KR20140118585A - 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치에 관한 것으로서, 증착 물질이 내부에 수용되는 본체와, 상기 본체 상측으로 본체의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 길게 형성된 노즐결합부와, 상기 노즐결합부 상측으로 돌출되게 배열 형성된 분사노즐과, 상기 본체, 노즐결합부 및 분사노즐을 가열시키는 히터부를 포함하여 이루어진 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 있어서, 상기 노즐결합부를 가열시키는 히터부는, 상기 노즐결합부의 양측면에 각각 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되고, 상기 분사노즐을 가열시키는 히터부는, 상기 배열 형성된 분사노즐의 양측면에 형성된 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 제작이 간단하고, 열변형에 따른 쇼트나 단락 문제가 없고, 아웃게싱으로 인한 소자의 물성 저하를 방지할 수 있으며, 변형이 적어 취급 및 조립이 용이한 이점이 있다.

Description

히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치{Depositing source apparatus with heater block}

본 발명은 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치에 관한 것으로서, 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 사용되는 증착 소스용 본체의 히터부가 블럭의 형태를 갖도록 하여 취급 및 조립이 간단한 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치에 관한 것이다.

최근의 전기전자제품의 소형화, 슬림(slim)화, 고집적화, 다양한 적용분야에 대한 요구 및 필요성에 따라 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes)에 대한 연구가 활발하다.

이러한 유기 발광 소자는 기존의 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display)와는 달리 백라이트(Back light) 장치가 필요없어 자체 발광되면서 경량의 초박형이 가능하다는 점과 낮은 소비 전력, 간단한 구조에 의한 제조의 편리성, 경제성 등의 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 소자로서 특히 주목받고 있다.

일반적으로 유기 발광 소자는 기판 상층에 양극과 발광층, 음극이 형성되게 되는데, 여기에서 발광층이 유기막을 이루는 것을 말한다. 이러한 유기막은 통상 진공챔버 내에 위치하고, 히터와 도가니를 포함하는 증착 소스 장치에 의해 제조되며, 상기 도가니 내부에 증착 소스를 넣고 히터에 의한 도가니를 가열시키면 그 내부의 증착 소스 물질이 증발, 기화되면서 그 대향면에 위치한 기판에 증착되게 되는 것이다.

이러한 유기 발광 소자를 제조하기 위해서 최근에는, 각각의 공정 챔버가 선형 형태로 배열되어 각 공정 챔버를 기판이 통과하도록 하면서 기판에 대한 공정이 인라인으로 처리되는 선형 증착 시스템에 대한 연구가 활발하다.

특히, 상기 선형 증착 시스템은 기판에 대한 공정이 선형으로 연결된 공정 챔버에 의해 연속적으로 이루어지도록 함으로써, 생산 효율을 향상시키고, 단가를 낮추면서, 인시츄(in-situ)에서 기판에 대한 전 공정이 이루어져 고품질의 유기막을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이러한 선형 증착 시스템에 있어서, 도가니는 증착 물질이 내부에 수용되는 본체(일반적으로 도가니라고 함.)가 형성되고, 상기 본체 상측으로 본체의 길이에 대해 수직한 방향으로 노즐결합부가 형성되며, 상기 노즐결합부에는 상측으로 돌출되게 형성된 분사노즐이 다수 개 형성된 형태를 가지고 있다.

그리고, 상기 본체, 노즐결합부, 분사노즐 외주면에는 증착 물질을 기화시키고, 증착 물질이 일정 운동량을 가지면서 기판에 도달하여 적정 성분비 및 두께로 증착되도록 하기 위한 히터가 형성되어 있다. 이러한 히터를 포함하여 본체, 노즐결합부 그리고 분사노즐로 이루어진 구성을 선형 증착 시스템에서는 증착 소스 장치라고 한다.

일반적으로, 상기 본체의 내부에는 증착 소스가 존재하게 되며, 이를 녹이고 기화시킬 수 있을 정도의 온도(600~800℃)가 되도록 바깥쪽에는 히터가 형성되어 있다. 기화된 증착 소스는 노즐결합부를 지나 분사노즐을 통해 일정 운동에너지로 분사되게 되는데, 노즐결합부 및 분사노즐 바깥쪽에도 히터가 형성되어 있다.

이러한 본체, 노즐결합부 및 분사노즐의 히터는 그 온도 영역이 약간씩 다르기 때문에 하나의 히터에 의해 가열시키는 것이 아니라, 본체, 노즐결합부 및 분사노즐의 히터를 각각 형성하는 것이 바람직하다.

이는 일반적으로 본체보다 노즐결합부 및 분사노즐이, 증착 소스의 효율적인 분사 및 분사노즐 근처에서의 증착 소스의 응집 현상을 방지하고자 더 고온 상태이고, 본체, 노즐결합부 및 분사노즐의 형태가 다 다르기 때문에 동일한 히터를 사용하는 것은 비효율적이기 때문이다.

