KR101140145B1 - 증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템 - Google Patents

증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템에 관한 것으로, 유기 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 분말 출력 공간 그리고, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관과, 캐리어 가스를 이용하여 상기 연통 배관과 인접한 상기 분말 출력 공간 영역의 압력을 변화시키는 압력 변화 수단을 구비하는 분말 공급부 및 상기 캐리어 가스를 상기 분말 공급부에 제공하는 캐리어 가스 공급부를 포함하는 증착 원료 공급 장치와 이를 구비하는 박막 증착 시스템을 제공한다. 따라서, 캐리어 가스에 의한 벤츄리 효과에 의한 압력차를 이용하여 분말 저장 공간의 증착 원료용 분말을 출력 공간으로 이송시켜 미량 및 정량의 증착 원료용 분말을 제공할 수 있다.
유기 분말, 벤츄리 효과, 압력차, 저장 공간, 미세 배관

Description

증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템{Apparatus for supplying deposition meterial and film depositing system having the same}
본 발명은 증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템에 관한 것으로, 벤츄리 효과를 이용하여 연속적으로 일정량의 분말 형태의 유기 재료를 박막 증착 장치에 공급할 수 있는 분말 정량 공급 장치와, 상기 분말 공급 장치를 통해 정량의 유기 재료를 공급받아 유기 박막을 증착하는 증착 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 유기 박막 증착 장치는 수 ㎛ 이하로 건조된 분말 형태의 유기 원료를 기화시켜 기판상에 유기 박막을 형성하였다. 이러한, 분말 형태의 유기 원료를 유기 박막 증착 장치에 공급하기 위한 별도의 분말 공급 장치를 구비한다. 종래의 분말 공급 장치는 분말 공급 장치와 유기 박막 증착 챔버 사이의 압력차를 이용하여 분말을 증착 챔버에 제공하였다.
도 1은 종래의 유기 박막 증착 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유기 박막 증착 장치는 반응 챔버(10)와, 반응 챔버(10) 상부에 배치된 기판(20)과, 반응 챔버(10) 하부에 소정의 증착 원료(40)가 저장된 도가니(30)를 포함한다.
여기서, 기판(20)에 소정의 유기 박막을 증착하기 위해서는 도가니(30)를 가열시켜 도가니(30) 내부의 증착 원료(40)를 증발시키고, 증발된 증착 원료가 기판(20)에 증착되도록 한다.
하지만, 종래의 유기 박막 증착 장치를 통해 증착을 할 경우, 도가니 내에 저장할 수 있는 증착 원료의 양이 한정되어 있어 매 증착 공정마다 도가니 내에 증착 원료를 새로 넣어 주거나, 수 내지 수십 번의 증착 공정 후에 도가니 내부에 증착 원료를 새로 주입해야 하는 문제가 발생한다. 도가니 내부에 증착 원료를 새로 주입하기 위해서는 증착공정을 중지한 다음, 챔버내의 도가니에 증착 원료를 주입해야 한다. 따라서, 연속적인 박막 증착공정이 이루어지지 않고, 공정의 수율이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 도가니를 통해 기화되는 증착 원료의 량이 매 기판마다 일정하지 않기 때문에 박막 재현성이 나빠지는 문제가 발생한다. 이는 다량의 증착 원료를 도가니를 통해 가열시켜 박막을 증착하기 때문이다. 그리고, 도가니의 개구부 폭이 좁기 때문에 기판상에 균일한 박막 증착이 어려워지는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 벤츄리 효과를 이용하여 증착 원료용 분말을 공급하는 분말 공급부를 구비하여 일정량의 분말을 지속적으로 챔버에 제공할 수 있는 증착 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 증착 원료용 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 분말 출력 공간 그리고, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관과, 캐리어 가스를 이용하여 상기 연통 배관과 인접한 상기 분말 출력 공간 영역의 압력을 변화시키는 압력 변화 수단을 구비하는 분말 공급부 및 상기 캐리어 가스를 상기 분말 공급부에 제공하는 캐리어 가스 공급부를 포함하는 증착 원료 공급 장치를 제공한다.
