KR101608586B1 - 박막 균일도를 균일하게 유지하는 선형 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 장시간 진행되는 증착 공정에서, 공정 후반부에 선형증발원의 긴 도가니 속에서 물질의 잔류량이 위치마다 달라져, 물질 플럭스에서도 불균일 분포가 나타나는 현상을 극복하고 지속적으로 균일한 박막 분포를 유지할 수 있는 선형증발원을 제공하고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 물질을 담은 도가니 위에 내측 배플을 두고 그 위에 내측 배플과 이격되게 외측 배플을 설치하되, 내측 배플은, 중심부에서 일정 구간에만 홀이 밀집되고, 그 외의 양단부에는 홀이 없이 막힌 면으로 구성하고, 외측 배플은 균일한 홀 분포를 두어, 내측 배플을 통과한 증발물이 외측 배플을 통과하는 동안 물질 플럭스가 균일해지도록 하였다. 효과를 증대하기 위해 외측 배플은 다수 설치할 수 있다.

Description

박막 균일도를 균일하게 유지하는 선형 증발원{LINEAR SOURCE KEEPING THIN FILM UNIFORMITY}

본 발명은 선형증발원에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대면적 기판에 장시간 사용되는 선형증발원의 구조에 관한 것이다.

디스플레이 패널 제작, 태양전지, OLED 조명, 그 외 반도체 소자들의 제작은 대면적 기판을 이용하려 하고, 그에 따라 길이가 2m에 달하는 기판에 물질을 증발시켜 박막을 형성하게 된다. 기판 길이에 맞추어 증발원의 길이도 그만큼 길어진 선형증발원을 사용하게 되며, 경우에 따라 여러 개의 선형증발원을 연속 배열하여 박막 소자를 형성하기도 한다. 어떠한 경우이든, 생산성 향상을 위해 선형증발원의 용량은 증가 되고, 동작시간은 점차 길어지게 된다. 이와 같이 장시간 연속공정을 진행하게 되면 다음과 같은 문제가 발생 된다.

즉, 길이가 긴 선형증발원을 가열하는 과정에서 가열량이 상대적으로 많은 부분의 물질을 먼저 소모하게 되는 현상이 발생 될 수 있고, 이러한 열 분포의 불 균일에 의해 충진된 물질의 차등소진을 일으킬 수 있으며(도 1b 내지 도 1d 참조), 이로 인한 도가니 내의 물질 분포 양상에 따라 박막 균일도의 변화를 가져올 수 있다. 도 1b는 물질이 어느 한쪽에서 더 많이 소진된 경우를 나타내고, 도 1c는 중심부 외의 양단부에서 더 빨리 소진된 경우이고, 도 1d는 중심부에서 더 빨리 소진된 경우이다.

이러한 현상은 박막 균일도의 유지를 저해하는 큰 원인으로 작용할 수 있고 생산성의 저하를 가져오게 된다.

한편, 대한민국 공개특허 제10-2003-0063015호의 구성 역시 이러한 현상을 해소하기 어려우며, 박막 균일도를 해하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 장시간의 증착 공정 동안 물질의 차등소진 발생과 관계없이 균일한 박막 균일도를 유지할 수 있는 선형증발원을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 물질을 담은 도가니와 그 위에 증발물을 분사하는 노즐이 형성된 노즐부를 포함하는 선형증발원에 있어서,

상기 노즐부 아래로, 홀이 다수 형성된 외측 배플;과

상기 외측 배플 아래로, 외측 배플과 이격되고, 물질 충진면으로부터 위편으로 이격된 위치에 놓이는, 내측 배플;을 포함하며,

상기 내측 배플은, 중심부에서 일정 구간에만 홀이 밀집되고, 그 외의 양단부에는 홀이 없이 막힌 면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선형증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에서, 외측 배플에는 다수의 홀이 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 선형증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에서, 내측 배플의 중심부에 형성된 홀의 면적은 내측 배플 전체 면적의 3 내지 10%에 해당되는 것을 특징으로 하는 선형증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은,

물질을 담은 도가니와 그 위에 증발물을 분사하는 노즐이 형성된 노즐부를 포함하는 선형증발원에 있어서,

물질 바로 위에 배치되는 내측 배플;

상기 내측 배플 위에 내측 배플과 이격되어 배치되는 외측 배플;을 포함하며,

상기 내측 배플에는 중심부에서 일정 구간에만 개구부가 분포되고,

상기 외측 배플에는 다수의 홀이 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 선형증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 외측 배플은 다수가 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 선형증발원을 제공한다.

