KR101252912B1 - 히터 내장형 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증착 공정용 증발원에 적용되는 히터 구성에 관한 것으로, 종래 히터 구성에 비해 훨씬 간소화된 구조를 취하면서도 가열 효율이 더 좋은 히터 구성을 제공한다.
본 발명에 따른 새로운 히터는, 선형 노즐 증발원의 노즐 관로 외주면을 저항체로 감싸는 방식에서 벗어나 저항선과 그 저항선을 둘러싸 안착시키는 파이프 내지는 석영관과 같은 절연체관을 노즐 관로 안쪽에 내장시켜 구성한다.
이에 따라 히터의 구성은 간소화되면서도 노즐 관로 안쪽에서 증발물질을 직접 가열하기 때문에 가열 효율은 더 좋아진다.

Description

히터 내장형 증발원{Evaporator With Heater Inserted}

본 발명은 증착 공정용 증발원에 관한 것으로 좀 더 상세하게는 증발원을 가열하는 히터 배열 구조에 관한 것이다.

일반적으로 증착 공정용 증발원은 물질을 담는 도가니 주변과 도가니로부터 뻗어나온 노즐 관로 주변부에 히터를 밀착 설치한다. 이러한 히터는 주로 저항선으로 구성하며 가열하고자 하는 도가니를 감싸도록 그 형태를 유지하게 하는 지지부재를 세라믹 재 등으로 정교하게 가공한 구조물을 필요로 하게 된다.

도 1은 선형 노즐 증발원의 구조를 나타내는 단면도(아래 쪽 그림)와 노즐 관로의 단면도(위쪽 그림)이고, 도 2는 선형 노즐 증발원의 전체적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 1 및 2는 노즐(25)이 형성된 노즐 관로(20)를 갖는 선형 노즐 하단에 연결된 도가니(10) 주변에 설치된 히터를 도시한다. 상기 히터는 도가니(10)를 감싸도록 저항선(15)으로 구성하며, 저항선(15)의 형상을 잡아주고 유지하게 하는 지지부재(17)에 의해 구조물로 형성한다. 따라서 부품 및 구조물의 가공과 조립 등의 공정이 상당한 노력과 비용을 요한다. 또한 히터의 발열 방향이 도가니(10) 쪽 이외에 바깥쪽으로도 향하기 때문에 이를 반사시켜 다시 도가니 쪽으로 열을 전달하게 하는 리플렉터(18)를 하우징(12) 안쪽에 설치해야 하며 이 또한 비용과 노력을 가중시킨다.

이와 같은 지지부재를 포함한 히터 구조물에 대해 본 발명자들에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2002-0014704호를 참조할 수 있다.

또한, 저항선(15)을 노즐 관로(25) 외주면에 밀착하여 설치하기 위해 저항선(15)을 포함하는 원통형의 구조물을 많은 지지부재로 가공하여 설치하고 있으며, 저항선(15)의 발열 방향이 노즐 관로(20)의 안팎으로 향방되므로 리플렉터(18)를 설치하여야 한다(도 1의 노즐 단면도 참조).

따라서 구조물과 리플렉터 등의 구성비용과 노력을 절감할 수 있는 방안이 필요하며 저항선을 이용한 좀 더 효율적인 가열 방식을 모색할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 선형 노즐 증발원의 히터 구성을 좀 더 간소화하면서도 효율은 더욱 높은 히터 배열 구조를 갖는 증발원을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은, 증발물을 분사시키는 노즐 관로 안에 히터를 내장하여 증발물을 가열하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 노즐 관로 안에 내장되는 히터는,

발열체;

상기 발열체가 안착(安着) 되는 도체 파이프;및

상기 발열체와 도체 파이프 사이의 공간에 채워지는 절연 파우더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 노즐 관로 안에 내장되는 히터는,

발열체;및

상기 발열체가 안착(安着) 되는 절연체관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 발열체가 저항선으로 이루어지고, 상기 저항선은 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 다른 단부에 도달하도록 배열되거나, 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 다른 단부에 도달한 후 방향을 바꾸어 원위치로 회귀하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 노즐 관로와 연결된 도가니가 상기 노즐 관로의 어느 한 단부의 아래에 위치되고, 상기 노즐 관로는 물질 분사 방향에 있어서 상향식, 하향식 또는 등방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 히터가 노즐 관로를 지나 도가니 내부까지 연장되고,

상기 히터를 구성하는 발열체는 저항선으로 이루어지고, 상기 저항선은 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 상기 도가니 내부에 도달한 후 방향을 바꾸어 원위치로 회귀하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선형 증발원을 제작함에 있어 히터의 구성을 간소화할 수 있어 비용과 노력이 절감되면서도 히터의 가열 효율을 높일 수 있어 경제적이면서도 기술적 장점을 나타낸다.