상기 압력 변화 수단은 상기 캐리어 가스를 상기 출력 공간에 분사하는 가스 공급 배관을 포함하고, 상기 연통 배관과 상기 가스 공급 배관이 이루는 각도는 25 내지 70도인 것이 바람직하다.
상기 가스 공급 배관을 통해 상기 캐리어 가스가 펄스 형태로 제공되는 것이 효과적이다.
상기 연통 배관의 직경은 0.7 파이 내지 2 파이인 것이 바람직하다.
상기 연통 배관에 인접한 상기 분말 저장 공간 내에 마련되고, 상기 연통 배관과 동일한 직경을 갖는 복수의 연통홀을 구비하는 연통 판을 더 구비하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 증착 원료용 분말을 제공받아 박막을 증착하는 증착 장치 및 상기 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 상기 분말을 상기 증착 장치에 제공하는 분말 출력 공간 그리고, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관과, 캐리어 가스를 상기 연통 배관과 인접한 상기 분말 출력 공간 영역에 분사하여 상기 연통 배관과 인접한 상기 분말 출력 공간 영역의 압력을 변화시키는 가스 공급 배관을 구비하는 분말 공급부와, 상기 캐리어 가스를 상기 분말 공급부에 제공하는 캐리어 가스 공급부를 포함하는 증착 원료 공급 장치를 포함하는 박막 증착 시스템을 제공한다.
상기 증착 원료 공급 장치는 상기 분말 공급부에 차지 가스를 공급하는 차지 가스 공급부를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 분말 공급부의 상기 분말 출력 공간은 파이프를 통해 상기 증착 장치에 연결되고, 상기 증착 원료 공급 장치는 상기 파이프에 퍼지 가스를 제공하는 퍼지 가스 공급부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 연통 배관과 상기 가스 공급 배관이 이루는 각도는 25 내지 70도이고, 상기 가스 공급 배관을 통해 상기 캐리어 가스가 펄스 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 연통 배관의 직경은 0.7 파이 내지 2 파이인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 증착 원료용 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 상기 분말을 제공하는 분말 출력 공간과, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관을 구비하는 증착 원료 공급 장치의 상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역의 압력을 가변시켜 상기 연통 배관을 통해 상기 분말 저장 공간에 저장된 상기 분말을 상기 분말 출력 공간으로 이송하는 단계와, 상기 이송된 분말을 챔버에 제공하는 단계와, 상기 챔버에 제공된 분말을 가열하여 기화시키는 단계 및 상기 분말 기화물을 기판에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법을 제공한다.
상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역의 압력 가변을 위해 상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역에 캐리어 가스를 분사하는 것이 효과적이다.
상기 캐리어 가스는 펄스 형태로 상기 분말 출력 공간에 분사되는 것이 바람직하다. 상기 캐리어 가스가 분사되지 않는 동안 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간의 압력이 동일한 것이 바람직하다. 상기 캐리어 가스는 100 내지 200sccm으로 제공되는 것이 효과적이다.
상기 증착 원료용 분말은 유기 물질일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 캐리어 가스에 의한 벤츄리 효과에 의한 압력차를 이용하여 분말 저장 공간의 유기 분말을 출력 공간으로 이송시켜 미량 및 정량의 유기 분말을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 시스템의 블록도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도이다. 도 4 내지 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 시스템은 유기 박막을 증착하는 증착 장치(100)와, 증착 장치(100)에 분말 형태의 증착 원료을 제공하는 분말 공급 장치(200)와, 상기 증착 장치(100)와 분말 공급 장치(200)의 압력을 조절하는 압력 조절 장치(300)를 포함한다.
상기 증착 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 반응 공간을 갖는 챔버(110)와, 챔버(110) 내에 마련되어 기판(101)이 안치되는 기판 안치부(120)와, 분말 공급 장치(200)로부터 제공된 분말 형태의 유기 원료를 기화시켜 기판(101)에 분사하는 분사부(130)를 포함한다. 여기서, 챔버(110)는 압력 조절 장치(300)에 의해 그 압력이 조절된다.
