KR20090073359A - 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템 - Google Patents

가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템에 관한 것으로, 증착 원료를 이송하는 원료 이송부와, 상기 증착 원료가 유입되는 유입 공간과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간을 포함하는 인젝터부 및 상기 인젝터부의 상기 기화 공간에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단을 구비하는 가스 분사 장치를 제공한다. 발열 수단의 발열체의 적어도 일부가 상기 기화 공간에 노출되도록 하여 발열체의 복사열이 상기 기화 공간에 직접 공급되도록 하여 열 손실을 줄이고, 기화 효율을 향상시킬 수 있다.
발열 수단, 분말, 증착 원료, 기화, 복사열, 발열체

Description

가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템{Gas injection apparatus and film depositing system having the same}
본 발명은 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템에 관한 것으로, 파우더 형태의 분말이 열에 의해 기화되는 기화 공간에 발열체를 노출시켜 기화 효율을 향상시킬 수 있는 발열 수단이 내장된 가스 분사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 박막 증착 장치는 수 ㎛ 이하로 건조된 분말 형태의 유기 원료를 기화시켜 기판상에 유기 박막을 형성하였다. 유기 박막 제작시 사용되는 유기 원료는 무기 재료와 달리 높은 증기압이 필요치 않고, 고온에서 분해 및 변성이 용이하다. 이러한 소재의 특성으로 인해 종래의 유기 박막은 텅스텐 재질의 도가니에 유기 재료를 장입하고, 도가니를 가열하여 유기 재료를 기화시켜서 기판상에 증착시켰다.
도 1은 종래의 유기 박막 증착 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유기 박막 증착 장치는 반응 챔버(10)와, 반응 챔 버(10) 상부에 배치된 기판(20)과, 반응 챔버(10) 하부에 소정의 증착 원료(40)가 저장된 도가니(30)를 포함한다.
여기서, 기판(20)에 소정의 유기 박막을 증착하기 위해서는 도가니(30)를 가열시켜 도가니(30) 내부의 증착 원료(40)를 증발시키고, 증발된 증착 원료가 기판(20)에 증착되도록 한다.
이와 같은 종래의 유기 박막 증착 장치를 통해 증착을 할 경우, 도가니(30) 내에 저장할 수 있는 증착 원료의 양이 한정되어 있어 매 증착 공정마다 도가니(30) 내에 증착 원료를 새로 넣어 주거나, 수 내지 수십 번의 증착 공정 후에 도가니(30) 내부에 증착 원료를 새로 주입해야 한다. 이때, 도가니(30) 내부에 증착 원료를 새로 주입하기 위해서는 증착공정을 중지한 다음, 챔버(10)내의 도가니(30)에 증착 원료를 주입해야 한다. 이로인해 박막 증착 공정의 수율이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 다량의 증착 원료를 도가니(30)를 통해 가열시켜 기판상에 박막을 증착한다. 따라서, 가열된 도가니(30)를 통해 기화되는 증착 원료의 량이 매 기판마다 일정하지 않기 때문에 박막 재현성이 나빠지는 문제가 발생한다.
또한, 증착 원료 기화를 위해 가열되었던 도가니(30)의 열이 도가니(30) 상측에 배치된 기판에 전달됨으로 인해 기판이 열적 손상을 받게 되는 문제가 발생한다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 챔버 외부로부터 정량의 분말 형태의 증착 원료를 제공받고, 이를 기화시켜 챔버 내부의 기판에 분사하는 인젝터 타입의 분사 장치가 도입되었다. 이러한 분사 장치는 봉 형태의 몸체와 몸체 내측에 마련되어 몸체를 가열하는 발열 수단을 구비하였다. 이를 통해 상기 분사 장치 내측으로 분말 형태의 증착 원료가 제공되면 발열 수단은 몸체를 가열시키고, 가열된 몸체에 의해 몸체의 내부 공간에서 분말 형태의 증착 원료가 기화되어, 챔버 내측의 기판에 분사된다. 이경우, 발열 수단의 열이 몸체로 제공된 다음 다시 분말 형태의 증착 원료에 제공되기 때문에 열 효율이 저하된다. 이와 같이 열 효율이 저하됨으로 인해 증착 원료의 기화 효율이 낮아지는 문제가 발생한다. 물론 기화 효율을 높이기 위해서는 발열 수단의 열을 높여야 한다. 그러나 발열 수단의 열을 높일 경우에는 발열 수단의 열이 기판의 온도를 상승시키게 되어 기판에 열적 손상을 가하는 문제가 발생한다.
