KR101117432B1 - 선형 증착원 - Google Patents

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스콧 웨인 프리디
제이콥 에이. 달스트롬
리치 브레스나한
데이비드 윌리암 고트홀드
존 패트린
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Abstract

증착원은 증착 물질을 각각 포함하는 복수의 도가니를 포함한다. 차열부는 복수의 도가니 중 적어도 하나에 대하여 적어도 부분적인 열적 분리를 제공한다. 복수의 전도 채널을 구비하는 본체가 포함된다. 복수의 전도 채널의 각각의 입력은 복수의 도가니의 각각의 출력에 연결된다. 가열기는 복수의 도가니의 온도를 증가시켜 각 도가니가 증착 물질을 복수의 전도 채널 내로 증발시키게 한다. 복수의 노즐의 각각의 입력은 복수의 전도 채널 중 하나의 출력에 연결된다. 증발된 증착 물질들은, 도가니들로부터 전도 채널들을 통해 노즐들로 전달되고, 이러한 노즐들로부터 방출되어 증착 유속을 형성하게 된다.
Figure R1020090126193
선형 증착원, 도가니, 전도 채널, 증착 유속, 차열부, 도가니 가열기

Description

선형 증착원{LINEAR DEPOSITION SOURCE}
본 발명은 일반적으로 기판 상에 증착하기 위한 기상 증착 물질의 유속을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 각 부분의 명칭들은 조직적인 구성을 나타내기 위한 것일 뿐이며 어떠한 방식으로든 본 명세서에서 설명하는 대상을 한정하는 것으로서 해석해서는 안된다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "Deposition Sources, Systems, and Related Methods for Co-Depositing Copper, Indium, and Gallium"이라는 명칭으로 2009년 2월 27일자로 출원한 미국 가출원번호 제61/156,348호 및 "Deposition Sources, Systems, and Related Methods for Co-Depositing Copper, Indium, and Gallium"이라는 명칭으로 2008년 12월 18일자로 출원한 미국 가출원번호 제61/138,932호 둘 다에 대한 우선권을 주장한다. 미국 가출원번호 제61/156,348호 및 미국 가출원번호 제61/138,932호의 전체 명세는 본 명세서에서 참고로 원용된다.
많은 유형의 기판 물질들의 유연성있는 웹 기판 및 단단한 패널 기판을 처리하는 데 대형 기판 증착 시스템들을 수 년동안 사용해 왔다. 알려져 있는 많은 시 스템들은 플라스틱 웹 기판 및 단단한 패널 유리 기판을 처리하도록 설계된다. 웹 기판 또는 단단한 패널은 선형 증착원 바로 위로 전달된다. 웹 기판 또는 단단한 패널 기판 상에 물질을 증착하는 데 적합한 것으로 알려져 있는 선형 증착원은, 증착원 물질을 포함하도록 통상적으로 내화성 물질로 형성되는 보트(boat)형 도가니를 포함한다. 도가니는 기상 배출관(vapor outlet tube)의 내부에 배치된다. 기상 배출관은 기상화 공간 및 기체를 분포시키기 위한 공간으로서 동시에 기능한다. 하나 이상의 기상 배출관들은 증착원을 따라 선형으로 배치된다.
본 발명은 기판 상에 증착하기 위한 기상 증착 물질의 유속을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 증착원은: a) 증착 물질을 포함하기 위한 복수의 도가니와, b) 복수의 전도 채널을 포함하되, 상기 복수의 전도 채널의 각각의 입력은 상기 복수의 도가니의 각각의 출력에 연결되는, 본체와, c) 상기 복수의 도가니 및 상기 복수의 전도 채널과 열이 통할 수 있도록 배치되며, 상기 복수의 도가니의 각각이 상기 증착 물질을 상기 복수의 전도 채널 내로 증발시키도록 상기 복수의 도가니의 온도를 증가시키는 가열기와, d) 상기 복수의 도가니 중 적어도 하나에 대하여 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하는 차열부(heat shield)와, e) 복수의 노즐 - 상기 복수의 노즐의 각각의 입력은 상기 복수의 전도 채널 중 하나의 출력에 연결되고, 증발된 증착 물질들은 상기 복수의 도가니로부터 상기 복수의 전도 채널을 통해 상기 복수의 노즐로 전달되고, 상기 증발된 증착 물질은 상기 복수의 노즐로부터 방출되어 증착 유속(deposition flux)을 형성하게 됨 - 을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 증착 유속을 생성하는 방법은: a) 증착 물질을 각각 포함하는 복수의 도가니를 가열하여 상기 복수의 도가니의 각각은 본체에서 복수의 전도 채널 중 하나를 통해 전달되는 증착 물질을 증발시키는 단계와, b) 상기 복수의 전도 채널의 각각으로부터 상기 복수의 노즐 중 하나로 상기 증발된 증 착 물질을 전달하고, 이에 따라 증착 유속을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면 웹 기판, 단단한 패널 기판, 또는 다른 유형의 길게 연장된 워크피스 상에 증착하기 위한 기상 증착 물질의 유속(flux)을 생성하는 데 적합한 선형 증착원을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 반도체 기판과 같은 종래의 복수의 기판을 지지하는 기판 홀더 상에 물질을 증착하도록 기상 증착 물질의 유속을 생성하는 데 적합한 선형 증착원을 제공할 수 있다.
바람직하고 예시적인 실시예들 및 이들의 추가 이점에 따르는 본 발명은, 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명에서 더 구체적으로 설명한다. 당업자라면, 후술하는 도면이 단지 예시용이라는 점을 이해할 것이다. 도면은 반드시 일정한 비율로 되어 있지는 않으며, 대신에 본 발명의 원리를 예시하는 데 중점을 두고 있다. 도면은 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하려는 것이 아니다.
본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"라는 것은, 그 실시예와 관련하여 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 부분에 기재되어 있는 "일 실시예에서"라는 구 모두는 반드시 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 발명의 방법들의 개별적인 단계들은 본 발명을 실시할 수 있다면 임의의 순서로 및/또는 동시에 수행되어도 된다는 점을 이해하기 바란다. 또한, 본 발명 의 장치 및 방법은 본 발명을 실시할 수 있다면 설명하는 실시예들 중 임의의 개수 또는 전부를 포함할 수 있다는 점을 이해하기 바란다.
이하, 첨부 도면에 도시한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 다양한 실시예 및 예와 함께 본 발명을 설명하지만, 이는 본 발명을 이러한 실시예들로 한정하려는 것이 아니다. 오히려, 본 발명은 당업자가 인식하듯이 다양한 대체, 수정, 및 균등을 포함한다. 당업자라면, 다른 사용 영역뿐만 아니라 추가 구현예, 수정예, 및 실시예가 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 일반적으로 기판 상에 증착하기 위한 기상 증착 물질의 유속을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 양태는 웹 기판, 단단한 패널 기판, 또는 다른 유형의 길게 연장된 워크피스 상에 증착하기 위한 기상 증착 물질의 유속(flux)을 생성하는 데 적합한 선형 증착원에 관한 것이다. 본 발명의 다른 양태는 반도체 기판과 같은 종래의 복수의 기판을 지지하는 기판 홀더 상에 물질을 증착하도록 기상 증착 물질의 유속을 생성하는 데 적합한 선형 증착원에 관한 것이다.
본 발명의 많은 실시예들에서, 이러한 장치 및 방법은 증발(evaporation)에 의한 증착에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 "증발"이라는 용어는, 증착 물질을 기체로 변환하는 것을 의미하며, 해당 분야에서 증발, 기화, 승화와 같은 여러 용어들의 일반적인 사용을 포함한다. 기체로 변환되는 증착 물질은 임의의 물질 상태에 있을 수 있다. 많은 실시예들에서, 본 발명의 장치 및 방법은, 두 개 이상의 서로 다른 물질을 웹 기판이나 단단한 패널 기판과 같은 기판 상에 동시 증발(co-evaporation)시키는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 장치 및 방법은 하나의 물질을 웹 기판이나 단단한 패턴 기판과 같은 기판 상에 증발시키는 데 사용된다.
