KR20140049217A

KR20140049217A - 공정 중 도가니의 교체가 가능한 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치

Info

Publication number: KR20140049217A
Application number: KR1020120115152A
Authority: KR
Inventors: 이재호
Original assignee: 주식회사 선익시스템
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-04-25
Also published as: KR101416589B1

Abstract

본 발명은 기판이나 마스크의 처짐을 방지하여 대면적 기판에 적용할 수 있고, 진공을 파괴하지 않은 상태로 도가니의 교체가 가능하여 장시간의 증착이 가능한 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치에 관한 것으로, 본 발명의 하향식 증발원은 내부 공간에 원료 물질이 저장되는 도가니와, 상기 도가니가 연결되는 도가니 연결부가 일측에 구비되며, 상기 도가니의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하도록 하방향으로 소정의 각도로 설치되는 다수개의 노즐과, 각각의 노즐에 크기별 교체가 가능한 노즐캡을 포함하는 증발튜브와, 상기 증발튜브의 외면에 감싸는 형태로 위치하는 가열히터와, 상기 도가니 연결부에 상기 도가니를 연속적으로 교체가능하게 설치하는 도가니 공급장치를 포함함으로써, 대면적 기판의 처짐을 방지하는 하향식 증착을 하면서도 챔버의 진공을 깨뜨리지 않고 고진공 중에 도가니의 교체가 가능하여 단시간 내에 도가니 교체 후 연속적으로 증착이 가능한 효과가 있다.

Description

공정 중 도가니의 교체가 가능한 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치{Downward Type Evaporation Source and Thin-film Deposition Apparatus Having the Same}

본 발명은 공정 중 도가니의 교체가 가능한 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판이나 마스크의 처짐을 방지하여 대면적 기판에 적용할 수 있고, 진공을 파괴하지 않은 상태로 도가니의 교체가 가능하여 장시간의 증착이 가능한 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 소자(OLED: Organic Light Emitted Device)를 제작하는데 있어서, 가장 중요한 공정은 유기박막을 형성하는 공정이며, 이러한 유기 박막을 형성하기 위해서는 진공 증착이 주로 사용된다.

이러한 진공 증착은 챔버 내에 글라스(glass)와 같은 기판과 파우더(powder) 형태의 원료 물질이 담긴 포인트 소스(point source) 또는 점 증발원과 같은 증발원을 대향 배치하고, 증발원 내에 담긴 파우더 형태의 원료 물질을 증발시켜 증발된 원료 물질을 분사함으로써 기판의 일면에 유기 박막을 형성한다. 최근에는 기판이 대면적화됨에 따라, 포인트 소스 또는 점 증발원으로 알려진 증발원 대신 대면적 기판의 박막 균일도가 확보되는 선형 증발원이 사용된다. 이러한 선형 증발원은 도가니 내에 원료 물질을 저장하고, 저장된 원료 물질을 증발시켜 기판을 향해 분사하는 서로 이격된 복수의 증발홀을 구비한다.

특히, 이러한 증착을 수행할 경우, 기판은 주로 상부에 걸어놓고 증발소스는 진공기의 바닥부분에 설치하여 증착을 수행하는, 이른바 "상향식 증착" 방법을 주로 쓰고 있다.

하지만, 점점 기판이 대형화되는 추세이고, 이와 같이 대면적 기판에 상향식 증착을 하는 경우, 얇은 기판의 중앙부분이 아래쪽으로 잘 쳐지게 되므로, 기판과 마스크의 얼라인이 틀어지게 되어 기판에 균일한 증착 박막을 얻기가 어려워진다. 이러한 경우, 상부에 걸어놓은 기판이 휘어지는 것을 방지하기 위한 수단들을 갖추어야 하는데, 이에는 기술적 비용이 상당히 많이 들어가는 단점이 있다.

따라서 근자에 들어서는 기판을 바닥에 위치시킨 후에 기판의 상부에서 기판의 상면에 박막을 형성시키고자 하는 "하향식 증착" 방법이 지속적으로 연구되고 있으나 여전히 해결되어야 할 문제점들이 나타나고 있다.

예컨대, 일본특허 출원번호 제1989-168024호나 대한민국특허 출원번호 제2002-0052899호 등을 보면 기판을 하부에 위치시켜 놓고, 기판의 상부에 증발원을 마련한 하향식 증발원에 대해 개시하고 있기는 하지만, 구조적으로 상당히 복잡하여 실질적으로 제품에 적용하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

또한, 기판이 대면적화됨에 따라 더욱 많은 양의 원료 물질이 필요하게 되었고, 장시간 증착공정을 수행하는 과정에서 도가니를 교체하는 경우가 발생하는데, 도가니를 교체하기 위해서는 진공 챔버를 개방한 후 도가니를 교체하고나서 다시 진공챔버 내를 진공화한 후, 증착 공정을 수행하여야 한다.

따라서, 이러한 진공 증착 공정 중 도가니 교체 작업이 수반될 때마다 진공화 작업에 따르는 부수적인 작업이 뒤따르게 되어 여러 가지 노력과 에너지를 소모하게 되며, 챔버를 재 진공화하는 데 상당한 시간이 걸려 전체적인 생산성을 낮추는 문제점이 있다.

특히, OLED 와 같은 디스플레이 소자를 제작하기 위한 증착 공정에서는 가급적 장기간 증착 공정을 연속적으로 수행하여야 그 생산 단가를 낮출 수 있어 가격 경쟁력을 지니는 점을 고려할 때, 증착 공정을 수행하면서 도가니를 새롭게 교체할 수 있다면 생산성 향상으로 제품 가격의 경쟁력을 확보할 수 있게 된다.

