KR102108173B1 - 진공 증발에 의한 박막 증착용 장치를 위한 분사 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 증발에 의한 박막 증착용 장치를 위한 분사 시스템에 관한 것으로, 상기 분사 시스템은 증발될 물질을 수용하는 용기(4), 상기 물질을 증발시키도록 구성된 용기 가열 수단을 포함하고, 적어도 하나의 분사 램프(1)는 상기 증발된 물질을 수용하도록 상기 용기에 연결된 내부 도관 및 복수의 노즐들(3)을 포함하고, 각각의 노즐은 증발된 물질을 상기 진공 증착 챔버로 확산시키도록 적어도 커뮤니케이션 채널을 포함한다. 본 발명에 따르면, 분사 램프(1)는 세로 방향(5)을 따라 직렬로 서로 기계적으로 연결된 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 포함하고, 상기 분사 모듈 각각은 복수의 분사 노즐들(3)을 포함하며, 상기 분사 램프는 세로 방향(5)에 평행한 라인을 따라 상기 분사 노즐들을 정렬하도록, 상기 세로 방향에 대하여 상기 분사 모듈들의 배향을 조절하는 수단을 포함한다.
Description
본 발명은 진공 증발 증착(소위, 물리 증기 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition))용 장치를 위한 분사 시스템에 관한 것이다.
물질의 고체 소스로부터 증발된 물질들을 진공 증착하는 장치들이 알려져있다. 이러한 장치들은, 특히 넓은 기판들 상에 적층된 박막들(stacks of thin layers)을 제조하는데 사용된다. 예를 들어, 이러한 장치들은 CIGS(Copper Indium Gallium Selenium)형의 태양전지 패널들(solar panels)을 제조하거나 또는 OLED(Organic Light Emitting Devices)형 다이오드들을 제조하는데 사용된다. PVD 진공 증착 장치들은 일반적으로 진공 증착 챔버에 연결되는 증발원(a source of evaporation)을 포함한다. 증발원은 물질을 증발시키거나 또는 승화시킬 수 있으며, 상기 물질은 기체 형태로 진공 증착 챔버로 전달되어 기판 상에 증착된다.
공지된 진공 증착 장치들은 일반적으로 증발원과 기판 사이에 위치한 인젝터(injector)를 포함한다. 인젝터는 넓은 기판 상에 균일한 증착을 얻기 위해서 증발된 물질을 확산시킬 수 있다. 인젝터의 기하학적 구조(geometry)는 기판의 형상과 크기에 의존한다. 넓은 직사각형의 기판에 있어서는, 증발된 물질을 인젝터를 따라서 균일하게 확산시키기 위해, 개구들(소위 분사 노즐들)을 포함하는 길고 가느다란 도관으로 형성된 인젝터가 사용된다. 인젝터의 길이는, 적어도 기판의 폭 또는 길이와 동일하다. 기판과 인젝터 사이의 상대 운동(relative motion)은 상당히 넓은 표면(1 m2초과)에 걸쳐서 증착을 가능케 한다.
인젝터를 따라 배치된 분사(injection) 노즐들이 구비된 인젝터가 또한 알려져 있다. 각각의 노즐은 일반적으로, 인젝터의 내부 도관을 진공 증착 챔버에 연결하는 채널을 포함한다. 노즐들의 형상 및 크기에 의해 기판 표면상에서의 증발된 물질의 유속과 증발된 물질의 흐름의 분포를 조절할 수 있다.
진공 증착 챔버는, 동일한 증착 챔버에 위치한 단일 기판 또는 복수의 기판들 상에 증착이 가능하도록, 구성될 수 있다. 그러나, 처리될 기판의 크기 또는 처리될 기판의 수의 변화는, 기판의 구조에 적합하면서, 기판들로부터 진공 증착 챔버에서의 증착에 의한 기판들의 외부로 물질손실을 피하기 위하여, 인젝터의 변화를 일반적으로 필요로 한다.
이 경우에는, 복수의 인젝터들 각각을 특정 구조에 적합하게 형성할 필요가 있다. 따라서, 예를 들어 기판의 폭들과 동수의 인젝터들이 제공된다. 그러나 각각의 인젝터는 고가이다. 더군다나, 인젝터 및/또는 노즐들에서 내부 코팅들이 축적되는 것을 피하기 위해 인젝터를 정기적으로 세척하는 것이 필요하다. 이 세척 작업은 진공 증착 기구의 정지를 필요로 하며, 세척 작업의 시간은 가능한 한 짧아야 한다.
