KR20130072580A - 콜드립을 구비하는 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 증착장치에서 고온의 물질을 증발시키는 증발용기의 지지부위가 개선된 구조를 가지는 증발원에 관한 것이다.
본 발명은 증발용기와; 상기 증발용기의 외주측에 배치되는 증발히터와; 상기 증발히터의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부와; 상기 냉각부에 연결되고 상기 증발용기 상측을 냉각하는 콜드립;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원을 개시한다.

Description

콜드립을 구비하는 증발원{EVAPORATING SOURCE HAVING COLD LIP STRUCTURE}

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 증착장치에서 고온의 물질을 증발시키는 증발용기의 지지부위가 개선된 구조를 가지는 증발원에 관한 것이다.

반도체 소자 또는 평판 디스플레이 소자의 제작에 주로 사용되는 박막 증착장치는 용기 내의 하부에 증착 물질을 담은 도가니를 설치하고, 도가니를 가열하여 내부의 증착 물질을 증발시켜 상부에 위치한 기판에 증착하는 방식으로 박막을 제조하는 장치이다.

일반적으로 박막 증착장치에서 진공 가열 증착 방법을 통하여 박막을 제조하는데, 진공 가열 증착이란 진공 용기 내의 기판 아래에 증발 물질이 담겨있는 도가니를 두고 도가니를 가열하여 증발 물질을 증발시켜 기판에 박막을 코팅하는 방법을 말한다.

이러한 진공 가열 증착에서 증발용기의 증발 물질을 가열시키는 방법에는 열선을 이용한 간접가열, 증발용기에 직접 전기를 흘리는 직접가열 또는 전자선을 이용한 전자선(E-beam) 가열 등의 방법이 사용된다. 이 중에서 열선을 이용하는 간접 가열방식이 증착제어가 안정적이기 때문에 많이 사용되고 있다.

이러한 간접 가열 방식의 증착장치에는 증발용기와 이를 가열할 수 있는 가열부가 필요한데, 일반적으로 원통형 증발용기와 증발용기를 감싸는 필라멘트 방식의 가열부를 많이 사용한다. 상기와 같은 필라멘트를 이용한 간접 가열로 800℃ 정도의 온도로 증발용기를 가열시키는 데에는 큰 어려움이 없으나 그 이상의 가열이 필요한 경우의 증발원을 고온 증발원이라고 일컬을 수 있다. 이러한 고온 증발원은 주로 알루미늄 같은 금속물질이나 무기물을 증착시킬 때 사용하게 된다.

이러한 증발원은 가열 효율과 열에 의한 외부 장치의 보호의 필요성이 제기되는데, 일반적으로 증발용기는 고온의 열을 받기 때문에 온도 변화나 충격에 의해 균열이나 파손이 발생할 우려가 있다.

또한 일반적인 증발원의 구조에서는 내부에 가열부를 감싸는 형태의 방열판을 구비하고, 이러한 방열판이 상측에서 증발용기를 지지하는 구조를 채용하는 경우가 많다.

그런데, 방열판 또는 내부의 증발원을 이루는 구조들이 증발용기에 접촉됨에 따라 불필요하게 증발원의 상측에 높은 열을 전달하는 경우가 발생하고, 증발용기의 상측에 온도가 높은 경우 증발 물질이 끓어 넘치는 문제로 이어지기도 하였다.

이러한 현상으로 인하여 증발원이 오염되어 수명이 단축되거나 기화되지 않은 증발 물질들이 기판에 증착되어 기판의 불량을 야기하기도 하였는데, 박막 증착장치의 증발원에 있어서 원하는 온도를 유지할 수 있고 안정적인 증착이 수행될 수 있는 구조에 대한 요청이 제기된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 증발원에서 증발용기 상측의 온도가 불필요하게 상승하는 것이 방지될 수 있는 구조를 가지고 안정적인 증착공정이 수행될 수 있고 가열용기 및 증발원의 내구성이 향상될 수 있는 구조를 가진 증발원을 제공하는 데 있다.

