KR101310296B1 - 열증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트 대신에 판형의 금속히터를 사용하여 증착 편차율을 감소시킨 열증착 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터와 상기 판형의 금속히터 전면에 위치한 담체를 이용한 열증착 장치에 대한 것이다. 본 발명의 열증착 장치를 사용하여, 증착물질의 사용 효율을 증가시키고 기재에 증착물질을 균일하고 재현성 있게 증착시킬 수 있다.

Description

열증착 장치{Thermal Evaporator}
본 발명은 기존의 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트 대신에 판형의 금속히터를 사용하여 증착 편차율을 감소시킨 열증착 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터와 상기 판형의 금속히터 전면에 위치한 담체를 이용한 열증착 장치에 대한 것이다. 본 발명의 열증착 장치를 사용하여, 증착물질의 사용 효율을 증가시키고 기재에 증착물질을 균일하고 재현성 있게 증착시킬 수 있다.
스마트폰의 경우 전면의 강화유리 전체를 입력수단으로 사용하기 때문에 강화유리 전면이 내지문성 표면을 가지며, 스마트폰의 수요가 증대됨에 따라 대량으로 내지문성 표면을 제조할 수 있는 방법이 개발되어 왔다.
종래의 내지문 표면 코팅 방법으로는 스퍼터링(Sputtering), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 펄스파 레이저 증착(PLD;Pulsed Laser Deposition), 열증착(Thermal Evaporation) 등이 알려져 있으며, 이 중에서 열증착법은 공정이 단순하고 증착속도가 빠르며 장비의 가격이 상대적으로 저렴하다는 장점이 있다.
종래의 열증착 장치는 생산성을 위해 중앙에 히터 및 담체를 놓고, 상기 히터 및 담체 주변에 기재를 배열한 형태이며, 중앙에 설치된 히터로 담체를 가열하여 담체에 함유된 증착물질을 증발시켜 기재 표면에 증착한다. 이때 기재는 생산성을 더욱 높이기 위하여 공전 또는 공자전시킬 수 있다. 일반적으로 사용되는 히터와 담체는 도 1a, 2a와 같이 텅스텐 필라멘트나, 몰리브덴 보트 상에 다공성 세라믹 또는 금속으로 이루어진 담체를 올려놓은 형태이다.
그러나, 상기와 같은 형태는 도 1b, 2b에서와 같이 담체가 히터 위에 올려져 있어 증착물질의 50% 이하만 가까이 위치한 기재 방향으로 향하게 되며, 나머지 50% 증착물질은 담체 및 히터를 중심으로 배열된 공전 지그의 직경 정도의 거리를 지나 반대편 기재 표면에 도달하게 된다.
이 과정에서 증착물질의 사용 효율이 떨어질 뿐만 아니라 불순물과 반응하여 증착 품질을 전반적으로 저하시키게 된다. 또한, 종래의 히터들은 히터 구조로 인해 기재 표면 상하의 고른 증착이 어려우며, 특히 보트 형태의 히터는 증착 편차가 매우 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 기존의 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트 대신에 판형의 금속히터를 도입하여 증착 품질을 향상시키고 증착 편차율을 감소시킬 수 있는 열증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증착물질을 함유한 담체, 상기 담체를 가열하는 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트, 상기 담체 전면에서 이동할 수 있도록 형성된 기재탑재용 지그를 포함하는 열증착 장치에 있어서, 기존의 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트를 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터로 대체하였으며, 상기 판형의 금속히터의 전면에 상기 담체를 위치시켰다.
또한, 본 발명의 열증착 장치는 상기 판형의 금속히터 전면에 상기 담체를 위치시키기 위하여 지지대를 형성할 수 있으며, 상기 판형의 금속히터와 담체 사이의 밀착성을 높이기 위하여 상기 판형의 금속히터 전면에 담체 지지용 스프링을 형성할 수도 있다. 이때, 상기 담체의 스프링에 대한 탈착이 용이하도록, 상기 담체의 단면이 사다리꼴 형태인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 담체에 상기 판형의 금속히터 일측에 끼울 수 있는 고리 구조를 형성할 수도 있다 .
