KR20110003733A - 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법 - Google Patents

박막 증착 장치 및 박막 증착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증착 물질을 방사하는 증착원; 상기 증착원의 일 측에 배치되며, 일 방향을 따라 복수 개의 제1 슬릿들이 형성되는 제1 노즐; 상기 증착원과 대향되게 배치되고, 상기 일 방향을 따라 복수 개의 제2 슬릿들이 형성되는 제2 노즐; 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 사이의 공간을 구획하도록 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 차단벽들을 구비하는 차단벽 어셈블리; 및 상기 차단벽 어셈블리 상에 증착된 상기 증착 물질을 회수하는 증착 물질 회수 장치를 포함하는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법을 제공한다.
박막 증착 장치, 증착 물질 회수 장치, 콜드트랩

Description

박막 증착 장치 및 박막 증착 방법{Apparatus and method for thin layer deposition}
본 발명은 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 증착 물질을 회수하는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치들 중, 유기 발광 디스플레이 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
일반적으로, 유기 발광 디스플레이 장치는 애노드와 캐소드에서 주입되는 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 발광하는 원리로 색상을 구현할 수 있도록, 애노드와 캐소드 사이에 발광층을 삽입한 적층형 구조를 가지고 있다. 그러나, 이러한 구조로는 고효율 발광을 얻기 어렵기 때문에, 각각의 전극과 발광층 사이에 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층 및 정공 주입층 등의 중간층을 선택적으로 추가 삽입하여 사용하고 있다.
그러나, 발광층 및 중간층 등의 유기 박막의 미세 패턴을 형성하는 것이 실질적으로 매우 어렵고, 상기 층에 따라 적색, 녹색 및 청색의 발광 효율이 달라지 기 때문에, 종래의 박막 증착 장치로는 대면적(5G 이상의 마더 글래스(mother-glass))에 대한 패터닝이 불가능하여 만족할 만한 수준의 구동 전압, 전류 밀도, 휘도, 색순도, 발광 효율 및 수명 등을 가지는 대형 유기 발광 디스플레이 장치를 제조할 수 없는 바, 이의 개선이 시급하다. 또한, 이러한 증착 공정은 증착 재료의 소모량이 높아 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.
본 발명은 대형 기판 양산 공정에서 증착 물질을 용이하게 재활용할 수 있는 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 증착 물질을 방사하는 증착원; 상기 증착원의 일 측에 배치되며, 일 방향을 따라 복수 개의 제1 슬릿들이 형성되는 제1 노즐; 상기 증착원과 대향되게 배치되고, 상기 일 방향을 따라 복수 개의 제2 슬릿들이 형성되는 제2 노즐; 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 사이의 공간을 구획하도록 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 차단벽들을 구비하는 차단벽 어셈블리; 및 상기 차단벽 어셈블리 상에 증착된 상기 증착 물질을 회수하는 증착 물질 회수 장치를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
여기서, 상기 증착 물질 회수 장치는 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 내부에 배치하고, 내부 온도를 상승시켜 상기 증착 물질을 기화시키는 챔버; 상기 기화된 상기 증착 물질을 냉각하여 상기 증착 물질을 회수하는 냉각 회수 장치; 및
상기 기화된 상기 증착 물질이 상기 냉각 회수 장치로 이동하도록 상기 챔버에 주입하는 캐리어 가스;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 냉각 회수 장치는 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 유입하는 입구; 상기 유입된 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 열전달을 통해 냉각 시키는 냉각 매체; 상기 캐리어 가스를 유출 시키는 출구; 및 상체 와 하체로 분리 가능하고, 상기 입구와 상기 출구를 연결하며 상기 냉각 매체와 접하고 상기 기화된 증착 물질이 고체의 상기 증착 물질로 상변화되는 프라스크를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 냉각 매체는 액체 N2로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 챔버는 상기 증착 물질을 기화시키기 위하여 상기 챔버를 외부에서 가열하여 상기 챔버의 상기 내부 온도를 상승시킬 수 있다. 상기 챔버는 입구와 출구를 구비하여 상기 입구에서 상기 캐리어 가스가 유입되고 상기 출구에서 상기 캐리어 가스가 유출될 수 있다. 상기 챔버의 상승된 상기 내부 온도는 300°C 보다 낮지 않게 구성할 수 있다. 상기 챔버는 상기 증착 물질을 기화시키기 위하여 상기 챔버의 상기 내부 온도를 상기 증착 물질이 기화 가능한 소정의 온도로 조절 및 유지할 수 있다.
