KR20140005116A - 진공 증착 장치용 증발 기구 및 이 증발 기구를 포함하는 진공 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증발되는 동안 증발될 물질의 열화를 제한하도록 증발될 물질의 가열 시간 및 강도를 조절할 수 있는 진공 증착 장치용 증발 기구에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 증발될 물질(24)을 수용하고 바닥(21), 몸체(22) 및 개구(23)를 구비한 도가니(20)와 도가니(20)의 몸체(22)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 가열 수단(12)을 포함하는, 진공 증착 장치(1)용 증발 기구(10)를 제시하고, 증발 기구(10)는 압력이 10-3 mbar 보다 낮은 진공 증착 장치의 진공 챔버(2)의 내부에 위치된다. 본 발명에 따르면, 증발 기구는 또한 도가니의 몸체와 가열 수단 사이에 개재된 적어도 하나의 열 차폐 수단(30)을 포함하고, 열 차폐 수단(30)은, 도가니에 대해 이동 가능하고 몸체의 고려된 지점에서 도가니의 몸체에 전달된 열량(Q)이 주어진 짧은 시간에 상기 고려된 지점과 도가니의 바닥 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따르도록 구성된, 적어도 하나의 요소(31)를 포함하고, 이 함수는 도가니에 대한 열 차폐 수단의 제1 요소의 적어도 가동 정도에 따라 조절될 수 있다.
이를 위해, 본 발명은, 증발될 물질(24)을 수용하고 바닥(21), 몸체(22) 및 개구(23)를 구비한 도가니(20)와 도가니(20)의 몸체(22)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 가열 수단(12)을 포함하는, 진공 증착 장치(1)용 증발 기구(10)를 제시하고, 증발 기구(10)는 압력이 10-3 mbar 보다 낮은 진공 증착 장치의 진공 챔버(2)의 내부에 위치된다. 본 발명에 따르면, 증발 기구는 또한 도가니의 몸체와 가열 수단 사이에 개재된 적어도 하나의 열 차폐 수단(30)을 포함하고, 열 차폐 수단(30)은, 도가니에 대해 이동 가능하고 몸체의 고려된 지점에서 도가니의 몸체에 전달된 열량(Q)이 주어진 짧은 시간에 상기 고려된 지점과 도가니의 바닥 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따르도록 구성된, 적어도 하나의 요소(31)를 포함하고, 이 함수는 도가니에 대한 열 차폐 수단의 제1 요소의 적어도 가동 정도에 따라 조절될 수 있다.
Description
본 발명은 도가니 및 도가니 주변에 배열된 열 차폐 수단을 포함하는 진공 증착 장치에 이용될 수 있는 증발 기구에 관한 것이다.
증발 기구는 다양한 크기의 기판들에 때로는 매우 얇은 물질의 층들을 증착하는 역할을 하는 진공 증착 장치들을 갖추기 위해 제조업에서 이용된다.
진공 증착 장치용 증발 기구는:
- 바닥, 몸체 및 개구를 포함하고, 증발될 물질을 수용하는 도가니, 및
- 적어도 부분적으로 도가니의 몸체를 둘러싸는 가열 수단을 포함하는 것으로 알려져 있다.
또한, 상기 증발 기구는 압력이 10-3 mbar 보다 낮은 진공 증착 장치의 진공 챔버 내부에 위치되는 것으로 알려져 있다.
이러한 압력 조건에서, 가열 수단에 의한 도가니 몸체의 가열은 기본적으로 복사를 통해 이루어지고, 진공 챔버 내부의 진공은 대류 열교환을 감소시킨다.
종래 기술에 따르면, 도가니 안에 수용된 증발될 물질뿐만 아니라 전체 도가니가 고온으로 가열된다. 따라서, 이 도가니의 가열은 균일하여 도가니 개구와 인접한 증발될 물질 부분 및 도가니 바닥과 인접한 증발될 물질 부분 모두를 가열하게 된다.
발명자들은, 증착을 하는데 필요한 물질의 증발 동안, 증기의 흐름이 필수적으로 도가니 개구와 인접한 증발될 물질의 자유면으로부터 나와 도가니 개구로부터 빠져나온다는 것을 분석하였다. 이러한 흐름을 생성하는 능력을 규정하는 증기 압력은 상기 자유면의 온도에 의해 좌우된다.
그 결과, 도가니 개구와 인접한 증발될 물질 부분은 증발되는 동안 점진적으로 소모된다.
그러나, 도가니의 중간과 바닥에 위치된 증발될 물질 부분은 개구와 인접하게 위치된 증발될 물질 부분보다 더 오랜 시간 동안 가열된다.
따라서, 도가니 몸체의 각각 다른 부분들은 균일한 방식으로 가열되고 때로는 긴 시간 동안 동일한 증발 온도 하에 있게 된다. 대부분 증발에 기여하지 않는 자유면 아래의 물질은 증발 자유면과 적어도 동일한 온도 하에 있게 된다. 물질의 열 흐름에의 연속적인 노출은 증발될 물질의 분해를 촉진한다. 특히, 증발의 말미에, 도가니의 하부에 위치된 물질은 상부에 위치된 물질보다 오랜 시간 동안 증발 온도 하에 있게 될 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 진공 증착 장치용 증발 기구 및 이 증발 기구를 포함하는 진공 증착 장치를 제공한다.