종래에는 본체, 노즐결합부 및 분사노즐의 외주변을 감싸는 유도코일을 사용하여 설정된 온도로 가열시켜 왔다. 그러나, 유도코일을 사용하기 위해서는 별도의 유도코일이 포함된 흑연 등으로 이루어진 도가니를 제조하여야 하며, 이러한 도가니의 교체 및 제작이 까다롭고, 파손되는 경우 히터 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있다. 또한 분사노즐의 경우 그 싸이즈가 작기 때문에 유도코일을 사용하는 것은 한계가 있다.

또한 이러한 히터에서는 아웃게싱(outgasing)의 문제가 있어, 소자의 물성을 저하시키며, 온도 상승에 따른 열변형이 잘 발생하고, 쇼트와 단락과 같은 문제가 자주 발생하여 원활한 공정 진행에 지장을 초래하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 특히 본체에는 시트 타입의 금속 히터를 사용하는 것을 시도하였지만, 역시나 아웃게싱, 열변형, 쇼트와 단락 문제를 해결하기에는 미흡하였다.

특히, 시트 타입의 금속 히터는 길이 방향으로 길게 형성되고, 원통형의 본체를 에워싸도록 형성하여야 하므로, 고온에 의한 열변형이나 휨현상이 발생할 뿐만 아니라, 이를 고정시키기 위한 체결부에 대한 구성이 전체 길이에 걸쳐서 별도로 들어가야 하므로, 교체 및 설치의 번거러움이 있으며, 장치가 복잡해지는 단점이 있다.

대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0304971호. 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1177749호.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 사용되는 증착 소스용 본체의 히터부가 블럭의 형태를 갖도록 하여 취급 및 조립이 간단한 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 증착 물질이 내부에 수용되는 본체와, 상기 본체 상측으로 본체의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 길게 형성된 노즐결합부와, 상기 노즐결합부 상측으로 돌출되게 배열 형성된 분사노즐과, 상기 본체, 노즐결합부 및 분사노즐을 가열시키는 히터부를 포함하여 이루어진 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 있어서, 상기 본체를 가열시키는 가열시키는 히터부는, 상기 본체를 에워싸도록 형성되며, 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 본체의 히터부는, 상기 본체의 길이 방향에 따라 1단 내지 4단으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 본체의 히터부는, 상기 본체의 지름 방향에 따라 반으로 나뉘어져 형성된 것이 바람직하며, 상기 본체의 히터부는, 지그재그 형태로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 본체의 히터부에는, 상기 히터부의 외주면에 상기 본체의 길이 방향에 대해 등간격으로 형성된 지지부와, 상기 히터부의 하단부에 형성되어 히터부를 고정시키는 고정부가 형성된 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 고정부가 위치하는 본체의 히터부에는, 세라믹 절연체가 코팅되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본체의 히터부 상단부 및 둘레에는 상기 히터부의 형태에 대응되어 냉각쉴드가 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 세라믹 히터는, 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과 금속 입자를 함께 소결하여 형성된 것이 바람직하다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 증착 소스 장치의 본체 영역에 블럭 형태의 하드한 재질로 히터부를 형성함으로써, 기존의 유도 코일이나 금속 판 형태의 히터에 비해서, 제작이 간단하고, 열변형에 따른 쇼트나 단락 문제가 없고, 아웃게싱으로 인한 소자의 물성 저하를 방지할 수 있으며, 변형이 적어 취급 및 조립이 용이한 효과가 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치의 주요부에 대한 모식도.

본 발명은 기판에 대한 공정이 선형으로 연결된 공정 챔버에 의해 연속적으로 이루어지도록 하는 선형 증착 시스템에 있어서, 공정 챔버 내부의 증착 소스 장치, 특히 유기막 증착에 사용되는 공정 챔버 내부의 증착 소스 장치에 사용되는 히터부가 블럭의 형태를 갖는 증착 소스 장치에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치의 주요부에 대한 모식도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치는, 증착 물질이 내부에 수용되는 본체와, 상기 본체 상측으로 본체의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 길게 형성된 노즐결합부와, 상기 노즐결합부 상측으로 돌출되게 형성된 다수개의 분사노즐과, 상기 본체, 노즐결합부 및 분사노즐을 가열시키는 히터부를 포함하여 이루어진 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 있어서, 상기 본체를 가열시키는 가열시키는 히터부(100)는, 상기 본체(미도시)를 에워싸도록 형성되며, 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 히터부(100)의 내측에 본체가 수용되게 되며, 본체의 둘레를 따라 히터부(100)가 형성되는 것으로, 도면에서는 본체를 생략하고 히터부만 도시한 것이다.

이에 의해 기존의 유도코일을 사용한 히터나 금속 판 형태의 히터에 비해서, 일정 두께를 가지는 블럭 형태의 세라믹으로 형성되어, 온도 상승에 따른 열변형이 적어 전기적으로 안정적이면서 내구성이 우수하고, 시트 타입이 아니라 블럭형의 하드한 재질을 이루어 변형이 적으며, 설치 및 취급, 구조가 간단하여 경제적이면서 생산효율을 향상시키는 블럭 형상의 세라믹 힝터를 제공하는 것이다.

