KR101856327B1 - 금속박막 증착용 도가니형 증발원 - Google Patents

금속박막 증착용 도가니형 증발원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속박막을 증착하기 위한 증착장치에 사용되며 증착 물질을 가열하여 증발시키는 금속박막 증착용 도가니형 증발원에 관한 것으로, 증착 물질을 담기위한 도가니와, 상기 도가니 외측과 상기 도가니를 감싸는 하우징의 내측 사이에 위치하고 상기 도가니 전체를 감싸도록 열선이 구비된 발열부 및 상기 발열부 상측에 위치하고 상기 도가니 상단부 외주측을 감싸는 를 포함하되, 상기 삽입부는, 상기 도가니 상부로 전달되는 열 중 일부분만 전달되도록 하여 상기 도가니 상부가 기설정 온도 이상 가열되는 것을 방지함으로써 내부 금속이 도가니 벽면을 타고 오르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원을 제공한다.

Description

금속박막 증착용 도가니형 증발원{Crucible-type effusion cell for metal film on substrate}
본 발명은 금속박막 증착용 도가니형 증발원에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속박막 증착을 위해 금속 재료를 도가니를 포함하는 증발원의 도가니에 넣고 가열함으로써 금속 재료가 증발되어 증발된 금속이 기판에 금속박막을 형성하도록 하는 금속박막 도가니형 증발원에 관한 것이다.
근래에 기술의 발전으로 증착에 의해 제조된 부품들로 이루어진 많은 제품들이 사용되고 있다. 알루미늄 포장지 또는 조명 기구의 반사용 하우징과 같은 일상 용품이나, 반도체, 유기발광소자 등의 전극부는 모두 금속을 증착하여 제조한 제품들이다.
여기서 증착이란 기체 상태의 금속 입자를 기판과 같은 물체 표면에 박막을 형성하여 막을 입히는 것을 말한다. 이러한 증착은 금속 증기를 만드는 원리에 따라 화학적 기상 증착과 물리적 기상 증착으로 나뉘고, 물리적 기상 증착은 다시 증발법, 스퍼터링법, 이온플레이팅법, 등으로 구분할 수 있다. 이 중 가열을 통해 금속 물질을 증발시켜 박막을 제조하는 방법을 증발법이라 부르며 이러한 증발법에 사용되는 증발원에는 저항가열 증발원, 전자빔 증발원 및 유도가열 증발원 등이 이용되고 있다.
물리적 기상 증착법을 이용하는 일반적인 증착장치는, 진공상태를 형성하는 증착 챔버와, 상기 증착 챔버의 상부에 장착된 기판과, 상기 증착 챔버 하부에 장착된 증발원으로 구성되어서, 상기 증발원에서 높은 열을 금속 재료에 가해 기화시킨 다음 상대적으로 낮은 온도의 기판에 박막을 형성하는 것이다.
이 때 상기 증발원은 일반적으로 증착 물질을 함유하는 도가니와, 도가니의 외측에 설치되고 도가니를 감싸서 내부의 증착 물질을 증발시키기 위한 열원으로 작용하는 발열부로 구성된다. 그런데, 몇 몇 증착 물질은 증발이 어렵고, 반응성이 다른 재료에 비해 상대적으로 높아서 증발원에서 증발될 때 여러 가지 문제점을 발생시킨다.
예를 들어, 알루미늄 박막은 열 및 전기적 특성이 뛰어나고 가공성 및 내식성이 우수하기 때문에 산업상 매우 다양한 분야에 응용되고 있는데, 알루미늄 자체는 융점이 낮은 반면 기화되는 온도는 높을 뿐만 아니라 고온에서는 대부분의 내화물 금속과 반응하기 때문에 증발원을 이용하여 증발시키기가 매우 까다로운 물질 중의 하나이다.
