KR100666573B1

KR100666573B1 - 증발원 및 이를 이용한 증착 장치

Info

Publication number: KR100666573B1
Application number: KR1020050008792A
Authority: KR
Inventors: 김도근; 강희철; 정석헌
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2007-01-09
Also published as: KR20060087916A

Abstract

본 발명은 증발원 및 이를 이용한 증착 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 증착물질을 저장하고, 상기 저장된 증착물질을 증발시키는 증발원부; 증발원부에 결합되며, 증발된 증착물질이 수용되는 직육면체 형상의 노즐몸체와, 노즐몸체 내부의 증발된 증착물질을 기판 상으로 분사하는 분사노즐 및, 노즐몸체를 가열하는 히터를 구비하는 노즐부를 포함하는 증발원이 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 증발원 및 증착장치에 구비되는 노즐몸체는 그 직육면체 형상으로 인하여 최소의 부피로도 증발원부와의 결합이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 노즐몸체의 내부에서 증발된 증기 상태의 증착물질이 응축되는 것을 미연에 방지하기 위하여 노즐몸체를 가열하는 양(量), 즉 노즐몸체의 열용량을 최소화할 수 있다.

증발원, 증착 장치

Description

증발원 및 이를 이용한 증착 장치{Deposition source and deposition apparatus using the same}

도 1은 본 발명에 따른 증착 장치의 일실시예를 도시한 개략도이다.

도 2는 도 1의 증착 장치 중 증발원을 도시한 일부절개 사시도이다.

도 3은 도 2의 증발원 중 증발원부의 도가니와 이에 결합된 노즐몸체 및 히터를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시한 도가니와 이에 결합된 노즐몸체 및 히터의 정면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 히터와 노즐몸체 및 이에 결합된 도가니를 도시한 사시도이다.

도 6은 도 5에 도시한 히터와 노즐몸체 및 이에 결합된 도가니의 정면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 증착 장치 300 : 증발원

310 : 증발원부 311 : 반응조

312 : 도가니 314 : 제1단열재

315 : 절연체 316 : 고주파 유도가열코일

317 : 제2단열재 318 : 냉각커버

350 : 노즐부 351 : 하우징

352 : 노즐몸체 354,454 : 히터

355 : 제3단열재 356 : 노즐부 냉각커버

본 발명은 증발원 및 이를 이용한 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 방식의 고주파 유도가열을 이용하여 물질을 증발시키고 증착하는 증발원 및 이를 이용한 증착 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 증착 장치는 각종 전자 부품의 박막 증착 등에 이용된다. 특히, 반도체, 엘씨디(LCD), 유기 전계 발광 표시 장치 등의 전자 장치 및 표시 장치의 박막 형성에 주로 사용된다.

한편, 유기 전계 발광 표시 장치는 전자(Electron) 주입 전극(Cathode)과 정공(Hole) 주입 전극(Anode)으로부터 각각 전자(Electron)와 정공(Hole)을 발광층(Emitting layer) 내부로 주입시켜, 주입된 전자(Electron)와 정공(Hole)이 결합한 엑시톤(Exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 발광 표시 장치이다.

이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정 표시 소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 유기 전계 발광 표시 장치를 구동하는 방식은 패시브 매트릭스형(Passive matrix type)과, 액티브 매트릭스형(Active matrix type)으로 나눌 수 있다.

패시브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치는 그 구성이 단순하여 제조 방법 또한 단순 하나 높은 소비 전력과 표시 소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할수록 개구율이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 소형의 표시 소자에 적용할 경우에는 패스브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치를 사용하는 반면, 대면적의 표시 소자에 적용할 경우에는 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치를 사용한다.

또한, 유기 전계 발광 표시 장치는 상부 전극 및 하부 전극 사이에 일반적으로 Alq3로 이루어지는 발광층을 포함하는 유기막이 개재된 구조로 이루어진다. 이때, 상부 전극과 하부 전극 중 어느 하나, 예를 들면, 하부 전극이 애노드 전극으로, 상ㆍ하부 전극 중 다른 하나, 예를 들면, 상부 전극이 캐소드 전극으로 작용하여 발광하게 된다.

이러한 유기 전계 발광 표시 장치는 유기 전계 발광 표시 장치의 발광 형태에 따라 전극 구조가 달라진다.