이에 본 발명에서는 분사 장치의 기화 공간 내에 발열 수단을 배치시켜 기화 공간으로 유입되는 분말 형태의 증착 원료를 직접 기화시켜 열 손실을 방지하여 증착 원료의 기화 효율을 향상시킬 수 있는 가스 분사 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 증착 원료를 이송하는 원료 이송부와, 상기 증착 원료가 유입되는 유입 공간과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간을 포함하는 인젝터부 및 상기 인젝터부의 상기 기화 공간에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단을 구비하는 가스 분사 장치를 제공한다.
상기 발열 수단은 발열 에너지를 제공하는 발열 소스부와, 상기 발열 에너지에 따라 발열하는 적어도 하나의 발열체를 구비하는 것이 효과적이다.
상기 발열체는 그 일부가 상기 기화 공간을 이루는 상기 인젝터부의 내측에 인입되거나, 상기 기화 공간의 내면에 부착되거나, 상기 기화 공간 내에 고정되는 것이 가능하다.
상기 발열체는 서스(Sus) 또는 인코넬(Inconel)로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 기화 공간 내에 마련된 복수의 열 전달 부재를 더 구비하는 것이 효과적이다.
상기 인젝터부는 상기 유입 공간과 상기 분사 공간이 마련된 프레임 몸체와 상기 프레임 몸체의 측면에 마련되어 상기 기화 공간을 형성하는 외측 몸체를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 인젝터부는 상기 유입 공간이 형성된 제 1 몸체부와, 상기 제 1 몸체부의 적어도 일부를 감싸고 상기 제 1 몸체부와의 사이에 상기 기화 공간을 형성하는 제 2 몸체부와, 상기 제 2 몸체부 또는 상기 제 1 및 제 2 몸체부를 감싸고 상기 제 2 몸체부 또는 상기 제 1 및 제 2 몸체부 사이에 상기 분사 공간을 형성하는 제 3 몸체부를 구비하는 것이 가능하다.
상기 원료 이송부는 상기 증착 원료를 제공받아 상기 유입 공간에 제공하고 회전하는 중심축을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 증착 공간을 갖는 증착 챔버와, 분말 형태의 증착 원료를 제공하는 분말 공급 장치 및 제공된 상기 증착 원료를 이송하는 원료 이송부와, 상기 증착 원료가 유입되는 유입 공간과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간을 포함하는 인젝터부 및 상기 인젝터부의 상기 기화 공간에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단을 구비하는 가스 분사 장치를 포함하는 박막 증착 시스템을 제공한다.
상기 발열 수단은 발열 에너지를 제공하는 발열 소스부와, 상기 발열 에너지에 따라 발열하는 적어도 하나의 발열체를 구비하고, 상기 발열체는 그 일부가 상기 기화 공간을 이루는 상기 인젝터부의 내측에 인입되거나, 상기 기화 공간의 내면에 부착되거나, 상기 기화 공간 내에 고정되는 것이 효과적이다.
상기 발열체는 서스(Sus) 또는 인코넬(Inconel)로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 증착 챔버는 상기 기판이 안치되는 기판 안치부를 구비하고, 상기 기판 안치부는 상기 증착 챔버의 바닥면 영역, 상측면 영역 및 측벽면 영역 중 어느 한 영역에 배치되고, 상기 가스 분사 장치는 상기 기판 안치부에 대응하는 면 영역에 위치하는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 챔버 내에 기판을 안치시키는 단계와, 가스 분사 장치 의 유입 공간 내측으로 분말 형태의 증착 원료를 공급하는 단계와, 유입된 상기 증착 원료를 발열 수단의 적어도 일부가 노출된 기화 공간에 제공하여, 발열 수단의 복사열을 이용하여 기화시키는 단계와, 상기 기화된 증착 원료를 분사 공간으로 이송시키는 단계 및 상기 분사 공간의 기화된 증착 원료를 상기 기판에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기화 공간을 갖는 인젝터 내부에 발열 수단을 배치시키되, 발열 수단의 발열체의 적어도 일부가 상기 기화 공간에 노출되도록 하여 발열체의 복사열이 상기 기화 공간에 직접 공급되도록 하여 열 손실을 줄일고, 기화 효율을 향상시킬 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 시스템의 블록도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도이다. 도 4는 일 실시예에 다른 가스 분사 장치의 수직 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 시스템은 기판(101)이 안치되는 증착 챔버(100)와, 분말 형태의 증착 원료를 제공하는 분말 공급 장치(200)와, 분말 형태의 증착 원료를 기화시켜 상기 증착 챔버(100)의 기판(101)에 분사하는 가스 분사 장치(300)를 구비한다.
