KR102076994B1

KR102076994B1 - 고온용 선형 증착원

Info

Publication number: KR102076994B1
Application number: KR1020170182772A
Authority: KR
Inventors: 강진건; 김영도; 강창호; 이강희; 이재진
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2020-02-13
Also published as: KR20190080373A

Abstract

고온용 선형 증착원이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 선형 증착원은, 장비의 외관을 형성하는 블록 하우징(block housing); 증착물질이 충전되는 크루시블 바디와, 크루시블 바디의 상부에 결합되되 증착물질이 분사되는 다수의 노즐이 형성되는 크루시블 덮개를 구비하며, 블록 하우징 내에 배치되는 크루시블(crucible); 및 블록 하우징 내에서 크루시블을 부분적으로 둘러싸게 배치되며, 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시키는 증착물질 확산 방지용 쉴드(vapor shield)를 포함한다.

Description

고온용 선형 증착원{Linear evaporation source}

본 발명은, 고온용 선형 증착원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있는 고온용 선형 증착원에 관한 것이다.

정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다. 이러한 평판표시소자에는 액정표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등이 있다.

이 중에서 유기전계발광소자, 예컨대 OLED는 빠른 응답속도, 기존의 LCD보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어서 최근 디스플레이 소자로서 각광받고 있다.

이러한 유기전계발광소자는 기판 위에 양극 막, 유기 박막, 음극 막을 순서대로 입히고, 양극과 음극 사이에 전압을 걸어줌으로써 적당한 에너지의 차이가 유기 박막에 형성되어 스스로 발광하는 원리이다.

다시 말해, 주입되는 전자와 정공(hole)이 재결합하며, 남는 여기 에너지가 빛으로 발생되는 것이다. 이때 유기 물질의 도펀트의 양에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있으므로 풀 칼라(full color)의 구현이 가능하다.

도 1은 유기전계발광소자의 구조도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 유기전계발광소자는 기판 상에 애노드(anode), 정공 주입층(hole injection layer), 정공 운송층(hole transfer layer), 발광층(emitting layer), 정공 방지층(hole blocking layer), 전자 운송층(electron transfer layer), 전자 주입층(electron injection layer), 캐소드(cathode) 등의 막이 순서대로 적층되어 형성된다.

이러한 구조에서 애노드로는 면 저항이 작고 투과성이 좋은 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용된다. 그리고 유기 박막은 발광 효율을 높이기 위하여 정공 주입층, 정공 운송층, 발광층, 정공 방지층, 전자 운송층, 전자 주입층의 다층으로 구성된다. 발광층으로 사용되는 유기물질은 Alq3, TPD, PBD, m-MTDATA, TCTA 등이 있다. 캐소드로는 Lie-Al 금속막이 사용된다. 그리고 유기 박막이 공기 중의 수분과 산소에 매우 약하므로 소자의 수명(life time)을 증가시키기 위해 봉합하는 봉지막이 최상부에 형성된다.

도 1에 도시된 유기전계발광소자를 다시 간략하게 정리하면, 유기전계발광소자는 애노드, 캐소드, 그리고 애노드와 캐소드 사이에 개재된 발광층을 포함하며, 구동 시 정공은 애노드로부터 발광층 내로 주입되고, 전자는 캐소드로부터 발광층 내로 주입된다. 발광층 내로 주입된 정공과 전자는 발광층에서 결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.

이러한 유기전계발광소자는 구현하는 색상에 따라 단색 또는 풀 칼라(full color) 유기전계발광소자로 구분될 수 있는데, 풀 칼라 유기전계발광소자는 빛의 삼원색인 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 별로 패터닝된 발광층을 구비함으로써 풀 칼라를 구현한다.

도 1에 도시된 유기전계발광소자를 만들기 위해, 즉 발광층(유기물) 및 전극층(무기물)을 증착하기 위해 평판표시소자용 기판 증착장치가 적용된다.