구체적으로, 세라믹 재질의 도가니에 알루미늄 재료를 넣고 가열하면 알루미늄 금속과 세라믹 재료간의 젖음각(wetting angle)이 매우 커지게 되어 도가니 벽면상의 알루미늄은 도가니의 내부 벽면을 타고 올라가 넘쳐 버리게 되는 벽 타오름 (wall climbing) 현상을 일으키게 된다. 이러한 벽 타오름 (wall climbing) 현상으로 인하여 도가니에서 넘친 알루미늄과 같은 증발 물질이 도가니를 감싸는 외부 용기 사이 및 증발원을 구성하는 각종 부재들 간의 틈으로 유입될 수 있어, 결국에는 도가니와 외부 용기를 합착시켜 도가니를 분리 할 수 없게 하거나 각종 부재들을 손상시키는 문제점이 있다. 다시 말하면 증발원 부품의 교체 주기를 짧게 하여 장비의 유지관리비를 상승시키게 되는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 10-2013-0138451호(공개일: 2013. 12. 19)가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 금속박막 증착용 도가니형 증발원의 도가니 상단부 입구 부위에 삽입부재를 추가로 구비하여서 증발된 금속재료가 도가니의 내측벽에 붙어 타고 넘는 것을 방지할 수 있도록 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 금속박막을 증착하기 위한 증착장치에 사용되어 증착 물질을 가열하여 증발시키는 금속박막 증착용 도가니형 증발원은, 증착 물질을 담기위한 도가니와, 상기 도가니 외측과 상기 도가니를 감싸는 하우징의 내측 사이에 위치하고 상기 도가니 전체를 감싸도록 열선이 구비된 발열부 및 상기 발열부 상측에 위치하고 상기 도가니 상단부 외주측을 감싸는 삽입부를 포함하되, 상기 삽입부는, 상기 도가니 상부로 전달되는 열 중 일부분만 전달되도록 하여 상기 도가니 상부가 기설정 온도 이상 가열되는 것을 방지함으로써 내부 금속이 도가니 벽면을 타고 오르지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 상기 발열부 상측에 위치하고 상기 도가니의 외주측을 감싸는 속이 빈 링 형상을 하며 그 단면은 'ㄷ' 모양, '］' 모양, 'I' 모양 및 'ㅁ' 모양 중 어느 하나의 모양을 갖는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 상플랜지 외측면은 상기 도가니의 플랜지부 하부면에 밀착되고 웨브 외측면은 상기 도가니의 몸체 상단부에 밀착되고 하플랜지의 종단부는 상기 하우징의 상단부 내측벽에 고정되어서 상기 상플랜지, 웨브 및 하플랜지의 내측면이 상기 하우징의 외부로 노출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 하나 이상의 층으로 구성될 수 있되 각각의 층은 서로 동일 또는 다른 재질로 이루어 질 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 세라믹 및 금속 중 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 700도 이상의 온도를 견딜 수 있는 세라믹 또는 금속인 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 열전도율이 20 내지 200 (W/m K) 인 금속 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부는, 티타늄(Ti), 코발트(Co), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 삽입부가 장착되는 도가니는, 질화 알루미늄(AlN) 또는 열분해 질화 붕소(PBN)로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 금속박막을 증착용 도가니형 증발원은, 도가니 외측에 상기 도가니 상단부의 외주측을 감싸는 금속으로 이루어진 삽입부가 구비되어서 발열부 상부를 덮을 수 있도록 함으로써 발열부로부터 도가니 상단부로 전달되는 직접적인 복사열 전도를 방지함과 동시에 상단부를 냉각할 수 있기 때문에 증발 재료가 도가니의 입구 부분에서 응결되도록 하여 증발 재료가 도가니에서 넘치는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속박막 증착용 도가니형 증발원의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 삽입부의 사시도 및 단면도이다.
도 3 내지 5는 도 1에 도시된 삽입부의 여러 가지 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 금속박막 증착용 도가니형 증발원의 사용 후 도가니의 상태를 사진으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속박막 증착용 도가니형 증발원의 단면도로서, 금속박막을 증착하기 위한 증착장치에 사용되어 증착 물질을 가열하여 증발시키는 금속박막 증착용 도가니형 증발원(200)은, 증착 물질을 담기위한 도가니(210)와, 상기 도가니(210) 외측과 상기 도가니(210)를 감싸는 하우징(240)의 내측 사이에 위치하고 상기 도가니(210) 전체를 감싸도록 열선이 구비된 발열부(220) 및 상기 발열부(220) 상측에 위치하고 상기 도가니(210)의 외주측을 감싸는 속이 빈 링 형상을 하며 그 단면은 'ㄷ' 모양을 갖는 삽입부(230)를 포함한다.