특히, 상부 전극의 경우, 배면 발광형인 경우에는 상부 전극이 반사도가 우수한 금속막으로 이루어지며, 전면 발광형인 경우에는 상부 전극이 얇은 Mg:Ag와 같은 반투명 금속막과 반투명 금속막 상에 형성된 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전막으로 이루어지는 이중막 구조로 이루어진다.

그리고, 이상과 같은 상부 전극의 금속막은 전자 빔 증발원, 저항 가열 증발원 및 고온 셀 증발원을 통하여 형성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 증발원을 이용한 금속막 증착 방식은 증발원을 성막실의 하단에 설치한 후, 기판을 회전 또는 이동시켜 성막하는 상향 증착 방식으로, 기판이 대형화함에 따라 기판 및 마스크의 처짐에 의한 고정세화 확보 문제와 성막균일도 확보가 어려운 문제점이 있다.

특히, 전자빔 증발원은 전자 빔 집속에 의한 국부적 가열이 가능하여 기판 내 온도 상승 문제 해결 및 원하는 시간 동안만 성막할 수 있다는 장점이 있지만, 고전압에 의해 가속된 전자 빔이 증발 물질에 충돌하면서 발생하는 이차 전자 및 X-ray와 같은 에너지 입자에 의해 유기막 및 기판의 손상을 유발하므로, 별도의 차폐 장치가 필요한 문제점이 있다. 또한, 대형 기판 이용시 충분한 차폐 장치 구성이 어렵고, X-ray 입자에 대한 적절한 차폐 장치가 현 시점에서 없다는 문제점으로 인하여 대형 유기 전계 발광 표시 장치의 금속막 성막 방식으로는 적용이 불가하다.

또한, 저항 가열 증발원 및 고온셀 증발원의 경우, 금속물질의 원하는 증착률을 얻기 위해서는 1000℃ 내지 1500℃의 고온이 요구된다. 따라서, 저항 가열 증발원 및 고온셀 증발원은 유기막의 물리적ㆍ화학적 변형을 유발하여 유기 전계 발광 표시 장치의 수명을 단축시키며, 발광 효율을 저하시키는 문제점이 있다. 그리고, 저항 가열 증발원 및 고온셀 증발원은 고온에 의해 마스크 패턴이 열변형을 일으킬 수 있기 때문에 고정세화의 실현이 매우 어려운 문제점이 있다.

한편, 저항 가열 증발원 및 고온셀 증발원을 대형 기판에 적용하기 위해서는 열원의 크기가 기판 크기에 비례하여 증가하게 되어 열원에서 발생하는 열이 기판에 도달하는 것을 억제하는 데에는 한계가 있다.

그리고, 저항 가열 증발원 및 고온셀 증발원은 증착 물질 증기가 상향으로 이동하여 수평 상향 증착 방식에는 적합하지만, 수직 방식의 물류에서는 증착 물질 증기의 이동 경로를 강제로 변경하여야 하는 별도의 장치가 더 요구된다.

한편, 최근에는 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 금속막 및 투명 도전막을 형성하는 연구가 수행되고 있으나, 플라즈마의 형성시 발생되는 높은 에너지를 가지는 입자(Energitic Paticles; 중성 Ar, 이온화된 원자, gamma - 전자, 열전자 등)가 기판과 충돌하면서 발생되는 유기막과 상부 전극과의 계면 반응으로 인해, 유기 전계 발광 표시 장치의 구동 전압 상승과, 누설 전류(leakage current) 발생 및 수명 저하 등 소자 특성의 열화가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 비접촉식 방식의 고주파 유도 가열을 이용하여 증착 물질을 신속하게 증발 온도까지 가열할 수 있는 증발원 및 이를 이용한 증착 장치를 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 열용량이 최소화된 구조의 노즐부를 갖는 증발원 및 이를 이용한 증착 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 유지보수가 용이한 구조의 히터를 갖는 증발원 및 이를 이용한 증착 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제1관점에 따르면, 증착물질을 저장하고, 상기 저장된 증착물질을 가열하여 증발시키는 증발원부; 증발원부에 결합되며, 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체와, 노즐몸체 내부의 증발된 증착물질을 기판 상으로 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐의 열을 단열하도록 상기 분사노즐의 측면에 배치되는 단열재 및, 노즐몸체를 가열하는 히터를 구비하는 노즐부를 포함하는 증발원이 제공된다.

