KR20060117610A - 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응챔버, 상기 반응챔버 내의 증착원, 상기 반응챔버 내의 기판안착부재 및 상기 기판안착부재 내부에 설치되는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치를 제공한다. 상기 온도조절장치는 냉각장치이며, 상기 기판안착부재의 내부를 순환하는 냉각라인 및 상기 냉각라인과 연결되며, 상기 반응챔버의 외부에 설치되는 냉각제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 박막증착장치는 피증착 기판이 결합되는 기판안착부재를 냉각함으로써 피증착 기판의 온도를 신속하고 균일하게 제어하여 피증착 기판에 증착된 증착막의 손상을 막고 증착막 특성의 변화를 방지할 수 있다. 또한 피증착 기판에 증착된 증착막을 보호하여 이를 이용한 제품의 성능을 높이고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
챔버, 증착 공정, 박막증착장치, CVD, 증착도가니

Description

박막증착장치 {Apparatus for depositing thin film}
도 1 및 도 2는 종래 박막증착장치를 도시한 개략단면도.
도 3은 본 발명에 의한 제 1 실시예를 도시한 개략도.
도 4 및 도 5는 제 1 실시예의 기판안착부재 내에 형성된 냉각라인의 예를 도시한 평단면도.
도 6은 본 발명에 의한 제 2 실시예를 도시한 개략도.
도 7a와 도 7b는 제 2 실시예의 하우징과 구동축을 도시한 단면도와 단면사시도.
도 8 및 도 9는 제 2 실시예의 기판안착부재 내에 형성된 냉각라인의 예들을 도시한 평단면도.
도 10은 증착원과 피증착 기판과 마스크가 수직으로 세워지는 본 발명에 의한 제 3 실시예를 도시한 개략도.
도 11은 증착원이 피증착 기판의 상측에 위치하는 본 발명에 의한 제 4 실시예를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 10, 11 : 기판안착부재 2, 12 : 피증착 기판
3, 13 : 마스크 4, 14: 고정 클립
5, 15 : 증착 도가니 6, 16 : 반응챔버
7, 17 : 열선 8, 18 : 피드스루
9, 19 : 전선 20 : 냉각라인
21 : 제 1 냉각라인 22 : 제 2 냉각라인
23 : 냉각유체 공급 라인 24 : 냉각유체 배기 라인
30 : 냉각제어장치 40 : 구동축
41 : 하우징 42 : 냉각유체 공급관
43 : 냉각유체 배기관 44 : 냉각유체 공급공
45 : 냉각유체 배기공 46 : 환형구
47 : 배출공 48 : 배출 환형구
50 : 실링 장치 51 : 플랜지부
52 : 오링
본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피증착 기판의 온도를 제어하여 피증착 기판에 증착되는 증착원을 보호하는 박막증착장치에 관한 것이다.
증착원을 증착시키는 공정은 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)나 반도체 웨이퍼 제조시 패턴 형성을 위해 유기물질을 증착시킬 때에도 많이 활용되 고, 액정표시장치나 반도체 웨이퍼뿐만 아니라 코팅이나 전자회로 패턴 형성이 요구되는 각종 제품의 제조공정에도 널리 활용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 박막증착장치를 도시한 개략도이다.
도면을 참조하면 종래의 박막증착장치는, 직선 이동 또는 회전 운동이 가능한 구조로 구성되는 기판안착부재(1)와, 기판안착부재(1)의 저면에 결합되는 피증착 기판(2)과, 피증착 기판(2)의 저면에 결합되는 마스크(3)와, 기판안착부재(1)와 피증착 기판(2)과 마스크(3)를 고정시키는 고정 클립(4)과, 벽 내부에 열선(7)이 구비되어 내측에 담겨진 증착원(D)을 증발시켜 피증착 기판(2)에 증착시키는 증착도가니(5)를 포함하여 구성된다.
증발된 증착원(D)이 효과적으로 피증착 기판(2)에 증착되도록 하기 위하여 상기 각 구성요소는 반응챔버(6)에 의해 외부와 격리되고, 열선(7)은 피드스루(8, Feedthrough)를 통하여 반응챔버(6) 외부와 회로적으로 연결되는 전선(9)에 의해 전원을 인가받도록 구성된다.
