KR101375842B1 - 도가니장치，도가니장치 제어방법, 막 두께 측정장치 및 이를 포함하는 박막증착장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 박막증착 시 도가니 내 유기물질의 잔량에 따라 가열위치를 적절히 변경할 수 있게 구성된 도가니장치 및 이를 위한 제어방법, 기판에 증착되는 박막의 두께를 보다 정확히 측정할 수 있는 막 두께 측정장치, 그리고 이러한 도가니장치 및/또는 막 두께 측정장치를 포함하는 박막증착장비를 제공한다.

Description

도가니장치，도가니장치 제어방법, 막 두께 측정장치 및 이를 포함하는 박막증착장비 {Crucible Apparatus, Method for Controlling Crucible Apparatus, Film Thickness Measurement Apparatus, and Film Deposition Equipment with the Same}

본 발명은 박막증착에 요구되는 유기물질을 제공하는 도가니장치, 이러한 도가니장치를 제어하는 방법, 증착된 박막의 두께를 측정하는 장치 및 이를 포함하는 박막증착장비에 관한 것이다.

유기발광다이오드(organic light emitting diode : OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 발광하는 전계발광현상을 이용하여 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다. 이러한 유기발광다이오드에 의한 디스플레이는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있으며 넓은 시야각과 신속한 응답속도를 갖고 있기 때문에, 일반 LCD(liquid crystal display)와는 달리, 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않고 화면에 잔상이 남지 않는다. 그리고, 소형화면에서는 LCD 이상의 화질과 단순한 제조공정으로 인하여 유리한 가격 경쟁력을 가지므로 차세대 디스플레이 소자로 큰 주목을 받고 있다.

유기발광다이오드를 이용하여 이동통신단말기용 디스플레이나 텔레비전 등을 생산할 때 필요한 것이 바로 박막증착장비인데, 박막증착장비는 기판에 유기물질을 증착하여 박막을 형성하는 것으로서 유기발광다이오드 제조를 위한 중요한 장비 중 하나이다.

도 1은 일반적인 박막증착장비의 구성이 도시된 개략도로, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막증착장비는 챔버(chamber)(910)를 포함하는데, 챔버(910)의 상부공간에는 기판(905)(이하, 도면부호 병기 생략)이 위치되고, 챔버(910)의 하부공간에는 기판(905)에 박막을 증착하기 위한 유기물질을 제공하는 도가니장치(도면부호 920, 930 참조)가 배치된다.

도가니장치는 내부에 유기물질이 담기는 도가니(920) 및 도가니(920)의 외주 전반에 걸쳐 감긴 전열선(930)을 포함한다. 도가니(920)에 담긴 유기물질은 도가니(920)를 전열선(930)에 의하여 가열시킴에 따라 증발된다. 이렇게 증발되는 유기물질은 도가니(920)에 마련된 분사수단을 통하여 방출됨에 따라 상승하고, 이에 따라 챔버(910)의 상부공간에 위치한 기판에 도달, 증착되어 기판에 박막을 형성한다.

전열선(930)은 도가니(920) 전체를 가열시키므로, 박막증착공정 중에 증발되지 않아 도가니(920)에 남는 일부 유기물질은 공정 초기부터 계속 전열선(930)으로부터의 고열에 노출되고, 도가니(920)는 유기물질이 증발됨에 따라 비어 있는 상부가 전열선(930)으로부터의 열에 의하여 불필요하게 계속 가열된다.

고열에 필요 이상으로 장시간 노출된 유기물질은 열분해 등을 원인으로 변성되어 유기박막 재료로서 이용이 불가할 수 있다. 그리고, 박막증착공정에서 도가니(920) 전체를 계속 가열하는 것은 에너지 효율 측면에서 볼 때 매우 비효율적인 방법이 아닐 수 없다.

한편, 챔버(910)의 내부에는 도가니(920)로부터의 유기물질 증발량을 측정하여 기판에 증착되는 박막의 두께를 계산(증발되는 유기물질 양을 증착되는 박막 두께로 환산)하는 막 두께 측정장치가 구비될 수 있다.

대한민국 등록실용신안 제0218573호에는, 모니터 헤드(monitor head)에 크리스털 센서(crystal sensor)가 장착된 막 두께 측정기(film thickness monitor), 막 두께 측정기의 앞쪽에서 증발되는 유기물질의 일부를 차단하여 크리스털 센서에 유기물질이 증착되는 정도를 저하시키는 그물 구조의 그리드(grid), 그리드를 지지하는 그리드 지지대로 구성된 막 두께 측정장치가 기재되어 있다.

이와 같은 대한민국 등록실용신안 제0218573호에 기재된 막 두께 측정장치의 경우, 측정 초기에는 유기물질의 일부를 그리드에 의하여 차단하면서 막 두께를 측정할 수 있으나, 그 이후에는 시간이 경과함에 따라 그리드에 유기물질이 축적되면서 그물 구조의 그리드가 막힐 수 있고, 이에 따라 막 두께 측정이 부정확해지거나 불가해질 수 있다.

본 발명은 도가니에 담긴 유기물질을 효과적으로 가열, 증발시킬 수 있는 도가니장치 및 그 제어방법, 그리고 이를 포함하는 박막증착장비를 제공한다.

또한, 본 발명은 막 두께 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 막 두께 측정장치 및 이를 포함하는 박막증착장비를 제공한다.

본 발명이 해결하려는 과제는 위 과제에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제들은 통상의 기술자(본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자)라면 아래의 기재로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 유기물질이 담기는 도가니와; 상기 도가니에 상하방향으로의 이동이 가능하도록 구비되어 이동하면서 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 승강식 가열유닛과; 상기 승강식 가열유닛을 이동시키는 구동유닛을 포함하는 도가니장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 도가니장치는, 상기 승강식 가열유닛이 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이(양)에 따라 이동되도록 상기 구동유닛을 컨트롤하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도가니장치는, 상기 도가니 내 유기물질 냉각을 위한 냉각유닛을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 냉각유닛은 상기 승강식 가열유닛의 하부에 상기 승강식 가열유닛과 함께 이동 가능하도록 구비될 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이를 검출하는 검출센서와; 상기 검출센서로부터의 검출신호에 따라 상기 구동유닛의 작동을 컨트롤하는 제어부를 포함할 수 있다. 또는, 상기 제어유닛은, 상기 도가니로부터 증발되는 유기물질의 단위시간당 증발량을 검출하는 검출센서와; 상기 검출센서로부터의 검출신호에 따라 상기 구동유닛의 작동을 컨트롤하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 승강식 가열유닛은 상하방향으로 배치된 복수의 단위 가열유닛으로 구성되고, 상기 단위 가열유닛들은 각각 가열온도의 조절이 가능할 수 있다.