증착 챔버(100)는 반응 공간을 갖는 하부 챔버(110)과 하부 챔버(110)를 덮는 챔버 리드(120)를 구비한다. 하부 챔버(110)는 상부가 개방된 통형상으로 제작된다. 그리고, 챔버 리드(120)는 상기 하부 챔버(110)의 개방된 상부 영역을 덮는 판 형상으로 제작된다. 그리고, 증착 챔버(100)의 반응 공간에는 기판 안치부(110)가 위치한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 하부 챔버(110)의 바닥면에 기판 안치부(110)가 위치한다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 상기 기판 안치부(110)는 하부 챔버(110)의 측면에 위치할 수도 있고, 챔버 리드(120)에 위치할 수도 있다. 상기 기판 안치부(110)의 위치에 따라 상기 가스 분사 장치(300)의 위치가 가변될 수 있다. 이는 기판(101)에 대향하는 영역에 가스 분사 장치(300)가 위치하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 도시되지 않았지만, 상기 증착 챔버(100)는 기판(101)이 출입하는 출입구를 포함한다. 그리고, 증착 챔버(100)의 압력을 유지하는 압력 조절부를 더 구비할 수도 있다. 또한, 기판 안치부(120)를 승강시키거나 회전시키는 구동 부재를 더 구비할 수 있다.
분말 공급 장치(200)는 분말 형태의 증착 원료가 저장된 분말 저장부(210) 와, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부(220) 그리고, 캐리어 가스를 이용하여 일정량의 분말 형태의 증착 원료를 가스 분사 장치(300)에 공급하는 분말 공급부(230)를 구비한다. 상기 분말 공급부(230)와 분말 저장부(210) 그리고, 분말 공급부(230)와 캐리어 가스 공급부(220)는 파이프들을 통해 연결된다. 그리고, 상기 파이프들은 이들을 개폐하는 복수의 밸브를 구비한다. 또한, 분말 공급부(230) 또한, 가스 분사 장치(300)와 파이프를 통해 연결된다. 그리고, 파이프의 일부에는 파이프의 개폐를 위한 별도의 밸브가 마련된다. 이때, 분말 공급부(230)는 일정량의 증착 원료를 제공한다. 이는 캐리어 가스를 직접 이용하거나, 가스에 의한 압력차를 이용하거나, 구조물의 특성을 이용하여 일정량의 증착 원료를 제공하는 것이 효과적이다.
가스 분사 장치(300)는 분말 공급 장치(200)로 부터 제공된 분말 형태의 증착 원료를 기화시켜 챔버(100) 내측의 기판(101)에 분사한다.
이에 가스 분사 장치(300)는 분말 공급 장치(200)로부터 분말 형태의 증착 원료를 제공받는 원료 이송부(310)와, 상기 원료 이송부(310)에 결합되어, 증착 원료가 유입되는 유입 공간(I)과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간(V)과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간(J)을 포함하는 인젝터부(320)와, 상기 인젝터부(320)의 상기 기화 공간(V)에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단(330)을 구비한다.
