KR20090121879A - 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일측 방향으로 연장되는 수평 채널과, 상기 수평 채널을 관통하여 연장되며 상호 이격된 펌핑 포트 및 이송 포트와, 상기 수평 채널에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트 및 상기 펌핑 포트의 일측에 연결되고 분말 원료를 저장하여 공급하는 저장실을 포함하고, 상기 이송 샤프트는 상기 펌핑 포트를 통해 공급된 분말 원료를 적재하여 상기 이송 포트를 통해 외부 장치로 이송하기 위한 적어도 하나의 이송홀을 구비하는 원료 공급 장치 및 박막 증착 장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명은, 이송홀이 형성된 이송 샤프트의 왕복 운동에 의하여 이송홀 내에 채워진 분말 원료가 외부 장치에 공급되게 해줌으로써, 외부 장치에 공급되는 분말 원료의 양을 이송홀의 내부 체적에 해당하는 양만큼 정량적으로 제어하여 공급할 수 있다.
분말, 이송, 공급, 박막, 카니스터, canister
Description
본 발명은 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증착 재료가 되는 분말 원료를 정량적으로 공급할 수 있는 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 박막을 형성하는 방법은 스퍼터링(Sputtering)법과 같이 물리적인 충돌을 이용하여 박막을 형성하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과, 화학반응을 이용하여 박막을 형성하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 크게 구분할 수 있다.
CVD법에서는 일반적으로 기체 상태의 반응원료를 이용하지만 반응 원료에 원자량이 큰 무거운 원소가 함유되어 기체 상태의 반응 원료를 제작하기 어려운 경우에는 고체 상태의 분말 원료를 기화시킨 다음 기화된 원료 가스를 이용하여 박막을 증착한다. 예를 들어, 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)의 경우 발광층으로 기능하는 유기 박막은 고체 상태의 분말 원료가 사용된다. 따라서, CVD법을 이용하는 유기 박막 증착 장치는 별도 용기(canister)에 저장된 분말 원료 를 챔버(chamber) 내부로 공급하는 적어도 하나의 원료 공급 장치를 구비하는 것이 보통이다.
한편, 일반적인 원료 공급 장치는 압력차를 이용하는 방식 또는 나사산을 이용하는 방식으로 용기에 저장된 분말 원료를 챔버 내부로 공급한다. 먼저, 압력차를 이용하는 방식은 용기 내부로 제 1 가스를 불어넣어 용기와 챔버 사이에 압력차를 발생시키고, 상기 압력차에 의해 분말 원료가 용기 외측으로 분출되어 챔버 내부로 공급되게 하는 방식으로, 상기 제 1 가스의 분사 압력에 의해 분말 원료의 공급량이 조절된다. 그러나, 이 방식은 용기 내부에 남아있는 분말 원료의 양, 종류, 습기 및 정전기 등에 의해 영향을 받게 되어 공급되는 분말 원료의 양이 매번 달라지는 문제점이 있다. 반면, 나사선을 이용하는 방식은 용기 내부에 나사선이 형성된 회전축을 설치하여 상기 회전축을 회전시키고, 상기 회전축의 회전에 의해 분말 원료가 나사선을 타고 용기 외측으로 분출되어 챔버 내부로 공급되게 하는 방식으로, 상기 나사선의 피치(pitch) 및 상기 나사선의 회전 속도에 의해 분말 원료의 공급량이 조절된다. 그러나, 이 방식은 분말 원료의 입자가 치밀해지면 나사선 사이에 분말 원료가 끼인 상태로 존재하여 챔버 내부로 공급되지 않을 수도 있기 때문에 미량의 원료를 공급하기에는 적합하지 않고, 공급되는 분말 원료의 양 또한 매번 달라지는 문제점이 있다.