상기 승강식 가열유닛은 상기 도가니의 외주에 끼워진 상태로 상하이동을 하고, 상기 승강식 가열유닛에 상하방향으로 구비된 가열원의 적어도 일부는 상기 도가니의 외주로부터 이격된 거리가 상이하여 다른 이격위치에 위치하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도가니장치는, 상기 도가니로부터 증발된 유기물질을 기체의 상태로 유지시키기 위한 열을 제공하는 보조가열유닛을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 보조가열유닛은 상기 승강식 가열유닛의 상부에 구비되어 상기 승강식 가열유닛과 함께 이동될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 유기물질이 담기는 도가니와; 상기 도가니에 상하방향으로 서로 이격되도록 구비되어 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 복수 개의 고정식 가열유닛과; 상기 고정식 가열유닛들을 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이(양)에 따라 선택적으로 온(on), 오프(off) 시키는 제어유닛을 포함하는 도가니장치가 제공된다. 이 같은 도가니장치는, 상기 도가니에 담긴 유기물질을 냉각시키기 위한 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 고정식 가열유닛들은 상기 도가니의 외주를 각각 둘러싸는 구조를 갖도록 구성되고, 그 가열온도가 상기 제어유닛에 의하여 각각이 조절될 수 있다. 그리고, 상기 고정식 가열유닛들 사이에는 상기 이웃한 고정식 가열유닛 간의 열간섭을 방지하는 단열부재를 각각 개재될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도가니장치는, 상기 도가니에 유기물질을 공급하기 위한 공급유닛을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제어유닛은 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이(양)에 따라 상기 공급유닛으로부터 상기 도가니에 유기물질이 공급되도록 상기 공급유닛을 컨트롤할 수 있다.

상기 도가니는 내부에 담기는 유기물질과의 접촉면적이 증대되도록 요철구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비된 승강식 가열유닛을 미리 정하여 둔 높이로 이동시키는 단계와; 상기 이동된 승강식 가열유닛을 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발되어 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라(양이 감소됨에 따라) 하강시키는 단계를 포함하는 도가니장치 제어방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비된 승강식 가열유닛을 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이(양)를 검출하여 이동시키는 단계와; 상기 이동된 승강식 가열유닛을 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발되어 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라(양이 감소됨에 따라) 하강시키는 단계를 포함하는 도가니장치 제어방법이 제공된다.

상기 승강식 가열유닛을 하강시키는 단계는 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이(양)를 검출하고, 검출결과에 따라 상기 승강식 가열유닛을 하강시킬 수 있다. 또는, 상기 도가니로부터의 유기물질 증발량이 미리 정하여 둔 설정량 미만이면 상기 승강식 가열유닛을 미리 정하여 둔 거리만큼 하강시키는 식으로 이루어질 수도 있다. 또는, 상기 도가니로부터 증발되는 유기물질의 단위시간당 증발량을 검출하고, 검출결과에 따라 상기 가열유닛을 하강시킬 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 서로 이격되도록 구비된 복수의 고정식 가열유닛을 모두 온 시키는 단계와; 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발되어 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라(양이 감소됨에 따라) 상기 고정식 가열유닛들을 상부에서부터 순차적으로 오프 시키는 단계를 포함하는 도가니장치 제어방법이 제공된다.

여기에서, 상기 고정식 가열유닛은 셋 이상 구비되고, 상기 고정식 가열유닛을 온 시키는 단계는 최상측의 고정식 가열유닛은 유기물질 증발온도로 유지시키고 상대적으로 하측에 위치한 고정식 가열유닛들은 유기물질 예열온도로 유지시킬 수 있다. 그리고, 상기 고정식 가열유닛이 오프 시 이 오프 된 고정식 가열유닛과 이웃하여 있는 하측의 고정식 가열유닛을 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환시키는 과정을 최하측에 위치한 고정식 가열유닛이 유기물질 증발온도로 변환 시까지 계속하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 고정식 가열유닛이 순차적으로 오프 됨에 따라 상기 유기물질 예열온도의 고정식 가열유닛을 상부에서부터 순차적으로 유기물질 증발온도로 변환시키는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니에 상하방향으로 서로 이격되도록 구비된 복수 개의 고정식 가열유닛을 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발됨으로써 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라(양이 감소됨에 따라) 상부에서부터 순차적으로 온 시키는 단계와; 상기 온 상태의 고정식 가열유닛을 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발됨으로써 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라(양이 감소됨에 따라) 상부에서부터 순차적으로 오프 시키는 단계를 포함하는 도가니장치 제어방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도가니로부터 증발되는 유기물질의 상태(유기물질의 증발량)에 기초하여 증착대상에 증착되는 박막의 두께를 산출하는 막 두께 측정기와; 통 형상으로 형성되고, 상기 도가니로부터 증발되는 유기물질의 일부를 상기 막 두께 측정기 측으로 유도하도록 상기 막 두께 측정기에 연결된 안내실드를 포함하는 막 두께 측정장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 막 두께 측정장치는, 상기 안내실드를 가열하는 실드 가열유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 안내실드는, 상기 막 두께 측정기의 바디에 장착된 고정부와; 상기 고정부의 앞쪽에서 통형 구조로 길게 연결되어 증발물질의 유입을 유도하는 유도부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증착공간을 갖는 증착챔버와; 상기 증착공간 상부에서 기판을 지지하는 기판 지지장치와; 상기 증착공간 하부에서 상기 기판 지지장치에 의하여 지지된 기판에 박막증착을 위한 유기물질을 제공하는 것으로서 상기 도가니장치를 포함하는 박막증착장비가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증착공간을 갖는 증착챔버와; 상기 증착공간 상부에서 기판을 지지하는 기판 지지장치와; 상기 증착공간 하부에서 상기 기판 지지장치에 의하여 지지된 기판에 박막증착을 위한 유기물질을 제공하는 도가니장치와; 상기 증착공간에서 상기 지지된 기판과 상기 도가니장치 사이에 구비되어 기판에 증착된 박막의 두께를 측정하는 것으로서 상기 막 두께 측정장치를 포함하는 박막증착장비가 제공된다.

위 같은 본 발명의 주요한 과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예(발명을 실시하기 위한 구체적인 내용)나 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이고, 나아가서는 위 같은 본 발명의 주요한 과제의 해결 수단 이외에도 다양한 과제의 해결 수단이 이하에서 추가로 제시될 것이다.

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

또한, 본 발명에 의하면, 증착된 박막의 두께를 측정함에 있어서, 장기간 사용하더라도 측정에 대한 신뢰도를 유지할 수 있고, 박막증착공정의 중단 없이 연속진행이 가능하여 공정의 효율성 향상에 크게 기여할 수 있다.

도 1은 일반적인 박막증착장비가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비가 도시된 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 도가니장치를 나타내는 분해사시도이다.
도 4, 도 5는 도 3에 도시된 분사구멍 개폐유닛의 작동을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 히터(가열유닛) 구동유닛의 작동을 컨트롤하는 제어유닛에 대한 블록도이다.
도 7은 도 3에서 가열유닛이 하강된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 막 두께 측정장치를 나타내는 분해사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 안내실드를 나타내는 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 안내실드에 대한 여러 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 13, 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 사시도이다.
도 15는 도 13, 도 14에 도시된 히터(가열유닛)의 작동을 컨트롤하는 제어유닛에 대한 블록도이다.
도 16 내지 도 18은 도 15에 도시된 제어유닛에 의한 히터(가열유닛)의 제어과정을 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 블록도이다.
도 20은 본 발명의 제4실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 구성도이다.
도 21은 도 20에 도시된 히터(가열유닛) 구동유닛과 유기물질 공급펌프를 컨트롤하는 제어유닛에 대한 블록도이다.
도 22 내지 도 24는 도 21에 도시된 제어유닛에 의한 히터(가열유닛)의 하강과정을 나타내는 구성도이다.
도 25는 본 발명의 제5실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 구성도이다.
도 26은 본 발명의 제6실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 설명을 위하여 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기나 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. 이에 따라, 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막증착장비는 내부에 외부와의 차단이 가능한 증착공간(22)이 마련된 증착챔버(2), 증착챔버(2)의 내부공간인 증착공간(22)의 상부와 하부에 각각 배치된 기판 지지장치(3)와 도가니장치(4)를 포함한다.

