KR101217517B1 - 증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치 - Google Patents

증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 증착 원료를 공급받는 증착 원료 공급관과, 내부 공간을 갖는 몸체부와 상기 몸체부의 내부 공간에 마련되어 상기 증착 원료가 안치되는 원료 안치부와, 상기 원료 안치부 하측에 마련되어 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 기화부 및 기화된 증착 원료를 분사하는 인젝터부를 포함하는 증착 원료 분사 장치를 제공한다. 이와 같이 인젝터부의 중앙에 가열부를 배치하고, 가열부 내에 파우더 형태의 증착 원료를 공급하고, 이를 열을 집중시킬 수 있고, 승온 속도가 빠른 램프 히터로 가열하여 증착 원료의 기화에 필요한 열이 챔버 내부로 전도되는 것을 최소화할 수 있다.
증착 원료, 파우더, 기화, 램프 히터, 원료 안치부, 인젝터, 회전

Description

증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치{APPARATUS FOR INJECTING DEPOSITION METERIAL AND APPARATUS FOR DEPOSITING THIN FILM HAVING THE SAME}
본 발명은 증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 분말 형태의 유기 증착 원료를 램프 히터를 이용하여 기화시켜 유기 박막의 증착 속도를 조절하고, 재료 사용 효율을 증대시킬 수 있는 증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 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 장치의 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)에 증착 원료(40)를 넣은 다음 도가니(30)를 가열시켜 도가니(30) 내부의 증착 원료(40)를 증발시킨다. 이때 증발된 증착 원료가 기판(20)에 증착되어 유기 박막이 증착된다.
하지만, 도가니(30) 내에 저장할 수 있는 증착 원료(40)의 양이 한정되어 있어 매 증착 공정마다 도가니(30) 내에 증착 원료(40)를 새로 넣어 주거나, 수 내지 수십 번의 증착 공정 후에 도가니(30) 내부에 증착 원료(40)를 새로 주입해야 하는 문제가 발생한다.
또한, 기판(20)에 유기 박막을 증착하는 동안 계속해서 가열 수단을 통해 도가니(30)를 고온으로 가열한다. 따라서, 가열된 고온의 도가니(30)에 의해 반응 챔버(10) 내부의 전체 온도가 상승하게 되고, 도가니(30)의 열에 의해 기판(20)이 열적 손상을 받는 문제가 발생한다. 물론 이러한 문제를 해결하기 위해서는 도가니(30)와 기판(20) 사이의 거리를 크게 이격시켜야 한다. 하지만 이는 기화된 증착 원료의 확산 거리가 길어져 증착 원료의 증착 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 순간적인 가열과 냉각을 수행할 수 있는 램프 히터를 이용하여 제공된 분말 형태의 유기 증착 원료를 기화시키고, 증착 원료 기화를 위한 가열 시간을 다양하게 조절할 수 있어 증착 속도를 다양하게 조절할 수 있고, 챔버의 온도를 낮출 수 있고, 기화된 증착 원료가 제공되는 인젝터와 기판 사이의 거리를 줄여 박막 증착 효율을 증대시킬 수 있는 증착 원료 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 증착 원료를 공급받는 증착 원료 공급관과, 내부 공간을 갖는 몸체부와 상기 몸체부의 내부 공간에 마련되어 상기 증착 원료가 안치되는 원료 안치부와, 상기 원료 안치부 하측에 마련되어 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 기화부 및 기화된 증착 원료를 분사하는 인젝터부를 포함하는 증착 원료 분사 장치를 제공한다.
상기 가열부는 승온 속도가 15도/초 내지 100도/초인 가열 수단을 구비하는 것이 효과적이다. 상기 가열 수단으로 램프 히터를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 램프 히터에 불연속적으로 전원을 제공하는 전원 공급부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 원료 안치부는 Al, Sus, Ti, Cu 및 이들의 합금으로 구성된 그룹 중 하나로 제작되는 것이 가능하다. 상기 원료 안치부는 0.5 내지 5mm 두께의 판 형상으로 제작될 수도 있다.
상기 원료 안치부는 컵 형상으로 제작되거나, 복수의 방열핀을 구비할 수도 있다.
상기 기화부의 상기 몸체부는 제 1 및 제 2 내부 공간을 구비하고, 상기 제 1 내부 공간의 바닥면에 상기 원료 안치부가 마련되고, 상기 원료 안치부가 마련된 인접 영역에 상기 제 2 내부 공간이 배치되고, 상기 제 2 내부 공간에 상기 가열부가 위치하는 것이 바람직하다.