먼저, 금속박막 증착용 증발원은 기판에 금속박막을 증착하기 위한 진공 가열 증착장치에 사용되는 장치인데, 진공 가열 증착장치는 진공 챔버 내의 기판 아래에 증발 물질이 담긴 도가니(210)를 배치하고 도가니(210)를 발열부(220)로 가열하여 도가니(210)에 담긴 물질을 증발시켜 기판에 박막을 코팅함에 있어서, 상기 도가니(210)와 발열부(220)를 포함한 부속품을 금속박막 증착용 증발원이라고 한다.
도가니(210)는, 증착 물질이 감기는 몸체(211)와 증착 물질이 증발되는 입구 부분에 형성된 플랜지부(213)로 이루어지며 전체적으로 'U' 모양의 형상을 갖는다. 그리고 도가니(210) 외부에 위치하여 도가니(210)를 감싸는 하우징(240)에 결합되게 된다. 이때 도가니(210)는 하우징(240)과 착탈이 가능하도록 하여 고장 또는 유지 관리를 위해 도가니(210)를 분리할 수 있도록 할 수 있다.
도가니(210)는, 도가니(210)에 담기는 증발 물질의 특성을 고려하여 질화 알루미늄(AlN) 또는 열분해 질화 붕소(PBN)로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 열분해 질화 붕소(PBN) 도가니(210)는 가스 상태의 붕소(B) 화합물과 가스 상태의 질소(N) 화합물을 열분해하여 화학적 기상 증착(CVD) 방법으로 제작하는 것이 일반적으로, 열분해 질화 붕소(PBN)가 비침투성의 조직을 갖고 있어 도가니(210)에 구멍이 없게 되므로 물질이 들러붙지 않고 내화학성도 양호하여 증발 물질인 알루미늄과의 반응성이 없는 장점을 갖는다.
질화 알루미늄(AlN) 도가니(210) 또한 증발 물질인 알루미늄과 반응하지 않으면서 고온에 대한 내구성이 우수하여 결과적으로 도가니(210)의 수명을 연장시킬 수 있는 장점을 갖는다.
발열부(220)는, 도가니(210) 전체를 외측에서 감쌀 수 있도록 위치함과 동시에 하우징(240) 내측에 위치하도록 한다. 즉, 하우징(240)과 도가니(210) 사이에 위치한다.
발열부(220)는, 보통 열선(221)으로 이루어질 수 있으며, 열선(221)은 도가니(210)에 담긴 증발 물질, 즉 금속을 기화시키는 역할을 하는데, 이러한 열선(221)의 배치는 필요에 따라 매우 다양하게 이루어질 수 있다.
여기서 열선(221)은, 보통 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 등의 고융점 금속으로 이루어질 수 있고, 니켈과 크로뮴을 기초로 한 합금인 니크롬선, 또는 철과 크로뮴을 기초로 한 합금인 철크롬선으로도 이루어질 수 있다. 특히, 전열 저항 합금 중에서 가장 고온도의 사용에 견딜 수 있는, 철, 크롬 및 알루미늄을 바탕으로 한 저항 발열합금인 칸탈이나, 규화몰리브데넘, 탄화규소 등을 주성분으로 하여 성형 소결한 저항발열체인 칸탈 슈퍼로도 이루어 질 수도 있다.
열선(221)은 열선 고정대(223)에 의해 고정되는데, 상기 열선 고정대(223)는 일정한 간격으로 다수개가 형성되는 원형 띠 모양의 구조체로서 하우징(240)의 내측벽에 고정되며, 상기 열선(221)이 관통되며 고정될 수 있도록 통공이 형성되어 있다.
열선(221)에 전기를 인가하면 열선(221)이 가열되고 가열된 열선에서 방사되는 적외선 복사열을 통해 도가니(210)가 가열되어 도가니(210) 내부에 담긴 금속이 용융되어 기화하게 된다.