이때, 상기 노즐몸체는 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 분사노즐은 노즐몸체의 전면과 후면 중 어느 일면에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 분사노즐은 다수개 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 분사노즐은 노즐몸체의 폭방향을 따라 나란히 배치될 수 있다. 또, 상기 분사노즐은 상호 균일한 간격으로 배치될 수 있다.

한편, 상기 히터는 와이어(Wire) 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 히터는 고융점 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 히터는 탄탈륨(Ta)과 텅스텐(W) 그리고 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 상기 히터는 플레이트(Plate) 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 히터는 탄화규소(SiC)와 탄소(C,carbon)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 그리고, 상기 히터는 적어도 2개 이상으로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 히터는 노즐몸체의 상부와 하부에 각각 배치됨이 바람직하다. 또, 상기 히터는 적어도 4개 이상으로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 히터는 상기 노즐몸체의 상부 좌 우측과 노즐몸체의 하부 좌우측에 각각 배치됨이 바람직하다.

한편, 상기 증발원부는 증착물질이 저장되는 도가니와, 도가니의 외부에 마련된 반응조와, 도가니와 반응조의 사이에 개재되어 도가니를 가열하는 고주파 유도가열코일과, 고주파 유도가열코일과 도가니의 사이에 개재되어 고주파 유도가열코일과 도가니를 분리하는 절연체와, 도가니와 절연체의 사이에 개재된 제1단열재 및, 반응조와 고주파 유도가열코일의 사이에 개재된 제2단열재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 도가니는 그라파이트(Graphite) 재질로 형성되고, 상기 절연체는 알루미나(Al₂O₃) 재질로 형성되며, 상기 제1단열재는 소프트 그라파이트 펠트(Soft graphite felt) 재질로 형성되고, 상기 제2단열재는 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 노즐몸체와 분사노즐은 각각 그라파이트 재질로 형성됨이 바람직하다.

또, 상기 노즐부는 노즐몸체의 외부에 마련되어 노즐몸체를 둘러싸는 하우징을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 히터는 노즐몸체와 하우징의 사이에 개재됨이 바람직하다.

그리고, 상기 노즐부는 하우징과 히터의 사이에 개재되어 히터의 열을 단열하는 제3단열재를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3단열재는 그라파이트 재질 또는 뮬라이트 재질로 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제2관점에 따르면, 이상 과 같은 증발원과; 이 증발원을 이송시키기 위한 증발원 이송유닛을 포함하는 증착 장치가 제공된다.

이때, 상기 증착물질은 금속 또는 무기물 중 어느 하나일 수 있다.

그리고, 상기 증착물질은 알루미늄(Al)임이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 증발원 및 이를 이용한 증착장치의 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증착장치는 증착 장치(100)의 몸체를 이루는 챔버(200)와, 기판(S) 상으로 무기물이나 금속 등의 증착물질 입자를 분사시키기 위한 적어도 하나의 증발원(300)을 구비한다.

챔버(200)는 도시되지 않은 진공펌프에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고 챔버(200) 내부에는 증발원(300)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있는 증발원 이송유닛(400)이 설치되어 증발원(300)을 증착 방향으로 이동시키도록 되어 있다.

이때, 증발원 이송유닛(400)은 진공으로 유지되는 챔버(200) 내에서 사용이 적합한 수직 이송 장치로써, 공정 조건에 따라 증발원(300)의 이동속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 그 구성은 볼 스크류(Ball screw,401)와 이 볼 스크류(401)를 회전시키는 모터(Motor,403)를 구비하고, 증발원(300)의 안내를 위하여 가이드(402)를 구비한다. 그리고, 이 증발원 이송유닛(400)은 다른 실시예로 리니어 모터(Linear motor)를 이용하여 정속으로 이동하도록 구현할 수 있다.

한편, 챔버(200) 내부에 위치하는 기판(S)은 증착물질의 증착을 위하여 대략 수직방향으로 위치한다. 바람직하게 지면에 대하여 대략 70° 내지 110°의 각도를 유지하도록 한다.

