KR20130007221A - 증착 장비의 소스 교환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 증착 장비의 소스 교환 장치는, 도가니 교환수단 및 도가니 공급장치 등을 이용하여 도가니를 용이하게 교환할 수 있도록 구성하여, 증착 공정의 생산성 향상에 기여하고, 도가니를 일정 온도로 미리 가열한 상태에서 공급할 수 있도록 하여 신속하고 효율적인 공정 수행이 가능한 효과를 제공한다.

Description

증착 장비의 소스 교환 장치{Source supply apparatus for evaporation device}
본 발명은 반도체, OLED 등에 박막을 증착하기 위해 사용되는 증착 장비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, OLED 등의 기판을 제조하기 위해서는 박막을 증착하는 증착 장비가 이용된다.
증착 장비는 주로 진공 열 증착장비(Thermal evaporation system)가 이용된다.
진공 열 증착장비는 증착 챔버의 상부에 증착 공간부가 마련되고, 그 하부에 증착 물질을 제공하는 소스(source) 및 이를 가열하여 증착물질을 증발시키는 가열기구가 구비된다.
증착 장비의 소스는 일반적으로 도가니 내에 증착물질이 저장된 구조로 이루어지는데, 종래 소스 공급(또는 교환) 구조는, 도가니가 챔버 내에 고정되게 설치된 상태에서 증착 물질만을 교환 공급하도록 구성되거나, 증착물질이 저장된 도가니 전체를 교환하도록 구성되는 것이 일반적이다.
그러나 도가니가 챔버 내에 고정된 상태에서 증착 물질만 교환하는 구조는 증착 물질의 교환 작업이 쉽지 않을 뿐만 아니라, 사용 시간이 경과함에 따라 도가니 내에 증착 물질이 고착되는 등 도가니 상태도 점차 나빠지는 문제점이 발생된다. 또한 도가니 전체를 교환하는 구조는 챔버를 개방한 상태에서 작업자 등이 수동적으로 교환하는 방식이어서 생산성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도가니를 용이하게 교환할 수 있도록 하여, 생산성 및 증착 품질 향상에 기여할 수 있는 증착 장비의 소스 교환 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 일정 온도로 미리 가열된 도가니를 공급할 수 있도록 구성하여 신속하고 효율적인 공정 수행이 가능하도록 하는 증착 장비의 소스 교환 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 증착 장비의 소스 교환 장치는, 기판에 증착물질을 증착시키도록 이루어진 증착 챔버와; 상기 증착 챔버의 내측에 구비되어 상기 기판에 증착물질을 분사하는 분사기구와; 상기 분사기구에 증착물질을 공급하되, 상기 분사기구에 교환이 가능하도록 결합되는 도가니와; 상기 분사기구와 도가니가 결합되는 위치에 구비되어 상기 도가니를 가열하는 가열장치와; 상기 도가니를 이동시켜 상기 분사기구에 도가니를 결합 및 분리시키는 도가니 교환수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 분사기구는, 증착물질을 분사하는 노즐과, 이 노즐과 연결되어 도가니가 결합되는 커플링을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도가니 교환수단은 도가니를 잡아주는 도가니 홀더와, 이 도가니 홀더를 직선 이동시키는 승강 기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 증착 챔버 바깥쪽에는 상기 증착 챔버에 구비된 게이트를 통해 도가니가 공급 및 배출하는 도가니 공급장치가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 도가니 공급장치는 상기 증착 챔버와 게이트 밸브를 사이에 두고 배치된 보조 챔버 내에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 도가니 공급장치는 도가니를 일정 온도로 예비 가열한 후에 상기 증착 챔버 내로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 도가니 공급장치는 복수의 도가니가 위치되는 대기 스테이지와, 이 대기 스테이지에서 도가니를 상기 증착 챔버 내로 이송하는 이송 장치를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 대기 스테이지는 베이스 상에 회전 프레임이 회전 가능하게 구성되고, 상기 회전 프레임은 상기 이송 장치에 의해 이송될 도가니가 대기하는 제1플레이트와, 제1플레이트의 상부에 위치되어 도가니가 예비 가열되는 제2플레이트, 도가니를 제1플레이트 및 제2플레이트 중 어느 하나로 위치를 변경하는 엎다운 기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 이송 장치는 이송 베이스와, 이 이송 베이스 상에서 회전 가능하도록 설치된 회전 블록과, 이 회전 블록 상에 구비되어 직선 이동하는 아암과, 이 아암의 끝단에 구비되어 도가니를 잡아주는 핑거를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 증착 장비의 소스 교환 장치는, 도가니 교환수단 및 도가니 공급장치 등을 이용하여 도가니를 용이하게 교환할 수 있도록 구성되기 때문에 증착 공정의 생산성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도가니 공급장치에서 도가니를 일정 온도로 미리 가열한 상태에서 공급할 수 있도록 구성되기 때문에 신속하고 효율적인 공정 수행이 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증착 장비의 소스 교환 장치가 도시된 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에서 증착 챔버의 내부 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 보조 챔버의 내부 구성을 보여주는 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 보조 챔버의 평면 구성을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명에 따른 소스 공급 및 교환 구조가 도시된 순서도면들이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 증착 장비의 소스 교환 장치의 일 실시예를 보여주는 전체 구성도이다.
