KR100636509B1 - 증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원에 관한 것으로, 도가니의 온도 균일도를 확보하여 기판에 증착되는 재료의 두께를 일정하게 하여 소자의 수율과 생산성을 향상시킬 수 있는 히터 및 이를 채용한 증발원에 대한 것이다.

이에 본 발명에서는 증착장치의 도가니를 가열시키기 위해 설치되는 판형의 히터에 있어서, 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 히터가 제공된다.

이와 같은 본 발명은, 발열체인 히터의 온도를 균일하게 분포시켜 히터의 중앙부와 가장자리부의 온도의 편차를 줄임과 동시에 증착재료의 증발을 균일화시켜 기판에 증착되는 재료의 두께를 균일하게 할 수 있다.

증발원, 증착장치, 도가니, 히터, 온도 균일도

Description

증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원{Heater and Vapor Deposition Source Having The Same}

도 1은 종래의 증발원의 일예를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 종래의 도가니가 단독으로 도시된 사시도,

도 3은 종래의 히터가 도시된 사시도,

도 4는 종래의 도가니와 히터의 설치상태를 도시한 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 히터의 제1 실시예를 도시한 것으로, 도가니와 히터의 설치상태를 도시한 정면도,

도 6은 본 발명에 따른 히터의 제2 실시예를 도시한 것으로, 도가니와 히터의 설치상태를 도시한 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 히터의 제3 실시예를 도시한 것으로, 도가니와 히터의 설치상태를 도시한 정면도,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

230, 330, 430 : 히터

본 발명은 증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도가니의 온도 균일도를 확보하여 기판에 증착되는 재료의 두께를 일정하게 하여 소자의 수율과 생산성을 향상시킬 수 있는 히터 및 이를 채용한 증발원에 대한 것이다.

기판에 박막을 형성하는 방법으로는 진공증착법(Evaporation)과, 이온 플레이팅법(Ion-plation) 및 스퍼터링법(Sputtering)과 같은 물리증착법(PVD)과 가스반응에 의한 화학기상증착법(CVD)등이 있다.

일반적으로 반도체 소자나 유기전계발광소자 혹은 기타 광학코팅 등 많은 분야에서 진공증착법을 사용하여 박막(thin film)을 형성하고 있는데, 진공증착법을 이용하는 증발원으로 간접가열방식(또는 유도가열방식)의 증발원이 널리 사용되고 있다.

상기 간접가열방식의 증발원은 도가니에 수용된 증착물질을 소정온도(예를 들면 Al의 경우 1200℃정도)로 가열하여 증착물질을 증발시키는 것으로, 보통 상기 도가니를 가열하기 위한 히터가 구비되고, 가열된 도가니에서 방출되는 증착물질이 기판으로 분사되도록 하는 노즐부를 구비한다.

그런데 간접가열방식의 경우 스퍼터링(Sputtering deposition)등의 경우에 비해 대면적의 증착이 어려운 단점이 있다. 따라서, 대면적 증착을 위하여 다수의 증발원을 선형으로 배치하거나, 선형의 증발원을 사용하기도 한다.

첨부한 도 1은 종래의 선형 증발원의 일예를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 종래의 직육면체형 도가니를 도시한 사시도로서, 상기 증발원(100)은 대략 직육면체 형상의 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부에 설치되는 도가니(120)와, 이 도가니(120)를 가열시키기 위한 히터(도시안함)와, 이 히터를 감싸는 단열부와, 상기 도가니(120)와 연통되면서 증착물질을 외부로 분사시키기 위한 분사노즐(140)이 구비된 노즐부를 포함한다.

상기 도가니(120)에서 증발된 증착물질을 분사하기 위한 분사노즐(140)의 선단에는 증착물질의 열을 차단하기 위한 제1열차단판(180)이 설치되며, 이 제1열차단판(180)의 상부 및 하부에 하우징(110)의 외주면으로는 증착물질의 퍼짐과 복사열의 확산을 방지하기 위한 제2열차단판(190)이 돌출되어 설치된다.

또한, 증발원(100)의 일측에는 상기 분사노즐(140)을 통해 분사된 증착물질의 증착 두께를 측정하는 두께측정기(142)가 설치된다.

