KR101368897B1 - 도가니 어셈블리, 도가니 어셈블리의 가열장치 제어방법 및 도가니 어셈블리를 갖는 박막증착장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도가니, 도가니에 장착된 승강식 히터, 히터를 승강시키는 구동수단 및 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양에 따라 구동수단의 작동을 컨트롤하는 제어수단으로 구성된 도가니 어셈블리와; 도가니 어셈블리의 히터, 히터 구동수단 및 제어수단으로 구성된 가열장치를 컨트롤하는 제어방법과; 도가니 어셈블리를 갖는 박막증착장비를 제공한다.

Description

도가니 어셈블리, 도가니 어셈블리의 가열장치 제어방법 및 도가니 어셈블리를 갖는 박막증착장비 {Crucible Assembly, Method for Controlling Heating Device of the Same and Thin Film Deposition Equipment with the Same}

본 발명은 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 가열장치를 갖는 도가니 어셈블리, 도가니 어셈블리의 가열장치를 제어하는 방법 및 도가니 어셈블리를 갖는 박막증착장비에 관한 것이다.

일반적으로, 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 형광성의 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다. 이 유기발광다이오드에 의한 디스플레이는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 시야각과 빠른 응답속도를 가지고 있어 일반 LCD(Liquid Crystal Display)와 달리 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않으며 화면에 잔상이 남지 않는다. 또, 소형 화면에서는 LCD 이상의 화질과 단순한 제조공정으로 인하여 유리한 가격 경쟁력을 가지므로 차세대 디스플레이 소자로 주목을 받고 있다.

유기발광다이오드를 이용하여 이동통신단말기용 디스플레이나 텔레비전을 만들 때, 또는 조명기구를 생산할 때 필요한 것이 바로 박막증착장비인데, 이는 기판에 유기물질을 증착하여 박막을 형성하는 것이며 유기발광다이오드 생산을 위한 중요 장비 중 하나이다.

도 1은 일반적인 박막증착장비를 나타내는 구성도이다. 이 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 박막증착장비는 챔버(chamber)(110)를 포함하는데, 챔버(110)의 상부공간에는 기판(105)이 위치되고, 챔버(110)의 하부공간에는 내부에 유기물질이 담기는 도가니(crucible)(120)가 설치된다.

도가니(120)는 그 외주의 전반에 걸쳐 감긴 전열선(130)에 의하여 가열되고, 유기물질은 도가니(120)가 이 전열선(130)에 의하여 가열됨에 따라 증발된다. 도가니(120)는 상부가 개방된 구조를 가지도록 구성되어, 증발하는 유기물질은 이 도가니(120)의 개방된 상부로 방출된다. 이 방출되는 유기물질은 챔버(110)의 상부공간에 위치한 기판(105)에 도달, 증착되어 기판(105)에 박막을 형성한다.

이와 같은 박막증착장비는 그 도가니(120)가 전열선(130)에 의하여 전체적으로 가열되므로, 박막증착공정 중에 증발되지 않고 도가니(120)에 남는 일부 유기물질은 공정 초기부터 계속적으로 고열(유기물질 증발온도)에 노출되고, 도가니(120)는 유기물질이 증발됨에 따라 비어 있는 상부가 불필요하게 계속 가열된다.

이렇게 고열에 필요 이상으로 장시간 노출된 유기물질은 열분해 등을 원인으로 변성되어 유기박막 재료로서의 이용이 불가할 수 있다. 또, 에너지 효율 측면에서 볼 때, 매우 비효율적인 가열방법이 아닐 수 없었다.

본 발명의 목적은 도가니에 담긴 박막증착용 유기물질을 보다 효과적으로 가열, 증발시킬 수 있는 가열장치를 갖는 도가니 어셈블리, 이와 같은 도가니 어셈블리의 가열장치를 제어하는 방법, 그리고 이와 같은 도가니 어셈블리를 갖는 박막증착장비를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 이들에 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 통상의 기술자(본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자)라면 이하의 기재로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 유기물질이 담긴 도가니에 상하방향으로 이동 가능하게 장착되어 이동하면서 상기 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 적어도 하나의 히터와; 이 히터를 이동시키는 히터 구동수단을 포함하는 도가니 가열장치가 제공된다.

여기에서, 상기 도가니는 그 외주의 평단면이 일정하도록 형성되고, 상기 히터는 이 도가니의 외주와 대응하는 내주를 가지도록 형성되어 상기 도가니의 외주에 끼워진 상태로 상하이동을 할 수 있다.