증착도가니(5)에 의해 열이 가해지고 증발되는 증착원(D)은 마스크(3)의 패턴에 따라 피증착 기판(2)에 증착된다. 피증착 기판(2)의 저면에 증착원(D)이 고르게 증착될 수 있도록 도 1에 도시한 바와 같이 피증착 기판(2)이 직선 이동하는 구조로 구성되거나, 도 2에 도시한 바와 같이 피증착 기판(2)이 회전 가능한 구조로 구성된다.
반응챔버(6) 내부에 설치되는 피증착 기판(2)은 높은 공정 온도로 인해 온도가 상승하게 된다. 더욱이, 증착원(D)에 가해지는 열은 피증착 기판(2)을 향하고 있기 때문에 피증착 기판(2)의 온도를 쉽게 상승시킨다.
그러나 피증착 기판(2)의 온도가 지나치게 높아지게 되면 증착되어 있는 증착막이 손상되는 문제점이 있다. 예를 들어, 유기 물질이 증착되어 있는 피증착 기판이 증발원의 증발열에 지속적으로 노출되어 피증착 기판의 온도가 상승하는 경우에, 증착되는 유기 물질 뿐 아니라, 기존에 증착되어 있는 유기 물질을 변질시키거나 손상시킬 수 있다. 그로 인해 증착되는 유기 물질의 특성이 변화되어 이를 이용한 유기 EL의 성능을 저하시키며 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피증착 기판의 온도를 적절하게 제어하여 피증착 기판에 증착된 증착막의 손상을 막고 증착막 특성의 변화를 방지할 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 피증착 기판에 증착된 증착막을 보호하여 이를 이용한 제품의 신뢰성과 성능을 향상시킬 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반응챔버, 상기 반응챔버 내의 증착원, 상기 반응챔버 내의 기판안착부재 및 상기 기판안착부재 내부에 설치되는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치를 제공한다. 상기 온도조절장치는 냉각장치이며, 상기 기판안착부재의 내부를 순환하는 냉각라인 및 상기 냉각라인과 연결되며, 상기 반응챔버의 외부에 설치되는 냉각제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각장치는 하나의 상기 냉각라인을 상기 기판안착부재에 포함하거나, 또는 다수의 상기 냉각라인을 상기 기판안착부재에 분할하여 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각라인은 나선형으로 설치되는 제 1 냉각라인과 제 2 냉각라인을 포함하며, 상기 제 1 냉각라인의 공급단과 상기 제 2 냉각라인의 배출단은 상기 기판안착부재의 중앙부에 위치하고, 상기 제 1 냉각라인의 배출단과 상기 제 2 냉각라인의 공급단은 상기 기판안착부재의 단부에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 박막증착장치의 상기 증착원은 증착원 용기에 수용되며, 상기 증착원 용기는 상기 반응챔버 내부로 상기 증착원이 증발되도록 일면이 개방되는 구조를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 증착원은 상기 기판안착부재의 하부, 상기 기판안착부재의 상부 또는 상기 기판안착부재의 측부 중 어느 한 부분에 설치될 수 있다.
본 발명에 의한 박막증착장치는 상기 피증착 기판이 회전 가능한 구조로 구성되어, 회전하는 기판안착부재의 내부에 온도조절장치를 포함할 수 있다. 즉, 박막증착장치는 상기 기판안착부재와 연결되며, 상기 기판안착부재를 회전가능하게 하는 구동축, 상기 구동축을 둘러싸는 하우징, 상기 하우징의 측벽을 관통하는 냉각유체 공급공과 냉각유체 배기공 및 상기 냉각라인과 상기 냉각유체 공급공 및 상기 냉각유체 배기공을 통하여 연결되는 상기 냉각제어장치를 포함할 수 있다. 상기 냉각라인과 연결되며 구동축 내부에 설치되는 냉각유체 공급관과 냉각유체 배기관, 상기 하우징의 측벽을 관통하는 냉각유체 공급공과 냉각유체 배기공, 상기 냉각유체 공급공 및 상기 냉각유체 배기공과 대응되는 상기 하우징의 내주연을 따라 설치 되는 환형구 및 상기 냉각유체 공급관 및 상기 냉각유체 배기관과 연결되는 상기 냉각제어장치를 포함할 수 있다. 또한 상기 구동축과 상기 하우징 사이의 상기 환형구의 상부 및 하부에 실링부를 더 포함할 수 있다. 상기 하우징의 하부에 누설 냉각유체를 배출하는 배출공 및 상기 배출공과 대응되는 상기 하우징의 내주연을 따라 설치되는 배출 환형구를 더 포함할 수 있으며, 상기 배출 환형구 하부에 실링부를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 의한 제 1 실시예를 도시한 개략도이며, 도 4는 제 1 실시예의 기판안착부재 내에 형성된 냉각라인을 도시한 평단면도이다.
