KR101087685B1 - 진공증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공증착장치에 관한 것으로, 챔버(800) 내부에 회전모터에 의해 회전되는 회전판(700)을 설치하고, 상기 회전판(700)에는 다수 개의 도가니(600)를 설치하고 상기 각각의 도가니(600) 안에 증발물질(200)을 안치시키되, 상기 회전판(700)과 각각의 도가니(600)는 챔버(800)의 천정 부위에 설치되며, 챔버(800) 내부에 설치된 전자총(100)에서 발생되는 고온의 전자를 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도하여 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되는 것으로, 피코팅체의 무게에 관계없이 용이하게 피코팅체를 안착시키고 또한, 피코팅체의 모든 부위를 한 번에 쉽게 코팅할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

진공증착장치{VACUUM EVAPORATION DEVICE}

본 발명은 챔버 내에 다수 개의 도가니를 설치하고 상기 각각의 도가니 안에 증발물질인 메탈 또는 산화물 등을 안치시키며, 고온의 전자를 상기 각각의 도가니로 유도하여 도가니 내부의 증발물질을 증발시키고 증발된 증발물질이 챔버 하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자부품 특히 집적회로 소자의 일부를 구성하는 박막은 화학기상증착, 스프레이, 스퍼터링 및 진공증착 등을 이용한 제조방법 등이 알려져 있으며, 그 중에서도 진공증착을 이용한 박막제조방법은 다른 방법들에 비해 제작이 용이하고 특성 평가가 쉽기 때문에 널리 이용되고 있다.

특허공개번호 10-2004-0056211에 기재된 바와 같이, 진공증착이란 물리증착 기술의 일종으로, 여기서 물리증착이란 진공이나 플라즈마 분위기에서 물질을 가열하거나, 운동량 전달을 이용하여 피막 물질을 증발시켜서, 코팅하고자 하는 기판에 피막을 제조하는 방법을 총칭한다. 물리증착법은 일반적으로 순도가 높고 표면이 평활한 금속피막을 손쉽게 제조가 가능한 것으로 잘 알려져 있다.

물리증착에는 크게 진공증착, 스퍼터링 그리고 이온플레이팅이 있으며, 금속 피막을 제조할 경우, 특수한 경우를 제외하고는 진공증착법이 많이 이용되고 있다. 이는 진공증착법이 비교적 공정이 간단하고, 증발율이 다른 방법에 비해 높기 때문이다. 진공증착법은 가열원의 형태 및 가열방법에 따라, 저항가열식 진공증착, 전자빔 가열식 진공증착 그리고 유도가열식 진공증착으로 구분하는데, 산업용 대형 플렌트 등 특수한 경우를 제외하면, 저항가열식과 전자빔 가열식 진공증착법이 많이 사용되고 있다.

저항가열식 진공증착은, 보트나 도가니 또는 필라멘트 형태의 내화물 금속이나 금속간 화합물에 전류를 직접 통과시켜 가열시키므로써, 증발원 내에 담겨있는 물질을 녹여 증발시키는 진공증착법이며, 전자빔 가열식 진공증착은, 음의 고전압이 인가된 필라멘트를 가열시켜 전자를 방출시킨 후, 이 전자를 수냉이 되는 구리 도가니에 집속시켜서 물질을 증발시키므로써, 피막을 형성하는 진공증착 방식이다. 저항가열식 진공증착은 가열원 전체가 가열되므로 증발물과 증발원이 반응하거나 증발원이 파손되기 때문에, 구리나 아연, 은 등과 같이 반응성이 작고 비교적 증기화 온도가 낮은 물질의 증발에 이용된다. 반면, 전자빔 가열식은 수냉이 되는 도가니를 이용하므로, 실제적으로 주기율표상의 모든 물질의 증발이 가능하다.

본 출원인이 기 출원한 특허 등록번호 10-0325410에는 이베퍼레이터와 스퍼터링타겟이 함께 설치된 기술이 기재되어 있다.

도1은 진공증착 코팅장치의 내부 평면도이다. 여기서, 부호 1은 진공증착 코팅장치의 챔버이고, 부호 10은 챔버의 외통이고 20은 내통이다.

상기 진공증착 코팅장치의 챔버의 외통(10)은 고정되어 있고 상기 내통(20)은 회전이 가능하도록 되어 있다. 상기 내통의 내주면에는 보통 수지재의 기성 사출품(피코팅체)이 장착되는 복수개의 치구(21)가 설치되어 있다.