그리고, 기판(S)의 전면 즉, 증발원(300)과 기판(S) 사이에는 증착되는 증착물질의 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치된다. 따라서, 증발원(300)에서 증발된 증착물질은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착된다. 이에, 기판(S)상에는 소정 형상의 증착막이 형성되는 것이다.

한편, 증발원(300)은 챔버(200) 내부의 기판(S) 상에 증착하고자 하는 증착물질을 수용하고, 수용된 증착물질을 가열하여 증발시킨 후 이를 기판(S) 상으로 분사하여 기판(S) 상에 증착막이 형성되도록 하는 기능을 한다.

도 2는 도 1의 증착 장치 중 증발원을 도시한 일부절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 증발원 중 증발원부의 도가니와 이에 결합된 노즐몸체 및 히터를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시한 도가니와 이에 결합된 노즐몸체 및 히터의 정면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 히터와 노즐몸체 및 이에 결합된 도가니를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시한 히터와 노즐몸체 및 이에 결합된 도가니의 정면도이다.

먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 증발원(300)은 내부에 저장된 증착물질을 가열하여 이를 증발되게 하는 증발원부(310)와, 증발원부(310)에서 증발된 증착물질을 기판(S) 상으로 분사시키기 위해 증발원부(310)에 결합되는 노즐부(350)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 증발원부(310)는 증착물질이 저장되는 도가니(312), 도가니(312)의 외부에 마련된 반응조(311), 도가니(312)와 반응조(311)의 사이에 개재된 고주파 유도가열코일(316), 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 사이에 개재된 절연체(315) 및, 도가니(312)와 절연체(315)의 사이에 개재된 제1단열재(314)를 포함한다.

구체적으로, 도가니(312)의 상부는 개구되며, 그 내부에는 소정크기의 증착물질 저장공간(326)이 마련된다. 따라서, 기판(S)에 증착될 증착물질은 이 증착물질 저장공간(326)에 저장된다. 이때, 증착물질로는 무기물이나 금속 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 증착물질은 알루미늄(Al)일 수 있다.

한편, 도가니(312)는 열전도도가 우수한 그라파이트(Graphite) 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고주파 유도가열코일(316)을 이용하여 도가니(312)를 가열하면, 도가니(312)는 매우 빠르게 가열되는 것이다.

그리고, 개구된 도가니(312)의 상부에는 도가니(312)를 밀폐하는 도가니 커버(321)가 결합되고, 도가니 커버(321)의 상부에는 노즐부(350)에 직접 결합되는 넥(Neck,313)이 결합된다. 이때, 도가니(312)와 도가니 커버(321) 그리고, 도가니 커버(321)와 넥(313)은 각각 나사결합될 수 있다. 도가니 커버(321)에는 도가니(312) 내부의 증착물질이 증발되어 외부(노즐부)로 유출되도록 증착물질 증발구(324)가 마련되고, 넥(313)에는 도가니 커버(321)의 증착물질 증발구(324)와 연결되는 증착물질 이동통로(325)가 마련된다. 따라서, 도가니(312)에서 증발된 증착물질은 도가니(312) 상부의 증착물질 증발구(324)와 증착물질 이동통로(325)를 통해 노즐부(350)로 이동되는 것이다. 여기서, 도가니 커버(321)와 넥(Neck,313)은 각각 리지드 그라파이트 펠트(Rigid graphite felt) 재질로 형성될 수 있다.

한편, 도가니(312)의 하부에는 도가니(312)를 지지하는 도가니 지지대(323)가 마련된다. 도가니 지지대(323)는 단열효과가 뛰어난 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성되며, 반응조(311)의 내부에 위치한다.

반응조(311)는 도가니(312)의 외부에 배치되며, 도가니(312)와 고주파 유도가열코일(316)과 절연체(315) 및 제1단열재(314) 등을 보호하는 역할 곧, 케이스(Case) 역할을 한다.

고주파 유도가열코일(316)은 고주파 유도 전류가 흐르게 되면, 도가니(312)와 도가니(312) 내부에 저장된 증착물질을 고주파 유도가열방식으로 가열하는 역할을 한다. 따라서, 도가니(312) 내부에 저장된 증착물질은 이러한 고주파 유도가열코일(316)의 가열에 의하여 도가니(312)에서 증발하여 노즐부(350)로 이동하는 것이다. 이때, 고주파 유도가열코일(316)은 도가니(312)의 외부에서 도가니(312)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 도가니(312)는 전체면이 균일하게 가열되므로, 증착물질의 증발온도에까지 빠르게 도달되는 것이다.

