KR101605834B1 - 진공 열증착 장치의 열원용 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 열증착 장치의 열원용 히터에 관한 것으로, 진공 열증착 장치에 사용되어 열증착 장치의 증발용기 내부에 수용된 증착물을 가열함으로써 배출구 전방으로 위치하는 증발 코팅 대상체에 증착 코팅하기 위하여 상기 증발용기를 감싸도록 히터가 마련되고 상기 히터로 전류를 공급하여 전기적 에너지에 의한 고열을 발생시켜 증착물을 용융시키기 위해 증발용기의 외주측에 배치되고 축방향으로 긴 히팅부재들이 일정 간격을 두고 원주방향으로 증발히터가 배열 구성되는 열증착 장치의 열원용 히터에 있어서, 상기 히터는 카본(Carbon)체를 상기 증발용기 외측면을 감싸면서 축방향으로 소정간격을 두고 상기 증발용기 원주방향을 따라 순회하는 구조로 연속적인 연장 구조를 갖도록 절삭 가공하고, 상기 히터 하부측으로 카본으로 일체 형성되는 전극 입력단을 포함하고, 소정간격을 두고 연속적으로 연장 형성되는 상기 히터에 끼움 결합되어 상기 히터를 열증착 장치에 고정 지지하는 소켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 열증착 장치의 열원용 히터{Heat source of heater for thermal vacuum deposition apparatus}

본 발명은 진공 열증착 장치의 열원용 히터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 진공 열증착 장치에 사용되는 열원용 히터의 우수성을 제공할 수 있는 히터체 발명에 관한 것이다.

반도체 소자 또는 평판 디스플레이 소자의 제작에 주로 사용되는 용기 내의 하부에 증착 물질을 담은 도가니를 설치하고, 도가니를 가열하여 내부의 증착 물질을 증발시켜 상부에 위치한 기판에 증착하는 방식으로 박막을 제조하는 장치이다.

일반적으로 진공 가열 증착 방법을 통하여 박막을 제조하는데, 진공 가열 증착이란 진공용기 내의 기판 아래에 증발 물질이 담겨있는 도가니를 두고 도가니를 가열하여 증발 물질을 증발시켜 기판에 박막을 코팅하는 방법을 말한다.

이러한 진공 가열 증착에서 증발용기의 증발 물질을 가열시키는 방법에는 열선을 이용한 간접가열, 증발용기에 직접 전기를 흘리는 직접가열 또는 전자선을 이용한 전자선(E-beam) 가열 등의 방법이 사용된다. 이 중에서 열선을 이용하는 간접 가열방식이 증착제어가 안정적이기 때문에 많이 사용되고 있다.

이러한 간접 가열 방식의 증착장치에는 증발용기와 이를 가열할 수 있는 증발히터가 필요한데, 일반적으로 원통형 증발용기와 증발용기를 감싸는 필라멘트 방식의 증발히터를 많이 사용한다. 상기와 같은 필라멘트를 이용한 간접 가열로 800℃ 정도의 온도로 증발용기를 가열시키는 데에는 큰 어려움이 없으나 그 이상의 가열이 필요한 경우의 증발원을 고온 증발원이라고 일컬을 수 있다. 이러한 증발원은 주로 알루미늄 같은 금속물질이나 무기물을 증착시킬 때 사용하게 된다.

종래의 진공 증착 가열에 사용되는 증발히터는 열선을 원주방향으로 배열하고, 복수의 구멍들이 형성된 원형띠 형상의 절연체에 상기 열선들을 통과시키는 방식으로 형상 및 위치를 고정한다.

그런데 이러한 증발히터의 사용에 따라 열선이 열에 의해 변형되어 주로 길이방향으로 팽창되고 증발용기나 방열판에 접촉하여 합선이 발생하는 경우가 있었다. 또한 증착장치를 대형화하기 위해서는 증발히터 또한 대형화될 필요가 있는데, 종래의 증발히터와 고정구조로서는 자중에 의한 변형이 발생될 수 있고 결국 작동불량이나 증발히터의 파손으로 이어지는 문제가 있었다.

또한, 열선의 재료는 미세한 히터 코일로 이루어지기 때문에 열적 변형에 따라 쉽게 단선될 가능성이 상당히 높으며, 미세 라인으로 가공되는 와이어 형태의 열선에 열변형에 의해 열균일도 크게 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 기존의 열선 히터체는 미세 라인으로 조립되기 때문에 조립(배선) 자체가 상당히 까다로우며 열증착 장치에서 용융되는 기상체에 노출될 경우 와이어 히터체에 기상 증착물이 증착되면 증착 지점의 저항값이 변화여 쉽게 전기적 불균형에 의해 단선되거나 변형에 의해 단락될 수 있는 문제점이 발생하게 된다.