그리고 상기 외통(10)과 내통(20)에 걸쳐서 글로우 방전 또는 플라즈마 방전을 발생시키는 방전수단(24,24')이 대향하여 설치되어 있어 전원공급장치(13)로부터 전원이 공급받아 방전대를 형성하고, 상기한 플라즈마 방전 또는 글로우 방전에 필요한 불활성 주입가스 (Ar, N2, He)를 공급하는 가스 입력구(11)를 구비하고, 외통의 타측에는 진공 배기하기 위한 진공배기 수단(12)을 구비하고 있다.

또한 기성 사출품(피코팅체)이 내주면의 치구(21)에 장착된 상태에서 코팅물질을 용융시켜 코팅하는 이베퍼레이터(23 ; Evaporator)와 스퍼터링 타겟(22)이 구비되어 있다.

그리고 상기 스퍼터링 타겟 (22)은 고정 수단(26)에 장착되어 있다.

여기서 상기 이베퍼레이터(23)는 저항가열식 또는 전자빔 방식으로 코팅물질을 용융증발시켜 코팅하고, 상기 스퍼터링 타겟은 코팅물질을 스퍼터하여 분산시켜 피코팅체를 코팅하게 된다.

상기 저항 가열방식은 저항체에 전류를 흘려 주울열을 발생하는 것을 이용한 가열방식을 사용한다. 여기서는 물체에 직접 전류를 흘려서 가열하는 직접식과 발열체의 열을 복사 대류 전도 등으로 피가열물에 전달하는 간접식의 양자 방식을 모두 채택할 수 있다.

플라즈마 또는 글로우 방전은 상기한 방전 수단(24, 24') 사이에서 상기한 불활성 주입가스와 전원 공급장치(13)로부터 공급된 고압 전압의 스파크에 의해서 플라즈마 또는 글로우 방전대(25)가 형성된다.

이러한 상태에서 상기 내통(20)이 회전하면서 치구(21)에 안착되어 있는 피코팅체의 코팅부위에 상기한 방전대를 거치면서 에칭이 이루어지고, 이와 동시에 스퍼터링 타겟(22) 및/또는 이베퍼레이터(23)에 의해서 용융된 코팅물질이 비산 또는 스퍼터되어 상기한 피코팅체에 다층의 전도성 실드막이 형성되게 된다.

이상과 같이 피코팅체의 코팅 공정을 요약하면, 코팅하고자 하는 기판(피코팅체)을 내통(20)의 치구(21)에 장착한 후, 진공배기 장치(12)를 통하여 진공증착 챔버(1)를 진공배기하고, 챔버내가 일정한 진공상태에 도달하면 치구(21)가 장착된 내통(20)을 회전시켜 피코팅체의 코팅할 부분이 상기 플라즈마 또는 글로우 방전대에서 에칭이 이루어지는 동시에, 상기 스퍼터링 타겟(22) 또는 이베퍼레이터(23)로부터 용융비산 또는 스퍼터되는 코팅물질이 피코팅체에 균일하게 코팅이 이루어지는 것이다.

이상 기술한 바와 같은 진공 증착 코팅 방법으로 피코팅체(사출품)인 폴리카보네이트 또는 플라스틱재로 된 기판, 수지 또는 도료의 중간 밀착막층, 구리 또는 은으로 된 주전도성 박막층, SUS 또는 Ni로 된 막보호 박막층이 적층된 도전성 필름실드막이 형성된 코팅 적층체를 얻을 수 있다.

다음에 도2는 진공증착 코팅장치의 전체 정면도로서, 1은 상기한 상술한 코팅 공정이 진행되는 챔버이고, 41은 상기 챔버내를 진공배기하여 고진공 상태로 유지하는 고진공 밸브이고, 또한 42는 오일을 확산시키는 오일 확산 고진공 펌프이고, 43은 저진공 펌프이다.

그리고 특허공개번호 2002-0081104에는 진공증착에 대한 상세한 기술이 다음과 같이 기재되어 있다.