여기서, 상기 유입되는 상기 캐리어 가스의 온도는 상기 상승된 상기 내부 온도보다 낮지 않게 구성될 수 있다. 또한, 상기 캐리어 가스는 N2가스로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 차단벽 어셈블리는 상기 박막 증착 장치로부터 분리 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 차단벽 어셈블리는 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 사이의 공간을 구획하도록 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 차단벽들을 구비하며 분리가능한 제1 차단벽 어셈블리; 및 상기 제1 차단벽 어셈블리의 일 측에 배치되며, 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 제2 차단벽들을 구비하는 제2 차단벽 어셈블리를 포함하고 상기 제1 차단벽 어셈블리와 상기 제2 차단벽 어셈블리는 각각 상기 박막 증착 장치로부터 분리 가능하게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 증착원, 상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐 및 상기 차단벽 어셈블리는 상기 증착물질이 증착되어 박막을 형성하는 피 증착체에 대하여 상대적으로 이동가능하게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 증착원은 제1 증착 물질을 방사하는 제1 증착원; 및 상기 제1 증착원과 나란하게 배치되며, 제2 증착 물질을 방사하는 제2 증착원을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 증착 물질 회수 장치에 있어서, 상기 제1 증착 물질은 제1 기화점을 가지고, 상기 제2 증착 물질은 상기 제1 기화점보다 높은 제2 기화점을 가질때, 상기 챔버는 상기 내부 온도를 상기 제1 기화점 보다 낮지 않고 상기 제2 기화점 보다 높지 않은 온도 및 상기 제2 기화점 보다 낮지 않은 온도로 각각 소정의 시간차를 두고 순차적으로 가열하는 상기 챔버; 상기 냉각 회수 장치는 상기 각각 기화된 상기 제1 증착 물질 또는 상기 제2 증착 물질을 냉각하여 회수하는 상기 냉각 회수 장치; 및 상기 캐리어 가스는 상기 제1 증착 물질 기화시 제1 캐리어 가스를 주입하고 상기 제2 증착 물질 기화시 제2 캐리어 가스를 주입하는 상기 캐리어 가스를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 캐리어 가스의 온도는 제1 기화점 보다 낮지 않고 제2 기화점보다 높지 않고 또한 상기 제2 캐리어 가스의 온도는 제2 기화점 보다 낮지 않게 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 배치 하고, 상기 차단벽 어셈블리가 배치된 주위 온도를 상승시켜 상기 증착 물질을 기화시키는 단계; 캐리어 가스를 유입하여 상기 기화된 증착 물질이 상기 캐리어 가스의 흐름을 따라 냉각 회수 장치로 이동하는 단계; 및 상기 냉각 회수 장치에서 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 냉각하여 상기 증착 물질을 회수하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법을 제공한다.
여기서, 상기 냉각 회수 단계는 상기 입구를 통해 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 유입하는 단계; 상기 유입된 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질를 냉각 매체와 열전달을 통해 냉각하는 단계; 상기 냉각으로 상기 기화된 증착 물질이 고체의 상기 증착 물질로 상변화 하는 단계; 및 상기 고체의 증착 물질을 회수는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 증착 물질은 제1 증착 물질과 제2 증착 물질을 구비하며 상기 제1 증착 물질은 제1 기화점을 가지며 상기 제2 증착 물질은 상기 제1 기화점보다 높은 제2 기화점을 가질 수 있다.
여기서, 상기 증착 물질 회수 방법은 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 배치하고 상기 주위 온도를 상기 제1 기화점보다 낮지 않고 상기 제2 기화점 보다 높지 않은 온도로 가열하여 상기 제1 증착 물질을 기화시키고, 제1 캐리어 가스를 유입하여 상기 기화된 제1 증착 물질을 상기 제1 캐리어 가스의 흐름에 따라 상기 냉각 회수 장치로 이동시키고, 상기 냉각 회수 장치에서 냉각을 통해 고체의 상기 제1 증착 물질을 회수하고, 상기 주위 온도를 상기 제2 기화점보다 낮지 않은 온도로 가열하여 상기 제2 증착 물질을 기화시키고, 상기 제2 캐리어 가스를 유입하여 상 기 기화된 제2 증착 물질을 상기 제2 캐리어 가스의 흐름에 따라 상기 냉각 회수 장치로 이동시키고, 상기 냉각 회수 장치에서 냉각을 통해 고체의 상기 제2 증착 물질을 회수하되, 상기 유입되는 상기 제1 캐리어 가스의 온도는 제1 기화점보다 낮지 않고 제2 기화점보다 높지 않고, 상기 제2 캐리어 가스의 온도는 제2 기화점보다 낮지 않게 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법에 의하면, 대형 기판 양산 공정에서 증착 물질을 용이하게 재활용 할 수 있으므로 기판의 대형화에 따른 증착 물질 비용이 감소하는 효과를 가지게 된다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 설명한 이후, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리에서 증착 물질을 회수하는 장치 및 그 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 개략적 사시도이다. 도 2는 도 1의 실시예의 개략적인 측면도이다. 도 3은 도 1의 실시예의 개략적인 평면도이다. 도 4는 도 1의 실시예에서 증착 물질이 증착되고 있는 상태를 도시한 개략적 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치(100)는 증착원(110), 제1 노즐(120), 차단벽 어셈블리(130), 제2 노즐(150), 제2 노즐 프레임(155) 및 기판(160)을 포함한다.