이처럼, 종래 기술에 따른 유기 박막 증착 장치에서는 증착 재료가 되는 원료가 정량적으로 공급되기 어렵고, 원료가 미량으로 공급되기는 더욱 어렵기 때문에 박막 두께를 균일하게 제어하기 곤란하고, 막질 특성이 저하되는 등 여러 문제 가 발생하여 박막 공정을 안정적으로 수행하기 어려웠다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 이송 샤프트의 왕복 운동에 의하여 이송홀 내에 채워진 분말 원료가 외부 장치에 공급되게 해줌으로써, 외부 장치에 공급되는 분말 원료의 양을 이송홀의 내부 체적에 해당하는 양만큼 정량적으로 제어할 수 있는 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 미량의 분말 원료를 정량적으로 공급하여 박막 공정이 안정적으로 수행될 수 있는 원료 공급 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 원료 공급 장치는, 일측 방향으로 연장되는 수평 채널; 상기 수평 채널을 관통하여 연장되며 상호 이격된 펌핑 포트 및 이송 포트; 상기 수평 채널에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트; 및 상기 펌핑 포트의 일측에 연결되고 분말 원료를 저장하여 공급하는 저장실; 을 포함하고, 상기 이송 샤프트는 상기 펌핑 포트를 통해 공급된 분말 원료를 적재하여 상기 이송 포트를 통해 외부 장치로 이송하기 위한 적어도 하나의 이송홀을 구비한다.
상기 펌핑 포트의 타측에 연결되어 배출 압력을 형성하는 펌핑부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 펌핑 포트와 상기 펌핑부 사이에는 배출 흐름을 단속하기 위한 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 이송 포트의 일측에 연결되어 분말 원료의 이송을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수평 채널에 삽입된 이송 샤프트의 외주연에는 제 1 씰링 부재가 설치되고, 상기 이송 샤프트가 삽입되는 상기 수평 채널의 단부 외측에는 제 2 씰링 부재가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 이송 샤프트는 세라믹 재질 또는 테프론 재질인 것이 바람직하다.
상기 이송 샤프트의 일단에 결합되어 상기 이송 샤프트를 왕복 구동시키는 왕복 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 왕복 구동부는 공압 방식의 피스톤 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저장실의 내부로 분말 원료의 배출을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저장실 및 상기 가스 공급부 중 적어도 어느 하나를 가열하기 위한 가열 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가열 부재는 100도 이상의 가열 온도로 갖는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 박막 증착 장치는, 기판 상에 박막을 형성하기 위한 챔버; 및 이송홀이 형성된 이송 샤프트의 왕복 운동에 의하여 이송홀 내에 채워진 분말 원료를 상기 챔버에 공급하는 원료 공급 유닛; 을 포함한다.
상기 원료 공급 유닛은, 일측 방향으로 연장되는 수평 채널; 상기 수평 채널을 관통하여 연장되며 상호 이격된 펌핑 포트 및 이송 포트; 상기 수평 채널에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트; 및 상기 펌핑 포트의 일측에 연결되고 분말 원료를 저장하여 공급하는 저장실; 을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 펌핑 포트의 타측에 연결되어 배출 압력을 형성하는 펌핑부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 이송 포트의 일측에 연결되어 분말 원료의 이송을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저장실의 내부로 분말 원료의 배출을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이송홀이 형성된 이송 샤프트의 왕복 운동에 의하여 이송홀 내에 채워진 분말 원료가 외부 장치에 공급되게 해줌으로써, 외부 장치에 공급되는 분말 원료의 양을 이송홀의 내부 체적에 해당하는 양만큼 정량적으로 제어하여 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 가열 수단에 의해 분말 원료에 함유된 수분이 제거되어 공급되므로 분말 원료의 뭉침 현상 및 이로 인한 막함 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 다량의 분말 원료뿐만 아니라 미량의 분말 원료까지도 정량적으로 정확히 제어하여 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 분말 원료의 미량 공급 및 정량 공급이 가능하여 박막 두께 를 용이하게 제어할 수 있는 등 박막 공정을 더욱 안정적으로 실시할 수 있으므로 보다 고효율 및 고품위의 박막 제품을 제조할 수 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 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. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
<제 1 실시예>
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원료 공급 장치의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기 원료 공급 장치는 일측 방향으로 연장되는 수평 채널(channel)(110)과 상기 수평 채널(110)을 관통하여 타측 방향으로 연장되고 상호 이격된 펌핑 포트(pumping port)(121) 및 이송 포트(131)를 구비하는 이송 블럭(100)과, 상기 수평 채널(110)에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트(300)와, 상기 펌핑 포트(121)의 상측에 결합되는 저장실(200) 및 상기 펌핑 포트(121)의 하측에 결합된 펌펑부(150)를 포함하고, 상기 원료 공급 장치는 상기 이송 블럭(100)의 측면에 결합되어 상기 이송 샤프트(300)를 왕복 구동시키는 왕복 구동부(500)를 더 포함할 수 있다.