진공 증착 방식(thermal evaporation)이 적용되는 평판표시소자용 기판 증착장치에는 기판을 향해 증착물질을 분사하는 고온용 선형 증착원(Linear evaporation source)이 마련된다. 최근에는 박막 두께의 균일성(uniformity) 확보, 컨트롤(control) 장치의 단순화, 그리고 챔버(chamber)의 볼륨(volume) 축소를 위해 리니어 타입(linear type)의 증착원이 적용된다.

한편, 공정 온도가 1000℃가 넘는 고온용 선형 증착원에서 히터(heater)는 텅스텐 또는 탄탈럼 등의 고온 금속 와이어에 전압과 전류를 인가하는 저항 가열방식을 사용한다. 이때, 고온 금속 와이어의 온도는 1000℃를 넘기 때문에 고온 금속 와이어는 외부에 노출된 누드 타입(nude type)으로 적용된다.

증착 공정이 진행되면 크루시블(crucible)의 노즐(nozzle)을 통해 증착물질이 분사된다. 이때, 크루시블을 이루는 외관 구조물이나 혹은 노즐 사이에서 증착물질이 누출될 수 있는데, 이처럼 누출되는 증착물질은 증착원 내에서 떠돌다가 냉각 과정을 거치며 누드 타입의 금속 와이어에 협착될 수 있다.

만약, 증착물질이 전기 전도성을 가질 경우에는 금속 와이어에 전기를 인가할 때 누전과 같은 문제가 발생할 수 있다는 점을 고려해볼 때, 크루시블 측에서 누출되는 증착물질이 금속 와이어 등의 증착원 내벽으로 향하지 못하도록 하기 위한 기술개발이 필요한 실정이다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2006-0063602호

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있는 고온용 선형 증착원을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 장비의 외관을 형성하는 블록 하우징(block housing); 증착물질이 충전되는 크루시블 바디와, 상기 크루시블 바디의 상부에 결합되되 상기 증착물질이 분사되는 다수의 노즐이 형성되는 크루시블 덮개를 구비하며, 상기 블록 하우징 내에 배치되는 크루시블(crucible); 및 상기 블록 하우징 내에서 상기 크루시블을 부분적으로 둘러싸게 배치되며, 상기 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 상기 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시키는 증착물질 확산 방지용 쉴드(vapor shield)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원이 제공될 수 있다.

상기 증착물질 확산 방지용 쉴드는, 상부가 개구되며, 상기 크루시블이 수납되게 마련되는 쉴드 바디; 및 상기 쉴드 바디의 상단부 개구에 외측으로 연장되게 마련되는 쉴드 플랜지를 포함할 수 있다.

상기 쉴드 바디의 중앙 영역에는 이웃된 위치보다 폭이 좁게 형성되고 상기 크루시블의 하단부가 삽입되는 크루시블 포켓이 더 돌출되게 형성될 수 있다.

상기 크루시블 포켓의 하단부에는 다수의 홈부가 마련될 수 있다.

상기 블록 하우징의 하부를 형성하는 하부 쿨링 블록 상에 배치되며, 해당 위치에서 상기 크루시블의 하부 일 영역을 받쳐 지지하는 크루시블 하부 받침유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 블록 하우징 내에 마련되며, 상기 크루시블을 가열하는 히팅 블록(heating block)을 더 포함할 수 있으며, 상기 크루시블 하부 받침유닛은 상기 히팅 블록과 이격된 위치에서 상기 하부 쿨링 블록 상에 배치될 수 있다.

상기 크루시블 하부 받침유닛은, 열전도가 가능한 금속 재질로 제작되며, 상호 이격되게 층상으로 배열되는 다수의 금속 유닛 하우징; 열방출이 최소화될 수 있도록 상기 금속 유닛 하우징들 사이에 배치되는 다수의 절연 플레이트; 및 상기 크루시블에 접촉되어 지지되는 접촉 지지부를 구비하며, 상기 금속 유닛 하우징의 상부에 배치되는 크루시블 받침부를 포함할 수 있다.

상기 크루시블과의 접촉 면적 감소를 위해 상기 접촉 지지부는 아크형(arc) 곡면을 가질 수 있다.