도 1에서 도면부호 10은 기판(S)이 도입되어 유기물질 등의 증착이 이루어지는 증착 챔버이고, 도면부호 20은 증착 챔버(10)에 소스 등을 제공하는 보조 챔버를 나타낸다. 그리고 도면부호 15는 증착 챔버(10)와 보조 챔버(20) 사이에 구비되어 두 챔버 사이를 개폐하는 게이트 밸브를 나타낸다.
증착 챔버(10)는 그 내부 상측 공간에 기판(S)이 위치될 수 있도록 구성되고, 하측 공간에 증착 물질을 공급하는 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성될 수 있다.
하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하측 공간에 기판(S)이 위치되고 상측 공간에 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성되거나, 기판(S)이 수직 또는 경사 방향으로 배치된 상태에서 기판(S)의 앞쪽에 증착물질 공급장치(30)가 위치되게 구성되는 것도 가능하다. 이러한 기판(S) 및 증착물질 공급장치(30)의 배치 구성은 실시 조건에 따라 공지의 구조를 이용하여 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도면에 예시하지는 않았지만, 기판(S)은 마스크와 합착된 상태에서 프레임 등의 지지 구조물 또는 이송 구조물에 지지된 상태로 증착 챔버(10) 내에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 증착 챔버(10)의 내부에는 기판(S)에 증착되는 막두께를 측정할 수 있는 막두께 측정장치를 비롯하여 증착 공정을 위한 여러 공지 구성이 구비될 수 있다.
이제, 상기한 증착물질 공급장치(30) 및 도가니(37)의 교환 가능한 구조에 대하여 자세히 설명한다.
증착물질 공급장치(30)는, 도 2를 참조하면, 증착물질이 저장된 용기인 도가니(37), 도가니(37)를 잡아주는 도가니 홀더(40) 및 승강기구(42), 도가니(37)를 가열하는 가열장치(35), 이 도가니(37)가 결합되어 증착 물질이 분사되는 분사기구(31) 등으로 구성된다.
분사기구(31)는, 기판 방향으로 다수의 분사홀이 형성되어 증착물질을 분사하는 노즐(32)과, 도가니(37)가 결합되는 부분에 구비되는 커플링(33)과, 이 커플링(33)과 노즐(32) 사이에 연결하는 연결관체(34) 또는 연결통체로 구성될 수 있다.
도가니(37)는 도가니 홀더(40)에 고정됨과 아울러 상기 분사기구(31)에 결합 및 분리될 수 있도록 구성된다.
도가니(37)는 그 상단부에 상대적으로 좁은 출구가 형성되어 상기 분사기구와 연결된 커플링(33)에 결합될 수 있게 구성되는 것이 바람직하다. 이때 도가니(37)와 커플링(33)의 결합 구조는 도가니가 수직 방향 등으로 직선 이동함에 따라 서로 끼워지는 구조 등 공지의 결합구조를 이용하여 구성할 수 있으므로 구체적인 도면 예시 및 설명은 생략한다.