저장실(200)은 분말 원료(10)가 저장되는 소정 공간을 제공하는 용기 본 체(210)와, 용기 본체(210)의 개구 영역을 덮어주는 용기 리드(lid)(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 용기 본체(210)에는 증착 원료로 사용되는 분말 원료(10), 예를 들어 유기 박막 증착 공정의 경우에는 유기 원료가 고체 상태의 분말 형태로 저장된다. 상기 용기 본체(210)의 상부에는 용기 리드(220)가 분리 또는 개폐 가능하게 결합된다. 이로 인해, 용기 본체(210)로부터 용기 리드(220)를 분리 또는 개방시켜 용기 본체(210)의 내부 공간에 분말 원료(10)를 용이하게 투입할 수 있다. 또한, 저장실(200)의 일측에는 내부에 저장된 분말 원료(10)가 외부로 배출되는 적어도 하나의 배출구(250)가 형성된다. 도시하지는 않았지만, 상기 저장실(200)에는 내부에 저장된 분말 원료(10)를 혼합하기 위한 혼합 수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 용기 본체(210)에는 바이브레이터(vibrator)가 마련되어 분말 원료(10)를 수시로 혼합하여 줌으로써, 분말 원료(10)의 뭉침을 방지할 수 있다. 물론, 상기 혼합 수단은 이에 한정되지 않으며, 저장실(200)에 저장된 분말 원료(10)를 혼합할 수 있다면 어떠한 수단 예를 들어, 스크류 수단으로 대체될 수도 있다. 또한, 저장실(200)의 타측에는 분말 원료의 원활한 배출을 위해 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관(231) 및 저장실(200)의 내부 압력을 조절하기 위한 제 1 가스 배기관(241)이 결합되고, 제 1 가스 공급관(231) 및 제 1 가스 배기관(241)에는 내부의 가스 흐름을 단속하기 위한 제 1 밸브(232) 및 제 2 밸브(242)가 각각 설치된다. 이때, 제 1 가스 공급관(231) 및 제 1 가스 배기관(242)은 서로의 일부를 공유하도록 구성될 수 있다.