본 발명의 목적 중 하나는, 두께 균일성 및 1.5 내지 1.8 m 폭의 층들의 물리화학적 조성을 포함하는, PVD에 의한 박막들의 증착의 양호한 품질을 보장하는 것이다.
진공 증발 증착 챔버의 구조는, 장치의 비용을 증가시키지 않으면서, 각각 다른 크기의 기판들을 수용할 수 있도록 더 쉽게 조절될 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 증발 장치의 효율성을 개선하기 위해 진공 증착 챔버의 정지 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명은 종래 기술의 단점을 개선하기 위한 목적을 가지며, 특히 진공 증발에 의해 박막 증착용 장치를 위한 분사 시스템(injection system)에 관한 것이며, 상기 분사 시스템은 진공 증착 챔버에 위치되도록 구성되어 있고, 상기 분사 시스템은 증발될 물질을 수용하는 용기, 상기 물질을 증발시키도록 형성된 용기 가열 수단, 및 용기로부터 오는 상기 증발된 물질을 수용하도록 용기에 연결된 내부 도관과 복수의 노즐들을 포함하는 적어도 하나의 분사 램프를 포함하며, 각각의 노즐은, 증발된 물질을 상기 진공 증착 챔버로 확산시키도록, 상기 내부 도관과 램프의 외측부(outer portion) 사이에 적어도 하나의 커뮤니케이션 채널(commucation channel)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 분사 램프(injection ramp)는 세로 방향을 따라 직렬로 서로 기계적으로 연결된 복수의 분사 모듈들을 포함하고, 각각의 분사 모듈은 복수의 분사 노즐들을 포함하며, 상기 분사 램프는, 분사 램프의 세로 방향에 평행한 라인을 따라 상기 분사 모듈들의 상기 분사 노즐들을 정렬시키도록, 상기 세로 방향에 대하여 상기 분사 모듈들의 배향(orientation)을 조절하는 수단을 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태에 따르면, 상기 분사 모듈들은 원통의 형상이고, 상기 분사 모듈의 분사 노즐들은 상기 원통의 모선(generating line)에 배치된다.
본 발명의 다른 양상들에 따르면:
- 상기 분사 모듈들은 동일 구조(identical structure)를 갖고, 분사 램프는 분사 램프의 단부(end)를 견고하게 폐쇄하도록 구성된 셔터 모듈을 추가로 포함하고;
- 상기 용기는 적어도 하나의, 분사 램프의 제1 개구 단부에서 제1 분사 모듈에 고정되도록 구성된 제1 원통형 용기 모듈 및/또는 분사 램프의 제2 개구 단부에서 마지막 분사 모듈에 고정되도록 구성된 제2 원통형 용기 모듈로 형성되며;
- 분사 모듈들에서의 물질은 다음 물질들 중 하나이다: 알루미나(Al2O3), 흑연 탄소(graphite carbon), 유리상 탄소(glassy carbon), 열분해 흑연이 코팅된 탄소(carbon coated with pyrolytic graphite), 정제된 탄소(purified carbon), 탄화규소 또는 열분해 질화붕소(또는 PBN)가 코팅된 탄소.
본 발명의 실시형태들의 다른 양상들에 따르면, 분사 시스템은:
- 압축될 때, 노즐들의 정렬을 보장하도록 구성된, 적어도 하나의 압축 실링 가스킷;
- 분사 모듈과 용기 모듈 각각을 둘러싸도록 구성된 2개의 반원통형의 하프 쉘들을 포함하고, 각각의 분사 모듈 및/또는 용기 모듈과 결합된 독립한 가열 수단;
- 가열 수단의 둘레에 배치된 열 차폐 수단(thermal shielding means) 및 열 차폐 수단의 둘레에 배치된 냉각 수단;
- 프레임, 및 복수의 분사 모듈들 및/또는 용기 모듈을 상기 프레임에 고정하는 기계적인 수단;을 추가로 포함하고,
- 상기 적어도 하나의 실링 가스킷은 가요성 흑연(flexible graphite)으로 이루어지며;
- 상기 적어도 하나의 실링 가스킷은, 2개의 인접한 분사 모듈들 사이 및/또는 용기 모듈과 제1 분사 모듈 사이 및/또는 마지막 분사 모듈과 셔터 모듈 사이에 배치되고;
- 상기 프레임은 하나 이상의 직선형 바들(rectilinear bars)을 포함하고, 상기 고정 수단은 상기 바(들)를 따라 슬라이드 될 수 있도록 장착된다.