도가니 홀더(40)는 도가니(37)를 고정(또는 홀딩)한 상태에서, 승강기구(42)에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때 도가니 홀더(40)는 도가니(37)가 상기 분사기구(31)의 커플링(33)에 결합 및 분리하기 위해 이동되는 방향으로 도가니(37)를 구속하고, 후술할 이송 장치(70)에 의해 도가니(37)를 이동시키는 방향에 대해서는 구속하지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도가니(37)에는 수평 방향으로 결합홈 또는 결합돌기가 형성되고, 이 결합홈 또는 돌기에 도가니 홀더(40)의 핑거가 삽입됨으로써 도가니(37)를 상하 이동시킬 수 있도록 구성할 수 있다.
도가니 홀더(40)를 승강시키는 승강기구(42)는 모터, 실린더 등을 공지의 직선 이동기구 또는 수직 운동기구를 이용하여 구성할 수 있다.
이와 같은 도가니 홀더(40) 및 승강기구(42)는 본 발명에 따른 도가니 교환수단을 구성하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 승강기구(42)가 작동하여 도가니 홀더(40)가 상승하게 되면, 도가니 홀더(40)에 고정된 도가니(37)도 함께 상승하면서 도가니(37)의 출구가 커플링(33)에 결합되고, 반대로 승강기구(42) 및 도가니 홀더(40)가 하강하면, 도가니(37)도 하강하면서 커플링(33)에서 분리될 수 있도록 구성되는 것이다.
한편, 상기 가열장치(35)는 도가니(37)의 둘레에 배치되게 구성되는데 실시 조건에 따라서는 그 높이 조절이 가능하도록 구성하여, 도가니(37) 내의 증발물질의 양에 따라 가열장치(35)의 높이를 조절할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
도면에서 상기 분사기구(31), 가열장치(35) 등을 지지하는 지지 구조물에 대해서는 구체적으로 예시하지 않았으나, 증착 챔버(10) 내에 적절한 지지 구조물을 구성하여 그 위치가 지지될 수 있도록 구성함은 당연하다할 것이다.
그리고 가열장치(35)는 도 2에 은선으로 표시된 바와 같이 분사기구(31)의 하부에 원통형 구조로 연결되게 설치되고, 하부는 도가니(37)가 진입 및 배출될 수 있도록 개방된 구조로 구성될 수 있다.
다음, 보조 챔버(20) 및 이 보조 챔버(20)에 구비되는 도가니 공급장치에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 보조 챔버(20) 내에는 도가니(37)들이 놓여 있는 대기 스테이지(50), 이 대기 스테이지(50)에서 도가니(37)를 상기 증착 챔버(10) 내의 도가니 홀더(40)로 이송하거나 배출하는 이송 장치(70)가 구성된다. 여기서 보조 챔버(20) 내에 구비된 대기 스테이지(50) 및 이송 장치(70) 등이 본 발명에 따른 도가니 공급장치를 구성한다.
대기 스테이지(50), 이송 장치(70)에 대하여 자세히 설명한다.
대기 스테이지(50)는 베이스(51)와, 이 베이스(51)에 지지된 상태에서 회전하는 회전 프레임(52)으로 이루어진다.
베이스(51)는 보조 챔버(20) 밑면에 지지되게 구성될 수 있고, 회전 프레임(52)은 챔버(20) 내에서 상기 베이스(51)에 지지된 상태에서 회전이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때 회전 프레임(52)의 설치를 위해 챔버(20)의 밑면은 개방되고, 베이스(51)와 회전 프레임(52) 사이에는 베어링 구조물이 설치되는 것이 바람직하다. 도면에서는 베이스(51), 아래에서 설명될 회전 기구(54), 엎다운 기구(58) 등 일부 구성이 보조 챔버(20)의 외부에 설치된 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 모두 보조 챔버 내에 구비되게 구성하는 것도 가능하다.