상기 가열부를 감싸는 컵 형상의 반사판을 더 구비하는 것이 효과적이다.
상기 인젝터부를 가열하는 가열 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 증착 원료 분사 장치는 상기 증착 원료 공급관을 회전시키는 회전구동부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 증착 원료를 기화시키는 기화부와, 상기 기화부에 결합되어 상기 기화된 증착 원료를 분사하는 분사부와, 상기 기화부를 가열시키는 제 1 가열 수단과, 상기 분사부를 가열시키는 제 2 가열 수단 및 상기 기화부에 결합되어 상기 증착 원료를 제공하는 증착 원료 공급관을 포함하는 증착 원료 분사 장치를 제공한다.
상기 분사부는 봉 형상으로 제작되고, 상기 기화부를 중심으로 대칭 배치되는 것이 효과적이다.
상기 증착 원료 공급관이 회전하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 가열 수단은 승온 속도가 15도/초 내지 100도/초인 램프 히터를 사용하고, 상기 증착 원료을 불연속적으로 가열하는 것이 효과적이다.
상기 제 2 가열 수단은 상기 분사부를 300 내지 500도의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
상기 기화부는 상기 증착 원료가 안치되는 증착 원료 안치부를 구비하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 증착 공간을 갖는 챔버와, 상기 챔버 내측에 마련되어 기판이 안치되는 기판 안치부와, 증착 원료를 공급하는 원료 공급 수단과, 상기 증착 원료를 공급받는 증착 원료 공급관과, 상기 증착 원료를 기화시키는 기화부와, 상기 기화된 증착 원료를 상기 챔버 내측으로 분사하는 인젝터부를 포함하는 증착 원료 분사 장치를 포함하고, 상기 기화부는 내부 공간을 갖는 몸체부와 상기 몸체부의 내부 공간에 마련되어 상기 증착 원료가 안치되는 원료 안치부와, 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
상기 가열부는 상기 원료 안치부 하측에 위치하는 램프 히터와, 상기 챔버 외측에 마련되어 전원배선을 통해 상기 램프 히터에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 원료 안치부는 Al, Sus, Ti, Cu 및 이들의 합금으로 구성된 그룹 중 하나의 물질을 이용하여 0.5 내지 5mm 두께의 판 형상으로 제작되는 것이 효과적이다.
상기 증착 원료 공급관의 일부가 상기 챔버 외측으로 돌출되고, 돌출된 상기 증착 원료 공급관에 접속되어 상기 증착 원료 공급관을 회전시키는 회전 구동부를 더 포함하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계와, 상기 챔버 내에 마련되고, 복수의 인젝터부 사이에 위치한 가열부에 분말 형태의 증착 원료를 제공하는 단계와, 상기 가열부를 통해 상기 증착 원료를 가열하여 상기 증착 원료를 기화시키는 단계와, 상기 기화된 증착 원료를 상기 인젝터부를 통해 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법을 제공한다.
상기 가열부에 제공되는 상기 분말 형태의 증착 원료의 량은 상기 기판에 증착될 박막의 두께에 해당하는 량인 것이 효과적이다.
상기 가열부는 상기 증착 원료를 불연속적으로 가열되는 것이 바람직하다.
상기 인젝터부를 300 내지 500도의 온도로 가열하는 것이 효과적이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 인젝터부의 중앙에 가열부를 배치하고, 가열부 내에 파우더 형태의 증착 원료를 공급하여, 이를 열을 집중시킬 수 있고, 승온 속도가 빠른 램프 히터로 가열하여 증착 원료의 기화에 필요한 열이 챔버 내부로 전도되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 증착 원료의 기화에 필요한 열의 확산을 막아 인젝터부와 기판 사이의 거리를 충분히 가깝게 할 수 있어 기화된 증착 원료의 확산 거리를 줄 여 박막 증착 효율은 물론 증착 원료의 사용 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 램프 히터를 불연속적으로 턴온시켜 증착 원료를 불연속적으로 기화시킬 수 있고, 이를 통해 박막 증착 속도를 다양하게 조절할 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 장치는 블록도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 분말 공급부의 단면 개념도이다. 도 4는 일 실시예의 분말 공급부의 평면 개념도이다. 도 5 내지 도 8은 일 실시예의 변형예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도들이다. 도 9는 일 실시예의 변형예에 따른 분말 공급부의 평면 개념도이다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 마련되어 기판(101)이 안치되는 기판 안치부(200)와, 분말 형태의 증착 원료(DM)를 제공받아 이를 기화시켜 기판(101)에 분사하는 증착 원료 분사 수단(300)과, 상기 분말 형태의 증착 원료(DM)를 상기 증착 원료 분사 수 단(300)에 제공하는 원료 공급 수단(400)을 포함한다.
