KR100980729B1 - 증착 공정용 다중 노즐 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 제작을 위해 증발원 내의 물질을 기판에 증착시킴에 있어서, 증발되는 물질의 사용 효율을 높이고 대면적의 균일한 박막을 증착할 수 있는 다중 노즐 증발원에 관한 것으로, 상측이 개구된 원통형 또는 사각 기둥의 도가니(31)(51)와; 이 도가니(31)(51)의 높이보다 짧은 원통 형상을 가지며 상기 도가니 상부에 조립되는 몸체부와, 이 몸체부의 상측면과 하측면을 일정한 경사를 가지며 관통하여 형성된 다수의 증발관으로 이루어진 노즐부(32)로 구성되어, 기울어진 증발관에 의해 증발물질이 기판 외각을 향해 분출되어, 증착되는 박막의 두께 균일도를 높이고, 증발 물질의 물질 사용 효율을 높이며, 분출부에서 증발물질이 응축되는 것을 방지하는 효과가 있다.

증착, 증발원, 박막 균일도, 물질 사용 효율, 대면적 기판

Description

증착 공정용 다중 노즐 증발원{Multiple nozzle evaporator for vacuum thermal evaporation}

도 1은 종래의 점 증발원을 이용한 증착 방법을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명의 다중 노즐 증발원의 제 1 실시예를 나타내는 투시도,

도 3은 본 발명의 다중 노즐 증발원의 제 1 실시예에 따른 노즐부의 평면도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예를 이용한 증착방법을 도시한 개략도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 투시도,

도 6은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 투시도,

도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 제 3 실시예의 다른 예를 도시한 투시도,

도 9 및 도 10은 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 사시 투시도와 정면 및 측면 투시도,

도 11은 본 발명의 제 4 실시예를 이용한 증착방법을 도시한 개략도,

도 12 및 도 13은 본 발명의 제 4 실시예의 다른 예를 도시한 사시 투시도와 정면 및 측면 투시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 : 도가니 32 : 노즐부

33 : 증발관

본 발명은 증착 공정용 증발원에 관한 것으로서 특히, 박막 제작을 위해 증발원 내의 물질을 기판에 증착시킴에 있어서, 증발되는 물질의 사용 효율을 높이고 대면적의 균일한 박막을 증착할 수 있는 다중 노즐 증발원에 관한 것이다.

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

이러한 진공 가열 증착방법에 가장 많이 사용되고 있는 증발원이 도 1에 도시된 점 증발원이다. 도 1에 도시된 바와 같이 점 증발원(21)은 분출부가 형성되어 있는 원통형 용기로 구성되며, 내부에 증착용 물질을 충진하고 증발원을 가열하여 증발된 물질을 기판을 향해 분출시켜서 박막을 제작한다. 그런데 이러한 점 증발원은 분출부가 향하는 방향(22)으로 가장 많은 증착 물질을 분출시키기 때문에 대면적의 균일한 박막을 얻을 수 없다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1) 외각에 점 증발원을 위치시키고 기판을 회전하면서 증착하는 방법을 사용하는데 이러한 증착 방법은 기판 회전장치가 추가되면서 장치 가 복잡해지고 불량의 원인이 되며, 물질의 사용 효율이 낮아지는 또 다른 문제점을 가지고 있다.

또한 기존의 점 증발원의 경우 분출부가 측면 가열부에서 멀리 떨어진 중앙에 위치하기 때문에 분출부에 증발 물질이 응축되기 쉬운 단점이 있다.