또한, 상기 히터 구동수단은 상기 히터의 이동방향을 따라 배치되고, 외주에 수나사가 길이를 따라 형성되는 한편, 상기 히터와 나사짝을 이루도록 결합된 스크루 로드(screw rod)와; 이 스크루 로드를 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 도가니 가열장치는 상기 히터에 의한 가열위치가 상기 도가니에 담긴 유기물질의 양에 따라 변경되도록 상기 히터 구동수단의 작동을 컨트롤하는 제어수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 유기물질이 담긴 도가니에 상하방향으로 서로 이격되게 장착되고, 상기 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 복수 개의 히터와; 이 복수 개의 히터를 상기 도가니에 담긴 유기물질의 양에 따라 선택적으로 온(on), 오프(off) 시키는 제어수단을 포함하는 도가니 가열장치가 제공된다.

여기에서, 상기 복수 개의 히터는 모두 상기 도가니의 외주를 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 또, 이 복수 개의 히터는 가열온도가 상기 제어수단에 의하여 각각 조절될 수 있다.

이와 같은 복수 개의 히터 및 이들 히터용 제어수단을 가지는 도가니 가열장치는 상기 복수 개의 히터 사이에 개재되어 상기 이웃한 히터 간의 열 간섭을 방지하는 단열부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 이동 가능하도록 장착된 적어도 하나의 히터를 상승시키는 단계와; 이 히터 상승단계에서 이동된 히터를 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발되어 감소됨에 따라 하강시키는 단계를 포함하는 도가니 가열장치의 제어방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 서로 이격되도록 장착된 복수의 히터를 온 시키는 단계와; 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발하여 감소됨에 따라 상기 최상측의 히터부터 차례로 오프 시키는 단계를 포함하는 도가니 가열장치의 제어방법이 제공된다.

여기에서, 상하 서로 이격된 히터는 세 개 이상 구비되고, 상기 복수의 히터를 온 시키는 단계는, 최상측 히터는 유기물질 증발온도로 유지되고 상대적으로 하측에 위치한 히터는 유기물질 예열온도로 유지되도록 할 수 있다. 그리고, 이 같은 도가니 가열장치의 제어방법은 상기 히터의 오프 시 오프 되는 히터와 이웃한 하측의 히터를 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환시키는 것을 최하측 히터의 오프 시까지 계속하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증착공간을 갖는 증착챔버와; 이 증착공간의 상부에서 반입된 기판을 지지하는 기판 지지수단과; 상기 증착공간의 하부에 이 기판 지지수단에 의하여 지지된 기판과 대향하도록 배치되며, 내부에 유기물질이 담기는 도가니와; 이 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키는 데 필요한 열을 제공하는 것으로서, 상기와 같은 승강(상하이동)식 히터 및 히터 구동수단을 가지는 도가니 가열장치, 또는 상하 이격된 복수의 히터 및 이들 히터용 제어수단을 가지는 도가니 가열장치를 포함하는 박막증착장비가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 박막증착장비의 도가니는 상부가 개방된 도가니 본체 및 이 도가니 본체의 상부를 덮는 도가니 덮개를 포함하고, 상기 도가니 덮개에는 적어도 한 개의 유기물질 분사구멍이 마련될 수 있다. 이 때, 이 유기물질 분사구멍은 적어도 하나의 선형구멍 및 이 선형구멍 상에 위치한 적어도 하나의 점형구멍으로 구성될 수 있다.

상기 도가니 본체는 그 일부분 또는 전체가 유기물질과의 접촉면적이 증대되도록 요철 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 박막증착장비는 상기 선형구멍을 개폐하는 제1개폐수단과 상기 점형구멍을 개폐하는 제2개폐수단 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 제1개폐수단은 상기 도가니 덮개의 한쪽에 회전 가능하도록 장착되어 회전방향에 따라 상기 도가니 덮개의 상부를 덮거나 이 덮은 상태를 해제하며 상기 도가니 덮개의 상부를 덮은 때 상기 점형구멍과 일치하는 보조 점형구멍을 가지는 선형구멍 덮개를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2개폐수단은 상기 도가니 덮개의 한쪽에 회전 가능하도록 장착되어 회전방향에 따라 상기 도가니 덮개의 상부를 덮거나 이 덮은 상태를 해제하며 상기 도가니 덮개의 상부를 덮은 때 상기 선형구멍과 일치하는 보조 선형구멍을 가지는 점형구멍 덮개를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 유기박막 재료인 유기물질을 가열하여 증발시키기 위한 작업의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 에너지 절감, 작업성 향상, 유기물질의 손실 최소화 등의 이점을 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 박막증착장비가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비가 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비의 도가니 어셈블리가 도시된 사시도이다.
도 4, 도 5는 도 3에 도시된 분사구멍 개폐수단의 작동을 보인 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 도가니 가열장치의 히터 구동수단을 컨트롤하는 제어수단에 대한 블록도이다.
도 7은 도 3에 도시된 도가니 가열장치의 작동을 보인 사시도이다.
도 8, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비의 요부가 도시된 사시도이다.
도 10은 도 8, 9에 도시된 도가니 가열장치의 히터를 컨트롤하는 제어수단에 대한 블록도이다.
도 11a 내지 11c는 도 8, 9에 도시된 도가니 가열장치의 작동을 보인 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비가 도시된 구성도로, 이 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비는 외부와의 차단이 가능한 증착공간(22)을 제공하는 증착챔버(2), 이 증착챔버(2)의 내부공간인 증착공간(22)의 상부와 하부에 각각 배치된 기판 지지수단(3) 및 도가니 어셈블리(4)를 포함한다.