KR 10-1995-0002839호 KR 10-2013-0073409호 KR 10-2012-0111980호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 열증착 장치의 열원용 히터에 관한 것으로, 열적 변형과 파단을 일으키지 않고 내구성이 매우 우수하며 높은 설치의 용이성을 제공할 수 있는 열원용 히터체를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 일체로 구성되는 카본체 히터를 적용함에 따라 조립성이 매우 용이하여 열증착 장치의 조립 공정이나 유지 보수 면에서 매우 우수한 장치를 확보할 수 있는 히터체를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진공 열증착 장치에 사용되어 열증착 장치의 증발용기 내부에 수용된 증착물을 가열함으로써 배출구 전방으로 위치하는 증발 코팅 대상체에 증착 코팅하기 위하여 상기 증발용기를 감싸도록 히터가 마련되고 상기 히터로 전류를 공급하여 전기적 에너지에 의한 고열을 발생시켜 증착물을 용융시키기 위해 증발용기의 외주측에 배치되고 축방향으로 긴 히팅부재들이 일정 간격을 두고 원주방향으로 증발히터가 배열 구성되는 열증착 장치의 열원용 히터에 있어서, 상기 히터는 카본(Carbon)체를 상기 증발용기 외측면을 감싸면서 축방향으로 소정간격을 두고 상기 증발용기 원주방향을 따라 순회하는 구조로 연속적인 연장 구조를 갖도록 절삭 가공하고, 상기 히터 하부측으로 일체 형성되는 전극 입력단을 포함하고, 소정간격을 두고 연속적으로 연장 형성되는 상기 히터에 끼움 결합되어 상기 히터를 열증착 장치에 고정 지지하는 소켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소켓은, 상기 카본(C)체로 절삭 가공된 상기 히터의 하부측에 밀착 지지되도록 원주방향을 따라 감싸며 히터의 이격 간격에 대응하는 지지턱과 히터에 대응하는 지지홈이 상기 소켓의 원주방향을 따라 형성되어 상기 히터의 상부에서 하부 방향을 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 입력단은, 외부 전원을 공급하기 위하여 가공된 결합홀로 끼움 결합되는 접속부를 더 포함하고, 상기 접속부는 외부 전원을 인가하는 부스바(busbar)와 연결되어 상기 전극 입력단으로 전원을 공급하고, 상기 접속부와 부스바는 열증착 장치의 하우징 내부 구조물에 결합 고정되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열증착 장치는, 상기 증착 용기를 감싸는 카본 히터 외측면을 감싸는 탄탈 시트(Tantal sheet)를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 열증착 장치는, 상기 증발 용기 상부에 형성된 개방부를 선택적으로 개폐시키는 커버(120)를 더 포함하고, 상기 히터에 의해 증발 용기 내부에 수용된 코팅체를 기화시키기 위한 온도제어로 기화되면 상기 커버를 개방시켜 피증착체에 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히터는 일체로 형성된 카본(Carbon)체 표면으로 후처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히터는, 원 카본체의 중앙을 증발 용기가 수용 가능한 직경으로 가공하여 내주면의 곡률값이 동일하게 가공한 후, 상기 과정에서 중앙으로 관통 형상된 카본체에 전극 형성을 위하여 기계 가공을 통해 절삭 가공되는 절개부의 간격이 동일하도록 가공하며, 연속적인 히터체를 이루는 카본체의 단면적은 사각형 구조를 가지며, 상기 사각구조의 단면적 넓이는 일정하게 가공되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 열증착 장치에 적용되는 카본 가공 재질의 히터체는 증착성을 향상시킬 수 있고 장비의 신뢰도를 만족시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 카본체를 절단 가공하여 진공용기 내부를 감쌀 수 있도록 일체형 구조로 만들기 때문에 조립성이 매우 용이하고 더불어 카본 재질의 특성상 증착물이 히터 표면에 증착될 경우에도 쉽게 분리되기 때문에 유지 보수가 용이하여 장치의 신뢰성과 안정적인 동작 성능을 확보할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 진공 열증착 장치의 개략적인 사시도,
도 2는 일반적인 진공 열증착 장치의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 열원용 히터의 전극 입력단을 나타낸 상세도,
도 7은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터가 설치된 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터가 설치된 단면 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터는, 진공 열증착 장치(100)에 사용되어 열증착 장치의 증발용기(110) 내부에 수용된 증착물을 가열함으로써 배출구 전방으로 위치하는 증발 코팅 대상체에 증착 코팅하기 위하여 상기 증발용기를 감싸도록 히터가 마련되고 상기 히터로 전류를 공급하여 전기적 에너지에 의한 고열을 발생시켜 증착물을 용융시키기 위해 증발용기의 외주측에 배치되고 축방향으로 긴 히팅부재들이 일정 간격을 두고 원주방향으로 증발히터가 배열 구성되는 열증착 장치의 열원용 히터에 있어서, 상기 히터는 카본(Carbon)체를 상기 증발용기 외측면을 감싸면서 축방향으로 소정간격을 두고 상기 증발용기 원주방향을 따라 순회하는 구조로 연속적인 연장 구조를 갖도록 절삭 가공하고, 상기 히터 하부측으로 카본으로 일체 형성되는 전극 입력단(220)을 포함하고, 소정간격을 두고 연속적으로 연장 형성되는 상기 히터에 끼움 결합되어 상기 히터를 열증착 장치에 고정 지지하는 소켓(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터는, 카본을 성형 가공하여 하나의 히터체로 형성함에 따라 내구성이 매우 뛰어나 열적 불균일도의 문제점이 발생되지 않고, 경질(硬質)의 재질로 구성됨에 따라 조립 용이성이 매우 높으며, 열증착 시 기상으로 인한 히터체의 확산 접합이 발생되지 않고 증착물이 쉽게 떨어지기 때문에 유지보수가 용이하여 오염으로 인한 열균일도의 문제점을 극복할 수 있고 장기간 사용할 수 있어 수명을 향상시킬 수 있는 특징을 가지는 열증착 열원용 히터체를 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 평면도, 도 4는 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 측면도이다. 본 발명에 따른 열원용 히터는 카본(Carbon)체를 절단 가공하여 열증착 장치의 진공 용기 외측면을 감쌀 수 있도록 수직축을 기준으로 원주방향을 연속적인 연장되는 구조를 가진다.