전술한 문제점을 개선하기 위해, 본 발명은 도가니 몸체와 가열 수단 사이에 개재된 적어도 하나의 열 차폐 수단을 포함하는 진공 증착 장치용 증발 기구를 제시하고, 열 차폐 수단은, 도가니에 대해 이동 가능하고 도가니 몸체의 고려된 지점에서 도가니의 몸체에 전달된 열량이 주어진 짧은 시간에 상기 고려된 지점과 도가니 바닥 사이의 거리의 일정하지 않은 함수를 따르는 방식으로 구성된, 적어도 하나의 제1 요소를 포함하고, 이 함수는 도가니에 대한 열 차폐 수단의 제1 요소의 적어도 하나의 이동 가능도(degree of movability)에 따라 조절될 수 있다.
본 발명은 따라서 도가니 몸체의 각각 다른 부분들을 불균일한 방식으로 가열하고 이 각각 다른 부분들이 받은 열량을 시간에 걸쳐 가변시키는, 증발 기구를 제시한다.
그리고, 유용한 증기 흐름에 직접 기여하지 않는, 도가니에 수용된 증발될 물질의 부분들을 가열하는 것은 제한되고 제어된다.
실제로, 본 발명에 따른 증발 기구는, 예를 들면 도가니 개구와 인접한 증발될 물질의 자유면에 있는 증발될 물질을, 증발될 물질의 남은 부분을 결국 이화학적 특성들을 저하시킬 수 있는 강한 열에 노출시키지 않고, 국부적으로 가열시킨다.
따라서, 도가니 몸체와 가열 수단 사이에 열 차폐 수단을 삽입함으로써, 도가니에 수용된 증발될 물질의 일부는 도가니 몸체를 향하여 가열 수단을 통해 방출된 열의 흐름의 일부로부터 보존된다. 열 차폐 수단은 방출된 열의 흐름의 일부만을 도가니 몸체에 전달하고 방출된 열의 흐름의 나머지 부분은 반사시킨다. 따라서 열 차폐 수단은 가열 수단에 의해 방출된 열에 대한 거울로서 작용한다.
이 열 차폐 수단은 도가니에 대해 이동 가능한 적어도 하나의 제1 요소를 포함하고, 제1 요소는 도가니 몸체의 주어진 부분을 드러내고, 그의 상부만을 가열함으로써 도가니 개구와 가장 인접한 증발될 물질 자유면으로부터 증발될 물질의 증발을 촉발시킨다.
따라서, 개구와 인접한, 즉 도가니 바닥으로부터 먼 거리에 위치된 지점에서 도가니 몸체에 전달된 열량은 도가니 바닥으로부터 짧은 거리에 위치된 지점에 전달된 열량보다 크다.
일반적으로, 본 발명에 따른 증발 기구는, 주어진 짧은 시간에, 도가니 몸체를 따라 일정하지 않은 온도 프로파일을 갖도록 한다.
또한, 이 제1 요소의 이동 가능성은 도가니 몸체의 일부가 가열 수단으로부터 열을 전달받는 시간이 시간에 걸쳐서 변하도록 한다. 따라서 시간에 걸쳐 전달받은 열량은 제어된다. 이는 유리하게는, 도가니의 증발될 물질의 증발 및 높이 감소가 진행됨에 따라, 예를 들면 도가니 몸체를 드러내기 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 도가니는, 조명 분야 또는 디스플레이(평면 스크린, 모바일 기기 등) 및 광전지의 제조를 위한 유기 발광 다이오드(OLEDs)의 제조에 이용되는, 증발될 유기 물질의 경우에 특히 적합하다.
실제로, 도가니로부터 증발될 유기 물질은 비교적 단열된 분말 형태이다. 따라서, 이 분말들은 때로는 긴 시간 동안 가열될 필요가 있다.
그러나, 유기 물질은 열에 민감하고 가열되면 분해되며: 이러한 현상을 열분해(pyrolysis)라고 부른다. 이 열분해의 속도는 도달된 온도 및 이 온도에서 경과된 시간의 함수이다. 온도가 높을수록, 물질의 분해가 증가된다. 분해된 물질의 양은 또한 가열 시간을 통해 증가된다.
또한, 사용된 유기 물질은 매우 비싸다. 따라서, 열적 성능저하를 최소화하여 유기 물질의 이용률을 최적화할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 증발 기구는 증발될 물질의 최적화된 이용을 가능하게 하여, 증발될 물질이 증발되어야 할 때만, 증발될 물질이 고온으로 가열된다.
또한, 증발 기구의 다른 유리하고 제한적이지 않은 특징들은:
- 열 차폐 수단의 제1 요소는 도가니에 대해 평행이동식으로(in translation) 이동 가능하게 장착되고;
- 열 차폐 수단의 제1 요소는 도가니에 대해 회전식으로(in rotation) 이동 가능하게 장착되고;
- 열 차폐 수단은 적어도 하나의 제2 요소를 포함하고, 열 차폐 수단의 제1 요소는 이 제2 요소에 대해 이동 가능하고, 제1 요소 및 제2 요소는 서로의 사이에 구멍들을 한정하도록 배열되고, 이 구멍들의 크기는 서로에 대한 구멍들의 위치의 함수에 따라 조절될 수 있고;
- 증발 기구는 도가니 개구를 통해 증발될 물질의 증기 유량을 조절하기 위해 적어도 열 차폐 수단의 제1 요소를 제어하도록 형성된 제어 수단을 포함하고;
- 도가니 개구를 통해 증발될 물질의 증기 유량은 일정하게 유지된다는 것이다.