증착챔버(2)는 벽면의 한쪽에 기판(1)(이하, 도면부호의 병기는 편의상 생략한다)을 증착공간(22)에 반입하고 반입된 기판을 반출하기 위한 기판 출입구(24)가 마련된다. 기판 출입구(24)는 개폐수단(5)에 의하여 개폐된다. 증착챔버(2)는 벽면의 다른 쪽에도 마찬가지로 개폐수단(도면부호 5 참조)에 의하여 개폐되는 기판 출입구(도면부호 24 참조)가 마련될 수 있다. 그리고, 증착챔버(2)는 증착공간(22)이 배기수단(도시되지 않음)에 의하여 진공분위기로 조성될 수 있다.

기판 지지수단(3)은 증착공간(22)에 반입된 기판을 지지할 수 있도록 구성된 지지유닛을 포함하고, 이 기판 지지수단(3)에 의하여 지지된 기판은 지지유닛의 하부에 위치된다. 지지유닛은 지지유닛 구동수단(도시되지 않음)에 의하여 이동과 회전운동 중 적어도 하나를 할 수 있다.

도가니 어셈블리(4)는 도가니(4C) 및 도가니 가열장치(4H)를 포함한다. 도가니(4C)는 내부에 유기박막 재료인 유기물질이 담기고, 도가니 가열장치(4H)는 도가니(4C)에 이 도가니(4C) 내의 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공한다.

도 2에서, 도면부호 6은 기판 지지수단(3)과 도가니 어셈블리(4)의 사이에서 유기물질 이동경로를 차단하거나 차단을 해제하는 역할을 하는 셔터(shutter)이다. 이 셔터(6)는, 박막증착공정 중에는 유기물질 이동경로의 차단이 해제된 상태를 유지하고, 이와 반대로 박막증착공정을 완료하거나 중지한 경우에는 유기물질 이동경로를 차단함으로써 기판에 도가니 어셈블리(4)로부터의 유기물질이 더 이상 증착되지 않게 한다.

이제부터는 도 3 내지 도 7을 참조하여 도가니 어셈블리(4)를 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3은 도가니 어셈블리(4)가 도시된 사시도이다. 이 도 3에 도시된 바와 같이, 도가니(4C)는 좌우로 길게 형성되고 용기형의 구조를 가져 상부가 개방된 도가니 본체(41) 및 이 도가니 본체(41)의 개방된 상부를 덮는 도가니 덮개(42)를 포함한다.

도가니 본체(41)는 평평한 바닥판(41a)과 이 바닥판(41a)의 가장자리부를 따라 세워진 4개의 벽체(앞벽: 41b, 뒷벽: 41c, 좌측벽: 41d, 우측벽: 41e)로 구성된다. 4개의 벽체(41b,41c,41d,41e)는 모두 수직으로 세워지는 등 도가니 본체(41)의 외주에 대한 평단면의 형상이 일정하도록 마련된다. 좌우로 기다란 앞벽(41b)과 뒷벽(41c)의 양단 측에는 좌측벽(41d) 및 우측벽(41e)이 각각 연결된다.

앞, 뒷벽(41b,41c)은 모두 직선부(411)와 곡선부(412)가 서로 번갈아 가면서 연속하도록 이어진 형상으로 형성된다. 앞벽(41b)의 직선부(411) 및 곡선부(412)와 뒷벽(41c)의 그것은 서로 대향하여 대칭을 이루도록 배치된다. 전후의 곡선부(412)는 대향하는 내측의 반대쪽인 외측으로 볼록하도록 형성된다. 좌, 우측벽(41d,41e)도 곡선부(412)와 마찬가지로 외측으로 볼록하여 만곡한 형상을 가진다. 이러한 형상의 벽체(41b,41c,41d,41e)에 의하면, 도가니 본체(41)는 위에서 내려다 본 평단면이 대략 아령 형상인 요철 구조를 가지는바, 벽체(41b,41c,41d,41e)를 요철 구조 없이 단지 평면으로 한 것과 비교하여, 내부에 담기는 유기물질과의 접촉면적이 증대되어 도가니 가열장치(4H)에 의한 유기물질 증발시간을 대폭 단축할 수 있다.