증착 챔버(미도시) 내에는 피 증착체인 기판(160)이 배치된다. 상기 기판(160)은 평판 표시장치용 기판이 될 수 있는 데, 다수의 평판 표시장치를 형성할 수 있는 마더 글라스(mother glass)와 같은 대면적 기판이 적용될 수 있다.
증착 챔버 내에서 상기 기판(160)과 대향하는 측에는, 증착 물질(115)이 수납 및 가열되는 증착원(110)이 배치된다. 상기 증착원(110) 내에 수납되어 있는 증착 물질(115)이 기화됨에 따라 기판(160)에 증착이 이루어진다. 상세히, 증착원(110)은 그 내부에 증착 물질(115)이 채워지는 도가니(111)와, 도가니(111)를 가열시켜 도가니(111) 내부에 채워진 증착 물질(115)을 도가니(111)의 일 측, 상세하게는 제1 노즐(120) 측으로 증발시키기 위한 히터(112)를 포함한다.
증착원(110)의 일 측, 상세하게는 증착원(110)에서 기판(160)을 향하는 측에는 제1 노즐(120)이 배치된다. 그리고, 제1 노즐(120)에는, Y축 방향을 따라서 복수 개의 제1 슬릿(121)들이 형성된다. 여기서, 상기 복수 개의 제1 슬릿들(121)은 등 간격으로 형성될 수 있다. 증착원(110) 내에서 기화된 증착 물질(115)은 이와 같은 제1 노즐(120)을 통과하여 피 증착체인 기판(160) 쪽으로 향하게 되는 것이다.
제1 노즐(120)의 일 측에는 차단벽 어셈블리(130)가 구비된다. 차단벽 어셈블리(130)는 복수 개의 차단벽(131)들과, 차단벽(131)들 외측에 구비되는 차단벽 프레임(132)을 포함한다. 여기서, 상기 복수 개의 차단벽(131)들은 Y축 방향을 따라서 서로 나란하게 구비될 수 있다. 그리고, 상기 복수 개의 차단벽(131)들은 등 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 차단벽(131)은 도면에서 보았을 때 XZ평면과 나란하도록, 다시 말하면 Y축 방향에 수직이 되도록 형성된다. 이와 같이 배치된 복수 개의 차단벽(131)들은 제1 노즐(120)과 제2 노즐(150) 사이의 공간을 구획하는 역할을 수행한다.
여기서, 각각의 차단벽(131)들은 서로 이웃하고 있는 제1 슬릿(121)들 사이에 배치될 수 있다. 이는 다시 말하면, 서로 이웃하고 있는 차단벽(131)들 사이에 하나의 제1 슬릿(121)이 배치된다고 볼 수도 있다. 제1 슬릿(121)은 서로 이웃하고 있는 차단벽(131) 사이의 정 중앙에 위치할 수 있다. 이와 같이, 차단벽(131)이 제1 노즐(120)과 제2 노즐(150) 사이의 공간을 구획함으로써, 하나의 제1 슬릿(121)으로 배출되는 증착 물질은 다른 제1 슬릿(121)에서 배출된 증착 물질들과 혼합되지 않고, 제2 슬릿(151)을 통과하여 기판(160)에 증착되는 것이다. 다시 말하면, 차단벽(131)들은 제1 슬릿(121)을 통해 배출되는 증착 물질이 분산되지 않도록 증착 물질의 Y축 방향의 이동 경로를 가이드 하는 역할을 수행한다.
도 1 내지 도 4에서, 설명의 편의를 위해 증착 챔버를 도시하지 않았지만, 도 1 내지 도 4의 모든 구성은 적절한 진공도가 유지되는 증착 챔버 내에 배치될 수 있다. 이는 증착 물질의 직진성을 확보하기 위함이다.
한편, 상기 복수 개의 차단벽(131)들의 외측으로는 차단벽 프레임(132)이 더 구비될 수 있다. 차단벽 프레임(132)은, 복수 개의 차단벽(131)들의 상하면에 각각 구비되어, 복수 개의 차단벽(131)들의 위치를 지지하는 동시에, 제1 슬릿(121)을 통해 배출되는 증착 물질이 분산되지 않도록 증착 물질의 Z축 방향의 이동 경로를 가이드 하는 역할을 수행한다.