도면을 참조하면, 박막증착장치는 내부에 냉각라인(20)이 형성된 기판안착부재(10)와, 기판안착부재(10)의 저면에 결합되는 피증착 기판(12)과, 피증착 기판(12)의 저면에 결합되는 마스크(13)와, 기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)과 마스크(13)를 고정시키는 고정 클립(14)을 포함한다. 상기 피증착 기판(12)과 마스크(13)의 하부에는 피증착 기판(12)에 증착시킬 증착원(D)을 담아 이를 증발시키기 위하여 일면이 개방된 오목부를 갖는 증착도가니(15)를 포함하고, 증착도가니(15) 의 벽 내부에는 열선(17)이 구비되어 내측에 담겨진 증착원(D)을 증발시켜 피증착 기판(12)에 증착시킨다.
박막증착장치는 상기 증착도가니(15)와 피증착 기판(12)을 외부와 격리시키는 반응챔버(16)를 포함한다. 증발된 증착원(D)이 효과적으로 피증착 기판(12)에 증착되도록 하기 위하여 상기 각 구성요소는 반응챔버(16)에 의해 외부와 격리되고, 열선(17)은 피드스루(18, Feedthrough)를 통하여 반응챔버(16) 외부와 회로적으로 연결되는 전선(19)에 의해 전원을 인가받도록 구성된다.
상기 피증착 기판(12)의 상면에 결합된 기판안착부재(10)의 내부에는 냉각라인(20)이 형성되고, 냉각라인(20)의 양 끝단으로부터 연결되어 나오는 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)을 포함하며, 이는 반응챔버(16)의 외부에 마련된 냉각제어장치(30)에 연결된다. 냉각제어장치(30)로부터 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)을 통해 기판안착부재(10) 내부의 냉각라인(20)에 냉각유체를 순환시켜 기판안착부재(10)의 온도를 조절함으로써, 기판안착부재(10) 저면에 결합된 피증착 기판(12)의 온도를 제어할 수 있다. 이 때 냉각유체로는 냉각수 뿐 아니라 암모니아(ammonia), 프레온(freon) 및 메틸 클로라이드(methyl chloride) 등의 기체가 사용될 수도 있다. 또한 공급되는 냉각유체의 온도는 목표로 하는 피증착 기판(12)의 냉각 온도보다 약간 더 낮은 온도인 것이 바람직하다.
도 4는 기판안착부재(10) 내부에 형성되는 냉각라인을 도시한 하나의 예로서, 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)이 기판안착부재(10)의 양측 가장자리의 중심부에 연결되도록, 즉, 냉각라인(20)의 양 끝단이 기판안착부재(10) 의 양측 가장자리의 중심부에 대칭되게 형성된 것이다. 냉각라인(20)의 형상은 기판안착부재(10)를 신속하고 고르게 냉각할 수 있도록 전면을 순차적으로 순환하도록 형성되며, 증착도가니(15)가 중앙에 위치한 경우에는 증착도가니(15)와의 거리가 제일 가까운 중앙 부분의 온도가 쉽게 상승하므로 냉각라인(20)이 중앙 부분을 우선적으로 순환하도록 형성하는 것이 바람직하다.