분사부(130)는 소정의 가열 수단을 구비한다. 이를 통해 분사부(130)로 제공 되는 분말 형태의 유기 원료를 자체 기화시키고, 기화된 유기 원료를 챔버(110) 내부의 반응 공간에 제공하여 상기 기판(101) 상에 유기 박막이 형성되도록 한다. 이때, 기판(101) 상에 형성되는 박막은 분말 형태의 원료 물질에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 챔버(110) 내측으로 기화된 유기 원료 물질이 제공될 수도 있다. 여기서, 분말 형태의 유기 원료는 단일의 재료일 수 있고, 소정의 분순물이 포함된 재료일 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 증착 장치(100)는 기판 안치부(120) 또는 분사부(130)를 회전시키기 위한 회전 수단을 더 구비할 수도 있다. 또한, 챔버(110)의 일측에는 기판(101)의 입출입을 위한 출입구가 더 마련될 수도 있다. 또한, 상기 기판 안치부(120)는 상하로 이동할 수 있다.
분말 공급 장치(200)는 캐리어 가스가 저장된 캐리어 가스 저장부(210)와, 일정량의 캐리어 가스를 제공하는 캐리어 가스 공급부(220)와, 일정량의 캐리어 가스에 따라 일정량의 분말 형태의 원료 물질을 제공하는 분말 공급부(230)를 포함한다. 분말 공급 장치(200)는 복수의 파이프와 밸브를 더 구비한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 밸브(240)를 이용하여 캐리어 가스 공급부(220)와 상기 분말 공급부(230)간의 연통을 제어한다. 제 1 밸브(240)의 개방시에만 캐리어 가스가 분말 공급부(230)에 공급된다. 제 1 밸브(240)는 제 1 및 제 2 파이프(P1, P2)를 통해 각기 캐리어 가스 공급부(220)와 분말 공급부(230)에 연결된다. 또한, 제 2 밸브(250)를 이용하여 분말 공급부(230)와 상기 챔버(110) 간의 연통을 제어한다. 제 2 밸브(250)의 개방시에만 분말 공급부(230)의 분말 형태의 유기 원료를 챔버(110) 의 분사부(130)에 제공한다. 제 2 밸브(250)는 제 3 및 제 4 파이프(P3, P4)를 통해 각기 분말 공급부(230)와 챔버(110)에 접속된다. 그리고, 캐리어 가스 저장부(210)와 캐리어 가스 공급부(220)는 제 5 파이프(P5)에 의해 연결된다.
상기의 캐리어 가스 저장부(210)는 캐리어 가스가 저장된 탱크이다. 이때, 캐리어 가스로는 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 헬륨(He) 가스 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
캐리어 가스 공급부(220)는 캐리어 가스를 제공 받아 일정한 양의 캐리어 가스를 분말 공급부(230)에 제공한다. 이를 위해 캐리어 가스 공급부(220)으로 질량 유량계(Mass Flow Controller; MFC)를 사용하는 것이 바람직하다.
분말 공급부(230)는 캐리어 가스에 의한 밴츄리 효과를 통해 일정량의 분말 형태의 유기 원료를 챔버(110)의 분사부(130)에 제공한다.
분말 공급부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 몸체부(230-1)와, 몸체부(230-1) 내에 마련되어 분말이 저장된 분말 저장 공간(230-2)과, 몸체부(230-1) 내에 마련되어 정량의 분말을 출력하는 분말 출력 공간(230-3)과, 상기 분말 저장 공간(230-2)과 분말 출력 공간(230-3)을 연통시키는 연통 배관(230-4)과, 상기 몸체부(230-1) 내에 마련되어 상기 분말 출력 공간(230-3)에 캐리어 가스를 제공하는 가스 공급 배관(230-5)을 구비한다. 여기서, 가스 공급 배관(230-5)은 밴츄리 효과를 이용하여 연통 배관(230-4) 하측의 분말 출력 공간(230-3) 영역의 압력을 저하시키는 수단으로써 작용한다.