이송 블럭(100)은 일측 방향 예를 들어, 수평 방향으로 연장되는 수평 채 널(110)과, 상기 수평 채널(110)을 가로지르는 타측 방향 예를 들어, 수직 방향으로 연장되어 상기 수평 채널(110)을 관통하는 펌핑 포트(121)와 이송 포트(131)를 포함한다. 상기 펌핑 포트(121)는 저장실(200)에 저장된 분말 원료(10)가 이송 샤프트(300)의 이송홀(310)에 채워져서 정량되는 통로로서, 그 상측은 분말 원료(10)를 공급하는 저장실(200)의 배출구(250)와 연통되고, 그 하측은 내부에 강제적인 배출 압력을 형성하는 펌핑부(150)와 연결된다. 또한, 상기 펌핑 포트(121)와 상기 펌핑부(150) 사이에는 배출 흐름을 단속하기 위한 제 3 밸브(122)가 설치되고, 상기 펌핑 포트(121)의 하측 내부에는 필터 부재(140)가 삽입된다. 상기 필터 부재(140)는 메쉬(mesh) 형상을 이루는 다수의 미세 구멍을 구비하여 제 1 가스는 통과시키면서도 분말 원료는 차단하도록 구성된다. 이를 위해, 미세 구멍은 제 1 가스의 입자보다는 크고 분말 원료(10)의 입자보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 이송 포트(131)는 분말 원료(10)를 제 2 가스에 실어 외부 장치로 공급하는 통로로서, 그 상측은 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급부(미도시)와 연통되고, 그 하측은 분말 원료(10)를 공급할 외부 장치(미도시)와 연결된다. 또한, 상기 이송 포트(131)와 상기 제 2 가스 공급부 사이에는 제 2 가스의 공급 흐름을 단속하기 위한 제 4 밸브(132)가 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 수평 채널(110) 및 펌핑 포트(121)와 이송 포트(131)는 단일 부재를 관통 가공하여 구성하거나 또는 별도 부재를 관통 가공한 후 결합시켜 구성할 수 있다.
한편, 상기 펌핑 포트(121)를 통해 상기 수평 채널(110) 내부로 공급된 제 1 가스 및 분말 원료(10)의 누설 방지를 위해 펌핑 포트(121)에 삽입된 이송 샤프 트(300)의 외주연에는 쿼드링(quad-ring)과 같은 제 1 씰링(sealing) 부재(410)가 설치될 수 있고, 상기 이송 샤프트(300)가 삽입되는 상기 수평 채널(110)의 단부 외측에는 벨로우즈(332) 등과 같은 제 2 씰링 부재(420)가 설치될 수 있다. 또한,상기 제 1, 제 2 가스는 Ar, N2 등의 비활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
이송 샤프트(300)의 일부는 수평 채널(110)의 내부로 삽입되어 상기 수평 채널(110)의 내부에서 왕복 구동되고, 상기 이송 샤프트(300)에는 펌핑 포트(121)를 통해 공급된 분말 원료(10)를 적재하여 이송 포트(131)을 통해 이송하기 위한 적어도 하나의 이송홀(310)이 마련된다. 이때, 이송홀(310)은 분말 원료(10)의 적재시 수평 채널(110)과 펌핑 포트(121)의 교차 지점에 위치되었다가 분말 원료(10)의 배출시 수평 채널(110)과 이송 포트(131)의 교차 지점으로 이동된다. 한편, 이송 샤프트(300)의 외경은 수평 채널(510)의 내경과 같거나 약간 작게 형성되어, 수평 채널(510)의 내벽을 따라 마찰 되면서 또는 수평 채널(110)의 내벽에 의해 지지 되면서 왕복 구동되는 것이 바람직하다. 이때, 이송 샤프트(300)와 수평 채널(110)의 표면 마찰력이 너무 크면 마찰력에 의해 이물질이 발생될 우려가 있으므로 적어도 이중 어느 하나는 표면 조도(roughness)가 낮은 물질로 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 이송 샤프트(300)는 표면 처리를 통해 표면 조도를 낮출 수 있는 세라믹(cemramic) 재질 또는 자기 윤활 특성을 갖는 테프론(teflon) 계열의 불소 수지 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
이송 블럭(100)의 측방에는 실린더(510)와 상기 실린더(510)의 내부에서 왕 복 구동되는 피스톤(520)을 포함하는 왕복 구동부(500)이 배치되고, 상기 피스톤(520)의 단부에 이송 샤프트(300)의 일단이 결합된다. 상기 피스톤(520)의 외경은 실린더(510)의 내경과 같거나 약간 작게 형성되어, 상기 실린더(510)의 내벽을 따라 마찰 되면서 또는 상기 실린더(510)의 내벽에 의해 지지 되면서 왕복 구동된다. 이때, 피스톤(520) 자체만으로는 기밀성이 유지될 수 없다면, 피스톤(520)의 외주연에 고무링과 같은 기밀 부재(530)를 추가로 설치하여 기밀성을 더욱 높일 수도 있다. 본 실시예의 왕복 구동부(500)은 수평 채널(110) 내부에 삽입된 이송 샤프트(300)를 수평 채널(110) 내부에서 왕복 구동시켜 주기 위한 수단으로서, 이의 목적을 달성할 수 있다면 어떠한 구성도 가능하다. 예를 들어, 도 1과 같이, 왕복 구동부(500)는 실린더(510)의 일측에 공기가 출입되는 출입구(540)가 형성되어 실린더(510) 내부의 압력 변화에 따라 피스톤(520)이 동작하는 공압 방식으로 구성될 수 있으며, 이와는 달리 상기 출입구(540)를 통해 유체가 출입되면서 피스톤(520)이 동작하는 유압 방식으로 구성될 수도 있다. 또한, 회전 운동을 직선 운동으로 변환 가능한 선형 모터 등으로 구성될 수도 있을 것이다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 원료 공급 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원료 공급 장치의 동작 설명을 위한 모식도이다.