또한, 본 발명은 기술된 실시형태들 중 하나에 따른 복수의 분사 램프들을 포함하는 분사 시스템에 관한 것으로, 상기 분사 램프들의 세로 축들은 물질들의 균일한 동시 증착(co-evaporation)이 이루어질 수 있도록 서로 평행하게 배치된다.
본 발명은, 진공 증발 증착 시스템용, 특히 OLED의 제조용 분사 장치에 특히 유리하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은, 다음 설명으로부터 더 명확해질 것이고, 또한 단독으로 또는 그들의 기술적으로 가능한 조합들 중 임의의 것에 따라 고려되어야 할 특징들에 관한 것이다.
단지 비 제한적인 실시예를 통해 제공되는 이 설명은, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 어떻게 구현될 수 있는 지를 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분사 램프의 정면도 및 종단면도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 분사 램프의 저면도 및 종단면도를 도시한다.
도 3은 분사 램프의 정면도, 측면도, 축단면도(axial section) 및 종단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 분사 램프의 모듈을 둘러싸도록 구성된 열적 쉘(thermal shell)의 정면도 및 사시도를 도시한다.
도 5는 특정 실시형태에 따른 용기의 장착/탈착시 분사 램프의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 또 다른 특정 실시형태에 따른 용기의 장착/탈착시 분사 램프의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 단독 증착용 단일 분사 램프의 사용과 동시 증착용 2개 및 3개의 분사 램프들의 사용에 기초한 증착의 구조들 각각의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분사 램프의 정면도 및 종단면도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 분사 램프의 저면도 및 종단면도를 도시한다.
도 3은 분사 램프의 정면도, 측면도, 축단면도(axial section) 및 종단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 분사 램프의 모듈을 둘러싸도록 구성된 열적 쉘(thermal shell)의 정면도 및 사시도를 도시한다.
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도 6은 또 다른 특정 실시형태에 따른 용기의 장착/탈착시 분사 램프의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 단독 증착용 단일 분사 램프의 사용과 동시 증착용 2개 및 3개의 분사 램프들의 사용에 기초한 증착의 구조들 각각의 측면도를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 진공 증발 증착 시스템용 분사 램프에 관한 것이고, 분사 램프는 증발원으로부터 증발된 물질들을 수용하도록 구성된다. 그 자체가 알려진 방식에서, 램프는 증발된 물질을 진공 증착 챔버로 확산시키는 복수의 노즐들을 구비한 디퓨저(diffuser)를 포함한다. 기판과 분사 램프가 놓여져 있는 증착 챔버는 도 1 내지 6에 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분사 램프를 개략적으로 도시한다. 도 1의 우측 부분은 분사 램프(1)의 정면도를 도시한다. 도 1의 좌측 부분에는, 물질을 증착시킬 기판(10)과 분사 램프(1)의 AA' 방향을 따른 종단면도가 도시되어 있다. 램프의 단면도의 상세한 확대도가 도 1의 좌측 부분에 삽입도로서 도시된다.
첫째로, 도 1의 분사 램프의 정면도가 상세히 기술될 것이다. 분사 램프는 세로 축(5)을 따라 연장된다. 분사 램프(1)는 증착될 물질을 수용하도록 구성된 용기 모듈(4)을 포함한다. 증착될 물질은 각각 다른 형태(액체, 고체, 분말 등)일 수 있다. 특히, 용기는 다음 물질들을 증발시키도록 구성된다: 은(Ag), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 인듐(In), 플루오르화 리튬(LiF), 황화 인듐(In2S3), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu). 도 1의 실시형태에 따르면, 분사 램프(1)는 주로 수직으로 장착되도록 구성된다. 이 경우에, 용기 모듈(4)은, 증기화되지 않은 물질을 중력에 의해 수용하도록, 램프의 하단에 위치된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 용기 모듈은 램프와 일직선상에 있다. 그러나, 용기 모듈(4)은 특유의 기하학적 구조(peculiar geometry), 배치(disposition)(세로 축(5)에 대하여, 일직선으로, 45°로, 90°로), 또는 작동(수평 또는 수직) 증발될 물질, 분사 시스템의 생성 지속시간 또는 증발될 물질의 소모에 따른 용량(길이, 직경)을 가질 수 있다.
