 실시예를 나타내는 단면도

도 8은 본 발명의 선형 증발원의 세번째 실시예를 기울인 모습을 나타내는 단면도

도 9는 본 발명의 선형 증발원의 세번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 10은 본 발명의 선형 증발원의 세번째 실시예와 이를 이용한 증착 장치의 세번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 11은 본 발명의 선형 증발원의 네번째 실시예를 나타내는 단면도

도 12는 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 다섯번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

도 13은 본 발명의 선형 증발원의 여섯번째 실시예를 나타내는 단면도

도 14는 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 여섯번째 실시예를 나타내는 개략 사시도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

3 : 기판 21 : 내피

22 : 도가니 24 : 슬릿

25 : 증발원 회전제어장치 4 : 증착 물질

222 : 격벽 66 : 구름 베어링

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 3, 도 4, 도 5는 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 일 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 2는 선형 증발원의 단면도이고, 도 3은 그 개략 사시도이고, 도 4는 선형 증발원을 이용한 증착 장치의 개략 사시도이고, 도 5는 선형 증발원을 기울인 경우 그 내부를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 선형 증발원(2)은 도 2에 도시된 바와 같이, 증발 물질(4)을 담고 상측에 개구부(211)가 형성되어 있는 내피(21)와, 상기 내피가 삽입되는 긴 통 모양이며 길이 방향의 일 측면에 슬릿(24)이 형성되어 있는 도가니(22)와, 도가니를 감싸고 내측에 가열부(26)가 형성되어 있는 외피(23)와, 외피가 고정되며 도시되지 않은 장치에 의해 증발원의 회전을 가능케 하는 증발원 회전 제어장치(25)로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 상기 가열부의 구조는 증발원의 열적 분포를 적절히 유지하기 위해 도시된 바와 다른 구조도 가능하다.

상기 도가니(22)의 한 쪽 단부 면은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 내피(21)를 삽입하기 위하여 뚫려 있고, 내피를 삽입한 후에는 증발 물질이 새어나오지 않도록 막을 수 있어야 한다. 또한 상기 도가니의 슬릿(24)은 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성하는 것이 좋은데, 이러한 구조는 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

종래의 선형 증발원은 전체 박막에 증착하기 위하여 증발원의 길이 방향과 수직인 방향으로 증발원 혹은 기판을 이동시키면서 증착하게 되는데, 증발원 혹은 기판의 이송을 위해서 장치의 크기가 커져야 하며, 증발원이 이송되는 경우 증발원의 동작에 필요한 전원 선, 열전대 선, 냉각수 관 등이 진공 내에서 함께 이동되어야 하므로 이송 장치가 복잡하고 커지는 단점이 있었다. 반면에 본 발명의 선형 증발원은 상기 증발원 회전 제어장치(25)를 이용하여 도 4에 도시된 바와 같이 증발 물질의 토출 방향을 상하로 반복하여 기울이면서 증착하게 되므로, 종래의 선형 증발원을 사용할 때 보다 장치의 크기가 작아지며 이송 수단도 간단해지게 된다. 이 때, 증발 물질의 토출 방향이 기판(3)의 중앙을 향할 때 보다 기판(3)의 상측 혹은 하측을 향할 때 증발원과 기판과의 거리가 멀어지므로 증착되는 박막의 두께가 얇아지게 되는데, 이러한 박막 두께의 차이를 보완하기 위하여 증발원이 기판의 상측 혹은 하측을 향할 때는 기판의 중앙을 향할 때보다 회전 속도를 줄이는 것이 좋다. 또한 일부 증착 물질의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 증발원을 상하로 기울이면 중력의 영향으로 증발원 내의 증착 물질(4)이 한 쪽으로 쏠리는 현상이 발생할 수 있는데, 내피(21)의 구조를 도시된 바와 같이 적절히 형성하여 증착 물질이 쏟아지지 않도록 하는 것이 중요하다.

도 6은 본 발명의 선형 증발원의 두번째 실시예를 나타내는 단면도로서, 본 발명의 선형 증발원은 상측으로 분리되는 뚜껑(221)이 형성되어 있는 긴 통 모양이며, 증착 물질(4)을 담을 수 있도록 내측에 격벽(222)이 형성되며, 길이 방향의 일 측면에 슬릿(24)이 형성되어 있는 도가니(22)와, 상기 도가니를 감싸고 내측에 발열부(26)가 형성되어 있는 외피(23)로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 선형 증발원의 두번째 실시예는 내피를 사용하는 대신, 도가니(22) 자체에 증착 물질(4)이 쏟아지지 않도록 격벽(222)을 형성하고, 도가니 상측에 뚜껑(221)을 형성하여 직접 도가니에 증착 물질을 담을 수 있도록 하였다. 상기 본 발명의 선형 증발원의 두번째 실시예를 이용한 증착 장치의 구성 및 증착 방법은 첫번째 실시예와 동일하다.