우선, 도 2와 같이, 용기 리드(220)를 분리시켜 용기 본체(210)에 소정량의 분말 원료(10)를 채운 다음 용기 리드(220)를 다시 결합한다. 이때, 용기 본 체(210)에 채워진 분말 원료(10)는 박막 공정에 적합한 치밀한 조직을 가질 수 있도록 혼합, 파쇄 및 압축 과정 중 어느 하나의 단계를 거칠 수 있다. 한편, 이송홀(310)이 펌핑 포트(121)와 일직선을 이루도록 이송 샤프트(300)를 이동시켜 막혀있던 펌핑 포트(121)의 상하부를 연통시킨다. 이어, 제 1 밸브(232)를 열어 제 1 가스 공급관(231)을 통해 저장실(200) 내부로 제 1 가스를 공급하고, 내부 압력이 일정 수준에 도달하면 제 3 밸브(122)를 열어준다. 또한, 펌핑부(150)을 동작시켜 펌핑 포트(121) 내에 배출 압력을 형성한다. 이에 따라, 저장실(200) 내외부의 압력차 및 중력에 의해 제 1 가스 및 분말 원료(10)는 펌핑 포트(121)의 상측에서 하측으로 이동하게 되고, 필터 부재(140)를 통과하지 못하는 분말 원료(10)만 이송홀(310)에 채워지게 된다. 물론, 상기 이송홀(310)에는 내부 체적에 해당하는 정량 만큼의 분말 원료(10)만 채워지게 된다.
이후, 도 3과 같이, 이송홀(310)이 이송 포트(131)와 일직선을 이루도록 이송 샤프트(300)를 이동시켜 막혀있던 이송 포트(131)의 상하부를 연통시킨다. 한편, 상기 이송 포트(131)의 상측으로는 분말 원료(10)를 외부 장치로 이송하기 위한 제 2 가스가 공급된다. 이에 따라, 이송홀(310)에 채워진 정량의 분말 원료(10)는 제 2 가스와 혼합되어 이송 포트(131)의 하측을 통해 배출된 후 분말 원료(10)를 필요로 하는 외부 장치로 공급된다.
아래의 표 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원료 공급 장치를 이용하여 외부 장치로 공급되는 분말 원료(10)의 공급량을 나타낸 실험 결과표이다.
| 횟수 (회) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 공급량(g) | 0.202 | 0.229 | 0.208 | 0.225 | 0.227 | 0.215 | 0.249 | 0.213 | 0.212 | 0.231 |
| 횟수 (회) | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 공급량(g) | 0.241 | 0.221 | 0.246 | 0.214 | 0.258 | 0.243 | 0.230 | 0.234 | 0.243 | 0.234 |
상기의 표 1을 참조하여 총 20회의 공급량 평균값을 계산하면 대략 0.229g 임을 알 수 있고, 이 경우 표준 편차는 0.01511 임을 알 수 있다. 이러한 실험 결과는 목표 공급량이 0.200g 인 조건에서 6.6% 라는 매우 높은 재현율을 보여주는 것으로서, 본 발명이 분말 원료의 대량 공급뿐만 아니라 미량 공급시에도 적합함을 보여주는 것이다.