도 4를 참조하면, 증착원(110)에서 방출된 증착 물질(115)이 제1 노즐(120) 및 제2 노즐(150)을 통과하여 기판(160)에 원하는 패턴으로 증착하게 된다. 또한 차단벽(131) 및 제2 노즐(150)의 온도가 증착원(110) 온도보다 충분히 낮아야(약 100°이하) 제1 노즐(120)과 제2 노즐(150) 사이의 공간을 고진공 상태로 유지할 수 있다. 이와 같이, 차단벽 어셈블리(130)와 제2 노즐(150)의 온도가 충분히 낮으면, 원하지 않는 방향으로 방사되는 증착 물질(115)은 모두 차단벽 어셈블리(130) 면에 흡착되어서 증착 물질 간의 충돌이 발생하지 않아서 증착 물질의 직진성을 확보할 수 있게 되는 것이다. 이때 차단벽 어셈블리(130)는 고온의 증착원(110)을 향하고 있고, 증착원(110)과 가까운 곳은 최대 167° 가량 온도가 상승하기 때문에, 필요할 경우 부분 냉각 장치가 더 구비될 수 있다. 이를 위하여, 차단벽 어셈블리(130)에는 냉각 부재가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 노즐(150)은 종래의 파인 메탈 마스크(FMM) 특히 스트라이프 타입(stripe type)의 마스크의 제조 방법과 동일한 방법인 에칭을 통해 제작될 수 있다. 이 경우, 기존 FMM 증착 방법에서는 FMM 크기가 기판 크기와 동일하게 형성되어야 한다. 따라서, 기판 사이즈가 증가할수록 FMM도 대형화되어야 하며, 따라서 FMM 제작이 용이하지 않고, FMM을 인장하여 정밀한 패턴으로 얼라인(align) 하기도 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치(100)의 경우, 박막 증착 장치(100)가 챔버(미도시)내에서 Z축 방향으로 이동하면서 증착이 이루어진다. 다시 말하면, 박막 증착 장치(100) 혹은 기판(160)이 Z축 방향으로 상대적으로 이동하면서 연속적으로 증착을 수행하게 된다. 따라서, 본 발명의 박막 증착 장치(100)에서는 종래의 FMM에 비하여 훨씬 작게 제2 노즐(150)을 만들 수 있다. 즉, 본 발명의 박막 증착 장치(100)의 경우, 제2 노즐(150)의 Y축 방향으로의 폭과 기판(160)의 Y축 방향으로의 폭만 동일하게 형성되면, 제2 노즐(150)의 Z축 방향의 길이는 기판(160)의 길이보다 작게 형성될 수 있는 것이다. 이와 같이, 종래의 FMM에 비하여 훨씬 작게 제2 노즐(150)을 만들 수 있기 때문에, 본 발명의 제2 노즐(150)은 그 제조가 용이하다. 즉, 제2 노즐(150)의 에칭 작업이나, 그 이후의 정밀 인장 및 용접 작업, 이동 및 세정 작업 등 모든 공정에서, 작은 크기의 제2 노즐(150)이 FMM 증착 방법에 비해 유리하다. 또한, 이는 디스플레이 장치가 대형화될수록 더욱 유리하게 된다.
또한, 도 1 내지 도 3에 따르면 기판(160)이 Z축에 수평하도록 도시되어 있으나 본 발명은 이에 제한되지 아니하며 예를 들어, 기판(160)은 X축에 수평하도록배치 될 수 있다. 즉 박막 증착 장치(100)가 X축 방향과 수평하게 배치되고 박막 증착 장치(100)가 X축 방향으로 이동하면서 증착이 이루어질 수 있다. 다시 말하면, 박막 증착 장치(100) 혹은 기판(160)이 X축 방향으로 상대적으로 이동하면서 연속적으로 증착을 수행할 수 있다.
한편, 상기 차단벽 어셈블리(130)는 박막 증착 장치(100)로부터 분리 가능하도록 형성될 수 있다.도 1 내지 도 4에 도시된 박막 증착 장치(100)에서는 차단벽 어셈블리(130)를 이용하여 증착 공간을 외부 공간과 분리하였기 때문에, 기판(160)에 증착되지 않은 증착 물질은 대부분 차단벽 어셈블리(130) 내에 증착된다. 따라서, 장시간 증착 후, 차단벽 어셈블리(130)에 증착 물질이 많이 쌓이게 되면, 차단벽 어셈블리(130)를 박막 증착 장치(100)로부터 분리한 후, 별도의 증착 물질 회수 방법을 통하여 증착 물질을 회수할 수 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 증착 물질 재활용률을 높임으로써 증착 효율이 향상되고 제조 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
이제, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리(130)에서 증착 물질을 회수하는 장치 및 그 방법을 설명한다.
도 5는 도 1의 실시예에 따라 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리에서 증착 물질을 회수하는 장치에 대한 개략적 개념도이다. 도 6은 도 5의 실시예에서 냉각 회수 장치의 구동 원리에 대한 개략적 개념도이다. 도 7은 도 5의 실시예에 따른 증착 물질 회수 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 증착 물질 회수 장치는 회수 챔버(200) 및 냉각 회수 장치(240) 구비한다.
또한, 회수 챔버(200)는 회수 챔버 입구(210) 및 회수 챔버 출구(220)를 구비하고, 회수 챔버 입구(210)에 캐리어 가스(230)를 유입하여 회수 챔버(200)를 거쳐 회수 챔버 출구(220)로 유출하는 구조를 구비한다. 단, 회수 챔버(200)의 구조는 도 5의 실시예에 제한되지 않으며 당업자라면 다양한 구조가 가능함을 알 것이 다.