본 발명의 일 적용예는 구리, 인듐, 갈륨을 웹 기판이나 단단한 패널 기판 상에 동시 증착하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 인듐의 일부 또는 전부를 갈륨으로 대체한 구리 인듐 디셀레나이드의 화합물(CIS 화합물)은 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 화합물(CIGS 화합물)로 알려져 있다. CIGS 화합물들은 일반적으로 광전지(photovoltaic cell)를 제조하는 데 사용된다. 특히, CIGS 화합물들은 일반적으로 박막 태양 전지에서 흡광층으로서 사용된다. 이러한 CIGS 화합물들은 전자기 스펙트럼의 가시광 영역에서 태양 방사선을 강력히 흡수할 수 있는 직접 밴드갭(direct band gap)을 갖는다. CIGS 광전지는, 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 및 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 다른 유형의 흡광층 화합물을 갖는 일반적으로 사용되는 광전지와 비교할 때, 고 변환 효율 및 양호한 안정성을 갖는 것으로 알려져 왔다.
CIGS 흡광층은 통상적으로 결정성이 양호한 p형 화합물 반도체 층이다. 양호한 결정성은 일반적으로 고 효율 광전 동작에 필요한 바람직한 전하 전달 특성을 얻는 데 요구된다. 실제로, CIGS 흡광층은 고 효율 광전 동작을 달성하기 위해 적어도 부분적으로 결정화되어야 한다. 결정화된 CIGS 화합물은, CIGS 화합물을 형성하는 데 사용되는 증착 온도에 따라 황동광(chalcopyrite)이나 섬아연광(sphalerite)으로서 특징지어질 수 있는 결정학적 구조를 갖는다.
CIGS 화합물은 다양한 기술들에 의해 형성될 수 있다. CIGS 화합물을 형성하기 위한 한 방법은 화학적 전구체를 이용한다. 화학적 전구체는 박막에 증착되고 이어서 후속하여 필요한 CIGS 층을 형성하도록 어닐링된다. CIGS 전구체 물질은 저온에서 증착되고, 그 결과 CIGS 박막은 비정질이거나 단지 약하게 결정화된다. 이어서, CIGS 박막은, 필요한 전하 전달 특성을 제공하기 위해 CIGS 화합물의 결정화를 개선하도록, 상승 온도에서 어닐링된다.
그러나, CIGS 박막의 부분적인 결정화를 야기하는 데 필요한 상승 온도에서는, 증착된 박막의 셀레늄이 다른 원소들보다 휘발성을 띈다. 결국, 결정화를 개선하고 필요한 조성과 화학량론(stoichiometry)을 갖춘 CIGS 화합물 제공하도록 전구체 층을 어닐링하는 동안 셀레늄을 종종 추가한다. CIGS 박막 화합물을 형성하는 이 방법은 비교적 시간 소모적이고 기상 단계에서 대량의 셀레늄을 필요로 하며, 이는 제조 비용에 추가된다.
CIGS 화합물을 형성하기 위한 다른 방법은 진공 증발을 이용한다. 동시 증발에 의해 제조되는 CIGS 광전지는, 전구체 물질을 이용하여 제조되는 CIGS 광전지와 비교할 때 고 광전 변환 효율을 갖는다. 이 방법에서, 구리, 인듐, 갈륨, 및 셀레늄은 기판 상에 동시 증발된다. 동시 증발은 박막 화학량론의 정밀한 제어를 가능하게 하며, 박막 흡광층의 조성 조절(compositional grading)을 가능하게 한다. 따라서, 동시 증발은 최적의 광전 성능을 얻기 위해 밴드갭을 정밀하게 맞추는 데 이용될 수 있다. 그러나, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 동시 증발은, 넓은 표면적에 걸쳐 물질을 균등하게 증발시키는 것이 어렵기 때문에, 산업상 어려울 수 있는 공정 기술이다.
본 발명의 일 양태는, 증착원, 시스템, 및 CIGS 광전지와 같은 수많은 유형의 디바이스의 제조를 위해 다수의 기상화된 소스 물질들을 효율적이며 제어가능하게 제공하도록 이러한 증착원과 시스템을 동작시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 양태는, 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스와 같은 많은 유형의 디바이스의 제조를 위해 하나의 기상화된 소스 물질을 효율적이며 제어가능하게 제공하도록, 증착원, 시스템, 및 이러한 증착원과 시스템을 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 당업자라면, CIGS 광전지 및 OLED 디바이스의 제조에 관련하여 본 발명의 일부 양태들을 설명하고 있지만, 본 발명은 증발된 물질을 이용하여 제조될 수 있는 다른 임의의 유형의 디바이스에도 적용된다는 점을 인식할 것이다.
도 1은, 선형 구성으로 복수의 전도 채널(104)에 연결되고 이어서 복수의 노즐(106)에 연결된 복수의 도가니(102)를 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원(100)을 도시하는 사시 단면도이다. 복수의 도가니(102)의 각각은 증발원 물질을 포함하며, 이들은 동일한 증발원 물질이거나 다른 증발원 물질이어도 된다. 복수의 전도 채널(104)의 각각의 입력은 복수의 도가니(102)의 각각의 출력에 연결된다. 많은 실시예들에서, 복수의 전도 채널(104)은, 증발된 물질들이 복수의 전도 채널(104)에서 전달되는 동안 증발된 물질들이 혼합되지 않도록 설계된다.
하우징(108)은 복수의 도가니(102)를 포함한다. 하우징(108)은 스테인레스 스틸 또는 유사 물질로 형성된다. 일부 실시예들에서, 유체 냉각 채널들이 하우징(108)을 따라 배치된다. 하우징(108)은 진공 챔버(도시하지 않음)에 하우 징(108)을 부착하는 밀봉 플랜지(110)도 포함한다. 선형 증착원(100)의 한 가지 특징은, 도가니들이 진공 챔버 밖에 있으며 이에 따라 쉽게 리필되고 서비스받을 수 있으며 이에 따라 이용가능성이 증가된다는 점이다. 복수의 전도 채널(104)과 복수의 노즐(106)을 포함하는 본체(112)는 하우징(108)의 밀봉 플랜지(110)를 지나 연장된다. 일부 실시예들에서, 유체 냉각 채널들은 본체(112)를 따라 배치된다.
도 1에 도시한 실시예에서, 증착원(100)은, 세 개의 전도 채널(104)의 입력이 세 개의 도가니(102)의 출력에 각각 연결되는 선형 구성으로 된 세 개의 도가니(102)를 포함한다. 노즐들(106)은 복수의 전도 채널(104)의 각각을 따라 복수의 위치에 배치된다. 그러나, 도 1은 단면도이기 때문에, 도 1에서는 중간의 전도 채널(104)과 노즐들(106)의 절반만이 도시되어 있다.
당업자라면, 수많은 형태의 도가니를 이용할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 예를 들어, 복수의 도가니 중 적어도 일부는 도 4와 관련하여 설명하는 바와 같이 하나의 도가니 내에 형성되는 적어도 다른 하나의 도가니를 포함할 수 있다. 복수의 도가니(102)는 특별한 제조 공정에 적합한 증발 물질을 포함한다. 많은 실시예들에서, 복수의 도가니(102)의 각각은 다른 증발 물질을 포함한다. 예를 들어, 세 개의 도가니의 각각은, CIGS 기반 광전 디바이스의 기능적 흡광층을 효율적으로 동시 증발시키기 위한 소스 물질을 제공하도록 구리, 인듐, 갈륨 중 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 복수의 도가니 중 적어도 두 개는 동일한 증착 물질을 포함한다. 예를 들어, 세 개의 도가니의 각각은 OLED 디바이스에 대한 컨택트를 증착하기 위한 하나의 물질계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 도가니 가열기(114)는 복수의 도가니(102)와 열이 통하도록 배치된다. 도가니 가열기들(114)은, 복수의 도가니(102)의 온도를 증가시켜 복수의 도가니(102)의 각각이 각자의 증착원 물질을 복수의 전도 채널(104) 내에 각각 증발시키도록 설계되고 배치된다. 일부 도가니 가열기들(114)은 증발원 물질을 매우 높은 온도로 가열하도록 요구된다. 이러한 도가니 가열기들은 흑연, 실리콘 탄화물, 내화성 물질, 또는 기타 용융점이 매우 높은 물질로 형성될 수 있다. 도가니 가열기들(114)은 하나의 가열기일 수 있으며, 또는 복수의 가열기일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 복수의 도가니 가열기의 각각은, 복수의 도가니 가열기의 각각이 복수의 도가니(102)의 각각과 열이 통할 수 있도록 개별적으로 제어 가능하다.