그리고, 도시되지 않았지만, 본 실시예의 분말 공급 장치(200)는 분말 형태 의 유기 원료가 저장된 분말 저장부를 더 구비한다. 이때, 분말 공급부(230)는 필요에 따라 분말 저장부의 분말 형태의 유기 원료를 제공받는 분말 입력구(230-6)를 구비한다. 즉, 분말 저장 공간(230-2)내의 분말 양에 따라 상기 분말 입력구(230-6)가 개방되어 분말을 추가로 제공받을 수 있다. 물론 이 경우, 전체 시스템이 중단된 상태에서 분말을 추가로 제공받는 것이 바람직하다. 이에 한정되지 않고, 상기 분말 공급 장치(200) 내에 복수의 분말 공급부(230)가 마련되는 경우 전체 시스템을 중단하지 않고도 분말을 추가로 공급할 수 있다. 즉, 분말이 추가로 제공되는 분말 공급부(230)의 동작을 정지시키고, 다른 분말 공급부(230)를 작동시켜 시스템 중단 없이 분말을 추가로 공급할 수 있다.
그리고, 몸체부(230-1)의 일측에는 연통홀(230-7)이 마련된다. 상기 연통홀(230-7)은 챔버(110)의 내부 압력을 조절하는 압력 조절 장치(300)와 연통된다. 이를 통해 상기 몸체부(230) 내부의 분말 저장 공간(230-2) 및 분말 출력 공간(230-3)의 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 이들 공간의 압력을 챔버(110)의 압력과 동일하게 할 수 있다. 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 연통홀(230-7)은 다른 압력 조절 장치에 접속될 수 있다. 이를 통해 상기 분말 저장 공간(230-2) 및 분말 출력 공간(230-3)의 압력과 챔버(110)의 압력을 서로 다르게 할 수도 있다.
그리고, 몸체부(230-1)는 제작의 편의를 위해 복수의 몸체(230-1a, 230-1b)로 제작될 수 있다. 즉, 도 4의 변형예에서와 같이 몸체부(230-1)는 제 1 및 제 2 몸체(230-1a, 230-1b)로 분리 제작된 다음 이들을 결합시켜 제작될 수 있다. 제 1 및 제 2 몸체(230-1a, 230-1b)가 결합될 경우 별도의 밀폐 부재(230-1c)를 이용하여 몸체부(230-1) 내의 공간들을 밀폐시키는 것이 효과적이다.
분말 저장 공간(230-2)은 몸체부(230-1)의 상측영역에 위치한다. 분말 저장 공간(230-2)의 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 대략 오각형 형상을 갖는다. 분말 저장 공간(230-2)은 원통 또는 다각 통 형태의 상측부와, 원뿔 또는 다각 뿔 형태의 하측부를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 도 4의 변형예에서와 같이 상기 상측부가 제 1 몸체(230-1a)에 마련되고, 하측부가 제 2 몸체(230-1b)에 마련되는 것이 효과적이다. 여기서, 하측부의 첨단이 상기 연통 배관(230-4)에 접속되는 것이 바람직하다. 즉, 분말 저장 공간(230-2)은 연통 배관(230-4)과 인접한 영역이 경사지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해 분말 형태의 유기 원료가 연통 배관(230-4) 바로 위쪽에 모이도록 할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 분말 저장 공간(230-2)은 다양한 변형이 가능하다. 즉, 도 5의 변형예에서와 같이 분말 저장 공간(230-2)은 상측에서 연통 배관(230-4) 방향으로 갈수록 그 폭이 좁아지는 형상으로 제작될 수 있다.
이때, 상기와 같이 연통 배관(230-4) 상측의 분말 저장 공간(230-2) 영역이 경사진 형상으로 제작되어 분말 저장 공간(230-2) 내의 분말이 자유 낙하를 통해 연통 배관(230-4) 상측 영역에 모이게 된다. 물론 본 실시예에서는 분말 저장 공간(230-2) 내의 분말이 연통 배관(230-4) 상측 영역에 모이도록 교반용 믹서나 진동자를 추가할 수도 있다.