원료 이송부(310)는 챔버(100)의 외측에서 내측으로 연장되고, 상기 분말 공급 장치(200)에 연통되어 분말 형태의 증착 원료를 제공받는 중심축(311)과, 상기 챔버(100) 외측으로 돌출된 상기 중심축(311)을 감싸는 하우징(312)과, 상기 하우징(312)과 중심축(311) 사이를 밀봉하는 실링 부재(313)를 구비한다. 그리고, 도시되지 않았지만, 상기 중심축(311)을 회전시키는 회전 부재(예를 들어, 모터)를 더 구비한다. 여기서, 상기 실링 부재(313)으로 마그네트 시일을 사용하는 것이 효과적이다. 그리고, 상기 하우징(312)을 통해 상기 분말 공급 장치(200)의 증착 원료를 제공받을 수도 있다.
인젝터부(320)는 유입 공간(I), 기화 공간(V) 및 분사 공간(J)이 형성된 몸체부(321)를 구비한다. 이때, 몸체부(321)는 내부에 복수의 공간을 갖는 관(즉, 파이프 또는 봉) 형상으로 제작된다. 여기서, 몸체부(321)는 도 4에 도시된 바와 같이 H자 형태의 내부 프레임 몸체(321-1)와, 프레임 몸체(321-1)가 그 내측에 마련된 외측 몸체(231-2)를 구비한다. 상기 외측 몸체(231-2)와 프레임 몸체(321-1)는 단일 몸체로 제작될 수 있고, 각기 서로 다른 몸체로 제작된 후 결합될 수도 있다.
여기서, 외측 몸체(321-2)는 프레임 몸체(321-1)의 상부을 덮어 유입 공간(I)을 형성하는 상부 커버(321-2a)와, 프레임 몸체(321-1)의 하부를 덮어 분사 공간(J)을 형성하는 하부 커버(321-2b)와, 상기 프레임 몸체(321-1)의 측면을 덮어 분사 공간(J)을 형성하는 측면 커버(321-2c)를 구비한다. 이때, 상부 커버(321-2a)와, 하부 커버(321-2b)와, 측면 커버(321-2c)는 단일 몸체로 제작될 수 있고, 각기 다른 몸체로 제작될 수도 있다. 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 유입 공간(I)과 분사 공간(J)의 양측에 두개의 기화 공간(V)이 마련된다. 따라서, 두개의 측면 커버(321-2c)가 프레임 몸체(321-1)에 부착된다.
이때, 유입 공간(I)은 원료 이송부(310)의 중심축(311)과 연통된다. 이에 상기 상부 커버(321-2a)에는 중심축(311)과 연통되는 제 1 연통홀(322-1)이 마련된다. 이때, 연통홀(322)는 상부 커버(321-2a)의 중심 영역에 위치하는 것이 효과적이다. 즉, 유입 공간(I)의 중심에 위치하는 것이 효과적이다. 이를 통해 중심축(311)을 통해 제공되는 분말 형태의 증착 원료가 유입 공간(I)의 중심 영역으로 제공된다.
상기 유입 공간(I)의 양측 단부 영역(즉,유입 공간(I)이 대략 바 형상으로 제작되고, 바의 양 가장자리 영역을 지칭한다.)에는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 유입 공간(I)과 기화 공간(V)을 연통시키는 적어도 하나의 제 2 연통홀(322-2)이 마련된다. 이때, 제 2 연통홀(322-2)은 프레임 몸체(321-1)의 측면 영역에 마련된다. 이를 통해 유입 공간(I)의 중심으로 분사된 증착 원료는 유입 공간(I) 내에서 넓게 퍼지고 유입 공간의 단부 영역에서 기화 공간(V)을 제공된다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 제 2 연통홀(322-2)는 프레임 몸체(321-1)의 측면의 전면에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, 측면의 중심 영역에 국부적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 기화 공간(V)과 분사 공간(J) 사이에는 이들을 연통시키는 적어도 하나의 제 3 연통홀(322-3)을 구비한다. 도 3에 도시된 바와 같이 프레임 몸체(321-1)의 측면의 중심 영역에 위치한다. 이를 통해 기화 공간(V) 내에서 기화된 증착 원료가 제 3 연통홀(322-3)을 통해 분사 공간(J)에 제공된다.
상기 분사 공간(J)의 하측 면 즉, 기판(101)에 대향 하는 하부 커버(321-2b)에는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 분사 노즐(323)이 마련된다. 이를 통해 분사 공간(J)으로 제공된 기화된 증착 원료가 분사 노즐(323)을 통해 기판(101)에 제공된다.