도가니 가열기들(114)은 임의의 유형의 가열기일 수 있다. 예를 들어, 도가니 가열기들(114)은 도 1에 도시한 바와 같이 저항성 가열기일 수 있다. 도 6a와 도 6b를 참조하여 저항성 가열기의 일 실시예를 더 상세히 설명한다. 도가니 가열기들(114)은 RF 유도 가열기 및/또는 적외선 가열기의 수많은 유형들 중 하나일 수 도 있다. 많은 실시예들에서, 모든 도가니 가열기들(114)은 동일한 유형의 가열기들일 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 도가니 가열기들(114) 중 두 개 이상은 서로 다른 증착 물질들을 증발시키도록 서로 다른 열적 특성을 갖는 서로 다른 유형의 가열기들이다.
도가니 가열기들(114) 또는 별도의 전도 채널 가열기들은, 복수의 전도 채널(104)의 각각의 온도가 특정 전도 채널을 관통하는 증착 물질들의 응축점보다 상 승하도록, 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 하나와 열이 통할 수 있도록 배치된다. 전도 채널 가열기들은 도 7a, 도 7b, 도 7c와 관련하여 설명한다. 당업자라면, 저항성 가열기, RF 유도 가열기, 및/또는 적외선 가열기와 같은 복수의 전도 채널(104)을 가열하는 데 많은 유형의 가열기들을 이용할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 전도 채널 가열기는 하나의 가열기일 수 있으며 또는 복수의 가열기일 수 있다. 하나보다 많은 유형의 가열기를 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 전도 채널 가열기는, 복수의 전도 채널(104) 중 하나에 비례하여 복수의 전도 채널(104) 중 다른 하나의 온도를 제어하는 능력을 갖는다.
도 2a는 증착 물질을 상방으로 증발시키도록 배치된 복수의 노즐(106)을 구비한 본 발명에 따른 선형 증착원(100)의 단면도를 도시한다. 본 발명의 선형 증착원의 한 가지 특징은, 복수의 노즐(105)이 복수의 도가니(102)에 대하여 어떠한 방위로도 배치될 수 있다는 점이다. 복수의 전도 채널(104)에 대한 가열기는, 복수의 노즐(106)의 방위에 상관없이 증발된 소스 물질이 응축되는 것을 방지하도록 설계된다.
도 2b는 증착 물질을 하방으로 증발시키도록 배치된 복수의 노즐(106)을 구비한 본 발명에 따른 선형 증착원(150)의 단면도를 도시한다. 도 2b의 선형 증착윈(150)은 도 2a와 관련하여 설명한 선형 증착원(100)과 유사하다. 그러나, 복수의 노즐(106)의 각 출구 애퍼처는 복수의 도가니(102)의 방향으로 볼 때 하방으로향하도록 배치된다.
도 2c는 수직 방향으로 배치된 복수의 노즐(106)을 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원(152)의 단면도를 도시한다. 선형 증착원(152)은, 선형 증착원(152)이 밀봉 플랜지(110)로부터의 법선 방향에 관하여 본체(112')의 방위를 변경하는 경사진 커플링(154)을 포함한다는 점을 제외하고 도 2a와 관련하여 설명한 선형 증착원(100)과 유사하다. 당업자라면, 경사진 커플링(154)이 밀봉 플랜지(110)의 법선 방향에 관하여 본체(112')를 임의의 각도로 배치할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 선형 증착원의 한 가지 특징은, 복수의 노즐(106)을 포함하는 본체(112')가 복수의 도가니(102)를 포함하는 하우징(108)에 관하여 임의의 방위로 배치될 수 있다는 점이다. 복수의 전도 채널(104)에 대한 가열기(도 1)는, 본체(112')의 방위에 상관없이 증발된 소스 물질이 응축되는 것을 방지하도록 설계된다.
도 2d는 수직 방향으로 배치된 복수의 노즐(106)을 구비하는 본체(112")를 포함하는 본 발명에 따른 다른 선형 증착원(156)의 단면도를 도시한다. 선형 증착원(156)은, 선형 증착원(156)이 밀봉 플랜지(110)로부터의 법선 방향에 관하여 본체(112")의 방위를 변경하는 T형 커플링(158)을 포함한다는 점을 제외하고 도 2c와 관련하여 설명한 선형 증착원(152)과 유사하다. 도 2d에 도시한 일 실시예에서, 본체(112")는 T형 커플링(158)의 양측 상에서 수직 방향으로 연장된다.
도 3은 선형 구성으로 복수의 전도 채널(204)에 연결되고 이어서 복수의 노즐(206)에 연결된 하나의 도가니(202)를 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원(200)의 사시 단면도를 도시한다. 선형 증착원(200)은 도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 선형 증착원(100)과 유사하다. 그러나, 선형 증착원(200)은 하나의 도가 니(202)만을 포함한다. 하나의 도가니(202)는 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이 하우징(208) 내에 배치된다.
하나의 도가니(202)는 하나의 유형의 증착 물질을 위해 설계되는 하나의 구획부를 구비할 수 있다. 복수의 전도 채널(204)에 연결되는 이러한 하나의 도가니는 비교적 높은 증착 유속 처리량을 갖는다. 다른 방안으로, 하나의 도가니(202)는 도가니(202)의 섹션들을 부분적으로 분리하는 복수의 구획부를 구비할 수 있으며, 여기서 부분적으로 분리되는 섹션들의 각각은 복수의 증착 물질 중 하나를 배치하기 위한 치수를 갖는다. 복수의 증착원 물질은 동일한 물질이거나 다른 물질일 수 있다. 하나의 도가니(202)가 부분적으로 분리된 섹션들을 포함하는 실시예들에서, 복수의 전도 채널(204)의 각각의 입력은 부분적으로 분리된 섹션들 중 하나에 가깝게 배치된다.
가열기(212)는 하나의 도가니(202)와 열이 통할 수 있도록 배치된다. 가열기(212)는 도가니(202)가 적어도 하나의 증착 물질을 복수의 전도 채널(204) 내로 증발시키도록 도가니의 온도를 증가시킨다. 가열기(212) 또는 제2 가열기는, 복수의 전도 채널(204)의 온도를 증가시켜 증발된 증착원 물질들이 응축되지 않도록 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 하나와 열이 통할 수 있도록 배치된다. 일부 가열기들(212)은 복수의 전도 채널(204) 중 하나에 비례하여 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 다른 하나의 온도를 증가시킬 수 있다.
차열부(heat shield; 214)는 도가니(202)와 복수의 전도 채널(204)의 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하도록 도가니(202)와 복수의 전도 채널(204)에 가깝게 배치된다. 일부 실시예들에서, 차열부(214)는 도가니(202)의 하나의 부분에 비례하여 도가니(202)의 다른 하나의 부분의 온도를 제어하도록 설계되고 배치된다. 또한, 일부 실시예들에서, 차열부(214)는, 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 하나에 대하여 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 다른 하나의 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하여 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 두 개에서 서로 다른 온도들을 유지할 수 있도록 설계되고 배치된다. 본 실시예에서, 복수의 전도 채널(204) 중 적어도 두 개는 서로 다른 열적 특성들을 갖는 차열 물질을 이용하여 차열될 수 있다.