또한, 이에 한정되지 않고, 도 6의 변형예에서와 같이 연통 배관(230-4) 상 측의 분말 저장 공간 영역에 연통 판(230-8)을 두어 균일한 양의 분말이 연통 배관(230-4)에 제공되도록 할 수 있다. 연통 판(230-8)은 복수의 연통홀을 구비한다. 이때, 연통홀의 직경은 연통 배관(230-4) 직경과 동일한 것이 효과적이다. 물론 이에 한정되지 않고, 연통홀의 직경은 연통 배관(230-4) 직경의 0.7 내지 2배 인 것이 바람직하다. 즉, 외부 힘(압력)이 인가되지 않을 경우 연통홀을 통해 분말 형태의 유기 원료가 상기 연통판(230-7)을 통과하지 못할 직경을 갖는 것이 바람직하다.
분말 출력 공간(230-3)은 몸체부(230-1)의 하측 영역에 위치한다. 분말 출력 공간(230-3)의 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 대략 오각형 형상을 갖는다. 분말 출력 공간(230-3)은 원뿔 또는 다각 뿔 형태의 상측부와, 원통 또는 다각 통 형태의 하측부를 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상측부의 첨단이 연통 배관(230-4)에 접속되고, 하측부의 바닥은 제 3 파이프(P3)를 통해 챔버(110)에 접속되는 것이 바람직하다. 이를 통해 연통 배관(230-4)을 통해 이송된 분말이 챔버(110)로 공급될 수 있다. 본 실시예에서는 연통 배관(230-4) 인접 영역의 분말 출력 공간(230-3)의 단면은 일정한 기울기를 갖는 것이 바람직하다. 이를 통해 연통 배관(230-4)의 연장 방향과 가스 공급 배관(230-5)을 통해 유입되는 캐리어 가스의 분사 방향이 일정한 각도를 이룰 수 있다.
분말 출력 공간(230-3)은 이에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다. 즉, 도 4의 변형예에서와 같이 분말 출력 공간(230-3)의 단면을 살펴보면, 분말 출력 공간(230-3)은 연통 배관(230-4)에서 점차로 그 폭이 넓어지도록 기울어진 상측 경 사면과, 상측 경사면에서 제 3 파이프 방향으로 연장된 연장면과, 상기 연장면에서 상기 제 3 파이프(P3) 방향으로 그 폭이 좁아지도록 연장된 하측 경사면을 구비한다. 이를 통해 분말 출력 공간(230-3) 내에 분말 잔류 현상을 해소할 수 있다. 또한, 도 5의 변형예에서와 같이 분말 출력 공간(230-3)은 삼각형 형태로 제작되고 삼각형의 일 첨단이 상기 연통 배관(230-4)에 접속된다. 즉, 분말 출력 공간(230-3)은 상측에서 하측으로 갈 수록 그 폭이 넓어지는 형상으로 제작될 수 있다.
연통 배관(230-4)은 분말 저장 공간(230-2)과 분말 출력 공간(230-3) 사이에 마련되어 벤츄리 효과에 의해 분말 출력 공간(230-3)의 압력(즉, 연통 배관(230-4) 하측의 압력)이 변화하는 경우에만 분말 저장 공간(230-2)의 분말을 분말 출력 공간(230-3)에 제공한다. 즉, 연통 배관(230-4)의 상하부 영역의 큰 압력차가 발생한 경우에만 분말을 이송시킨다. 분말 출력 공간(230-3)의 압력이 변화하지 않는 경우 연통 배관(230-4)는 분말 저장 공간(230-2)의 분말을 분말 출력 공간(230-3)에 제공하지 않는다.