히터체를 가공하기 위하여 중앙으로 상기 증발용기가 수용될 수 있도록 중공 구조의 히터체를 가지도록 마련하여야 하며, 하부측에 형성될 전극 입력단(220)에 의해 전류가 흘러 고온의 열이 발생할 수 있도록 중공의 원주 방향을 따라 연속적으로 가공 연장되는 구조를 가진다. 즉, 하부에서 상부측으로, 상부에서 하부측으로 소정의 간격을 두고 연장되도록 히터체가 형성된다.

따라서, 원통형 카본을 형성한 후 양쪽에서 소정의 간격으로 이격된 구조를 형상화하기 위해서는 상/하 방향에서 절단하여 절개부(210) 라인을 가공함으로써 결과적으로 원주방향을 따라 상/하측으로 연속적으로 연장되는 카본 히터를 성형할 수 있는 것이다. 카본체 히터는 고온에서 사용하기에 매우 적합한 특성을 가지고 있으며, 3642℃까지 용융이 안되며 오로지 승화만 발생하는 물질이기 때문에 히터체로 사용하기에 우수한 장점을 가지고 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따라 구성되는 카본체 히터 표면으로 실리콘(SiC)를 더 코팅하여 사용될 수 있다. 카본은 산소에 의한 산화 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 이를 해소하기 위한 것으로 산화 환경에서도 1500℃까지 사용 가능한 특성이 있다. 더불어 후처리 공정을 통해 SiC 표면으로 SiO2가 형성될 수 있는데 이는 다음과 같다.

C (carbon)

SiH4+C => SiC + H2

SiC+O2 => SiO2+C

즉, 연속적인 후처리를 통해 카본 표면으로 SiC가 형성되고 여기에 다시 SiC 표면에 SiO2가 형성되는 기제로 구성된다. 이렇게 SiC 표면에 SiO2막이 형성되면 대기상태에서도 980℃까지 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 히터의 측면도이다. 하부에 도시된 바와 히터부와 일체로 전원 입력단(220)이 양쪽에 각각 형성되며, 상기 전원 입력단(220)을 중심으로 히터가 연결되어 타 전원 입력단에서 연결된 히터와 연결되는 구조를 가진다. 즉, 하나의 전원 입력단에서 양쪽으로 연장 형성되는 히터는 다른 하나의 전극 입력단과 연결되어 전원을 공급받으면서 고온의 열을 발생시킬 수 있다.