복수의 노즐(206)은 복수의 전도 채널(204)에 연결된다. 증발된 증착 물질들은 하나의 도가니(202)로부터 복수의 전도 채널(204)을 거쳐 증착 유속을 형성하도록 방출되는 복수의 노즐(206)로 전달된다.
본 발명의 선형 증착원들은 웹 기판 및 단단한 패널 기판과 같이 넓은 워크피스 상에 하나 이상의 서로 다른 증착 물질들을 증발시키는 데 적합하다. 이러한 증착원들의 선형 형상에 의하면, 이 선형 증착원들은, 비교적 넓은 영역에 걸쳐 기상화된 물질을 효율적이며 충분히 제어가능하게 제공할 수 있기 때문에, 광전지용으로 사용되는 웹 기판 및 단단한 패널 기판과 같이 넓고 큰 워크피스를 처리하는 데 적합하다.
본 발명의 선형 증착원의 한 가지 특징은 선형 증착원이 비교적 컴팩트하다는 점이다. 본 발명의 선형 증착원의 다른 하나의 특징은, 복수의 증착원의 각각에 대하여 그리고 복수의 전도 채널의 각각에 대하여 공통 가열기들과 공통 차폐 물질들을 사용한다는 점이며, 이는 크기, 장비 비용, 및 운용 비용과 같이 많은 장비 성능 계량(metric)을 개선한다.
도 4는 두 가지 유형의 물질로 형성되는 본 발명의 선형 증착원에 대한 도가니(300)의 사시 단면도를 도시한다. 도가니(300)는 하나의 도가니 내에 배치되는 적어도 다른 하나의 도가니를 포함한다. 도 2에 도시한 실시예에서, 도가니(300)는 외측 도가니(304) 내에 내포되는 내측 도가니(302)를 포함한다. 이러한 도가니 설계에서, 두 가지 유형의 물질은 도가니의 성능을 개선하기 위해 증착 물질을 포함하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 도가니는 적어도 두 개의 다른 도가니 내에 내포된다.
예를 들어, 일 실시예에서, 복수의 도가니(102)(도 1) 또는 도가니(202)(도 3) 중 하나 이상은 열분해성(pyrolytic) 보론 질화물로 형성되는 내측 도가니(302) 및 흑연으로 형성되는 외측 도가니(304)로 구축된다. 본 실시예에서, 열분해성 보론 질화물로 형성되는 내측 도가니(302)는 증착원 물질을 포함한다. 열분해성 보론 질화물은 비다공성(non-porous)이며 비활성이 높고 매우 순수한 물질이다. 또한, 열분해성 보론 질화물은 매우 높은 용융점, 양호한 열 전도성, 및 뛰어난 열 충격 특성들을 갖는다. 이러한 특성들에 의해 열분해성 보론 질화물은 대부분의 증착원 물질들을 직접 포함하는 데 매우 적합하다. 그러나, 열분해성 보론 질화물은 특히 부서지기 쉬우며 이에 따라 쉽게 손상된다. 외측 도가니(304)는 보다 내구성이 있지만 여전히 고온에서 동작할 수 있는 흑연과 같은 물질로 형성된다. 보다 내구성이 있는 물질은 열분해성 보론 질화물을 손상으로부터 보호한다. 다른 일 실시예에서, 내측 도가니는 석영으로 형성되고 외측 도가니는 알루미나로 형성된다. 석영으로 된 내측 도가니와 알루미나로 된 외측 도가니의 조합은 비교적 비용이 비싸지 않다.
도 5는 하우징(108)의 세 개의 도가니(102)에 연결된 세 개의 전도 채널(104)을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원(100)의 일부의 사시 평면도를 도시한다. 세 개의 전도 채널(104)의 각각의 입력(118)은 세 개의 도가니(102)의 각각의 출력에 연결된다. 세 개의 전도 채널(104)은, 증발된 물질들이 복수의 전도 채널(104)을 통해 전달되는 동안 세 개의 도가니(102) 중 임의의 도가니로부터 이러한 증발된 물질들의 상당한 혼합이 존재하지 않도록 설계된다. 많은 증착 공정에서는, 증착 물질이 처리되고 있는 기판의 표면에 도달하기 전에 두 개 이상의 증착 물질들의 반응이 발생하는 것을 방치하기 위해 증착 물질들의 혼합을 실질적으로 방지하는 것이 중요하다.
도 6a는 도가니(102)(도 1)가 배치되는 도가니 가열기(400)의 내측과 세 개의 측면을 나타내는 본 발명의 선형 증착원에 대한 저항성 도가니 가열기(400)의 일부의 사시도이다. 다양한 실시예에서, 도가니 가열기(400)는 하우징(108)(도 1)에 고정될 수 있거나 하우징(108)에 착탈가능하게 부착될 수 있다. 도가니 가열기(400)는 도가니(102)를 둘러싸는 바닥과 측면들 상에 복수의 저항성 가열 소자(402)를 포함한다. 도 6a에 도시한 실시예에서, 저항성 가열 소자들(402)은 흑연 물질로 형성된 선형 스트립들인 서로 이격된 복수의 흑연 버스 바(graphite bus bars, 402)이다. 지지 로드들(support rod, 404)은 흑연 버스 바들(402)을 서로 구조적으로 연결하고 또한 이러한 흑연 버스 바들(402)을 전기적으로 절연한다. 저항성 가열 소자들(402)은 가열 소자들(402)의 대향 단부들 간에 배치된 꾸불꾸불한(serpentine) 흑연 스트링들을 포함할 수 있다. 배선들은 선형 증착원(100)의 하우징(108)을 통해 공급되어 흑연 버스 바들(402)을 전원(도시하지 않음)에 연결한다. 흑연 버스 바들(402)은 배선들을 단단하게 부착하기 위한 나사(406)를 포함한다.
도 6b는 복수의 도가니(102)(도 1)의 각각을 가열하기 위한 복수의 도가니 가열기(400) 중 하나의 외측의 사시도이다. 도 6b에 도시한 사시도는, 도가니 가열기(400)의 모든 네 개의 측면을 나타낸다는 점을 제외하고 도 6a에 도시한 사시도와 유사하다.
도 7a는 복수의 전도 채널(104; 도 1)을 가열하기 위한 전도 채널 가열기들을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원(100)의 측면도이다. 도 7b는 전도 채널 가열기들을 포함하는 로드들(130)의 사시도이다. 도 7c는 로드들(130)의 단부를 본체(112)에 연결하는 커플링(132)을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원(100)의 본체(112)의 사시도이다.
도 1, 도 7a, 도 7b, 도 7c를 참조해 보면, 로드들(130)은 전도 채널들(104)의 길이를 따라 본체(112)의 길이 방향으로 전도 채널들(104)에 가깝게 배치된다. 로드들(130)은 흑연, 실리콘 탄화물, 내화성 물질, 또는 용융점이 매우 높은 다른 물질과 같은 고온 저항성 물질의 임의의 유형으로 형성될 수 있다. 로드들(130)은, 로드들(130)을 관통하여 로드들(130)의 온도를 증가시키는 전류를 생성하는 전 원(도시하지 않음)의 출력에 전기적으로 연결된다. 로드들(130)은 정상 동작 동안 로드들(130)의 열 팽창을 허용하도록 충분한 움직임을 제공하는 스프링 또는 배선을 이용하여 전원의 출력에 전기적으로 연결될 수 있다. 전원으로부터의 전류에 의해 로드들(130)에서 발생하는 열은, 전도 채널들(104) 내로 방사되고, 이에 따라 전도 채널들(104)의 온도를 상승시켜 복수의 전도 채널(104)을 통해 전달되는 증발된 증착 물질이 응축되지 않게 한다.
또한, 도 7a는 로드들(130)의 세그먼트들을 서로 부착하는 복수의 커플링(132)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 본체(112)의 길이는 로드들(130)의 다수의 세그먼트들을 서로 결합하는 것이 보다 비용 효율적이고 신뢰성있으며 제조가 쉽도록 길다. 당업자라면, 로드들(130)의 다수의 세그먼트들을 서로 결합하는 데 이용될 수 있는 많은 유형의 커플링이 존재한다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 나사산 커플링을 이용하여 두 개의 로드 세그먼트를 서로 결합할 수 있다. 커플링(132)은 로드들(130)의 전체 길이에 걸쳐 저항이 비교적 일정한 연속적인 전기적 연결을 제공한다.