이러한 기존의 점 증발원의 단점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의해 원추형 노즐 증발원이 제안된 바 있으나, 원추형 노즐을 이용할 경우 원하는 분출 분포를 만들기 어렵고, 노즐의 가공과 내부 연마가 어려울 뿐 아니라, 증발관이 노즐부의 중앙에 있기 때문에 기존의 점 증발원에서와 같이 증발관 내에서 응축되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 기판의 회전 없이 대면적의 기판에 균일한 두께의 박막을 제작할 수 있고, 증착 물질의 사용 효율을 높일 수 있으며, 증발 물질의 응축현상을 최소화 할 수 있는 증발원을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 증착 공정용 다중 노즐 증발원은, 상측이 개구된 원통형 도가니와; 상기 도가니의 높이보다 짧은 원통 형상을 가지며 상기 도가니 상부에 조립되는 몸체부와, 이 몸체부의 상측면과 하측면을 경사를 가지며 관통하여 형성된 다수의 증발관으로 이루어지되, 각 증발관의 하단 개구부의 중심은 상기 몸체부의 동일 반경 내에 위치하고, 그 증발관의 상단 개구부의 중심은 하단 개구부 중심 의 접선 상에 위치하게 되는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 관점으로서, 본 발명의 증착 공정용 다중 노즐 증발원은 상측이 개구된 사각 기둥 형상의 도가니와; 상기 도가니의 높이보다 짧은 사각 기둥 형상을 가지며 상기 도가니 상부에 조립되는 몸체부와, 이 몸체부의 상측면과 하측면을 관통하는 다수의 증발관으로 이루어지되, 증발관들은 두 그룹으로 구분되어 상기 몸체부의 상측면 중심축에 대해 서로 반대 방향으로 동일한 각도의 경사를 갖는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다중 노증 증발원은 도가니와 노즐부의 형태에 따라 두 가지 관점으로 실현될 수 있다. 하나는 원형 도가니와 노즐부 형태를 가지는 원형 다중 노즐 증발원으로 제 1, 2 실시예가 여기에 해당한다. 또 하나는 사각형 도가니와 노즐부 형태를 가지는 사각형 다중 노즐 증발원으로 제 3, 4 실시예가 여기에 해당한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 증착 공정용 다중 노즐 증발원은 도가니(31)와 노즐부(32)로 구성된다.

도가니(31)는 내부에 증착물질(4)을 담을 수 있는 상측이 개구된 원통형 용기 형태이며, 상부에는 상기 노즐부와 결합할 수 있는 결합수단이 형성되어 있다.

노즐부(32)는 도가니(31)의 높이보다 짧은 원통 형상을 가지며 도가니(31) 상부에 조립되는 몸체부(32a)와, 이 몸체부(32a)의 상측면과 하측면을 경사를 가지며 관통하여 형성된 다수의 증발관(33)으로 이루어진다.

노즐부(32)의 하부에는 도가니(31) 상부와 결합될 수 있는 결합수단이 구비된다.

도가니와 노즐부를 결합하게 되는 결합수단으로는 도가니와 노즐부의 결합 테두리에 각각 서로 끼워 고정될 수 있는 걸림턱에 의해 제공될 수도 있으며, 도가니와 노즐부에 구비되어 서로 체결이 이루어질 수 있는 클램프 등에 의해 제공될 수가 있다.

특히, 각 증발관(33)의 하단 개구부(33b)의 중심은 상기 몸체부의 동일 반경(R) 내에 위치하고, 그 증발관(33)의 상단 개구부(33a)의 중심은 하단 개구부(33b) 중심의 접선 상에 위치한다.

각 증발관(33)은 몸체부(32a)의 수직 방향에 대하여 약 60°이내의 각도를 갖는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 제 1 실시예를 이용하여 기판에 증착하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(1) 하측의 중앙에 본 발명의 다중 노즐 증발원을 위치시키고, 증발원을 가열하여 증착 물질들이 기판 측면을 향해 기운 증발관(33)을 통해 분출되어 기판에 증착되도록 한다.

본 발명의 증착 공정용 다중 노즐 증발원을 이용하여 증착하면, 기판 외각으 로 기울어진 증발관에 의해 증착 물질이 기판 외각을 향하여 분출되어 대면적의 기판에 적용할 경우에도 균일한 두께의 박막 증착이 가능하며, 기판의 중앙에 증발원이 위치하게 됨으로써 기판 외부로 버려지는 물질의 양을 최소화시킬 수 있다. 또한, 증발관의 구조와 기울어진 각도를 공정 조건에 맞게 적절하게 조절하여 박막 균일도와 물질 사용효율을 최적화시키는 것이 가능하다.

상기 증발관(33)은 노즐부의 중심선을 기준으로 노즐부 외각으로 기울어진 형태(즉, 노즐부 중앙 하부에서 노즐부 외각 상부를 향하는 방향으로)로 구성할 수도 있을 것이다.