또한, 도시되지 않았지만, 챔버(100)의 일측에는 기판(101)이 출입하는 출입구가 마련된다. 그리고, 챔버(100) 내부의 잔류 물을 배기하는 배기 수단을 더 포함한다. 또한, 챔버(100) 내부를 진공으로 하는 진공 펌프 등을 더 포함할 수 있다.
상기의 챔버(100)는 도시되지 않았지만, 챔버 몸체와 챔버 몸체를 덮는 챔버 리드를 포함한다. 챔버 몸체 내에 기판 안치 수단(110)이 마련되고, 챔버 리드 내측에는 증착 원료 분사 수단(300)이 위치한다. 챔버 리드에는 관통홀이 마련되고, 상기 관통홀을 통해 증착 원료 분사 수단(300)의 일부가 챔버(100) 외측으로 돌출된다.
기판 안치 수단(200)은 챔버(100) 내측으로 인입되는 기판(101)을 안치한다. 본 실시예에서는 상기 기판(101)으로 사각형 형태의 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용한다. 따라서, 상기 기판 안치 수단(200)은 사각 판 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 기판 안치 수단(110)은 챔버(100)로 인입되는 기판(101)의 형상에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 그리고, 도시되지 않았지만, 기판 안치 수단(200)을 승강 또는 회전시키는 구동부를 더 구비할 수 있다. 그리고, 기판 안치 수단(200)은 기판(10)의 로딩과 언로딩을 돕기 위한 복수의 리프트 핀을 더 구비한다. 기판 안치 수단(200)에는 기판(101)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단이 마련될 수도 있다. 즉, 냉각 수단 또는 가열 수단이 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 증착 원료 분사 수단(300)은 챔버(100) 외측으로 돌출되어 증착 원료(DM)를 공급받는 증착 원료 공급관(310)과, 챔버(100) 내측에 마련되어 공급된 증착 원료(DM)를 기화시키는 기화부(320)와, 기화된 증착 원료를 챔버(100) 내측으로 분사하는 인젝터부(330)를 구비한다.
그리고, 상기 증착 원료 분사 수단(300)은 챔버(100) 외측에 마련되어 상기 증착 원료 공급관(310)을 회전시키는 회전 구동부(340)를 구비한다. 이때, 상기 증착 원료 공급관(310)의 회전으로 인해 챔버(100) 내측에 마련되고 증착 원료 공급관(310)에 접속된 기화부(320)와, 기화부(320)에 접속된 인젝터부(330)가 회전한다. 회전 구동부(340)는 챔버(100) 외측으로 돌출된 증착 원료 공급관(310)의 일부를 감싸는 하우징과, 돌출된 증착 원료 공급관(310)을 회전시키는 모터를 구비한다. 이때, 하우징은 챔버(100)의 관통홀 상측에서 챔버(100)와 결합된다. 그리고, 상기 하우징과 챔버(100) 및 하우징과 증착 원료 공급관(310) 사이에는 베어링, 마그네트 실 및 오링과 같은 밀봉 부재가 마련된다. 이때, 회전 구동부(340)의 일측에 증착 원료 유입구가 마련될 수 있다. 이때, 증착 원료 유입구에 원료 공급 수단(400)이 결합되고, 증착 원료 유입구가 증착 원료 공급관(310)의 내부 원료 이동 통로와 연통될 수 있다. 이를 통해 원료 공급 수단(400)의 증착 원료(DM)가 증착 우너료 유입구를 통해 증착 원료 공급관(310)에 제공될 수 있다.
상기의 증착 원료 공급관(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 증착 원료 이동 통로가 마련된 파이프 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 증착 원료 공급관(310)은 복수의 부재로 제작될 수 있다. 예를 들어 증착 원료 공급관(310)은 회전축과, 회전축 내측에 삽입된 원료 공급 파이프를 포함할 수도 있다.
기화부(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 증착 원료 공급관(310)과 인젝터부(330)에 각기 접속되고, 내부 공간을 갖는 몸체부(321)와, 상기 몸체부(321)의 내부 공간에 마련되어 증착 원료가 안치되는 원료 안치부(322)와, 원료 안치부 하측에 마련된 가열부(323)를 포함한다.