본 발명에 따르면, 길이가 긴 선형증발원의 도가니 중심부에만 홀을 밀집시킨 내측 배플을 설치하고 그 위에 내측 배플과 이격된, 균일한 다수의 홀을 구비한 외측 배플을 설치함으로써, 도가니 내부에 남아있는 물질량의 분포가 어떠한 상태로 되든 관계없이 장시간의 공정 내내 내측 배플과 외측 배플을 거쳐 증착률에따라 최적화된 노즐을 통해 기판을 향해 분출되는 증발물은 2%내외의 박막 균일도를 유지할 수 있게 하였다. 그에 따라 장시간 연속 공정에서도 균일한 박막을 제작할 수 있게 된다.

도 1a는 물질플럭스가 정상적으로 소진된 경우를 나타내며, 도 1b 내지 도 1d는 종래 기술에 따라 발생 되는 물질의 차등소진 현상을 설명하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 구성을 나타내는 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 외측 배플과 내측 배플의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 외측 배플과 내측 배플이 배치된 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따라 선형증발원의 노즐부와 도가니 물질충진부 사이에 배치되는 외측 배플(100)과 내측 배플(200)이 도시되어 있다.

외측 배플(100)에는 양측 변을 따라 홀(110)이 일정 간격으로 균일한 분포로 형성되어 있다. 외측 배플(100)의 중심부분에는 홀이 형성되어 있지 않으며, 이러한 구성은 후술되는 내측 배플(200)의 홀 분포와 연관된다.

즉, 내측 배플(200)을 보면, 중심에서부터 양측으로 일정 구간만 홀(210)이 형성되어 있고 그외 구간에는 일체의 홀이 형성되어 있지 않다. 중심부에만 홀(210)이 밀집되어 있어, 아래 도가니에 담긴 물질 분포에 관계없이 중심부에서 물질 플럭스가 더 집중되는 가우스 분포를 이루게 된다. 이와 같은 내측 배플(200)의 홀 구조를 통해 상승된 증발물은 외측 배플(100)을 통과하면서 외측 배플(100) 양측변을 따라 균일분포로 형성된 홀(110)을 통해 분사되면서 중심부에 집중된 물질플럭스의 분포를 다소 완화하여 좀 더 퍼진 분포를 갖게 하지만, 완만한 가우스 분포를 나타내게 한다.

이러한 외측 배플과 내측 배플의 구성은 장시간 증착 공정을 실시할 때, 도가니 일부에 점차 더 많은 물질이 잔류하게 되어도 전반적으로 물질 플럭스 분포에 변함이 없게 만든다. 즉, 외측 배플을 통과한 물질 플럭스는 지속적인 균일 분포를 유지하게 되는 것이다.

한편, 장시간 사용하여도 물질 플럭스를 균일화할 수 있는 배플 구성은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

즉, 물질 바로 윗편에는, 중심부에 개구부 면적이 더 넓게 형성된 내측 배플(inner plate baffle)을 배치하고, 내측 배플과 간격을 두고 그 위에 외측 배플을 배치하는 것이다. 이때 외측 배플은 개구부(또는 노즐)의 분포가 전체적으로 균일하게 되어 있으며, 다수가 서로 이격 되게 배치될 수 있다. 배플들간의 간격은 10 내지 30mm 로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 장시간 사용시 도가니 내부 물질 분포가 달라져도 중심부를 통해 가장 많이 증발물을 통과시키는 내측 배플을 거친 후, 균일한 분포의 개구부를 가진 외측 배플을 거치면서 최종적으로 분사되는 증발물의 분포를 균일화시킬 수 있다. 외측 배플의 수를 다수로 할수록 물질분포가 균일화되나 제작비용과 클로깅 위험성 등을 고려하여 적절한 수로 배치하는 것이 바람직하다.