한편, 상기 담체의 열전도성을 향상시키기 위하여, 상기 담체는 금속 입자 또는 금속 와이어를 혼합한 세라믹 재질로 제작될 수 있으며, 이때 상기 담체의 전기 절연성을 유지하기 위하여, 상기 금속 입자 또는 금속 와이어의 직경이 1um ~ 0.1mm 이고, 상기 금속 입자 또는 금속 와이어의 함량은 1~50vol%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 담체를 열전도율이 다른 2종류 이상의 다공성 물질로 구성하고 각각의 다공성 물질에 서로 다른 증착물질을 함유시켜, 히터 가열시 시차를 두고 서로 다른 물질이 기재에 증착되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 금속히터의 수명을 연장하기 위하여, 상기 히터 표면에는 TiN, TiAlN, CrC 또는 CrN 중 어느 하나를 증착시킬 수 있으며, 상기 기재는 다양한 박막 증착 제품에 사용될 수 있으며, 바람직하게는 스마트폰 전면의 강화유리에 내지문 물질을 증착하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 열증착 장치는 판형의 금속히터를 도입하여 고가의 증착물질의 사용 효율을 증가시키고 기재에 증착물질을 균일하고 재현성 있게 증착시킬 수 있다. 또한, 기화된 증착물질이 담체에 가까이 위치한 기재 방향으로만 전부 향하게 되므로 증착물질 내의 불순물 함량을 줄이고 증착 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1a, 도 1b - 종래의 텅스텐 필라멘트 히터와 담체의 사용 형태 및 증착 과정을 보여주는 개념도
도 2a, 도 2b - 종래의 몰리브덴 보트 히터와 담체의 사용 형태 및 증착 과정을 보여주는 개념도
도 3a, 도 3b - 본 발명의 일실시예인 지지대를 이용한 판형 히터의 사용형태 및 증착 과정을 보여주는 개념도
도 4a, 도 4b - 본 발명의 일실시예인 스프링을 이용한 판형 히터의 사용형태 및 증착 과정을 보여주는 개념도
도 5a, 도 5b - 본 발명의 일실시예인 고리구조를 이용한 판형 히터의 사용형태 및 증착 과정을 보여주는 개념도
도 6 - 본 발명의 일실시예인 금속입자를 포함한 다공성 세라믹 재질로 이루어진 담체의 개념도
도 7 - 본 발명의 일실시예인 서로 다른 열전도율을 가진 다공성 물질로 구성된 담체의 개념도
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명은 종래의 증착물질을 함유한 담체, 상기 증착물질이 함유된 담체를 가열하는 히터, 상기 담체 전면에서 이동할 수 있도록 형성된 기재탑재용 지그를 포함하는 열증착 장치에 있어서, 상기 히터가 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터이고, 상기 판형의 금속히터의 전면에 상기 담체가 위치하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 열증착 장치는 도 3~5에서 볼 수 있듯이 기존의 텅스텐 필라멘트나 몰리브덴 보트를 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터로 대체하였으며, 상기 판형의 금속히터의 전면에 상기 담체를 위치시켰다.
도면에서 볼 수 있듯이, 담체 뒷면은 판형 금속히터로 막혀 있기 때문에 히터에 의해 가열되어 기화된 증착물질은 담체 전면으로 분사되어 가장 가까이 위치한 기재 방향으로만 향하게 된다.
따라서, 종래의 열증착 장치와 달리 증착물질이 반대편 기재 표면에 도달하여 불순물이 함유될 가능성이 적어지며, 기재 표면 상하의 고른 증착이 가능해진다.
한편, 담체를 판형의 금속히터 전면에 위치시키기 위하여, 담체를 잡아주는 다양한 수단을 적용할 수 있다. 일 실시예로서, 도 3a, 3b와 같이 판형 금속히터에 담체를 잡아줄 수 있는 지지대를 설치할 수 있으며, 도 4a, 4b와 같이 판형 금속히터에 스프링을 설치하여 히터와 담체 간의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 담체의 스프링에 대한 탈착이 용이하도록, 상기 담체의 단면이 사다리꼴 형태가 되도록 형성할 수 있다.