이때, 기화 공간(V)은 발열 수단(330)의 열을 이용하여 분말 형태의 증착 원료를 기화시킨다.
발열 수단(330)은 봉 형태의 발열체(331)와, 상기 발열체(331)에 발열 에너지를 제공하는 발열 소스부(332)를 구비한다.
본 실시예에서는 발열 소스부(332)로 전기적 에너지를 제공하는 소스를 사용하고, 발열체(331)로 전기적 에너지를 열 에너지로 변환시키는 소재를 사용한다. 이에 발열체(331)로 전도성의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 발열체(331)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 발열체(331)의 일부가 상기 기화 공간(V)에 노출된다. 이에 발열체(331)는 노출면이 기화 공간(V)에서 기화된 증착 원료가 잘 흡착되지 않는 물질을 사용하는 것이 효과적이다. 즉, 그 표면이 깨끗하고 매끈한 물질인 서스(Sus) 또는 인코넬(Inconel)을 사용하여 발열체(331)를 제작하는 것이 효과적이다.
이와 같이 발열체(331)의 일부를 상기 기화 공간(V)에 노출시킴으로 인해 발열체(331)의 복사열이 기화 공간(V)에 직접 전달되어 열 손실을 줄일 수 있다. 이를 통해 기화 공간(V) 내의 기화 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 발열체(331)의 일부가 상기 프레임 몸체부(321-1)에 매립되어 있다. 이로인해 발열체(331)의 복사열에 의해 프레임 몸체부(321-1)이 가열되어 유입 공간(I)과 분사 공간(J)을 가열시킬 수 있다. 따라서, 유입 공간(I)을 유입되는 분말 형태의 증착 원료를 1차로 예비 기화시킬 수 있다. 이때, 상기 발열체(331)는 프레임 몸체부(321-1)의 측면에 오목홈을 형성하고, 오목홈의 내측으로 발열체(331)를 인입시켜 그 일부만이 기화 공간(V)에 노출되도록 할 수 있다.
물론 본 실시예의 가스 분사 장치는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형예가 가능하다.
도 5는 일 실시예의 제 1 변형예에 따른 가스 분사 장치의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 기화 공간(V)에 복수의 열 전달 부재(324)가 마련될 수 있다. 상기 열 전달 부재(324)는 열 전도성의 우수한 물질로 제작하여 발열 수단(330)의 복사열을 빠르게 전달하는 것이 바람직하다.
이때, 열 전달 부재(324)는 기화 공간(V) 내에 마련되어 기화 공간(V)으로 유입되는 분말 형태의 증착 원료와의 접촉한다. 이를 통해 분말 형태의 증착 원료를 기화시킬 수 있다. 즉, 열을 전달받을 수 있는 접촉면이 증가하여 증착 원료의 기화 효율이 상승될 수 있다. 열 전달 부재(324)로 도 5에 도시된 바와 같이 열 전동성 볼을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 도전성 메쉬망을 사용할 수도 있다.
도 6은 일 실시예의 제 2 변형예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 발열 수단(330)이 인젝터부(320)의 기화 공간(V)의 내측벽에 마련될 수 있다.
인젝터부(320)는 원료 이송부(310)와 연통되고, 유입 공간(I)이 마련된 제 1 몸체부(325)와, 제 1 몸체부(325)의 적어도 일부를 감싸고, 기화 공간(V)이 마련된 제 2 몸체부(326)와, 상기 제 1 및 제 2 몸체부(325, 326)와 그 일부가 중첩되는 제 3 몸체부(327)를 구비한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 몸체부(325)는 사각 기둥 형상으로 제작된다. 그리고, 제 2 몸체부(326)는 사각 기둥부의 적어도 3면을 감싸는 형상으로 제작된다. 제 3 몸체부(327)는 제 1 몸체부(325)와 제 2 몸체부(326)의 바닥면에 밀착된 기둥 형상으로 제작된다. 여기서, 제 1 몸체부(325)는 원료 이송부(310)의 중심축(311)과 연통된다. 따라서, 상기 제 1 몸체부(325)와 제 2 몸체부(326)에는 중심축(311)이 관통하는 홀이 마련된다. 그리고, 유입 공간(I)과 기화 공간(V)을 연통시키는 복수의 홀이 상기 제 1 몸체부(325)에 마련된다. 또한, 기화 공간(V)과 분사 공간(J)을 연통시키는 복수의 홀이 상기 제 2 및 제 3 몸체부(326, 327)에 마련된다. 그리고, 복수의 분사 노즐이 상기 제 3 몸체부(327)에 마련된다.