상기 도가니(120)는 하우징(100)에 내장되면서 최적의 수용공간을 갖기 위한 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 상기 분사노즐(140)은 기판내 성막 균일도를 확보하기 위해 임의의 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 도가니(120)는 증착물질이 수용되는 것으로, 이 도가니(120)를 가열하기 위해 도가니(120)의 주변에 히터가 배치되는데, 상기 히터는 필요에 따라 도가니(120)의 상면 및 하면에 설치될 수도 있고, 상면과 하면 중 어느 하나의 면(面)에 설치될 수도 있다.

도 3은 종래의 히터가 도시된 사시도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 히터(130)는 일정한 간격을 두고 소정의 피 치(pitch)로 굴절되어 이루어지는 형상으로, 이러한 형상은 열전도 및 및 저항등을 고려하여 동일면적에 대해 최대한의 열을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 히터(130)에 전기를 인가시키기 위해 히터(130)에 접촉되는 전선 및, 이 전선에 전원을 공급하기 위한 전원공급부가 마련되며, 전원을 안전하게 공급하기 위해 상기 전원공급부의 외곽을 둘러싸도록 케이스(도시안함)가 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 종래의 히터(130)는 도 4에서 보는 바와 같이, 도가니(120)를 중심으로 상하대칭되게 배치하여 도가니(120)를 상하부에서 가열하도록 설치되며, 상기 히터(130)를 지지하기 위해 복수개의 히터 지지구(132)가 설치된다.

그러나, 이와 같이 도가니(120)의 상하부에 판형의 히터(130)가 설치된 종래의 경우, 상기 히터(130)에 의한 승온 시 히터(130)의 중앙부보다는 좌우측 단부의 열이 더 빨리 손실되기 때문에 중앙부와 좌우측 단부 간의 온도차가 발생하게 되어 온도 균일도가 깨지게 된다.

즉, 도가니(120)의 전체 부분에서 고른 발열이 일어나지 못하고 도가니(120)의 외곽부분이 중앙부위의 온도보다 낮게 되므로 증착시 기판의 중앙부는 증발이 원활하게 되어 두껍게 증착되고 가장자리는 얇게 증착되어 두께의 균일도가 나빠지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은, 발열체인 히터의 중앙부 와 가장자리부의 온도의 편차를 줄임과 동시에 증착재료의 증발을 균일화시켜 기판에 증착되는 재료의 두께가 균일하게 되는 히터 및 이를 채용한 증발원을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 증착장치의 도가니를 가열시키기 위해 설치되는 판형의 히터에 있어서, 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 히터가 제공된다.

여기서, 상기 히터는 상기 사이드 히터와 상기 메인 히터가 연결되어 'ㄱ' 자형으로 절곡되는 형상을 갖는다. 또한, 상기 메인 히터의 양측단부에 상기 사이드 히터가 연결되어 'ㄷ'자형으로 절곡되는 형상도 가능하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 증발원은 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 히터와, 상기 도가니에서 증발된 증착물질을 기판으로 분사하도록 분사노즐을 포함하는 노즐부가 포함되어 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 히터 및 이를 채용한 증발원을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 히터의 제1 실시예를 도시한 것으로, 도가니 와 히터의 설치상태를 도시한 정면도이다.

본 발명의 히터(230)는 직육면체 형상의 도가니(120)를 가열시키기 위해 사용되는 것으로, 판형상으로 형성되며, 도가니(120)의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터(main heater)(232)와, 상기 도가니(120)의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터(side heater)(231)로 구성된다.

상기 메인 히터(232)와 사이드 히터(231)는 복수개의 히터 지지구(233)(234)에 의해 지지된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 히터(230)는 도가니(120)의 양측에 사이드 히터(231)를 설치함으로써, 도가니(120)의 양측 가장자리 부분의 열손실에 대한 보상을 하여 전체적인 온도의 균일성을 확보하고, 양측 가장자리의 온도를 증가시켜 전체적으로 도가니(120)의 온도 균일도를 5% 이내로 달성하게 되어 증착 균일도를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 히터의 제2 실시예의 설치상태를 도시한 정면도로서, 본 발명에 따른 히터(330)의 제2 실시예는 도가니(120)의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니(120)의 측면에 설치되는 사이드 히터가 연결되어 'ㄱ' 자형으로 절곡되는 형상을 갖는다.