마지막으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 증발 기구를 포함하는 진공 증착 장치에 관한 것이다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 다른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도,
도 2는 가열 수단을 거의 완전히 가린 제1 요소를 구비한 열 차폐 수단을 포함하는 증발 기구의 개략적인 단면도,
도 3은 가열 수단을 드러내기 위해 제1 요소가 도가니를 따라 슬라이딩한, 도 2의 증발 기구의 개략적인 단면도,
도 4는 증발 기구가 도 2의 구성일 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도가니 및 열 차폐 수단의 개략적인 단면도,
도 5는 증발 기구가 도 3의 구성일 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도가니 및 열 차폐 수단의 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도,
도 7은 제2 실시예에 따른 수직방향 슬롯 형상의 구멍들을 구비한 제1 열 차폐 요소의 사시도,
도 8은 제2 실시예에 따른 사다리꼴 구멍들을 구비한 제2 열 차폐 요소의 사시도,
도 9는 도 7의 제1 요소 및 도 8의 제2 요소를 포함하는, 제2 실시예에 따른 열 차폐 수단의 사시도,
도 10은 제1 요소 및 제2 요소의 구멍들이 그 상부에서 서로 대향할 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도 9의 열 차폐 수단의 전개도,
도 11은 제1 요소 및 제2 요소의 구멍들이 그 높이의 대략 절반에 걸쳐서 서로 대향할 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도 9의 열 차폐 수단의 전개도,
도 12 및 13은 열 차폐 수단의 2개의 서로 다른 구성들에 대한 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 다른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도,
도 2는 가열 수단을 거의 완전히 가린 제1 요소를 구비한 열 차폐 수단을 포함하는 증발 기구의 개략적인 단면도,
도 3은 가열 수단을 드러내기 위해 제1 요소가 도가니를 따라 슬라이딩한, 도 2의 증발 기구의 개략적인 단면도,
도 4는 증발 기구가 도 2의 구성일 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도가니 및 열 차폐 수단의 개략적인 단면도,
도 5는 증발 기구가 도 3의 구성일 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도가니 및 열 차폐 수단의 개략적인 단면도,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도,
도 7은 제2 실시예에 따른 수직방향 슬롯 형상의 구멍들을 구비한 제1 열 차폐 요소의 사시도,
도 8은 제2 실시예에 따른 사다리꼴 구멍들을 구비한 제2 열 차폐 요소의 사시도,
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도 11은 제1 요소 및 제2 요소의 구멍들이 그 높이의 대략 절반에 걸쳐서 서로 대향할 때 도가니 몸체에 전달된 열량을 도시한, 도 9의 열 차폐 수단의 전개도,
도 12 및 13은 열 차폐 수단의 2개의 서로 다른 구성들에 대한 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발 기구를 구비한 진공 증착 장치의 개략적인 단면도.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발 기구(10)를 포함하는 진공 증착 장치(1)의 개략적인 단면도를 도시한다.
진공 증착 장치(1)는 먼저 그 상부에 기판(3)을 구비한 진공 챔버(2)를 포함한다.
상기한 진공 증착 장치(1)에서, 진공 챔버(2)의 압력 조건들은 작동 중에 진공 챔버의 압력이 10-3 밀리바(mbar), 바람직하게는 10-5 mbar 보다 낮도록 되어 있다. 이는 특히 기판상의 증착 층들이 양호한 증착 품질을 갖게 한다.
도 1에 도시된 것처럼, 진공 증착 장치(1)는 또한 진공 챔버(2) 내부에 위치된 증발 기구(10)를 대체로 그 하부, 즉 기판 아래에 포함한다.
증발 기구(10)는 먼저, 회전축(A1)을 중심으로 회전하는 실질적으로 실린더 형상을 갖는 도가니(20)를 포함한다. 이 도가니(20)는 한편으로는 그 하부의 바닥(21)에 의해 다른 한편으로는 그 측부의 몸체(22)에 의해 범위가 정해진다.
도가니(20)는 그 상부에, 개구(23)가 기판(3)을 향하여 배향되도록 도가니(20)의 몸체(22)로부터 회전축(A1) 상에 중심을 둔 개구(23)로 연장되는, 끝이 잘린 형상의 목(25)을 포함한다.
도가니(20)는 개구(23)를 향해 있는 자유면(24A)을 갖는 증발될 물질(24)을 수용한다.
증발 기구(10)는 또한 도가니(20) 주변에 배열되어 도가니(20)의 몸체(22)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 가열 수단(12)을 포함한다. 여기서 가열 수단(12)은 도가니(20)의 목(25)으로부터 수직방향으로, 도가니(20)의 몸체(22)와 나란하게 연장되어, 도가니(20)의 바닥(21) 아래에 위치된 높이까지 내려간다.
여기서 가열 수단(12)은 고온에서 가열되어 가열 수단과 대향하는 도가니(20)의 몸체(22)에 열을 전달하는 전기 저항들을 포함한다.
진공 챔버(2) 내부의 압력 조건들은, 대류 교환이 진공 챔버(2) 내부에 존재하는 진공으로 인해 강력하게 제한되기 때문에, 가열 수단(12)과 도가니(20)의 몸체(22) 사이의 열 교환이 기본적으로 복사를 통해 이루어지도록 되어 있다.