증착챔버(2)의 벽체에는 기판(1)(이하, 도면부호 병기 생략)을 증착공간(22)의 상부에 반입하고 반입된 기판을 반출하기 위한 기판 출입구(24)가 마련된다. 기판 출입구(24)는 출입구 개폐장치(5)에 의하여 개폐된다. 출입구 개폐장치(5)에 의하여 개폐되는 기판 출입구(24)는 하나가 구비될 수도 있고 두 개가 서로 대향하도록 구비될 수도 있다. 도시하지는 않았으나, 증착공간(22)은 배기장치에 의하여 진공분위기로 조성될 수 있다.

기판 지지장치(3)는 증착공간(22)에서 기판을 지지하고, 도가니장치(4)는 증착공간(22)의 하부에서 기판 지지장치(3)에 의하여 지지된 기판에 박막을 증착하기 위한 유기물질을 제공한다. 기판 지지장치(3)는 기판의 증착면(박막 증착이 이루어지는 면)이 도가니장치(4)를 향함과 아울러 노출되도록 기판을 지지한다. 도가니장치(4)는 도가니(4C)와 도가니 가열수단(4H)을 포함한다. 도가니(4C)는 내부에 유기물질이 담기고, 도가니 가열수단(4H)은 도가니(4C) 속에 담긴 유기물질을 증발시키는 데 필요한 열을 제공한다. 도가니 가열수단(4H)에 의한 유기물질 증발에는 유기물질에 직접 열을 가하는 가열방식보다는 도가니(4C)에 열을 가하는 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 도가니 가열수단(4H)에 의하여 도가니(4C)로부터 증발되고 방출됨에 따라 상승하는 유기물질은 기판에 도달되면 증착되어 기판의 증착면에 박막을 형성한다.

도면부호 6은 기판 지지장치(3)와 도가니장치(4) 사이에서 도가니(4C)로부터 기판 측으로 상승하는 유기물질의 이동경로를 차단하거나 차단을 해제하기 위한 셔터(shutter)이다. 셔터(6)는, 박막증착공정 중에는 유기물질 이동경로의 차단이 해제된 상태를 유지하고, 박막증착공정을 완료하거나 중지한 경우에는 유기물질 이동경로를 차단하여 기판에 유기물질이 더 이상 증착되지 않게 한다.

도면부호 7은 박막증착공정에서 기판의 증착면에 증착되는 박막의 두께를 측정하기 위한 막 두께 측정장치이다. 막 두께 측정장치(7)는 셔터(6)와의 간섭 발생이 없도록 지지장치(3)와 도가니장치(4) 사이에 배치된다. 일례로, 막 두께 측정장치(7)는 증착챔버(2)의 벽체에 설치될 수 있다.

도 3 내지 도 7을 참조하여 도가니장치(4)를 구체적으로 살펴본다.

도 3은 도가니장치(4)가 도시된 사시도로, 도 3에 도시된 바와 같이, 도가니(4C)는 옆으로 길게 형성되고 용기 형상의 구조를 가져 상부가 개방된 도가니 본체(41) 및 도가니 본체(41)의 개방된 상부를 덮는 도가니 덮개(42)를 포함한다.

도가니 본체(41)는 평평하도록 형성된 바닥판(41A) 및 바닥판(41A)의 가장자리 부분을 따라 세워진 벽체로 구성된다. 벽체는 앞벽(41B)과 뒷벽(41C) 및 좌측벽(41D)과 우측벽(41E), 이렇게 4개 벽으로 구분된다. 벽체(41B,41C,41D,41E)는 모두 수직으로 세워지는 등 도가니 본체(41)의 외주에 대한 평단면의 형상이 일정하도록 마련된다. 옆으로 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 직선부(411) 및 곡선부(412)는 서로 대향하여 대칭을 이루도록 배치된다. 앞벽(41B)과 뒷벽(41C)의 곡선부(412)는 서로 마주 보는 내측의 반대쪽인 외측으로 볼록하게 형성된다. 좌, 우측벽(41D,41E)도 곡선부(412)와 마찬가지로 외측으로 볼록하여 만곡한 형상을 갖는다. 이 같은 형상의 벽체(41B,41C,41D,41E)에 의하면, 도가니 본체(41)는 평단면이 대략 아령 형상의 요철 구조를 갖기 때문에, 이러한 요철 구조 없이 단순히 평평하도록 형성한 것과 비교하여 볼 때, 내부에 담기는 유기물질과의 접촉면적이 증대되어 도가니 가열수단(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) 및 직선부(411)에서 연장된 곡선부(412)의 개수는 실시조건에 따라 적절히 증감 가능하다. 또한, 도가니 본체(41)의 요철 구조는 도가니 본체(41)의 평단면을 일정하게 할 수 있다면 아령형에 국한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 아울러, 도가니 본체(41)의 요철 구조는 벽체(41B,41C,41D,41E)가 아닌, 바닥판(41A)이 갖도록 할 수도 있고, 바닥판(41A)과 벽체(41B,41C,41D,41E) 모두가 갖도록 할 수도 있다.

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

유기물질 분사구멍(421)은 옆(도가니 덮개(42)의 길이방향)으로 기다란 직선형의 슬릿(slit)으로 이루어진 선형(linear)구멍(422) 및 선형구멍(422) 상에 선형구멍(422)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 일정한 간격(바람직하게는, 등간격)으로 배치된 복수의 점형(point type)구멍(423)으로 구성된다. 이 때, 복수의 점형구멍(423)은 선형구멍(422)의 폭을 형성지점에서 확장시킬 수 있는 크기를 갖는 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 마련된 것으로 도시되어 있으나, 점형구멍(423)의 개수는 실시조건에 따라 적절히 증감 가능하다. 또한, 최외측의 두 점형구멍(423)은 선형구멍(422)의 양단에 각각 배치된 것으로 도시되어 있으나, 최외측 점형구멍(423)의 위치는 선형구멍(422) 상에서 선형구멍(422)의 양단으로부터 이격될 수 있다.

도가니장치(4)는 선형구멍 개폐유닛(43)과 점형구멍 개폐유닛(44)을 더 포함한다.

선형구멍 개폐유닛(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 개폐유닛(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.