도 6을 참조하면, 냉각 회수 장치(240)는 회수 챔버 출구(220)를 냉각 회수장치의 입구로 구비하고, 냉각 회수 장치 출구(250) 및 냉각 매체(260)를 구비한다. 이때, 회수 챔버 출구(220)를 통해 유입된 가스는 냉각 매체(260)를 지나 냉각 회수 장치 출구(250)로 유출되는 구조를 가진다.
도 7을 참조하여 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리(130)에서 증착 물질을 회수하는 방법을 설명한다. 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리(130)를 내부에 배치하고, 배치 후 회수 챔버(200)의 내부 온도를 상승시켜 차단벽 어셈블리(130)에 증착된 증착 물질을 기화시킨다(S301). 이때, 회수 챔버(200) 내부의 온도를 상승시키는 방법으로 챔버(200)를 외부에서 가열하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 회수 챔버(200)는 증착 물질의 기화점에 따라 회수 챔버(200) 내부의 온도를 다양하게 조절할 수 있고, 회수 챔버(200)는 적어도 증착 물질이 기화하는 온도 이상으로 가열하여 유지할 수 있다. 여기서, 증찰 물질이 기화하는 소정의 온도는 예를 들어 300°C 일 수 있다.
회수 챔버(200) 내부의 온도가 상승되어 차단벽 어셈블리(130)에 증착된 증착 물질이 기화되면, 회수 챔버(200) 내에 캐리어 가스(230)를 회수 챔버 입구(210)로 유입하여 회수 챔버(200) 내부를 거쳐 회수 챔버 출구(220)로 유출되도록 한다. 이와 같이, 유입 및 유출된 캐리어 가스(230)의 흐름을 통해 기화된 증착 물질이 회수 챔버 출구(220)로 유출된다(S302). 이때, 캐리어 가스(230)의 온도는 회수 챔버(200)의 내부 온도보다 낮지 않게 구성될 수 있다. 여기서, 캐리어 가 스(230)는 예를 들어 N2 가스로 구성될 수 있다.
캐리어 가스(230)의 흐름을 통해 증착 물질과 캐리어 가스(230)는 회수 챔버 출구(220)를 통해 냉각 회수 장치(240)에 유입된다. 냉각 회수 장치(240)는 분리점(255)에서 상부 프라스크(flask)(251)와 하부 프라스크(252)로 분리가 가능한 프라스크(253)를 구비한다. 하부 프라스크(252)는 냉각 매체(260)에 잠겨있는 구조로 되어 있다. 이때, 냉각 매체(260)는 예를 들어 액체 N2로 구성될 수 있다. 그러나 당업자라면 이에 제한되지 않으며 다양한 매체로 냉각 매체(260)를 구성할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
캐리어 가스(230)와 기화된 증착 물질이 프라스크(253)에 유입되면, 유입된 기체는 유동의 흐름이 아래 방향에서 윗 방향으로 하부 프라스크(252)에서 전환되며, 이러한 전환 과정에서 기화된 증착 물질과 저온의 냉각 매체(260)가 프라스크(253)의 벽을 통하여 열전달 및 열평형을 이루게 된다. 이러한 열전달 및 열평형 과정을 통하여 기화된 증착 물질과 캐리어 가스(230)의 열에너지가 냉각 매체(260)로 전달되고, 기화된 증착 물질의 온도가 낮아져 고체로 상변화를 하게 된다. 이와 같이 상변화된 고체의 증착 물질은 프라스크(253) 바닥면에 침적된다. 이때, 프라스크(253)가 상부와 하부 프라스크(251, 252)로 분리되므로 고체로 상변화된 증착물질을 용이하게 회수할 수 있으며, 침적된 고체의 증착 물질을 다시 회수하여 재활용시킬 경우 박막 증착 공정상 재료비를 절감할 수 있다. 이와 같은 냉각 회수 장치(240)의 구성은 이에 제한되지 않으며 당업자라면 다양한 변경을 통하여 구성 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 5를 참조하면, 회수 챔버(200) 내부에 배치하는 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리(130)는 도 1 내지 도 3에 도시된 차단벽 어셈블리(130)에 제한되지 않는다. 당업자라면 증착 물질이 증착된 다양한 박막 증착 기구를 회수 챔버(200)내에 배치하여 증착 물질을 회수 할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 도 8 내지 도 9는 회수 챔버(200) 내부에 배치할 수 있는 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리의 다른 예를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라도 1 내지 도 3의 차단벽 어셈블리(130)의 일 측에는 제2 차단벽 어셈블리(140)가 더 구비된 제2 박막 증착 장치(400)를 도시하고 있다. 제2 차단벽 어셈블리(140)는 복수 개의 제2 차단벽(141)들과, 제2 차단벽(141)들 외측에 구비되는 제2 차단벽 프레임(142)을 포함한다. 이와 같이 제2 차단벽 어셈블리(140)를 구비하는 이유 중 하나는 고온 상태의 증착원(110)에 의해 차단벽 어셈블리(130)의 온도는 최대 100도 이상 상승하기 때문에, 상승된 차단벽 어셈블리(130)의 온도가 제2 차단벽 어셈블리(140) 및 제2 노즐(150)로 전도되지 않도록 하기 위하여, 차단벽 어셈블리(130)와 제2 차단벽 어셈블리(140)를 분리하기 위해서이다. 이와 같은 제2 차단벽 어셈블리(140)에 증착된 증착 물질을 회수하기 위해서도 차단벽 어셈블리(130)에서 증착 물질을 회수하는 과정과 동일하게, 도 5에서 회수 챔버(200)내에 배치하여 도 7에 도시된 흐름도에 따라 증착 물질을 회수 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 두 개의 증착 물질을 증착하는 제3 박막 증착 장치(500)를 도시하는 개략적 사시도이다. 도 9를 참조하면, 제3 박막 증착 장치(500)는, 호스트 물질(514)을 증착하는 제1 증착원(511)과 도펀트 물질(519)을 증착하는 제2 증착원(516)을 구비하여, 기판(560)상에 호스트 물질(514)과 도펀트 물질(519)을 동시에 증착한다. 증착과정 중에 호스트 물질(514)과 도펀트 물질(519)은 제3 차단벽(531)과 제3 차단벽 프레임(532)으로 구성된 제3 차단벽 어셈블리(530) 상에 증착되게 된다.