냉각유체는 냉각유체 공급라인(23)으로부터 냉각라인(20)의 일단, 즉 공급단을 통해 공급되어 냉각라인(20)을 따라 기판안착부재(10)의 일단 가장자리에서 타단 가장가리로 이동한 후, 냉각라인(20)의 타단, 즉 배기단을 통해 냉각유체 배기라인(24)으로 배출된다. 냉각라인(20)이 도시된 바와 같이 기판안착부재(10)의 내부에 고르게 퍼져 있으므로 기판안착부재(10)는 균일하게 냉각된다. 따라서 기판안착부재(10)에 의해 지지되는 피증착 기판(12)도 신속하고 균일하게 냉각된다. 도면에서는 상기 냉각유체가 냉각라인(20)을 따라 기판안착부재(10)의 일단 가장자리 부분에서 타단 가장자리 부분으로 이동하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 기판안착부재(10)의 중앙 부분에서 기판안착부재(10)의 가장자리 부분으로 이동할 수도 있다. 물론 이 경우에는 냉각라인(20)의 공급단이 기판안착부재(10)의 중앙 부분에 형성되고, 냉각라인(20)의 배기단이 기판안착부재(10)의 가장자리 부분에 형성된다.
냉각라인(20)의 형상은 도시한 바에 한정되지 않고, 사각 형태, 원형 형태 등 다양한 모양으로 구성할 수 있다.
도 5는 기판안착부재(10) 내부에 형성되는 냉각라인을 도시한 또 다른 예로 서, 보다 신속하고 효율적인 냉각 효과를 위하여 2개의 냉각라인(21, 22)을 형성할 수 있다. 물론 이 경우에는 각각 2개의 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)이 형성되어, 각 냉각라인(21, 22)의 양 끝단에 연결된다.
도면을 참조하면, 제 1 냉각라인(21)과 제 2 냉각라인(22)의 양 끝단이 각각 기판안착부재(10)의 대각선 방향으로 대칭되게 형성되었다. 냉각유체는 냉각유체 공급라인(23)을 통해 공급되어 기판안착부재(10)의 대각선 측면의 일단에서 제 1 냉각라인(21)을 따라 기판안착부재(10)의 1/2면을 고르게 냉각한 후 다시 기판안착부재(10)의 대각선 측면의 일단으로 돌아와 냉각유체 배기라인(24)을 통해 배출된다. 또한 동시에 기판안착부재(10)의 대각선 측면의 타단에서 냉각유체가 공급되어 제 2 냉각라인(22)을 따라 상기와 마찬가지로 기판안착부재(10)의 1/2면을 고르게 냉각한다. 따라서 기판안착부재(10)에 의해 지지되는 피증착 기판(12)은 신속하고 균일하게 냉각된다.
도면에서는 상기 2개의 냉각라인(21, 22)이 기판안착부재(10)의 각각 다른 영역을 따로 냉각하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 각 냉각라인이 기판안착부재의 동일한 영역을 냉각할 수도 있다. 예를 들어 제 1 냉각라인은 기판안착부재 내부의 중앙 부분에서 기판안착부재 내부의 가장자리 부분까지 나선 형태를 이루고, 제 2 냉각라인은 기판안착부재 내부의 가장자리 부분에서 기판안착부재 내부의 중심 부분까지 나선 형태를 이루도록 형성한다. 제 1 냉각라인에는 냉각유체가 기판안착부재의 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 이동하고, 제 2 냉각라인에는 상기 냉각유체가 기판안착부재의 가장자리 부분에서 중앙 부분으로 이동한다. 즉, 두 개의 냉각라인을 따라 냉각유체가 서로 엇갈리도록 이동한다. 냉각유체가 냉각라인을 따라 이동하는 동안 온도가 상승하기 때문에 냉각라인의 위치에 따른 온도 차이가 발생할 수 있지만, 상술한 대로 냉각라인을 형성하여 전체적으로는 기판안착부재가 균일한 온도를 이루게 되므로 기판안착부재에 의해 지지된 피증착 기판을 균일하게 냉각한다.
이와 같이 하나 이상의 냉각라인을 형성하여 보다 신속하고 효과적으로 온도를 제어할 수 있으며, 냉각라인의 개수와 형상은 다양하게 구성가능하다.
냉각유체는 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)을 통해 순환하므로 별도의 냉각제어장치(30)는 반응챔버(16) 외부로 마련되어 반응챔버(16)와 격리될 수 있고, 반응챔버(16) 내의 공정에 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명에 의한 박막증착장치의 마스크(13)와 피증착 기판(12)과 기판안착부재(10)는 수평방향으로의 이동이 가능하도록 구성된다. 기판안착부재(10)와 냉각제어장치(30)를 연결하는 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)은 적절한 길이로 형성되어 피증착 기판(12)의 이동을 방해하지 않도록 한다. 증착도가니(15)에 의해 증발된 증착원(D)은 마스크(13)의 패턴에 따라 피증착 기판(12)에 증착되는데, 증착원(D)이 증발되는 동안 피증착 기판(12)이 수평방향으로 이동하면 피증착 기판(12)의 저면에 증착원(D)이 고르게 증착될 수 있다.