삽입부(230)는, 발열부(220) 상측에 위치하고 상기 도가니(210)의 외주측을 감싸는 속이 빈 링 형상을 하며 그 단면은 'ㄷ' 모양을 갖는 소정의 폭과 두께를 갖는 가는 띠로 이루어지도록 하는데, 'ㄷ' 모양의 상부의 상플랜지(231)와 하부의 하플랜지(233) 및 상플랜지(231)와 하플랜지(233)를 이어주는 웨브(232)로 이루어진다.
삽입부(230)는, 상플랜지(231) 외측면이 상기 도가니(210)의 플랜지부(213) 하부면에 밀착되도록 결합된다. 그리고 웨브(232) 외측면은 상기 도가니(210)의 몸체(211) 상단부에 밀착되도록 겹합된다. 그리고 하플랜지(233)의 종단부 측면은 상기 하우징(240)의 상단부 내측벽에 고정되도록 결합된다.
따라서, 'ㄷ' 모양의 삽입부(230)는 하우징(240)과 도가니(210) 사이의 틈을 상부에서 덮는 식으로 결합되며, 상플랜지(231), 웨브(232) 및 하플랜지(233)의 내측면은 상기 하우징(240)의 외부로 노출되게 된다.
위와 같이 삽입부(230)가 발열부(220)의 상측을 덮도록 위치하여 발열부(220)로부터 상측으로 전달되는 열을 일정량만 전달되도록 제한함으로써 도가니(210) 상단부에 일정 수준의 온도 구배를 형성하게 함은 물론, 플랜지(231), 웨브(232) 및 하플랜지(233)의 내측면은 상기 하우징(240)의 외부로 노출되도록 하여 도가니(220)로부터 전달받은 열을 하우징(240)을 거치지 않고 직접 하우징(240) 외부의 냉각부(도면 미도시)와 통할 수 있도록 하여 냉각될 수 있는 표면적을 증가되도록 함으로써 더욱 냉각효과를 높일 수 있게 된다.
이것은, 증착 물질로서 알루미늄을 예를 들었을 때, 알루미늄은 용융점은 낮지만 기화될 수 있는 온도는 높아서, 알루미늄이 용융되고 기화되지 않았을 때, 벽 타오름 (wall climing) 현상이 일어나 도가니(210) 내측벽을 타고 올라가 도가니(210) 외부로 넘치는 문제점이 발생할 가능성이 높은데, 위와 같이 삽입부(230)가 도가니(210) 상단부로 전달되는 열을 차단 및 냉각하고 있기 때문에, 용융된 증발 물질이 도가니(210) 상단부 내측벽에 응결되도록 하여 끓어 넘치는 것을 방지하게 된다. 또한, 도가니(210) 입구 부분에서 응결된 알루미늄은 완전히 응결되지 않아 중력에 의해 자연스럽게 아래로 다시 떨어지도록 할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 삽입부에 대한 사시도 및 단면도로서, 'ㄷ' 모양의 삽입부(230)는 하나의 층으로 이루어진 하나의 몸체도 가능하고, 하나 이상의 층으로 이루어진 복수개의 몸체로도 구성될 수 있되 이때는 각각의 층이 서로 동일 또는 다른 재질로 이루어 질 수 있도록 한 것을 예시로 나타내었다.
예를 들면, 도 2의 (b)는 삽입부(230)가 두 개의 층으로 이루어진 것을 도시하였는데, 상부층(A)과 하부층(B)이 동일한 재질로 이루어지거나, 또는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
또 다른 예를 들면, 도 2의 (c)는 삽입부(230)가 세 개의 층으로 이루어져 조립형으로 구성된 것을 도시하였는데, 상부층(A'), 중간층(B') 및 하부층(C')이 동일한 재질로 이루어지거나, 또는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
삽입부(230)를 이루는 재질로는 고온에 견딜 수 있는 일정 정도의 내구성을 갖는 재질이 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어 삽입부(230)는 바람직하게는 700도 이상의 온도를 견딜 수 있는 세라믹 또는 금속은 모두 사용이 가능하다.