이때, 상기 전극 입력단도 마찬가지로 히터체와 일체로 가공되는 구조를 가지며, 이렇게 가공된 카본 히터는 열증착 장치 내부에 삽입 설치되고 히터 중앙으로 증발용기가 다시 결합되는 구조를 가진다.

도 5는 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터의 사시도이다. 도시된 바와 같이 히터(200)는 원통 형상의 구조를 가지며, 중앙으로 마련된 관통 구조 내부에 증발 용기(110)가 위치하게 된다.

한편, 카본체로 일체 형성되는 히터체를 열증착 장치에 설치할 때에 이를 안정적으로 고정시키기 위하여 소켓(230)이 구성된다. 상기 소켓은 링(ring) 구조이며, 내주면으로 지지턱(231)과 지지홈(232)이 마련된다. 상기 지지턱은 히터의 절개부에 대응하도록 끼움되는 형상을 가지고 마련되어 열증착 장치의 하우징 구조물에 접하여 고정된다. 상기 소켓(230)은 히터의 상부측에서 절개부를 따라 지지턱이 삽입될 수 있도록 끼움 결합한 후 하부측까지 밀어 넣어 고정함으로써 밀착시켜 견고하게 고정시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 소켓은 히터의 외경과 절개부의 위치에 대응하도록 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 열원용 히터의 전극 입력단을 나타낸 상세도이다. 앞서 설명한 바와 같이 히터 하부측으로는 전원을 공급받기 위한 전원 입력단(220)에는 전도 접속부(221)에 결속되고 여기에 버스가(busbar ; 222)가 결합된다. 상기 접속부(221)는 접속홀이 가공된 전원 입력단(220)에 체결 결합될 수 있는 구조를 가지도록 구성되어 접속부를 전원 입력단 하부측에서 고정하면 된다. 그리고 외부로부터 공급되는 전원은 금속으로 구성된 상기 부스바에 의해 히터에 전원을 공급하는데, 이때 상기 부스바와 접속부를 서로 연결되어 고정되고 상기 접속부와 부스바는 하우징 구조물에 고정된다.

또한, 본 발명에 따른 히터는 정밀 기계가공을 통해 절개부의 간격이나 내주면의 곡률값, 외주면의 곡률값 단면적의 크기를 일정하게 가공하는 것이 매우 중요하다. 우선, 가공의 순서로는 원 카본체의 중앙을 증발 용기가 수용 가능한 직경으로 가공하여 내주면의 곡률값을 동일하게 가공하여야 한다. 왜냐하면, 증발용기 표면으로 전달되는 온도의 균일도가 매우 중요하기 때문이다.

상기 과정에서 중앙으로 관통 형상된 카본체에 전극 형성을 위하여 기계 가공을 통해 절삭 가공되는 절개부의 간격이 동일하도록 가공하며, 연속적인 히터체를 이루는 카본체의 단면적은 사각형 구조를 가지며, 상기 사각구조의 단면적 넓이는 일정하게 가공된다.

도 7은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터가 설치된 단면도, 도 8은 본 발명에 따른 진공 열증착 장치의 열원용 히터가 설치된 단면 확대도이다.

열증착 장치(100)의 구조는 도 1과 도 2에서도 도시된 바와 같이 크게 증착 물질을 수용하는 증발용기(110)가 본 발명에 따른 중공형의 히터 내부에 위치하며, 히터 외측면을 감싸고 상기 열증착 장치의 몸체에 해당되는 하우징(130)이 구성된다.

또한, 상기 증발용기의 개방면을 선택적으로 폐쇄하기 위하여 힌지 결합되어 회동하는 커버(120)가 구성되어 증발용기 내부에 증착제가 용융되면 상기 커버를 개방시켜 용융 증착제를 증착 대상체에 기상 되도록 하기 위해 개방된다. 본 발명에 따른 열증착 장치는, 상기 증발 용기 상부에 형성된 개방부를 선택적으로 개폐시키는 커버(120)를 더 포함하고, 상기 히터에 의해 증발 용기 내부에 수용된 코팅체를 기화시키기 위한 온도제어로 기화되면 상기 커버를 개방시켜 피증착체에 코팅이 이루어진다.