이와 같은 도가니 본체(41)와 관련하여, 도면에는 앞, 뒷벽(41b,41c)의 직선부(411)가 각각 3개씩인 것으로 도시되어 있으나, 직선부(411)와 이 직선부(411)에서 연장되는 곡선부(412)의 개수는 실시조건에 따라 적절히 증감 가능하다.

도가니 덮개(42)는 도가니 본체(41)의 평단면과 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 도가니 덮개(42)에는 도가니 가열장치(4H)에 의하여 증발되는 유기물질을 기판 지지수단(3)에 의하여 지지된 기판에 분사하는 유기물질 분사구멍(421)이 하나 또는 복수 개 마련된다.

유기물질 분사구멍(421)은 좌우(도가니 본체의 길이방향)로 기다란 직선형의 슬릿(slit)으로 이루어진 선형(linear)구멍(422) 및 이 선형구멍(422) 상에 선형구멍(422)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 일정한 간격(바람직하게는, 등간격)을 두고 배치된 복수의 점형(point type)구멍(423)으로 구성된다. 이 때, 복수의 점형구멍(423)은 선형구멍(422)의 폭을 순간 확장시킬 수 있는 크기를 가지는 원형으로 형성된다. 즉, 점형구멍(423)의 직경이 선형구멍(422)의 폭보다 큰 것이다.

이와 같은 선형 및 점형구멍(422,423)으로 구성된 조합형의 유기물질 분사구멍(421)을 가져 노즐의 역할을 겸하는 도가니 덮개(42)에 따르면, 선형구멍(422)에 의해서는 기판에 유기물질을 선형으로 균일 분사할 수 있고, 점형구멍(423)에 의해서는 기판에 유기물질을 부분별로 집중 분사할 수 있는바, 박막증착공정 조건에 유연하게 대응하면서 박막의 균일도를 조정할 수 있다.

유기물질 분사구멍(421)과 관련, 도면에는 점형구멍(423)이 4개 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 점형구멍(423)의 개수는 실시조건에 따라 적절히 증감 가능하다. 또, 최외측 두 점형구멍(423)이 선형구멍(422)의 양단에 각각 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 최외측 점형구멍(423)을 반드시 선형구멍(422)의 양단에 위치시켜야 할 이유는 없겠다.

도가니 어셈블리(4)는 선형구멍 개폐수단(43)과 점형구멍 개폐수단(44)을 더 포함한다.

선형구멍 개폐수단(43)은 도가니 덮개(42)의 전후 중 한쪽에 힌지(432)에 의하여 전후방향으로 회전 가능하게 연결되어 회전방향에 따라 도가니 덮개(42)의 상부를 덮거나 이렇게 덮인 상태를 해제하는 선형구멍 덮개(431)를 포함하고, 점형구멍 개폐수단(44)은 도가니 덮개(42)의 전후 중 다른 쪽에 힌지(442)에 의하여 전후방향으로 회전 가능하게 연결되어 회전방향에 따라 도가니 덮개(42)의 상부를 덮거나 이렇게 덮인 상태를 해제하는 점형구멍 덮개(441)를 포함한다.

여기에서, 선형구멍 덮개(431)는 도가니 덮개(42)에 덮인 때에 복수 개의 점형구멍(423)과 각각 일치하는 보조 점형구멍(433)을 가지고, 점형구멍 덮개(441)는 도가니 덮개(42)에 덮인 때에 점형구멍(423)들과는 불일치하고 선형구멍(422)과 일치하는 보조 선형구멍(443)을 가진다. 물론, 보조 점형구멍(433) 및 보조 선형구멍(443)은 일치하는 점형구멍(423) 및 선형구멍(422)과 각각 대응하는 형상으로 형성된다.

도 4, 5는 분사구멍 개폐수단(즉, 선형구멍 및 점형구멍 개폐수단)의 작동이 도시된 사시도로, 도 4에 도시된 바와 같이, 선형구멍 덮개(431)를 닫아 도가니 덮개(42)를 덮으면, 선형구멍(422)은 선형구멍 덮개(431)에 의하여 폐쇄되고, 점형구멍(423)들은 보조 점형구멍(433)에 의하여 개방된 상태가 유지되므로, 증발되는 유기물질은 개방된 점형구멍(423)들을 통하여 분사된다. 이와 반대로, 도 5에 도시된 바와 같이, 도가니 덮개(42)를 덮고 있는 선형구멍 덮개(431)는 열고, 점형구멍 덮개(441)는 닫아 도가니 덮개(42)를 덮으면, 점형구멍(423)은 점형구멍 덮개(441)에 의하여 폐쇄되고, 선형구멍(422)은 보조 선형구멍(443)에 의하여 개방된 상태가 유지되므로, 증발되는 유기물질은 개방된 선형구멍(422)을 통하여 분사된다.