이처럼, 본 발명은 외부로 공급되는 분말 원료(10)의 양이 이송홀(310)의 내부 체적에 해당하는 양만큼 정량으로 제어된다. 따라서, 이송홀(310)의 내부 체적을 원하는 값으로 아주 미세하게 가공하면 대량 공급뿐만 아니라 수 mg 내지 수백 mg 정도의 미량 공급까지도 정량적으로 제어할 수 있다.
<제 2 실시예>
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원료 공급 장치의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 상기 원료 공급 장치는 일측 방향으로 연장되는 수평 채널(110)과 상기 수평 채널(110)을 관통하여 타측 방향으로 연장되고 상호 이격되는 펌핑 포트(121) 및 이송 포트(131)를 구비하는 이송 블럭(100)과, 상기 수평 채널(110)에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트(300)와, 상기 펌핑 포트(121)의 상측에 결합되는 저장실(200)과, 상기 펌핑 포트(121)의 하측에 결합된 펌펑부(150) 및 상기 저장실(200)의 일측에 결합되어 분말 원료(10)의 원할한 배출을 위해 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관(231)을 포함하고, 상기 저장실(200) 내부를 소정 온도로 가열하는 제 1 가열 부재(241) 및 상기 제 1 가스 공급관(242) 내부를 소정 온도로 가열하는 제 2 가열 부재(242)를 더 포함한다.
여기서, 제 1 가열 부재(241)는 저장실(200)에 저장된 분말 원료(10)를 소정 온도 예를 들어, 100도 이상으로 가열하여 분말 원료(10)에 함유된 수분을 제거해줌으로써 분말 원료(10)의 뭉침 현상 및 이로 인한 막힘 현상으로 방지하는 역할을 한다. 또한, 제 2 가열 부재(242)는 제 1 가스를 소정 온도 예를 들어, 100도 이상으로 가열하여 제 1 가스에 함유된 수분을 제거해줌으로써 분말 원료(10)에 수분이 공급되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 분말 원료(10)의 함유 수분이 과도하여 발생되는 뭉침 현상 및 이로 인한 막힘 현상을 방지할 수 있으므로, 분말 원료(10)가 미량인 경우에도 정량적으로 정확히 제어하여 공급할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전술한 바와 같은 목적을 위해 이송 포트(131) 및 제 2 가스 공급부(미도시) 중 적어도 어느 한 곳을 가열하도록 제 3 가열 부재가 마련될 수도 있을 것이다.
<제 3 실시예>
도 5는 본 발명에 따른 원료 공급 장치를 구비하는 박막 증착 장치의 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기 유기 박막 증착 장치는, 기판(20) 상에 박막을 형성하기 위한 챔버(600) 및 상기 챔버(600)에 박막 원료를 공급하기 위한 원료 공급 유닛(700)을 포함한다. 상기 기판(20) 상에는 유기 박막이 증착되며, 원료 공급 유닛(700)은 유기 박막의 증착 재료가 되는 유기 원료를 분말 형태로 공급한다.
챔버(600)는 밀폐된 소정의 반응 공간을 형성한다. 상기 챔버(600)의 내부 하부에는 기판이 안치되는 기판 지지부(610)가 마련되고, 상기 기판 지지부(610)에 대향하는 상기 챔버(600)의 내부 상부에는 원료 분사부(620)가 마련된다. 또한, 상기 챔버(600)에는 기판의 출입을 위한 별도의 개폐 수단(630) 및 내부의 배기를 위한 별도의 배기 수단(640)이 마련된다.
