KR100645688B1

KR100645688B1 - 증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원

Info

Publication number: KR100645688B1
Application number: KR1020050080280A
Authority: KR
Inventors: 정민재; 강희철; 김도근
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-11-14
Also published as: US20070119849A1; JP2007063669A; CN1924080A; TWI349719B; TW200710268A; JP4454606B2

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 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 판형의 히터에 있어서, 상기 히터는 불균일한 피치로 굴절되어 형성되며, 상기 히터의 중앙부는 굴절을 생략하여 피치를 넓게 형성하고, 양측 가장자리부는 피치를 좁게 형성하는 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, 피치

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 본 발명에 따른 히터의 일실시예를 도시한 평면도,

도 5는 본 발명의 히터의 다른 실시예를 도시한 도시한 평면도,

도 6은 종래의 히터에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 히터에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

230 : 히터

본 발명은 증착장치의 히터 및 이를 채용한 증발원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도가니의 온도 균일도를 확보하여 기판에 증착되는 재료의 두께를 일정하 게 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 단열 부와, 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 직육면체 형상의 도가니(120)를 가열시키기 위해 사용되는 것으로, 전체적으로 일정한 폭과 높이 및 길이를 가지면서 최소한 도가니(120)의 일면을 커버할 수 있을 정도의 크기이고, 필요에 따라 도가니(120)가 내부에 수용되도록 제작될 수도 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 도면에서 보는 바와 같이, 일정한 간격을 두고 소정의 피치(pitch)로 굴절되어 이루어지는 형상으로, 이러한 형상은 열전도 및 및 저항등을 고려하여 동일면적에 대해 최대한의 열을 발생시킬 수 있다.

그러나, 상기와 같이 동일한 피치로 굴절되는 히터(130)의 경우, 상기 히터(130)에 외부전원이 인가되어 발열되는 과정에서 도가니(120)의 전체 부분에서 고른 발열이 일어나지 못하고 중앙부분의 발열량이 가장자리 부분보다 많게 됨에 의해 도가니의 중앙부분에서의 증발이 원활하게 되어 기판에 증착되는 두께의 균일도가 나빠지는 문제점이 있었다.

즉, 도가니의 중앙부위가 좌우측 단부보다 온도가 높게 되어 증착시 기판의 중앙부는 두껍게 증착되고 가장자리는 얇게 증착되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은, 발열체인 히터의 온도를 균일하게 분포시켜 히터의 중앙부와 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 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 판형의 히터에 있어서, 상기 히터는 불균일한 피치로 굴절되어 형성되며, 상기 히터의 중앙부는 굴절을 생략하여 피치를 넓게 형성하고, 양측 가장자리부는 피치를 좁게 형성하는 히터를 제공한다.

여기서, 상기 중앙부의 피치(a)와, 가장자리부의 피치(b)의 비율은 a/b가 1.5~5 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 히터는 가장자리부에서 중앙부로 가면서 피치 간격이 점차적으로 넓어지도록 형성할 수도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 증발원은 하우징과, 상기 하우징에 내장되며 증착물질이 수용되는 도가니와, 상기 도가니를 가열하기 위해 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되며, 중앙부는 굴절을 생략하여 피치를 넓게 형성하고, 양측 가장자리부는 피치를 좁게 형성하여 굴절되는 판형의 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.

도 4는 본 발명에 따른 히터의 일실시예를 도시한 평면도로서, 상기 히터 (230)는 직육면체 형상의 도가니를 가열시키기 위해 사용되는 것으로, 전체적으로 일정한 폭과 높이 및 길이를 가지면서 최소한 도가니의 일면을 커버할 수 있을 정도의 크기이고, 필요에 따라 도가니의 상면 및 하면에 설치될 수도 있고, 상면과 하면 중 어느 하나의 면(面)에 설치될 수도 있다.

상기 히터(230)는 판형상으로 형성되며, 히터(230)에 전기를 인가시키기 위해 설치되는 전원공급부(도시안함)에 의해 상기 도가니 내부의 충전된 물질을 가열시켜 증발하게 한다.

즉, 상기 히터(230)에서 발열되는 발열량이 히터(230) 전체에서 고른 분포를 가져야만 상기 도가니 내의 증착물질에 고른 열전달이 이루어지게 되어 균일한 증발이 이루어지고, 결과적으로 기판에 증착물질의 고른 증착이 이루어지게 된다.

그러나, 통상 선형인 히터의 경우에는 길이방향으로 히터의 가운데 부분에서는 온도가 높고 양가장자리는 온도가 낮아지며 이러한 경향은 온도가 증가할수록 온도차이가 더 커진다. 이것은 발열체인 히터의 양가장자리부분과 연결되어 있는 전극부분으로 열량이 빠져나가는 것이 주된 이유이다.