진공 기구(10)는 또한, 진공 챔버(2) 내부에 위치되고 도가니(20)의 몸체(22)와 가열 수단(12) 사이에 개재된 열 차폐 수단(30)을 포함한다.
도 2 내지 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 이 열 차폐 수단(30)은 여기서 실린더 형상의 하나의 제1 요소(31)를 포함하고, 제1 요소의 직경은, 제1 요소(31)가 전기 저항들(12)과 도가니(20)의 몸체(22) 사이에 삽입될 만큼 작지만 적어도 부분적으로 도가니의 몸체를 둘러싸도록, 도가니(20)의 몸체(22)의 직경보다 더 크다.
여기서 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는 중공의 석영 실린더로 구성되고, 석영 실린더의 외벽은 가열 수단(12)을 통해 방출된 열 복사를 반사하는 층으로 도포된다. 이 층은 금속 층, 예를 들면 은, 알루미늄 또는 금으로 된 층 일 수 있다.따라서, 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는 가열 수단(12)을 통해 방출되어 제1 요소의 외부 표면에 입사된 열 복사의 일부를 반사하는 거울로 작용한다.
변형예로써, 제1 요소는 적외선을 반사하는 층으로 도포된 유리 또는 용융 실리카로 이루어진 실린더로 구성될 수 있다. 다른 변형예로써, 제1 요소는 금속 실린더로 구성될 수 있다.
도 2 및 5에 도시된 증발 기구(10)의 특정한 실시예에서, 열 차폐 수단(30)의 이동 가능한 부분(31)은,
- 열 차단 수단(30)이 도가니(20)의 몸체(22)를 완전히 가리는, 즉 열 스크린(20)이 모든 가열 저항들(12)에 대해 도가니(20)의 몸체(22)를 가리는 상부 위치, 및
- 열 차폐 수단(30)이 도가니(20)의 몸체(22)를 완전히 드러내는, 즉 가열 저항들(12)이 도가니(20)의 몸체(20)와 대향하여 열 차폐 수단(30)이 물러난 하부 위치 사이에서,
이동 가능한 부분(31)이 도가니(20)의 몸체(22)를 따라 슬라이딩될 수 있는 방식으로 도가니(20)에 대해 평행이동식으로 이동 가능하게 장착된다.
도 2 내지 5는 상부 위치와 하부 위치 사이의 중간 위치들에 있는 열 차폐 수단(30)을 도시한다. 도 2 및 4는 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)가 도가니(20)의 몸체(22)를 따라 약간 슬라이딩하여 가열 수단(12)의 상부가 드러나도록 상부 위치로부터 아래로 내려간 구성과 대응된다. 도 3 및 5는 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)가 도가니(20)의 몸체(22)를 따라 더욱 슬라이딩하여 도 2 및 4의 위치로부터 아래로 내려간 구성과 대응된다.
따라서, 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 이동 가능한 부분(31)의 위치에 따르면, 도가니(20)의 몸체(22) 상에 고려된 지점 함수에 따라 2개의 서로 다른 경우들로 구별될 수 있다:
i) 지점 P1의 경우: 점 P1은 가열 수단(12)과 직접 대향하여, 고려된 지점 P1에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 많고;
ii) 지점 P2의 경우: 점 P2는 열 차폐 수단(30), 특히 열 차폐 수단의 제1 요소(31)에 의해 가열 수단(12)에 대해 가려져서, 고려된 지점 P2에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 작다.
이는 또한, 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 두 중간 위치들에 대해, 고려된 지점과 도가니(20)의 바닥(21) 사이의 거리(D)의 함수로서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)을 나타내는 도 4 및 5에서 볼 수 있다.
따라서, 이 몸체(22)의 고려된 지점에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은, 주어진 짧은 시간에, 고려된 지점과 도가니(20)의 바닥(21) 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따른다는 것이 도 4 및 5에 나타나고, 이 함수는 여기서 각형(square shape)을 갖는다.
이제, 도 2 내지 5에 도시된 지점 P3를 고려해 보자. 도 2 및 4의 경우에, 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는, 도가니(20)의 몸체(22)의 고려된 지점 P3가 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)에 의해 가려지는, 도가니(20)의 몸체(22)에 대한 상기한 위치에 있어서, 가열 수단(12)을 가린다. 따라서, 도 3에 도시된 것처럼, 지점 P3에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 작다.
마찬가지로, 도 3 내지 5의 경우에, 도가니(20)의 몸체(22)를 따라 약간 더 아래로 슬라이딩된 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는, 도가니(20)의 몸체(22)의 고려된 지점 P3가 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)에 의해 드러나는, 도가니(20)의 몸체(22)에 대한 상기한 위치에 있어서, 가열 수단(12)이 지점 P3와 직접 대향한다. 따라서, 도 4에 도시된 것처럼, 지점 P3에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 많다.
따라서, 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 이동에 따라, 여기서는 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 슬라이딩에 따라 조절될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이제, 도가니(20)에 수용되고 특히 그 자유면(24A)이 도가니(20)의 개구(23)를 직접 향하는, 증발될 물질(24)을 고려해보자.
도 2 및 4의 구성에서, 자유면(24A)은 지점 P1과 동일한 높이에, 즉 도가니(20)의 바닥(21)으로부터 먼 거리(D)에 있고, 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)가 가열 수단을 가리지 않기 때문에, 도가니(20)의 몸체(22)는 이 높이에서 가열 수단(12)으로부터 많은 열량(Q)을 받는다.