또한, 분사 램프는 직렬로 장착된 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 포함한다. 도시된 실시예는 5개의 분사 모듈들을 포함한다. 그러나, 분사 모듈들의 수는 물론 제한되지 않는다. 제1 분사 모듈(2a)은 용기 모듈(4)에 고정된다. 분사 모듈(2b)은 분사 모듈(2a)에 고정된다. 동일하게, 분사 모듈(2c)은 분사 모듈(2b)에 고정되고, 그 후에도 동일하게 이루어진다. 마지막으로, 셔터 모듈(6)은 분사 모듈(2e)에 고정된다. 그에 따라, 용기 모듈(4)과 마주하는 램프(1)의 단부는 증발될 상기 물질의 증기에 대하여 기밀 유지된 셔터 모듈(6)에 의해 폐쇄된다. 하나의 분사 모듈만이 한 단부가 폐쇄되게 형성되도록, 셔터 모듈(6)은 단부 분사 모듈에 일체화될 수 있다. 램프를 형성하는 다른 분사 모듈들은, 서로 예를 들어 안착되거나(nesting) 또는 나사결합(screwing)에 의해 고정될 수 있다. 분사 모듈들은, 분사 모듈 각각의 각도를 조절할 수 있도록, 그것들의 축을 중심으로 방향을 조절할 수 있다. 이 방향 조절은 램프를 따라 노즐들을 정렬하는 것을 보장할 수 있고, 이 정렬은 코팅의 품질에 중요하다. 분사 모듈들이 서로 나사결합에 의해 연결된 경우에, 분사 모듈 각각은 적합한 스레드(adapted thread; 7)를 포함한다. 모듈의 기계 가공시에, 스레드의 시작 위치는 노즐들의 위치에 대하여 조절되는데, 이는 거친(coarse) 정렬을 주며, 정밀(fine) 정렬은 실링 가스킷을 압축함으로써 확보된다. 바람직하게는, 실링 가스킷(8)은 2개의 분사 모듈들 사이에 배치된다. 가스킷에 의해, 진공 증착 챔버에 대한(relative to) 고정의 견고함(tightness)이 보장되며, 반면에 분사 모듈들의 방향을 조절하는 것이 가능케 된다.
도 1의 단면도에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 용기 모듈(4)과 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 중공의 관 형상이다. 분사 모듈들은 원통형이고, 노즐들은 원통의 모선에 정렬된다. 바람직한 실시형태에 따르면, 분사 모듈들은, 거의 원형상의 섹션을 가지지만, 노즐들을 지지하는 플랫부를 포함한다.
분사 모듈(2a)은 중앙의 개구부를 통해 용기(4)와 연통된다. 분사 모듈(2b)도 중앙 개구부를 통해 분사 모듈(2a)과 연통되고, 다음 모듈들도 이웃한 모듈과 연통되며, 분사 모듈(2e)은 셔터 모듈(6)과 연통된다. 그리고, 용기로부터 나온(emerge) 증발된 물질은 분사 램프의 모든 모듈들 내부로 셔터 모듈까지 자유롭게 확산될 수 있다. 분사 램프의 각각 다른 모듈들의 내경은, 그의 전도성이 적거나 또는 무시할 수 있을 정도의 전하(charge)의 손실을 보장하여 그에 따라 각각의 노즐에서 동일한 흐름을 보장할 정도로 충분하다.