이와 같이, 선형구멍 및 점형구멍 개폐수단(43,44)을 이용하면 박막증착공정 시에 선형구멍(422)과 점형구멍(423) 중 하나를 선택적으로 폐쇄할 수 있다.

한편, 선형구멍 및 점형구멍 개폐수단(43,44)과 관련, 선형구멍 및 선형구멍 덮개(431,441)는 자중에 의하여 닫힌 상태를 유지할 수 있는 무게를 가지도록 이루는 것이 바람직하다. 물론, 필요하다면, 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)의 닫힌 상태는 각각 로크수단에 의하여 유지할 수도 있다. 예를 들면, 로크수단은 볼트를 포함하는 타입일 수 있는바, 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)에는 관통구멍을 각각 마련하고, 도가니 덮개(42)에는 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)가 닫힌 때 이 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)의 관통구멍과 각각 일치하는 암나사 홈을 마련함으로써, 닫힌 선형구멍 덮개(431)나 점형구멍 덮개(441)를 도가니 덮개(42)에 볼트로 체결, 의도하지 않은 열림을 방지하는 타입일 수 있는 것이다.

도 3을 참조하면, 도가니 가열장치(4H)는 도가니 본체(41)에 열을 가하는 승강식 히터(45), 이 히터(45)를 승강시키는 히터 구동수단(46), 박막증착공정 시 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 이 히터 구동수단(46)을 컨트롤하는 제어수단(47)을 포함한다.

히터(45)는 도가니 본체(41)의 외주(즉, 벽체)에 둘러진다. 이를 위하여, 히터(45)는 도가니 본체(41)의 외주(대략, 아령형)와 대응하는 내주를 가지는 고리형으로 형성되어 도가니 본체(41)의 외주에 끼워진다. 히터(45)는 도가니 본체(41)의 외주가 일정하므로 이 도가니 본체(41)에 끼워진 상태에서 상하방향으로 이동할 수 있다. 이러한 히터(45)는 전원이 공급되면 발열하는바, 전기저항이 커서 전류량 대비 발열량이 우수한 소재(예를 들어, 탄화규소를 포함하는 소재)로 이루는 것이 바람직하다.

히터 구동수단(46)은 외주에 수나사가 길이방향을 따라 형성된 스크루 로드(screw rod)(461), 이 스크루 로드(461)와 나사짝(screw pair)을 이루도록 결합된 가동블록(462), 스크루 로드(461)를 양방향으로 회전시키는 모터(463)를 포함한다.

여기에서, 스크루 로드(461)는 히터(45) 측에 히터(45)의 이동방향인 상하방향으로 배치되고, 이 상태로 주변 구성(예를 들어, 도가니 본체의 바닥 측)에 하단부가 회전 가능하도록 지지된다. 가동블록(462)은 히터(45)의 좌우 중 한쪽에 결합된다. 모터(463)는 스크루 로드(461)의 상단에 직결된다.

이와 같은 히터 구동수단(46)은 모터(463)를 작동시키면 스크루 로드(461)가 회전되고 이 스크루 로드(461)의 회전방향에 따라 가동블록(462)이 상승 또는 하강되면서 히터(54) 또한 동일방향으로 승강된다.

도 3에서, 도면부호 464는 가이드 로드(guide rod)이다. 가이드 로드(464)는 스크루 로드(461)와의 사이에 도가니 본체(41)를 두고 히터(45) 측에 상하방향으로 배치되는 한편, 이 상태로 주변 구성(예를 들어, 도가니 본체의 바닥 측)에 지지되고, 히터(45)의 좌우 중 다른 쪽이 슬라이드 이동 가능하도록 결합되어 히터(45)의 승강운동을 안내한다.

도 6은 제어수단(47)이 도시된 블록도로, 이 도 6에 도시된 바와 같이, 제어수단(47)은 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 잔량을 검출하는 검출센서(471) 및 이 검출센서(471)로부터의 검출신호에 따라 모터(463)를 작동시키는 제어부(472)를 포함한다. 즉, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질은 박막증착공정 시 증발되어 공정시간이 경과함에 따라 양이 감소되면서 높이가 점차 낮아지므로, 이에 맞추어 히터(45)에 의한 가열위치가 적절히 변경되도록 하는 것이다.