따라서, 대면적 기판에 적용하는 하향식 증착을 함과 동시에 공정 중 도가니의 교체가 가능하여 생산성을 높일 수 있는 기술이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 대면적 기판의 처짐을 방지하여 기판의 이송 중 얼라인이 틀어지는 것을 방지하면서도 챔버의 진공을 깨뜨리지 않고 고진공 중에 도가니의 교체가 가능한 구조를 갖는 하향식 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 증착 공정 중에 파티클이 모일 수 있는 공간을 구비하여 증착공정 중 모인 파티클의 재사용이 가능한 하향식 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 기판의 상면에 균일한 박막이 증착되도록 하는 노즐 형상을 갖는 하향식 증발원을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 대면적 기판의 처짐을 방지하기 위한 하향식 증착을 하면서도 진공 챔버 내의 구성을 간단히 할 수 있고, 고진공 중 도가니의 교체가 가능하여 장시간 증착이 가능한 박막 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 내부 공간에 원료 물질이 저장되는 도가니와, 상기 도가니가 연결되는 도가니 연결부가 일측에 구비되며, 상기 도가니의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하도록 하방향으로 소정의 각도로 설치되는 다수개의 노즐과, 각각의 노즐에 크기별 교체가 가능한 노즐캡을 포함하는 증발튜브와, 상기 증발튜브의 외면에 감싸는 형태로 위치하는 가열히터와, 상기 도가니 연결부에 상기 도가니를 연속적으로 교체가능하게 설치하는 도가니 공급장치를 포함하는 하향식 증발원이 제공된다.

상기 증발튜브는 상기 노즐을 통해 배출되지 않는 원료물질의 파티클이 하부에 모일 수 있도록 하부모서리를 갖는 단면형상을 갖는 것이 바람직한데, 이 경우, 상기 증발튜브는 상기 하부모서리를 갖는 삼각형 단면형상을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명에서, 상기 노즐은 상기 증발튜브의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분과 수직을 이루도록 형성될 수 있으며, 상기 노즐의 선단면은 상기 기판과 평행하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 노즐은 상기 증발튜브의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분에 연통되게 형성되며, 상기 기판과 수직을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도가니 공급장치는 상기 진공 챔버와 연결되는 별도의 예비 챔버와, 상기 진공 챔버와 상기 예비 챔버의 접합부에 설치되어 개폐되는 게이트와, 상기 예비 챔버 내에 설치되는 도가니를 수직 상승 또는 하강시킬 수 있는 도가니 승강장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 도가니 공급장치는 상기 도가니가 삽입가능한 도가니 삽입홈이 방사형으로 형성되어 회전축을 중심으로 회전하면서 진공챔버에 도가니를 한 개씩 공급하기 위한 도가니 공급부와, 상기 도가니 삽입홈에 삽입된 도가니 중 어느 하나의 도가니를 상승 또는 하강시키는 도가니 승강장치와, 상기 도가니 승강장치를 통해 진공챔버 내에 인입되는 도가니를 상기 도가니 연결부에 안내하도록 설치되는 도가니 가이드와, 상기 도가니 연결부에 설치된 도가니를 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서의 상기 도가니 연결부에는 상기 도가니의 상단이 삽입되는 홈이 구비된 고정장치가 설치되고, 상기 도가니의 상단에는 금속재질의 가스켓이 구비될 수 있다.

또는, 상기 도가니 연결부의 내주면에는 암나사가 형성되고, 상기 도가니의 상단 외주면에는 상기 암나사에 체결가능한 수나사가 형성되고, 상기 도가니의 하단에는 회전력을 받기 위한 홈이 형성되어 도가니 승강장치가 상기 도가니를 정방향 또는 역방향으로 회전시키면서 승강하여 상기 도가니를 설치하거나 이탈시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 증착장치는 기판의 증착 공정이 수행되는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 마련되어 기판을 이송시키는 기판 이송장치와, 상기 기판 이송장치에 의해 이송되는 기판을 냉각하기 위한 냉각판과, 상기 기판의 상면에 박막을 증착하기 위한 하향식 증발원을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 기판 이송장치는 기판을 이송하기 위해 구동수단에 의해 회전하며 기판을 이송 및 지지하는 다수개의 롤러로 이루어지는 롤러부를 포함한다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 대면적 기판의 처짐을 방지하는 하향식 증착을 하면서도 챔버의 진공을 깨뜨리지 않고 고진공 중에 도가니의 교체가 가능하여 단시간 내에 도가니 교체 후 연속적으로 증착이 가능한 효과가 있다.

또한, 증착 공정 중에 파티클이 모일 수 있는 공간을 구비하여 증착공정 중 모인 파티클의 재사용이 가능한 효과가 있다.

또한, 노즐의 각도 또는 선단면의 형상을 기판과 평행하게 함으로써, 기판의 상면에 균일한 박막이 증착되도록 하는 효과가 있다.

또한, 대면적 기판의 처짐을 방지하기 위한 하향식 증착을 하면서도 진공 챔버 내의 구성을 간단히 할 수 있고, 고진공 중 도가니의 교체가 가능하여 원료물질을 연속적으로 공급하여 장시간 증착이 가능하며, 증착공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하향식 증발원을 포함하는 박막 증착장치의 요부를 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 증발튜브의 실시예들을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 박막 증착장치의 제1 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 도가니를 설치하는 구조의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 도가니를 설치하는 구조의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 박막 증착장치의 제2 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에서의 도가니 공급장치를 도시한 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 도가니 공급부의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 하향식 증발원 및 이를 구비하는 박막 증착장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 하향식 증발원을 포함하는 박막 증착장치의 요부를 도시한 사시도이고, 도 2a 내지 2c는 본 발명의 증발튜브의 실시예들을 도시한 단면도이다.