한편, 고주파 유도가열코일(316)의 내부에는 냉각수가 흐르도록 냉각수 통로(322)가 마련된다. 따라서, 고주파 유도가열코일(316)에 고주파 유도전류가 인가될 시, 고주파 유도가열코일(316)의 내부에는 냉각수가 흐르기 때문에 고주파 유도가열코일(316)은 매우 높은 파워(Power)를 발생시키면서도 녹지 않는 것이다. 그리 고, 고주파 유도가열코일(316)은 도가니(312)의 외부에 배치되기 때문에 고주파 유도가열코일(316)의 내부에 흐르는 냉각수는 도가니(312) 내부의 열원이 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할도 하게 된다.

또한, 고주파 유도가열코일(316)의 하부에는 고주파 유도가열코일(316)을 하부에서 지지하는 코일 지지대(320)가 마련될 수 있다. 따라서, 도가니(312)의 외부에서 도가니(312)를 둘러싸는 형태로 배치되는 고주파 유도가열코일(316)은 이 코일 지지대(320)로 인하여 그 하부로 처지지 않게 되는 것이다.

절연체(315)는 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 사이에 개재되는 바, 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)를 상호간 분리하는 역할을 한다. 따라서, 도가니(312)에서 증발된 후 누설된 금속 증기로 인하여 발생되는 고주파 유도가열코일(316)의 절연파괴 현상은 최소화되는 것이다. 이때, 절연체(315)는 알루미나(Al₂O₃) 재질로 형성될 수 있다.

제1단열재(314)는 고주파 유도가열코일(316)에 의하여 가열된 도가니(312)의 열을 단열하는 역할을 한다. 따라서, 제1단열재(314)는 단열성이 뛰어난 여러가지 재질로 형성될 수 있다. 일예로, 제1단열재(314)는 소프트 그라파이트 펠트(Soft graphite felt)로 형성될 수 있다. 한편, 소프트 그라파이트 펠트 재질은 유도가열이 거의 안될 뿐만 아니라 단열효과가 매우 뛰어난 재질이다. 따라서, 도가니(312)는 외부로부터 단열되면서도 이 소프트 그라파이트 펠트 재질의 제1단열재(314)로 인하여 매우 빠르게 유도가열되는 것이다.

한편, 증발원부(310)에는 반응조(311)와 고주파 유도가열코일(316)의 사이에 개재되어 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 열 등을 외부로부터 단열하는 제2단열재(317)가 더 포함될 수 있다. 이 경우, 고주파 유도가열코일(316)과 도가니(312)의 열 등의 외부 유출은 최소화된다. 이때, 제2단열재(317)는 단열효과가 뛰어난 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 증발원부(310)에는 반응조(311)의 외부에 배치되어 반응조(311) 내부의 열을 냉각시켜주는 냉각커버(318)가 더 포함될 수 있다. 이때, 냉각커버(318)에는 냉각효율의 증대를 위해 냉각수가 흐르도록 냉각수관(319)이 마련될 수 있다. 따라서, 증착물질을 증발시키기 위해 가열된 증발원부(310) 내부의 열은 이 냉각커버(318)에 의해 상당부분 냉각된다. 이에, 증발원부(310)로부터 외부로 유출되는 열은 최소화된다. 그러므로, 외부로 유출되는 열로 인하여 기판(S)에 마련되는 유기 발광 표시 장치의 불량이나 수명단축 등의 문제는 미연에 방지되는 것이다. 여기서, 냉각커버(318)는 열전도율이 높은 재질, 예를 들면, 구리(Cu)재질로 형성될 수 있다.

한편, 노즐부(350)는 증발원부(310)에서 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체(352), 노즐몸체(352)에 연결되며 노즐몸체(352) 내부의 증발된 증착물질을 기판(S) 상으로 분사하는 분사노즐(353), 노즐몸체(352)를 가열하는 히터(354), 노즐몸체(352)의 외부에 마련된 하우징(351) 및, 하우징(351)과 히터(354)의 사이에 개재된 제3단열재(355)를 포함한다.