이와 같이 증발관이 형성됨으로써 증발관을 더욱 촘촘하게 배치할 수 있기 때문에 노즐이 연속적으로 배치되는 것과 유사한 효과를 가질 수 있다. 또한, 증발관 전체가 노즐부의 외각에 가깝게 형성되어 열전도가 잘 되고 증발물질이 증발관 내에서 응축되는 것을 방지할 수 있다.

또한 각각의 증발관을 통해 분출되는 증착물질의 분출 분포를 적절히 조절하기 위하여 노즐부의 몸체부(32a) 상측면에 돌기가 형성되거나 경사면이 형성되는 것도 가능하며, 증발관의 지름이 길이에 따라 바뀌거나 증발관 내에 돌기가 형성되는 것 또한 가능하다.

도 5에는 본 발명의 제 2 실시예의 투시도가 도시되어 있는데, 노즐부(32) 및 도가니(31)의 중앙에 중공부(35)가 형성되어 그 내부에 추가로 중앙 가열부를 설치할 수 있다. 이러한 중앙 가열부는 증발원의 가열 능력을 높일 뿐만 아니라 노 즐부를 주로 가열하여 증발관 내에서 증발물질이 응축되는 것을 방지하는 효과를 가질 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 다중 노즐 증발원의 제 3 실시예는 사각형의 도가니(51)와 노즐부(52)로 구성되어 있다. 상기 도가니(51)는 내부에 증착물질을 담을 수 있는 상측이 개구된 사각형의 용기 형태이며, 상부에는 상기 노즐부와 결합할 수 있는 결합수단이 형성되어 있다.

도가니와 노즐부를 결합하게 되는 결합수단으로는 도가니와 노즐부의 결합 테두리에 각각 서로 끼워 고정될 수 있는 걸림턱에 의해 제공될 수도 있으며, 도가니와 노즐부에 구비되어 서로 체결이 이루어질 수 있는 클램프 등에 의해 제공될 수가 있다.

상기 노즐부(52)에는 상측면으로부터 하측면까지 연결된 다수 개의 증발관(531,532)이 형성되어 있으며, 특히 증발 물질이 기판 외각을 향하도록 하기 위하여 상기 증발관은 두 그룹(531,532)으로 구분되어 각각 서로 반대방향으로 기울어지게 형성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 증발관들의 그룹은 도 6에서와 같이 각각 하나의 증발관으로 구성될 수도 있고, 도 7에서와 같이 각각 하나의 열을 포함할 수도 있고, 도8에서와 같이 무리지은 두 열을 포함할 수도 있다.

각각의 증발관을 통해 분출되는 증착물질의 분출 분포를 적절히 조절하기 위하여 노즐부의 몸체부 상측면에 돌기가 형성되거나 경사면이 형성되는 것도 가능하 며, 증발관의 지름이 길이에 따라 바뀌거나 증발관 내에 돌기가 형성되는 것 또한 가능하다.

이러한 본 발명의 제 3 실시예는 상측에 위치하게 될 기판에 증발물질을 증착함에 있어서, 두 그룹의 증발관이 기판 외각을 향하기 때문에 두 그룹의 증발관을 통해 분출되는 증착물질의 분포를 합하면 증발원 길이 방향으로 균일한 분포를 만드는 것이 가능하며, 증발관의 구조와 각도를 적절히 조절하여 증착 균일도가 좋고 물질 사용 효율이 높은 분출 분포를 실현할 수 있다.

상기 제 3 실시예는 증발원의 길이 방향으로만 균일한 증착이 가능하기 때문에 이를 이용하여 실제 기판에 증착하는 경우 증발원 길이의 수직 방향으로 기판을 이동시키거나 증발원을 이동시키면서 증착 공정을 수행하는 것이 좋다.

도 9 내지 도 11을 참고하면, 본 발명의 사각형 다중 노즐 증발원의 제 4 실시예는 제 3 실시예와는 달리 노즐부의 증발관들이 4개의 그룹(531a, 531b, 532a, 532b), 즉 두 개의 그룹과 이를 각각 다시 두 개의 소그룹으로 나누어 총 4개의 그룹을 형성하고 있으며, 큰 두 개의 그룹은(531, 532) 각기 증발원 길이 방향으로 외각을 향하여 기울어져 있고, 각 그룹 내의 작은 두 개의 그룹은(531a, 531b 혹은 532a,532b) 상기와 같이 증발원 길이 방향으로 외각을 향해 기울어져 있으면서 각각 증발원 길이 방향과 수직인 방향으로 기판 외각을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.