전체적으로 열증착장치(100)의 외측면은 하우징(130)에 감싸져 있으며, 그 내부에 카본 히터(200)가 설치되고 히터의 중공 내측으로 진공용기가 삽입되는 구조를 가진다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 상기 히터는 상기 소켓(230)에 의해 밀착 고정된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 열증착 장치의 열원으로 사용되는 히터체를 기존의 와이어 열선에 대체하여 내구성 향상, 조립성 향상, 열균일도 향상, 수명 연장 등 카본체를 일체로 성형하여 준비된 히터를 사용하여 매우 만족되는 히터체를 제공할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 열증착 장치 110 : 증발용기
120 : 커버 130 : 하우징
200 : 히터 210 : 절개부
220 : 전원 입력단 221 : 접속부
222 : 부스바(busbar) 230 : 소켓
231 : 지지턱 232 : 지지홈

Claims (7)

1. 진공 열증착 장치에 사용되어 열증착 장치의 증발용기 내부에 수용된 증착물을 가열함으로써 배출구 전방으로 위치하는 증발 코팅 대상체에 증착 코팅하기 위하여 상기 증발용기를 감싸도록 히터가 마련되고 상기 히터로 전류를 공급하여 전기적 에너지에 의한 고열을 발생시켜 증착물을 용융시키기 위해 증발용기의 외주측에 배치되고 축방향으로 긴 히팅부재들이 일정 간격을 두고 원주방향으로 증발히터가 배열 구성되는 열증착 장치의 열원용 히터에 있어서,
   상기 히터는 카본(Carbon)체를 상기 증발용기 외측면을 감싸면서 수직축을 기준으로 소정간격을 두고 상기 증발용기 원주방향을 따라 순회하는 구조로 연속적인 연장 구조를 갖도록 절삭 가공하고, 상기 히터 하부측으로 카본으로 일체 형성되는 전극 입력단을 포함하며,
   소정간격을 두고 연속적으로 연장 형성되는 상기 히터에 끼움 결합되어 상기 히터를 열증착 장치에 고정 지지하는 소켓;을 포함하며,
   상기 열증착 장치는, 상기 증발용기를 감싸는 히터 외측면을 감싸는 탄탈 시트(Tantal sheet)를 더 포함하고,
   상기 히터는, 원 카본체의 중앙을 증발 용기가 수용 가능한 직경으로 가공하여 내주면의 곡률값이 동일하게 가공한 후, 중앙으로 관통 형상된 카본체에 전극 형성을 위하여 기계 가공을 통해 절삭 가공되는 절개부의 간격이 동일하도록 가공되며, 연속적인 히터체를 이루는 카본체의 단면적은 사각형 구조를 가지며, 상기 사각형 구조의 단면적 넓이는 일정하게 가공되도록 하고,
   상기 히터는 대기상태에서 980℃까지 사용하면서도 산화환경에서는 1500℃까지 사용할 수 있도록, 아래 화학식1과 2를 적용하여 일체로 형성된 카본(Carbon)체 표면을 후처리 함으로써, SiO2막을 형성시키고,
   SiH4+C => SiC + H2 (화학식 1)
   SiC+O2 => SiO2+C (화학식 2)
   상기 소켓은, 링(ring) 구조로서, 상기 링 구조의 내주면에는 지지턱과 지지홈이 마련되며, 상기 지지턱은 히터의 절개부를 따라 지지턱이 삽입될 수 있도록 끼움 결합한 후 하부측까지 밀어넣어 열증착 장치의 하우징 구조물에 접하여 고정되고,
   전극 입력단은, 외부 전원을 공급하기 위하여 가공된 결합홀로 끼움 결합되는 접속부를 더 포함하고, 상기 접속부는 외부 전원을 인가하는 부스바(busbar)와 연결되어 상기 전극 입력단으로 전원을 공급하며,
   상기 접속부와 부스바는 열증착 장치의 하우징 내부 구조물에 결합 고정되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 진공열증칙 장치의 열원용 히터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 열증착 장치는,
   상기 증발 용기 상부에 형성된 개방부를 선택적으로 개폐시키는 커버(120)를 더 포함하고, 상기 히터에 의해 증발 용기 내부에 수용된 코팅체를 기화시키기 위한 온도제어로 기화되면 상기 커버를 개방시켜 피증착체에 코팅이 이루어지는 진공 열증착 장치의 열원용 히터.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
6. 삭제
7. 삭제

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