본 발명은 증발용기와; 상기 증발용기의 외주측에 배치되는 증발히터와; 상기 증발히터의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부와; 상기 냉각부에 연결되고 상기 증발용기 상측을 냉각하는 콜드립;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원을 개시한다.

상기 증발용기는 내부 공간에 증발 물질이 수용되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상단부에서 외주측으로 돌출되는 플랜지부로 이루어지고, 상기 콜드립은 상기 냉각부와 상기 플랜지부 사이를 연결하여 열을 전달할 수 있다.

상기 콜드립은 상기 증발용기의 외주측을 감싸는 원반 형상으로 이루어지고 내주측에서 상기 플랜지부의 저면을 지지할 수 있다.

상기 콜드립은 외주측에서 상측으로 돌출되는 단차부를 포함하고, 상기 단차부는 내주측에서 상기 증발용기의 수평이동을 제한할 수 있다.

상기 콜드립은 상기 증발히터의 상측을 덮도록 배치되어 상측 외부로의 열방출을 차단할 수 있다.

상기 콜드립과 상기 냉각부를 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 증발히터와 상기 냉각부의 사이에 배치되는 원통 형상의 방열판과, 상기 연결부재의 내주측으로 돌출되고 상기 방열판의 수평이동을 제한하는 방열판 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 증발히터는 상기 방열판에 고정되고, 상기 방열판은 상기 증발용기로부터 이격되어 배치될 수 있다.

상기 연결부재는 상기 증발히터의 상측을 덮도록 배치되어 상측 외부로의 열방출을 차단할 수 있다.

상기 콜드립은 상기 연결부재보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

한편 본 발명은 증발용기와; 상기 증발용기의 외주측에 배치되는 증발히터와; 상기 증발히터의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부와; 상기 증발히터와 상기 냉각부 사이에 배치되는 방열판;을 포함하고, 상기 냉각부는 상기 증발용기의 상측을 냉각하여 기화되지 않은 증발 물질이 상기 증발용기의 외부로 넘치는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 증발원을 개시한다.

상기 냉각부의 상단부와 상기 증발용기의 상단부측을 연결하는 콜드립을 포함할 수 있다.

상기 냉각부와 상기 콜드립 사이에 개재되는 연결부재를 포함할 수 있다.

상기 콜드립은 상기 증발용기의 위치를 고정하고, 상기 연결부재는 상기 방열판의 위치를 고정할 수 있다.

상기 콜드립은 상기 연결부재보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 콜드립을 구비하는 증발원은 방열판이 증발용기와 접촉하지 않으므로 직접적인 열전도를 방지할 수 있고, 냉각부의 저온에 의하여 증발용기의 상단부측을 냉각함으로써 증발원의 수명을 향상시키고 증발원을 통한 성막 성능을 개선하며 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 콜드립과 방열판 지지부 또는 연결부재가 증발용기, 방열판 및 증발히터의 위치를 정확하게 결합하고 유지할 수 있도록 하므로 결합 및 사용상의 구조적인 안정성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원을 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원을 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원을 도시한 측단면도이다.

이하 본 발명에 따른 콜드립을 구비하는 증발원에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 콜드립을 구비하는 증발원은 도 1에 나타난 바와 같이 증발용기(200)와; 상기 증발용기(200)의 외주측에 배치되는 증발히터(300)와; 상기 증발히터(300)의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부(100)와; 상기 냉각부(100)에 연결되고 상기 증발용기(200) 상측을 냉각하는 콜드립(110);을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원(10)을 제공한다.

증발원(10)은 진공 가열 증착에 사용되는 장치로서, 진공의 용기(미도시) 내의 기판 아래에 증발 물질이 내부에 수용되는 도가니 형태의 증발용기(200)를 배치하고, 증발용기(200)를 증발히터(300)를 통해 가열하여 증발 물질을 증발시켜 기판에 박막을 코팅하는 장치이다.