여기서, 호스트 물질(514)과 도펀트 물질(519)이 증착된 제3 차단벽 어셈블리(530)를 도 5에 도시된 회수 챔버(200) 내부에 배치하여 호스트 물질(514)과 도펀트 물질(519)을 회수 할 수 있다.
도 10은 두 개의 증착 물질이 증착된 제3 차단벽 어셈블리(530)에서 증착 물질을 회수하는 방법의 흐름도이다. 여기서, 호스트 물질(514)이 제1 기화점을 가지고, 도펀트 물질(519)이 제2 기화점을 가진다고 할 때, 제2 기화점이 제1 기화점보다 더 높다고 가정한다. 단, 제2 기화점이 제1 기화점보다 낮은 경우는 후술한다. 회수 챔버(200)내에 제3 차단벽 어셈블리(530)을 배치하고 회수 챔버(200) 내부 온도를 제1 기화점보다 낮지 않고 제2 기화점 보다 높지 않은 온도로 가열한다. 회수 챔버(200)의 내부온도가 제1 기화점보다 낮지 않으므로 호스트 물질(514)이 기화하고 제2 기화점 보다 높지 않으므로 도펀트 물질(519)은 기화하지 않는다(S601). 이때, 회수 챔버(200)에 제1 캐리어 가스를 회수 챔버 입구(210)로 유입하여 회수 챔버(200) 내부를 거쳐 회수 챔버 출구(220)로 유출되도록 한다. 이와 같이, 유입 및 유출된 제1 캐리어 가스의 흐름을 통해 기화된 호스트 물질(514)이 회수 챔버 출구(220)로 유출된다(S602). 이때, 제1 캐리어 가스의 온도는 회수 챔버(200)의 내부 온도와 유사하게, 즉 제1 기화점보다 낮지 않고 제2 기화점 보다 높지 않게 구성할 수 있다. 제1 캐리어 가스의 흐름을 통해 호스트 물질(514)과 제1 캐리어 가스는 회수 챔버 출구(220)를 통해 냉각 회수 장치(240)에 유입된다. 냉각 회수 장치(240)에서 냉각 매체(260)와 열전달과 열평형을 통하여 고체의 호스트 물질(514)을 회수할 수 있다.
이후, 회수 챔버(200)내에 내부 온도를 제2 기화점 보다 낮지 않은 온도로 가열한다. 회수 챔버(200)의 내부온도가 제2 기화점보다 낮지 않으므로 도펀트 물질(519)이 기화한다(S604). 이때, 회수 챔버(200)에 제2 캐리어 가스를 회수 챔버 입구(210)로 유입하여 회수 챔버(200) 내부를 거쳐 회수 챔버 출구(220)로 유출되도록 한다. 이와 같이, 유입 및 유출된 제2 캐리어 가스의 흐름을 통해 기화된 도펀트 물질(519)이 회수 챔버 출구(220)로 유출된다(S605). 이때, 제2 캐리어 가스의 온도는 회수 챔버(200)의 내부 온도와 유사하게, 즉 제2 기화점보다 낮지 않은 온도를 가질 수 있다. 제2 캐리어 가스의 흐름을 통해 도펀트 물질(519)과 제2 캐리어 가스는 회수 챔버 출구(220)를 통해 냉각 회수 장치(240)에 유입된다. 냉각 회수 장치(240)에서 냉각 매체(260)와 열전달과 열평형을 통하여 고체의 도펀트 물질(519)을 회수할 수 있다. 단, 제1 캐리어 가스와 제2 캐리어 가스는 동일한 성분으로 구성될 수 있다.