본 변형예에서는 발열 수단(330)의 복수의 발열체(331)가 기화 공간(V)을 이루는 제 2 몸체부(326)의 내측 표면에 부착된다. 여기서, 발열체(331)의 개수는 한정되지 않고, 1개 이상의 발열체가 구비될 수 있다. 이와 같이 발열체(331)을 제 2 몸체부(326)의 내측면에 위치시켜 기화 공간(V)에서의 발열체(331) 복사열 손실을 줄이고, 증착 원료의 기화 효율을 향상시킬 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 발열체(331)는 기화 공간(V)을 이루는 제 1 몸체부(325)의 외측 표면에 부착될 수 있다. 이때, 발열체(331)는 접착제, 나사 또는 볼트를 포함하는 접착 부재를 통해 상기 제 1 또는 제 2 몸체부(326)의 표면에 접착 고정될 수 있다.
도 7은 일 실시예의 제 3 변형예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 발열 수단(330)이 인젝터부(320)의 기화 공간(V) 내에 위치할 수도 있다. 즉, 발열 수단(330)의 발열체(331) 전체가 기화 공간(V)에 노출될 수 있다.
또한, 인젝터부(320)는 원료 이송부(310)와 연통되고, 유입 공간(I)이 마련된 제 1 몸체부(325)와, 제 1 몸체부(325)를 감싸고 제 1 몸체부(325)와의 사이에 기화 공간(V)을 형성하는 제 2 몸체부(326)와, 제 2 몸체부(326)를 감싸고 제 2 몸체부(326)와의 사이에 분사 공간(J)을 형성하는 제 3 몸체부(327)를 구비한다.
여기서, 제 1 내지 제 3 몸체부(325, 326, 327)은 내부 공간을 갖는 봉 형상으로 제작된다. 도 7에서는 그 단면이 원통형의 봉 형상이 도시되었다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 그 단면이 다각형 또는 타원의 봉 형상으로 제작될 수 있다. 그리고, 제 1 몸체부(325)에는 기화 공간(V)과 유입 공간(I)을 연통시키는 제 2 연통홀(322-2)이 마련된다. 그리고, 제 2 몸체부(326)에는 기화 공간(V)과 분사 공간(J)을 연통시키는 제 3 연통홀(322-3)이 위치한다. 이때, 제 2 연통홀(322-2)과 제 3 연통홀(322-3)은 몸체부의 중심에서 연장된 동일 연장 선 상에 위치하지 않는 것이 효과적이다. 즉, 제 2 연통홀(322-2)는 제 1 몸체부(325)의 하측 영역에 위치하고, 제 3 연통홀(322-3)은 제 2 몸체부(326)의 상측 영역에 위치한다.
본 변형예에서는 발열 수단(330)의 복수의 발열체(331)가 기화 공간(V) 내에 위치한다. 즉, 제 1 몸체부(325)와 제 2 몸체부(326)의 사이 영역에 발열체(331)가 마련된다. 이를 통해 기화 공간의 기화 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 발열체(331)의 양 끝단이 인젝터부(320)에 고정되는 것이 효과적이다. 또한, 필요에 따라 발열체(331)를 지지 고정하는 고정 부재가 기화 공간(V) 내에 마련될 수 있다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 발열체(331)을 기화 공간(V) 내부에 균일하게 배치하여 기화 공간(V)을 직접 가열할 뿐만 아니라 유입 공간(I)도 복사열에 의해 가열시킬 수 있다. 즉, 발열체(331)의 복사열에 의해 제 1 몸체부(325)와 제 2 몸체부(326)이 가열된다. 이때, 제 3 몸체부(327)은 발열체(331)에 의해 직접 가열되지 않기 때문에 상기 기화 공간(V) 내부의 온도보다 더 낮은 온도를 유지할 수 있게 된다. 이를 통해 기화 공간(V)의 높은 열이 챔버 하측에 위치하는 기판(101)에 전달되지 않도록 할 수 있다.