본 발명의 증발원(10)은 증발용기(200)를 가열하기 위하여 증발용기(200)의 외주측에 열선 형태의 증발히터(300)를 배치하여 간접가열하는 방식을 사용하는 예가 도시되는데, 상기 증발히터(300)의 배치는 선택에 따라 다양하게 이루어질 수 있다.

상기 증발원(10)은 알루미늄과 같은 금속 물질이나 무기 물질을 증착시키는 데 다양하게 사용될 수 있고, 고온의 증발원 및 저온의 증발원에 모두 적용될 수 있다.

방열판(400)은 상측이 개방된 원통 형상으로 이루어지고 상기 증발용기(200)의 외주측을 감싸도록 배치된다. 더욱 정확하게는 상기 방열판(400)은 증발히터(300)의 외주측을 감싸도록 배치되고 후술할 바와 같이 상기 증발히터(300)는 방열판(400)에 지지될 수 있다.

상기 방열판(100)은 증발용기(200)에 대응되는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 원통 형상에 한정되지는 않는다.

상기 증발원(10)에서 증발용기(200), 증발히터(300) 및 방열판(400)은 고온에 내구성이 보장될 수 있는 재질이 다양하게 사용될 수 있고, 상호간에 서로 다른 재질이나 동일한 재질로 선택적으로 이루어질 수 있다. 그 예로서 탄탈륨, AlN, PBN 또는 텅스텐과 같은 재질이 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 증발용기(200)는 내부 공간에 증발 물질이 수용되는 몸체부(202)와, 상기 몸체부(202)의 상단부에서 외주측으로 돌출되는 플랜지부(201)로 이루어질 수 있다.

또한 상기 증발용기(200)는 증발원(10)의 상측에서 소정의 개구부를 통해 삽입되어 상기 플랜지부(201)에 의해 증발원(10)의 소정 부위에서 지지될 수 있는데, 종래기술에서는 상기 플랜지부(201)가 방열판(400)에 의하여 지지되는 것이 일반적이나 이러한 경우 증발 물질이 끓어넘치는 현상이 발생할 가능성이 높은 문제가 있음은 상기한 바와 같다. 따라서, 본 발명의 개념에서는 증발용기(200)가 방열판(400)에 지지되지 않고 냉각부(100)에 직접 또는 간접적으로 지지되는 개념을 제공한다.

콜드립(110)은 상기 냉각부(100)와 증발용기(200)를 상호간에 연결하고 증발용기(200)의 위치를 고정할 수 있는 부재로서, 제1실시예에서는 하측에서 냉각부(100)에 연결되고 상측에서 증발용기(200)의 플랜지부(201)에 연결되는 예가 설명된다.

바람직하게는 상기 콜드립(110)은 증발용기(200)의 상단부측에 인접하여 배치되고 증발용기(200)를 지지하고 증발용기(200)의 외주측을 감싸는 링 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 원반형상의 콜드립(110)은 저면에서 냉각부(100)에 연결되고 상면에서 플랜지부(201)에 연결될 수 있고, 증발용기(200) 상단부측의 열을 냉각부(100)로 전도하여 냉각시키는 역할을 한다.

상기 증발원(10)의 결합과정에서 살펴보면, 냉각부(100)가 배치되고, 상기 냉각부(100)의 상단부에 콜드립(110)의 저면이 안착되도록 결합된 후에, 상기 콜드립(110)의 상면에 플랜지부(201)의 저면이 안착되도록 증발용기(200)를 하측으로 소정 개구에 삽입하는 방식으로 결합이 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원을 도시한 측단면도로서, 상기 콜드립(110)은 외주측에서 상측으로 돌출되는 단차부(111)를 포함한다.