만약, 제2 기화점이 제1 기화점보다 낮은 경우에는 회수 챔버(200)를 가열하는 온도의 순서를 변경함으로 호스트 물질(514)과 도펀트 물질(519)을 회수 할 수 있다. 즉, 회수 챔버(200)를 제2 기화점 보다 낮지 않고 제1 기화점보다 높지 않은 온도로 가열하여 도펀트 물질(519)을 먼저 기화시킨다. 이후, 제2 기화점보다 낮지 않고 제1 기화점보다 높지 않은 온도의 제2 캐리어 가스를 회수 챔버(200)내에 유입하고 냉각 회수 장치(240)를 통해 도펀트 물질(519)을 회수 할 수 있다. 이후, 회수 챔버(200)를 제1 기화점보다 낮지 않은 온도로 가열하여 호스트 물질(514)을 기화시킨다. 또한, 제1 기화점보다 낮지 않은 온도의 제1 캐리어 가스를 회수 챔버(200)내에 유입하여 냉각 회수 장치(240)를 통하여 호스트 물질(514)을 회수 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 박막 증착 장치를 이용한 모든 산업에 이용가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 1의 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1의 실시예에서 증착 물질이 증착되고 있는 상태를 도시한 개략적 평면도이다.
도 5는 도 1의 실시예에 따라 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리에서 증착 물질을 회수하는 장치에 대한 개략적 개념도이다.
도 6은 도 5의 실시예에서 냉각 회수 장치의 구동 원리에 대한 개략적 개념도이다.
도 7은 도 5의 실시예에 따른 증착 물질 회수 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1 내지 도 3의 박막 증착 장치의 일 측에 제2 차단벽 어셈블리를 더 구비한 제2 박막 증착 장치의 개략적 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 두 개의 증착 물질을 증착하는 제3 박막 증착 장치를 도시하는 개략적 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시예에서 두 개의 증착 물질을 회수하는 방법의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
100: 박막 증착 장치 110: 증착원
111:도가니 112:히터
115: 증착 물질 120: 제1 노즐
130:차단벽 어셈블리 131: 차단벽
132:차단벽 프레임 150:제2 노즐
155:제2 노즐 프레임 160:기판
200: 회수 챔버 210: 회수 챔버 입구
220:회수 챔버 출구 230:캐리어 가스
240:냉각 회수 장치 250:냉각 회수 장치 출구
253: 프라스크 260:냉각 매체
400: 제2 박막 증착 장치 500:제3 박막 증착 장치
511:제1 증착원 514:호스트 물질
516:제2 증착원 519:도펀트 물질

Claims (20)

  1. 증착 물질을 방사하는 증착원;
    상기 증착원의 일 측에 배치되며, 일 방향을 따라 복수 개의 제1 슬릿들이 형성되는 제1 노즐;
    상기 증착원과 대향되게 배치되고, 상기 일 방향을 따라 복수 개의 제2 슬릿들이 형성되는 제2 노즐;
    상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 사이의 공간을 구획하도록 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 차단벽들을 구비하는 차단벽 어셈블리; 및
    상기 차단벽 어셈블리 상에 증착된 상기 증착 물질을 회수하는 증착 물질 회수 장치를 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증착 물질 회수 장치는
    증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 내부에 배치하고, 내부 온도를 상승시켜 상기 증착 물질을 기화시키는 챔버;
    상기 기화된 상기 증착 물질을 냉각하여 상기 증착 물질을 회수하는 냉각 회수 장치; 및
    상기 기화된 상기 증착 물질이 상기 냉각 회수 장치로 이동하도록 상기 챔버에 주입하는 캐리어 가스를 포함하는 박막 증착 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각 회수 장치는
    상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 유입하는 입구;
    상기 유입된 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 열전달을 통해 냉각 시키는 냉각 매체;
    상기 캐리어 가스를 유출 시키는 출구; 및
    상체와 하체로 분리 가능하고, 상기 입구와 상기 출구를 연결하며 상기 냉각 매체와 접하고 상기 기화된 증착 물질이 고체의 상기 증착 물질로 상변화되는 프라스크;를 포함하는 박막 증착 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 액체 N2로 구성된 박막 증착 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 증착 물질을 기화시키기 위하여 상기 챔버를 외부에서 가열하여 상기 챔버의 상기 내부 온도를 상승시키는 박막 증착 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 챔버는 입구와 출구를 구비하여 상기 입구에서 상기 캐리어 가스가 유입되고 상기 출구에서 상기 캐리어 가스가 유출되는 박막 증착 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 챔버의 상승된 상기 내부 온도는 300°C 보다 낮지 않은 박막 증착 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 증착 물질을 기화시키기 위하여 상기 챔버의 상기 내부 온도를 상기 증착 물질이 기화 가능한 소정의 온도로 조절 및 유지하는 박막 증착 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 유입되는 상기 캐리어 가스의 온도는 상기 상승된 상기 내부 온도보다 낮지 않은 박막 증착 장치.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 N2가스로 구성된 박막 증착 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 차단벽 어셈블리는 상기 박막 증착 장치로부터 분리 가능한 박막 증착 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 차단벽 어셈블리는