각각의 분사 모듈(2a, 2b, ... 2e)에는 복수의 분사 노즐들(3)이 제공된다. 노즐(3)은 일반적으로, 기판(10)을 향해 증발된 물질을 확산시킬 수 있도록, 램프의 내부를 증착 챔버에 연결하는 채널을 포함한다. 바람직하게는, 각각 다른 모듈들의 노즐들(3)은 램프의 축(5)에 평행한 축을 따라 정렬된다. 예시적인 실시형태에 따르면, 각각의 분사 모듈(2)은 약 20개의 노즐들(3)을 포함한다. 바람직한 실시형태에 따르면, 노즐들(3)이 축(5)에 평행한 축을 따라 공간적으로 균일하게 분배되도록, 노즐들이 연속한 노즐들 사이에 일정한 간격(interval)을 두고 분포된다. 바람직한 실시형태에 따르면, 각각의 노즐은 추가 요소에 의해, 구성되며 예를 들어 나사결합에 의해 분사 모듈에 결합된다. 이 경우에, 노즐은 다른 개구부를 갖는 노즐로 교체될 수 있다. 그에 따라, 기판(10)의 전체 표면에 걸친 증착 프로파일을 조절하도록, 각각 다른 개구부들을 갖는 노즐들(3)을 램프(1)를 따른 노즐(3)의 위치에 따라 배치할 수 있다. 예시적인 실시형태에 따르면, 분사 모듈(2a)의 길이는 400 mm이고, 세로 축을 중심으로 회전에 의한 배향의 정확도(accuracy of orientation)는 2 도보다 낮고, 노즐 사이의 공간(inter-nozzle space)은 20 mm 이며, 스레드(7)는 10 mm 길이보다 더(over 10 mm long) 연장된다.
바람직하게는, 분사 모듈들, 셔터 모듈 및/또는 용기 모듈은, 원하는 증발 온도에서 증발될 물질에 대해 화학적 적합성(chemical compatibility)을 갖는 물질로 제조된다. 예를 들어, 분사 모듈들, 용기 모듈 및/또는 셔터 모듈의 물질은, 탄소, 흑연, 열분해 흑연, 유리상 탄소, 질화 붕소, 알루미나 등일 수 있다. 1 mm의 두께의 가요성 흑연의 실링 워셔(sealing washer; 8)는 2개의 인접한 모듈들 사이에 개재되어, 밀봉(tightness)을 보장하고 또한 각각 다른 분사 모듈들(2a, 2b...)의 배향을 조절함으로써 노즐들(3)을 정렬할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 램프(1)는, 축(5)을 따라서 선형 셀(linear cell)을 형성하기 위해 직렬로 연결된 각각 다른 모듈들(용기 모듈, 분사 모듈들 및 셔터 모듈)로 구성된다. 분사 모듈들의 수에 의해 램프의 길이가 결정되며 램프의 수는 쉽게 재구성될 수 있다.
도 2는 더 바람직하게는, 축(5)을 따라서 수평으로 장착되도록 구성된 분사 모듈의 제2 실시형태를 도시한다. 도 2의 우측은 분사 램프(1)의 저면도를 도시한다. 도 2의 좌측은 물질을 증착시킬 기판(10)과 분사 램프(1)의 섹션 AA`를 따른 종단면도를 도시한다. 램프의 단면도의 상세한 확대도가 삽입도로서 도시된다. 동일한 도면 부호들은 도 1과 동일한 요소들을 가리킨다. 또한, 도 2의 램프는 용기 모듈(4), 직렬로 장착되고 분사 노즐들(3)을 구비한 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e), 및 셔터 모듈(6)을 포함한다. 용기 모듈(4)과 제1 분사 모듈(2a) 사이에 위치한 중간 모듈의 단면도가 삽입도로서 도시된다. 중간 모듈은 용기의 개구부에 고정되고 제1 분사 모듈(2a)에 고정된다. 중간 모듈(9)은, 용기에 증발되지 않은 물질을 수용하도록, 램프의 내부 개구부를 부분적으로 차단하는 내벽을 포함한다. 내벽은, 증발된 물질의 흐름이 통과되도록 구성된 개구부를 포함한 다(도 2의 삽입도에서 화살표로 개략적으로 도시됨). 내벽을 갖는 중간 모듈(9)은, 증발되지 않은 물질이 용기 모듈(4)에 수용될 수 있도록, 용기 모듈이 수평으로 정렬된 경우에 특히 적합하다. 삽입도로 도시된 바와 같이, 노즐들이 상방으로 배향된 경우에, 내벽의 개구부가 램프의 상단 부분에 위치되도록, 중간 모듈은 램프의 축(5)을 중심으로 회전에 의해 배향될 수 있다.