또한 삽입부(230)는 세라믹 또는 금속으로 이루어 질수도 있고, 세라믹 및 금속을 합성하여 이루어 질 수도 있는데, 삽입부(230)를 이루는 각 층은 상술한 바와 같이 세라믹 또는 금속의 동일한 재질이거나 또는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
이때, 삽입부(230)에 사용될 수 있는 금속은 대략 20 내지 200 (W/m K)의 열전도율을 갖는 금속이라면 어느 금속이든 사용될 수 있는데, 이것은 상술한 바와 같이 삽입부(230)가 도가니(210) 상단부를 완전히 냉각하는 것이 아니라 일정온도로만 냉각하여 도가니(210) 상단부에 일정수준의 온도 구배를 형성할 수 있도록 적정 수준의 열전도율을 갖는 금속으로 이루어지도록 하기 위함이다.
이상과 같이, 삽입부(130)는 일례로서 상술한 범위의 열전도율을 갖는 금속인, 티타늄(Ti, 21.9W/m K), 코발트(Co, 100W/m K), 니오브(Nb, 58W/m K), 몰리브덴(Mo, 147W/m K), 탄탈(Ta, 57.5W/m K), 텅스텐(W, 198W/m K) 및 산화알루미늄(Al2O3, 30W/m K), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 삽입부(230)가 복수개의 층으로 이루어질 때, 각 층의 재질을 예를 들면 다음과 같다. 삽입부(230)는, 상부층(A)은 세라믹 재질로 이루어지고, 하부층(B)은 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 삽입부(230)는, 상플랜지(231)와 하플랜지(233) 사이의 간격 (d1)은 변동이 가능한데, 이는 삽입부(230)의 간격 d1을 변동함에 따라 삽입부(230)와 밀착된 도가니(210) 상단부의 냉각정도가 달라짐으로써 도가니(210) 입구 부분에서 응결된 증발 물질이 완전히 응결되는 정도를 조절할 수 있도록 한다.
이것은, 도가니(210) 입구 부분에서 응결된 증발 물질이 완전히 응결되게 되면 증발 물질의 기화되는 양이 적어져 증착 품질이 나빠지게 되므로 응결된 증발 물질이 완전히 응결되지 않고 중력에 의해 자연스럽게 아래로 다시 떨어지도록 할 필요가 있기 때문이다.
본 발명의 일실시예에서 삽입부(230)는, 상플랜지(231)와 하플랜지(233) 사이의 간격(d1)을 0mm 초과 50mm 이하로 하는 것이 바람직한데, 이는 상술한 바와 같이 간격(d1)을 0mm로 하게 되면 도가니(210) 상단부에 삽입부(230)를 설치하지 않은 것과 같게 되므로 증발 물질이 도가니(210) 입구를 타고 넘는 문제점이 나타나게 되고, 간격(d1)이 점차 증가하면 도가니(210) 입구에 증발 물질이 응결되는 양이 점차적으로 늘어나서 응결된 증발 물질이 완전히 응결되지 않고 중력에 의해 자연스럽게 아래로 다시 떨어지게 되고, 마지막으로 간격(d1)이 50mm을 넘기게 되면 도가니(210) 입구에 응결되는 증발 물질의 양이 지나치게 많아져서 증발 물질의 기화되는 양이 적어져 증착 품질이 나빠지기 때문이다.
도 3 내지 5는 도 1에 도시된 삽입부의 여러 가지 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 3은 그 단면 모양이 '］' 모양을 갖는 삽입부(230a)를, 도 4는 그 단면 모양이 'I' 모양을 갖는 삽입부(230b)를, 도 5는 그 단면 모양이 'ㅁ' 모양을 갖는 삽입부(230a)를 도시한 것이다.
삽입부(230a, 230b, 230c)는, 상술한 삽입부(230)와 마찬가지로 폭과 두께를 갖는 가는 띠로 이루어지도록 하는데, 각각은 상부의 상플랜지(231a, 231b, 231c)와 하부의 하플랜지(233a, 233b, 233c) 및 상플랜지(231a, 231b, 231c)와 하플랜지(231a, 231b, 231c)를 이어주는 웨브(232a, 232b, 232c)로 이루어진다.