상기 기판 지지부(610)는 기판(20)이 안착되는 지지대(611)를 포함한다. 상기 지지대(611)에는 그 외측 또는 그 내부에 기판(20)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 냉각 수단 또는 기판(20)을 공정 온도로 가열하기 위한 가열 수단이 마련될 수 있다. 또한, 상기 지지대(611)는 승강 및 회전 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지대(611)의 하면에는 회전축(612)이 결합되고, 상기 회전축(612)은 챔버(600)의 외측으로 연장되어 상기 회전축(612)에 회전력을 인가하는 왕복 구동부(613)에 결합된다. 이를 통해, 지지대(611)를 회전시켜 기판(20)의 전체면에 균일하게 박막을 증착시킬 수 있다
상기 원료 분사부(620)는 분말 원료(10)를 공급받아 기화시키고, 기화된 원료 가스를 기판(20)에 분사한다. 이러한 원료 분사부(620)는 분말 원료(10)를 공급받는 공급구(621)와, 원료 가스를 기판(20)에 분사하는 노즐부(622) 및 상기 분말 원료(10)를 상기 원료 가스로 기화시키는 가열 수단(623)을 포함한다. 본 실시예는 원료 분사부(620)의 몸체 내부에 히팅 코일(heating coil), 램프 히터(lamp heater) 등의 가열 부재(623)가 매설되고, 상기 가열 부재(623)에 의해 분말 형태의 원료 물질(10)이 가열되어 가스 형태의 원료 물질로 기화된다. 물론, 상기 가열 수단(623)은 이에 한정되지 않고, 다양한 가열 부재로 구성될 수 있다. 한편, 상기 원료 분사부(620)는 고정 설치될 수도 있지만, 구동 수단에 연결되어 회전 운동 또는 좌우/전후 운동이 가능하게 설치될 수도 있다. 이를 통해, 기판(20)과의 거리를 조절하여 공정 조건을 변경할 수 있고, 기판(20)의 전체면에 균일하게 원료 가스를 분사시킬 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 상기 원료 분사부(620)와 상기 원료 공급 유닛(700) 사이에는 분말 원료(10)를 예열하는 예열 수단이 추가로 마련될 수도 있다. 이를 통해, 상기 원료 분사부(620) 내에서의 분말 원료(10)의 기화 속도를 높여 박막 증착 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
원료 공급 유닛(700)은 일측 방향으로 연장되는 수평 채널(110)과 상기 수평 채널(110)을 관통하여 타측 방향으로 연장되고 상호 이격되는 펌핑 포트(121) 및 이송 포트(131)를 구비하는 이송 블럭(100)과, 상기 수평 채널(110)에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트(300)와, 상기 펌핑 포트(121)의 상측에 결합되는 저장실(200) 및 상기 펌핑 포트(121)의 하측에 결합된 펌펑부(150)를 포함한다. 상기 이송 샤프트(300)에는 분말 원료(10)가 채워지는 적어도 하나의 이송홀(310)이 마련되고, 상기 이송홀(310)이 펌핑 포트(121) 및 이송 포트(131)와 각기 일직선을 이루는 두 지점 사이를 왕복하도록 구성된다. 따라서, 저장실(200)의 분말 원료(10)는 펌핑 포트(121)를 통해 이송홀(310)에 채워진 후 이송 포트(131)를 통해 챔버(600)로 이송될 수 있다. 이때, 챔버(600)로 공급되는 분말 원료(10)의 양은 이송홀(310)의 내부 체적에 해당하는 양만큼 정량적으로 제어되므로, 이송홀(310)의 내부 체적을 원하는 값으로 아주 미세하게 가공하면 대량 공급뿐만 아니라 수 mg 내지 수백 mg 정도의 미량 공급까지도 정량적으로 제어할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 다량의 분말 원료뿐만 아니라 미량의 분말 원료까지도 정량적으로 공급할 수 있다. 따라서, 박막 두께를 용이하게 제어할 수 있는 등 박막 공정을 더욱 안정적으로 실시할 수 있으므로, 보다 고효율 및 고품위의 박막 제품을 제조할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 유기 박막을 형성하기 위해 유기 재료를 공급받는 유기 박막 장치를 예시하였으나, 본 발명에 따른 원료 공급 장치는 이에 한정되지 않으며, 분말 형태의 원료 공급이 필요한 장치라면 어떠한 장치에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원료 공급 장치의 모식도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원료 공급 장치의 동작 설명을 위한 모식도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원료 공급 장치의 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 원료 공급 장치를 구비하는 박막 증착 장치의 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 분말 20: 기판