도 7 내지 도 8, 도 9, 도 10은 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 세번째 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 7는 선형 증발원의 단면도이고, 도 8은 선형 증발원을 기울인 경우 그 내부를 나타낸 단면도이고, 도 9는 그 개략 사시도이고, 도 10는 선형 증발원을 이용한 증착 장치의 개략 사시도이다.

본 발명의 선형 증발원의 세번째 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 긴 원통 모양이며 상측에 개구부(611)가 형성되어 있고 하측에 밀도가 큰 물질로 만들어진 추(612)가 고정되어 있는 증발 물질(4)을 담는 내피(61)와, 상기 내피가 삽입되는 긴 원통 모양이며 내피를 받치는 내측 면에 구름 베어링(66)이 형성되고 길이 방향의 일 측면에 슬릿(24)이 형성되어 있는 도가니(64)와, 도가니를 감싸고 내측에 가열부(66)가 형성되어 있는 외피(62)와, 외피가 고정되며 도시되지 않은 장치에 의해 증발원의 회전을 가능케 하는 증발원 회전 제어장치(65)로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 상기 가열부의 구조는 증발원의 열적 분포를 적절히 유지하기 위해 도시된 바와 다른 구조도 가능하다.

상기 구름 베어링(66)은 본 발명의 선형 증발원이 회전하더라도 증발원 내부에 삽입되는 내피는 함께 회전하지 않고 수평을 유지하여 내피에 담긴 증착 물질이 쏟아지지 않도록 하는 역할을 한다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이 내피(61)가 기울어지려고 하면 내피 하측에 고정된 추(612)에 작용하는 중력에 의해 회전력이 발생하게 되고, 구름 베어링(66)의 마찰력이 아주 작기 때문에 내피가 회전하여 다시 수평을 유지하게 되는 것이다.

또한 도 8에 도시된 바와 같은 자중을 이용한 방법 이외에도, 도가니와 독립된 축으로 내피를 고정하거나, 증발원 외부에서 자기력을 이용하여 고정하는 방법 등이 사용될 수 있다.

상기 도가니(64)의 한 쪽 단부 면은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 내피(61)를 삽입하기 위하여 뚫려 있고, 내피를 삽입한 후에는 증발 물질이 새어나오지 않도록 막을 수 있어야 한다. 또한 상기 도가니의 슬릿(63)은 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성하는 것이 좋은데, 이러한 구조는 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

이러한 본 발명의 세번째 실시예를 이용한 증착 장치의 구성 및 증착 방법은 도 10에 도시되어 있는데, 그 방법에 있어서는 첫번째 실시예와 동일하다.

도 11은 본 발명의 선형 증발원의 네번째 실시예를 나타내는 단면도로서, 본 발명의 선형 증발원은 상측으로 분리되는 뚜껑(641)이 형성되어 있는 긴 원통 모양이며, 증착 물질(4)을 담을 수 있도록 내측에 격벽(642)이 형성되며, 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿(63)이 형성되어 있는 도가니(64)와, 상기 도가니를 감싸고 내측에 발열부(66)가 형성되어 있는 외피(62)로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 이상과 같은 본 발명의 선형 증발원의 네번째 실시예를 이용한 증착 장치의 구성 및 증착 방법 또한 첫번째 실시예의 경우와 동일하다.

상기 본 발명의 선형 증발원의 네번째 실시예는 내피를 사용하는 대신, 도가니(64) 자체에 증착 물질(4)이 쏟아지지 않도록 격벽(642)을 형성하고, 도가니 상측에 뚜껑(641)을 형성하여 직접 도가니에 증착 물질을 담을 수 있도록 하였다.

도 12는 본 발명의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치의 다섯번째 실시예의 개략 사시도이다. 본 발명의 다섯번째 실시예는, 도 12에 도시된 바와 같이 수평으로 고정되는 기판(3)의 하면에 선형 증발원(5)을 위치시키고, 상기 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 좌우로 기울여 증착물질의 토출 방향을 변화시키면서 증착시키는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 이러한 다섯번째 실시예는 도 4에 도시된 첫번째 실시예에서 기판과 증발원의 위치를 회전시킨 것으로서, 이러한 구성 또한 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는다.