한편, 도가니(20)의 바닥(21)으로부터 자유면(24A)보다 가까운 거리(D)에 위치된 증발될 물질(24)의 부분들에 대해, 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은, 도가니(20)의 바닥(21)으로부터의 거리(D)의 함수로서 불균일하고, 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 작다.
따라서, 증발될 물질(24)의 자유면(24A)은 강하게 가열되는 반면, 도가니(20)의 바닥(21)에 인접하게 위치된 증발될 물질(24)의 부분들은 약하게 가열된다.
그 결과, 증발될 물질(24)의 온도는 그 자유면(24A)에서 충분히 증가되어, 증기의 흐름(24B)이 이 자유면(24A)으로부터 생성되어 도가니(20)의 개구(23)를 통해 빠져나간다.
마찬가지로, 도가니(20)의 중간 또는 바닥에서 증발될 물질(24)의 온도는 증가되지만, 이 부분들에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 도달된 온도가 증발될 물질(24)을 열화시키지 않을 만큼 작기 때문에, 온도 증가는 제한적이다.
도가니(20)에 수용된 증발될 물질(24)의 자유면(24A)으로부터 생성된 증기의 흐름(24B)은 증발에 의해 소모되어 자유면(24A)의 높이가 도가니(20)의 몸체(22) 안에서 내려간다.
이는, 자유면(24A)의 높이가 내려가서 도가니(20)의 바닥(21)과 인접하게 이동된, 도 3 및 5에 의해 설명될 수 있다. 마찬가지로, 전술한 것처럼, 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는 도 2 및 4에 도시된 그 초기 위치로부터 도가니(20)의 몸체(22)를 따라 아래로 슬라이딩된 상태이다.
자유면(24A)은 이제 도가니(20)의 몸체(22)상의 지점 P3와 동일한 높이에 있고, 제1 요소(31)가 가열 수단을 가리지 않기 때문에, 도가니(20)의 몸체(22)는 이 높이에서 가열 수단(12)으로부터 많은 열량(Q)을 받는다.
실제로, 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)은 도가니(20)의 바닥(21)으로부터의 거리(D)의 함수로서 불균일한 프로파일을 가지며, 이 프로파일은 회전축(A1)과 나란한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 평행이동식 이동 후 도 3에 도시된 프로파일에 대해 가변된다는 것을, 도 4에서 볼 수 있다.
따라서, 전술한 것처럼, 증발될 물질(24)의 온도는 그 자유면(24A)에서 증기의 흐름(24B)이 생성되어 도가니(20)의 개구(23)를 직접 향할 만큼 증가된다.
따라서, 전술한 증발 기구(10)를 통해, 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 이동으로 인해, 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.
특히, 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)의 프로파일이 도가니 안의 증발될 물질(24)의 분포에 적용되도록, 증발될 물질(24)의 높이가 도가니(20)에서 아래로 내려가는 시간 동안 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 위치를 제어할 수 있다.
이와 같이, 자유면(24A)은 도가니(20)의 개구(23)를 통해 증기의 흐름(24B)이 유지되도록 증발될 물질(24)의 증발 내내 충분히 가열될 수 있다.
유리하게는, 증발 기구의 또 다른 실시예에서, 도가니 개구를 통해 증발될 물질의 증기 유량을 조절하기 위해 적어도 열 차폐 수단의 제1 요소를 제어하는 제어 수단이 제공된다. 이 제어 수단은 열 차폐 수단이 도가니 몸체를 따라 슬라이딩되도록 예를 들면 열 차폐 수단의 이동 부분을 활성화시켜, 도가니 개구를 통해 증발될 물질의 증기 유량이 일정해진다.
도 6 내지 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 것이다.
이에 따라, 도 6에는 진공 챔버(20) 및 기판(3)을 구비한 진공 증착 장치(1)가 도시된다.
이 제2 실시예에서, 증발 기구(100)는 진공 증착 장치(1)의 진공 챔버(2) 내부에 위치된다. 증발 기구(100)는:
- 증발될 물질(124)을 수용하고, 바닥(121), 몸체(122) 및 개구(123)를 포함하는, 제1 실시예의 도가니와 유사한 도가니(120), 및
- 적어도 부분적으로 도가니(120)의 몸체(122)를 둘러싸는, 제1 실시예의 가열 수단과 유사한 가열 수단(102)을 포함한다.
증발 기구(100)는 열 차폐 수단(130)을 더 포함하고, 열 차폐 수단(130)은:
- 도가니(120)에 대해 이동 가능한 제1 요소(131), 및
- 제2 요소(133)를 포함하고, 제1 요소(131)는 또한 제2 요소(133)에 대해 이동 가능하다.
도 7 내지 9는 열 차폐 수단(130)의 특징들뿐만 아니라, 제1 및 제2 요소(131, 133)를 상세히 도시한다.
이에 따라, 도 7에는 여기서는 금속 시트로 구성된 실린더 회전체 형상을 갖는 제1 요소(131)가 도시된다.
변형 예로써, 제1 요소는 예를 들면 열 차폐 수단의 역할을 할 수 있는 금속 증착물 또는 임의의 다른 물질을 포함하는 석영 실린더 회전체 형태일 수 있다.