상기 크루시블 하부 받침유닛은, 상기 금속 유닛 하우징들 중 최상단의 금속 유닛 하우징과 상기 크루시블 받침부 사이에 연결되는 금속 하우징 연결부를 더 포함할 수 있다.

상기 크루시블 하부 받침유닛은, 상기 크루시블 받침부를 열적으로 단열시키는 다수의 연결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 절연 플레이트들 중 하나가 상기 크루시블 하부 받침유닛의 최하단을 이룰 수 있다.

상기 다수의 금속 유닛 하우징들은 이종 재질로 형성되되 하나의 재질은 몰리브데넘이고, 다른 하나의 재질은 티타늄일 수 있다.

상기 크루시블 하부 받침유닛은 상기 크루시블의 길이 방향을 따라 배치되는 다수의 크루시블 하부 받침유닛일 수 있다.

상기 다수의 크루시블 하부 받침유닛은, 상기 크루시블의 센터 영역에 배치되어 상기 크루시블의 센터 영역을 지지하는 크루시블 하부 센터 받침유닛; 및 상기 크루시블의 사이드 영역에 배치되어 상기 크루시블의 사이드 영역을 지지하는 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛을 포함할 수 있다.

상기 크루시블 하부 센터 받침유닛은 상기 크루시블의 열팽창 제어를 위해 마련되고, 상기 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛은 상기 크루시블의 하중 지지를 위해 마련될 수 있다.

상기 크루시블 바디 내에는 다수의 통공이 형성되는 이너 플레이트(inner plate)가 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 유기전계발광소자의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 선형 증착원이 적용된 평판표시소자용 기판 증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 선형 증착원의 사시도이다.
도 4는 도 3의 횡단면 구조도이다.
도 5는 도 3의 종단면 구조도이다.
도 6은 크루시블의 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 크루시블 하부 받침유닛 영역의 확대도이다.
도 8은 도 7의 부분 분해도이다.
도 9는 크루시블 하부 받침유닛의 사시도이다.
도 10은 증착물질 확산 방지용 쉴드의 사시도이다.
도 11은 도 4의 A 영역의 확대도이다.
도 12는 도 4의 B 영역의 확대도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 선형 증착원이 적용된 평판표시소자용 기판 증착장치의 개략적인 구조도이다.

도면 대비 설명에 앞서, 평판표시소자는 액정표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등을 포함하나 이하에서는 평판표시소자를 유기전계발광소자(OLED)용 기판이라 하여 설명한다.

도 2를 참조하면 평판표시소자용 기판 증착장치는 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 공정 챔버(1)와, 공정 챔버(1)의 일측에 마련되어 기판을 향해 증착물질을 분사하는 고온용 선형 증착원(100)을 포함한다.

공정 챔버(1)는 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 장소이다. 즉 도 1에 도시된 유기전계발광소자의 제조를 위해 발광층(유기물) 및 전극층(무기물)을 증착하는 장소를 형성한다. 본 실시예의 증착장치는 유기물을 증착하는 증착장치일 수 있다.

증착 공정 시 공정 챔버(1)의 내부는 진공 분위기를 유지한다. 때문에 공정 챔버(1)에는 진공 펌프 등이 연결될 수 있다.

한편, 고온용 선형 증착원(100)은 공정 챔버(1)의 일측에 마련되어 기판을 향해 증착물질을 분사한다.

자세히 후술하겠지만 본 실시예의 고온용 선형 증착원(100)는 공정 챔버(1)의 길이 방향으로 길게 배치되고 추가 조립이 필요 없는 일체형 구조를 개시하고 있기 때문에, 매 사용 시마다 야기될 수 있는 온도 편차 발생을 줄일 수 있다.