본 발명의 하향식 증발원은 도가니 내의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하기 위한 증발튜브(100)와, 상기 증발튜브(100)의 외면에 감싸는 형태로 위치하는 가열히터(300)를 포함한다.

상기 증발튜브(100)는 증착될 원료물질이 저장되는 도가니(20)가 연결되는 도가니 연결부(110)가 일측에 구비되고, 타측으로는 상기 도가니(20)의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하기 위한 다수개의 노즐(200)이 구비된다.

이와 같은 상기 증발튜브(100)는 상기 도가니 연결부(110)가 증발튜브(100)의 일측에 형성되어 "ㄱ"자 형태를 가지며, 박막이 증착될 기판(10)의 일면과 대향하도록 이격 배치된다. 이러한 증발튜브(100)는 기판(10)의 일면에 증발된 원료 물질 예컨대, 유기물을 다수의 경로로 균일하게 분배하여 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 증발튜브(100)는 도가니 연결부(110)를 통해 인입된 원료물질을 다수의 경로로 분기시켜 배출하는 다수의 노즐(200)를 포함한다.

또한, 상기 증발튜브(100)는 도가니 연결부(110)와 상기 노즐(200)이 상호 연통되며 증발된 원료 물질이 확산될 수 있는 소정의 확산 공간이 내부에 형성된다.

상기 노즐(200)은 기판(10)의 상면에 하향 증착이 가능하도록 하방향으로 소정의 각도를 갖도록 형성되며, 상기 노즐(200)의 선단부에는 탈부착이 가능하고 분사 압력을 제어할 수 있도록 개구가 형성된 노즐캡(210)이 결합된다.

상기 노즐캡(210)은 크기별로 교체가 가능한 것으로, 상기 노즐(200)과 끼움 결합된다.

상기 노즐(200)은 증발되는 원료 물질의 직진성이 커지도록 하부에서 상부 즉, 입구에서 출구로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예의 노즐(200)은 역깔때기 형상의 수직 단면을 갖는 소정 길이의 파이프(pipe)로 구성된다.

상기 노즐캡(210)에는 분사 압력을 상황에 따라 제어할 수 있도록 압력조절링(도시안함)이 부착될 수 있다.

상기 노즐(200)은 상기 증발튜브(100)의 타측에 일정간격으로 형성되는데, 상기 노즐(200)이 형성되는 증발튜브(100)의 타측은 상기 노즐(200)을 통해 가스가 배출될 때 원료물질의 파티클(2)이 하부에 모일 수 있도록 하부모서리(102)를 갖는 단면형상을 갖는다.

예컨대, 본 발명에서의 상기 증발튜브(100)는 상기 하부모서리(102)를 갖는 삼각형 단면형상을 갖을 수 있다.

여기서, 상기 증발튜브(100)는 삼각형 단면형상을 이루는 선분 중 가장 긴 선분에 상기 노즐(200)이 연통되게 형성되며, 본 발명에서는 상기 노즐(200)의 구조를 3가지의 실시예로서 제안한다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(200)은 상기 증발튜브(100)의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분과 80°내지 100°의 각도(θ)를 이루도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 노즐(200)이 이루는 각도는 바람직하게는 상기 증발튜브(100)의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분과 수직을 이루도록 형성되는 것이다.

이때, 상기 노즐(200)은 상기 증발튜브(100)의 가장 긴 선분의 중간 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 형성된 노즐(200)에 의해, 상기 증발튜브(100)에서 기화된 원료물질이 상기 노즐(200)을 통해 기판(10)의 상면으로 분사될 때, 상기 도가니(20)에서 인입된 원료물질 중 발생한 파티클(20)은 상기 노즐(200)로 분사되지 않고 상기 하부모서리(102)에 모이게 되는 것이다.

즉, 상기 증발튜브(100)에서 기화된 원료물질 중 일부는 기화된 후 냉각되어 파티클(2)이 발생할 수 있는데, 본 발명에서의 상기 증발튜브(100)는 하부에 모서리(102)가 형성되면서 상기 노즐(200)이 증발튜브(100)의 중간 위치에 형성되어 있으므로, 발생된 상기 파티클(2)들은 상기 노즐(200)을 통해 기판(10)에 분사되지 않고 상기 하부모서리(102)에 모이게 되어 재사용을 가능케 한다.

한편, 기판(10) 상에 원료 물질이 균일하게 도달되도록 상기 노즐(200)은 도 2b에서 보는 바와 같이, 상기 노즐(200)의 선단면이 상기 기판(10)과 평행하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 노즐(200)이 상기 증발튜브(100)의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분과 대략 수직을 이루도록 형성되면서도 그 선단면이 상기 기판(10)과 평행하게 형성되는 것이다. 이때, 상기 노즐(200)의 선단부에 끼워지는 노즐캡(210) 역시 기판(10)과 평행하게 형성되어야 함은 물론이다.

이와 같이 형성된 노즐(200)과 노즐캡(210)은 원료물질이 분사되는 선단부가 상기 기판(10)과 평행하게 형성되므로, 상기 노즐(200)의 선단부와 기판(10) 사이의 높이가 동일하게 되고, 상기 노즐(200)의 선단부를 통해 분사되는 원료물질이 기판(10) 상에 균일하게 도달될 수 있다.