또한, 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리가 너무 먼 경우 증착 효율이 저하되고, 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리가 너무 가까운 경우에는 증착원(D)의 증착이 한군데에 집중될 수 있으므로, 보다 효율적이고 정밀 한 증착 공정의 진행을 위해 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리는 증착 조건에 따라 조절가능한 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 고정 클립(14)이 기판안착부재(10)의 상면 끝단과 마스크(13)의 저면 끝단을 파지하도록 구성되어 있으나, 고정 클립(14)의 구조는 이에 한정되지 아니하고 기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)과 마스크(13)의 위치를 고정시킬 수 있는 구조라면 다양하게 변경될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 박막증착장치의 동작을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 증착도가니(15)가 가열되면, 증착도가니(15) 내부에 담겨진 증착원(D)은 증발되어 마스크(13)를 거쳐 피증착 기판(12)에 증착되고, 이에 따라 피증착 기판(12)의 저면에는 증착막이 형성된다. 마스크(13)는 피증착 기판(12)에 형성될 패턴에 맞게 천공되도록 형성되므로, 마스크(13)를 교체함으로써 피증착 기판(12)의 저면에 형성되는 증착막의 형상을 변경시킬 수 있다. 증착도가니(15)의 상부에 위치한 기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)과 마스크(13)는 수평방향으로 이동하여, 피증착 기판(12)의 저면 전체에 증착원(D)이 고르게 증착된다.
증착 공정의 진행과 동시에, 냉각제어장치(30)에서는 냉각유체 공급라인(23)을 통해 냉각유체를 주입한다. 주입된 냉각유체는 기판안착부재(10) 내부의 냉각라인(20)의 공급단에 전달되고, 기판안착부재(10) 내부를 골고루 순환하도록 형성된 냉각라인(20)을 통해 이동하게 된다. 냉각유체의 지속적인 주입을 실시하면, 주입된 냉각유체는 냉각라인(20)을 통해 이동하면서 기판안착부재(10) 저면에 결합된 피증착 기판(12)을 냉각시킨 후, 냉각라인(20)의 배기단에 연결된 냉각유체 배기라인(24)을 통해 외부의 냉각제어장치(30)로 배출된다. 이 때 지속적으로 냉각유체를 주입하여 냉각유체의 양과 온도를 조절함으로써, 기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)의 온도를 제어하는 것이 가능하다. 따라서 높은 공정 온도로 인해 증착되어 있는 증착막이 손상되는 것을 막을 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 제 2 실시예를 도시한 개략도로, 도 7a와 도 7b는 제 2 실시예의 하우징과 구동축의 구성을 도시하였고, 도 8은 제 2 실시예의 기판안착부재 내에 형성된 냉각라인을 도시한 평단면도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예의 따른 박막증착장치는 상기 제 1 실시예의 구성과 거의 동일하며, 단지 기판안착부재(11)의 상부에 회전 가능한 구동축(40)과 그 외부를 둘러싸는 하우징(41)을 포함하여 피증착 기판(12)의 회전 운동이 가능하도록 구성한다. 피증착 기판(12)이 회전함에 따라 피증착 기판(12)의 저면에 증착원(D)을 더욱 고르게 증착시킬 수 있다.
상기 피증착 기판(12)의 상면에 결합된 기판안착부재(11)의 내부에는 냉각라인(20)이 형성되고, 이는 반응챔버(16) 외부에 마련된 냉각제어장치(30)와 상기 구동축(40)과 하우징(41)을 통해 주입되는 냉각유체를 순환시킴으로써, 기판안착부재(11) 저면에 결합된 피증착 기판(12)의 온도를 제어할 수 있다.
기판안착부재(11)의 상부에 연결된 구동축(40)의 내부에는 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43)이 형성된다. 상기 하우징(41) 측벽에는 냉각유체를 주입하기 위한 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)을 포함하며, 이는 구 동축(40) 내부에 형성된 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43)에 각각 연결된다. 또한 상기 구동축(40)의 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43)의 하단은 기판안착부재(11) 내부에 형성된 냉각라인(20)의 양 끝단과 각각 연결된다.