보다 구체적으로 설명하면, 노즐몸체(352)는 대략 직육면체 형상으로 형성되 며, 전술한 넥(313)에 결합된다. 그리고, 노즐몸체(352)의 내부에는 소정크기의 증착물질 수용공간(358)이 마련된다. 따라서, 증발원부(310)의 도가니(312)에서 증발된 증착물질은 증발원부(310)의 넥(313)을 통해 노즐몸체(352)의 내부로 이동되어 노즐몸체(352)의 내부에 마련된 증착물질 수용공간(358)에 수용된다. 이때, 노즐몸체(352)는 그라파이트 재질로 형성될 수 있고, 노즐몸체(352)와 넥(313)은 나사결합 등의 방법으로 결합될 수 있다.

분사노즐(353)은 증발원부(310)에서 증발되어 노즐몸체(352)의 내부에 수용된 증착물질을 기판(S) 상으로 분사하는 역할을 한다. 따라서, 분사노즐(353)은 증착물질 수용공간(358)과 연통되도록 노즐몸체(352)에 에 연결되되, 기판(S)에 대향되는 측면의 노즐몸체(352)에 연결된다. 예를 들면, 분사노즐(353)은 노즐몸체(352)의 전면과 후면 중 어느 일면에 결합된다. 이에, 증발원부(310)에서 증발된 후 노즐몸체(352) 내부에 수용된 증기 상태의 증착물질은 노즐몸체(352)와 연결된 분사노즐(353)을 통하여 기판(S) 측으로 분사되는 것이다.

여기서, 분사노즐(353)은 노즐몸체(352)와 일체로 형성될 수 있으며, 노즐몸체(352)와 같은 재질인 그라파이트 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 분사노즐(353)은 노즐몸체(352)의 폭방향을 따라 다수개 구비될 수 있다. 따라서, 증발원부(310)에서 증발되어 노즐몸체(352)로 이동된 증기 상태의 증착물질은 이 다수개의 분사노즐(353)을 통하여 한꺼번에 기판(S) 측으로 분사되는 것이다. 여기서, 분사노즐(353)은 상호 임의의 간격으로 배치되되, 나란히 배치됨이 바람직하다.

한편, 분사노즐(353)의 전면 주변에는 노즐몸체(352)와 히터(354)의 열을 차 단하는 열차단판(357)이 마련될 수 있다. 따라서, 분사노즐(353) 전면으로의 열유출 현상은 최소화된다. 이때, 열차단판(357)은 서스(SUS) 재질로 형성될 수 있다. 이때, 열차단판(357)은 하우징(351)에 결합됨이 바람직하다.

히터(354)는 노즐몸체(352)와 하우징(351)의 사이에 개재되어 노즐몸체(352)를 가열하는 역할을 한다. 따라서, 분사노즐(353)을 통하여 분사되기 전 노즐몸체(352)를 경유하는 증착물질의 응축 현상은 미연에 방지되는 것이다. 여기서, 노즐몸체(352) 가열온도는 도가니(312)의 온도와 동일한 온도 또는 도가니(312)의 온도와 유사한 온도로 가열됨이 바람직하다.

한편, 히터(354)는 도 3과 도 4에 도시한 일실시예와 같이 고융점 금속으로 이루어진 와이어(Wire) 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 히터(354)는 탄탈륨(Ta)이나 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)과 같은 고융점 금속으로 형성될 수 있다.

그리고, 히터(454)는 도 5와 도 6에 도시한 다른 실시예와 같이 플레이트(Plate) 형상으로도 형성될 수 있다. 이 경우, 히터(454)는 직육면체 형상의 노즐몸체(352)에 설치 및 유지보수하기가 매우 용이한 효과가 있다. 구체적으로, 히터(454)는 탄화규소(SiC)와 탄소(C,carbon)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 2개 이상의 다수개가 구비될 수 있다. 예를 들면, 히터(454)는 적어도 2개 이상 구비되어 노즐몸체(352)의 상부와 하부에 각각 배치될 수도 있고, 적어도 4개 이상 구비되어 노즐몸체(352)의 상부 좌우측과 노즐몸체(352)의 하부 좌우측에 각각 배치될 수 있다.