도 3은 물질을 증발 및 확산시킬 수 있는 가열 수단이 구비된 분사 램프의 각각 다른 도면들을 도시한다. 램프는 도 3의 중앙에서는 정면도로서, 도 3의 좌측에서는 측면도로서, 도 3의 우측에서는 축(5)을 따른 종단면도로서, 도 3의 좌측 상단에서는 단면 BB`에 따른 축방향단면도로 도시된다. 램프는, 도 1과 관련하여 기술된 각각 다른 모듈들, 특히 용기 모듈(4), 복수의 분사 모듈들(2a, ..., 2e) 및 단부 모듈(6)을 포함한다. 용기 모듈(4)과 각각의 분사 모듈은 열적 쉘(thermal shell)로 둘러싸인다. 각각의 열적 쉘은 열적 쉘이 둘러싸는 용기 모듈 또는 분사 모듈과 동일한 길이를 갖는다. 냉각 유체, 예를 들어 물의 순환에 제공된 코일들(16) 형태의, 열적 쉘들의 외부 냉각 수단은 정면도 및 측면도에서 관측된다. 분사 램프는 2개의 원통형 바들(11)을 포함하는 프레임 상에 장착되고, 바들(11)은 서로에 대하여 평행하며 램프의 축(5)에 평행하다. 램프(1)는 고정 탭들(13)들에 의해 프레임 상에 고정된다. 유리하게는, 고정 탭들(13)은 바들(11)의 축을 따라 슬라이딩하여 조절될 수 있다.
바람직하게는, 열적 쉘은 일반적으로 반-원통 형상의 2개의 하프쉘들로 구성되고, 또한 원통형 외측 형상의 램프를 둘러싸도록 구성된다. 열적 쉘을 형성하는 2개의 하프쉘들은 램프의 세로축(5)을 지나는 면에 대해 대칭이다. 도 4는 특정 실시형태에 따른 분사 램프의 모듈을 둘러싸도록 구성된 열적 하프쉘의 정면도, 배면도 및 사시도를 도시한다. 하프쉘(17)은, 램프의 모듈을 방사에 의해 가열하도록 구성된 필라멘트(14)를 하프쉘의 내면에 포함한다. 필라멘트(14)는 분사 램프를 1200℃ 내지 1500℃에 이를 수 있는 온도로 가열할 수 있다. 하프쉘(17)은 필라멘트(14)의 양 단에 전기 커넥터들(14a, 14b)을 포함한다. 따라서, 각각의 열 하프쉘이, 다른 열적 쉘들과 관계없이 전원에 연결될 수 있다. 또한, 각각의 열 하프쉘은 다른 열적 쉘들과 직렬로, 단일 전원에 연결될 수 있다. 필라멘트는 열 차폐부(thermal shield; 15)에 의해 램프의 환경으로부터 보호된다. 쉘(17)의 외측부에 위치한 수냉식 냉각 시스템(16)은 램프의 외측 온도를 감소시킬 수 있다. 냉각 시스템(16)은, 하프쉘의 냉각 회로의 2개의 단부들에의, 유체 연결을 위한 커넥터들(16a, 16b)을 포함한다. 그리고, 각각의 열 하프쉘은 다른 열 하프쉘들과 독립하여 수냉식 냉각원(source of cooling water)에 연결될 수 있다. 또한, 각각의 열 하프쉘은 다른 열 하프쉘들과 직렬로 단일 수냉식 냉각원에 연결될 수 있다.
일단 물질이 소모되면, 용기 모듈을 계속하여 충전(filling)할 필요가 있다. 정비 작동(maintenance operation)시에는 계속하여 용기를 교체하는 것이 필요할 수 있다. 도 5 는 특정 실시형태에 따른 용기 모듈의 장착/탈착시의 분사 램프의 사시도를 도시한다. 이 실시형태에서는, 용기 모듈을 둘러싸는 2개의 열 하프쉘들(17)이 분리된다. 따라서, 용기 모듈(4)에 접근될 수 있다. 용기 모듈은 스레드(7)에 의해 제1 분사 모듈(2a)에 안착되거나 나사결합된다. 이 시스템은 분사 램프를 증착 챔버의 적소에 배치할 수 있다. 또한, 용기 변경은 상당히 급격하게 이루어질 수 있다.
도 6은 또 하나의 특정 실시형태에 따른 용기의 장착/탈착시 분사 램프의 사시도를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 용기 모듈을 둘러싸는 열적 쉘은 탈착되지 않았지만, 고정 탭(13)을 풀고 이어서 프레임의 바들(11)을 따라 열적 쉘을 슬라이딩함으로써 간단하게 이동되어진다. 제거된(cleared) 공간을 통하여 용기를 충전하거나 또는 용기를 교체하기 위해, 용기에 접근할 수 있다. 재조립시, 용기 모듈(4)을 제1 분사 모듈(2a)에 고정하고, 쉘(17)이 용기 모듈(4)을 둘러싸도록, 바들(11)을 따라 쉘(17)을 슬라이드하는 것이 충분하다. 고정 탭들은 나사결합에 의해 유지될 수 있다.