특히, 후술할 구조적인 특징을 갖는 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)이 적용됨에 따라 크루시블(130, crucible) 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징(110)의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 12를 참조하여 본 실시예의 고온용 선형 증착원(100)에 대해 자세히 알아보도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온용 선형 증착원의 사시도이고, 도 4는 도 3의 횡단면 구조도이며, 도 5는 도 3의 종단면 구조도이고, 도 6은 크루시블의 단면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 크루시블 하부 받침유닛 영역의 확대도이고, 도 8은 도 7의 부분 분해도이며, 도 9는 크루시블 하부 받침유닛의 사시도이고, 도 10은 증착물질 확산 방지용 쉴드의 사시도이며, 도 11은 도 4의 A 영역의 확대도이고, 도 12는 도 4의 B 영역의 확대도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)은 크루시블(130) 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징(110)의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로서, 장비의 외관을 형성하는 블록 하우징(110, block housing)과, 블록 하우징(110) 내에 배치되는 크루시블(130)과, 크루시블(130) 측에서 누출 가능한 증착물질이 블록 하우징(110)의 내벽으로 향하는 것을 저지시키는 증착물질 확산 방지용 쉴드(150, vapor shield)를 포함할 수 있다.

뿐만 아니라 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)은 크루시블(130)을 안정적으로 떠 받쳐 지지하기 위한 수단으로서 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)을 더 포함할 수 있다.

크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)이 적용되면 고온에서 잠재적으로 크루시블(130)이 파괴되거나 깨질 수 있는 가능성을 최대한 줄일 수 있음은 물론 크루시블(130) 지지에 따른 구조 안정성을 확보할 수 있다.

물론, 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)에 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)이 반드시 적용되어야 하는 것은 아니다.

다시 말해, 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)이 없는 구조에서 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)만 적용될 수도 있는데, 이러한 사항 모두가 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.

다만, 이하에서는 도면에 도시된 것처럼 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)에 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)과 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 모두 적용되는 것으로 설명하도록 한다.

구조를 살펴보면, 블록 하우징(110)은 장비의 외관을 형성한다. 내부의 크루시블(130)을 보호하는 한편 크루시블(130)의 온도가 내려가는 것을 저지시키기 위해 블록 하우징(110)은 밀폐형 구조를 갖는다.

이러한 블록 하우징(110)은 하부를 이루는 하부 쿨링 블록(111)과, 하부 쿨링 블록(111)의 측벽을 형성하는 다수의 측부 쿨링 블록(112)과, 하부 쿨링 블록(111) 및 다수의 측부 쿨링 블록(112)의 상부를 형성하는 상부 쿨링 블록(113)을 포함한다. 공정이 끝나거나 혹은 공정 제어를 위해 하부 쿨링 블록(111), 다수의 측부 쿨링 블록(112) 및 상부 쿨링 블록(113)에는 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(115)가 형성된다.

상부 쿨링 블록(113)의 상단부에 탑 쉴드(114, top shield)가 배치된다. 탑 쉴드(114)는 증착물질이 블록 하우징(110) 특히, 상부 쿨링 블록(113)으로 쌓이는 것을 방지한다. 탑 쉴드(114)에는 크루시블(130)의 노즐(132)이 배치되는 노즐 배치구(114a)가 형성된다.

블록 하우징(110)의 내벽, 특히 측부 쿨링 블록(112)의 내벽에는 크루시블(130)을 가열하는 히팅 블록(120, heating block)이 마련된다. 히팅 블록(120)의 주변에는 반사판이나 세라믹 등의 구조들이 마련되는데, 이들에 대해서는 생략한다.

히팅 블록(120)에 히터(heater)가 탑재될 수 있다. 자세히 도시하지는 않았지만 히터는 상대적으로 짧은 상부 히터와, 상대적으로 긴 하부 히터로 나뉠 수 있다. 크루시블(130)을 실질적으로 가열하는 히터가 하부 히터이며, 상부 히터는 온도 관리를 위해 개별적으로 제어된다.

이러한 히터는 텅스텐 또는 탄탈럼 등의 고온 금속 와이어에 전압과 전류를 인가하는 저항 가열방식을 사용하는 히터이다. 이때, 고온 금속 와이어의 온도는 1000℃를 넘기 때문에 고온 금속 와이어는 외부에 노출된 누드 타입(nude type)으로 적용될 수 있다.