진공증착법으로 박막을 형성하는 장치는 진공증착장치라고 한다. 도 5는 일반적인 진공증착장치의 일례의 구성을 모식적으로 나타내는 배치도이다. 진공증착장치는 진공계에 접속된 진공 용기(1) 내부에 증발원 용기(2)와 기판홀더(3)를 배치하여 이루어진다. 증발원 용기(2)에는 증발원(4)이 수용된다. 그리고, 기판홀더(3)에는 박막이 형성되는 기판(5),그리고 증착 영역을 규정하는 마스크(6)가 장착된다. 진공 용기(1)에는 진공 용기 내부를 감압하기 위해서 사용되는 진공펌프(7) 및 배기밸브(8) 등으로 이루어진 진공계가 접속되어 있다. 그리고, 증발원 용기(2)에는 가열전원(9)을 접속한다.

일반적인 진공증착장치에서는 증발원 용기(2)가 진공 용기 내부의 (중력방향을 따라) 하측에, 그리고 기판홀더(3)가 진공 용기 내부의 상측에 배치된다.

박막 형성 및 박막 형상의 설정은 먼저 증발원 용기(2)에 증발원(4)을 수용하고, 그리고 기판홀더(3)에 박막을 부착시킨 기판(5)을 고정한다. 또한, 마스크법으로 박막 형상을 설정하기 위해서, 기판(5) 상에 필요한 박막 형상으로 개구부가 형성된 마스크(6)를 밀착시켜 고정한다. 그리고, 진공 용기(1) 내부를 진공펌프(7)로 감압하여 진공상태로 한 후, 증발원 용기(2) 내부에 수용된 증발원(4)을 가열한다. 가열로 증발된 분자는 진공 용기(1) 내부를 기판(5) 방향으로(일반적인 진공증착장치에서는 하측에서 상측으로) 비행하고, 그리고 기판(5) 표면에 부착(증착)되어 박막이 된다. 종래에 유기 EL소자도 이러한 구성의 진공증착장치로 제작되었다.

그러나 상기에 기재된 종래기술들은 모두 피코팅체를 챔버 천정에 메달고 피코팅체를 코팅하기 위한 증발물질을 담는 도가니를 챔버 하부에 위치시킨 것이며, 이로 인하여 피코팅체가 무거울 경우에는 피코칭체를 메다는데 애로점이 있었으며, 또한 메달린 피코팅체의 일부 사각부분은 코팅이 되지 않아 이를 다시 돌려서 재 코팅해야 하는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 피코팅체를 챔버 하부에 안치시키고 피코팅체를 코팅하기 위한 증발물질을 담는 도가니를 챔버 상부에 위치시킴으로써 피코팅체의 무게에 관계없이 용이하게 피코팅체를 안착시키고 또한, 피코팅체의 모든 부위를 한 번에 쉽게 코팅할 수 있는 진공증착장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바를 달성하기 위하여 본 발명은 챔버(800) 내부에 회전모터에 의해 회전되는 회전판(700)을 설치하고, 상기 회전판(700)에는 다수 개의 도가니(600)를 설치하고 상기 각각의 도가니(600) 안에 증발물질(200)을 안치시키되, 상기 회전판(700)과 각각의 도가니(600)는 챔버(800)의 천정 부위에 설치되며, 챔버(800) 내부에 설치된 전자총(100)에서 발생되는 고온의 전자를 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도하여 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치이다.

따라서 본 발명은 진공증착장치에서 피코팅체를 챔버 하부에 안치시키고 피코팅체를 코팅하기 위한 증발물질을 담는 도가니를 챔버 상부에 위치시킴으로써 피코팅체의 무게에 관계없이 용이하게 피코팅체를 안착시키고 또한, 피코팅체의 모든 부위를 한 번에 쉽게 코팅할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래의 진공증착장치의 외관도
도 2는 종래의 일반적인 진공증착장치의 정면도
도 3은 종래의 전자빔가열방식 진공증착장치의 일반적인 배치도
도 4는 본 발명 진공증착장치의 외관도
도 5는 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 180° 구부러지는 경우의 전체 정면도
도 6은 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 270° 구부러지는 경우의 전체 정면도
도 7은 본 발명 진공증착장치의 마스크의 설치 평면도

본 발명은 챔버(800) 내부에 회전모터에 의해 회전되는 회전판(700)을 설치하고, 상기 회전판(700)에는 다수 개의 도가니(600)를 설치하고 상기 각각의 도가니(600) 안에 증발물질(200)을 안치시키되, 상기 회전판(700)과 각각의 도가니(600)는 챔버(800)의 천정 부위에 설치되며, 챔버(800) 내부에 설치된 전자총(100)에서 발생되는 고온의 전자를 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도하여 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되는 것을 특징으로 하는 진공증착장치이다.