도 3의 (a)을 참조하면, 삽입부(230a)는, 상플랜지(231a) 상측면이 상기 도가니(210)의 플랜지부(213) 하부면에 밀착되도록 결합되고, 상플랜지(231a)와 하플랜지(233a)의 종단부는 몸체(211) 상단부에 밀착되도록 결합된다. 그리고, 하플랜지(233)의 또 다른 측면은 상기 하우징(240)의 상단부 내측벽에 고정되도록 결합된다.
따라서, '］' 모양의 삽입부(230a)는 하우징(240)과 도가니(210) 사이의 틈을 상부에서 덮는 식으로 결합되며, 상플랜지(231a)와 웨브(232a)가 상기 하우징(240)의 외부로 노출되게 된다.
도 4의 (a)를 참조하면, 삽입부(230b)는, 상플랜지(231b) 상측면이 상기 도가니(210)의 플랜지부(213) 하부면에 밀착되도록 결합되고, 하플랜지(233a)의 일측 종단부는 몸체(211) 상단부에 밀착되도록 결합된다. 그리고, 하플랜지(233b)의 또 다른 종단부는 상기 하우징(240)의 상단부 내측벽에 고정되도록 결합된다.
따라서, 'I' 모양의 삽입부(230b)는 하우징(240)과 도가니(210) 사이의 틈을 상부에서 덮는 식으로 결합되며, 상플랜지(231b), 웨브(232b) 및 하플랜지(233b)가 상기 하우징(240)의 외부로 노출되게 된다.
도 5의 (a)를 참조하면, 삽입부(230c)는, 상플랜지(231c) 상측면이 상기 도가니(210)의 플랜지부(213) 하부면에 밀착되도록 결합되고, 내측에 위치한 웨브(232c)와 하플랜지(233c)의 일측 종단부는 몸체(211) 상단부에 밀착되도록 결합된다. 그리고, 하플랜지(233c)의 또 다른 종단부는 상기 하우징(240)의 상단부 내측벽에 고정되도록 결합된다.
따라서, 'ㅁ' 모양의 삽입부(230c)는 하우징(240)과 도가니(210) 사이의 틈을 상부에서 덮는 식으로 결합되며, 상플랜지(231c)의 종단부와 외측에 위치한 웨브(232b)가 상기 하우징(240)의 외부로 노출되게 된다.
위와 같이 구성된 삽입부(230a, 230b, 230c)의 기능, 모양 및 재질에 대해서는 'ㄷ' 모양의 삽입부(230)에서 상술하였으므로 생략하기로 한다.
즉, 기능에 있어서, 삽입부(230a, 230b, 230c)는 발열부(220)의 상측을 덮도록 위치하여 발열부(220)로부터 상측으로 전달되는 열을 일정량만 전달되도록 제한할 수 있다.
모양에 있어서, 삽입부(230a, 230b, 230c)는 하나의 층으로 이루어진 하나의 몸체도 가능하고, 하나 이상의 층으로 이루어진 복수개의 몸체로도 구성될 수 있다(도 3 내지 5의 (b)와 (c) 참조).
재질에 있어서, 삽입부(230a, 230b, 230c)는 고온에 견딜 수 있는 일정 정도의 내구성을 갖는 재질로서 바람직하게는 700도 이상의 온도를 견딜 수 있는 세라믹 또는 금속은 모두 사용이 가능하며 구체적인 세라믹 또는 금속의 재질에 대한 내용은 'ㄷ' 모양의 삽입부(230)에서 설명한 바와 같다.
또한, 삽입부(230a, 230b, 230c)는, 상플랜지(231a, 231b, 231c)와 하플랜지(233a, 233b, 233c) 사이의 간격(d1a, d1b, d1c)을 0mm 초과 50mm 이하로 하는 것이 바람직한데, 이에 대한 구체적인 이유 및 작용에 대해서는 'ㄷ' 모양의 삽입부(230)에서 상술하였으므로 생략하기로 한다(도 3 내지 5의 (b)와 (c) 참조).
