KR101109690B1 - 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치 - Google Patents

하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 노즐을 이용해 기화된 증착물질을 기판 상측에서 하향 분사하여 증착시키도록 구성되어, 구성을 단순화시킴과 아울러 증착 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
증착, 하향식 선형 증발원, 박막 형성 장치.

Description

하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치{DOWNWARD TYPE LINEAR SOURCE AND DEVICE FOR DEPOSITING THIN FILM USING THE SAME}
본 발명은 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 노즐을 이용해 기화된 증착물질을 기판 상측에서 하향 분사하여 증착시킴으로써 증착 효율을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 장치의 구성을 단순화시킬 수 있도록 하는 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 관한 것이다.
종래의 진공 증착 장치는 도가니에서 기화된 증착물질을 유도하는 노즐을 사용하지 않고, 증착물질이 방사상으로 흩어지게 된다. 따라서, 증착하고 하는 위치에만 증착하기가 용이하지 않아 증착물질이 기판뿐만 아니라 챔버의 내벽에 붙어 상당량의 증착물질이 낭비되는 문제점이 있었다.
또한, 도가니에 충전된 증착물질을 기화 온도까지 가열하기 위해 가열부가 기화 온도보다 높은 온도로 가열되므로 증발원에서 많은 복사열이 방출되기 때문에 기판과 증발원 사이의 거리가 증가하여 기화된 물질이 기판에 증착되는 비율이 더욱 낮아지는 문제점이 있었다.
한편, 생산성을 증가시키기 위하여 기판, 특히 유리 기판이 대형화되고 있는데 기존의 방식대로 하부에 증발원을 장착하고 상부에 기판을 설치하여 박막을 형성하면 기판이 아래쪽으로 휘어지는 문제가 야기 될 수도 있을 뿐만 아니라, 기판에 추가적인 도포 및 가공 공정을 진행하는 경우 대부분 반응 물질이 위에서 아래로 내려오는 방식이라 대형 기판을 뒤집는 공정도 필요하게 된다.
상기한 문제점을 극복하고자 하향식 증발 장치가 개발되고 있으나 노즐을 포함한 기상 이동 경로를 고온으로 유지해야 하므로 전력의 소모가 크고 장비가 복잡해지는 문제점을 안고 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노즐을 이용해 기화된 증착물질을 기판 상측에서 하향 분사하여 증착시킴으로써 증착 효율을 향상시킬 수 있고, 장치의 구성을 단순화시킬 수 있도록 하는 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치는 증착물질을 수용하도록 내부에 충전공간이 구비된 통형상의 도가니; 상기 도가니의 충전공간 내부로 상기 증착물질을 공급하도록 상기 도가니의 측부를 관통하여 설치되는 장입관; 상기 도가니 내부의 충전된 상기 증착물질을 가열하는 가열 수단; 및 상기 가열수단에 의해 상기 도가니 내부에서 기화된 상기 증착물질을 상기 도가니의 하부를 통해 하향 배출시키는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 도가니의 상기 충전공간 내부에 설치되며, 단면이 점차 축소되는 하부 단면 축소부가 상기 도가니의 하부를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 도가니는 탄소 또는 탄화규소를 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도가니는 외주면을 덮는 외벽을 더 포함하고, 상기 외벽은 내화 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열수단은 상기 도가니 자체의 전기 저항에 의해 열을 발생시키도록 전원을 공급하는 전원 공급기를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 가열수단은 상기 도가니 내부에 설치되며, 상기 도가니와 동일 재질로 이루어지는 그물망을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐의 단면이 "U"자 또는 "V"자 형상으로 이루어지고, 상기 노즐의 하부에 슬릿 또는 다수의 구멍 형태의 배출구가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도가니 내부에서 상기 노즐 높이는 상기 도가니의 상기 충전공간의 최대 높이의 1/2 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 장입관은 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하향식 선형 증발원을 이용한 박막 형성 장치는, 상기한 하향식 선원 증발원; 상기 하향식 선원 증발원의 상기 장입관에 의해 연결되는 증착물질 저장고; 및 상기 장입관에 구비되어 상기 증착물질 저장고로부터 상기 하향식 선원 증발원의 상기 도가니 내부 충전공간으로 공급되는 상기 증착물질의 공급량을 