상술한 몸체부(321)는 증착 원료 공급관(310)에 공급된 증착 원료(DM)를 제공받는 증착 원료 유입구(321-1)와, 기화된 증착 원료를 인젝터부(330)에 제공하는 원료 공급구(321-2)를 구비한다. 원료 공급구(321-2)는 인젝터부(330)의 개수에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 도 3에는 2개의 원료 공급구(321-2)를 갖는 몸체부(321)가 도시되었다.
원료 안치부(322)는 도 3에 도시된 바와 같이 얇은 판 형상으로 제작되고, 증착 원료 유입구(321-1) 하측 영역에 위치한다. 이를 통해 증착 원료 유입구(321-1)로 부터 제공된 파우더 형태의 증착 원료(DM)가 도 3에서와 같이 상기 원료 안치부(322) 상에 쌓이게 된다. 본 실시예에서는 원료 안치부(322) 상에 쌓이는 파우더 형태의 증착 원료(DM)의 량은 1회 공정량 만큼 쌓이는 것이 바람직하다. 이때, 1회 공정량은 기판(101) 전면에 일 박막이 증착될 정도의 양인 것이 바람직하다. 이는 본 실시예의 원료 공급 수단(400)이 지속적으로 증착 원료(DM)를 제공하지 않고, 1회 공정량 에 해당하는 미량의 증착 원료(DM)를 제공하기 때문이다. 이때, 증착 원료(DM)가 파우더 형태이기 때문에 캐리어 가스에 의해 증착 원료(DM)가 제공된다. 그리고, 원료 안치부(322)는 상기 몸체부(321)의 내부 공간에 배치되고, 몸체부(321)에 적어도 그 일부가 고정된다. 원료 안치부(322)는 몸체부(321)의 바닥 면으로부터 이격되고, 상기 이격된 영역에 가열부(323)가 배치된다.
상술한 가열부(323)는 원료 안치부(322) 상에 놓인 증착 원료(DM)를 가열하여 기화시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이 가열부(323)는 원료 안치부(322) 하측에 마련된 램프 히터(323-1)와, 램프 히터(323-1)에 전원을 공급하는 전원 공급부(323-2)를 구비한다. 이때, 전원 공급부(323-2)의 전원 배선은 상기 몸체부(321) 내측에서 몸체부(321)에 접속된 증착 원료 공급관(310) 내측으로 연장된다. 그리고, 증착 원료 공급관(310)의 끝단에서 상기 전원 공급부(323-2)에 전기적으로 접속되는 것이 효과적이다. 이때, 전원 공급부(323-2)는 상기 램프 히터(323-1)에 연속적으로 전원을 공급하거나 불연속적으로 전원을 공급하는 것이 가능하다.
가열부(323)는 복수의 램프 히터(323-1)를 구비한다. 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 3개의 램프 히터(323-1)를 구비한다.
램프 히터(322-1)는 광이 조사된 영역만을 순간적으로 가열할 수 있고, 광이 차단되는 순간 더 이상의 열이 발생하지 않아 열이 주변으로 확산되는 것을 막을 수 있다. 이를 통해, 본 실시예의 기화부(320)를 갖는 증착 원료 분사 수단(300)과 기판(101) 사이의 거리를 가깝게 유지하더라도 기화부(320)의 열에 의한 기판(101)의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 증착 원료 분사 수단(300)과 기판(101) 사이의 거리를 가깝게 하여 박막 증착 효율을 상승시킬 수 있다. 물론 본 실시예서는 램프 히터 대신 다양한 가열 수단을 쓸 수 있다. 즉, 국부적인 영역을 순간적으로 가열하여, 가열 수단의 열이 주변으로 확산되는 것을 최소화할 수 있는 다양한 형태의 가열 수단을 사용할 수 있다. 본 실시예의 가열 수단으로는 승온 속도가 15 도/초 내지 100도/초인 것이 효과적이다. 상기 승온 속도보다 낮을 경우에는 증착 공정의 시간이 길어지는 문제가 발생하고, 상기 승온 속도보다 높을 경우에는 빠른 온도 상승으로 공정 제어가 어려운 문제가 발생한다. 가열 수단으로는 광학식 또는 전열식 가열 수단을 사용할 수 있다.