상술한 바와 같이 도 7a에서 상기 하우징(41)의 측벽 일부에는 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)이 형성된다. 또한 이와 연결되며, 하우징(41)의 내주연을 따라 연장되어 설치되는 환형구(46)를 포함한다. 즉, 도 7b에 도시한 바와 같이 상기 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)은 하우징(41)의 내주연을 따라서 형성된 환형구(46)를 통해 구동축(40)의 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43)에 연통되도록 설치된다. 그리하여 구동축(40)이 회전하더라도, 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)은 각각의 환형구(46)와 일대일 대응 상태로 존재하기 때문에, 냉각유체의 공급은 구동축(40)의 회전에 관계없이 항상 이루어진다.
냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)과 환형구(46)는 서로 일대일 대응하도록 동일한 개수로 설치된다. 여기서 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43) 또는 각각의 환형구(46)에 대응되는 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)은 1개로 도시되어 있으나, 냉각유체의 원활한 유동을 위해 그보다 많을 수도 있다.
구동축(40)과 하우징(41) 사이에서 주입된 냉각유체가 누설되는 경우에 반응챔버(16) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 별도의 드레인 포트(drain port)를 형성할 수 있다. 이는 도시한 바와 같이 냉각유체 공급공(44)과 냉각유체 배기공 (45)의 하부에 형성하는 것이 바람직하다.
상기 드레인 포트는 하우징(41) 측벽을 관통하는 배출공(47)과, 상기 배출공(47)과 연결되며 상기 하우징(41)의 내주연을 따라 연장되어 형성된 배출환형구(48)를 포함한다. 또한, 상기 배출공(47)에는 냉각유체의 누설을 감지하기 위한 누설 감지 센서와 감압 수단을 연결하여 설치할 수 있다. 센서를 장착하여 냉각유체의 누설을 상시 확인함으로써, 누설된 냉각유체가 반응챔버(16) 내부로 유입되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
상기 구동축(40)과 하우징(41) 사이에는 냉각유체의 누설을 방지하기 위해 형성된 다수의 실링부(50)를 포함한다. 냉각유체 공급공(44) 및 냉각유체 배기공(45)의 상부 및 하부, 또는 배출공(47)의 하부에 실링부(50)가 마련되고, 기계적 실을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 하우징(41)과 반응챔버(16)를 결합하는 플랜지부(51)와, 플랜지부(51)와 반응챔버(16)가 접속하는 면에 시일을 위한 오링(52)을 더 포함한다.
도 8은 기판안착부재 내부에 형성되는 냉각라인을 도시한 하나의 예로써, 구동축(40)의 냉각유체 공급관(42)과 냉각유체 배기관(43)이 기판안착부재(11)의 중앙 부분에 연결되도록, 냉각라인(20)의 양 끝단이 기판안착부재(11)의 중앙 부분에 형성된 것이다. 냉각라인(20)의 형상은 기판안착부재(11)를 골고루 냉각할 수 있도록 전면을 순차적으로 돌도록 구성되며, 증착도가니(15)가 중앙에 위치한 경우에는 증착도가니(15)와의 거리가 제일 가까운 중앙 부분의 온도가 쉽게 상승하므로, 냉각라인(20)이 중앙 부분을 우선적으로 순환하도록 구성하는 것이 바람직하다. 물론 냉각라인(20)의 형상은 도시한 바에 한정되지 않고, 원형 형태, 사각 형태 등 다양한 모양으로 구성할 수 있다.
도 9는 기판안착부재 내부에 형성되는 냉각라인을 도시한 또 다른 예로써, 보다 효율적인 냉각 효과를 위하여 2개의 냉각라인을 형성한 것이다. 도면에서는 상기 2개의 냉각라인(21, 22)이 기판안착부재(11)의 각각 다른 영역을 따로 냉각하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 각 냉각라인(21, 22)이 기판안착부재(11)의 동일한 영역을 냉각하도록 형성할 수도 있다. 이와 같이 하나 이상의 냉각라인을 형성하여 보다 신속하고 효과적으로 온도를 제어할 수 있으며, 냉각라인의 개수와 형상은 다양하게 구성가능하다.