도 13은 본 발명의 선형 증발원의 여섯번째 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 14는 이를 이용한 증착 장치를 나타내는 개략 사시도이다. 본 발명의 여섯번째 실시예는 본 발명의 첫번째 실시예에서 증발원(7)은 상측으로, 기판(3)은 하측으로 위치를 회전시킨 것으로서, 상측에 위치한 증발원에서 증발 물질이 아래로 분출되어 하측에 위치한 기판에 박막을 증착하도록 하는 것을 그 기술상의 특징으로 한다. 이 때 도 13에 도시된 바와 같이 도가니(74)에는 내측에 내피(76)를 떠받치고 증발 물질은 통과시킬 수 있는 핀 모양의 걸림턱(77)이 형성되어 있어야 한다.

또한 상기 실시예들에서 묘사한 노즐의 형태는 박막의 균일도를 높이기 위해, 중앙 부분이 일부분 막혀 있거나, 여러 부분이 막혀 있는 형태가 모두 가능하다. 그리고 선형 증발원의 길이가 길기 때문에 도가니와 삽입부 및 내피의 가공이 어려울 경우에는, 상기 도가니를 짧게 가공하여 2개 혹은 다수 개를 길이 방향으로 일렬로 붙여서 하나의 선형 증발원을 구성하여 사용하는 것 또한 가능하다.

상기 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 증착을 이용하여 박막을 제작하는데 있어서, 박막 두께의 균일도를 향상시키고, 증착 장치를 소형화하고 단순화시켜 장치의 효율성을 향상시키는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 상측에 개구부가 형성되어 있고 증착용 물질을 담는 긴 통 모양의 내피와;

   상기 내피가 삽입되며 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니와;

   상기 도가니를 감싸고, 내측에 발열부가 형성되는 외피와;

   외피가 고정되어 있고 증발원을 회전시킬 수 있는 회전 제어장치로 구성되는 선형 증발원과;

   상기 선형 증발원을 수직으로 고정되는 기판의 측면 중앙에 위치시키고, 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 상하로 기울여 증착 물질의 토출 방향을 변화시키면서 증착하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
2. 상측 면에 뚜껑이 형성되어 있는 긴 통 모양이며, 증착 물질을 담을 수 있도록 내측에 격벽이 형성되며, 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니와;

   상기 도가니를 감싸고, 내측에 발열부가 형성되는 외피와;

   외피가 고정되어 있고 증발원을 회전시킬 수 있는 회전 제어장치로 구성되는 선형 증발원과;

   상기 선형 증발원을 수직으로 고정되는 기판의 측면 중앙에 위치시키고, 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 상하로 기울여 증착 물질의 토출 방향을 변화시키면서 증착하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
3. 상기 1항에 있어서, 내피는,

   상측에 개구부가 형성되어 있고, 도가니와 함께 회전하지 않도록 하측이 밀도가 큰 물질로 만들어지고 그 외곽을 따라 구름 베어링이 형성되어 있거나, 측면이 도가니와 독립적으로 고정되어 있는 증착용 물질을 담는 긴 원통 모양인 것을 그 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
4. 상기 2항에 있어서, 도가니는,

   상측면에 뚜껑이 형성되어 있는 긴 원통 모양이며, 증착 물질을 담을 수 있도록 내측에 격벽이 형성되며, 길이 방향의 일 측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니로 구성되는 것을 그 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착장치
5. 증착 물질을 담는 긴 통 모양으로 형성되며, 그 상측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있는 도가니와;

   상기 도가니를 감싸고, 내측에 발열부가 형성되는 외피와;

   외피가 고정되어 있고 증발원을 회전시킬 수 있는 회전 제어장치로 구성되는 선형 증발원과;

   상기 선형 증발원을 수평으로 고정되는 기판의 하면 중앙에 위치시키고, 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 좌우로 기울여 증착물질의 토출방향을 변화시키면서 증착하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
6. 상기 1항에 있어서, 도가니는,

   상기 내피가 삽입되며, 내측에 내피를 받치며 증발 물질은 통과할 수 있도록 다수 개의 핀 모양의 걸림턱이 형성되고, 길이 방향의 하측면에 중앙으로 갈수록 폭이 좁아지는 슬릿이 형성되어 있고,

   증착 장치는,

   상기 선형 증발원을 수평으로 고정되는 기판의 상측면 중앙에 위치시키고, 증발원의 길이 방향을 축으로 증발원을 좌우로 기울여 증착 물질의 토출 방향을 변화시키면서 증착하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
7. 상기 1항 또는 2항 또는 5항에 있어서, 상기 슬릿은,

   중앙의 일부분 또는 여러 부분이 막혀있는 것을 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치
8. 상기 1항 또는 2항 또는 5항에 있어서, 상기 도가니는,

   독립적으로 형성된 다수 개의 도가니를 그 길이 방향으로 일렬로 연결하여 하나의 선형 증발원을 형성하는 것을 그 특징으로 하는 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치