상술한 변형예들의 기술은 각각의 변형예에 국한되지 않고, 서로 조합될 수 있고, 조합된 기술이 실시예에 적용될 수 있다.
하기에서는 상술한 구성을 갖는 본 실시예의 가스 분사 장치의 동작과 이를 구비하는 박막 증착 시스템을 이용한 박막 증착 방법을 설명한다.
먼저, 챔버(100)의 기판 안치부(130) 상에 기판(101)을 안치시킨다. 이어서, 분말 공급 장치(200)는 기판(101) 상에 증착될 박막에 해당하는 량의 분말 형태의 증착 원료를 가스 분사 장치(300)에 제공한다.
가스 분사 장치(300)는 증착 원료를 원료 이송부(310)를 통해 공급받는다. 이때, 원료 이송부(310)의 중심축(311)은 회전한다. 증착 원료는 중심축(311)을 통해 인젝터부(320)의 유입 공간(I)에 제공된다. 유입 공간(I)에 제공된 증착 원료는 유입 공간(I)에서 1차로 그 일부가 기화된다. 이를 앞선 실시예에서와 변형에에서와 같이 발열 수단(330)의 발열체(331)의 복사열에 의해 유입 공간(I)을 이루는 몸체부가 가열되고, 몸체부의 복사열에 의해 유입 공간(I)이 가열되기 때문이다. 이후, 유입 공간(I) 내에서 균일하게 퍼진 증착 원료는 제 2 연통홀(322-2)를 통해 기화 공간(V)으로 제공된다. 기화 공간(V)으로 제공된 증착 원료는 기화 공간(V) 내에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단(330)의 발열체(331)의 복사열에 의해 기화된다. 이때, 증착 원료에 발열체(331)의 복사열을 직접 제공하기 때문에 열 손실을 막을 수 있고, 증착 원료의 기화 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 기화된 증착 원료는 제 2 연통홀(322-2)을 통해 분사 공간(J)에 제공된다. 분사 공간(J)에 제공된 기화된 증착 원료는 노츨을 통해 가스 분사 장치(300) 하측에 위치한 기판(101)에 분사된다. 이때, 앞서 언급한 바와 같이 가스 분사 장치(300)의 원료 이송부(310)가 회전하고, 이에 따라 인젝터부(320)가 회전한다. 따라서, 회전하는 인젝터부(320)에 의해 상기 기화된 증착 원료가 기판(101) 전면에 균일하게 분사될 수 있다. 상기 기판(101)에 분사된 기화된 증착 원료는 기판(101) 표면에 흡착되어 박막을 형성한다. 이후, 박막이 형성된 기판(101)을 챔버(100) 외측으로 언로딩하여 박막 증착 공정을 완료한다.
또한, 본 발명의 박막 증착 시스템은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변형예가 가능하다.
도 8 및 도 9는 일 실시예의 변형예에 따른 박막 증착 시스템의 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 바닥면에 가스 분사 장치(300)가 위치 하고, 챔버(100)의 상부벽 영역에 기판(101)이 배치될 수도 있다. 즉, 상향식 방식으로 기판(101)의 하측 영역에서 기화된 증착 원료가 분사되고, 이 증착 원료가 상측의 기판(101)에 증착된다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 일측면에 가스 분사 장치(300)가 위치하고, 이에 대향하는 측면에 기판(101)이 배치될 수 있다. 이를 통해 가스 분사 장치(300)는 기화된 증착 원료를 측면 방향으로 분사하여, 측면에 위치한 기판(101)에 박막을 증착한다.
상술한 변형예의 경우 기판(101) 및 가스 분사 장치(300) 중 적어도 어느 하나는 회전하는 것이 효과적이다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 유기 박막 증착 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 시스템의 블록도.
도 3은 일 실시예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도.
도 4는 일 실시예에 다른 가스 분사 장치의 수직 단면도.
도 5는 일 실시예의 제 1 변형예에 따른 가스 분사 장치의 단면도.
도 6은 일 실시예의 제 2 변형예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도.