도 6은, 일실시예를 실제로 진공 증착 장치에 장착하여 사용한 후 도가니의 상태를 사진으로 나타낸 것이다.
도 6의 (a)는 삽입부가 장착되지 않은 일반적인 금속박막 증착용 증발원에서 도가니로 열분해 질화 붕소(PBN) 도가니를 사용하고, 이를 가지고 금속박막 증착 공정을 수행한 후 도가니 모습을 사진으로 나타낸 것이다. 여기서 도가니 내부의 증발 물질인 알루미늄의 일부가 도가니의 플랜지부를 타고 넘은 것을 확인할 수 있다.
도 6의 (b)와 (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입부(230)가 장착된 금속박막 증착용 도가니형 증발원(200)에 있어서, 각각 열분해 질화 붕소(PBN) 도가니(210)와 질화 알루미늄(AlN) 도가니(210)의 사용하고, 이를 가지고 금속박막 증착 공정을 수행한 후 도가니 모습을 사진으로 나타낸 것이다. 이들 사진을 살펴보면 도가니(210) 내부의 증발 물질인 알루미늄이 도가니(210)의 플랜지부(213)를 거의 타고 넘지 않은 것을 확인 할 수 있다. 또한, 이는 사용하던 도가니(210)를 재사용한 것으로서 도가니(210)를 재사용하여도 마찬가지의 결과를 나타내었음을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 금속박막을 증착용 도가니형 증발원은, 도가니 외측에 상기 도가니 상단부의 외주측을 감싸는 금속으로 이루어진 삽입부가 구비되어서 발열부 상부를 덮을 수 있도록 함으로써 발열부로부터 도가니 상단부로 전달되는 직접적인 복사열 전도를 방지함과 동시에 상단부를 냉각할 수 있기 때문에 증발 재료가 도가니의 입구 부분에서 응결되도록 하여 증발 재료가 도가니에서 넘치는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 금속박막을 증착용 도가니형 증발원은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
210: 도가니 211: 몸체
213: 플랜지 220: 발열부
221: 열선 223: 열선 고정대
230: 삽입부 240: 하우징

Claims (9)

  1. 금속박막을 증착하기 위한 증착장치에 사용되어 증착 물질을 가열하여 증발시키는 금속박막 증착용 도가니형 증발원에 있어서,
    증착 물질을 담기위한 도가니;와, 상기 도가니 외측과 상기 도가니를 감싸는 하우징의 내측 사이에 위치하고 상기 도가니를 감싸도록 열선이 구비된 발열부; 및 상기 발열부 상부에 위치하고 상기 도가니 상단부 외주측을 감싸는 속이 빈 링 형상을 하며 그 단면은 'ㄷ' 모양을 갖는 삽입부;를 포함하되,
    상기 삽입부는, 하나 이상의 층으로 구성될 수 있되 각각의 층은 서로 동일 또는 다른 재질로 이루어지고, 상플랜지와 하플랜지 사이의 간격은 50mm이하로 변동 가능하고, 상플랜지 외측면은 상기 도가니의 플랜지부 하부면에 밀착되고 웨브 외측면은 상기 도가니의 몸체 상단부에 밀착되고 하플랜지의 종단부는 상기 하우징의 상단부 내측벽에 고정되어서 상기 상플랜지, 웨브 및 하플랜지의 내측면이 상기 하우징의 외부로 노출되도록 하여 냉각될 수 있는 삽입부의 표면적을 증가시키고,
    상기 도가니 상부로 전달되는 열 중 일부분만 전달되도록 하여 상기 도가니 상부가 기설정 온도 이상 가열되는 것을 방지함으로써 내부 금속이 도가니 벽면을 타고 오르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    세라믹 및 금속 중 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    700도 이상의 온도를 견딜 수 있는 세라믹 또는 금속인 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    열전도율이 20 내지 200 (W/m K) 인 세라믹 또는 금속 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부는,
    티타늄(Ti), 코발트(Co), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 도가니는,
    질화 알루미늄(AlN) 또는 열분해 질화 붕소(PBN)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속박막 증착용 도가니형 증발원.
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