도 1은 종래 선형 증발원의 히터 구성을 나타내는 단면도들이다.
도 2는 종래 선형 증발원의 전체적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 노즐 관로 안에 히터가 내장된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서 노즐 관로 안에 절연체관을 포함한 히터가 내장된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 노즐 관로 안에 내장된 히터의 발열 방향을 도시하는 노즐 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도가니 위치가 노즐 관로의 어느 한 단부에 위치하는 모습을 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도가니 위치가 노즐 관로의 어느 한 단부에 위치하는 하향식 증발원의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도가니 위치가 노즐 관로의 어느 한 단부에 위치하며, 내부 저항선(20)의 구성을 회귀형으로 하고 있는 것을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도 8과 다른 모든 구성은 같되, 하향식 증발원으로 하는 것을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도 8과 다른 모든 구성은 같되,
상하 또는 방사상으로 물질을 분사하게 구성한 증발원의 단면도이다.
도 11은 도 10의 증발원에 대한 노즐 단면도들이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따라 구성한 히터가 내장된 선형 노즐 관로를 나타낸 단면도이다.

노즐 관로의 단면 형상은 원형, 각형, 다각형 등 다양한 형상으로 제작 될 수 있다. 노즐 관로의 재질은 증발시키고자하는 물질과 반응하지 않는 물질로 구성하는 것이 바람직할 것이다.

저항선(350)을 서스(SUS) 또는 알루미늄과 같은 도체로 만든 파이프(300) 안쪽 중심부에 넣고 발열체가 되는 저항선(350) 주위를 절연 파우더(370)로 채워 저항선(350)에 전원을 연결하여 전압을 인가 할 때 도체인 노즐 관로(20)와 단락이 일어나지 않게 한다. 상기 파이프(300) 또한 증발시키고자 하는 물질과 반응하지 않는 물질로 구성해야 한다. 저항선은 도 3에서와 같이 직선모양일 수도 있으나 발열 효율을 좋게 하기 위해 코일형 또는 꼬불꼬불한 모양으로 만들 수 있다. 절연 파우더(370)로는 산화마그네슘(MgO)을 예로 들 수 있다.

상기와 같은 절연 파우더(370) 충진 없이 히터를 구성할 수도 있다. 즉, 도 4와 같이 도체 파이프(300) 대신 절연체관(310)을 저항선(350)을 안착시키는 하우징으로 구성하는 것이다(도 4 참조). 절연체관(310)의 예로 석영관 또는 세라믹관 등을 들 수 있다.

또한, 노즐 관로(20)와 연결된 도가니(10)에도 히터를 내장형으로 구성할 수 있다. 즉, 도 8 내지 10에서와 같이, 도가니(10) 안쪽에 발열체로 작용할 저항선을 배치하고 상기 도가니(10)에 담기는 물질과 접촉하지 않도록 절연체 또는 석영관을 배치한다.

상기와 같은 도가니 내장형 히터의 구성은 도가니(10)와 노즐 관로(20)의 접속부의 체결 전에 구성하여 조립으로 완성할 수 있다.

상기와 같이 노즐 관로(20) 및/또는 도가니(10) 안쪽에 히터를 내장하므로 저항체의 발열시 열전달 방향(14)이 모두 증발물을 가열하는 쪽으로 향방되어(도 5 참조) 이는 별도의 리플렉터를 설치할 필요가 없으면서도 가열 효율이 우수하다.

특히 길이가 긴 선형의 노즐 관로를 형성하여 대면적 기판에 물질을 증착하는 경우, 긴 관로 내부를 전체적으로 균일하게 가열하는 것은 박막 균일도와 관계되어 매우 중요한 문제이자 어려운 과제였으나 본 발명의 구성을 통하여 선형 증발원의 노즐을 전체적으로 균일하게 가열 할 있다.

기존의 가열구조에서는 물질을 분사시키는 노즐이 가열부에서 상대적으로 떨어져 있어 가열부와 근접한 부분보다 온다가 낮아서 노즐이 쉽게 막히는 문제가 있었으나, 가열체와 노즐부의 거리를 근접시킬 수 있어서 노즐의 온도가 노즐 관로의 온도보다 높도록 구성이 가능하여 노즐 막힘 현상을 방지 할 수 있다.

본 발명의 구성은 기판이 정지하고 선형증발원이 스캔하면서 증착하는 공정 혹은 선형 증발원이 정지해 있고 기판이 스캔하는 구조의 증착시스템에 적용 가능하며, 관로 중간에 밸브를 적용하여 증발물질의 분출을 차단 할 수도 있다.

