KR102544937B1 - 증발 물질 튐 방지체가 적용된 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 물질의 통과를 철저히 차단할 수 있으면서, 동시에 도가니 내압을 최적화할 수 있는, 새로운 이너 플레이트를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 기존 이너 플레이트로 사용된 다단 형태의 구멍이 있는 판막 대신, 다공성 재질의 카본 혹은 세라믹으로 된 증발물질 튐 방지체를 사용한다.

Description

증발 물질 튐 방지체가 적용된 증발원{Evaporative source with anti-spatter application}

본 발명은 증착(Evaporation) 기술에 관한 것으로 열증발원(Thermal Evaporator)을 이용하여 증착 중에 증발 물질이 뭉쳐 증발 되어 박막 위에 입자 덩어리로 증착되는 것을 방지하는 기술에 관한 것이다.

유기, 무기, 금속 물질을 증발원의 도가니에 넣고 증발할 경우 열증발원의 가열부에서 발생한 열에 의해 도가니 내부의 재료의 온도가 상승하여, 재료가 녹은 후 증발되거나 승화되어 도가니 외부로 분출된다. 이때 온도 변화가 급격 하거나 증발 재료에 불순물이 포함 되어 있을 경우, 증발 물질의 튐 현상이 발생한다. 상기 튐으로 발생하는 물질 덩어리는 원자들 또는 분자, 분자들 단위로 박막이 형성되어야 하는 박막형성 공정에서 불량으로 작용한다. 균일한 박막을 형성하기 위해서는 원자, 분자 단위의 증착이 이루어 질 수 있는 증발원 구성이 필요하다. 열증발원을 이용한 증착 공정에서 온도 변화가 급격 하거나 증발 재료에 불순물이 포함 되어 있을 경우, 증발 물질의 튐 현상이 발생한다. 상기 튐으로 발생하는 물질 덩어리는 원자들 또는 분자, 분자들 단위로 박막이 형성되어야 하는 박막형성 공정에서 불량으로 작용한다. 또한 여러 재료를 순차적으로 증착하는 경우에 물질 덩어리는 선 증착된 박막을 손상시킬 우려가 있다.

등록특허 10-2036597호는 노즐부에 이너 플레이트에 해당하는 노즐 플레이트를 구성하나, 노즐 플레이트도 구멍을 뚫어 만들어진 것으로, 작은 결정이나 이물이 기체에 휩쓸려 튈 가능성을 배제할 수 없고, 내압 상승은 더욱 높아질 것으로 보인다.

따라서 본 발명의 목적은 열증착원의 도가니에서 분출되는 증발 물질이 뭉쳐서 증착되지 않도록 하는 방안을 제공하고자 한다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 도가니에 충진된 재료의 상면과 도가니 분출구 사이에 증발 물질 튐 방지체(Inner Plate, 이너플레이트 대체용)를 구성하여 재료 덩어리 상태로 상기 증발 물질 튐 방지체를 통과 할 수 없도록 하고 분자 단위의 증발 물질만 통과하도록 상기 증발 물질 튐 방지체를 다공성 재질로 구성하고자 한다. 상기와 동일한 목적으로 상기와 유사한 위치에 단층 혹은 다층의 홀이 형성된 것을 사용하는 사례가 있으나 증발 물질의 분자 혹은 재료 덩어리에 비해 홀 크기가 수 천배 이상 크기 때문에 덩어리로 증착되는 현상을 방지하는데 한계가 있다.

본 발명의 상기 증발 물질 튐 방지체는 다공성 재질의 카본 혹은 세라믹으로 구성한다. 다공성 재료는 재료의 공극률과 두께를 변경해 기공율을 조절 할 수 있으며, 불규칙한 미세 기공으로 인해 덩어리진 액체 혹은 고체의 물체는 통과할 수 없어, 물질 튐 현상을 매우 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서 이너 플레이트를 다단 형태로 구성할 필요가 없다.

또한, 물질 튐 현상을 배제시킬 수 있기 때문에 기공률을 과도하게 낮출 필요가 없다. 이에 따라 도가니 내부의 과도한 내압 상승을 방지할 수 있으며 이는 물질의 변성 및 과도한 파워 상승을 막아주는 역할을 한다. 또한, 동일한 공극률을 가진 재질을 사용 할 시, 증발물의 투과율을 증발 물질 튐 방지체의 두께만으로 간편하게 조절할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다공성 재료로 된 증발 물질 튐 방지체는 무작위적으로 분포하는 미세 기공을 지니고 있기 때문에 일정 크기 이하의 증발 물질은 자유로이 통과하지만 일정 크기 이상의 증발 물질은 통과할 수 없으며, 물질 튐을 방지할 수 있다.

또한, 상기 증발 물질 튐 방지체의 두께 조절에 의해 기공율을 조절할 수 있기 때문에, 증발물의 투과 정도를 쉽게 최적화할 수 있다.

또한, 하나의 증발 물질 튐 방지체만으로 물질 차단과 도가니 내압 최적화를 이룰 수 있어 기존과 같이 이너 플레이트를 다단 형태로 구성할 필요가 없어 구성이 간소화 된다.