도 11에 도시된 증착 방법을 보면 보다 명확히 파악할 수 있는데, 도 11에 도시된 바와 같이 4 개의 각 그룹은 상측에 위치하는 기판(1)의 네 꼭지점을 향해 각각 기울어져 있다.

또한 도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명에 따른 노즐부의 증발관 그룹은 다수 개의 증발관이 열지어 형성될 수 있으며, 상기 도 9에서와 같이 두 열로 무리지은 증발관으로 형성될 수도 있으며, 다른 형태로서 네 그룹으로 증발관이 배치될 수가 있다.

각각의 증발관을 통해 분출되는 증착물질의 분출 분포를 적절히 조절하기 위하여 노즐부의 몸체부 상측면에 돌기가 형성되거나 경사면이 형성되는 것도 가능하며, 증발관의 지름이 길이에 따라 바뀌거나 증발관 내에 돌기가 형성되는 것 또한 가능하다.

이러한 본 발명의 제 4 실시예는 제 3 실시예 보다 한 단계 발전된 형태로서, 증발관의 구조와 각도를 적절히 조절함으로써, 증발원 길이 방향 뿐만 아니라 그 수직 방향으로도 균일한 증착이 가능한 분출 분포를 실현할 수 있고, 제 3 실시예와 달리 증발원과 기판이 모두 정지한 상태에서 증착할 수 있다. 또한 기판은 일반적으로 사각형 모양이기 때문에 원형의 분출분포를 만드는 제 1 혹은 제 2 실시예 보다 물질 사용 효율을 더 높일 수 있을 것이다.

또한, 상기 각각의 실시예들을 실현하는 과정에서 분출 분포의 미세한 조절을 위하여 수직 방향의 증발관 그룹을 추가하거나, 새로운 각도의 증발관 소그룹을 추가하는 것도 가능하다.

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

이상과 같은 본 발명은 증착 공정용 증발원을 구성함에 있어서, 다수 개의 증발관을 기판 외각을 향하도록 배치함으로써, 대면적의 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있고, 증착 물질의 사용 효율을 높이며, 증발물질이 증발관에서 응축되는 것을 방지하는 효과를 가진다.

Claims (7)

1. 상측이 개구된 원통형 도가니와;

   상기 도가니의 높이보다 짧은 원통 형상을 가지며 상기 도가니 상부에 조립되는 몸체부와, 이 몸체부의 상측면과 하측면을 경사를 가지며 관통하여 형성된 다수의 증발관으로 이루어지되, 각 증발관의 하단 개구부의 중심은 상기 몸체부의 동일 반경 내에 위치하고, 그 증발관의 상단 개구부의 중심은 하단 개구부 중심의 접선 상에 위치하게 되는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.
2. 제1항에 있어서, 상기 증발관은 길이 방향으로 지름이 바뀌거나, 내주면에 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.
3. 제 1항에 있어서, 상기 도가니와 노즐부는,

   상기 도가니와 노즐부의 중앙을 관통하는 원기둥 형태의 중공부가 추가로 형성되는 것을특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원
4. 상측이 개구된 사각 기둥 형상의 도가니와;

   상기 도가니의 높이보다 짧은 사각 기둥 형상을 가지며 상기 도가니 상부에 조립되는 몸체부와, 이 몸체부의 상측면과 하측면을 관통하는 다수의 증발관으로 이루어지되, 증발관들은 두 그룹으로 구분되어 상기 몸체부의 상측면 중심축에 대해 서로 반대 방향으로 동일한 각도의 경사를 갖는 노즐부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.
5. 제 4항에 있어서, 상기 증발관들은 네 개의 그룹으로 구분되어, 상기 노즐부의 상측면의 네 꼭지점 방향으로 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.
6. 제 4항 또는 5항에 있어서, 상기 증발관은 길이 방향으로 지름이 바뀌거나, 내주면에 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.
7. 제 1항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 노즐부는,

   상기 증발관들과 다른 각도를 갖는 최소한 하나 이상의 증발관이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 증착 공정용 다중 노즐 증발원.

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