도 8은 확장 링크(502)를 포함하는 본체(112)(도 1)의 프레임(500)을 도시한다. 도 1, 도 7a, 및 도 8을 참조해 보면, 복수의 전도 채널(104)은 확장 링크(502)를 보기 위해 본체(112)의 프레임(500) 내의 공간으로부터 제거된다. 확장 링크(502)는 정상 동작 동안 본체(112)가 상당한 열 팽창과 수축을 경험하기 때문에 가끔씩 사용된다. 복수의 전도 채널(104)과 로드들(130)의 열 팽창 계수는 본체(112)의 프레임(500)과 다른 부품들의 열 팽창 계수와 매우 다를 수 있다. 또 한, 본체에서 프레임(500) 및 로드들(130)과 복수의 전도 채널(104)과 같은 다른 부품들 간에 상당한 온도차가 있을 수 있다. 결국, 로드들(130)과 복수의 전도 채널(104)과 같은 본체(112)의 다른 부품들에 비하여 자유롭게 프레임(500)을 확장하고 수축하는 것이 바람직하다.
도 8에 도시한 확장 링크(500)는 프레임(500)에서 사용될 수 있는 많은 유형의 확장 링크들 중 하나이다. 도 8에 도시한 실시예에서, 확장 링크(500)는 핀 또는 다른 유형의 파스너를 이용하여 프레임(500)의 두 개의 섹션에 부착된다. 확장 링크(502)가 확장하면, 링크 부분(506)이 확장되고, 이에 따라 프레임(500)보다 빠르게 확장되는 본체(112) 내의 부품들을 위한 공간이 프레임(500)에 생성된다. 다른 방안으로, 본체(112)의 부품들이 프레임(500)보다 빠르게 수축하면, 링크 부분(506)이 접혀지고, 이에 따라 프레임(500) 내의 공간이 저감되어 수축하는 본체(112)의 공간과 일치하게 된다.
도 9a는 본 발명에 따른 선형 증착원의 복수의 도가니(102)(도 1)와 복수의 전도 채널(104)에 대한 차열부(600)의 사시 단면도이다. 도 9b는 도 9a에 도시한 차열부(600)의 전체 사시도이다. 당업자라면, 차열부(600)가 많은 유형의 차열 물질 중 임의의 하나로 형성될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 차열부(600)는 탄소 섬유 탄소 합성 물질로 형성된다.
도 1, 도 9a, 도 9b를 참조해 보면, 차열부(600)의 제1 섹션(602)은 복수의 도가니(102)의 각각의 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하기 위해 복수의 도가니(102)의 각각에 가깝게 배치된다. 차열부(600)의 제1 섹션(602)은 필요하다면 처리 동안 상당히 다른 도가니 온도들을 유지할 수 있도록 개별적인 도가니들(102)을 분리한다. 상당히 다른 도가니 온도를 유지하는 것은, 복수의 도가니(102)의 각각이 특정한 증착 물질에 대하여 자신의 최적의 온도로 가열될 수 있기 때문에, 일부 증착 공정에서 중요하다. 도가니들(102)을 특정한 증착 물질에 대한 이들의 최적의 온도로 가열함으로써, 증착 물질의 분열(split)과 같은 가열의 악영향을 저감시킨다. 또한, 도가니들(102)을 특정한 증착 물질에 대한 이들의 최적의 온도로 가열함으로써, 증착원의 동작 비용을 상당히 저감시킬 수 있다.
다른 다양한 실시예들에서, 차열부(600)의 제1 섹션(602)은, 각각이 복수의 도가니(102)의 각각을 둘러싸는 복수의 별도 차열부(600)를 포함할 수 있다. 복수의 별도 차열부의 각각은 동일한 차열부 또는 다른 차열부일 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 온도의 증착원 물질들을 가열하는 데 사용되는 도가니들은 서로 다른 열적 특성들을 갖는 서로 다른 차열 물질들 또는 보다 두꺼운 차열 물질들로 형성될 수 있다.
차열부(600)의 제2 섹션(604)은 복수의 도가니(102)로부터 복수의 전도 채널(104)의 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하기 위해 복수의 전도 채널(104)에 가깝게 배치된다. 복수의 전도 채널(104)의 각각은 별도의 차열부에 의해 차폐될 수 있고 또는 하나의 차열부를 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차열부(600)의 제2 섹션(604)은 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 하나의 전도 채널에 비하여 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 다른 하나의 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하기 위해 배치된다. 다시 말하면, 차열부(600)의 제2 섹션(604)의 설계와 배치 는, 복수의 전도 채널 중 적어도 하나에 비하여 복수의 전도 채널 중 적어도 다른 하나에서의 다른 동작 온도를 허용하도록 선택될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 두 개는 열적 특성들이 서로 다른 차열 물질을 이용하여 차폐될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 두 개는 서로 다른 차열 물질들, 서로 다른 차열 두께, 및/또는 특정한 전도 채널들에 대한 차열 물질의 서로 다른 근접 정도에 의해 차폐될 수 있다.
차열부(600)는 정상 동작 동안 매우 높은 온도에 노출된다. 본 발명에 따른 일부 차열부들은, 적어도 하나의 면이 저 방사율 물질로 형성되거나 열적 방사의 방출을 저감시키는 저 방사율 코팅을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 차열부(600)의 내면 또는 외면은 저 방사율 코팅 또는 열 전달을 저감시킨 다른 임의의 유형의 코팅으로 코팅될 수 있다. 이러한 임의의 코팅은 일반적으로 증착원의 동작가능한 수명 동안 일정한 방사율을 유지하도록 설계된다.
또한, 차열부(600)는 하우징(108)과 본체(112)에 비교할 때 그리고 하우징(108)과 본체(112) 내의 부품들에 비교할 때 서로 다른 속도들로 확장 및 수축한다. 일 실시예에서, 차열부(600)는 정상 동작 동안 하우징(108)과 프레임(500) 중 적어도 하나에 대하여 이동할 수 있도록 본체(112)의 하우징(108)과 프레임(500)(도 8) 중 적어도 하나에 이동가능하게 부착된다. 일부 실시예들에서, 확장 링크는 차열부(600)가 다른 증착원 부품들에 대하여 확장 및 수축할 수 있도록 사용된다. 또한, 일부 실시예들에서, 차열부(600)는 열 팽창과 수축에 견디는 차열 물질들의 복수의 층을 포함한다. 예를 들어, 열 팽창과 수축에 대한 허용 오차를 증가시키는 데 복수의 차열 타일(heat shielding tile)을 이용할 수 있다.
도 10은 증발된 물질들을 기판이나 기타 워크피스 상으로 방출하기 위한 본체(112)의 복수의 노즐(106)을 나타내는 본 발명에 따른 증착원(100)의 상측 사시도이다. 복수의 노즐(106)의 각각의 입력은 도 5와 관련하여 설명한 바와 같이 복수의 전도 채널(104)의 각각의 출력에 연결된다. 증발된 증착 물질들은 복수의 도가니(102)로부터 복수의 전도 채널(104)을 통해 복수의 노즐(106)로 혼합 없이 전달되고, 복수의 노즐(106)로부터 방출되어 증착 유속을 형성하게 된다.