여기에서, 검출센서(471)는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 무게를 측정하는 타입을 적용하였다. 제어부(472)는 박막증착공정 시 모터(463)를 작동시켜 히터(45)를 최고점으로 상승시킨 후, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양과 히터(45)의 가열위치 간의 상관관계를 미리 정하여 둔 히터(45)의 위치조절 테이블에서 검출센서(471)로부터의 측정값에 대응하는 히터(45)의 최적위치를 판독, 이에 따라 모터(463)를 작동시켜 히터(45)를 목표하는 최적위치로 하강시킨다. 도 7은 이러한 제어과정에 의하여 히터(45)가 하강된 상태를 나타낸다.

참고로, 여기에서 말하는 히터(45)의 최적위치라 함은 히터(45)의 열이 유기물질의 표층 측에 제공되도록 하는 위치일 수 있다.

한편, 제어수단(47)에 의한 히터(45)의 하강은 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양을 검출하는 과정 없이, 타이머를 이용하여 히터(45)가 미리 정하여 놓은 시간 간격으로 일정한 거리씩 하강되도록 할 수도 있다.

이와 같은 제1실시예는 도가니(4C) 내의 증발된 유기물질이 유기물질 분사구멍(421)으로 배출되어 기판에 분사되므로 유기물질 분사구멍(421)을 통하여 유기물질 분사량 등을 적절히 제어할 수 있다. 또한, 히터(45)가 상하로 이동되면서 도가니(4C)에 담긴 유기물질을 증발시킴으로써 도가니(4C)의 상하위치가 변동되지 않고 그대로 유지되므로 증발된 유기물질이 최종 배출되는 유기물질 분사구멍(421)과 기판 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 유기물질을 증발시키는 데 있어서 도가니(4C)를 이동시키지 않으므로 도가니(4C)의 이동 시 도가니(4C)에 가해질 수 있는 진동 등의 각종 외력으로 인하여 도가니(4C)에 담긴 유기물질의 높이가 고르지 않고 부분별로 다르도록 변경됨을 원천적으로 방지할 수 있다.

다음에서는 제1실시예와 유사한 구성을 가지는 다른 실시예를 살펴보기로 한다. 다른 실시예는 설명의 명료성 및 편의를 위하여 제1실시예와 비교하였을 때 다른 부분을 중심으로 살펴보고 도면의 경우에도 해당 부분만을 도시하겠다.

도 8, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비의 요부인 도가니 가열장치가 도시된 사시도이고, 도 10은 도 8, 9에 도시된 도가니 가열장치의 히터를 컨트롤하는 제어수단에 대한 블록도이다. 이 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비는 제1실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 히터(45-1,45-2,45-3)들은 승강식이 아닌 고정식이라는 점, 제어수단(47-1)은 히터(45-1,45-2,45-3)들을 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양에 따라 선택적으로 온(on), 오프(off) 시킨다는 점 등이 상이하다. 이 같은 다른 점들에 대하여 보다 구체적으로 살펴보겠다.

도 8, 도 9를 참조하면, 히터(45-1,45-2,45-3)는 3개 이상 구비하는 것이 바람직한데, 여기에서는 히터(45-1,45-2,45-3)를 3개 구비한 것으로 한정하여 설명하겠다. 히터(45-1,45-2,45-3)들은 도가니 본체(41)에 상하방향으로 서로 이격되도록 일정한 간격을 두고 장착된다. 히터(45-1,45-2,45-3)의 기타 구성이나 형상에 대한 설명은 제1실시예의 그것과 동일하므로 생략한다.

히터(45-1,45-2,45-3)들의 가열온도는 제어수단(47-1)에 의하여 각각 조절된다. 이 때, 이 히터(45-1,45-2,45-3)들의 가열온도 조절은 히터(45-1,45-2,45-3)들에 각각 공급되는 전류의 양을 가변하는 방식으로 이루어질 수 있다.

히터(45-1,45-2,45-3)들의 사이에는 이웃한 히터(45-1,45-2,45-3) 간의 복사열 간섭을 방지하기 위한 단열부재(48)가 각각 개재되는데, 이 단열부재(48)는 히터(45-1,45-2,45-3)와 마찬가지로 도가니 본체(41)의 외주와 대응하는 내주를 가지는 고리형으로 형성되고 도가니 본체(41)의 외주에 끼워져 있도록 장착되어 도가니 본체(41)의 외주에 둘러진다. 바람직하게는, 단열부재(48)는 히터(45-1,45-2,45-3)보다 폭이 크도록 형성된다. 이러한 단열부재(48)에 의하면, 히터(45-1,45-2,45-3)에 의한 가열영역별 온도조절의 어려움을 피할 수 있다. 즉, 히터(45-1,45-2,45-3)들을 박막증착공정 시 요구되는 온도로 보다 정확히 유지하고 공정을 진행할 수 있는 것이다.