도 7은 일 실시예의 제 3 변형예에 따른 가스 분사 장치의 부분 절개 사시도.
도 8 및 도 9는 일 실시예의 변형예에 따른 박막 증착 시스템의 블록도.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 증착 장치 200 : 분말 공급 장치
300 : 가스 분사 장치 310 : 원료 이송부
320 : 인젝터부 330 : 발열 수단

Claims (13)

  1. 증착 원료를 이송하는 원료 이송부;
    상기 증착 원료가 유입되는 유입 공간과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간을 포함하는 인젝터부; 및
    상기 인젝터부의 상기 기화 공간에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단을 구비하는 가스 분사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열 수단은 발열 에너지를 제공하는 발열 소스부와, 상기 발열 에너지에 따라 발열하는 적어도 하나의 발열체를 구비하는 가스 분사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 발열체는 그 일부가 상기 기화 공간을 이루는 상기 인젝터부의 내측에 인입되거나, 상기 기화 공간의 내면에 부착되거나, 상기 기화 공간 내에 고정되는 가스 분사 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 발열체는 서스(Sus) 또는 인코넬(Inconel)로 제작되는 가스 분사 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화 공간 내에 마련된 복수의 열 전달 부재를 더 구비하는 가스 분사 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터부는 상기 유입 공간과 상기 분사 공간이 마련된 프레임 몸체와 상기 프레임 몸체의 측면에 마련되어 상기 기화 공간을 형성하는 외측 몸체를 구비하는 가스 분사 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터부는 상기 유입 공간이 형성된 제 1 몸체부와, 상기 제 1 몸체부의 적어도 일부를 감싸고 상기 제 1 몸체부와의 사이에 상기 기화 공간을 형성하는 제 2 몸체부와,
    상기 제 2 몸체부 또는 상기 제 1 및 제 2 몸체부를 감싸고 상기 제 2 몸체부 또는 상기 제 1 및 제 2 몸체부 사이에 상기 분사 공간을 형성하는 제 3 몸체부를 구비하는 가스 분사 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 이송부는 상기 증착 원료를 제공받아 상기 유입 공간에 제공하고 회전하는 중심축을 포함하는 가스 분사 장치.
  9. 증착 공간을 갖는 증착 챔버;
    분말 형태의 증착 원료를 제공하는 분말 공급 장치; 및
    제공된 상기 증착 원료를 이송하는 원료 이송부와, 상기 증착 원료가 유입되는 유입 공간과, 유입된 증착 원료를 기화시키는 기화 공간과, 기화된 증착 원료를 분사하는 분사 공간을 포함하는 인젝터부 및 상기 인젝터부의 상기 기화 공간에 적어도 그 일부가 노출된 발열 수단을 구비하는 가스 분사 장치를 포함하는 박막 증착 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 발열 수단은 발열 에너지를 제공하는 발열 소스부와, 상기 발열 에너지에 따라 발열하는 적어도 하나의 발열체를 구비하고,
    상기 발열체는 그 일부가 상기 기화 공간을 이루는 상기 인젝터부의 내측에 인입되거나, 상기 기화 공간의 내면에 부착되거나, 상기 기화 공간 내에 고정되는 박막 증착 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 발열체는 서스(Sus) 또는 인코넬(Inconel)로 제작되는 박막 증착 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 증착 챔버는 상기 기판이 안치되는 기판 안치부를 구비하고,
    상기 기판 안치부는 상기 증착 챔버의 바닥면 영역, 상측면 영역 및 측벽면 영역 중 어느 한 영역에 배치되고, 상기 가스 분사 장치는 상기 기판 안치부에 대응하는 면 영역에 위치하는 박막 증착 시스템.
  13. 챔버 내에 기판을 안치시키는 단계;
    가스 분사 장치의 유입 공간 내측으로 분말 형태의 증착 원료를 공급하는 단계;
    유입된 상기 증착 원료를 발열 수단의 적어도 일부가 노출된 기화 공간에 제공하여, 발열 수단의 복사열을 이용하여 기화시키는 단계;
    상기 기화된 증착 원료를 분사 공간으로 이송시키는 단계; 및
    상기 분사 공간의 기화된 증착 원료를 상기 기판에 분사하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
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