냉각유체는 냉각유체 공급관(42) 및 냉각유체 배기관(43)을 통해 순환하므로 별도의 냉각제어장치(30)는 반응챔버(16) 외부로 마련되어 반응챔버(16)와 격리될 수 있고, 반응챔버(16) 내의 공정에 영향을 미치지 않는다.
본 발명에 의한 박막증착장치의 마스크(13)와 피증착 기판(12)과 기판안착부재(11)는 회전 운동이 가능하고 피증착 기판(12)의 저면에 증착원을 고르게 증착시킴과 동시에, 이에 관계없이 기판안착부재(11)에 연결된 구동축(40), 하우징(41)과 냉각제어장치(30)를 통해 기판안착부재(11)의 냉각이 가능하기 때문에 피증착 기판(12)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 보다 효율적이고 정밀한 증착 공정의 진행을 위해 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리는 증착 조건에 따라 조절가능한 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 박막증착장치의 동작을 설명하면, 상기 제 1 실시예의 경우와 거의 동일하며, 제 2 실시예는 단지 냉각제어장치(30)와 기판안착부재(11) 내부의 냉각라인(20)의 연결 구성이 다르기 때문에 냉각유체의 이동되는 경로가 다르다. 증착 공정의 진행과 동시에, 하우징(41)의 냉각유체 공급공(44)을 통해 냉각유체를 주입한다. 주입된 냉각유체는 냉각유체 공급공(44)을 포함한(41) 하우징의 내주연을 따라서 형성된 환형구(46)를 통해 냉각유체 공급관(42)에 주입된다. 냉각유체 공급관(42)에 주입된 냉각유체는 기판안착부재(11) 내부에 형성된 냉각라인(20)의 공급단에 전달되고, 기판안착부재(11) 내부를 골고루 순환하도록 형성된 냉각라인(20)을 통해 이동하게 된다. 냉각유체의 지속적인 주입을 실시하면, 주입된 냉각유체는 냉각라인(20)을 통해 이동하면서 기판안착부재(11) 저면에 결합된 피증착 기판(12)을 냉각시킨 후, 냉각라인(20)의 배기단에 연결된 냉각유체 배기관(43)으로 이동하며 하우징(41)의 냉각유체 배기공(45)을 통해 외부의 냉각제어장치(30)로 배출된다. 이 때 지속적으로 냉각유체를 주입하여 냉각유체의 양과 온도를 조절함으로써, 기판안착부재(11)와 피증착 기판(12)의 온도를 제어하는 것이 가능하다. 따라서 높은 공정 온도로 인해 증착되어 있는 증착막이 손상되는 것을 막을 수 있다.
도 10은 기판안착부재와 피증착 기판과 마스크가 수직으로 세워지는 본 발명에 의한 제 3 실시예를 도시한 개략도이다.
기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)과 마스크(13)가 수직으로 세워지도록 구성되는 경우, 상기 피증착 기판(12)에 결합된 기판안착부재(10)의 내부에는 냉각라인(20)이 형성되고, 냉각라인(20)의 양단로부터 연결되어 나오는 냉각유체 공급 라인(23) 및 냉각유체 배기라인(24)을 포함하며, 이는 반응챔버(16)의 외부에 마련된 냉각제어장치(30)에 연결된다. 냉각제어장치(30)로부터 냉각유체 공급라인(23) 및 냉각유체 배기라인(24)을 통해 기판안착부재(10) 내부의 냉각라인(20)에 냉각유체를 순환시켜 온도를 조절함으로써, 기판안착부재(10)에 결합된 피증착 기판(12)의 온도를 제어할 수 있다.
기판안착부재(10)와 피증착 기판(12)과 마스크(13)는 수직 방향으로의 이동이 가능하도록 구성하여 피증착 기판(12)에 증착원을 고르게 증착시킬 수 있다. 기판안착부재(10)와 냉각제어장치(30)를 연결하는 냉각유체 공급라인(23)과 냉각유체 배기라인(24)은 적절한 길이로 형성되어 피증착 기판(12)의 이동을 방해하지 않도록 한다.
기판안착부재(10)의 형태는 수평 운동 뿐 아니라 회전 운동이 가능한 형태로 구성할 수 있으며, 사용자의 편의 및 증착조건에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. 또한, 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리는 증착 조건에 따라 조절가능한 것이 바람직하다.