이를 해결하기 위해 선형인 히터의 발열량이 가운데 부분보다는 양가장자리 부분에서 더 많이 나도록 하여 전체적인 온도의 균일성을 확보하는 것이 필요하다. 이렇게 함으로써 양가장자리의 온도를 증가시켜 일정한 균일성을 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 히터(230)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 굴절되는 피치(pitch) 간격을 일정하게 하지 않고, 불균일한 피치로 하여 히터(230)의 발열량이 양측 가장자리 부분에서 더 많이 나도록 하여 전체적인 온도의 균일성을 확보하도 록 하는 구성을 갖는다.

즉, 상기 히터(230)는 중앙부의 굴절을 생략하여 피치(a)를 넓게 형성하고, 양측 가장자리부는 피치(b)를 좁게 형성하는 형상으로 된다.

여기서, 상기 중앙부의 피치(a)와, 가장자리부의 피치(b)의 비율은 a/b가 1.5~5 인 것이 바람직하며, 사용되는 히터(230)의 재질과 특성에 따라 상기 범위 내에서 비율을 결정하여 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 중앙부의 피치(a)를 한 군데에만 형성하였으나, 본 발명의 히터는 이에 한정하지 않으며, 상기 중앙부의 피치(a)가 복수개 형성되는 것도 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 히터(230)는 히터(230)의 발열부위의 면적을 조절함으로써 도가니의 온도 균일도를 해결하고 증착되는 성막의 두께 균일도를 확보할 수 있다.

또한, 도 5는 본 발명의 히터의 다른 실시예를 도시한 도시한 평면도로서, 상기 히터(330)는 가장자리부에서 중앙부로 가면서 피치 간격이 점차적으로 넓어지는 형상을 갖는다.

즉, 양측 가장자리부에서 중앙부로 가면서 피치 간격을 순차적으로 적용하여, 중앙부의 피치(P₁)가 가장 넓게 형성되고, 가장자리부의 피치(P₃)가 가장 좁게 형성되어 피치(P₁)＞ 피치(P₂)＞ 피치(P₃)로 되는 구성을 갖는다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예 역시 히터(330)의 발열부위의 면적을 조절 함으로써 도가니의 온도 균일도를 해결하고 증착되는 성막의 두께 균일도를 확보할 수 있다.

첨부한 도 6은 종래의 히터에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 히터에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로서, 도면에서 보는 바와 같이, 동일한 피치를 가진 종래의 히터(130)의 경우 도가니의 최고온도(T_max)가 1164℃이고, 최저온도(T_min)가 1051℃로서 온도차이가 113℃이며 균일도가 5.1%인 반면, 중앙부의 피치(a)를 가장자리부의 피치(b)보다 넓게 형성한 본 발명의 경우, 최고 온도(T_max)가 1125℃이고, 최저온도(T_min)가 1060℃로서 온도차이가 65℃이며 균일도는 2.9%로 나타났다.

이와 같이 본 발명의 히터(230)는 종래의 히터(130)에 비해 도가니의 최고, 최저 온도차이를 약 1/2로 줄어들게 하였으며, 균일도 역시 2.9%로 나타나서 매우 균일한 온도분포를 나타냈다.

따라서, 본 발명의 히터는 온도 균일도에 있어서 월등한 성능의 향상을 기대할 수 있으며, 이로 인해 증착재료의 증발을 균일화시켜 기판에 증착되는 재료의 두께를 균일하게 할 수 있는 것이다.

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

증착장치의 도가니를 가열시키기 위해 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되는 판형의 히터에 있어서,

상기 히터는 불균일한 피치로 굴절되어 형성되며, 상기 히터의 중앙부는 굴절을 생략하여 피치를 넓게 형성하고, 양측 가장자리부는 피치를 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 중앙부의 피치(a)와, 가장자리부의 피치(b)의 비율은 a/b가 1.5~5 인 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서,

상기 히터는 가장자리부에서 중앙부로 가면서 피치 간격이 점차적으로 넓어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 히터.
하우징;

상기 하우징에 내장되며 증착물질이 수용되는 도가니;

상기 도가니를 가열하기 위해 도가니의 상면과 하면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 설치되며, 중앙부는 굴절을 생략하여 피치를 넓게 형성하고, 양측 가장 자리부는 피치를 좁게 형성하여 굴절되는 판형의 히터;

상기 도가니에서 증발된 증착물질을 기판으로 분사하도록 분사노즐을 포함하는 노즐부;

가 포함되어 이루어진 증발원.
제4항에 있어서,

상기 히터는 중앙부의 피치(a)와, 가장자리부의 피치(b)의 비율이 a/b가 1.5~5 인 것을 특징으로 하는 증발원.
제4항에 있어서,

상기 히터는 가장자리부에서 중앙부로 가면서 피치 간격이 점차적으로 넓어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 증발원.