크루시블(130)은 도가니라 불리는 구조물로서 내부에 충전되는 증착물질을 전술한 히터의 작용으로 증발시켜 기판으로 분사시킨다. 앞서 기술한 것처럼 본 실시예에 따른 고온용 선형 증착원(100)에 적용되는 증착물질은 무기물일 수 있고, 1000℃가 넘는 조건 하에서 증발되면서 기판에 증착될 수 있다.

이러한 크루시블(130)은 도 6에 잘 나타난 것처럼 증착물질이 충전되는 크루시블 바디(131)와, 크루시블 바디(131)의 상부에 결합되는 크루시블 덮개(134)를 포함한다.

크루시블 덮개(134)에는 크루시블 바디(131) 내의 증착물질이 기판으로 분사되는 다수의 노즐(132)이 형성된다. 다수의 노즐(132)은 탑 쉴드(114)의 노즐 배치구(114a)에 배치된다.

크루시블 바디(131) 내에는 다수의 통공(135a)이 형성되는 이너 플레이트(135, inner plate)가 마련된다. 이너 플레이트(135)는 증착물질의 양과 방향을 조절한다.

한편, 도 4 및 도 5, 그리고 도 7 및 도 8에 자세히 도시된 바와 같이, 블록 하우징(110)의 하부를 형성하는 하부 쿨링 블록(111) 상에는 해당 위치에서 크루시블(130)의 하부 일 영역을 받쳐 지지하는 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)이 마련된다.

하부 쿨링 블록(111) 상에 배치되는 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)을 통해 크루시블(130)을 하부에서 떠받쳐 지지하기 때문에 고온에서 크루시블(130) 지지에 따른 구조 안정성을 확보할 수 있음은 물론 1000℃가 넘은 고온으로 인해 종전처럼 고온에서 파괴될 가능성을 해결할 수 있다. 따라서 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)은 히팅 블록(120)과 이격된 위치에서, 즉 히팅 블록(120)과 연결되지 않는 이격된 위치에서 하부 쿨링 블록(111) 상에 배치될 수 있다. 다시 말해, 크루시블(130)이 지지되는 위치와 히팅 블록(120)이 지지되는 위치가 별개로 마련된다.

본 실시예에서 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)은 크루시블(130)의 길이 방향을 따라 배치되는 다수의 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)으로 적용된다. 즉 다수의 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)은 크루시블(130)의 센터 영역에 배치되어 크루시블(130)의 센터 영역을 지지하는 크루시블 하부 센터 받침유닛(140a)과, 크루시블(130)의 사이드 영역에 배치되어 크루시블(130)의 사이드 영역을 지지하는 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛(140b)을 포함할 수 있다.

이때, 도 12에 도시된 크루시블 하부 센터 받침유닛(140a)은 크루시블(130)의 열팽창 제어를 위해 마련되고, 도 11에 도시된 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛(140b)은 크루시블(130)의 하중 지지를 위해 마련된다.

즉 앞서도 기술한 것처럼 공정을 위해서는 크루시블(130)의 온도가 1000℃ 이상으로 유지되어야 하지만 크루시블(130)이 하부 쿨링 블록(111)에 얹히는 구조라서 하부 쿨링 블록(111)의 냉기가 크루시블(130)로 그대로 전달되면 곤란하다. 따라서 본 실시예에서는 크루시블(130)과 하부 쿨링 블록(111)의 접촉 면적을 최대한 줄이는 방향으로 적용된다. 이를 위해, 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)을 센터와 양 사이드에 배치하고, 크루시블(130)의 열팽창만큼 크루시블(130)에 영유를 주는 구조를 적용하고 있는 것이다.

이처럼 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)이 위치별로 다수 개 마련되기는 하지만 그 구조는 모두 동일하다.

이에 대해 살펴보면, 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)은 상호 이격되게 층상으로 배열되는 다수의 제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)과, 열방출이 최소화될 수 있도록 제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)들 사이에 배치되는 다수의 절연 플레이트(143)와, 제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)의 상부에 배치되는 크루시블 받침부(144)를 포함할 수 있다.