이를 위해 연통 배관(230-4)의 직경은 0.7 파이 내지 2 파이인 것이 바람직하다. 이는 상기 분말 저장 공간(230-2)에 저장된 분말은 나노 크기의 분말이지만 이들이 분말 저장 공간(230-2) 내에서는 어느 정도 뭉쳐져 있다. 따라서, 연통 배관(230-4)의 직경을 상기 범위 내로 유지하는 경우 별도의 힘(즉, 큰 압력 변화)이 인가되지 않을 시에는 분말들에 의해 연통 배관(230-4) 상측(즉, 분말 저장 공간(230-2))이 막히게 되어 분말이 연통 배관(230-4) 하부로 떨어지지 않게 된다. 연통 배관(230-4)의 직경이 상기 범위 보다 작은 경우 연통 배관(230-4)의 상하부 에 큰 압력 변화가 발생하더라도 분말이 연통 배관(230-4)을 통해 이동하지 않게 되는 문제가 발생한다. 또한, 상기 범위 보다 클 경우에는 분말들이 쉽게 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 연통 배관(230-4)의 길이는 3 내지 7mm 인 것이 바람직하다.
가스 공급 배관(230-5)은 캐리어 가스 공급부(220)로 부터 공급된 캐리어 가스를 상기 분말 출력 공간(230-3)에 제공한다. 이때, 가스 공급 배관(230-5)을 통해 제공된 캐리어 가스는 밴츄리 효과에 의해 분말 출력 공간(230-3)의 일부 영역(도 3의 A 영역)의 압력을 순간적으로 낮아지게 한다. 즉, 캐리어 가스의 진행 방향의 상측에 위치한 상기 연통 배관(230-4)과 연결된 영역(즉, 연통 배관(230-4) 하측 영역)의 압력이 순간적으로 낮아진다.
이때, 본 실시예에서는 이와 같은 밴츄리 효과에 의해 연통 배관(230-4) 하측의 압력을 낮게 하기 위해서 상기 연통 배관(230-4)과 상기 캐리어 가스의 진행 방향이 이루는 각(θ1)이 25 내지 70도 인 것이 바람직하다. 이때, 캐리어 가스는 가스 공급 배관에 따라 그 진행 방향이 결정된다. 따라서, 상기 연통 배관(230-4)의 가상 연장 선과 가스 공급 배관(230-5)의 가상 연장 선이 이루는 각이 25 내지 70도인 것이 효과적이다. 이때, 각도가 상기 범위 보다 작을 경우에는 캐리어 가스가 연통 배관(230-4)에서 점차 멀어지게 된다. 즉, 연통 배관(230-4)의 끝단과 캐리어 가스 진행 방향 사이 거리가 넓어진다. 따라서, 연통 배관(230-4) 하측의 압력 변화 공간(도 3의 A 영역)이 넓어지게 된다. 이로인해 연통 배관(230-4) 하측의 압력 조절이 어려워지는 문제가 발생한다. 또한, 각도가 상기 범위 보다 클 경 우에는 캐리어 가스가 상기 연통 배관(230-4) 내측으로 치고 올라가게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 연통 배관(230-4)과 캐리어 가스의 진행 방향이 이루는 각을 30 내지 60도 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 경우, 공급되는 캐리어 가스의 유속에 따라 밴츄리 효과에 의한 압력이 달라지게 된다. 따라서, 연통 배관(230-4) 상측의 분말을 뽑아내기 위한 압력을 유지하기 위해 상기 캐리어 가스의 유속은 100 내지 200sccm을 유지하는 것이 효과적이다. 물론 이는 연통 배관(230-4)과 캐리어 가스의 진행 방향이 이루는 각에 따라 달라 질 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 일정량의 분말을 뽑아내기 위해 캐리어 가스를 지속적으로 공급하지 않고, 간헐적으로 공급하는 것이 효과적이다. 즉, 펄스 형태로 캐리어 가스를 제공하는 것이 효과적이다. 이때, 펄스와 펄스 사이의 간격은 챔버(110) 내의 유기막 증착 속도에 따라 다양하게 가변되는 것이 효과적이다.
상술한 본 실시예의 분말 분말 공급부의 동작을 설명하면 다음과 같다.