선형구멍 덮개(431)는 도가니 덮개(42)에 덮인 때에 복수의 점형구멍(423)과 각각 일치하는 보조 점형구멍(433)을 갖고, 점형구멍 덮개(441)는 도가니 덮개(42)에 덮인 때에 점형구멍(423)과는 불일치하되, 선형구멍(422)과는 일치하는 보조 선형구멍(443)을 갖는다. 물론, 보조 점형구멍(433) 및 보조 선형구멍(443)은 일치되는 점형구멍(423) 및 선형구멍(422)과 각각 대응하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4, 5는 분사구멍 개폐유닛(즉, 선형구멍 개폐유닛(43)과 점형구멍 개폐유닛(44))의 작동이 도시된 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 선형구멍 덮개(431)를 닫아서 도가니 덮개(42)를 덮으면, 선형구멍(422)은 선형구멍 덮개(431)에 의하여 폐쇄되고, 복수의 점형구멍(423)은 보조 점형구멍(433)에 의하여 개방된 상태가 유지되므로, 증발되는 유기물질은 개방된 복수의 점형구멍(423)을 통하여 분사된다. 이와 반대로, 도 5에 도시된 바와 같이, 도가니 덮개(42)를 덮은 선형구멍 덮개(431)는 열고, 점형구멍 덮개(441)는 닫아서 점형구멍 덮개(441)로써 도가니 덮개(42)를 덮으면, 복수의 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 개폐유닛(43,44)을 이용하면 박막증착공정 시에 선형구멍(422)과 점형구멍(423) 중 하나를 선택적으로 폐쇄할 수 있다.

한편, 선형구멍 및 점형구멍 개폐유닛(43,44)과 관련, 선형구멍 및 선형구멍 덮개(431,441)는 자중으로 닫힌 상태를 유지할 수 있는 무게를 갖도록 이루는 것이 바람직하다. 물론, 실시조건에 따라서는 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)의 닫힌 상태를 각각 로크수단에 의하여 유지할 수 있다. 일례로, 로크수단은 볼트를 포함하는 것일 수 있다. 더 자세하게는, 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)에는 볼트의 나사부가 삽입되는 관통구멍을 각각 마련하고, 도가니 덮개(42)에는 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)가 닫힌 때 선형구멍 및 점형구멍 덮개(431,441)의 관통구멍과 각각 일치하는 암나사 홈을 마련함으로써 닫힌 선형구멍 덮개(431) 또는 점형구멍 덮개(441)를 도가니 덮개(42)에 볼트로 체결, 의도하지 않은 열림을 방지하는 타입일 수 있는 것이다.

도 3을 참조하면, 도가니 가열수단(4H)은 도가니 본체(41)에 열을 가하는 승강식의 도가니 가열유닛(45)(이하, 히터라 한다.), 히터(45)를 승강시키는 히터 구동유닛(46), 박막증착공정 시 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질이 증발함으로써 감소되는 양에 따라 히터 구동유닛(46)의 작동을 컨트롤하는 제어유닛(도 6의 도면부호 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 갖는 고리형의 플레이트 구조로 형성되어 도가니 본체(41)의 외주에 삽입된다. 히터(45)는 도가니 본체(41)의 외주가 일정하므로 도가니 본체(41)에 삽입된 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 구동유닛(46)은, 외주에 수나사가 길이방향을 따라 형성된 스크루 로드(screw rod)(461), 스크루 로드(461)와 나사짝(screw pair)을 이루도록 결합됨으로써 스크루 로드(461)를 따라 이동 가능한 가동블록(462), 스크루 로드(461)를 양방향으로 회전시키는 모터(463)를 포함한다. 스크루 로드(461)는 히터(45) 측에 히터(45)의 이동방향과 나란한 상하방향으로 배치되고, 이 상태로 주위 다른 구성(예를 들어, 도가니장치(4)의 베이스 등)에 회전 가능하게 장착된다. 가동블록(462)은 히터(45)에 결합된다. 모터(463)는 스크루 로드(461)의 상단에 직결될 수 있다. 모터(463)는 브래킷 따위에 의하여 주위 다른 구성(예를 들어, 도가니장치(4)의 베이스 등)에 지지될 수 있다.

이와 같은 히터 구동유닛(46)은 모터(463)를 작동시키면 스크루 로드(461)가 회전되고, 스크루 로드(461)의 회전방향에 따라 가동블록(462)이 상승 또는 하강된다. 이 때, 히터(54)는 가동블록(462)과 함께 움직이면서 승강된다.

도 3에서, 도면부호 464는 안내로드이다. 안내로드(464)는 스크루 로드(461)와의 사이에 도가니 본체(41)를 두고 히터(45) 측에 히터(45)의 이동방향과 나란한상하방향으로 배치되고, 이 상태로 주위 다른 구성(예를 들어, 도가니장치(4)의 베이스 등)에 장착된다. 히터(45)는 안내로드(464)에 안내로드(464)를 따라 슬라이드 이동 가능하게 결합되어, 안내로드(464)는 히터(45)의 승강운동을 안내한다.

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

여기에서, 검출센서(471)로는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 높이를 측정하는 센서, 또는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 무게를 측정하는 센서 등이 적용될 수 있다. 박막증착공정을 위한 도가니장치(4)의 작동 시, 제어부(472)는 모터(463)를 작동시켜 히터(45)를 최고점으로 상승시킨 뒤, 도가니 본체(41) 내 유기물질의 양과 히터(45)의 가열위치 간 상관관계에 대하여 미리 정하여 둔 히터(45)의 위치조절 테이블에서 검출센서(471)로부터의 측정값에 대응하는 히터(45)의 최적위치를 판독하고, 그 결과에 따라 모터(463)를 작동시켜 히터(45)를 목표하는 최적위치로 하강시키는 하강과정을 반복함으로써, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 히터(45)의 위치를 적절히 변경시킨다. 도 7은 히터(45)가 이러한 제어과정에 의하여 하강된 상태를 나타낸다. 참고로, 여기에서 일컫는 히터(45)의 최적위치라 함은 히터(45)로부터의 열을 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 표층 측에 집중적으로 제공할 수 있는 위치(높이)일 수 있다.

한편, 여기에서는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 잔량에 따라 히터(45)를 하강시키기 전에 히터(45)를 최고점으로 상승시키는 것으로 설명하였으나, 히터(45)에 대한 제어는 이렇게 최고점으로 상승시키지 않고 검출센서(471)로부터의 측정값에 대응하는 최적위치로 이동시킨 후 하강시키는 식으로 이루어질 수도 있다.

또한, 히터(45)의 하강제어는 도가니 본체(41) 내 유기물질의 양을 높이측정센서나 무게측정센서 등으로 검출하는 과정 없이, 타이머 등을 이용하여 미리 정하여 둔 시간 간격으로 일정한 거리씩 하강시키는 방식으로 이루어질 수도 있다.

도 8 내지 도 12를 참조하여, 막 두께 측정장치(7)를 구체적으로 살펴본다.

도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 막 두께 측정장치(7)는 도가니(4C)로부터 증발되는 유기물질의 상태, 즉 유기물질의 증발량 또는 증발속도 등에 기초하여 기판에 증착되는 박막의 두께를 산출할 수 있게 구성된 막 두께 측정기(71)를 포함한다. 막 두께 측정기(71)로는 박막증착장비에 사용되고 있는 공지의 다양한 막 두께 측정기가 적용될 수 있다.

위 발명의 배경이 되는 기술에서 대한민국 등록실용신안 제0218573호를 참조하여 설명한 바와 같이, 일반적으로, 막 두께 측정기(71)는 모니터 헤드 또는 바디(72)(이하, 바디로 통칭한다.)의 앞쪽에 크리스털 센서(73)가 구비된 구성을 갖고, 도가니(4C)로부터의 유기물질에 대한 증발량(또는, 증발속도)를 측정, 기판에 증착되는 박막의 두께를 산출할 수 있게 구성된다.