한편, 기판(10) 상에 원료 물질이 균일하게 도달되도록 상기 노즐(200)은 기판(10)과 수직을 이루도록 형성될 수도 있다.

즉, 상기 노즐(200)은 도 2c에서 보는 바와 같이, 상기 기판(10)과 수직을 이루도록 형성되어 상기 노즐(200)을 통해 원료물질이 기판(10) 상에 분사될 때, 기판(10)에 균일하게 도달될 수 있다.

한편, 본 발명의 하향식 증발원은 진공 챔버의 진공을 깨뜨리지 않고 고진공 중에 도가니(20)를 연속적으로 교체하기 위한 도가니 공급장치를 더 포함한다.

본 발명에서 상기 도가니 공급장치는 2가지의 실시예를 포함하는데, 상기 도가니 공급장치의 각각의 실시예에 대한 상세한 구성은 후술하도록 한다.

이와 같은 하향식 증발원이 포함되는 본 발명의 박막 증착장치는 기판(10)의 증착 공정이 수행되는 진공 챔버(40)(도 3 참고)와, 상기 진공 챔버(40) 내에 마련되어 기판(10)을 이송시키는 기판 이송장치(700)와, 상기 기판 이송장치(700)에 의해 이송되는 기판(10)을 냉각하기 위한 냉각판(730)를 더 포함한다.

상기 기판 이송장치(700)는 기판(10)을 이송하기 위해 별도의 구동수단, 예컨대 구동모터에 의해 회전하면서 기판을 이송 및 지지하는 다수개의 롤러(720)로 이루어지는 롤러부를 포함한다.

상기 롤러(720)는 챔버 내에서 상기 증발튜브(100)의 노즐(200) 하부에 양측으로 설치되는 가이드레일(710)의 일측면에 일정간격으로 설치되며, 상기 롤러(720) 상에 기판(10)이 얹혀지어, 롤러(720)의 구동에 의해 기판(10)이 이송된다.

상기 챔버(40)의 일측벽에는 기판(10)의 출입을 위한 게이트(도시안함)가 형성될 수 있으며, 상기 챔버(40)의 타측벽에는 내부 배기를 위한 배기부(도시안함)가 마련될 수 있다.

도 3은 본 발명의 박막 증착장치의 제1 실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 도가니를 설치하는 구조의 일실시예를 도시한 단면도이고. 도 5는 본 발명의 도가니를 설치하는 구조의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명의 도가니 공급장치의 제1 실시예는 상기 진공 챔버(40)와 연결되는 별도의 예비 챔버(50)와, 상기 진공 챔버(40)와 상기 예비 챔버(50)의 접합부에 설치되어 개폐되는 게이트(150)와, 상기 예비 챔버(50) 내에 설치되는 도가니(20)를 수직 상승 또는 하강시킬 수 있는 도가니 승강장치(400)를 포함한다.

상기 예비 챔버(50)는 상기 진공 챔버(40)에서 증착 공정을 수행하여 물질이 소모된 도가니(20)를 유입시키고, 예비 챔버(50)에 예비된 예비 도가니(30)를 진공 챔버(40)에 유입시킴으로써, 도가니를 교체하는 역할을 한다.

또한, 상기 예비 챔버(50) 내부에는 원료가 충진되어 있는 상기 예비 도가니(30)를 예비적으로 가열하거나 냉각할 수 있는 예비 히터(도시안함) 및 쿨링장치(도시안함)가 더 설치될 수 있다.

이 경우, 상기 예비 히터는 상기 예비 도가니(30)의 외곽에 원통형으로 설치될 수 있으며, 예비 도가니(30)가 진공챔버(40)에 인입되기 전에 예열해줄 수 있게 된다.

한편, 상기 게이트(150)는 상기 진공 챔버(40)와 예비 챔버(50) 사이를 개방 혹은 폐쇄하여 진공 챔버(40) 내부의 도가니(20)를 예비 챔버(50)로 이송하거나, 상기 예비 챔버(50)에 예비된 예비 도가니(30)를 진공 챔버(40)에 이송하도록 하고, 상기 진공 챔버(40)와 예비 챔버(50) 내부에 진공을 형성하도록 한다.

본 발명에서, 상기 도가니 승강장치(400)는 상기 예비 챔버(50) 내에 설치되는 도가니(30)를 수직으로 상승시켜 상기 진공 챔버(40) 내부로 이송하거나, 상기 진공 챔버(40) 내에서 원료물질이 소모된 도가니(20)를 상기 예비 챔버(50)로 이송하도록 승강하는 것으로서, 도가니(30)를 받치기 위한 받침대(450)와, 상기 받침대(450)를 승강시키기 위해 구동력을 발생시키는 구동모터(410)를 포함한다.

상기 받침대(450)를 승강시키는 구조에 있어서, 본 발명에서는 상기 구동모터(410)의 회전력을 직선운동으로 바꾸어 상기 받침대(450)를 승강시키는 직선이동수단을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 직선이동수단은 상기 구동모터(410)의 모터축에 결합되어 회전하는 구동기어(420)와, 상기 구동기어(420)에 맞물려 회전하는 피니언기어에 맞물리는 랙기어가 형성된 승강축(430)으로 이루어질 수 있다.

상기 승강축(430)의 상단에 상기 받침대(450)가 결합되며, 상기 구동모터(410)가 회전하면 상기 구동기어(420)와 피니언기어가 맞물려 회전하고, 상기 피니언기어가 회전함에 따라 랙기어가 상승 또는 하강하여 받침대(450)를 승강시킨다.