제1 요소(131)는 여기서 서로 180도로 대향하는 2개의 동일한 제1 개구들(132A, 132B)을 포함한다. 제1 개구들(132A, 132B)은 제1 요소(131)의 하부와 상부 사이에 연장된 수직방향 슬롯 형태이다. 따라서, 제1 개구들(132A, 132B)의 총 표면은 제1 요소(131)의 표면의 대략 50%와 대응된다.
마찬가지로, 도 8에는 역시 메탈 시트로 구성된 실린더 회전체 형상을 갖는 제2 요소(133)가 도시된다.
다른 변형 예로써, 제2 요소는 예를 들면 열 차폐 수단의 역할을 할 수 있는 금속 증착물 또는 임의의 다른 물질을 포함하는 석영 실린더 회전체 형태일 수 있다.
이 제2 요소(133)는 또한 서로 180도로 대향하는 2개의 동일한 제2 개구들(134A, 134B)을 포함한다. 이 제2 개구들(134A, 134B)은 사다리꼴 형상을 갖고, 제2 요소(133)의 하부 및 상부 사이에서 연장되며, 제2 개구들(134A, 134B)은 하부보다 상부가 더 넓다.
제2 개구들(134A, 134B)의 높이는 여기서 제1 개구들(132A, 132B)의 높이와 실질적으로 동일하다. 마찬가지로, 제1 개구들(132A, 132B)은 제2 개구들의 기저에서 취한 제2 개구들(134A, 134B)의 너비와 실질적으로 동일한 너비를 갖는다.
도 9는 도 7의 제1 요소(131)와 도 8의 제2 요소(133)를 포함하는, 제2 실시예의 열 차폐 수단(130)을 도시한다.
특히, 제2 요소(133)의 직경은 여기서 제1 요소(131)의 직경보다 커서, 제2 요소(133)는 제1 요소(131)를 완전히 둘러싼다. 도 6에 도시된 것처럼, 제1 요소(131)는 도가니(12)의 몸체(122)와 대향하여 도가니(120)의 주변에 배열되어, 도가니의 몸체를 완전히 가린다. 또한, 제2 요소(133)는 제1 요소(131)와 증발 기구(100)의 가열 수단(102) 사이에 삽입된다.
따라서, 열 차폐 수단(130)은 도가니(120)의 몸체(122)와 가열 수단(102) 사이에 개재된다.
대안으로써, 제1 요소가 제2 요소를 완전히 둘러싸도록, 제2 요소의 직경이 제1 요소의 직경보다 작을 수 있다.
이 제2 실시예에서, 도가니(120)에 대해 이동 가능한 제1 요소(131) 역시, 제2 요소(133)에 대해 여기서는 회전식으로 이동 가능하다.
제2 개구들(134A, 134B)의 위치에 대한 제1 개구들(132A, 132B)의 위치 함수에 따라, 제2 개구들(134A, 134B)의 위치는 부분적으로 또는 전체적으로 서로에 대해 대향한다.
따라서, 제1 요소(131) 및 제2 요소(133)는 서로의 사이에 구멍들을 한정하고, 이 구멍들의 크기는 구멍들의 상대적인 위치들의 함수에 따라 조절될 수 있다.
제2 요소(133)에 대한 제1 요소(131)의 회전에 의해, 실제로 제1 개구들(132A, 132B)이 제2 개구들(134A, 134B)과 대향하게 하는 것이 가능하다.
제1 개구들(132A, 132B)과 제2 개구들(134A, 134B)은 여기서 서로 180도로 대향하고, 예를 들면 제1 개구(132A)가 제2 개구(134A)와 대향할 때, 제1 개구(132B)는 제2 개구(134B)와 대향한다는 것을 알 수 있다.
또한, 제2 개구들(134A, 134B)의 형상은 사다리꼴이고, 제2 요소(133)에 대한 제1 요소(131)의 배치에 의해 형성된 구멍들의 높이는 또한 구멍들의 상대적인 위치들의 함수에 따라 가변되고, 제2 요소(133)에 대한 제1 요소(131)의 회전을 통해 조절될 수 있다.
구멍들을 구비하고 가열 수단(102) 및 증발 기구(100)의 도가니(120)의 몸체(122) 사이에 개재된 열 차폐 수단(130)이 가열 수단(102)에 의해 방출된 열을 도가니(120)의 몸체(122)를 향해 거의 완전하게 전달한다는 것을 알 수 있다.
이는, - 도면의 좌측에, 제1 요소(131)와 제2 요소(133)를 중첩하여 나타낸 열 차폐 수단의 전개도, 및 - 도면의 우측에, 도가니(120)의 바닥(121)으로부터 도가니(120)의 몸체(122)의 고려된 지점의 거리(D)의 함수에 따라 상기 지점에서 전달된 열량(Q)을 도시한 도 10 및 11에 설명된다.
도 10은 제1 요소(131)의 제1 개구들(132A, 132B)이 도 9의 열 차폐 수단(130)의 제2 요소(133)의 제2 개구들(134A, 134B)과 부분적으로 대향하는 경우와 대응된다.
도 10의 구성에서, 제2 요소(133)에 대한 제1 요소(131)의 배치를 통해 한정된 구멍들(135A, 135B)은 거의 사다리꼴 형상을 갖고, 제1 개구들(132A, 132B)의 절반 높이와 실질적으로 동일한 높이를 갖는다는 것을 볼 수 있다.