도 8, 도 9에 도시된 바와 같이, 막 두께 측정기(71)의 앞쪽에는 도가니(4C)로부터 증발되는 유기물질의 일부를 막 두께 측정기(71) 측으로 유도하는 안내실드(shield)(75)가 연결된다. 안내실드(75)는 그 내부를 유기물질이 통과하여 막 두께 측정기(71)의 크리스털 센서(73)에 도달할 수 있게 하기 위하여 통 형상 구조로 형성된다. 안내실드(75)는, 막 두께 측정기(71)의 바디(72)에 연결된 결합부(76), 결합부(76)의 앞쪽에 연통되고 긴 통 형상 구조로 형성되어 유기물질을 막 두께 측정기(71) 측으로 유도하는 도입부(77)로 구성된다. 참고로, 결합부(76)와 도입부(77)는 일체형일 수 있다.

여기에서, 결합부(76)는 막 두께 측정기(71)의 바디(72)에 견고히 연결될 수 있는 구조라면 막 두께 측정기(71)의 바디(72) 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도입부(77)는 도 9와 같이 둘레(직경)가 일정한 통형 구조, 도 10이나 도 11과 같이 둘레가 끝(유기물질이 유입되는 입구 측)으로 갈수록 확장되거나 축소되는 통형 구조, 둘레의 확장과 축소가 반복되는 통형 구조(도시되지 않음) 등 유기물질을 유입할 수 있는 다양한 통형 구조가 적용될 수 있다. 도 2에서와 같이, 도입부(77)는 그 끝이 도가니(4C)의 분사수단(즉, 유기물질 분사구멍(421)) 측을 향하도록 길게 배치하는 것이 유기물질 유입효율 면에서 바람직하다. 참고로, 도 9 내지 도 11에서, 동일한 구성에 대해서는 같은 도면부호를 부여하였다.

이와 같은 안내실드(75)는 강성을 유지하고 유기물질이 달라붙음을 최소화하기 위하여 스테인리스 스틸로 이루는 것이 바람직하고, 아울러 샌드 블라스트(sand blast)에 의하여 표면을 처리할 수 있다.

도 2에서, 도면부호 79는 안내실드(75)를 가열함으로써 안내실드(75)에 유기물질이 달라붙거나 축적됨에 따라 안내실드(75)가 오염되거나 안내실드(75)의 내부(통로)가 부분적으로 막히는 것을 방지하는 실드 가열유닛이다. 실드 가열유닛(79)으로는 안내실드(75)의 외부에 감긴 코일형 히터가 적용될 수 있다. 실드 가열유닛(79)으로는 코일형 히터 이외에도 안내실드(75)를 가열할 수 있는 다양한 가열유닛이 적용될 수 있다. 예를 들어, 안내실드(75) 측에 레이저 가열장치를 장착하여 안내실드(75)를 가열할 수 있겠다.

도 12는 도입부(77)와 만나는 결합부(76)의 끝 부분, 또는 결합부(76)와 만나는 도입부(77)의 끝 부분에 안내실드(75)의 내부가 외부와 통할 수 있게 하는 관통구멍(78)이 하나 또는 둘 이상 형성될 수 있음을 예시한다. 관통구멍(78)에 의하면, 유기물질을 안내실드(75)의 내부로 보다 원활하게 유입할 수 있다. 참고로, 도 12에서, 도 9 내지 도 11과 동일한 구성에 대해서는 같은 도면부호를 부여하였다.

다음에서는 제1실시예와 유사한 구성의 다른 실시예를 살펴본다. 다른 실시예는 설명의 명료성 등을 위하여 제1실시예와 비교하였을 때 다른 부분을 중심으로 살펴보고 도면의 경우에도 해당 부분만을 도시하겠다.

도 13, 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분인 도가니장치가 도시된 사시도이고, 도 15는 도 13 및 도 14에 도시된 도가니장치의 히터를 컨트롤하는 제어유닛에 대한 블록도이다. 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 박막증착장비는, 제1실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 데 대하여, 히터(45-1,45-2,45-3)는 복수 개 구비되고 승강식이 아니라 고정식이라는 점, 제어유닛(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, 단열부재(48)를 더 포함한다는 점 등이 상이하다. 이 같은 다른 점들에 대하여 구체적으로 살펴보겠다.

도 13과 도 14를 참조하면, 히터(45-1,45-2,45-3)는 3개 이상 구비하는 것이 바람직한데, 여기에서는 3개의 히터(45-1,45-2,45-3)를 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 구성, 형상 등에 대한 설명은 제1실시예와 동일하므로 생략하기로 한다.

히터(45-1,45-2,45-3)들의 가열온도는 제어유닛(47-1)에 의하여 각각 조절된다. 참고로, 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.

단열부재(48)는 히터(45-1,45-2,45-3)들 사이에 적어도 한 개씩 개재되어 상하로 이웃한 히터(45-1,45-2,45-3) 간 복사열 간섭을 방지한다. 단열부재(48)는 히터(45-1,45-2,45-3)들과 마찬가지로 도가니 본체(41)의 외주와 대응하는 내주를 갖는 고리형으로 형성되고 도가니 본체(41)의 외주에 끼워져 있도록 장착되어 도가니 본체(41)의 외주에 둘러진다. 바람직하게는, 단열부재(48)는 그 폭이 히터(45-1,45-2,45-3)들에 비하여 크도록 형성된다. 이러한 단열부재(48)에 의하면, 히터(45-1,45-2,45-3)들에 의한 가열영역별 온도조절의 어려움을 피할 수 있다.

도 15를 참조하면, 제어유닛(47-1)은 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 잔량(박막증착공정 시 증발되므로 공정시간이 경과함에 따라 양이 감소되면서 높이가 점차 낮아진다.)을 검출하는 검출센서(471-1) 및 히터(45-1,45-2,45-3)들을 검출센서(471-1)로부터의 검출신호에 따라 선택적으로 온, 오프 시키는 제어부(472-1)를 포함한다. 이 때, 검출센서(471-1)로는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 유기물질의 높이를 측정하는 센서, 또는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 무게를 측정하는 센서 등이 적용될 수 있다.

박막증착공정을 위한 도가니장치의 작동 시, 제어부(472-1)는 히터(45-1,45-2,45-3)들을 모두 온으로 제어한 다음, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양과 상하로 배치된 히터(45-1,45-2,45-3)별 가열영역 간 상관관계를 미리 정하여 둔 히터(45-1,45-2,45-3) 제어 테이블에서 검출센서(471-1)로부터의 측정값에 대응하는 유기물질 잔량 및 이에 따른 제어 대상 히터(45-1,45-2,45-3)를 판독하여 최상측 히터(45-1)부터 차례로 오프 시킨다. 즉, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 양이 감소하여(높이가 낮아져서) 상부히터(45-1)의 가열영역(미리 정하여 둔 설정영역일 수 있다.)을 벗어나면 상부히터(45-1)를 오프 시키고, 이후에 유기물질의 양이 더욱 감소되어 중간히터(45-2)의 가열영역을 벗어나면 중간히터(45-2)를 오프 시키며, 유기물질의 양이 보다 더 감소하여 하부히터(45-3)의 가열영역을 벗어나면(유기물질이 완전히 소진되거나 거의 소진된 상태일 수 있다.)의 하부히터(45-3)를 오프 시키는 식으로 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 히터(45)의 의한 가열위치를 적절히 변경시키는 것이다.