도 10에 도시한 증착원(100)은 각 그룹마다 3개의 노즐을 포함하는 7개의 노즐 그룹(106)을 도시한다. 당업자라면, 본 발명에 따른 증착원이 임의의 개수의 노즐 그룹 및 각 그룹의 임의의 개수의 노즐을 포함할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 다양한 실시예들에서, 복수의 노즐(106)의 이격은 균등하거나 균등하지 않을 수 있다. 본 발명의 일 양태는, 소정의 공정 목적을 이루기 위해 복수의 노즐(106)이 균등하지 않게 이격될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 복수의 노즐(106)은 증착 유속의 균등성을 개선하도록 선택된다. 본 실시예에서, 본체(112)의 가장자리 근처에 있는 노즐들(106)의 이격은, 본체(112)의 가장자리 근처에서 증착 유속이 저감되는 것을 보상하기 위해 도 10에 도시한 바와 같이 본체(112)의 중심에 가까운 노즐들(106)의 이격보다 가깝다. 증착원(100)이 기판이나 워크피스 가까이에서 대략 균등한 증착 물질 유속을 발생시키도록 정확한 이격을 선택할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 노즐(106)의 이격은, 증착원(100)의 운용 비용을 줄이고 서비스 간격들 간의 공정 시간과 이용가능성을 증가시키기 위해 높은 물질 활용을 얻도록 선택된다. 또한, 일부 실시예들에서, 복수의 노즐(106)의 이격은, 노즐(106)로부터 증착 유속의 증발된 물질들의 소정의 혼합물을 얻기 위해 복수의 필요한 중복(overlap)을 제공하도록 선택된다.
일 실시예에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 일부는 소정의 공정 목적을 얻기 위해 전도 채널(104)의 상면(160)으로부터의 법선 각도에 대하여 비스듬히 배치된다. 일 실시예에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 하나는, 처리되고 있는 기판 또는 워크피스의 표면에 걸쳐 균등한 증착 유속을 제공하도록 선택되는 전도 채널(104)의 상면(160)으로부터의 법선 각도에 대하여 비스듬히 배치된다. 또한, 일부 실시예들에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 하나는, 증발된 물질들의 소정의 혼합물을 얻기 위해 복수의 노즐(106)로부터 증착 유속의 필요한 중복을 제공하도록 선택되는 전도 채널(104)의 상면(160)으로부터의 법선 각도에 대하여 비스듬히 배치된다.
도 11a는 노즐들(106)에 대한 증착 물질의 흐름을 제어하는 관들(tube; 170)을 갖는 전도 채널(104)에 연결된 노즐들(106)의 컬럼(column)을 나타내는 본 발명에 따른 증착원(100)의 본체(112)의 단면도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 관들(170)의 상부에서의 방사율은 관들(170)의 바닥에서의 방사율보다 낮다. 관들(170)의 길이 및 직경과 같은 관들(170)의 치수는, 전도 채널(104)로부터 대응 노즐들(106)로 공급되는 증착 물질의 양을 결정한다. 또한, 관들(170)의 거리와 같은 관들(170)의 배치도 전도 채널(104)로부터 대응 노즐들(106)로 공급되는 증착 물질의 양을 결정한다.
예를 들어, 관들(170)의 직경을 변경함으로써, 노즐(106)로부터 방출되는 분포 증착 유속 패턴을 변경한다. 관들(170)의 길이는 일반적으로 관들(170)의 전체 흐름 저항 및 설계와 일치하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 전도 채널(104) 내로 더 관통하는 긴 관들(170)은 대응 노즐(106)에 적은 증착 물질을 보다 적게 공급한다. 다양한 실시예들에서, 특정한 관들(170)의 형상 및 위치는 동일할 수 있거나 다를 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 관(170) 중 적어도 두 개는, 소정의 공정 목적을 달성하는 복수의 관(170)의 각각을 통한 특정한 전도성을 얻기 위해 서로 다른 길이 및/또는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 치수의 관들(170)은 밀봉 플랜지(110) 근처의 본체(112)로부터 본체(112)의 단부까지 증착원(100)의 압력차를 보상하도록 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 증착원(100)의 한 가지 특징은, 복수의 노즐(106)로부터 방출되는 증발 물질의 분포를 변경하지 않고 복수의 노즐(106)에 공급되는 증발 물질의 양을 정밀하게 제어하도록 관들(170)의 형상과 배치를 선택할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 특정한 관들(170)의 형상 및 위치는, 특정 노즐들 또는 복수의 노즐(106)로부터의 소정의 증착 유속과 같은 소정의 공정 목적을 달성하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 하나는 시간 경과에 따라 증강되는 기상 응축 및 물질 축적을 방지하기 위해 복수의 전도 채널(104)의 상면(160) 위로 연장된다. 노즐들은 필요한 증착 유속 분포 패턴을 얻도록 배치될 수도 있다. 개별적인 노즐 가열기들은 노즐들(106)로부터 방출되는 기상 물질의 온도를 제어하여 응축과 물질 축적을 방지하도록 복수의 노즐(106) 중 하나 이상에 가깝게 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 하나는, 가열기 및 복수의 전도 채널로부터 필요한 가열량을 전도하기 위해 그리고/또는 필요한 증착 유속 분포 패턴을 얻기 위해 복수의 전도 채널(104)의 상면(160) 아래에 배치된다.
도 11b는 노즐들(104)에 대한 증착 물질의 흐름을 제어하는 관들(170)을 갖는 복수의 전도 채널(104)에 연결된 노즐들(106)의 로우(row)를 나타내는 본 발명에 따른 증착원(100)의 복수의 전도 채널(104)의 단면도를 도시한다. 도 11b는 관들을 갖는 세 개의 전도 채널을 도시한다. 본 발명의 일 양태는, 노즐들(106)이 전도 채널들(도 7a 내지 도 7c에서의 로드들(130)) 및 연관된 전도 채널(104)에 의해 가열된다는 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 선형 증착원(100)에 대한 복수의 노즐(106) 중 하나를 포함하는 노즐(106)의 사시도를 도시한다. 노즐(106)은, 증발된 증착 물질이 응축하는 것을 방지하기 위해 필요한 열 전도를 제공하도록 설계된다. 노즐(106)은, 균등한 동작 온도를 발생시켜 증착 물질들의 분열을 저감시키는 열 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 노즐은 흑연, 실리콘 탄화물, 내화성 물질, 또는 용융점이 매우 높은 다른 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 노즐(106)은 노즐(106)을 통한 열적 구배(thermal gradient)를 저감시키도록 설계된다. 또한, 노즐(106)은 방사 손실을 최소화하도록 설계될 수 있다.
일부 실시예들에서, 노즐(106)은 가늘어지는 외면을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 노즐(106)은 내측 상에서 가늘어진다. 일부 실시예들에서, 애퍼처(180)의 표면은 열 방출을 저감시키고 이에 따라 노즐(106)에서의 임의의 응축을 저감시키는 저 방사율 코팅을 갖는다. 다른 실시예들에서, 노즐(106)은 저 방사율의 물질로 형성된다.
노즐(106)은 연관된 전도 채널(104)로부터 증발된 증착 물질을 전달하기 위한 애퍼처(180)를 포함한다. 애퍼처(180)는 필요한 플룸(plume)을 방출하도록 설계된다. 일반적으로 둥근 애퍼처(180)가 도 12의 노즐(106)에 도시되어 있다. 그러나, 원하는 처리 목적을 달성하기 위해 많은 애퍼처 형상들 중 임의의 형상을 노즐(105)에 이용할 수 있다는 점을 이해하기 바란다. 예를 들어, 애퍼처(180)는 원, 타원형, 직사각형, 정사각형, 또는 슬릿일 수 있다. 또한, 애퍼처(180)의 출구는 반경 형상으로 도시된다. 그러나, 원하는 처리 목적을 달성하기 위해 애퍼처(180)가 많은 출구 형상들 중 임의의 형상을 이용할 수 있다는 점을 이해하기 바란다. 예를 들어, 출구 형상은 챔퍼(chamfered)형, 반경(radiused)형, 또는 서모 스타일(sumo style)(즉, 반전된 드래프트 또는 기타 유형의 제한된 노즐 형상)일 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 노즐(106) 중 적어도 하나는 균등하지 않은 증착 유속을 전달하도록 형상화된 애퍼처(180)를 갖는다. 이러한 실시예들에서, 복수의 애퍼처(180) 중 적어도 일부는, 필요한 증착 유속 패턴을 형성하도록 합쳐지는 균등하지 않은 증착 유속들을 전달하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 필요로 하 는 합쳐진 증착 유속 패턴은 소정의 영역에 걸쳐 균등한 증착 유속일 수 있다.