또한, 용기 모듈이나 열적 쉘을 탈착하지 않고, 계속하여 용기를 충전하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 열적 쉘을 탈착할 필요 없이 단부 모듈(6)만 탈착하는 것이 가능하다. 그리고, 적합한 수단, 예를 들어 분출구 또는 “충전 관로(charging pipe line)”에 의해, 분사 램프의 다른 단부에서 계속하여 용기를 충전하는 것이 가능하다. 대안의 해결책은, 용기 모듈의 맞은편에 있는 단부로부터 분사램프에 있는 개방형 용기(통상 “보트”로 불림)를 슬라이딩 하는데 있다. 이 후자의 구성은 램프의 수평 작동에 더 적절한 것으로 보인다. 이 용기는 증발될 물질을 수용한다.
프레임은 분사 램프(1) 전체의 강성(rigidity)을 보장한다. 게다가, 프레임은, 넓은 기판들에 대하여 램프의 이동을 발생시키기 위하여 분사 램프를 전달 시스템과 결합시킬 수 있다. 마지막으로, 프레임은 기판의 평면에 대하여 하나 또는 몇개의 분사 램프들을 쉽게 배향시킬 수 있다. 따라서, 도 7은 각각 다른 증착 구조들을 도시한다. 도 7의 상부에는 물질의 용기로부터 단일 증착을 위한 단일 분사 램프의 사용이 도시되어 있다. 도 7의 중앙에는 2개의 분사 램프들(1 및 1`)을 갖는 시스템이 도시된다. 2개의 분사 램프들(1, 1`) 각각은 그의 적절한 물질의 용기를 포함한다. 2개의 분사 램프들을 갖는 이 시스템은 기판 상에 동일한 모멘트로 증착되는 각각 다른 물질들을 쉽게 동시 증착시킬 수 있다. 각 램프의 바들(11)은, 바를 중심으로 단순하게 회전시킴으로써 각 램프를 회전시킬 수 있고, 예를 들어 기판에 대한 수직에 대하여 대칭인 방식으로 회전시킬 수 있다. 유리하게는, 2개의 램프들은 동일한 길이를 갖고, 서로 평행하며, 그리고 램프들(1 및 1`)의 전체 길이에 걸쳐 균일한 동시 증착을 얻을 수 있도록 기판의 평면에 평행하다. 유사하게는, 3개의 분사 램프들(1, 1`, 1``)을 갖는 시스템은 도 7의 하단에 도시된다. 3개의 분사 램프들(1, 1`, 1``) 각각은 그 자체의 물질의 용기를 포함하여, 3개의 각각 다른 물질들을 동시 증착시킬 수 있고, 기판(10) 상에 동시에 증착이 이루어진다. 유리하게는, 3개의 램프들은 동일한 길이를 갖고, 서로에 대해 평행하게 배치되며 기판(10)의 평면에 평행하여, 균일하게 동시 증착이 가능케 된다.
각각 다른 모듈들(분사 모듈들, 용기 모듈)의 조립에 의한 분사 램프의 구성은 처리될 기판의 크기, 특히 대면적의 기판들에 맞도록 쉽게 조절될 수 있다. 특정 길이의 램프의 제조는 소정의 수의 분사 모듈들의 결합에 기초할 뿐, 연구나 특정 도구를 필요로 하지 않고, 따라서 더 적은 비용이 든다. 다른 한편으로, 용기 모듈은 장착 및 탈착하기가 용이하며, 그에 따라 장치가 운전 정지되는 시간을 감소시킬 수 있고, 그에 따라서 진공 증발 기구의 효율을 개선시킬 수 있다. 분사 램프의 선형 구성은 2개 또는 3개 또는 그 이상의 분사 램프들을 갖는, 균일한 동시 증착 구조들을 고려할 수 있게 한다.