한편, 여기에서는 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 잔량에 따라 히터(45-1,45-2,45-3)들을 오프 시키기 전에 히터(45-1,45-2,45-3)들을 모두 온 시키는 것으로 설명하였으나, 히터(45-1,45-2,45-3)들에 대한 제어는 이렇게 모두 온 시키지 않고 검출센서(471-1)로부터의 측정값에 대응하는 가열영역을 갖는 히터 및 그 하측에 위치한 히터 모두를 온 시킨 뒤, 이 온 상태의 히터 중 최상측 히터부터 순차적으로 오프 시키는 식으로 이루어질 수 있다. 즉, 박막증착공정을 위한 도가니장치의 작동 시, 검출센서(471-1)로부터의 측정값에 대응하는 유기물질 잔량이 상부히터(45-1)의 가열영역을 벗어난 상태라면, 중간히터(45-2)와 하부히터(45-3)만을 온 시킨 후, 도가니 본체(41)에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 중간히터(45-2)부터 차례로 오프 시키는 것이다.

제어부(472-1)는, 히터(45-1,45-2,45-3)들을 온으로 제어할 때, 온으로 제어되는 히터들 중 최상측의 히터는 유기물질을 증발시키기 위한 유기물질 증발온도로 유지시키고, 상대적으로 하측에 위치한 나머지 히터들은 유기물질을 예열하기 위한 유기물질 예열온도로 유지시킨다.(도 16 참조)

제어부(472-1)는 히터(45-1,45-2,45-3)를 오프 시킬 때 오프로 제어되는 히터(예를 들어, 상부히터(45-1))와 이웃하여 있는 하측의 히터(예를 들어, 중간히터(45-2))를 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환시키는 과정을 최하측 히터(45-3)가 유기물질 증발온도로 변환되는 시점까지 계속적으로 행한다. 이와 관련, 도 17은 유기물질의 양이 상부히터(45-1)의 가열영역을 벗어남으로써 상부히터(45-1)가 오프 되고 중간히터(45-2)가 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환된 상태를 나타낸다. 도 18은 유기물질의 양이 더 감소되어 중간히터(45-2)의 가열영역을 벗어남으로써 중간히터(45-2)가 오프 되고 하부히터(45-3)가 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로 변환된 상태를 나타낸다.

한편, 히터(45-1,45-2,45-3)들의 오프를 비롯한 유기물질 예열온도에서 유기물질 증발온도로의 변환은 높이측정센서나 무게측정센서 등에 의한 검출과정 없이, 타이머 등을 이용하여 미리 정하여 둔 시간 간격으로 이루어지게 할 수도 있다.

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

이상에서의 설명과는 달리, 박막증착공정을 위한 도가니장치의 작동 시, 제어부(472-1)는 감소되는 유기물질의 양에 따라 히터를 순차적으로 유기물질 증발온도로 온 시키고, 아울러 이렇게 온으로 제어된 히터를 순차적으로 오프 시킬 수 있다. 즉, 상대적으로 상측에 위치한 히터(예를 들어, 상부히터(45-1)일 수도 있고, 중간히터(45-2)일 수 있다.)부터 순차적으로 온 시키되, 상대적으로 하측에 위치한 히터가 유기물질 증발온도로 온 되면 이 온으로 제어된 히터와 이웃하여 있는 상측의 히터를 오프(중간히터(45-2)가 온으로 제어된 경우에는 상부히터(45-1)를 오프)시키는 과정을 반복하는 것이다. 이 때, 유기물질 증발온도로 온 된 히터와 이웃하여 있는 하측의 히터(중간히터(45-2)가 온으로 제어된 경우에는 하부히터(45-3))는 유기물질 예열온도로 제어될 수도 있다.

도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 블록도이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 박막증착장비의 경우에는, 제1실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 제어유닛이 유기물질의 잔량을 검출하지 않고 유기물질의 증발량을 검출하고, 이에 따라 히터 구동유닛(도 3의 도면부호 46)의 모터(463)를 컨트롤하도록 구성된 점만이 상이하다.

제3실시예의 제어유닛은 도가니(도 3의 도면부호 4C)로부터의 유기물질 증발량을 검출하는 검출센서 및 이러한 검출센서로부터의 검출신호에 따라 모터(463)의 작동을 컨트롤하는 제어부(472)를 포함한다. 구체적으로, 제어부(472)는 히터(도 3의 도면부호 45)를 미리 정하여 둔 높이로 이동시킨 후, 유기물질 증발량 검출센서로부터의 증발량 측정값이 미리 정하여 둔 증발량 설정값 미만이면 히터가 미리 정하여 둔 거리만큼 하강되도록 모터(463)의 작동을 컨트롤하는 하강과정을 반복함으로써, 도가니에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 히터의 위치를 적절히 변경시킨다.

유기물질 증발량 검출에는 막 두께 측정기(도 8의 도면부호 71)가 이용될 수 있는데, 막 두께 측정기의 크리스털 센서(73)에 의하면, 유기물질 증발량을 검출할 수 있다.

증발량 설정값은 히터가 최적위치에 위치된 때 증발되는 유기물질의 양에 대한 범위일 수 있다. 박막증착공정 시, 유기물질이 증발되어 유기물질의 양(높이)이 감소된 상태인데, 히터의 하강이 이루어지지 않으면, 증발되는 유기물질의 양은 점차 감소될 수밖에 없다. 이 때, 측정된 크리스털 센서(73)로부터의 값은 증발량 설정값 미만이 되고, 이에 따라 제어부(472)는 모터(463)를 제어하여 히터를 미리 정하여 둔 거리만큼 하강시킨다.

이와 같은 제3실시예는 제1실시예를 기본으로 하지 않고 제2실시예를 기본으로 하여 구성될 수도 있다.

도 20은 본 발명의 제4실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분인 도가니장치가 도시된 구성도이고, 도 21은 도 20에 도시된 히터 구동유닛(46-1)과 유기물질 공급펌프를 컨트롤하는 제어유닛에 대한 블록도이다. 도 20, 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 박막증착장비는, 제1실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 도가니(4C)로부터의 유기물질을 기판에 분사하는 분사수단으로서 도가니(4C)에 탈착이 가능하도록 장착된 유기물질 분사기(4J)를 적용한 점, 도가니 가열수단의 구성을 달리한 점, 도가니(4C)를 냉각시키기 위한 도가니 냉각유닛(4R) 및 도가니(4C)에 유기물질을 공급하기 위한 유기물질 공급유닛(4F)을 더 포함한다는 점 등이 상이하다. 이러한 다른 점들을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 도가니(10)는 단면이 원형인 실린더 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는바, 일례로 단면이 다각형일 수도 있다.

유기물질 분사기(4J)는 유기물질 분사구멍(212)이 구비된 유기물질 분사헤드(210) 및 유기물질 분사헤드(210)와 도가니(4C)를 연결하여 도가니(4C)로부터 증발되는 유기물질을 유기물질 분사헤드(210)에 제공하는 연결파이프(220)를 포함한다. 유기물질 분사헤드(210)는 도가니(4C)의 상측에 배치된 것이 바람직하다. 연결파이프(220)는 유기물질 분사헤드(210)에 연결된 제1파이프(222) 및 도가니(4C)의 상부에 연결된 제2파이프(224)를 포함하는데, 제1파이프(222)와 제2파이프(224)는 볼트와 너트를 이용한 플랜지 이음에 의하여 서로 탈착 가능하게 연결된다.