램프 히터(323-1)의 하측에는 몸체부(321)의 바닥면이 위치한다. 그리고, 몸체부(321)의 바닥면 외측에는 기판(101)이 위치한다. 따라서, 상기 몸체부(321)의 바닥면과 적어도 일부의 측벽면은 열 전도율이 낮은 물질로 제작되는 것이 효과적이다. 이를 통해 램프 히터(323-1)의 열이 몸체부(321)를 통해 기판(101)으로 전도되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 몸체부(321)는 차광 물질로 제작되는 것이 효과적이다. 이를 통해 램프 히터(323-1)의 광이 몸체부(321) 외측으로 새어 나가는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 가열부(323)의 램프 히터(323-1)는 그 상측에 위치하는 원료 안치부(322)에 광을 조사하여 원료 안치부(322)를 가열 시킨다. 그리고, 가열된 원료 안치부(322)에 의해 원료 안치부(322) 상측에 마련된 파우더 형태의 증착 원료(DM)가 가열되어 기화된다.
따라서, 원료 안치부(322)는 램프 히터(323-1)에 의해 빠르게 가열되고, 빠르게 냉각될 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 원료 안치부(322) 상에 위치하는 증착 원료(DM)는 광(예를 들어, UV)에 의해 쉽게 변형된다. 이에 원료 안치부(322)는 광을 차단할 수 있는 물질을 사용하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는 원료 안치부(322)로 금속성의 물질을 이용하여 제작한다. 이때, 금속성의 물질로는 Al, Sus, Ti, Cu 및 이들의 합금으로 구성된 그룹 중 하나를 사용할 수 있다. 그리고, 원료 안치부(322)는 그 두께를 0.5 내지 5mm 이내의 범위로 조절하는 것이 효과적이다. 상기 범위보다 얇을 경우에는 광차단을 원할하게 하지 못하는 단점이 있고, 상기 범위보다 두꺼울 경우에는 원료 안치부(322)가 빠르게 냉각되지 못하는 문제가 있다.
본 실시예에서는 증착 원료(DM)가 연속적으로 기화되지 않고, 불연속적으로 기화되도록 할 수 있다. 이는 유기물의 온도에 따라 증착 압력 차가 급격하기 때문이다. 이를 위해 상기 가열부(323)가 박막 증착 공정 동안, 연속적으로 원료 안치부(322)를 가열하지 않고, 불연속적으로 가열한다. 이때, 가열부(323)는 박막 증착 공정 동안 일정 주기로 원료 안치부(322)를 가열할 수 있고, 불규칙적으로 원료 안치부(322)를 가열할 수도 있다. 가열부(323)에 의해 가열되는 원료 안치부(322)의 온도는 증착 원료(DM)를 기화시킬 수 있을 정도의 온도(약 300 내지 500도)인 것이 효과적이다.
상기와 같이 기화부(320)에 의해 기화된 증착 원료는 기화부(320) 몸체부(321)의 원료 공급구(321-2)를 통해 인젝터부(330)에 제공된다.
본 실시예에서는 2개의 인젝터부(330)이 마련된다. 상술한 인젝터부(330) 각각은 내부가 비어 있는 봉 형태의 몸체(331)와, 몸체(331)의 내부 빈 공간과 연통 되도록 상기 몸체(331)에 마련된 복수의 노즐(332)과, 몸체(331)를 가열하는 가열 부재(333)를 포함한다. 인젝터부(330)는 열에 의해 기화된 증착 원료가 그 내부 빈 공간으로 이동하고, 노즐(332)을 통해 챔버(100)의 내부 공간으로 분사된다. 이 때, 기화된 증착 원료는 캐리어 가스를 따라 확산되고, 노즐(332)을 통해 분사된다. 따라서, 인젝터부(330)는 기화된 증착 원료가 재 결정화되지 않는 최소 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 인젝터부(330)는 극소량의 분말 형태의 증착 원료(DM)이 유입되는 경우 이를 기화시켜 분사할 수도 있다. 이를 위해 가열 부재(333)는 몸체(331)를 300 내지 500도의 온도로 가열하는 것이 효과적이다. 바람직하게는 300 내지 350도로 가열하는 것이 효과적이다.