여기서, 상기 예비 챔버(50) 내에는 복수의 도가니(30)가 수평으로 설치되며, 상기 도가니(30)를 수평방향으로 이송하는 이송 스테이지(440)가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 이송 스테이지(440)는 상하를 관통하여 형성된 관통홀을 포함하며, 상기 관통홀에는 상기 도가니(30)를 받치기 위한 받침대(450)가 설치된다.

상기 받침대(450)는 도가니 승강장치(400)에 의해 승강하면서 도가니(30)를 승강시킨다.

상기 이송 스테이지(440)는 복수의 도가니(30) 중 적어도 하나를 도가니 승강장치(400) 상부로 이동시킴으로써, 새로운 도가니를 상기 받침대(450)에 적재하거나, 또는 이의 반대 과정을 통해 사용된 도가니를 회수하는 역할을 한다. 이러한 이송 스테이지(440)는 일렬로 적재된 복수의 도가니(30)가 좌우로 이동되도록 구성된다.

여기서, 상기 예비 챔버(50)의 하단부는 상기 승강축(430)이 통과되는 개구부가 형성되며, 상기 개구부에는 상기 예비 챔버(50)의 밀봉을 위한 자성유체씰(Ferro seal)(도시안함)이 설치될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 박막 증착장치를 사용하여 도가니를 교체하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원료 물질이 저장된 도가니(20)를 예비 챔버(50)에 넣은 후 상기 게이트(150)를 개방한 상태에서 도가니 승강장치(400)에 의해 상승시켜, 진공 챔버(40) 내부로 인입하여 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)와 연통되게 설치한다.

이후, 상기 진공 챔버(40) 내부의 공기를 배출하여 진공 분위기를 형성하고, 상기 도가니(20)의 둘레에 마련된 히터(130)에 의해 도가니(20) 내에 저장된 분말 형태의 원료 물질을 증발시켜, 증발된 원료물질이 증발튜브(100)의 확산 공간을 통해 상기 노즐(200)를 통해 외부로 배출되어 기판(10)에 공급된다.

소정의 시간이 지나 도가니(20)에 저장된 원료 물질이 소진되면, 원료 물질이 소진된 도가니(20)는 도가니 승강장치(400)에 의해 하강하여 상기 예비 챔버(50)에 유입된다.

이때, 최초의 증착공정은 상기 게이트(150)를 개방한 상태로 이루어질 수 있다. 따라서, 증착이 완료되어 원료 물질이 소진된 도가니(20)는 상기 게이트(150)가 개방된 상태에서 도가니 승강장치(400)에 의해 하강할 수 있다.

이후, 상기 게이트(150)를 폐쇄하고, 상기 도가니(20)를 예비 챔버(50)에서 배출시킨 후, 새로운 도가니(30)로 교체한다.

이어, 상기 예비 챔버(50) 내부의 공기를 배출하여 진공 분위기를 형성하고, 상기 게이트(150)를 개방한 후 전술한 바와 같은 동일한 방법으로, 상기 도가니(30)를 도가니 승강장치(400)에 의해 상승시켜, 진공 챔버(40) 내부로 인입하여 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)와 연통되게 설치한다.

이후, 새롭게 교체된 도가니(30) 내에 저장된 분말 형태의 원료 물질을 증발시켜, 기판(10)에 증착공정을 수행한다.

이와 같은 방법에 의해 도가니를 교체한 후 연속적으로 증착공정을 수행할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 박막 증착장치는 도가니를 교체하는 과정에서 상기 예비 챔버(50)만 진공을 잡아줌으로써, 상기 진공 챔버(40)에서의 배기 및 냉각 등이 불필요하여 단시간 내 도가니의 교체가 가능하고, 연속증착이 가능한 것이다.

한편, 본 발명은 상기 도가니를 진공 챔버(40) 내에 설치함에 있어서, 상기 증발튜브(100)와의 결합상태가 견고할 수 있도록, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 도가니를 설치구조를 제안한다.

즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)에는 상기 도가니(20)가 상승되어 장착될 때 장착된 도가니(20)와 도가니 연결부(110)를 결합시키는 클램프 형태의 고정장치(116)가 설치될 수 있다.

상기 고정장치(116)는 도가니(20)의 상단이 삽입가능한 홈이 구비된 'ㄷ'자 단면형상을 가질 수 있으며, 이외에도 클램프 형태로 도가니(20)와 도가니 연결부(110)를 결합시키는 구조라면 다양하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 도가니 연결부(110)와 도가니(20) 사이에는 가스켓(도시안함)이 설치될 수 있는데, 상기 가스켓은 금속재질, 바람직하게는 구리 재질로 이루어지어, 상기 도가니(20)가 상승하면서 상기 고정장치(116)에 삽입될 때 그 압력에 의해 금속재질의 가스켓이 압축되면서 상기 도가니(20)와 증발튜브(100)의 결합이 견고하게 유지되도록 한다.

또한, 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 도가니 연결부(120)의 내주면에는 암나사(126)가 형성되고, 상기 도가니(30)의 상단 외주면에는 상기 암나사(126)에 체결가능한 수나사(32)가 형성되어 상기 도가니(30)가 회전하면서 상승할 때 나사체결에 의해 분배기의 도가니 연결부(120)와 결합되도록 할 수 있다.