즉 본 실시예에서 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)은 열전달 저감을 위하여 제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)과 절연 플레이트(143)가 순서대로 포개어 조립되는 구조를 갖는다. 이처럼 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)의 구조를 금속과 단열재의 조합과 반복되는 구조로 적용함으로써 열방출을 최소로 할 수 있다.

제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)은 열전도가 가능한 금속 재질로 제작된다. 본 실시예에서 제1 금속 유닛 하우징(141)은 1개, 그리고 제2 금속 유닛 하우징(142)은 2개 마련된다. 하지만, 이의 개수에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

그리고 본 실시예에서 제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)은 이종 재질로 형성되되 하나의 재질은 몰리브데넘이고, 다른 하나의 재질은 티타늄일 수 있는데, 제1 금속 유닛 하우징(141)이 몰리브데넘이고, 제2 금속 유닛 하우징(142)이 티타늄일 수 있다.

제1 금속 유닛 하우징(141)과 크루시블 받침부(144) 사이에는 금속 하우징 연결부(146)가 마련된다. 즉 금속 하우징 연결부(146)에 의해 제1 금속 유닛 하우징(141)과 크루시블 받침부(144)가 연통된다. 금속 하우징 연결부(146) 역시, 제1 금속 유닛 하우징(141)과 마찬가지로 몰리브데넘일 수 있다.

제1 및 제2 금속 유닛 하우징(141,142)은 절연 플레이트(143)가 깨지더라도 구조를 유지하기 위해서 H 구조를 가질 수 있다. 한편, 절연 플레이트(143)들 중 하나가 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)의 최하단을 형성한다. 절연 플레이트(143)의 소재는 OP-Quartz, 석영류 등처럼 열전달률이 낮은 소재들일 수 있다.

본 실시예의 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)에는 다수의 연결부재(147)가 더 마련된다. 연결부재(147)들은 열전도가 가능한 일종의 볼트 및 너트이다. 이러한 연결부재(147)들은 크루시블 받침부(144)를 열적으로 단열시킨다.

이처럼 크루시블 하부 받침유닛(140a,140b)의 구조를 금속과 단열재의 조합과 반복되는 구조로 적용하는 한편 연결부재(147)들로 금속 유닛 하우징(141,142)들, 금속 하우징 연결부(146), 그리고 크루시블 받침부(144)를 국부적으로 연결시킴으로써 크루시블(130)과 하부 쿨링 블록(111)의 접촉 면적을 최대한 줄일 수 있다.

크루시블 받침부(144)에는 크루시블(130)에 접촉되어 지지되는 접촉 지지부(145)가 형성된다. 앞서 기술한 것처럼 본 실시예의 경우, 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 적용되기 때문에 접촉 지지부(145)는 크루시블(130)이 아닌 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)에 접촉되어 지지된다. 하지만, 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 적용되지 않을 경우에는 접촉 지지부(145)가 크루시블(130)에 직접 접촉되어 지지될 수 있다.

본 실시예에서 접촉 지지부(145)는 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)와의 접촉 면적 감소를 위해 아크형(arc) 곡면을 갖는다. 이처럼 접촉 지지부(145)가 아크형(arc) 곡면을 갖기 때문에 접촉 지지부(145)는 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)와 선접촉을 이룰 수 있으며, 이로 인해 열전달이 최소화될 수 있다.

한편, 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)는 도 5 및 도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 블록 하우징(110) 내에서 크루시블(130)을 부분적으로 둘러싸게 배치되는 구조물로서, 크루시블(130) 측에서 누출 가능한 증착물질이 블록 하우징(110)의 내벽으로 향하는 것을 저지시키는 역할을 한다.

앞서도 기술한 것처럼 본 실시예와 같이 공정 온도가 1000℃가 넘는 고온용 선형 증착원(100)에서 히터(heater)는 텅스텐 또는 탄탈럼 등의 고온 금속 와이어에 전압과 전류를 인가하는 저항 가열방식을 사용하며, 고온 금속 와이어는 외부에 노출된 타입(nude type)으로 적용된다.