연결파이프(220)를 경유하여 유기물질 분사헤드(210)에 유입되는 유기물질은 유기물질 분사구멍(212)으로 분사된다. 유기물질 분사구멍(212)은 기판과 대향하도록 배치된 것이 바람직하다. 유기물질 분사구멍(212)은 단수 또는 복수의 선형구멍이나 점형구멍으로 구성될 수도 있고, 앞서 제1실시예에서 제시한 선형구멍과 점형구멍을 조합한 구멍(도 3의 도면부호 421)으로 구성될 수도 있다. 유기물질 분사구멍(212)이 선형구멍과 점형구멍을 조합한 구멍으로 구성된 경우에는 유기물질 분사헤드(210)에 제1실시예의 선형구멍 개폐유닛(도 3의 도면부호 43)과 점형구멍 개폐유닛(도 3의 도면부호 44)을 장착하여 선형구멍 또는 점형구멍을 폐쇄할 수 있다.

도가니 가열수단은, 승강식의 히터(45-4), 히터(45-4)를 승강시키는 히터 구동유닛(46-1), 박막증착공정 시 도가니(4C)에 담긴 유기물질의 감소량에 따라 히터 구동유닛(46-1)의 작동을 컨트롤하는 제어유닛(도 21의 검출센서와 제어부 참조)을 포함한다.

히터(45-4)는 가열원 및 가열원이 내장된 마운팅 하우징을 포함한다. 마운팅 하우징은 도가니(4C)의 외주에 상하이동 가능하도록 삽입되는 구조를 갖는다. 가열원은 전열선일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 가열원은 도가니(4C)의 외주를 나선형으로 둘러싸는 구조를 갖도록 배치될 수 있다.

히터 구동유닛(46-1)은, 상하방향으로 긴 구조를 갖는 고정자(310), 고정자(310)에 대하여 상하방향으로 직선운동을 하며 히터(45-4)와 연결된 이동자(320)를 갖춘 리니어 모터일 수 있다. 이 때, 고정자(310)는 도가니장치의 베이스(49)에 세워질 수 있다.

제어유닛에 의한 히터 구동유닛(46-1)의 제어는 제1실시예에서 제시한 유기물질의 잔량에 따라 히터(45-4)를 적절히 하강시키는 방식, 또는 제3실시예에서 제시한 유기물질의 증발량에 따라 히터(45-4)를 적절히 하강시키는 방식이 적용될 수 있다.

도가니 냉각유닛(4R)은 히터(45-4)의 하부에 히터(45-4)와 함께 상하방향으로 이동할 수 있도록 구비된다. 도가니 냉각유닛(4R)은 유기물질이 히터(45-4)로부터의 고열에 의하여 변성되는 것을 방지한다. 즉, 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 히터(45-4)에 의한 가열영역으로부터 하측에 위치한 유기물질을 냉각하여 유기물질의 변성을 방지하는 것이다. 참고로, 도 24의 경우에는 히터(45-4)의 하강으로 인하여 도가니 냉각유닛(4R)이 도가니(4C)로부터 벗어난 상태를 나타낸다.

이와 같은 도가니 냉각유닛(4R)은 냉각원을 포함한다. 예를 들어, 냉각수 등 냉각매체가 흐르는 냉각유로를 가질 수 있다. 그리고, 냉각유로는 도가니(4C)의 외주를 나선형으로 둘러싸는 구조를 갖도록 구성될 수 있다.

유기물질 공급유닛(4F)은, 도가니(4C)에 공급하기 위한 유기물질이 저장되는 유기물질 저장탱크(410), 유기물질 저장탱크(410)와 도가니(4C)를 연결하여 유기물질 저장탱크(410)와 도가니(4C) 사이에 유기물질 이송로를 마련하는 유기물질 이송라인(420), 유기물질 이송라인(420) 상에 설치된 유기물질 공급펌프(430)를 포함한다. 유기물질 공급펌프(430)를 작동시키면, 유기물질 저장탱크(410)에 저장된 유기물질은 유기물질 이송라인(420)을 따라 이송되어 도가니(4C)에 공급된다. 유기물질 저장탱크(410) 또는 유기물질 저장탱크(410)와 유기물질 공급펌프(430)는 증착챔버(도 2의 도면부호 2)의 외부에 배치될 수 있다. 유기물질 이송라인(420)은 도가니(4C)의 하부에 연결된 것이 바람직하다.

도 21을 참조하면, 제어부는 검출센서로부터의 검출신호에 따라 유기물질 공급펌프(430)의 작동을 컨트롤한다. 예들 들어, 검출센서로부터의 측정값이 미리 정하여 둔 잔량 설정값 미만이면 도가니(4C)에 유기물질이 공급되도록 유기물질 공급펌프(430)의 작동을 온 시키고, 이에 따라 검출센서로부터의 측정값이 잔량 설정값을 초과하면 유기물질의 공급이 중단되도록 유기물질 공급펌프(430)의 작동을 오프 시킬 수 있다. 이를 위해서는 검출센서가 유기물질의 잔량에 대한 높이 또는 무게를 측정하는 센서인 것이 바람직하다.

이와 같은 유기물질 공급유닛(4F)과 제어유닛에 의하면, 도가니(4C) 내 유기물질의 잔량이 잔량 설정값 미만인 경우 도가니(4C)에 유기물질을 효율적으로 채울 수 있다.

한편, 이상에서는 이동자(320)가 히터(45-4)와 연결된 것으로 설명하였으나, 이동자(320)는 도가니 냉각유닛(4R)에 연결될 수도 있다.

도 25는 본 발명의 제5실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 구성도이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 박막증착장비의 경우에는, 제4실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 히터(45-4)가 복수의 단위 히터(101,102,103)로 구성되고, 이들 단위 히터(101,102,103)의 가열온도를 각각 조절할 수 있게 구성된 점만이 상이하다.

단위 히터(101,102,103)들은 상하방향으로 일렬로 배치된다. 도 25에는 이렇게 배치된 단위 히터(101,102,103)들이 서로 인접한 것으로 도시되어 있으나, 단위 히터(101,102,103)들은 서로 이격될 수도 있다.

각 단위 히터(101,102,103)의 가열온도는 제어유닛(도 21 참조)에 의하여 제어될 수 있다. 이에 따르면, 단위 히터(101,102,103)들을 서로 다른 가열온도로 조절함으로써, 단위 히터(101,102,103)들 중 일부는 도가니(4C)로부터 증발된 유기물질을 기체 상태 그대로 유지(상태 변화 방지)시키는 보조히터로 이용하거나 유기물질 증발온도로 가열할 유기물질의 사전예열을 위한 예열히터로 이용할 수 있다. 도 25에는 히터(45-4)가 3개의 단위 히터(101,102,103)로 구성된 것으로 예시되어 있는데, 이에 따르면, 도면부호 101의 단위 히터는 보조히터, 102의 단위 히터는 유기물질을 증발시키기 위한 유기물질 증발온도를 제공하는 메인히터, 103은 예열히터로 이용될 수 있다. 즉, 단위 히터(101,102,103)들 간의 상대적 위치관계에 따라 보조히터, 메인히터, 예열히터로 이용될 수 있는 것이다. 보조히터로 이용되는 단위 히터의 가열온도를 메인히터의 가열온도에 비하여 높게 하면, 증발된 유기물질의 상승속도를 보다 높일 수 있다.