동작시, 다수의 증착원으로부터 증착 유속을 발생시키는 방법은, 복수의 도가니(102)의 각각이 증착 물질을 증발하도록 증착 물질을 각각 포함하는 복수의 도가니(102)를 가열하는 단계를 포함한다. 이 방법은, 각 증착 물질에 대하여 서로 다른 도가니 온도들을 얻도록 별도의 도가니 가열기들을 독립적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 특정 도가니들에서 서로 다른 온도들을 유지할 수 있도록 복수의 도가니(102)의 각각을 차폐하는 단계를 포함할 수 있다.
복수의 도가니(102)의 각각으로부터의 증착 물질은, 복수의 도가니(102) 중 임의의 도가니로부터 증발되는 증착 물질들이 혼합되지 않고, 본체(112)의 각 전도 채널(104)을 통해 전달된다. 전도 채널들(104)은 기상 증착 물질이 노즐들(106)로부터 방출되기 전에 응축하지 않도록 가열된다. 전도 채널들(104)은 복수의 전도 채널(104) 중 적어도 두 개에 대하여 서로 다른 온도들을 얻도록 별도로 가열될 수 있다. 복수의 전도 채널(104)의 각각은, 서로 다른 전도 채널들(104)에서 서로 다른 온도들을 유지할 수 있도록 차폐될 수 있다. 많은 방법들은, 복수의 도가니(102)에 가깝고 복수의 전도 채널(104)에 가까운 가열기와 차열 물질의 열 팽창을 위해 이동가능 부품들과 공간을 제공하는 단계를 포함한다.
증발된 증착 물질은 복수의 전도 채널(104)의 각각으로부터 복수의 노즐(106)의 각각으로 전달된다. 다양한 실시예들에서, 증발된 증착 물질은, 복수의 관(170)의 각각 또는 증착 물질의 흐름을 제어하는 기타 구조를 통해 복수의 전도 채널(104)의 각각으로부터 복수의 노즐(106)의 각각으로 전달된다. 본 발명의 방 법의 다양한 실시예들에서, 복수의 노즐(106)을 통한 증착 물질의 흐름은, 전도 채널(104)에 대한 관 입구의 길이, 형상, 및/또는 위치가 다양한 관들을 이용함으로써 제어된다. 전도 채널(104)에 대한 관 입구의 길이, 형상, 및/또는 위치는, 균등한 증착 유속 및/또는 높은 증착 물질 활용과 같은 소정의 공정 목적을 달성하도록 선택된다.
이어서, 복수의 노즐(106)은 증발된 증착 물질을 통과하고, 이에 따라 증착 유속을 형성하게 된다. 이 방법은 복수의 노즐(106)로부터의 균등한 증착 유속 및/또는 높은 증착 물질 활용과 같은 소정의 공정 목적들을 달성하도록 복수의 노즐(106)의 이격을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
균등론
다양한 실시예들에 관하여 출원인의 발명을 설명하였지만, 출원인의 발명을 이러한 실시예들로 한정하려는 것은 아니다. 오히려, 출원인의 발명은, 당업자라면 인식하듯이, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 행해질 수 있는 다양한 대체, 수정, 및 균등을 포함한다.
도 1은 선형 구성으로 복수의 전도 채널에 연결되고 이어서 복수의 노즐에 연결되는 복수의 도가니를 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원의 사시 단면도이다.
도 2a는 증착 물질을 상방으로 증발시키도록 배치되는 복수의 노즐을 구비하는 본 발명에 따른 선형 증착원의 단면도이다.
도 2b는 증착 물질을 하방으로 증발시키도록 배치되는 복수의 노즐을 구비하는 본 발명에 따른 선형 증착원의 단면도이다.
도 2c는 수직 방향으로 배치되는 복수의 노즐을 구비하는 본체를 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원의 단면도이다.
도 2d는 수직 방향으로 배치되는 복수의 노즐을 구비하는 본체를 포함하는 본 발명에 따른 다른 선형 증착원의 단면도이다.
도 3은 선형 구성으로 복수의 전도 채널에 연결되고 이어서 복수의 노즐에 연결되는 하나의 도가니를 포함하는 본 발명에 따른 선형 증착원의 사시 단면도이다.
도 4는 두 가지 유형의 물질로 형성되는 본 발명의 선형 증착원에 대한 도가니의 사시 단면도이다.
도 5는 하우징에서 세 개의 도가니에 연결되는 세 개의 전도 채널을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원의 일부의 사시 평면도이다.
도 6a는 도가니가 배치되는 저항기 도가니 가열기의 내부와 세 개의 측면을 나타내는 본 발명의 선형 증착원에 대한 저항성 도가니 가열기의 일부의 사시도이다.
도 6b는 복수의 도가니의 각각에 대한 복수의 도가니 가열기 중 하나의 외부의 사시도이다.
도 7a는 복수의 전도 채널을 가열하기 위한 전도 채널 가열기들을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원의 측면도이다.
도 7b는 전도 채널 가열기들을 포함하는 로드의 사시도이다.
도 7c는 로드의 단부를 본체에 연결하는 커플링을 나타내는 본 발명에 따른 선형 증착원의 본체의 사시도이다.
도 8은 확장 링크를 포함하는 본체의 프레임을 도시한다.
도 9a는 본 발명에 따른 선형 증착원의 복수의 도가니와 복수의 전도 채널에 대한 차열부의 사시 단면도이다.
도 9b는 도 9a에 도시한 차열부의 전체 사시도이다.
도 10은 증발된 물질들을 기판이나 기타 워크피스 상에 방출하기 위한 본체의 복수의 노즐을 나타내는 본 발명에 따른 증착원의 평면 사시도이다.
도 11a는 증착 물질의 노즐로의 흐름을 제어하는 관들을 구비하는 전도 채널에 연결되는 노즐들의 컬럼을 나타내는 본 발명에 따른 증착원의 본체의 단면도이다.