증착 공정이 진행되면 크루시블(130)의 노즐(132)을 통해 증착물질이 분사된다. 이때, 크루시블 바디(131)와 크루시블 덮개(134), 혹은 노즐(132) 영역에서 증착물질이 누출될 수 있는데, 이처럼 누출되는 증착물질은 블록 하우징(110) 내에서 떠돌다가 냉각 과정을 거치며 누드 타입(nude type)의 금속 와이어에 협착될 수 있다.

증착물질은 무기물로서 전기 전도성을 가지기 때문에 증착물질이 금속 와이어에 협착되면 금속 와이어에 전기를 인가할 때 누전과 같은 문제가 발생할 수 있다. 이러한 현상을 예방하기 위해 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 적용되는 것이다.

증착물질 확산 방지용 쉴드(150)는 상부가 개구되며, 크루시블(130)이 수납되게 마련되는 쉴드 바디(151)와, 쉴드 바디(151)의 상단부 개구에 외측으로 연장되게 마련되는 쉴드 플랜지(152)를 포함할 수 있다. 쉴드 플랜지(152)는 블록 하우징(110)의 일측에 지지되는 부분일 수 있다.

쉴드 바디(151)의 중앙 영역에는 이웃된 위치보다 폭이 좁게 형성되고 크루시블(130)의 하단부가 삽입되는 크루시블 포켓(153)이 더 돌출되게 형성된다. 즉 루시블(130)의 하단부 일부는 크루시블 포켓(153)에 꽉 끼워져 삽입된다. 따라서 이 영역에서 이들은 한 몸체를 이룰 수 있다. 이와 같은 구조가 적용됨으로써 크루시블(130)을 해당 위치에 용이하게 장착할 수 있음은 물론 크루시블(130)을 장착하다가 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 충격을 받아 휘어지거나 구부러지는 현상을 효과적으로 예방할 수 있다.

크루시블 포켓(153)의 하단부에는 다수의 홈부(154,155)가 마련된다. 다수의 홈부(154,155)는 센터 홈부(154)와 사이드 홈부(155)로 구분될 수 있다.

이때, 센터 홈부(154)는 열팽창 시 균형을 맞추기 위한 수단인데 반해, 사이드 홈부(155)는 열팽창을 고려한 지지수단으로 활용된다. 따라서 사이드 홈부(155)는 접촉 지지부(145)보다 길게 형성되는데 반해, 센터 홈부(154)는 그리 길지 않고 짧게 형성될 수 있다.

즉 도 11에 도시된 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛(140b)의 접촉 지지부(145)는 열팽창을 고려한 지지수단으로서의 사이드 홈부(155)에 배치되어 크루시블(130)의 하중을 지지한다. 따라서 사이드 홈부(155)는 길게 형성된다. 반면, 도 12에 도시된 크루시블 하부 센터 받침유닛(140a)의 접촉 지지부(145)는 크루시블(130)의 열팽창 제어를 위한 수단으로서의 센터 홈부(154)에 배치된다. 센터 홈부(154)는 사이드 홈부(155)보다 폭이 좁게 형성된다.

이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예의 경우, 증착물질 확산 방지용 쉴드(150)가 적용되기 때문에 크루시블(130) 측에서 누출 가능한 증착물질이 다수의 부품이 탑재되는 블록 하우징(110)의 내벽으로 향하는 것을 저지시킴으로써 누전 등의 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 고온용 선형 증착원 110 : 블록 하우징
111 : 하부 쿨링 블록 112 : 측부 쿨링 블록
113 : 상부 쿨링 블록 114 : 탑 쉴드
120 : 히팅 블록 130 : 크루시블
131 : 크루시블 바디 132 : 노즐
135 : 이너 플레이트 135a : 통공
140a : 크루시블 하부 센터 받침유닛
140b : 크루시블 하부 사이드 받침유닛
141,142 : 제1 및 제2 금속 유닛 하우징 143 : 절연 플레이트
144 : 크루시블 받침부 145 : 접촉 지지부
146 : 금속 하우징 연결부 147 : 연결부재
150 : 증발물질 확산 방지용 쉴드 151 : 쉴드 바디
152 : 쉴드 플랜지 153 : 크루시블 포켓
154 : 센터 홈부 155 : 사이드 홈부