Claims (11)
- 진공 증착 챔버에 위치되는 진공 증발에 의한 박막 증착용 장치를 위한 분사 시스템으로,
- 증발될 고체 물질을 수용하는 용기(4),
- 상기 고체 물질을 증발시키도록 구성된 용기 가열 수단,
- 상기 용기(4)로부터 오는 상기 증발된 물질을 수용하도록, 상기 용기(4)에 연결된 내부 도관 및 복수의 노즐들(3) - 각각의 노즐(3)은, 상기 증발된 물질을 상기 진공 증착 챔버로 확산시키도록, 상기 내부 도관과 램프의 외측부 사이에 적어도 하나의 커뮤니케이션 채널을 포함함 - 을 포함하는 적어도 하나의 분사 램프(1)를 포함하고,
- 상기 분사 램프(1)는 세로 방향(5)을 따라 직렬로 서로 기계적으로 연결된 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 포함하고, 각각의 분사 모듈은 상기 복수의 분사 모듈들이 직렬로 서로 기계적으로 나사 결합되도록 적합한 스레드(7)를 포함하고, 상기 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)의 각각은 상기 내부 도관을 통해 하나 또는 최대 2개의 인접한 분사 모듈과 직렬로 연통되고, 상기 용기(4)는 상기 분사 램프의 제1 단부에서 상기 복수의 분사 모듈들 중 제1 분사 모듈(2a)에 기계적으로 나사 결합되도록 또 하나의 적합한 스레드를 포함하고, 상기 제1 분사 모듈은 상기 내부 도관을 통해 상기 용기(4)와 연통되고, 상기 분사 모듈(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 각각은 복수의 분사 노즐들(3)을 포함하고, 상기 분사 램프의 상기 분사 노즐들은 세로 방향(5)에 평행한 축을 따라 상기 노즐들(3)의 공간적으로 균일한 분포를 달성하도록 연속 노즐들 사이에 일정한 간격으로 분포되고, 그리고
- 상기 분사 램프(1)는 상기 진공 증착 챔버에 대한 상기 분사 모듈들의 고정의 견고성을 보장하면서 상기 분사 램프(1)의 세로 방향(5)에 평행한 라인을 따라 상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)의 상기 분사 노즐들(3)을 정렬시키도록, 상기 세로 방향(5)에 대하여 상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)의 배향을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 원통의 형상이고, 상기 분사 모듈(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)의 분사 노즐들(3)은 상기 원통의 모선에 배치되는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 동일 구조를 갖고, 상기 분사 램프는 상기 분사 램프의 단부를 견고하게 폐쇄하도록 구성된 셔터 모듈(6)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기는 적어도 하나의, 상기 분사 램프의 제1 개구 단부에서 제1 분사 모듈에 고정되도록 구성된 제1 원통형 용기 모듈 및/또는 분사 램프의 제2 개구 단부에서 마지막 분사 모듈에 고정되도록 구성된 제2 원통형 용기 모듈로 형성되는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)에서의 물질은 알루미나(Al2O3), 흑연 탄소, 유리상 탄소, 열분해 흑연이 코팅된 탄소, 정제된 탄소, 탄화규소 또는 열분해 질화붕소가 코팅된 탄소인 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제4항에 있어서,
2개의 인접한 상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 사이 및/또는 상기 용기 모듈과 제1 분사 모듈(2a) 사이 및/또는 마지막 분사 모듈(2e)과 셔터 모듈(6) 사이에 배치된 적어도 하나의 압축 실링 가스킷을 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축 실링 가스킷은 압축될 때, 상기 노즐들의 정렬을 보장하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항에 있어서,
각각의 분사 모듈 및/또는 상기 용기와 결합된 독립한 가열 수단(14)을 추가로 포함하고, 상기 가열 수단(14)은 상기 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)과 상기 용기(4) 각각을 둘러싸도록 구성된 2개의 반원통형의 하프 쉘들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 하프 쉘들은 상기 가열 수단(14)의 둘레에 배치된 열 차폐 수단(15) 및 상기 열 차폐 수단(15)의 둘레에 배치된 냉각 수단(16)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항에 있어서,
프레임(11), 및 상기 복수의 분사 모듈들(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 및/또는 상기 용기(4)를 상기 프레임에 고정하는 기계적인 수단(13)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 프레임은 하나 이상의 직선형 바(11)를 포함하고, 상기 고정 수단은 상기 바(11)를 따라 슬라이드 될 수 있도록 장착되는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템. - 제1항에 있어서,
복수의 분사 램프들을 포함하고, 상기 분사 램프들의 세로 축들(5)은 물질들의 균일한 동시 증착이 이루어질 수 있도록 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 분사 시스템.
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