도 10의 우측 곡선에 도시된 것처럼, 이에 따라 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D1)에서 전달된 열량(Q)은 크지만, 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D3)에서 전달된 열량(Q)은 작고, 거리(D2)에는 구멍이 존재하지 않기 때문에 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D2)에서 전달된 열량(Q)은 매우 작다는 것을 알 수 있다.
따라서, 몸체(122)의 고려된 지점에서 도가니(120)의 몸체(122)에 전달된 열량(Q)은, 주어진 짧은 시간에, 고려된 지점과 도가니(120)의 바닥(121) 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따른다는 것을 알 수 있다.
도 10에 기술된 상태로부터, 제1 요소(131)와 제2 요소(133)의 상대적인 위치들은 제1 요소(131)의 회전에 의해 가변되어, 제1 개구들(132A, 132B)이 제2 개구들(134A, 134B)과 거의 완전히 대향하게 된다. 그 결과, 도 11에 기술된 상태가 된다.
이러한 구성에서, 제1 요소(131)와 제2 요소(133) 사이에 한정된 구멍들(135A, 135B)의 크기는 변하고, 이 구멍들의 크기는 이제 도 10의 전술한 상태의 구멍들의 크기보다 더 크며 제1 개구들(132A, 132B)의 높이의 거의 전체에 걸쳐 연장된다는 것을 볼 수 있다.
도 11의 우측 곡선에 도시된 것처럼, 이에 따라 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D1)에서 전달된 열량(Q)뿐만 아니라 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D3)에서 전달된 열량(Q)은 크다는 것을 알 수 있다. 한편, 도가니(120)의 바닥(121)으로부터의 거리(D2)에서 전달된 열량(Q)은 이 거리(D2)에 구멍이 존재하지 않기 때문에 항상 비교적 작다.
따라서, 상기 몸체(122)의 고려된 지점에서 도가니(120)의 몸체(122)에 전달된 열량(Q)은 도가니(120)에 대한 열 차폐 수단(130)의 제1 요소(131)의 회전으로 인해 조절 가능하다.
유리하게는, 또한 전체적으로 볼 때, 열 차폐 수단(130), 즉 제1 요소(131)와 제2 요소(133)는 도가니(120)에 대해 회전하여, 도가니(120)에 수용된 증발될 물질(124)이 도가니(120)의 주변 전체에 걸쳐 균일하게 가열된다고 생각될 수 있다.
변형 예로써, 제1 및 제2 요소(131, 133)는, 그 형상 및 위치가 도가니 몸체에 요구되는 온도 프로파일에 적합할 수 있는 복수의 개구들을 포함할 수 있다.
도 12 및 13은 본 발명의 제3 실시예에 관한 것이다.
이에 따라, 도 12 및 13에는 진공 챔버(2) 및 기판(3)을 구비한 진공 증착 장치(1)가 도시된다.
제3 실시예에서, 증발 기구(200)는 진공 증착 장치(1)의 진공 챔버(2)의 내부에 위치된다. 증발 기구(200)는, 증발될 물질(224)을 수용하고 바닥(221), 몸체(222) 및 개구(223)를 포함하는, 제1 실시예의 도가니와 동일한 (예를 들어 도 12 참조) 도가니(220)를 포함한다.
바람직하게는, 도가니(220)의 바닥(221)은 여기서 도가니(220)의 길이방향, 즉 축(A2) 방향을 따라 도가니(220)에 대해 평행이동식으로 이동 가능하게 장착된다. 이동 가능한 바닥(221)의 주변에 배열된, 예를 들면 고무로 만들어진 오링 씰(221A)은 도가니(200)의 바닥(221)과 몸체(222) 사이에 기밀성을 제공한다.
이러한 구성에서, 증발 기구(200)는 또한 도가니(220)의 바닥(221)의 전이를 제어하는 추가적인 제어 수단(미도시)을 포함한다.
즉, 이 제어 수단은 도가니(220)의 바닥(221)이 도가니 몸체(222)를 따라 이동하도록 작동한다.
상기한 제어 수단은 예를 들면 일측이 모터와 연결되고 타측이 도가니(220)의 바닥(221)과 연결된 작동 막대를 포함할 수 있고, 그러면 작동 막대의 전이 운동은 도가니(220)의 바닥(221)에 전달된다.
오링 씰(221A)로 인해, 도가니(220)의 바닥(221)은 도가니(220)의 몸체(222)를 따라 빡빡하게 슬라이딩할 수 있다.
증발 기구(200)는 또한 도가니(220)의 몸체(222)를 적어도 부분적으로 둘러싸는, 제1 실시예의 가열 수단과 동일한 가열 수단(202)을 포함한다.
증발 기구(200)는 열 차폐 수단(230)을 더 포함하고, 열 차폐 수단은 여기서:
- 도가니(220)에 대해 이동 가능한 제1 요소(231), 및
- 제2 요소(232), 제3 요소(233) 및 제4 요소(234)를 포함하고, 제1 요소(231)는 또한 제 2, 3 및 4 요소들에 대해 이동 가능하다.