도 10을 참조하면, 제어수단(47-1)은 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 잔량(박막증착공정 시에 증발되어 공정시간이 경과함에 따라 양이 감소되면서 높이가 점차 낮아진다)을 검출하는 검출센서(471-1) 및 히터(45-1,45-2,45-3)들을 이 검출센서(471-1)로부터의 검출신호에 따라 선택적으로 온, 오프시키는 제어부(472-1)를 포함한다. 이 때, 검출센서(471-1)로는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 무게를 측정하는 타입을 적용하였다.

제어부(472-1)는 박막증착공정 시 히터(45-1,45-2,45-3)들을 모두 온으로 제어한 후, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양과 히터(45-1,45-2,45-3)별 가열영역 간의 상관관계를 미리 정하여 둔 히터(45-1,45-2,45-3) 제어 테이블에서 검출센서(471-1)로부터의 측정값에 대응하는 유기물질 높이 및 이에 따른 제어 대상 히터(45-1,45-2,45-3)를 판독하여 최상측 히터(45-1)부터 차례로 오프시킨다. 즉, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 높이가 상부히터(45-1)의 가열영역(미리 정하여 둔 설정영역일 수 있다)을 벗어나면 상부히터(45-1)를 오프시키고, 유기물질의 높이가 낮아져서 중간히터(45-2)의 가열영역을 벗어나면 중간히터(45-2)를 오프시키며, 유기물질의 높이가 하부히터(45-3)의 가열영역을 벗어나면(유기물질이 완전히 소진되거나 거의 소진된 상태일 수 있다)의 하부히터(45-3)를 오프시키는 것이다.

제어부(472-1)는, 히터(45-1,45-2,45-3)들을 모두 온으로 제어할 때, 최상측의 히터(45-1)는 유기물질을 증발시키기 위한 유기물질 증발온도로 유지시키고, 상대적으로 하측에 위치한 나머지 히터(45-2,45-3)들은 유기물질을 예열하기 위한 유기물질 예열온도로 유지시킨다.(도 11a 참조)

제어부(472-1)는 히터(45-1,45-2,45-3)를 오프시킬 때 오프로 제어되는 히터(예를 들어, 상부히터)와 이웃한 하측의 히터(예를 들어, 중간히터)를 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환시키는 제어과정을 최하측 히터(45-3)의 오프 시까지 계속 행한다. 이와 관련, 도 11b는 유기물질의 높이가 상부히터(45-1)의 가열영역을 벗어나서 이 상부히터(45-1)가 오프되고 중간히터(45-2)가 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환된 상태를 나타낸다. 도 11c는 유기물질의 높이가 중간히터(45-2)의 가열영역을 벗어나서 이 중간히터(45-2)가 오프되고 하부히터(45-3)가 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환된 상태를 나타낸다.

이와 같은 제어수단(47-1)에 의하면, 제2실시예는 유기물질이 고열에 장시간 노출되어 변성되는 것을 방지할 수 있음은 물론이고, 유기물질을 예열 후 증발시키므로 증발속도가 지연되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 제어수단(47-1)에 의한 히터(45-1,45-2,45-3)들의 오프와 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로의 변환은 유기물질의 잔량을 검출하는 과정 없이, 타이머를 이용, 미리 정하여 둔 시간 간격으로 이루어지도록 할 수도 있다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들어, 위에서는 도가니 본체(41)의 벽체(41b,41c,41d,41e)가 대략 아령형으로 형성되어 도가니(4C)가 요철구조를 가지는 것으로 설명하였으나, 이 도가니(4C)의 요철구조는 다른 형상으로 얼마든지 변경 가능할 뿐만 아니라, 도가니 본체(41)의 벽체(41b,41c,41d,41e)가 아닌, 바닥판(41a)이 가지도록 구성될 수도 있고, 바닥판(41a)과 벽체(41b,41c,41d,41e) 모두가 가지도록 구성될 수도 있다.