회전 프레임(52)은 상기 이송 장치(70)에 의해 이송될 도가니(37)가 대기하거나 올려지는 제1플레이트(53), 제1플레이트(53)의 상부에 위치되어 도가니(37)가 예비 가열되는 제2플레이트(55), 도가니(37)를 제1플레이트(53) 및 제2플레이트(55) 중 어느 하나로 위치를 변경하는 엎다운 기구(58)로 이루어진다.
제1플레이트(53)는 베이스(51)의 상부에서 모터 등의 회전 기구(54)에 의해 회전하도록 구성되는 것이 바람직하고, 제2플레이트(55)는 제1플레이트(53)의 상부에 지지대(56)로 지지된 상태에서 제1플레이트(53)와 함께 회전하도록 구성되는 것이 바람직하다.
엎다운 기구(58)는 실린더(59)가 제1플레이트(53)에 지지되게 설치된 상태에서 실린더 로드(60)의 상단부에 구비된 받침대(62)가 제1플레이트(53)의 상부 또는 제2플레이트(55)의 상부 위치로 이동시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 받침대(62)는 도가니(37)가 안정되게 올려 질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
대기 스테이지(50)는 복수의 도가니(37)가 놓인 상태에서 도가니(37)를 사전에 가열할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 제2플레이트(55)는 도가니(37)가 내재된 상태에서 가열이 이루어지도록 하는 히팅 장치 즉, 복수의 히팅 돔(57)이 각각 구비된다.
따라서 상기 엎다운 기구(58)에 의해 히팅 돔(57) 내부로 도가니(37)가 진입하면, 히팅 돔(57) 내에서 도가니 예비 가열이 이루어지며, 실린더 로드(60)가 하강하게 되면 도가니(37)가 제1플레이트(53) 쪽으로 이동하여 이송 대기 상태에 있도록 구성되는 것이다.
도 3에서 도면 부호 65는 막두께 측정센서를 나타내고, 67은 보조 챔버(20)의 타측을 개폐하는 개폐 장치를 나타낸다.
다음, 이송 장치(70)는 이송 베이스(71)와, 이송 베이스(71) 상에서 회전 가능하도록 설치된 회전 블록(73)과, 이 회전 블록(73) 상에 구비되어 직선 이동하는 아암(75)과, 이 아암(75)의 끝단에 구비되어 도가니(37)를 잡아주는 핑거(76) 등으로 구성된다.
여기서 아암(75)은 상기 회전 블록(71) 상에서 직선 이동하는 다단의 블록 및 이에 연결된 막대 구조로 이루어질 수 있다. 핑거(76)는 도 4에 예시된 바와 같이 도가니(37)의 양측부를 파지 또는 끼워지는 구조로 잡아주도록 듀얼 구조로 구성될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 보조 챔버(20)와 증착 챔버(10) 사이에 구비되는 게이트 밸브(15)는 양쪽 챔버의 개구부 사이에 배치되어 통로를 개폐하도록 구성된 것으로서, 통상적으로 챔버와 챔버 사이에, 또는 챔버의 입출구 쪽에 설치되어 개폐하는 공지의 개폐 밸브를 이용하여 구성할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 도 5a 내지 도 5g를 참조하여, 소스 공급 및 교환 방법에 대하여 설명한다.
도 5a를 참조하면, 도가니 대기 상태에서는 도가니(37)들이 제2플레이트(55)의 히팅 돔(57) 내에 위치되어 도가니 예비 가열이 이루어진다. 이때에는 엎다운 기구(58)의 실린더 로드(60) 및 받침대(62)가 상승한 상태에 있게 된다.
이와 같은 상태에서 증착 챔버(10)에 도가니를 공급하기 위해서는 도 5b에서와 같이 엎다운 기구(58)의 실린더 로드(60)를 하강시켜, 받침대(62) 및 그 위에 올려진 도가니(37)를 제1플레이트(53)의 상부 위치로 하강시킨다.
이후, 도 5c에서와 같이 이송장치(70)의 아암(75)이 전진하여 도가니(37)를 파지한다. 이때 핑거(76)가 도가니(37)의 하부에 결합된다.