도 1은 종래 이너 플레이트 구성예를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다공질 증발 물질 튐 방지체 실시예를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다공질 증발 물질 튐 방지체를 증발원에 대한 적용실시예를 보여준다.

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

도 2는 본 발명에 따른 다공질 소재로 만든 증발물질 튐 방지체(100)를 보여준다.

상기 증발물질 튐 방지체(100)는 카본 또는 다공질 세라믹으로 제작된다. 다공질 세라믹은 알루미나, 멀라이트, 탄화규소 등을 포함하며, 이들은 0.1 내지 10μm 정도의 미세 기공을 다량 포함한다. 미세 기공의 분포는 무작위적이나 전체적으로는 균일한 기공율을 나타낸다. 이러한 미세 기공은 기체와 기공 크기 미만의 입자를 통과시킨다. 따라서 다공질체로 만든 증발물질 튐 방지체(100)는 별도의 기공을 뚫는 펀칭 가공 없이 그 자체로서 증발물을 통과시키고 기체 외 파티클은 걸러주는 역할을 한다. 또한, 액화된 물질이 증착 시 발생할 수 있는 물질 방울이 튀는 현상 역시 거의 완벽히 차단될 수 있다.

다공질 증발물질 튐 방지체(100)에 포함된 기공들은 인위적인 가공이 아니기 때문에 서로 소통되지 않는 연직 위치에 형성되어 있고, 미세 사이즈이기 때문에 그 자체로서 다단의 펀칭 이너 플레이트의 물질 차단 역할을 뛰어넘는 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명자들은 다공질 증발물질 튐 방지체(100)의 두께를 선택적으로 조절함으로써 물질 투과율과 도가니 내압을 최적화할 수 있음을 알아내었다. 그에 따라 공극률이 1 내지 100%, 바람직하게는, 1 내지 99%, 더욱 바람직하게는, 10 내지 60% 정도인 다공질체에 대해 공극률에 따라 두께를 1 내지 50mm 정도에서 선택하여 이너 플레이트를 제작할 수 있다. 상기에서 공극률 100%는 증발물질 튐 방지체를 넣지 않는다는 의미이다.

예를 들면, 다공질체의 공극률이 50%일 경우, 이너 플레이트 두께를 5mm로 할 수 있다면, 공극률이 30%인 다공질체는 그보다 얇은 2mm로 할 수 있다. 이러한 공극률 대비 두께 선택은 물질 차단 외에 도가니 내압 증가를 방지하는 이너 플레이트의 역할을 최적화한다.

즉, 다공질체 증발물질 튐 방지체(100)는 기공률에 따른 두께 선택 후 단층 플레이트로 제작 설치될 수 있어, 이너 플레이트의 제작 간소화와 도가니 내부 구성의 간소화도 이루어진다.

도 3은 다공질체 증발물질 튐 방지체(100)를 증발원에 적용한 것을 보여준다.

다공질체 증발물질 튐 방지체(100) 배열 위치는 물질(30) 윗면 으로부터 분출구(20)(노즐) 사이이면 어떤 위치라도 적용 가능하다.

다공질체 증발물질 튐 방지체(100)는 기존의 이너 플레이트가 여러 개의 플레이트로 구성될 필요없이 단층으로 구성되어도 충분히 물질 튐 방지 역할을 할 수 있지만, 필요에 따라 공극률이 서로 다른 것을 서로 다른 두께로 제작하고 배열 위치를 달리하여 다층 배열할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 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: 증발물질 튐 방지체
20: 분사구
30: 물질

Claims (5)

1. 도가니 내부에 배치되는 증착원용 증발물질 튐 방지체로서,
   다공질체로 만들어지고,
   상기 다공질체는 0.1 내지 10μm의 미세 기공을 다량 포함하고, 미세 기공의 분포는 무작위적이나 전체적으로는 균일한 기공율을 나타내어, 다공질체 그 자체로서 증발물을 통과시키고 기체 외 파티클은 걸러주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 증착원용 증발물질 튐 방지체.
2. 제1항에 있어서, 상기 증발물질 튐 방지체는 다공질체의 공극률에 따라 다공질체의 두께를 조절하여 물질 투과율과 도가니 내압을 조절하며,
   다공질체의 공극률은 10 내지 60%이고, 다공질체 두께는 1 내지 50mm로 하며,
   다공질체의 공극률이 클수록 다공질체의 두께를 더 두껍게 하고, 다공질체의 공극률이 작을 수록 다공질체의 두께를 더 얇게 구성하는 것을 특징으로 하는 증착원용 증발물질 튐 방지체.
3. 제1항에 있어서, 상기 증발물질 튐 방지체는 물질의 표면과 분사구 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 증착원용 증발물질 튐 방지체.
4. 제1항에 있어서, 다공질체는 카본 또는 다공질 세라믹을 포함하고, 다공질 세라믹은 알루미나, 멀라이트, 또는 탄화규소물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착원용 증발물질 튐 방지체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 증발물질 튐 방지체를 단층 또는 다층으로 포함한 것을 특징으로 하는 증착원.
   
   
   
   
   

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