캐리어 가스 공급부(220)를 통해 가스 공급 배관(230-5)에 일정 시간 동안 캐리어 가스를 제공한다. 캐리어 가스가 가스 공급 배관(230-5)를 통해 분말 출력 공간(230-3)에 분사되면, 캐리어 가스 진행 방향의 상측, 즉, 연통 배관(230-4) 하측 영역(도 3의 A 영역)의 압력이 밴츄리 효과에 의해 급격히 낮아지게 된다. 이때, 낮아진 압력은 주변 압력에 비하여 1 내지 10배 정도 낮은 압력을 갖는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 압력은 캐리어 가스의 유속 또는 캐리어 가스의 주입 각도에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 따라서, 밴츄리 효과에 의 한 압력차에 의해 연통 배관(230-4) 상측의 일정량의 분말이 연통 배관(230-4)을 통해 분말 출력 공간(230-3)으로 끌려 오게 된다. 이때, 끌려온 분말은 캐리어 가스에 실려 분말 공급부(2300)의 외측으로 이송된다. 여기서, 상기 캐리어 가스의 유입을 차단하면 상기의 압력차가 사라지게 되어 더 이상 분말이 연통 배관(230-4)을 통해 유입되지 않게 된다. 이를 통해 미량 및 정량의 분말을 챔버(100) 내부로 공급할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 상기 연통 배관(230-4)의 하측 영역의 압력만이 국부적으로 변화하게 된다. 이로인해 연통 배관(230-4)의 상측 영역의 분말만이 상기 압력에 의해 끌려 내려오게 된다. 이와 같이 분말 저장 공간(230-2) 내측의 모든 분말들에게 영향을 주지 않고, 국부적인 영역의 분말에만 영향을 주어 입도에 따라 출력되는 양이 변화하는 특성을 제거할 수 있게 된다. 또한, 종래에는 분말을 끌어올려 챔버(110)에 제공하였다. 하지만, 본 실시예에서는 분말 저장 공간(230-2) 내의 분말이 연통 배관(230-4)의 상측 영역에 모이게 되어 유기 분말의 잔류 량에 상관없이 일정한 분말을 제공할 수 있다.
또한, 도 6의 변형예에서와 같이 연통 판(230-7)을 구비하는 경우, 연통 배관(230-4) 하측(도 6의 A 영역)의 낮은 압력에 의해 연통 배관(230-4)과 그 상측의 연통 판(230-7)사이 영역(도 6의 B 영역)의 압력도 같이 낮아지게 된다. 이로인해 연통 판(230-7) 하측의 낮은 압력이 연통 판(230-7) 상측 표면의 분말들을 잡아끌게 되어 분말이 연통 판(230-7)의 연통홀을 통해 연통 판(230-7) 하측으로 떨어지게 된다. 연통 판(230-7) 하측으로 떨어진 분말들은 다시 연통 배관(230-4)을 통해 분말 출력 공간(230-3)으로 이동하여 챔버(110)로 제공된다.
본 실시예에서는 밴츄리 효과를 극대화하기 위해 분말 출력 공간(230-3)의 최대 직경을 연통 배관(230-4) 직경의 4 내지 10배의 크기로 제작하는 것이 바람직하다. 그리고, 가스 공급 배관(230-5)의 직경을 연통 배관(230-4) 직경의 1 내지 5배의 크기로 제작하는 것이 효과적이다. 또한, 분말 출력 공간(230-3)과 연통된 제 3 파이프(P3)의 직경을 연통 배관(230-4) 직경의 4 내지 10배의 크기로 제작하는 것이 효과적이다. 또한, 본 실시예에서는 캐리어 가스의 공급이 차단된 후 분말 출력 공간(230-3) 내측에 잔류하는 분말을 불어 내기 위한 별도의 가스를 더 공급할 수 있다. 이를 위해 분말 공급부(230)의 몸체부(230-1) 내에는 외부 가스를 제공받기 위한 별도의 가스 배관이 마련된다. 가스 배관은 분말 출력 공간(230-3)과 연통되는 것이 효과적이다.