하우징(351)은 노즐몸체(352)의 외부에 마련되어 노즐몸체(352)와 히터(354) 등을 외부로부터 보호하는 역할을 한다. 이때, 하우징(351)은 분사노즐(353)이 연결된 노즐몸체(352)의 일측면을 제외하고 나머지 면들을 둘러싸는 형태로 형성됨이 바람직하다.

제3단열재(355)는 하우징(351)과 히터(354)의 사이에 개재되며, 히터(354)의 열을 단열하는 역할을 한다. 따라서, 히터(354)의 열은 대부분 히터(354)의 내측에 위치한 노즐몸체(352)에 전달되며, 히터(354)의 외측으로는 거의 전달되지 않게 된다. 이때, 제3단열재(355)는 단열효과가 우수한 그라파이트 재질이나 뮬라이트 재질 등으로 형성될 수 있다.

한편, 노즐부(350)는 하우징(351)의 외부에 배치되어 하우징(351) 내부의 열을 냉각시켜주는 노즐부 냉각커버(356)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 하우징(351) 내부에서 발생되는 열은 이 노즐부 냉각커버(356)에 의해 차단되기 때문에 하우징(351) 내부 열의 외부 유출현상은 최소화된다. 여기서, 노즐부 냉각커버(356)는 열전도율이 높은 구리(Cu) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 분사노즐(353)의 측면 주변 곧, 전술한 열차단판(357)의 내측에는 분사노즐(353)의 열을 단열하는 제4단열재(359)가 마련될 수 있다. 따라서, 이 제4단열재(359)로 인하여 분사노즐(353)의 내부 열도 단열되는 바, 기상의 증착물질이 분사노즐(353)을 통하여 분사되면서 응축되는 현상 또는 이 현상으로 인하여 분사노즐(353)이 막히게 되는 현상 등은 미연에 방지된다. 이때, 제4단열재(359)는 리지드 그라파이트 펠트(Rigid graphite felt) 재질로 형성될 수 있다.

이하, 전술한 증착 장치(100)의 증착 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 증착 장치(100)의 챔버(200) 내에 기판(S)을 장착한다. 이때, 기판(S)의 각도는 대략 지면에 수직이거나 지면과 70°∼110°각도를 유지하도록 한 채 장착함이 바람직하다.

이후, 기판(S)이 장착되면, 증발원부(310)의 도가니(312) 내부에 증착하고자 하는 증착물질 곧, Al과 같은 금속이나 무기물 등을 저장한다.

이후, 증착물질이 저장되면, 고주파 유도가열코일(316)에 고주파 유도전류를 인가한다. 따라서, 도가니(312)와 도가니(312) 내부에 저장된 증착물질은 고주파 유도가열방식으로 신속하게 가열되어 증기 상태로 증발된다.

이후, 증발된 증기 상태의 증착물질은 도가니(312)의 상부에 마련된 증착물질 증발구(324)와 증착물질 이동통로(325)를 경유하여 노즐몸체(352)의 내부로 이동된다. 그리고, 노즐몸체(352)의 내부로 이동된 후에는 분사노즐(353)을 통하여 기판(S) 측으로 분사된다. 따라서, 기판(S) 상에는 증착물질이 증착되는데, 이 기판(S)의 전면에는 증착되는 증착물질의 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치되기 때문에 분사노즐(353)에서 분사된 증착물질은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착된다. 이에, 기판(S)상에는 소정 형상의 증착막이 형성되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 증발원 및 증착 장치는 고주파 유도가열코일을 이용하여 도가니를 가열하기 때문에 급속가열이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 매우 짧은시간 안에 증착물질을 증발시킬 수 있을 뿐만 아니라 매우 짧은시간 안에 증착공정의 진행이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 증발원 및 증착장치는 증발된 증착물질이 수용되는 부분인 노즐몸체가 직육면체 형상으로 형성되기 때문에 이 노즐몸체의 형상이 원통 형상이나 기타 다른 형상 등으로 형성될 경우에 비하여 최소의 부피로도 증발원부와의 결합이 가능하다. 예를 들면, 노즐몸체가 원통 형상으로 형성될 경우, 증발원부와의 결합을 위해서는 그 부피가 매우 커야하기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 노즐몸체의 내부에서 증발된 증기 상태의 증착물질이 응축되는 것을 미연에 방지하기 위하여 노즐몸체를 가열하는 양(量), 즉 노즐몸체의 열용량을 최소화할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 증발원 및 증착장치에 구비되는 히터는 플레이트 형상으로 형성되기 때문에 이 히터가 설치되는 부분 곧, 증발원의 노즐부 구조를 단순화시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 노즐부 구조를 컴팩트하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 설치 및 유지보수가 매우 용이하다.