제어하는 게이트 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장입관 내부를 냉각시키기 위한 냉각 수단을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 냉각 수단은 상기 장입관 외주면을 감는 냉각 코일을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트 밸브를 통해 상기 장입관에 연결되어, 상기 도가니 내부 충전공간으로 불활성 가스를 공급하는 기체 공급관을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 따르면, 기화된 증착물질을 하향 분사하여 증착하는 하향식 증착이 이루어지도록 함으로써, 종래 상향식 증착과 비교하여 공정 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 따르면, 증발원에 증착물질을 분사하기 위한 노즐을 구비함과 아울러 도가니에 내화물질의 외벽을 형성하여 기판과 증발원의 거리를 줄임으로써, 증착 밀도 및 증착 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 따르면, 노즐의 대부분이 도가니 내부에 위치하기 때문에 노즐의 가열을 위한 별도의 가열 수단이 필요치 않아 설비의 크기를 작게 하고 공정 진행시 전력의 소모를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 하향식 선형 증발원 및 이를 이용한 박막 형성 장치에 따르면, 도가니를 탄소 및 탄화규소 재질로 형성하여 전원 공급기를 통해 공급된 전원에 의해 증착물질을 기화시키는데 필요한 열을 자체 발열하도록 함으로써 장치의 구성을 좀더 단순화시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하향식 선형 증발원의 정단면도이고, 도 2는 도 1의 하향식 선형 증발원의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 하향식 선형 증발원(10: 이하, "증발원"이라 함)은 도가니(11), 장입관(14), 가열 수단(18), 및 노즐(15)을 포함하여 구성된다.
먼저, 도가니(11)는 증착물질을 수용하도록 내부에 충전공간(C)이 구비되는 통형상으로 이루어진다.
본 실시예에서 도가니(11)는 수평 방향으로 길게 연장 형성되는 원통 형상으로 이루어지는 것을 예시한다. 그러나 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 내부에 충전공간(C)을 형성할 수 있는 한 다양한 종류의 다각통 형상으로 이루 어질 수 있음은 당연하다.
한편, 도가니(11)는 탄소 또는 탄화 규소 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이처럼 도가니(11)가 탄소 또는 탄화 규소 재질로 이루어짐에 따라 별도의 발열 부재를 사용하지 않고도 후술하는 가열 수단에 의해 전원이 공급되면 자체 전기 저항에 의해 증착물질을 가열하기 위한 열을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 도가니(11)는 외주면을 감싸는 외벽(12)을 더 포함하여 구성된다. 이 외벽(12)은 도가니의 외주면 상에 열전도성이 낮은 내화물질을 도포하거나 또는 내화물질을 둘러싸 형성한다.
이처럼, 도가니(11)에 내화물질로 이루어진 외벽(12)을 형성함으로써 증착물질을 기화시키기 위해 가열된 열이 외기에 의해 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 증착물질을 노즐(15)을 통해 기판으로 하향 분사시 도가니(11)로부터 기판으로 복사열이 전달되어 발생할 수 있는 기판의 열변형을 방지함과 아울러 노즐(15)과 기판 사이의 간격을 최소화시켜 불필요한 부분에 증착이 이루어지는 것을 방지할 수 있도록 한다.
도가니(11)의 측부에는 상기한 원통형의 길이 방향을 따라 다수의 장입공(13)이 관통 형성된다.
이처럼, 도가니(11)의 길이 방향을 따라 다수의 장입공(13)을 형성함으로써, 충전공간(C) 내부로 충전물질들이 균일하게 공급할 수 있도록 한다.
그리고, 각각의 장입공(13)에는 도가니(11)의 충전공간(C) 내부로 증착물질을 공급하기 위한 통로 역할을 하는 장입관(14)이 끼워져 고정된다. 여기서, 장입관(14)은 열전도율이 낮은 물질 즉, 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
가열 수단(18)은 도가니 내부의 충전된 상기 증착물질을 가열하도록 구성된다. 본 실시예에서 가열 수단(18)은 탄소 및 탄화규소 재질로 이루어진 도가니(11)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급기만으로 구성되는 것을 예시한다.
이처럼, 도가니(11)가 전기 저항성이 높은 탄소 또는 탄화 규소 재질로 이루어지기 때문에 별도의 발열 부재를 사용하지 않고 전원 공급기를 통해 공급되는 전원에 의해 자체적으로 전기 저항 가열 방식으로 열을 발생시켜 도가니(11) 내부에 충진된 증착물질을 기화시킬 수 있게 된다.
또한, 도가니(11)의 내부면 상에 설치되며, 상기 도가니(11)와 동일 탄소 및 탄화 규소 재질로 이루어지는 그물망(19)을 더 포함할 수 있다.