    상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 사이의 공간을 구획하도록 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 차단벽들을 구비하며 분리가능한 제1 차단벽 어셈블리; 및
    상기 제1 차단벽 어셈블리의 일 측에 배치되며, 상기 일 방향을 따라 배치된 복수 개의 제2 차단벽들을 구비하는 제2 차단벽 어셈블리를 포함하고 상기 제1 차단벽 어셈블리와 상기 제2 차단벽 어셈블리는 각각 상기 박막 증착 장치로부터 분리 가능한 박막 증착 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 증착원, 상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐 및 상기 차단벽 어셈블리는 상기 증착물질이 증착되어 박막을 형성하는 피 증착체에 대하여 상대적으로 이동한 박막 증착 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 증착원은 제1 증착 물질을 방사하는 제1 증착원; 및
    상기 제1 증착원과 나란하게 배치되며, 제2 증착 물질을 방사하는 제2 증착원을 포함하는 박막 증착 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 증착 물질 회수 장치에 있어서,
    상기 제1 증착 물질은 제1 기화점을 가지고, 상기 제2 증착 물질은 상기 제1 기화점보다 높은 제2 기화점을 가질 때,
    상기 챔버는 상기 내부 온도를 상기 제1 기화점 보다 낮지 않고 상기 제2 기화점 보다 높지 않은 온도 및 상기 제2 기화점 보다 낮지 않은 온도로 각각 소정의 시간차를 두고 순차적으로 가열하는 상기 챔버;
    상기 냉각 회수 장치는 상기 각각 기화된 상기 제1 증착 물질 또는 상기 제2 증착 물질을 냉각하여 회수하는 상기 냉각 회수 장치; 및
    상기 캐리어 가스는 상기 제1 증착 물질 기화시 제1 캐리어 가스를 주입하고 상기 제2 증착 물질 기화시 제2 캐리어 가스를 주입하는 상기 캐리어 가스를 포함하는 박막 증착 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어 가스의 온도는 제1 기화점 보다 낮지 않고 제2 기화점보다 높지 않고 또한 상기 제2 캐리어 가스의 온도는 제2 기화점 보다 낮지 않은 박막 증착 장치.
  17. 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 배치하고, 상기 차단벽 어셈블리가 배치된 주위 온도를 상승시켜 상기 증착 물질을 기화시키는 단계;
    캐리어 가스를 유입하여 상기 기화된 증착 물질이 상기 캐리어 가스의 흐름을 따라 냉각 회수 장치로 이동하는 단계; 및
    상기 냉각 회수 장치에서 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 냉각하여 상기 증착 물질을 회수하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 냉각 회수 단계는,
    상기 입구를 통해 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질을 유입하는 단계;
    상기 유입된 상기 캐리어 가스와 상기 기화된 증착 물질를 냉각 매체와 열전달을 통해 냉각하는 단계;
    상기 냉각으로 상기 기화된 증착 물질이 고체의 상기 증착 물질로 상변화 하는 단계; 및
    상기 고체의 증착 물질을 회수는 단계를 더 포함하는 박막 증착 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 증착 물질은 제1 증착 물질과 제2 증착 물질을 구비하며 상기 제1 증착 물질은 제1 기화점을 가지며 상기 제2 증착 물질은 상기 제1 기화점보다 높은 제2 기화점을 가지는 박막 증착 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 증착 물질 회수 방법은 증착 물질이 증착된 차단벽 어셈블리를 배치하고 상기 주위 온도를 상기 제1 기화점보다 낮지 않고 상기 제2 기화점 보다 높지 않은 온도로 가열하여 상기 제1 증착 물질을 기화시키고, 제1 캐리어 가스를 유입하여 상기 기화된 제1 증착 물질을 상기 제1 캐리어 가스의 흐름에 따라 상기 냉각 회수 장치로 이동시키고, 상기 냉각 회수 장치에서 냉각을 통해 고체의 상기 제1 증착 물질을 회수하고,
    상기 주위 온도를 상기 제2 기화점보다 낮지 않은 온도로 가열하여 상기 제2 증착 물질을 기화시키고, 상기 제2 캐리어 가스를 유입하여 상기 기화된 제2 증착 물질을 상기 제2 캐리어 가스의 흐름에 따라 상기 냉각 회수 장치로 이동시키고, 상기 냉각 회수 장치에서 냉각을 통해 고체의 상기 제2 증착 물질을 회수하되, 상기 유입되는 상기 제1 캐리어 가스의 온도는 제1 기화점보다 낮지 않고 제2 기화점보다 높지 않고, 상기 제2 캐리어 가스의 온도는 제2 기화점보다 낮지 않은 박막 증착 방법.
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