1 : 기판 2 : 증착챔버
3 : 기판 지지수단 4 : 도가니 어셈블리
4C : 도가니 4H : 도가니 가열장치
22 : 증착공간 41 : 도가니 본체
42 : 도가니 덮개 43 : 선형구멍 개폐수단
44 : 점형구멍 개폐수단 45, 45-1, 45-2, 45-3 : 히터
46 : 히터 구동수단 47, 47-1 : 제어수단
48 : 단열부재 421 : 유기물질 분사구멍
422 : 선형구멍 423 : 점형구멍
461 : 스크루 로드 462 : 가동블록
463 : 모터

Claims (9)

1. 내부에 유기물질이 담기고 상부가 개방된 도가니 본체 및 상기 도가니 본체의 개방된 상부를 덮으며 유기물질 분사구멍을 갖는 도가니 덮개를 구비하되, 상기 유기물질 분사구멍이 적어도 하나의 선형구멍 및 상기 선형구멍 상에 위치한 적어도 하나의 점형구멍으로 구성된 도가니와;
   상기 선형구멍을 개폐하는 선형구멍 개폐수단과;
   상기 도가니에 상하방향으로 이동 가능하게 장착되며 상기 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 히터와;
   상기 히터를 상하로 이동시키는 히터 구동수단과;
   상기 히터의 상하 위치가 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양에 따라 변경되도록 상기 히터 구동수단의 작동을 컨트롤하는 제어수단을 포함함으로써,
   상기 히터는 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양에 따라 상하로 이동되면서 상기 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키고,
   상기 선형구멍 개폐수단은 상기 도가니 덮개의 한쪽에 회전 가능하도록 장착되어 회전방향에 따라 상기 도가니 덮개의 상부를 덮거나 덮은 상태를 해제하며 상기 도가니 덮개의 상부를 덮은 때 상기 점형구멍과 일치하는 보조 점형구멍을 갖는 선형구멍 덮개를 포함하는 도가니 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도가니는 외주의 평단면이 일정하도록 형성되고,
   상기 히터는 상기 도가니의 외주와 대응하는 내주를 가지도록 형성되어 상기 도가니의 외주에 끼워진 상태로 상하방향으로 이동되는 도가니 어셈블리.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 히터 구동수단은,
   상기 히터의 이동방향을 따라 배치되고 외주에 수나사가 형성되며 상기 히터와 나사짝을 이루도록 결합된 스크루 로드와;
   상기 스크루 로드를 회전시키기 위한 모터를 포함하는 도가니 어셈블리.
4. 내부에 유기물질이 담기고 상부가 개방된 도가니 본체 및 상기 도가니 본체의 개방된 상부를 덮으며 유기물질 분사구멍을 갖는 도가니 덮개를 구비하되, 상기 유기물질 분사구멍이 적어도 하나의 선형구멍 및 상기 선형구멍 상에 위치한 적어도 하나의 점형구멍으로 구성된 도가니와;
   상기 점형구멍을 개폐하는 점형구멍 개폐수단과;
   상기 도가니에 상하방향으로 이동 가능하게 장착되며 상기 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 히터와;
   상기 히터를 상하로 이동시키는 히터 구동수단과;
   상기 히터의 상하 위치가 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양에 따라 변경되도록 상기 히터 구동수단의 작동을 컨트롤하는 제어수단을 포함함으로써,
   상기 히터는 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양에 따라 상하로 이동되면서 상기 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키고,
   상기 점형구멍 개폐수단은 상기 도가니 덮개의 다른 한쪽에 회전 가능하도록 장착되어 회전방향에 따라 상기 도가니 덮개의 상부를 덮거나 덮은 상태를 해제하며 상기 도가니 덮개의 상부를 덮은 때 상기 선형구멍과 일치하는 보조 선형구멍을 갖는 점형구멍 덮개를 포함하는 도가니 어셈블리.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단은 상기 히터로부터의 열이 상기 도가니에 담긴 유기물질의 표층 측에 제공되도록 상기 히터 구동수단의 작동을 컨트롤하는 도가니 어셈블리.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 상기 제어수단은,
   상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이 또는 양을 검출하는 검출센서와;
   상기 검출센서에 의한 검출신호에 따라 상기 히터 구동수단의 작동을 컨트롤하는 제어부를 포함하는 도가니 어셈블리.
7. 삭제
8. 청구항 1에 기재된 도가니 어셈블리의 히터, 히터 구동수단 및 제어수단으로 구성된 가열장치를 제어하는 방법으로서,
   내부에 담긴 유기물질을 기판에 분사하기 위한 유기물질 분사구멍을 갖는 도가니에 상하방향으로 이동 가능하게 장착된 히터를 상승시키는 단계와;
   상기 상승된 히터를 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발, 감소됨에 따라 하강시키는 단계를 포함하는 도가니 어셈블리의 가열장치 제어방법.
9. 증착공간을 갖는 증착챔버와;
   상기 증착공간의 상부에서 반입된 기판을 지지하는 기판 지지수단과;
   청구항 1에 기재된 도가니, 선형구멍 개폐수단, 히터, 히터 구동수단 및 제어수단을 갖춘 도가니 어셈블리를 포함하는 박막증착장비.

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