100: 이송 블럭 110: 수평 채널
121: 펌핑 포트 131: 제 2 수직 채널
150: 펑핑부 200: 저장실
231: 제 1 가스 공급관 241: 제 1 가스 배기관
300: 이송 샤프트 500: 왕복 구동부
600: 챔버 610: 기판 지지부
620: 원료 분사부 700: 원료 공급 유닛
Claims (16)
- 일측 방향으로 연장되는 수평 채널;상기 수평 채널을 관통하여 연장되며 상호 이격된 펌핑 포트 및 이송 포트;상기 수평 채널에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트; 및상기 펌핑 포트의 일측에 연결되고 분말 원료를 저장하여 공급하는 저장실; 을 포함하고,상기 이송 샤프트는 상기 펌핑 포트를 통해 공급된 분말 원료를 적재하여 상기 이송 포트를 통해 외부 장치로 이송하기 위한 적어도 하나의 이송홀을 구비하는 원료 공급 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 펌핑 포트의 타측에 연결되어 배출 압력을 형성하는 펌핑부를 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 펌핑 포트와 상기 펌핑부 사이에는 배출 흐름을 단속하기 위한 밸브가 설치되는 원료 공급 장치
- 청구항 1에 있어서,상기 이송 포트의 일측에 연결되어 분말 원료의 이송을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 수평 채널에 삽입된 이송 샤프트의 외주연에는 제 1 씰링 부재가 설치되고, 상기 이송 샤프트가 삽입되는 상기 수평 채널의 단부 외측에는 제 2 씰링 부재가 설치되는 원료 공급 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 이송 샤프트는 세라믹 재질 또는 테프론 재질인 원료 공급 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 이송 샤프트의 일단에 결합되어 상기 이송 샤프트를 왕복 구동시키는 왕복 구동부를 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 왕복 구동부는 공압 방식의 피스톤 부재를 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 저장실의 내부로 분말 원료의 배출을 위한 가스를 공급하는 가스 공급 부를 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 9에 있어서,상기 저장실 및 상기 가스 공급부 중 적어도 어느 하나를 가열하기 위한 가열 부재를 더 포함하는 원료 공급 장치.
- 청구항 10에 있어서,상기 가열 부재는 100도 이상의 가열 온도로 갖는 원료 공급 장치.
- 기판 상에 박막을 형성하기 위한 챔버; 및이송홀이 형성된 이송 샤프트의 왕복 운동에 의하여 이송홀 내에 채워진 분말 원료를 상기 챔버에 공급하는 원료 공급 유닛; 을 포함하는 박막 증착 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 원료 공급 유닛은,일측 방향으로 연장되는 수평 채널;상기 수평 채널을 관통하여 연장되며 상호 이격된 펌핑 포트 및 이송 포트;상기 수평 채널에 삽입되어 왕복되는 이송 샤프트; 및상기 펌핑 포트의 일측에 연결되고 분말 원료를 저장하여 공급하는 저장실; 을 포함하는 박막 증착 장치.
- 청구항 13에 있어서,상기 펌핑 포트의 타측에 연결되어 배출 압력을 형성하는 펌핑부를 포함하는 박막 증착 장치.
- 청구항 13에 있어서,상기 이송 포트의 일측에 연결되어 분말 원료의 이송을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치.
- 청구항 13에 있어서,상기 저장실의 내부로 분말 원료의 배출을 위한 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 박막 증착 장치.
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