그물망(19)은 전원 공급기를 통해 공급된 전원에 도가내(11) 내부에 충전된 증착물질을 좀더 효과적으로 가열할 수 있도록 한다.
그리고, 노즐(15)은 상기한 가열수단(18)에 의해 상기 도가니(11) 내부에서 기화된 증착물질을 도가니(11)의 하부를 통해 기판 상측에서 하향 분사하도록 구성된다.
본 실시예에서 노즐(15)은 상기 도가니(11)의 충전공간(C) 내부에 설치되며, 단면이 점차 축소되는 하부 단면 축소부(16)가 도가니(11)의 하부를 관통하여 설치되는 것을 예시한다.
여기서, 노즐(15)의 단면은 하부로 갈수록 단면적이 작아지는 "U" 또는 "V" 자 형상으로 이루어질 수 있고, 그 하부 단면 축소부(16)에는 기화된 증착물질을 분사하기 위한 배출구(17)가 형성된다.
상기한 배출구(17)는 길이 방향을 따라 길게 형성되는 슬롯 또는 다수의 구멍 형태의 형성될 수 있다.
또한, 노즐(15)은 도가니(11) 내부에서 노즐(15) 높이(h)는 도가니(11)의 충전공간의 최대 높이(H) 즉, 수직 방향 직경의 1/2 이상인 것이 바람직하다.
이하, 상기한 하향식 선원 증발원(10)을 이용한 박막 형성 장치(100)를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하향식 선형 증발원을 이용한 박막 형성장치를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 하향식 선원 증발원을 이용한 박막 형성 장치(100; 이하, "박막 형성 장치"라 함)는 상기한 증발원(10), 증착물질 저장고(20), 게이트 밸브(30), 냉각수단(40) 및 기체 공급관(50)으로 이루어진다.
상기한 증발원(10)은 에너지 효율을 높이기 위해서 도가니(11)의 크기를 작게 하고 증착물질이 당장의 증착에 필요한 만큼만 도가니에 담겨 있고 여분의 증착물질의 양을 최소화할 필요가 있다.
증착물질 저장고(20)는 증발원의 장입관(14)을 통해 서로 연결되게 연속적으로 증착물질을 도가니(11) 내부의 충전공간(C)로 공급하도록 형성된다.
게이트 밸브(30)는 증착물질 저장고(20)를 연결하는 장입관(14) 상에 설치되어 증착물질 저장고(20)로부터 도가니(11)로 공급되는 증착물질의 량을 제어하도록 한다.
따라서, 게이트 밸브(30)는 도가니(11)의 내부의 분위기를 깨지 않으면서 필요한 량의 증착물질을 수시로 도가니(11)에 공급할 수 있도록 하여 증발원을 통해 연속적인 증착 공정이 이루어질 수 있도록 한다.
도 3에서는 도가니(11) 내부의 분위기를 조성하기 위한 장치를 도시하지 않았지만, 증착물질이 도가니(11) 내부로 장입되는 순간에는 증착물질 저장고(20) 내부의 분위기가 도가니(11) 내부의 분위기와 같거나 유사하게 유지되어 있도록 하는 것이 바람직하다.
냉각 수단(40)은 장입관(14)을 냉각시키도록 설치되어, 장입관(14)을 통해 도가니(11)로부터 게이트 밸브(30) 및 증착물질 저장고(20)으로 열이 전달되는 것을 방지함과 아울러 증착물질의 용융 및 변형 등에 의해 장입관(14) 내부의 장입 통로가 막히거나 게이트 밸브(30)가 고장 나는 것을 방지할 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예에서 냉각 수단(40)은 장입관(14) 외부에 감싸는 냉각 코일(41)인 것을 예시한다.
또한, 기체 공급관(50)은 게이트 밸브(30)를 통해 장입관(14)에 연결되어, 장입관(14) 내부로 불활성 가스를 공급하도록 한다.
상기한 냉각 수단(40)에 의해 장입관(14)이 냉각된 상태에서 도가니(11)에서 기화된 증착물질이 유입되면 장입관(14) 내부에 증착되어 장입 통로를 막게 된다. 따라서, 기체 공급관(50)을 통해 불활성 기체 등을 불어 넣어 도가니(11)에서 기화된 증착물질이 장입관(14) 내부로 유입되는 것을 방지하여 장입관 내부가 막히 는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 기체 공급관(50)을 통해 유입되는 불활성 기체의 압력을 조절하여 도가니(11) 내부의 압력이 외부의 압력보다 높게 유지되도록 하여 노즐(15)을 통해 분사되는 증착물질의 양을 조절하도록 한다.