도 11b는 증착 물질의 노즐로의 흐름을 제어하는 관들을 구비하는 복수의 전도 채널에 연결되는 노즐들의 로우를 나타내는 본 발명에 따른 증착원의 복수의 전 도 채널의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 선형 증착원에 대한 복수의 노즐 중 하나를 포함하는 노즐의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 선형 증착원 102 도가니
104 전도 채널 106 노즐
110 밀봉 플랜지 112 본체
114 가열기 158 커플링
170 관 180 애퍼처

Claims (48)

  1. 증착원으로서,
    a) 증착 물질을 포함하기 위한 복수의 도가니와,
    b) 복수의 전도 채널을 포함하되, 상기 복수의 전도 채널의 각각의 입력은 상기 복수의 도가니의 각각의 출력에 연결되는, 본체와,
    c) 상기 복수의 도가니 및 상기 복수의 전도 채널과 열이 통할 수 있도록 배치되는 가열기 -상기 가열기는 상기 복수의 도가니의 각각이 상기 증착 물질을 상기 복수의 전도 채널 내로 증발시키도록 상기 복수의 도가니의 온도를 증가시키고, 상기 복수의 전도 채널의 각각의 온도를 상기 증착 물질의 응축점 보다 높게 증가시킴- 와,
    d) 상기 복수의 도가니 중 적어도 하나에 대하여 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하는 차열부(heat shield)와,
    e) 복수의 노즐 - 상기 복수의 노즐의 각각의 입력은 상기 복수의 전도 채널 중 하나의 출력에 연결되고, 증발된 증착 물질들은 상기 복수의 도가니로부터 상기 복수의 전도 채널을 통해 상기 복수의 노즐로 전달되고, 상기 증발된 증착 물질은 상기 복수의 노즐로부터 방출되어 증착 유속(deposition flux)을 형성하게 됨 - 을 포함하는, 증착원.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 도가니 중 적어도 일부는 외측 도가니 내에 배치되는 내측 도가니를 포함하는, 증착원.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 도가니는 Cu를 포함하는 제1 도가니, In을 포함하는 제2 도가니, 및 Ga를 포함하는 제3 도가니를 포함하는, 증착원.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 도가니는 동일한 증착 물질을 포함하는, 증착원.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기는 RF 유도 가열기, 저항성 가열기, 적외선 가열기 중 적어도 하나를 포함하는, 증착원.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기는 복수의 개별적으로 제어가능한 가열기를 포함하고, 상기 복수의 개별적으로 제어가능한 가열기의 각각은 상기 복수의 도가니의 각각과 열이 통할 수 있는, 증착원.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 복수의 전도 채널 중 하나에 비례하여 상기 복수의 전도 채널 중 다른 하나의 온도를 제어하는, 증착원.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 하나에 대하여 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하는, 증착원.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 복수의 차열 타일(heat shielding tile)을 포함하는, 증착원.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 차열 물질의 복수의 층을 포함하는, 증착원.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 확장 링크를 이용하여 상기 본체에 부착되는, 증착원.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 방사율이 낮은 적어도 하나의 면을 포함하는, 증착원.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 복수의 차열부를 포함하고, 상기 복수의 차열부의 각각은 상기 복수의 도가니의 각각을 둘러싸는, 증착원.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는 상기 복수의 전도 채널을 포함하는, 증착원.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 차열부는, 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 하나가 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 다른 하나와는 다른 동작 온도에 있도록 배치되는, 증착원.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 이격은 균등하지 않은, 증착원.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 이격은 상기 본체의 중심에 가까운 상기 복수의 노즐의 이격보다 상기 본체의 가장자리에 가까운, 증착원.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 이격은 균등한 증착 물질 유속을 얻도록 선택되는, 증착원.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 이격은 증착 물질의 활용을 증가시키도록 선택되는, 증착원.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐의 이격은 상기 복수의 노즐로부터 증착 유속의 필요한 중복(overlap)을 제공하도록 선택되는, 증착원.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는, 상기 복수의 노즐로부터 증착 유속의 필요한 중복을 제공하도록 선택되는 상기 복수의 전도 채널의 상면에 법선인 각도에 대하여 비스듬하게 배치되는, 증착원.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는 균등하지 않은 증착 유속을 전달하도록 형상화된 애퍼처를 포함하는, 증착원.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는 저 방사율의 코팅을 포함하는, 증착원.
  25. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는, 균등한 동작 온도를 발생시켜 증착 물질들이 상기 복수의 노즐로부터 분열(split)되는 것을 저감시키는 열 전도성을 갖는 물질로 형성되는, 증착원.
  26. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는 상기 전도 채널 근처에 배치되는 관을 포함하고, 상기 관은 대응하는 노즐에 공급되는 증착 물질의 양을 제한하는, 증착원.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 관의 길이는 상기 복수의 노즐 중 대응하는 하나의 노즐을 통해 소정의 증착 유속을 얻도록 선택되는, 증착원.
  28. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나는 상기 전도 채널 내로 적어도 부분적으로 배치되는 관을 포함하고, 상기 관은 대응하는 노즐에 공급되는 증착 물질의 양을 제한하는, 증착원.
  29. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 두 개는 대응하는 노즐들에 공급되는 증착 물질의 양을 제한하는 관을 포함하고, 상기 복수의 노즐 중 하나의 노즐에 대응하는 관의 길이는 상기 복수의 노즐 중 적어도 다른 하나에 대응하는 관의 길이와 다른, 증착원.
  30. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 두 개는 대응하는 노즐에 공급되는 증착 물질의 양을 제한하는 관을 포함하고, 상기 복수의 노즐 중 하나의 노즐에 대응하는 관의 형상은 상기 복수의 노즐 중 적어도 다른 하나의 노즐에 대응하는 관의 형상과 다른, 증착원.
  31. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나의 상부는 상기 복수의 전도 채널 위로 연장되는, 증착원.
  32. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 중 적어도 하나의 상부는 상기 복수의 전도 채널 아래로 연장되는, 증착원.
  33. 제1 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 하나의 가장자리 근처에 배치되는 유체 냉각 채널을 더 포함하는, 증착원.
  34. 증착 유속을 생성하는 방법으로서,
    a) 증착 물질을 각각 포함하는 복수의 도가니를 가열하여 상기 복수의 도가니의 각각은 본체에서 복수의 전도 채널 중 하나를 통해 전달되는 증착 물질을 증발시키는 단계와,
    b) 상기 복수의 전도 채널과 상기 복수의 도가니 중 적어도 일부의 온도를 독립적으로 제어하는 단계와,
    c) 상기 복수의 전도 채널의 각각으로부터 상기 복수의 노즐 중 하나로 상기 증발된 증착 물질을 전달하고, 이에 따라 증착 유속을 형성하는 단계를 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 복수의 전도 채널의 각각으로부터 복수의 관의 각각을 통해 상기 복수의 노즐의 각각으로 상기 증발된 증착 물질을 전달하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  36. 제35 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐로부터 균등한 증착 유속을 얻도록 상기 복수의 관 중 적어도 하나의 치수를 변경하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  37. 제35 항에 있어서,
    증착 물질의 활용을 증가시키도록 상기 복수의 관 중 적어도 하나의 치수를 변경하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  38. 삭제
  39. 제34 항에 있어서,
    적어도 하나의 도가니의 온도에 비례하여 적어도 다른 하나의 도가니의 온도를 제어하도록 상기 복수의 도가니 중 적어도 하나에 의해 생성되는 열을 차폐하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  40. 제34 항에 있어서,
    적어도 하나의 전도 채널의 온도에 비례하여 적어도 다른 하나의 전도 채널의 온도를 제어하도록 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 하나에 의해 생성되는 열을 차폐하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  41. 제34 항에 있어서,
    상기 복수의 전도 채널과 상기 복수의 도가니 중 적어도 하나에 가까운 차폐 물질의 열 팽창을 위하여, 상기 복수의 전도 채널과 상기 복수의 도가니 중 적어도 하나에 열 팽창을 위한 공간을 제공하는 단계를 더 포함하는, 증착 유속의 생성 방법.
  42. 증착원으로서,
    a) 적어도 하나의 증착 물질을 포함하는 도가니와,
    b) 상기 도가니에 연결되는 복수의 전도 채널을 포함하는 본체와,
    c) 상기 도가니와 열이 통할 수 있으며, 상기 도가니의 온도를 증가시켜 상기 도가니가 상기 적어도 하나의 증착 물질을 상기 복수의 전도 채널 내로 증발시키는 가열기와,
    d) 상기 도가니에 대하여 적어도 부분적인 열적 분리를 제공하며, 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 하나에 대하여 열적 분리를 제공하는 차열부와,
    e) 상기 복수의 전도 채널에 연결되는 복수의 노즐 - 상기 증발된 증착 물질은 상기 복수의 노즐을 통해 상기 도가니로부터 상기 복수의 노즐로 전달되고, 상기 증발된 증착 물질은 상기 복수의 노즐로부터 방출되어 증착 유속을 형성하게 됨 - 을 포함하는, 증착원.
  43. 제42 항에 있어서,
    상기 도가니는 부분적으로 분리된 섹션들을 포함하는, 증착원.
  44. 제43 항에 있어서,
    상기 부분적으로 분리된 섹션들 중 적어도 두 개는 서로 다른 증착 물질들을 포함하는, 증착원.
  45. 제43 항에 있어서,
    상기 복수의 전도 채널의 각각은 상기 부분적으로 분리된 섹션들 중 하나에 가깝게 배치되는, 증착원.
  46. 제43 항에 있어서,
    상기 차열부는,
    상기 부분적으로 분리된 섹션들 중 하나의 섹션에 대하여 다른 하나의 섹션의 온도를 제어하는 열적 분리를 제공하는, 증착원.
  47. 제42 항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 하나와 열이 통할 수 있도록 배치되고, 상기 복수의 전도 채널 중 하나에 비례하여 상기 복수의 전도 채널 중 적어도 다른 하나의 온도를 증가시키는, 증착원.
  48. 삭제
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