이때, 상기 도가니(30)의 하단면에는 회전력을 받기 위한 홈(34)이 형성되고, 상기 도가니 승강장치의 승강축(430)의 상단에는 상기 홈(34)에 끼워짐이 가능한 끼움편(438)이 형성되어, 상기 승강축(430)이 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 승강할 때 상기 도가니(30)의 하단면에 형성된 홈(34)에 상기 끼움편(438)이 끼워져 상기 도가니(30)를 승강시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 예비 챔버(50)를 개방하여 물질이 소모된 도가니를 꺼내고 새 도가니를 예비 챔버(50)에 넣은 후 예비 챔버(50)만을 새로 진공화시킴으로써, 단시간 내 도가니의 교체작업이 이루어질 수 있고, 연속증착이 가능하여 생산성을 높일 수 있을 뿐 아니라, 재진공은 챔버의 크기가 작은 예비 챔버(200)에 한하여 수행되기 때문에 재 진공에 드는 시간과 노력과 비용을 모두 절약할 수 있다.

도 6은 본 발명의 박막 증착장치의 제2 실시예를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6에서의 도가니 공급장치를 도시한 분해사시도이다.

본 발명에 따른 도가니 공급장치(500)의 제2 실시예는 내부 공간에 원료 물질이 저장되는 도가니(20)가 삽입가능한 도가니 삽입홈(512)이 방사형으로 형성되는 도가니 공급부(510)와, 상기 도가니(20)를 상승 또는 하강시키는 도가니 승강장치와, 상기 도가니 승강장치를 통해 진공챔버(40) 내에 인입되는 도가니(20)를 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)에 안내하도록 상기 도가니 연결부(110)의 하단부에 설치되는 도가니 가이드(540)와, 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)에 연통되게 설치된 도가니(20)를 가열하기 위한 히터(530)를 포함한다.

상기 도가니 공급부(510)는 원통형으로 이루어지며, 상기 도가니 삽입홈(512)이 방사형으로 형성되어 리볼버(Revolver) 형태를 갖는다.

상기 도가니 공급부(510)는 중앙의 회전축(도시안함)을 중심으로 회전하면서 상기 진공챔버(40)에 도가니(20)를 한 개씩 공급하는 구성을 갖는다.

여기서, 상기 도가니 삽입홈(512)은 상기 회전축이 삽입되는 축삽입공(514)을 중심으로 방사형으로 형성되며, 도 7에서 나타낸 바와 같이, 8개의 도가니 삽입홈(512)이 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다.

또한, 상기 회전축을 회전시키는 구성은 공지의 기술이 적용될 수 있으며, 따라서, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명에서 상기 회전축을 회전시켜 도가니 공급부(510)를 회전시키는 경우, 상기 회전축의 회전각도는 상기 도가니 삽입홈(512)의 형성개수와 형성각도에 따라 조절될 수 있으며, 상기 진공챔버(40)에 도가니(20)를 한 개씩 공급할 수 있는 각도로 제어 장치(도시안함)에 의해 제어하도록 한다.

상기 도가니 삽입홈(512)은 상기 도가니 공급부(510)의 상하방향으로 관통되도록 형성된다. 따라서, 상기 도가니 삽입홈(512)에 삽입된 도가니(20)를 도가니 승강장치에 의해 상승 또는 하강하여 챔버(40) 내의 도가니(20)를 교체할 수 있도록 한다.

또한, 상기 도가니 삽입홈(512)은 상기 도가니(20)의 상단 테두리가 걸쳐지도록 상단에 단턱이 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도가니 승강장치는 상기 도가니(20)를 받치기 위한 받침대(528)와, 상기 받침대(528)를 승강시키기 위해 구동력을 발생시키는 구동모터(522)와, 상기 구동모터(522)의 회전력을 직선운동으로 바꾸어 상기 받침대(528)를 승강시키기 위한 직선이동수단을 포함한다.

여기서, 상기 직선이동수단은 상기 구동모터(522)의 회전력을 직선운동으로 바꾸어 상기 받침대(528)를 승강시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이든지 적용이 가능하다.

본 발명에서는 상기 직선이동수단으로서, 상기 구동모터(522)의 모터축에 결합되어 회전하는 구동기어(524)와, 상기 구동기어(524)에 맞물려 구동기어(524)의 회전운동에 따라 회전하면서 직선운동하는 승강축(526)을 포함한다.

상기 승강축(526)에는 상기 구동기어(524)와 맞물려 회전할 수 있는 기어치가 형성된다.

상기 승강축(526)의 상단에 상기 받침대(528)가 결합되며, 상기 구동모터(522)가 정방향 또는 역방향으로 회전하면 상기 구동기어(522)와 구동기어(524)가 맞물려 회전하고, 상기 구동기어(524)가 회전함에 따라 상기 승강축(526)이 상승 또는 하강하여 받침대(450)를 승강시킨다.

한편, 상기 도가니 가이드(540)는 상기 도가니(20)가 삽입가능한 내경을 가지는 원통형 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 도가니 가이드(540)는 상기 도가니(20)가 삽입가능한 내경을 가지는 상부 환형부재와, 상기 상부 환형부재와 대응되는 하부 환형부재와, 상기 상부 환형부재와 하부 환형 부재를 수직방향으로 연결하는 복수의 수직부재로 이루어진다.

한편, 상기 히터(530)는 상기 도가니 가이드(540)를 둘러싸도록 형성되어 도가니(20)에 열을 제공하여 도가니(20) 내에 저장된 분말 형태의 원료 물질을 기화시키는 역할을 한다.

상기 도가니 공급장치(500)는 상기 진공 챔버(40) 내부에 위치하고 있으며, 챔버(40)와 동일한 진공을 유지한다.