상기 관용의 전자총(100)은 캐도우드 필라멘트(110)에 전원을 연결시키고, 상기 캐도우드 필라멘트에 마그네트를 설치하여 전자를 밀집시키며, 캐도우드 필라멘트 곁에는 필드 마그네트(120)를 설치하여 밀집된 전자를 도가니(600)로 유도하는 것으로, 전자총(100)의 캐도우드 필라멘트(110)에서 발생한 고온의 전자가 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도되어, 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되는 것이다.

상기 챔버(800) 내부에는 이온소스(500)가 설치되어 도가니(600) 내부에서 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착된 후 이온소스(500)에 의해 다져지는 것이다.

또한, 상기 회전판(700)과 작업물(400) 사이에는 마스크(300)가 설치되어 있는 것이다. 그리고 상기 도가니(600)의 하부는 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아가서 증착될 수 있게 구멍이 천공된 것이다. 그리고 상기 전자총(100)은 챔버(800)의 천정 부위에 설치된다.

본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 진공증착장치의 외관도, 도 2는 종래의 일반적인 진공증착장치의 정면도, 도 3은 종래의 전자빔가열방식 진공증착장치의 일반적인 배치도, 도 4는 본 발명 진공증착장치의 외관도, 도 5는 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 180° 구부러지는 경우의 전체 정면도, 도 6은 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 270° 구부러지는 경우의 전체 정면도, 도 7은 본 발명 진공증착장치의 마스크의 설치 평면도이다.

본 발명은 챔버 바깥에 회전모터가 설치되고, 상기 회전모터의 축에 회전판이 연결되어 회전된다. 그리고 상기 회전판에 다수 개의 도가니를 설치한다. 도가니의 개수는 챔버의 용량 등에 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 4, 6, 8, 12 개 등으로 구성할 수 있다. 그리고 상기 각각의 도가니 안에 증발물질을 안치시키는 것이다. 본 발명은 상기 회전판과 각각의 도가니를 챔버의 천정 부위에 설치하는 것에 기술적 요지가 있다. 그리고 상기 도가니의 하부는 증발된 증발물질이 챔버하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착될 수 있게 구멍이 천공된다. 그리고 상기 챔버 내부에 설치된 관용의 전자총에서 발생되는 고온의 전자를 상기 회전판의 도가니로 유도하여 도가니 내부의 증발물질을 증발시키고 증발된 증발물질이 챔버 하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착되는 것이다. 본 발명의 진공증착장치는 챔버의 천정 부위에 설치되는 도가니의 하부에 구멍이 뚫리더라도 도가니에 담긴채 용융된 증발물질이 표면장력 때문에 액체상태로는 낙하하지 않고, 증발된 상태에서 챔버하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착되는 것이다. 즉 액체상태에서 도가니 하부에 뚫린 구멍을 통해 중력에 의해 하부로 낙하하려는 힘을 용융금속의 표면장력이 이기는 원리이다. 구멍의 크기는 도가니에 담기는 증발물질에 따라서 달라지며, 용융상태의 표면장력이 큰 증발물질일수록 천공되는 구멍을 크게 할 수 있을 것이다.

그리고 상기 전자총은 당업계에 널리 사용되는 관용의 것을 사용하는 것으로, 알려진 바와 같이, 그 주요 구성은, 캐도우드 필라멘트(cathode filament)에 전원을 연결시키고 캐도우드 필라멘트(cathode filament) 주위로 마그네트를 설치하여(일명 스캐닝 마그네트라 부르기도 한다) 전자를 밀집시킨 후, 캐도우드 필라멘트(cathode filament) 곁에 필드 마그네트를 설치하여 밀집된 전자를 유도하는 것이고, 이미 당업계에서 잘 알려진 관용수단이므로 그 자세한 세부구성들은 기재를 생략한다. 따라서 본 발명은 상기 캐도우드 필라멘트(cathode filament)에서 발생된 고온의 전자를 상기 회전판의 도가니로 유도하여 도가니 내부의 증발물질을 증발시키고 증발된 증발물질이 챔버 하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착되는 것이다. 특히 상기 전자총은 도가니와 함께 챔버 천정에 부착된다. 도 5는 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 180° 구부러지는 경우의 전체 정면도이고, 도 6은 본 발명 진공증착장치의 전자빔이 270° 구부러지는 경우의 전체 정면도이다.