따라서, 상기 히터(330)는 도가니(120)의 상면 또는 하면과 측면을 동시에 가열할 수 있는 구조를 갖는 것으로, 2개의 상기 히터(330)를 도가니(120)의 상하부에 설치하면 도가니(120)의 상면, 하면 및 양측면을 감싸는 형태로 설치가 가능하다. 이 경우, 상기 히터(330)를 지지하기 위한 복수개의 히터 지지구(332)가 설 치되어야 함은 물론이며, 상기 히터 지지구(332)의 위치 및 개수는 본 발명에서 한정하지 않는다.

또한, 상기 제2 실시예는 히터(330)를 'ㄱ'자형으로 절곡시켜 일체로 제작하는 것도 가능하고, 도가니(120)의 상면 또는 하면에 설치되는 메인 히터에 사이드 히터를 접착시켜 제작하는 것도 가능하다.

이와 같은 본 발명의 제2 실시예 역시 도가니(120)의 측면을 가열함으로써 도가니(120)의 온도 균일도를 해결하고 증착되는 성막의 두께 균일도를 확보할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 히터의 제3 실시예를 도시한 것으로, 도가니와 히터의 설치상태를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따른 제3 실시예의 히터(430)는 도가니(120)의 상면 또는 하면에 설치되는 메인 히터의 양측단부에 상기 사이드 히터가 연결되는 형상으로, 'ㄷ'자형으로 절곡되는 형상을 갖는다.

이와 같은 제3 실시예는 도가니(120)의 3면을 감싸는 형상이므로, 도가니(120)의 상면 또는 하면과 양측면을 동시에 가열할 수 있는 구조를 갖는다. 이 경우, 상기 히터(430)가 설치되지 않는 도가니(120)의 일면에는 종래의 히터(130)를 설치하여 도가니(120) 전체면적을 가열할 수 있게 한다.

여기서, 상기 히터(430)를 지지하기 위한 복수개의 히터 지지구가 설치되어야 함은 물론이며, 상기 히터 지지구의 위치 및 개수는 본 발명에서 한정하지 않는다.

이와 같은 본 발명의 제3 실시예는 도가니(120)의 상면, 하면 뿐 아니라 측면을 가열함으로써 도가니(120)의 온도 균일도를 해결하고 증착되는 성막의 두께 균일도를 확보할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 히터(230)(330)(430)를 채용한 증발원은 대략 직육면체 형상의 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 히터와, 상기 도가니에서 증발된 증착물질을 기판으로 분사하도록 분사노즐을 포함하는 노즐부를 포함되어 구성될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 히터의 온도를 균일하게 분포시켜 히터의 중앙부와 가장자리부의 온도의 편차를 줄임과 동시에 증착재료의 증발을 균일화시켜 기판에 증착되는 재료의 두께를 균일하게 하는 효과가 있다

따라서, 소자의 수율과 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 증착장치의 도가니를 가열시키기 위해 설치되는 판형의 히터에 있어서,

   상기 히터는 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 사이드 히터는 상기 메인 히터와 연결되어 'ㄱ' 자형으로 절곡되는 형상인 것을 특징으로 하는 히터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 메인 히터의 양측단부에 상기 사이드 히터가 연결되어 'ㄷ'자형으로 절곡되는 형상인 것을 특징으로 하는 히터.
4. 하우징;

   상기 하우징에 내장되며 증착물질이 수용되는 도가니;

   상기 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 메인 히터와, 상기 도가니의 양측면에 각각 설치되는 사이드 히터로 구성되는 히터;

   상기 도가니에서 증발된 증착물질을 기판으로 분사하도록 분사노즐을 포함하 는 노즐부;

   가 포함되어 이루어진 증발원.
5. 제4항에 있어서,

   상기 히터는 상기 사이드 히터와 상기 메인 히터가 연결되어 'ㄱ' 자형으로 절곡되는 형상인 것을 특징으로 하는 증발원.
6. 제4항에 있어서,

   상기 히터는 상기 메인 히터의 양측단부에 상기 사이드 히터가 연결되어 'ㄷ'자형으로 절곡되는 형상인 것을 특징으로 하는 증발원.

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