균일한 박막 분포를 얻기 위해서는 노즐의 간격을 균일하게 하지 않고 노즐관로의 중앙과 양 단부 부근의 노즐의 크기를 다르게 하여 균일한 박막을 얻을 수 있도록 구성할 수 있으며, 노즐의 형상을 슬릿 형태로 구성할 수 도 있다. 이러한 슬릿의 폭을 중앙 부분과 양 단부를 다르게 하여서도 균일한 박막을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 구성에 따르면, 외장형 히터에 비해 저항체를 적게 사용하며, 많은 지지 부재들의 가공을 하지 않아도 된다. 특히, 노즐 관로(20)에 적용되는 히터의 경우 종래 노즐 관로(20)를 외주면에서 둘러싸야 했기 때문에 본 발명과 같은 저항선(350)으로의 전환은 저항체의 절감과 가공의 단순화에 있어 현저한 효과를 발휘한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서, 도가니 위치가 노즐 관로의 어느 한 단부에 위치하는 모습을 보여주는 단면도이다. 이러한 구성은 공정 챔버 내 공간 사용을 효율적으로 할 수 있는 경우를 대비한 것이기도 하다. 특히, 도 7과 같이 선형 증발원을 하향식 증발원으로 구성할 수 있다는 장점을 나타낸다.

도 8은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도가니 위치가 노즐 관로의 어느 한 단부에 위치하며, 내부 저항선(20)의 구성을 회귀형으로 하고 있는 것을 나타내는 단면도이다. 즉, 저항선(350)을 도 3 내지 7에서는 노즐 관로(20) 내부를 일자로 관통하게 구성하여 저항선(350) 양단에 전원을 인가하여 저항선(350)을 발열시켰으나, 도 8과 같은 회귀형 구성은 저항선(350)을 노즐 관로(20)와 그 하단의 도가니(10) 내부까지 넣어진 후 방향을 바꿔 도가니(10)와 노즐관로(20)를 거쳐 원위치로 회귀하도록 구성한다. 이러한 구성은 히터를 도가니(10)에 내장시킬 수 있게 하며, 또한 저항선(350)이 이중으로 분포하게 되므로 고온에 더 쉽게 도달할 수 있으며, 전원 장치를 인가할 때 전원장치의 (+) 단자와 (-) 단자를 노즐 관로(20)의 한 단부에서 모두 연결시킬 수 있어 더욱 편리하다.

또한 노즐 관로 주위에 리플렉터(18)를 추가하여 열효율을 더욱 향상 시킬 수 있다. 리플렉터의 형상은 노즐 관로의 형상과 유사하게 제작 될 수 있으며, 노즐을 가리지 않는 형태로 구성 되어야 한다.

상기와 같은 회귀형으로 저항선(350)을 구성하는 것은 도 3 내지 도 7의 증발원 구성에도 적용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도 8과 다른 모든 구성은 같되, 하향식 증발원으로 하는 것을 나타내는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서 도 8과 다른 모든 구성은 같되,

상하 또는 방사상으로 물질을 분사하게 구성한 증발원의 단면도이다.

즉, 물질 분사를 상향식, 하향식 중 어느 하나로 구성할 수 있고, 전후(지면 기준) 방향으로도 분사할 수 있도록 구성할 수 있으며, 방사상으로 8 개의 분사구를 구성하여 방사상으로 물질을 분사하는 등방성의 증발원으로 구성할 수도 있다.

도 11은 도 10의 증발원에 대한 노즐 단면도들이다. 이들은 상술한 바와 같이 더 여러 방향으로 물질을 분사하도록 변형 설계할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 도가니 13: 증발물
20: 노즐 관로
25: 노즐 300: 파이프
310: 절연체관 350: 저항선
370: 절연 파우더

Claims (6)

1. 증발물을 분사시키는 노즐 관로 안에 히터를 내장하여 증발물을 가열하며,
   상기 히터는, 발열체로서 도체인 노즐 관로 안에 내장되되, 발열체와 도체 노즐 관로 사이의 공간에 절연 파우더를 넣거나, 상기 발열체를 절연체관 안에 넣어 노즐 관로 안에 내장시키는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 발열체가 저항선으로 이루어지고, 상기 저항선은 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 다른 단부에 도달하도록 배열되거나, 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 다른 단부에 도달한 후 방향을 바꾸어 원위치로 회귀하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
5. 제1항에 있어서, 상기 노즐 관로와 연결된 도가니가 상기 노즐 관로의 어느 한 단부의 아래에 위치되고, 상기 노즐 관로는 물질 분사 방향에 있어서 상향식, 하향식 또는 등방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
6. 제5항에 있어서, 상기 히터가 노즐 관로를 지나 도가니 내부까지 연장되고,
   상기 히터를 구성하는 발열체는 저항선으로 이루어지고, 상기 저항선은 상기 노즐 관로의 한 단부에서 출발하여 상기 도가니 내부에 도달한 후 방향을 바꾸어 원위치로 회귀하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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