본 실시예에 따른 증착 원료 분사 수단(300)의 기화부(320)는 상술한 구조에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
즉, 도 5의 변형예에서와 같이 기화부(320)는 가열부(323)의 램프 히터(323-1)의 광을 원료 안치부(322)에 집중시키고, 광의 확산을 방지하는 차광부(324)를 더 구비할 수 있다. 차광부(324)는 도 5에 도시된 바와 같이 컵 형상으로 제작된다. 상기 컵 내측에 가열부(323)의 램프 히터(323-1)가 배치되고, 컵의 상측 개구에는 원료 안치부(322)가 배치된다. 이때, 컵의 개구보다 상기 원료 안치부(322)의 사이즈가 더 큰 것이 효과적이다. 차광부(324)로 반사판을 사용할 수 있다. 또한, 차광부(324)의 내측면에 반사막이 형성될 수도 있다. 이를 통해 램프 히터(323-1)의 광을 기판 안치부(322)에 집중시킬 수 있다. 이를 통해 램프 히터(323-1)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6의 변형예에서와 같이 기화부(320)는 원료 안치부(322)의 하측에 마련된 복수의 방열 핀(325)을 더 구비할 수 있다. 그리고, 복수의 방열 핀(325) 사이에 상기 가열부(323)의 램프 히터(323-1)가 배치되는 것이 효과적이다. 이를 통해 원료 안치부(322)를 빠르게 냉각시킬 수 있다.
또한, 도 7의 변형예에서와 같이 상기 원료 안치부(322)는 오목한 컵 형상으로 제작될 수 있다. 이를 통해 파우더 형태의 증착 원료(DM)가 원료 안치부(322) 옆으로 흘러내리는 것을 예방할 수 있다. 그리고, 오목한 컵 형상의 원료 안치부(322)의 외측에 가열부(323)의 램프 히터(323-1)가 일정 간격으로 배치된다. 물론 원료 안치부(322)는 적어도 일부가 오목한 오목부(즉, 컵 형상 영역)를 구비할 수도 있다.
또한, 도 8의 변형예에서와 같이 기화부(320)는 제 1 및 제 2 내부 공간(A1, A2)을 갖는 몸체부(321)와, 몸체부(321)의 제 2 내부 공간(A2)에 마련된 가열부(323)을 구비한다. 이때, 몸체부(321)의 제 1 내부 공간(A1)은 증착 원료 유입구(321-1) 아래에 마련되고, 원료 공급구(321-2)아래로 오목하게 리세스된 리세스영역(즉 오목 영역)을 구비한다. 이때, 증착 원료 유입구(321-1)로 공급된 증착 원료(DM)가 오목 영역에 담기게 된다. 이를 통해 기화되지 않은 증착 원료(DM)가 원료 공급부(321-2)로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 2 내부 공간(A2)은 리세스 영역 하측에 위치한다. 제 1 내부 공간(즉, 리세스 영역; A1)과 제 2 내부 공간(A2) 사이의 벽면의 두께는 0.5 내지 5mm 이내의 범위인 것이 효과적이다. 이를 통해 제 2 내부 공간(A2)에 위치한 가열부(323)의 열이 빠르게 제 1 내부 공간(A1)에 제공될 수 있다. 즉, 상기 제 1 내부 공간(즉, 리세스 영역; A1)과 제 2 내부 공간(A2) 사이의 벽면은 원료 안치부(322)역할을 할 수 있다.
그리고, 상기 가열부(323)의 램프 히터(323-1)는 도 9에 도시된 변형예에서 와 같이 각기 그 직경이 서로 다른 원형 링 형상으로 제작될 수 있다. 즉, 원료 안치부(322)의 중심부와 가장자리 영역 하측에 각기 램프 히터(323-1)가 배치된다. 이때, 두 램프 히터(323-1)의 동작을 제어하여 원료 안치부(322) 상의 증착 원료(DM)의 기화율을 조절할 수 있다. 즉, 가장자리 영역의 램프 히터(323-1) 만을 동작시켜 원료 안치부(322)의 가장자리 영역에 위치한 증착 원료(DM)를 기화시킬 수 있다. 또한, 중심부 영역의 램프 히터(323-1)만을 동작시켜 원료 안치부(322)의 중심부 영역에 위치한 증착 원료(DM)를 기회시킬 수 있다.
하기에서는 상술한 본 실시예의 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법을 설명한다.