콜드립(110)이 전체적으로 링 형상으로 형성되는 경우 상기 단차부(111)는 상측으로 돌출된 링 형상의 리브(rib)로 이루어질 수 있고, 상기 플랜지부(201)는 콜드립(110)의 수평면상에 저면이 지지되어 수직이동이 제한되고 단차부(111)의 내주측에 외주면이 지지되어 수평이동이 제한될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원에서는 콜드립(110)이 증발용기(200)의 상측을 냉각하는 기능을 수행함과 동시에, 증발용기(200)의 수평 및 수직이동을 제한하여 정확한 위치에 지지하는 기능을 수행하게 된다.

상기 단차부(111)의 상단부는 기화 및 증착 공정의 정확성을 위하여 플랜지부(201)의 상단부보다 낮게 위치되는 것이 바람직하다.

그런데 상기 콜드립(110)이 직접적으로 냉각부(100)에 연결되거나 냉각부(100)와 일체로서 이루어지는 경우 증발용기(200)의 바람직하지 않은 급격한 온도의 저하를 야기할 우려가 있고, 이러한 경우 증발용기(200)의 내구성이 저하되거나 온도변화에 따른 파손의 가능성이 있다.

따라서 상기 콜드립(110)이 열전도성이 낮은 재질로 이루어지거나, 제2실시예에서와 같이 콜드립(110)과 냉각부(100) 사이에 추가적으로 연결부재(120)를 개재하는 방법을 통하여 급격한 온도의 저하를 방지할 수 있다.

구체적으로 상기 연결부재(120)는 콜드립(110)과 냉각부(100)가 직접적으로 접촉하지 않도록 함으로써 온도구배를 형성하여 증발용기(200)에 급격한 온도저하가 나타나지 않도록 기능하게 된다.

상기 연결부재(120)는 대략 링 형상으로 이루어지고 상면에서 콜드립(110)을 지지하고 저면에서 냉각부(100)의 상면에 안착되도록 배치될 수 있다.

한편, 상기 콜드립(110) 또는 연결부재(120)는 SUS, AlN, PBN이나 세라믹과 같은 재질이 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 증발용기(200)의 냉각의 정도를 고려하여 열전도성이 높은 재질이나 절연성이 높은 재질들이 선택적으로 사용될 수도 있음은 물론이다.

상기 콜드립(110)은 연결부재(120)보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것이 온도의 구배를 위하여 바람직하다. 구체적으로 상기 연결부재(120)는 SUS로 이루어지고 콜드립(110)은 AIN으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 콜드립을 구비하는 증발원을 도시하는 측단면도로서, 증발용기(200)와;상기 증발용기(200)의 외주측에 배치되는 증발히터(300)와; 상기 증발히터(300)의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부(100);를 포함하고, 상기 냉각부(100)는 상기 증발용기의 상측을 냉각하여 기화되지 않은 증발 물질이 상기 증발용기의 외부로 넘치는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 증발원을 개시한다.

상기 콜드립(110)은 냉각부(100)와 일체로 이루어질 수도 있고, 별도의 부재로 이루어질 수도 있으며, 연결부재(120)에 의해 냉각부(100)와 연결될 수도 있음은 상기한 바와 같다.

한편, 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술된 상기 콜드립(110) 및/또는 연결부재(120)는 증발히터(300) 상측의 공간을 폐쇄할 수 있도록 배치되어 상측으로의 열방출을 차단할 수 있다. 이 경우, 상기 콜드립(110) 및/또는 연결부재(120)는 일종의 반사판 내지는 단열판의 역할을 하는 것으로 도면에 도시된 바와 같이 증발용기(200)와 냉각부(100) 사이의 이격된 부위를 상호 연결하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 제3실시예에서는 상기 연결부재(120)의 내주측으로 더 돌출되는 방열판 지지부(121)를 더 구비하는데, 상기 방열판 지지부(121)는 내주측에서 상기 방열판(400)의 외주측을 지지하여 방열판(400)의 수평 위치를 고정하는 역할을 할 수 있다.