도 26은 본 발명의 제6실시예에 따른 박막증착장비의 주요 부분이 도시된 구성도이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 따른 박막증착장비의 경우에는, 제4실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 히터(45-4)에 내장된 가열원의 적어도 일부가 도가니(4C)의 외주로부터 동일한 거리에 위치하지 않고 이격위치에 다른 이격위치에 위치하도록 구성된 점만이 상이하다.

이와 같은 히터(45-4)의 가열원 구조에 따르면, 가열원의 가열온도를 동일하게 하더라도 가열원과 도가니(4C)의 이격거리에 따라 제공되는 가열온도를 달리 할 수 있다. 즉, 도가니(4C)의 외주에서 가열원으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 부분은 상대적으로 낮은 가열온도를 제공받고, 반대로 가열원으로부터의 이격거리가 상대적으로 가까운 부분은 상대적으로 높은 가열온도를 제공받게 되는 것이다. 제5실시예의 경우에는 히터(45-4)를 복수의 단위 히터(도 25의 도면부호 101, 102, 103)로 구성하고, 이들 단위 히터의 가열원의 가열온도를 각각 조절하여 증발된 유기물질을 기체 상태로 유지하거나 유기물질의 증발을 위한 가열온도를 제공하거나 유기물질을 예열하거나 하였으나, 제6실시예는 히터(45-4)의 가열원과 도가니(4C) 사이의 이격거리를 변화시켜 증발된 유기물질의 기체 상태 유지, 유기물질 증발을 위한 가열온도 제공, 유기물질 예열 등을 행할 수 있게 한 것이다.

도 26에는 히터(45-4)의 가열원이 도가니(4C)의 상측으로 갈수록 도가니(4C)의 외주로부터 점차 멀어지는 구조를 갖도록 구성된 것으로 도시되어 있으나, 히터(45-4)의 가열원은 도가니(4C)의 상측이 아닌, 하측으로 갈수록 도가니(4C)의 외주로부터 점차 멀어지는 구조를 갖도록 구성될 수도 있다. 또는, 히터(45-4)의 가열원은, 상부와 하부는 도가니(4C)의 외주로부터 상대적으로 멀고, 상부와 하부 사이의 중간부는 도가니(4C)의 외주로부터 상대적으로 가까운 구조를 갖도록 구성될 수도 있는 등, 히터(45-4)의 가열원 구조는 실시조건에 따라 얼마든지 다양하게 변경될 수 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.

1 : 기판 2 : 증착챔버
3 : 기판 지지장치 4 : 도가니장치
4C : 도가니 4F : 유기물질 공급유닛
4H : 도가니 가열수단 4R : 도가니 냉각유닛
7 : 막 두께 측정장치 22 : 증착공간
45, 45-1, 45-2, 45-3, 45-4 : 도가니 가열유닛(히터)
46, 46-1 : 히터 구동유닛 47, 47-1 : 제어유닛
48 : 단열부재 71 : 막 두께 측정기
72 : 바디 73 : 크리스털 센서
75 : 안내실드 79 : 실드 가열유닛

Claims (30)

1. 내부에 유기물질이 담기는 도가니와;
   상기 도가니에 상하방향으로 이동 가능하게 구비되며 상기 도가니에 담긴 유기물질을 증발시키기 위한 열을 제공하는 가열유닛과;
   상기 가열유닛을 이동시키는 구동유닛과;
   상기 도가니에 대한 가열유닛의 가열위치가 상기 가열유닛에 의하여 상기 도가니로부터 증발된 유기물질의 양에 따라 변경되도록 상기 구동유닛의 작동을 컨트롤하는 제어유닛을 포함하고,
   상기 제어유닛은 상기 도가니로부터 증발된 유기물질의 단위시간당 증발량을 측정하는 센서가 구비된 측정기를 포함하며,
   상기 측정기에는 상기 도가니로부터 증발된 유기물질 일부를 상기 측정기 측으로 유도하는 통 형상의 안내실드가 연결된 도가니장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열유닛은 상기 도가니의 외주에 끼워진 상태로 상하이동을 하는 도가니장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 도가니에 유기물질을 공급하는 공급유닛을 더 포함하는 도가니장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 도가니에 담긴 유기물질을 냉각시키기 위한 냉각유닛을 더 포함하는 도가니장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 냉각유닛은 상기 가열유닛의 하부에 상기 가열유닛과 함께 이동 가능하도록 구비된 도가니장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니는 내부에 담기는 유기물질과의 접촉면적이 증대되도록 요철구조를 갖는 도가니장치.
14. 청구항 6에 있어서, 상기 공급유닛은,
    유기물질 저장탱크와;
    상기 도가니와 상기 유기물질 저장탱크를 연결하는 유기물질 이송라인과;
    상기 유기물질 이송라인 상에 설치된 펌프를 포함하는 도가니장치.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니장치는 도가니에 유기물질을 공급하는 공급유닛을 더 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 공급유닛으로부터 상기 도가니에 유기물질이 공급되도록 상기 공급유닛을 컨트롤하는 도가니장치.
16. 삭제
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열유닛은 상하방향으로 배치된 복수의 단위 가열유닛으로 구성되고,
    상기 단위 가열유닛들은 각각 가열온도의 조절이 가능한 도가니장치.
18. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열유닛은 상기 도가니의 외주에 끼워진 상태로 상하이동을 하고,
    상기 가열유닛에 상하방향으로 구비된 가열원의 적어도 일부는 상기 도가니의 외주로부터 이격되는 거리가 상이하도록 구성된 도가니장치.
19. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니로부터 증발된 유기물질을 기체 상태로 유지시키기 위한 열을 제공하는 보조가열유닛을 더 포함하는 도가니장치.
20. 청구항 1의 도가니, 가열유닛, 구동유닛 및 제어유닛을 포함하는 도가니장치를 제어하는 방법으로서,
    상기 가열유닛을, 상기 도가니에 담긴 유기물질의 높이를 검출하여 이동시키는 단계와;
    상기 이동된 가열유닛을, 상기 도가니에 담긴 유기물질이 증발되어 유기물질의 높이가 낮아짐에 따라 하강시키는 단계를 포함하는 도가니장치 제어방법.
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 청구항 1에 있어서,
    상기 안내실드를 가열하는 실드 가열유닛을 더 포함하는 도가니장치.
28. 청구항 1에 있어서, 상기 안내실드는,
    상기 측정기의 바디에 장착된 고정부와;
    상기 고정부의 앞쪽에서 통형 구조로 길게 연장되어 증발된 유기물질의 유입을 유도하는 유도부를 포함하는 도가니장치.
29. 증착공간을 갖는 증착챔버와;
    상기 증착공간의 상부에서 기판을 지지하는 기판 지지장치와;
    상기 증착공간의 하부에서 상기 기판 지지장치에 의하여 지지된 기판에 박막증착을 위한 유기물질을 제공하는 것으로서 청구항 1에 기재된 도가니장치를 포함하는 박막증착장비.
30. 삭제

Images