또한, 도 5a, 5b와 같이 상기 담체에 상기 판형의 금속히터 일측에 끼울 수 있도록 고리 구조를 만들 수 있으며, 이 경우 판형 금속히터의 구조가 단순하여 히터의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명의 열 증착 장치에 사용되는 담체는 열전도성을 향상시키기 위하여 도 6에서와 같이 일반적인 세라믹 재질의 담체에 금속 입자 혹은 와이어를 혼합하여 성형할 수 있다. 다만, 히터와 담체 간의 접촉으로 인한 전기저항 변화와 이로 인한 가열 불균일, 증착 재현성 저하 등을 방지하기 위하여 담체의 전기 절연성은 유지되어야 하며, 따라서 상기 금속 입자 또는 와이어의 직경은 1um ~ 0.1mm 이고 조성은 1~50vol%인 것이 바람직하다.
이렇게 제작된 담체의 공극률은 5~30% 인 것이 바람직하며, 본 발명에서 사용되는 금속 성분은 고열에서 기화되지 않아야 하므로 저융점 금속인 인듐, 주석, 아연, 납, 알루미늄 등은 피하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 열 증착 장치에 사용되는 담체는 도 7에서와 같이 열전도율이 다른 2종류 이상의 다공성 물질로 구성할 수 있으며, 각각의 다공성 물질에 서로 다른 증착물질을 함유시켜 가열시 시차를 두고 서로 다른 증착물질을 기재에 증착시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 판형의 금속히터의 수명을 연장하기 위하여, 상기 히터 표면에 TiN, TiAlN, CrC, CrN 등의 내산화성 물질을 코팅하는 것이 바람직하다. 본 발명의 열증착 장치는 모든 박막 증착 제품에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 스마트폰 전면의 강화유리에 내지문 물질을 증착하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (12)

  1. 증착물질을 함유한 담체, 상기 증착물질이 함유된 담체를 가열하는 히터, 상기 담체 전면에서 이동할 수 있도록 형성된 기재탑재용 지그를 포함하고, 상기 담체와 상기 기재가 마주보는 상태에서 열증착될 수 있게 설치되는 열증착 장치에 있어서,
    상기 히터가 기재의 공전축에 평행하게 설치된 판형의 금속히터이고, 상기 금속히터에 상기 담체가 설치되어지되 상기 금속히터 전면에 상기 담체가 위치하는 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판형의 금속히터 전면에 상기 담체를 위치시키기 위한 지지대가 형성되는 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판형의 금속히터와 담체 사이의 밀착성을 높이기 위하여, 상기 판형의 금속히터 전면에 담체 지지용 스프링이 형성되는 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 담체의 스프링에 대한 탈착이 용이하도록, 상기 담체의 단면이 사다리꼴 형태인 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 담체에 상기 판형의 금속히터 일측에 끼울 수 있는 고리 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 담체의 열전도성을 향상시키기 위하여, 상기 담체가 금속 입자 또는 금속 와이어를 혼합한 세라믹 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 담체의 전기 절연성을 유지하기 위하여, 상기 금속 입자 또는 금속 와이어의 직경이 1um ~ 0.1mm 이고, 상기 금속 입자 또는 금속 와이어의 함량은 1~50vol%인 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 담체가 열전도율이 다른 2종류 이상의 다공성 물질로 구성되고 각각의 다공성 물질에 서로 다른 증착물질이 함유되어, 히터 가열시 시차를 두고 서로 다른 물질이 기재에 증착되는 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속히터의 수명을 연장하기 위하여, 상기 히터 표면에 TiN, TiAlN, CrC 또는 CrN 중 어느 하나가 코팅된 것을 특징으로 하는 열증착 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기재가 스마트폰 전면의 강화유리이고, 상기 증착물질이 내지문 물질인 것을 특징으로 하는 열증착 장치.


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