따라서 상기 방열판 지지부(121)의 내주 형상은 방열판(400)의 외주 형상에 대응될 수 있다.

한편 상기 방열판(400)은 내주측에 증발히터(300)를 고정하는 고정부재(401)에 의하여 증발히터(300)와 결합될 수 있는데, 상기 방열판 지지부(121)는 방열판(400)과 증발히터(300)의 수평이동을 제한하여 정확한 위치에 배치될 수 있도록 한다.

상기 방열판 지지부(121)는 상기 연결부재(120)와 일체로 이루어질 수도 있고, 별도의 부재로서 냉각부(100)나 연결부재(120) 또는 증발원(10)의 소정의 부위에 선택적으로 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서는 방열판(400)이 증발용기(200)와 이격되어 접촉하지 않으므로 직접적인 열전도를 방지할 수 있고, 냉각부(100)의 저온에 의하여 증발용기(200)의 상단부측을 냉각함으로써 증발원의 수명을 향상시키고 증발원을 통한 성막 성능을 개선하며 안정성을 높일 수 있게 된다.

또한 콜드립(110)과 방열판 지지부 또는 연결부재는 증발용기(200), 방열판(400) 및 증발히터(300)의 위치를 정확하게 결합하고 유지할 수 있도록 하므로 결합 및 사용상의 구조적인 안정성이 향상되는 이점이 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

10...증발원 100...냉각부
200...증발용기 300...증발히터
400...방열판

Claims (15)

1. 증발용기와;
   상기 증발용기의 외주측에 배치되는 증발히터와;
   상기 증발히터의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부와;
   상기 냉각부에 연결되고 상기 증발용기의 상측을 냉각하는 콜드립;을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 증발용기는 내부 공간에 증발 물질이 수용되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상단부에서 외주측으로 돌출되는 플랜지부로 이루어지고,
   상기 콜드립은 상기 냉각부와 상기 플랜지부 사이를 연결하여 상기 증발용기의 상측과 상기 냉각부 사이에서 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 콜드립은 상기 증발용기의 외주측을 감싸는 링 형상으로 이루어지고 상면에서 상기 플랜지부의 저면을 지지하는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 콜드립은 외주측에서 상측으로 돌출되는 단차부를 포함하고,
   상기 단차부는 내주측에서 상기 증발용기의 수평이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 증발원.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜드립은 상기 증발히터의 상측을 덮도록 배치되어 상측 외부로의 열방출을 차단하는 것을 특징으로 하는 증발원.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 콜드립과 상기 냉각부를 연결하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 증발히터와 상기 냉각부의 사이에 배치되는 원통 형상의 방열판과,
   상기 연결부재의 내주측으로 돌출되고 상기 방열판의 수평이동을 제한하는 방열판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 증발히터는 상기 방열판에 고정되고,
   상기 방열판은 상기 증발용기로부터 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 증발원.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 증발히터의 상측을 덮도록 배치되어 상측 외부로의 열방출을 차단하는 것을 특징으로 하는 증발원.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 콜드립은 상기 연결부재보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발원.
11. 증발용기와;
    상기 증발용기의 외주측에 배치되는 증발히터와;
    상기 증발히터의 외주측에 배치되고 내부 공간에 냉각수가 유동되는 냉각부와;
    상기 증발히터와 상기 냉각부 사이에 배치되는 방열판;을 포함하고,
    상기 냉각부는 상기 증발용기의 상측을 냉각하여 기화되지 않은 증발 물질이 상기 증발용기의 외부로 넘치는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 증발원.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 냉각부의 상단부와 상기 증발용기의 상단부측을 연결하는 콜드립을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 냉각부와 상기 콜드립 사이에 개재되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 콜드립은 상기 증발용기의 위치를 고정하고,
    상기 연결부재는 상기 방열판의 위치를 고정하는 것을 특징으로 하는 증발원.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 콜드립은 상기 연결부재보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발원.

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