상기 챔버(100) 내측으로 박막이 증착될 기판(101)을 인입시킨다. 이어서, 원료 공급 수단(400)은 기판(101)에 증착될 박막의 두께에 해당하는 미량의 증착 원료(DM)를 증착 원료 분사 수단(300)에 공급한다. 이때, 증착 원료(DM)는 파우더 형태로 되어 있기 때문에 캐리어 가스를 이용하여 증착 원료 분사 수단(300)에 제공한다. 증착 원료 분사 수단(300)에 제공된 미량의 증착 원료(DM)는 증착 원료 공급관(310) 하측에 마련된 기화부(320)의 원료 안치부(322)에 쌓이게 된다. 이어서, 원료 안치부(322) 하측의 가열부(323)를 통해 원료 안치부(322) 상의 증착 원료(DM)를 가열하여 이를 기화시킨다. 이와 같이 기화된 증착 원료는 기화부(320)의 측면에 마련된 인젝터부(330) 내측으로 확산된다. 이후, 인젝터부(330)의 노즐(332)을 통해 챔버(100) 내측(즉, 기판(101) 방향)으로 분사된다. 이와 같이 분사된 기화된 증착 원료가 기판(101) 상에서 결합하여 소정의 박막을 형성한다. 이 때, 상기 증착 원료 분사 수단(300)의 증착 원료 공급관(310), 기화부(320) 및 인젝터부(330)가 회전하는 것이 바람직하다. 이를 통해 기판(101) 상에 균일한 박막을 형성할 수 있다. 이때, 기판(101) 상에 형성된 박막은 유기 박막인 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 사용되는 증착 원료에 따라 다양한 물질의 박막이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 증착 원료는 단일의 원료 물질이거나, 단일의 원료 물질에 소정의 불순물이 혼합된 물질을 사용할 수도 있다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 원료 안치부(322) 상측에 쌓인 증착 원료(DM)를 가열부(323)를 통해 불연속적으로 가열하여 기화시키는 것이 효과적이다. 이를 위해 가열부(323)의 램프 히터(323-1)를 복수번 온/오프시키는 것이 효과적이다. 즉, 램프 히터(323-1)가 온 되는 경우에는 상기 증착 원료(DM)가 가열되어 기화되고, 램프 히터(323-1)가 오프 되는 경우에는 상기 증착 원료(DM)가 기화되지 않게 된다. 이와 같이 램프 히터(323-1)의 온 타임와 오프 타임을 조절하여 인젝터부(330)를 통해 제공되는 기화된 증착 원료의 량을 조절할 수 있다. 바람직하게는 하나의 기판(101) 상에 박막을 증착하는 공정 시간 동안 램프 히터(323-1)의 온 타임의 횟수는 3 내지 100회인 것이 바람직하다. 그리고, 박막 증착 공정 시간을 1로 할 경우 램프 히터(323-1)가 온 되는 시간은 0.2 내지 0.8인 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 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 블록도.
도 3은 일 실시예에 따른 분말 공급부의 단면 개념도.
도 4는 일 실시예의 분말 공급부의 평면 개념도.
도 5 내지 도 8은 일 실시예의 변형예에 따른 분말 분말 공급부의 단면 개념도.
도 9는 일 실시예의 변형예에 따른 분말 공급부의 평면 개념도.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 증착 원료 분사 수단 310 : 증착 원료 공급관
320 : 기화부 321 : 몸체부
322 : 원료 안치부 323 : 가열부
323-1 : 램프 히터 330 : 인젝터부
340 : 회전 구동부 400 : 원료 공급 수단

Claims (26)

  1. 증착 원료를 공급받는 증착 원료 공급관;
    상기 증착 원료 공급관과 연결되어, 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 기화부; 및
    상기 기화부를 중심으로 대칭 배치되어, 상기 기화부에서 기화된 증착 원료를 분사하는 인젝터부를 포함하고,
    상기 기화부는,
    내부 공간을 가지며, 상기 증착 원료 공급관과 연통되어 증착 원료를 제공받는 증착 원료 유입구 및 상기 인젝터부와 연통되어 기화된 증착 원료를 상기 인젝터부로 제공하는 원료 공급구를 구비하는 몸체부;
    상기 몸체부의 내부 공간에 마련되어 상기 증착 원료가 안치되는 원료 안치부;
    상기 원료 안치부 하측에 마련되어 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 증착 원료 분사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부는 상기 원료 안치부 하측에 마련된 가열 수단을 포함하고, 상기 가열 수단으로 램프 히터를 사용하는 증착 원료 분사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 램프 히터는 승온 속도가 15도/초 내지 100도/초인 증착 원료 분사 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 램프 히터에 불연속적으로 전원을 제공하는 전원 공급부를 더 포함하는 증착 원료 분사 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 안치부는 Al, 스테인레스 스틸(stainless steel; sus), Ti, Cu 및 이들의 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 물질로 제작된 증착 원료 분사 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 안치부는 0.5 내지 5mm 두께의 판 형상으로 제작된 증착 원료 분사 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 안치부는 적어도 일부가 오목한 형상으로 제작되는 증착 원료 분사 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화부의 상기 몸체부는 제 1 및 제 2 내부 공간을 구비하고,