도 11은 증착원이 피증착 기판의 상측에 위치하는 본 발명에 의한 제 4 실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명에 의한 박막증착장치는 도시된 바와 같이 증착도가니(15)가 피증착 기판(12)의 상측에 위치되도록 구성할 수 있다. 본 실시예는 피증착 기판(12)의 하면에 결합된 기판안착부재(11)의 하부에 회전 가능한 구동축(40)과 그 외부를 둘러싸는 하우징(41)을 포함하여 피증착 기판(12)의 회전 운동이 가능하도록 구성한다. 구동축(40)이 회전함에 따라 피증착 기판(12)에 증착원을 더욱 고르게 증착시킬 수 있다.
상기 기판안착부재(11)의 내부에는 냉각라인(20)이 형성되고, 이는 반응챔버(16) 외부에 마련된 냉각제어장치(30)와 상기 구동축(40)과 하우징(41)을 통해 주입되는 냉각유체를 순환시킴으로써, 기판안착부재(11)에 결합된 피증착 기판(12)의 온도를 제어할 수 있다.
기판안착부재(11)의 형태는 회전 운동 뿐 아니라 수평 운동이 가능한 형태로 구성할 수 있으며, 사용자의 편의 및 증착조건에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. 또한, 피증착 기판(12)과 증착도가니(15) 사이의 거리는 증착 조건에 따라 조절가능한 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 기술적 요지는 다양한 구조의 박막증착장치에 응용하여 구성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 박막증착장치는 피증착 기판이 결합되는 기판안착부재를 냉각함으로써 피증착 기판의 온도를 신속하고 균일하게 제어하여 피증착 기판에 증착된 증착막의 손상을 막고 증착막 특성의 변화를 방지할 수 있다. 또한 피증착 기판 에 증착된 증착막을 보호하여 이를 이용한 제품의 성능을 높이고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 반응챔버;
    상기 반응챔버 내의 증착원;
    상기 반응챔버 내의 기판안착부재; 및
    상기 기판안착부재 내부에 설치되는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조절장치는 냉각장치이며,
    상기 기판안착부재의 내부를 순환하는 냉각라인; 및
    상기 냉각라인과 연결되며, 상기 반응챔버의 외부에 설치되는 냉각제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판안착부재와 연결되며, 상기 기판안착부재를 회전가능하게 하는 구동축;
    상기 구동축을 둘러싸는 하우징;
    상기 하우징의 측벽을 관통하는 냉각유체 공급공과 냉각유체 배기공; 및
    상기 냉각라인과 상기 냉각유체 공급공 및 상기 냉각유체 배기공을 통하여 연결되는 상기 냉각제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각라인과 연결되며, 구동축 내부에 설치되는 냉각유체 공급관과 냉각유체 배기관;
    상기 하우징의 측벽을 관통하는 냉각유체 공급공과 냉각유체 배기공;
    상기 냉각유체 공급공 및 상기 냉각유체 배기공과 대응되는 상기 하우징의 내주연을 따라 설치되는 환형구; 및
    상기 냉각유체 공급관 및 상기 냉각유체 배기관과 연결되는 상기 냉각제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동축과 상기 하우징 사이의 상기 환형구의 상부 및 하부에 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징의 하부에 누설 냉각유체를 배출하는 배출공; 및
    상기 배출공과 대응되는 상기 하우징의 내주연을 따라 설치되는 배출 환형구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배출 환형구 하부에 실링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착원은 증착원 용기에 수용되며, 상기 증착원 용기는 상기 반응챔버 내부로 상기 증착원이 증발되도록 일면이 개방되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착원은 상기 기판안착부재의 하부, 상기 기판안착부재의 상부 또는 상기 기판안착부재의 측부 중 어느 한 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각장치는 하나의 상기 냉각라인을 상기 기판안착부재에 포함하거나, 또는 다수의 상기 냉각라인을 상기 기판안착부재에 분할하여 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각라인은 나선형으로 설치되는 제 1 냉각라인과 제 2 냉각라인을 포함하며, 상기 제 1 냉각라인의 공급단과 상기 제 2 냉각라인의 배출단은 상기 기판안착부재의 중앙부에 위치하고, 상기 제 1 냉각라인의 배출단과 상기 제 2 냉각라인의 공급단은 상기 기판안착부재의 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
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