도 12 및 13에 도시된 것처럼, 이 열 차폐 수단(230)은 제1, 2, 3 및 4 요소들(231, 232, 233, 244)을 구비한 "넣어다 뺐다 할 수 있는(telescopic type)" 형태이고, 제1, 2, 3 및 4 요소들의 외경은 제1 요소(231)가 제2 요소(232)에 끼워지고, 제2 요소(232)가 제3 요소(233)에 끼워지고, 제3 요소(233)가 제4 요소(234)에 끼워지도록 조절된다.
이와 같이, 열 차폐 수단(230)의 높이, 즉 회전축(A1)(도 12 및 13 참조)을 따르는 열 차폐 수단의 크기는 대략 조절될 수 있다.
따라서, 도 12는 모든 요소들(231, 232, 233, 234)이 펼쳐진 상태일 때, 가장 긴 높이에 따른 열 차폐 수단(230)을 도시한다. 도 13은 제1 요소(231)가 하방으로 이동되어 제2 요소(232)에 끼워져서 증발 기구(200)의 가열 수단(12)을 가린 상태의 열 차폐 수단(230)을 도시한다.
따라서, 이 몸체(222)의 고려된 지점에서 도가니(220)의 몸체(222)에 전달된 열량(Q)은, 주어진 짧은 시간에, 고려된 지점과 도가니(220)의 바닥(221) 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따르고, 상기 함수는 도가니(220)에 대한 열 차폐 수단(230)의 제1 요소(231)의 이동에 대해 조절될 수 있다.
증발될 물질(224)이 가열 수단(202)의 복사를 받고, 증기 흐름(224B)이 도가니(220)의 개구(223)를 통해 생성되어, 증발될 물질(224)의 자유면(224A)이 도가니(220) 안에서 여기서는 제1 요소(231)와 대향하는 위치의 높이로 내려간다(도 13 참조).
도가니(220)의 바닥(221)을 작동시키는 추가적인 제어 수단으로 인해, 도가니(220)의 몸체(222) 안에서 자유면(224A)의 위치를 정밀하게 조절하여, 특히 그 자유면(224A)에서 증발될 물질(224)에 전달된 열량(Q)을 정밀하게 조절할 수 있다.
이와 같이, 도가니(220)의 개구(223)를 통한 증발될 물질(223)의 유량은 도가니(220)의 바닥(221)의 이동으로 인해 정교하게 조절될 수 있다.
그러나, 도 12 및 13에 도시된 증발 기구(200)의 제3 실시예가 넣었다 뺐다 할 수 있는 형태의 열 차폐 수단(230) 및 그 바닥(221)이 이동 가능한 도가니(220)를 구비하였지만, 넣었다 뺐다 할 수 있는 형태의 열 차폐 수단 및 그 바닥이 이동 가능한 도가니는 본 발명에 따른 또 다른 증발 기구와 서로 개별적으로 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
Claims (9)
- 진공 증착 장치(1)용 증발 기구(10)로서,
- 증발될 물질(24)을 수용하고, 바닥(21), 몸체(22) 및 개구(23)를 포함하는 도가니(20), 및
- 도가니(20)의 몸체(22)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 가열 수단(12)을 포함하고,
증발 기구(10)는 압력이 10-3 mbar 보다 낮은 진공 증착 장치(1)의 진공 챔버(2) 내부에 위치되고, 또한 증발 기구는 도가니(20)의 몸체(22)와 가열 수단(12) 사이에 개재된 열 차폐 수단(30)을 포함하고, 열 차폐 수단(30)은, 도가니(20)에 대해 이동 가능하고 몸체(22)의 고려된 지점에서 도가니(20)의 몸체(22)에 전달된 열량(Q)이 주어진 짧은 시간에 상기 고려된 지점과 도가니(20)의 바닥 사이의 거리(D)의 일정하지 않은 함수를 따르는 방식으로 구성된, 적어도 하나의 요소(31)를 포함하고, 이 함수는 도가니(20)에 대한 열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)의 적어도 가동 정도에 따라 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발 기구(10). - 제1항에 있어서,
열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는 도가니에 대해 평행이동식으로 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 증발 기구(10). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
열 차폐 수단(30)의 제1 요소(31)는 도가니에 대해 회전식으로 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 증발 기구(10). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
열 차폐 수단(130)은 적어도 하나의 제2 요소(133)를 포함하고, 열 차폐 수단(130)의 제1 요소(131)는 제2 요소(133)에 대해 이동 가능하고, 제1 요소(131) 및 제2 요소(133)는 서로의 사이에 구멍들(135A, 135B)을 한정하도록 배열되고, 이 구멍들(135A, 135B)의 크기는 구멍들의 상대적인 위치들의 함수에 따라 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발 기구(100). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
도가니(20; 120)의 개구(23; 123)를 통해 증발될 물질(24; 124)의 증기 유량을 조절하기 위해 열 차폐 수단(30; 130)의 적어도 제1 요소(31; 131)를 제어하도록 형성된 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 기구(10; 100). - 제5항에 있어서,
도가니(20; 120)의 개구(23; 123)를 통해 증발될 물질(24; 124)의 증기 유량은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 증발 기구(10; 100). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
도가니(220)의 바닥(221)은 도가니(220)의 몸체(222)에 대해 평행이동식으로 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 증발 기구(200). - 제7항에 있어서,
도가니(220)의 개구(223)를 통해 증발될 물질(224)의 유량을 조절하기 위해 도가니(220)의 바닥(221)을 제어하도록 형성된 추가적인 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 기구(200). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 증발 기구(10; 100; 200)를 포함하는 진공 증착 장치(1).
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