    상기 제 1 내부 공간의 바닥면에 상기 원료 안치부가 마련되고, 상기 원료 안치부가 마련된 인접 영역에 상기 제 2 내부 공간이 배치되고, 상기 제 2 내부 공간에 상기 가열부가 위치하는 증착 원료 분사 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부에서 발생하는 열을 상기 원료 안치부에 집중시키기 위해 상기 가열부를 감싸는 반사판을 더 구비하는 증착 원료 분사 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터부를 가열하는 가열 수단을 더 구비하는 증착 원료 분사 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착 원료 공급관과 연결되어 상기 증착 원료 공급관을 회전시키는 회전 구동부를 더 포함하고, 상기 증착 원료 공급관의 회전에 의해 상기 기화부 및 상기 기화부와 연결된 인젝터부가 회전되는 증착 원료 분사 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는 차광 물질로 제작되는 증착 원료 분사 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터부는 봉 형상으로 제작되어 상기 기화부의 몸체부와 연결되며, 상기 기화부를 중심으로 대칭 배치된 몸체를 포함하는 증착 원료 분사 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 가열 수단은 상기 인젝터부를 300도 내지 500도의 온도로 가열하는 증착 원료 분사 장치.
  17. 삭제
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화부는 상기 원료 안치부 하측에 복수의 방열 핀을 더 구비하는 증착 원료 분사 장치.
  19. 증착 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버 내측에 마련되어 기판이 안치되는 기판 안치부;
    증착 원료를 공급하는 원료 공급 수단;
    상기 증착 원료를 공급받는 증착 원료 공급관과, 상기 증착 원료를 기화시키는 기화부;
    상기 기화부를 중심으로 대칭 배치되어 상기 기화된 증착 원료를 상기 챔버 내측으로 분사하는 인젝터부를 포함하는 증착 원료 분사 장치를 포함하고,
    상기 기화부는,
    내부 공간을 가지며, 상기 증착 원료 공급관과 연통되어 증착 원료를 제공받는 증착 원료 유입구 및 상기 인젝터부와 연통되어 기화된 증착 원료를 상기 인젝터부로 제공하는 원료 공급구를 구비하는 몸체부;
    상기 몸체부의 내부 공간에 마련되어 상기 증착 원료가 안치되는 원료 안치부;
    상기 원료 안치부 하측에 마련되어 상기 증착 원료를 가열하여 기화시키는 가열부를 포함하는 박막 증착 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 가열부는 상기 원료 안치부 하측에 위치하는 램프 히터와, 상기 챔버 외측에 마련되어 전원배선을 통해 상기 램프 히터에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 박막 증착 장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 원료 안치부는 Al, 스테인레스 스틸(stainless steel; sus), Ti, Cu 및 이들의 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 물질을 이용하여 0.5 내지 5mm 두께의 판 형상으로 제작된 박막 증착 장치.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 증착 원료 공급관의 일부가 상기 챔버 외측으로 돌출되고, 돌출된 상기 증착 원료 공급관에 접속되어 상기 증착 원료 공급관, 기화부 및 인젝터부를 회전시키는 회전 구동부를 더 포함하는 박막 증착 장치.
  23. 증착 공간을 갖는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 증착 원료를 기화시키는 기화부, 상기 기화부를 중심으로 대칭 배치되어 상기 기화된 증착 원료를 상기 챔버 내측으로 분사하는 복수의 인젝터부를 포함하는 박박 증착 장치의 박막 증착 방법으로서,
    상기 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계;
    상기 챔버 내에 배치된 기화부에 상기 증착 원료를 제공하는 단계;
    상기 기화부를 통해 상기 증착 원료를 가열하여 상기 증착 원료를 기화시키는 단계;
    상기 기화된 증착 원료를 상기 인젝터부를 통해 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 기화부에 제공되는 상기 증착 원료의 량은 상기 기판에 증착될 박막의 두께에 해당하는 량인 박막 증착 방법.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 기화부는 상기 증착 원료를 불연속적으로 가열하는 박막 증착 방법.
  26. 청구항 23에 있어서,
    상기 인젝터부를 300도 내지 500도의 온도로 가열하는 박막 증착 방법.
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