한편, 전술한 그물망(19)은 증착물질 뿐만 아니라 기체 공급관(50)을 통해 유입되는 불활성 기체를 신속하게 가열하여, 도가니 내부의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 하향식 선형 증발원을 이용한 박막 형성 장치(100)는 하부에 위치한 기판에 대해 하향식으로 기화된 증착물질을 배출하여 기판면 상에 연속적으로 증착할 수 있도록 한다. 또한, 박막 형성 장치의 설비를 작고 간단하게 구성할 수 있고, 증착 과정에서 소비되는 에너지를 줄여 공정 비용을 절감할 수 있도록 한다.
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 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하향식 선형 증발원의 정단면도이다.
도 2는 도 1의 하향식 선형 증발원의 측면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하향식 선형 증발원을 이용한 박막 형성 장치를 도시한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 증발원 11: 도가니
12: 외벽 13: 장입공
14: 장입관 15: 노즐
16: 하부 단면 축소부 17: 배출구
18: 가열 수단(전원 공급기) 20: 증착물질 저장고
30: 게이트 밸브 40: 냉각수단
41: 냉각 코일 50: 가스 공급관

Claims (12)

  1. 증착물질을 수용하도록 내부에 충전공간이 구비된 통형상의 도가니;
    상기 도가니의 충전공간 내부로 상기 증착물질을 공급하도록 상기 도가니의 측부를 관통하여 설치되는 장입관;
    상기 도가니 내부의 충전된 상기 증착물질을 가열하는 가열 수단; 및
    상기 가열수단에 의해 상기 도가니 내부에서 기화된 상기 증착물질을 상기 도가니의 하부를 통해 하향 배출시키는 노즐을 포함하고,
    상기 노즐은,
    상기 도가니의 상기 충전공간 내부에 설치되며, 단면이 점차 축소되는 하부단면 축소부가 상기 도가니의 하부를 관통하여 설치되는 하향식 선원 증발원.
  2. 제1항에서,
    상기 도가니는,
    탄소 또는 탄화규소를 재질로 이루어지는 하향식 선원 증발원.
  3. 제2항에서,
    상기 도가니는 외주면을 덮는 외벽을 더 포함하고,
    상기 외벽은 내화 물질로 이루어지는 하향식 선원 증발원.
  4. 제2항에서,
    상기 가열수단은,
    상기 도가니 자체의 전기 저항에 의해 열을 발생시키도록 전원을 공급하는 전원 공급기를 포함하는 하향식 선원 증발원.
  5. 제2항에서,
    상기 가열수단은,
    상기 도가니 내부에 설치되며, 상기 도가니와 동일 재질로 이루어지는 그물망을 더 포함하는 하향식 선원 증발원.
  6. 제1항에서,
    상기 노즐의 단면이 "U"자 또는 "V"자 형상으로 이루어지고,
    상기 노즐의 하부 단면 축소부 하단에는 슬릿 또는 다수의 구멍 형태의 배출구가 구비되는 하향식 선원 증발원.
  7. 제1항에서,
    상기 도가니 내부에서 상기 노즐 높이는 상기 도가니의 상기 충전공간의 최대 높이의 1/2 이상인 것을 포함하는 하향식 선원 증발원.
  8. 제1항에서,
    상기 장입관은 세라믹 재질로 이루어지는 하향식 선원 증발원.
  9. 제1항의 상기 하향식 선원 증발원;
    상기 하향식 선원 증발원의 상기 장입관에 의해 연결되는 증착물질 저장고; 및
    상기 장입관에 구비되어, 상기 증착물질 저장고로부터 상기 하향식 선원 증발원의 상기 도가니 내부 충전공간으로 공급되는 상기 증착물질의 공급량을 제어하는 게이트 밸브를 포함하는 하향식 선원 증발원을 이용한 박막 형성 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 장입관 내부를 냉각시키기 위한 냉각 수단을 더 포함하는 하향식 선원 증 발원을 이용한 박막 형성 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 냉각 수단은,
    상기 장입관 외주면을 감는 냉각 코일을 포함하는 하향식 선원 증발원을 이용한 박막 형성 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 게이트 밸브를 통해 상기 장입관에 연결되어,
    상기 장입관 내부로 불활성 가스를 공급하는 기체 공급관을 더 포함하는 하향식 선원 증발원을 이용한 박막 형성 장치.
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