Claims

장비의 외관을 형성하는 블록 하우징(block housing);
증착물질이 충전되는 크루시블 바디와, 상기 크루시블 바디의 상부에 결합되되 상기 증착물질이 분사되는 다수의 노즐이 형성되는 크루시블 덮개를 구비하며, 상기 블록 하우징 내에 배치되는 크루시블(crucible);
상부가 개구되고 상기 크루시블이 수납되게 마련되는 쉴드 바디와, 상기 쉴드 바디의 상단부 개구에 외측으로 연장되게 마련되는 쉴드 플랜지를 구비하되 상기 블록 하우징 내에서 상기 크루시블을 부분적으로 둘러싸게 배치되며, 상기 크루시블 측에서 누출 가능한 증착물질이 상기 블록 하우징의 내벽으로 향하는 것을 저지시키는 증착물질 확산 방지용 쉴드(vapor shield);
상기 블록 하우징 내에 마련되며, 상기 크루시블을 가열하는 히팅 블록(heating block); 및
상기 블록 하우징 내에서 하부 쿨링 블록 상에 배치되되 상기 크루시블의 길이 방향을 따라 배치되며, 해당 위치에서 상기 크루시블의 하부 일 영역을 받쳐 지지하는 다수의 크루시블 하부 받침유닛을 포함하며,
상기 다수의 크루시블 하부 받침유닛은,
상기 크루시블의 센터 영역에 배치되어 상기 크루시블의 센터 영역을 지지하며, 상기 크루시블의 열팽창 제어를 위해 마련되는 크루시블 하부 센터 받침유닛; 및
상기 크루시블의 사이드 영역에 배치되어 상기 크루시블의 사이드 영역을 지지하며, 상기 크루시블의 하중 지지를 위해 마련되는 다수의 크루시블 하부 사이드 받침유닛을 포함하며,
상기 크루시블 하부 센터 받침유닛 및 상기 크루시블 하부 사이드 받침유닛 모두는,
열전도가 가능한 금속 재질로 제작되며, 상호 이격되게 층상으로 배열되는 다수의 금속 유닛 하우징;
열방출이 최소화될 수 있도록 상기 금속 유닛 하우징들 사이에 배치되는 다수의 절연 플레이트;
상기 크루시블에 접촉되어 지지되는 접촉 지지부를 구비하며, 상기 금속 유닛 하우징의 상부에 배치되는 크루시블 받침부;
상기 금속 유닛 하우징들 중 최상단의 금속 유닛 하우징과 상기 크루시블 받침부 사이에 연결되는 금속 하우징 연결부; 및
상기 크루시블 받침부를 열적으로 단열시키는 다수의 연결부재를 포함하며,
상기 크루시블 하부 받침유닛은 상기 히팅 블록과 이격된 위치에서 상기 하부 쿨링 블록 상에 배치되며,
상기 쉴드 바디의 중앙 영역에는 이웃된 위치보다 폭이 좁게 형성되고 상기 크루시블의 하단부가 삽입되는 크루시블 포켓이 더 돌출되게 형성되되 상기 크루시블 포켓의 하단부에는 다수의 홈부가 마련되는 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원.
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제1항에 있어서,
상기 크루시블과의 접촉 면적 감소를 위해 상기 접촉 지지부는 아크형(arc) 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원.
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제1항에 있어서,
상기 절연 플레이트들 중 하나가 상기 크루시블 하부 받침유닛의 최하단을 이루는 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원.
제1항에 있어서,
상기 다수의 금속 유닛 하우징들은 이종 재질로 형성되되 하나의 재질은 몰리브데넘이고, 다른 하나의 재질은 티타늄인 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원.
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제1항에 있어서,
상기 크루시블 바디 내에는 다수의 통공이 형성되는 이너 플레이트(inner plate)가 마련되는 것을 특징으로 하는 고온용 선형 증착원.