이 경우, 상기 구동모터(522)는 진공 챔버(40)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.

먼저, 도가니 공급부(510)의 도가니 삽입홈(512)에 장착된 도가니(20)를 상기 도가니 승강장치에 의해 상승시켜, 진공 챔버(40) 내부로 인입하여 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)와 연통되게 설치한다.

이때, 상기 구동모터(522)의 구동에 의해 상기 승강축(526)이 회전하면서 상승하고, 상기 도가니(20)를 받치고 있는 받침대(528)가 상승하여 도가니(20)를 상승시킨다.

또한, 도가니(20)의 상승 시, 상기 도가니(20)가 도가니 가이드(540)에 인입되면서 진공챔버(40) 내에 증발튜브(100)에 안내되므로 상기 도가니 연결부(110)의 하단부에 도가니(20)를 정위치로 설치할 수 있다.

이후, 상기 도가니(20)의 둘레에 마련된 히터(530)에 의해 도가니(20) 내에 저장된 분말 형태의 원료 물질을 증발시켜, 증발된 원료물질이 증발튜브(100)의 확산 공간을 통해 증발튜브(100)의 상측에 형성된 노즐(200)를 통해 외부로 배출되어 기판(10)에 공급된다.

소정의 시간이 지나 도가니(20)에 저장된 원료 물질이 소진되면, 원료 물질이 소진된 도가니(20)는 도가니 승강장치에 의해 하강하여 도가니 공급부(510)의 도가니 삽입홈(512)에 유입된다.

이후, 상기 도가니 공급부(510)가 회전축을 중심으로 회전하여, 새로운 도가니(20a)가 도가니 승강장치의 위치로 이동한다. 이와 같은 순차적인 동작은 모두 자동 제어장치에 의해 제어될 수 있으며, 이를 위해, 도가니 공급부(510)에 센서 등을 구비하여 신호 처리에 의해 도가니 공급부(510)의 회전 동작, 도가니 승강장치의 승강 동작을 제어할 수 있다.

이어, 전술한 바와 같은 동일한 방법으로, 상기 도가니(20a)를 도가니 승강장치에 의해 상승시켜, 진공 챔버(40) 내부로 인입하여 상기 증발튜브(100)의 도가니 연결부(110)와 연통되게 설치한다.

이후, 새롭게 교체된 도가니(20a) 내에 저장된 분말 형태의 원료 물질을 증발시켜, 기판(10)에 증착공정을 수행한다.

이와 같은 방법에 의해 도가니(20a)(20b)(20c)(20d)를 순서대로 교체한 후 연속적으로 증착공정을 수행할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 박막 증착장치는 도가니를 교체하는 과정에서 진공 챔버(40)의 진공을 깨뜨리지 않고 고진공 중에 도가니의 교체가 가능하므로 연속증착이 가능한 것이다.

도 8은 본 발명의 도가니 공급부의 다른 실시예를 도시한 단면도로서, 본 발명의 도가니 공급부(610)는 상기 도가니 삽입홈(612)에 삽입된 도가니를 예비적으로 가열할 수 있는 예비 히터(620)가 더 설치될 수 있다.

이 경우, 상기 예비 히터(620)는 상기 도가니 삽입홈(612)의 외곽에 원통형으로 설치되어, 도가니가 진공챔버(40)에 인입되기 전에 예열해줄 수 있게 된다.

또한, 도시하지는 않았지만 상기 도가니 공급부(610)의 외주면 및 바닥면에는 쿨링 장치가 장착되어 도가니의 가열뿐 아니라 등온 유지를 할 수 있도록 함도 가능하다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도가니가 진공챔버(40) 내에 인입되기 전에 비교적 낮은 온도로 예열해줌으로써, 진공챔버(40) 내에서의 증착 공정 시 도가니를 가열하는 시간을 줄일 수 있으며, 증착 공정에 드는 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

2 : 파티클 10 : 기판
20 : 도가니 40 : 진공 챔버
50 : 예비 챔버 100 : 증발튜브
102 : 하부모서리 200 : 노즐
210 : 노즐캡 300 : 가열히터
400 : 도가니 승강장치 500 : 도가니 공급장치
510 : 도가니 공급부 512 : 도가니 삽입홈
540 : 도가니 가이드 700 : 기판 이송장치
720 : 롤러 730 : 냉각판