상술한 본 실시예의 분말 공급 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 분말 공급부(230)에 역방 방지를 위한 차지 가스를 공급하는 차지 가스 공급부(260)를 더 구비할 수 있다. 차지 가스 공급부(260)은 제 3 밸브(270)를 통해 상기 분말 공급부(230)에 접속된다. 차지 가스 공급부(260)의 차지 가스를 통해 분말 공급부(230) 내부의 압력을 조절하여 분말 공급부(230)를 통해 제공되는 유기 분말의 공급량을 조절할 수 있다. 그리고, 본 실시예의 분말 공급부(230)는 벤츄리 효과에 의해 유기 분말을 공급한다. 이때, 벤츄리 효과 발생 이후에 분말 공급부(230) 내의 압력 증가로 역압이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 차지 가스 공급부(260)를 두어 압력 증가시 차지 가스를 제공하여 역압 발생을 방지할 수 있다.
또한, 분말 공급 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분말 공급 부(230)와 챔버(110) 사이에 마련된 파이프(P3, P4) 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 제공하는 퍼지 가스 공급부(280)를 더 구비할 수 있다. 도 2에서는 상기 퍼지 가스 공급부(280)가 제 4 밸브(280)를 통해 제 3 파이프(P3)에 접속된다. 이를 통해 퍼지 가스 공급부(280)를 통해 제 3 파이프(P3)에 퍼지 가스를 제공하여 제 3 파이프(P3) 및 제 4 파이프(P4) 내에 잔류하는 유기 분말을 퍼지할 수 있다.
상술한 차지 가스 공급부(260) 및 퍼지 가스 공급부(280) 각각은 도시되지 않았지만 차지 가스 저장 탱크와 퍼지 가스 저장 탱크로 부터 차지 가스와 퍼지 가스를 제공받는 것이 효과적이다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 유기 박막 증착 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 증착 시스템의 블록도.
도 3은 일 실시예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도.
도 4 내지 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 증착 장치 200 : 분말 공급 장치
210 : 캐리어 가스 저장부 220 : 캐리어 가스 공급부
230 : 분말 공급부 230-1 : 몸체부
230-2 : 분말 저장 공간 230-3 : 분말 출력 공간
230-4 : 연통 배관 230-5 : 가스 공급 배관
230-8 : 연통 판

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  11. 증착 원료용 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 상기 분말을 제공하는 분말 출력 공간과, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관을 구비하는 증착 원료 공급 장치의 상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역의 압력을 가변시켜 상기 연통 배관을 통해 상기 분말 저장 공간에 저장된 상기 분말을 상기 분말 출력 공간으로 이송하는 단계;
    상기 이송된 분말을 챔버에 제공하는 단계;
    상기 챔버에 제공된 분말을 가열하여 기화시키는 단계; 및
    상기 분말 기화물을 기판에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역의 압력 가변을 위해 상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역에 캐리어 가스를 분사하는 박막 증착 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 펄스 형태로 상기 분말 출력 공간에 분사되는 박막 증착 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 캐리어 가스가 분사되지 않는 동안 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간의 압력이 동일한 박막 증착 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 100 내지 200sccm으로 제공되는 박막 증착 방법.
  16. 증착 원료용 분말이 저장된 분말 저장 공간과, 상기 분말을 제공하는 분말 출력 공간과, 상기 분말 저장 공간과 상기 분말 출력 공간 간을 연통시키는 연통 배관을 구비하는 증착 원료 공급 장치를 이용한 박막증착방법에 있어서,
    상기 연통 배관 하측의 상기 분말 출력 공간 영역에 캐리어 가스를 분사하여 압력을 가변시켜 상기 연통 배관을 통해 상기 분말 저장 공간에 저장된 상기 분말을 상기 분말 출력 공간으로 이송하는 단계;
    상기 이송된 분말을 챔버에 제공하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 분말 출력 공간 영역에 분사되는 캐리어 가스와 상기 연통 배관이 이루는 각도가 25도 내지 70도인 박막 증착 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 캐리어 가스가 펄스 형태로 제공되는 박막 증착 방법.
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