이후, 도 5d에서와 같이 이송장치(70)의 아암(75)이 후진하고, 도 5e에서와 같이 이송 베이스(71)를 중심으로 회전 블록(73)이 180도 회전함으로써 아암(75) 및 도가니(37)가 반대쪽으로 이송된다.
다음, 보조 챔버(20)와 증착 챔버(10) 사이의 게이트 밸브(15)가 개방된 상태에서 도 5f에서와 같이 이송장치(70)의 아암(75)이 증착 챔버(10) 내로 진입하고, 계속 전진하여 도가니 홀더(40)에 도가니(37)를 삽입한다.
다음, 도가니(37)가 삽입된 도가니 홀더(40)가 승강 기구(42)의 작동으로 상승하게 되면, 도 5g에 도시된 바와 같이 도가니(37)의 상측 출구가 분사기구(31)의 커플링(33)에 결합된다. 그리고 이송장치(70)의 아암(75)은 보조 챔버(20)로 복귀하고, 게이트 밸브(15)는 닫히게 된다.
이와 같은 상태에서 가열 장치(35)를 이용하여 도가니(37)를 가열함으로써 도가니 내부의 증착물질이 증발하고, 이렇게 증발된 증착물질은 노즐(31)을 통해 기판(S) 쪽으로 분사됨으로써 증착 공정이 이루어지게 된다.
증착 공정이 완료되거나, 도가니 교환 필요성이 있을 때는 상기와 도가니 공급 방법과 반대로 작동하여, 증착 챔버(10)에서 보조 챔버(20) 쪽으로 도가니(37)를 배출하고, 다시 필요한 도가니(37)를 보조 챔버(20)에서 증착 챔버(10)에 공급하는 과정을 진행한다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 기판에 증착물질을 증착시키도록 이루어진 증착 챔버와;
    상기 증착 챔버의 내측에 구비되어 상기 기판에 증착물질을 분사하는 분사기구와;
    상기 분사기구에 증착물질을 공급하되, 상기 분사기구에 교환이 가능하도록 결합되는 도가니와;
    상기 분사기구와 도가니가 결합되는 위치에 구비되어 상기 도가니를 가열하는 가열장치와;
    상기 도가니를 이동시켜 상기 분사기구에 도가니를 결합 및 분리시키는 도가니 교환수단을 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 분사기구는, 증착물질을 분사하는 노즐과, 이 노즐과 연결되어 도가니가 결합되는 커플링을 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 도가니 교환수단은 도가니를 잡아주는 도가니 홀더와, 이 도가니 홀더를 직선 이동시키는 승강 기구를 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 증착 챔버 바깥쪽에는 상기 증착 챔버에 구비된 게이트를 통해 도가니가 공급 및 배출하는 도가니 공급장치가 구비된 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  5. 청구항4에 있어서,
    상기 도가니 공급장치는 상기 증착 챔버와 게이트 밸브를 사이에 두고 배치된 보조 챔버 내에 구비된 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  6. 청구항4에 있어서,
    상기 도가니 공급장치는 도가니를 일정 온도로 예비 가열한 후에 상기 증착 챔버 내로 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  7. 청구항4에 있어서,
    상기 도가니 공급장치는 복수의 도가니가 위치되는 대기 스테이지와, 이 대기 스테이지에서 도가니를 상기 증착 챔버 내로 이송하는 이송 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  8. 청구항7에 있어서,
    상기 대기 스테이지는 베이스 상에 회전 프레임이 회전 가능하게 구성되고,
    상기 회전 프레임은 상기 이송 장치에 의해 이송될 도가니가 대기하는 제1플레이트와, 제1플레이트의 상부에 위치되어 도가니가 예비 가열되는 제2플레이트, 도가니를 제1플레이트 및 제2플레이트 중 어느 하나로 위치를 변경하는 엎다운 기구를 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
  9. 청구항7에 있어서,
    상기 이송 장치는 이송 베이스와, 이 이송 베이스 상에서 회전 가능하도록 설치된 회전 블록과, 이 회전 블록 상에 구비되어 직선 이동하는 아암과, 이 아암의 끝단에 구비되어 도가니를 잡아주는 핑거를 포함한 것을 특징으로 하는 증착 장비의 소스 교환 장치.
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