도면에 도시하지 않았지만, 기존에 이미 적용되고 있는 가우스 분포 물질 플럭스을 균일화하기 위한 노즐 형상 등의 수단이 적용되면 물질 분포가 균일하게 된다. 예를 들면, 최상부에 배치되는 노즐부의 노즐 형상은 가우스 분포 물질 플럭스를 해결하기 위해, 중심부는 좁은 개구부를, 양측 단부로 갈수록 넓은 개구부를 갖게 한다. 이외에도 중심부에는 더 적은 수의 홀을, 양측 단부로 갈수록 더 많은 수의 홀을 형성하기도 하며, 노즐을 관로식 또는 조립식으로 하여 관로의 방향을 좀 더 외부로 향하여 기울이거나 조립식 노즐을 이용하여 더 구경이 큰 노즐들을 외측에 장착시키기도 한다.

따라서 이와 같은 가우스 분포 해결 수단들을 증착 공정 시작부터 종료시까지 장시간 동안 계속 적용하여도 본 발명의 배플 구조로 인해 박막 균일도를 높이는데 기여하게 된다.

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.

100: 외측 배플
110, 210: 홀
200: 내측 배플

Claims (5)

1. 물질을 담은 도가니와 그 위에 증발물을 분사하는 노즐이 형성된 노즐부를 포함하는 선형증발원에 있어서,
   상기 노즐부 아래로, 홀이 다수 형성된 외측 배플;과
   상기 외측 배플 아래로, 외측 배플과 이격되고, 물질 충진면으로부터 위편으로 이격된 위치에 놓이는, 내측 배플;을 포함하며,
   상기 외측 배플에는 다수의 홀이 균일하게 분포되고,
   상기 내측 배플은, 중심부에서부터 일정 구간에만 홀이 밀집되고, 그 외의 양단부에는 홀이 없이 막힌 면으로 구성되어, 도가니에 담긴 물질 분포에 관계없이 중심부에서 물질 플럭스가 집중되는 가우스 분포를 이루게 하고, 상기 외측 배플을 통해 물질 분포를 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 선형증발원.
2. 제1항에 있어서, 내측 배플의 중심부에 형성된 홀의 면적은 내측 배플 전체 면적의 3 내지 10%에 해당되는 것을 특징으로 하는 선형증발원.
3. 물질을 담은 도가니와 그 위에 증발물을 분사하는 노즐이 형성된 노즐부를 포함하는 선형증발원에 있어서,
   물질 바로 위에 배치되는 내측 배플;
   상기 내측 배플 위에 내측 배플과 이격되어 배치되는 외측 배플;을 포함하며,
   상기 내측 배플에는 중심부에서부터 일정 구간에만 개구부가 분포되고,
   상기 외측 배플에는 다수의 홀이 균일하게 분포되어, 도가니에 담긴 물질 분포에 관계없이 중심부에서 물질 플럭스가 집중되는 가우스 분포를 이루게 하고, 상기 외측 배플을 통해 물질 분포를 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 선형증발원.
4. 제3항에 있어서, 상기 외측 배플은 다수가 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 선형증발원.
   
   
   
   
   
   
   
   
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 노즐부의 노즐 형상은 가우스 분포 물질 플럭스를 해결하기 위해, 양측 단부 쪽에 배치될수록 중심부에 배치된 노즐 개구부보다 넓은 노즐 개구부를 갖게 하거나, 노즐을 관로식 또는 조립식으로 하여 관로의 방향을 외부로 향하여 기울이거나, 조립식 노즐을 이용하여 외측에 배치되는 노즐 구경이 중심부에 배치되는 노즐 구경보다 더 큰 노즐들을 장착하는 것을 특징으로 하는 선형증발원.
   
   
   
   
   
   

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