그리고 상기 챔버 내부에는 이온소스가 설치되어 도가니 내부에서 증발된 증발물질이 챔버 하부에 위치한 작업물에 날아와서 증착된 후 이온소스에 의해 다져진다. 이온 소스는 필요에 따라서 챔버의 상, 측부 어느 위치에도 설치된다.

그리고 상기 회전판과 작업물 사이에는 관용의 마스크가 설치된다.

상기 마스크는 알루미늄이나 스텐재질로 주로 둥근 평판 형태 또는 둥근 평판 형태의 평판 외주면이 파형으로 오목부와 볼록부가 교차하게 제작된 것을 사용하며, 그 두께는 1.5 mm 정도로 제작하여 챔버 내 도가니와 작업물 사이에 설치한다. 마스크는 도가니에서 증발된 증발물질이 챔버 하부에 위치한 작업물에 날아오는 양을 조정하기 위한 것으로, 마치 우산이 비를 막듯이 도가니에서 증발된 증발물질이 일정 부위로 집중되는 것을 차단하여 작업물 전체에 균일하게 증착하게 한다.

그리고 필요에 따라 회전판과 마스크 사이에도 전자빔셔터를 설치할 수 있다. 전자빔셔터는 도가니에서 증발하여 작업물로 날아오는 증발물질이 일정온도나 요구하는 품질에 도달할때까지 차단하는 역할을 하는 것으로, 금속판 등을 가공하여 만드는 것으로, 당업계에서 관용수단에 해당된다.

따라서 본 발명은 진공증착장치에서 피코팅체를 챔버 하부에 안치시키고 피코팅체를 코팅하기 위한 증발물질을 담는 도가니를 챔버 상부에 위치시킴으로써 피코팅체의 무게에 관계없이 용이하게 피코팅체를 안착시키고 또한, 피코팅체의 모든 부위를 한 번에 쉽게 코팅할 수 있다.

100 : 전자총 200 : 증발물질 300 : 마스크
400 : 작업물 500 : 이온소스 600 : 도가니
700 : 회전판 800 : 챔버 900 : 전자빔셔터
110 : 캐도우드 필라멘트 120 : 필드 마그네트

Claims (6)

1. 챔버(800) 내부에 회전모터에 의해 회전되는 회전판(700)을 설치하고, 상기 회전판(700)에는 다수 개의 도가니(600)를 설치하고 상기 각각의 도가니(600) 안에 증발물질(200)을 안치시키되, 상기 회전판(700)과 각각의 도가니(600)는 챔버(800)의 천정 부위에 설치되며, 챔버(800) 내부에 설치된 전자총(100)의 캐도우드 필라멘트에서 발생되는 고온의 전자를 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도하여 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되되, 상기 전자총(100)은 캐도우드 필라멘트(110)에 전원을 연결시키고, 상기 캐도우드 필라멘트(110)에 마그네트를 설치하여 전자를 밀집시키며, 캐도우드 필라멘트 곁에는 필드 마그네트(120)를 설치하여 밀집된 전자를 도가니(600)로 유도하는 것으로, 전자총(100)의 캐도우드 필라멘트(110)에서 발생한 고온의 전자가 상기 회전판(700)의 도가니(600)로 유도되어, 도가니(600) 내부의 증발물질(200)을 증발시키고 증발된 증발물질이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착되는 것이며, 상기 챔버(800) 내부에는 이온소스(500)가 설치되어 도가니(600) 내부에서 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아와서 증착된 후 이온소스(500)에 의해 다져지는 것이며, 상기 회전판(700)과 작업물(400) 사이에는 마스크(300)가 설치되어 있으며, 상기 도가니(600)의 하부는 증발된 증발물질(200)이 챔버(800) 하부에 위치한 작업물(400)에 날아가서 증착될 수 있게 구멍이 천공된 것이며,
   상기 전자총(100) 역시 챔버(800)의 천정 부위에 설치되며, 또한, 상기 회전판(700)과 마스크(300) 사이에는 전자빔셔터(900)를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 진공증착장치
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