이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

증착물질을 저장하고, 상기 저장된 증착물질을 가열하여 증발시키는 증발원부;

상기 증발원부에 결합되며, 상기 증발된 증착물질이 수용되는 노즐몸체와, 상기 노즐몸체 내부의 증발된 증착물질을 기판 상으로 분사하는 분사노즐과, 상기 분사노즐의 열을 단열하도록 상기 분사노즐의 측면에 배치되는 단열재 및, 상기 노즐몸체를 가열하는 히터를 구비하는 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 노즐몸체는 직육면체 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 2항에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 노즐몸체의 전면과 후면 중 어느 일면에 결합된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 3항에 있어서, 상기 분사노즐은 다수개 구비된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 4항에 있어서, 상기 분사노즐은 상기 노즐몸체의 폭방향을 따라 나란히 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 5항에 있어서, 상기 분사노즐은 상호 균일한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 히터는 와이어(Wire) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 7항에 있어서, 상기 히터는 고융점 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 증발원.
제 7항에 있어서, 상기 히터는 탄탈륨(Ta)과 텅스텐(W) 그리고 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어진 것을 것을 특징으로 하는 증발원.
제 1항에 있어서, 상기 히터는 플레이트(Plate) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 10항에 있어서, 상기 히터는 탄화규소(SiC)와 탄소(C)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증발원.
제 2항에 있어서, 상기 히터는 플레이트 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 12항에 있어서, 상기 히터는 적어도 2개 이상으로 구비되어 상기 노즐몸체의 상부와 하부에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 12항에 있어서, 상기 히터는 적어도 4개 이상으로 구비되어 상기 노즐몸체의 상부 좌우측과 상기 노즐몸체의 하부 좌우측에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 12항에 있어서, 상기 히터는 탄화규소(SiC)와 탄소(C)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 증발원.
제 2항에 있어서, 상기 증발원부는 증착물질이 저장되는 도가니와, 상기 도가니의 외부에 마련된 반응조와, 상기 도가니와 상기 반응조의 사이에 개재되어 상기 도가니를 가열하는 고주파 유도가열코일과, 상기 고주파 유도가열코일과 상기 도가니의 사이에 개재되어 상기 고주파 유도가열코일과 상기 도가니를 분리하는 절연체와, 상기 도가니와 상기 절연체의 사이에 개재된 제1단열재 및, 상기 반응조와 상기 고주파 유도가열코일의 사이에 개재된 제2단열재를 포함한 것을 특징으로 하는 증발원.
제 16항에 있어서, 상기 도가니는 그라파이트(Graphite) 재질로 형성되고, 상기 절연체는 알루미나(Al₂O₃) 재질로 형성되며, 상기 제1단열재는 소프트 그라파이트 펠트(Soft graphite felt) 재질로 형성되고, 상기 제2단열재는 뮬라이트(Mullite) 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 2항에 있어서, 상기 노즐몸체와 상기 분사노즐은 각각 그라파이트 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 2항에 있어서, 상기 노즐부는 상기 노즐몸체의 외부에 마련되어 상기 노즐몸체를 둘러싸는 하우징을 더 포함하고,

상기 히터는 상기 노즐몸체와 상기 하우징의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 19항에 있어서, 상기 노즐부는 상기 하우징과 상기 히터의 사이에 개재되어 상기 히터의 열을 단열하는 제3단열재를 포함한 것을 특징으로 하는 증발원.
제 20항에 있어서, 상기 제3단열재는 그라파이트 재질 또는 뮬라이트 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 증발원.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항의 증발원과;

상기 증발원을 이송시키기 위한 증발원 이송유닛을 포함하는 증착 장치.
제 22항에 있어서, 상기 증착물질은 금속 또는 무기물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증착 장치.