Claims

내부 공간에 원료 물질이 저장되는 도가니;
상기 도가니가 연결되는 도가니 연결부가 일측에 구비되며, 상기 도가니의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하도록 하방향으로 소정의 각도로 설치되는 다수개의 노즐과, 각각의 노즐에 크기별 교체가 가능한 노즐캡을 포함하는 증발튜브;
상기 증발튜브의 외면에 감싸는 형태로 위치하는 가열히터; 및
상기 도가니 연결부에 상기 도가니를 연속적으로 교체가능하게 설치하는 도가니 공급장치;
를 포함하는 하향식 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 증발튜브는 상기 노즐을 통해 배출되지 않는 원료물질의 파티클이 하부에 모일 수 있도록 하부모서리를 갖는 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 2에 있어서,
상기 증발튜브는 상기 하부모서리를 갖는 삼각형 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 3에 있어서,
상기 노즐은 삼각형 단면형상을 이루는 선분 중 가장 긴 선분에 연통되게 형성되며, 상기 증발튜브의 삼각형 단면형상 중 가장 긴 선분과 80°내지 100°의 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 4에 있어서,
상기 노즐의 선단면은 상기 기판과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 3에 있어서,
상기 노즐은 삼각형 단면형상을 이루는 선분 중 가장 긴 선분에 연통되게 형성되며, 상기 기판과 수직을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 도가니 공급장치는 진공 챔버와 연결되는 별도의 예비 챔버;
상기 진공 챔버와 상기 예비 챔버의 접합부에 설치되어 개폐되는 게이트; 및
상기 예비 챔버 내에 설치되는 도가니를 수직 상승 또는 하강시킬 수 있는 도가니 승강장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 7에 있어서,
상기 도가니 승강장치는 도가니를 받치기 위한 받침대와,
상기 받침대를 승강시키기 위해 구동력을 발생시키는 구동모터와,
상기 구동모터의 회전력을 직선운동으로 바꾸어 상기 받침대를 승강시키기 위한 직선이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 8에 있어서,
상기 직선이동수단은 상기 구동모터의 모터축에 결합되어 회전하는 구동기어와,
상기 구동기어에 맞물려 회전하는 피니언기어와,
상기 피니언기어에 맞물리는 랙기어가 형성되어 상기 피니언기어의 회전운동에 따라 직선운동하는 승강축을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 7에 있어서,
상기 예비 챔버 내에는 복수의 도가니가 수평으로 설치되며,
상기 도가니를 수평방향으로 이송하는 이송 스테이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 도가니 공급장치는 상기 도가니가 삽입가능한 도가니 삽입홈이 방사형으로 형성되어 회전축을 중심으로 회전하면서 진공챔버에 도가니를 한 개씩 공급하기 위한 도가니 공급부;
상기 도가니 삽입홈에 삽입된 도가니 중 어느 하나의 도가니를 상승 또는 하강시키는 도가니 승강장치;
상기 도가니 승강장치를 통해 진공챔버 내에 인입되는 도가니를 상기 도가니 연결부에 안내하도록 설치되는 도가니 가이드; 및
상기 도가니 연결부에 설치된 도가니를 가열하기 위한 히터;
를 포함하는 하향식 증발원.
청구항 11에 있어서,
상기 도가니 승강장치는 도가니를 받치기 위한 받침대와,
상기 받침대를 승강시키기 위해 구동력을 발생시키는 구동모터와,
상기 구동모터의 회전력을 직선운동으로 바꾸어 상기 받침대를 승강시키기 위한 직선이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 11에 있어서,
상기 도가니 공급부는 상기 도가니 삽입홈에 삽입된 도가니를 예비적으로 가열할 수 있는 예비 히터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 도가니 연결부에는 상기 도가니의 상단이 삽입되는 홈이 구비된 고정장치가 설치되고,
상기 도가니의 상단에는 금속재질의 가스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 도가니 연결부의 내주면에는 암나사가 형성되고,
상기 도가니의 상단 외주면에는 상기 암나사에 체결가능한 수나사가 형성되고,
상기 도가니의 하단에는 회전력을 받기 위한 홈이 형성되어 도가니 승강장치가 상기 도가니를 정방향 또는 역방향으로 회전시키면서 승강하여 상기 도가니를 설치하거나 이탈시키는 것을 특징으로 하는 하향식 증발원.
기판의 증착 공정이 수행되는 진공 챔버;
상기 진공 챔버 내에 마련되어 기판을 이송시키는 기판 이송장치;
상기 기판 이송장치에 의해 이송되는 기판을 냉각하기 위한 냉각판;
내부 공간에 원료 물질이 저장되는 도가니가 연결되는 도가니 연결부가 일측에 구비되며, 상기 도가니의 원료 물질을 기판의 상면에 증착하도록 하방향으로 소정의 각도로 설치되는 다수개의 노즐과, 각각의 노즐에 크기별 교체가 가능한 노즐캡을 포함하는 증발튜브;
상기 증발튜브의 외면에 감싸는 형태로 위치하는 가열히터; 및
상기 도가니 연결부에 상기 도가니를 연속적으로 교체가능하게 설치하는 도가니 공급장치;
를 포함하는 박막 증착장치.
청구항 16에 있어서,
상기 기판 이송장치는 기판을 이송하기 위해 구동수단에 의해 회전하면서 기판을 이송 및 지지하는 다수개의 롤러로 이루어지는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
청구항 16에 있어서,
상기 증발튜브는 상기 노즐을 통해 배출되지 않는 원료물질의 파티클이 하부에 모일 수 있도록 하부모서리를 갖는 삼각형 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
청구항 16에 있어서,
상기 도가니 공급장치는 상기 진공 챔버와 연결되는 별도의 예비 챔버;
상기 진공 챔버와 상기 예비 챔버의 접합부에 설치되어 개폐되는 게이트; 및
상기 예비 챔버 내에 설치되는 도가니를 수직 상승 또는 하강시킬 수 있는 도가니 승강장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
청구항 16에 있어서,
상기 도가니 공급장치는 상기 도가니가 삽입가능한 도가니 삽입홈이 방사형으로 형성되어 회전축을 중심으로 회전하면서 진공챔버에 도가니를 한 개씩 공급하기 위한 도가니 공급부;
상기 도가니 삽입홈에 삽입된 도가니 중 어느 하나의 도가니를 상승 또는 하강시키는 도가니 승강장치;
상기 도가니 승강장치를 통해 진공챔버 내에 인입되는 도가니를 상기 도가니 연결부에 안내하도록 설치되는 도가니 가이드; 및
상기 도가니 연결부에 설치된 도가니를 가열하기 위한 히터;
를 포함하는 박막 증착장치.