일반적으로 증착 소스 장치에 사용되는 히터는 크게 증착 물질이 내부에 수용되어 이를 기화시키기 위한 본체에 사용되는 것, 길이 방향으로 배열형성된 분사노즐에 골고루 증착 물질을 분배시키기 위한 노즐결합부에 사용되는 것, 그리고 각 분사노즐 용으로 사용되는 것으로, 총 3가지로 나뉘어져 있다.

이는 각 부분의 온도 영역이 조금씩 다르기 때문에 각각 독립적인 히터를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 특히 일반적으로 도가니라고 칭하는 본체에 사용되는 히터에 관한 것이다.

먼저, 본체에 사용되는 히터부(100)는, 상기 본체를 에워싸도록 형성되며, 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되는 것이다.

상기 본체는 일반적으로 길이 방향으로 긴 원통형으로 형성되어 증착 물질을 기화시키는 것으로서, 이에 사용되는 히터부(100)는 본체를 에워싸도록 본체의 길이 및 지름에 대응되게 형성된다.

여기에서, 상기 본체를 에워싸도록 일체로 하나의 히터 블럭으로 형성되어도 무방하나, 상기 본체의 길이나 지름의 크기에 따라 상기 히터부(100)는 상기 본체의 길이 방향에 따라 1단 내지 4단으로 형성되거나, 상기 본체의 지름 방향에 따라 반으로 나뉘어져 형성되어, 각 히터 블럭을 독립적으로 제작 설치 후 후술할 고정부 등에 의해 연결하여 사용할 수도 있다.

즉, 상기 히터부(100)를 본체를 기준으로 상측에 하나의 히터 블럭을 형성하고, 하측에 또 다른 히터 블럭을 형성하여 2단으로 형성하거나, 반원에 해당하는 히터 블럭을 두 개 만들어 이를 결합하여 2단으로 형성할 수도 있다.

또한, 상기 본체의 히터부(100)는 사각 지그재그 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 면상으로 형성되는 것보다 저항체 간의 공간을 두어 열확산이 잘 이루어지도록 하면서, 블럭 형태의 히터부(100)의 내구성을 향상시키도록 하는 것이다. 또한, 이러한 사각 지그재그 형태는 열 팽창에 대한 공간을 확보하도록 하였으며, 비용 및 효율 대비 최대 면적을 가지는 형상이다.

여기에서, 상기 본체의 히터부(100)에는 상기 히터부(100)의 외주면에 상기 본체의 길이 방향에 대해 등간격으로 형성된 지지부(210)와 상기 히터부(100)의 하단부에 형성되어 히터부(100)를 고정시키는 고정부(220)가 형성되도록 한다.

일반적으로 원통형으로 형성된 본체 전체에 열을 전달하기 위해서는 히터부(100)는 이를 에워싸도록 형성되며, 본체로부터 히터부(100)가 등간격을 유지하면서 움직이지 않도록 고정되어 있어야 한다. 본 발명에 따른 지지부(210) 및 고정부(220)는 이러한 역할을 수행하기 위한 것이다.

또한, 상기 고정부(220)는 히터부(100)가 상하로 2단으로 형성되거나, 지름 방향으로 2단으로 형성된 경우에는 이들 히터부(100)를 서로 연결하고 지지하는 역할을 수행할 수도 있다.

또한, 상기 지지부(210) 및 고정부(220)는 상술한 바와 같이 본체의 일부에만 형성되어도 무방하다. 이는 히터부(100) 자체가 블럭 형태로 형성되어, 그 자체가 힘이 있는 재질이므로, 최소한의 부분에만 지지부(210) 및 고정부(220)를 형성시켜 고정하도록 한 것이다. 기존의 금속 판 형태의 경우 변형 및 이탈이 되지 않도록 전 영역에 걸쳐 어떠한 고정부재를 형성시킨 것과는 차이가 있다.

여기에서, 상기 고정부는 히터부(100) 양측으로 고정부재를 형성하고 이를 나사로 고정하고, 상기 고정부(220)를 다시 고정된 프레임에 고정결합시킴으로써, 히터부(100)가 움직이지 않도록 고정시키게 된다.

한편, 상기 고정부(220)가 위치하는 본체의 히터부(100)에는 고정부(220)와의 전기적 절연을 위해서 세라믹 절연체가 코팅되어 형성된다. 상기 세라믹 절연체는 히터부(100)의 특정부위에 세라믹 페이스트를 바르거나, 딥핑하는 방식으로 코팅하게 되며, 고온에도 물성 변화가 없으며, 아웃게싱이 없는 석영과 같은 재질로 형성된다.

또한, 상기 본체의 히터부(100) 상단부 및 둘레에는 상기 히터부(100)의 형태에 대응되어 냉각쉴드(300)가 형성되어, 히터부(100)에 의한 열이 기판 및 주변 장치에 전달되지 않도록 한다.

한편, 상기 본체의 히터부(100)의 재질은 블럭 형태의 세라믹 히터이며, 일반적으로 질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과 금속 입자를 함께 소결하여 형성시키는 것이 바람직하다.

이러한 히터부(100)는 열전도율이 높고, 강도가 높으며 산화가 잘 되지 않으므로, 별도의 절연체를 입히지 않고도 사용할 수 있으며, 질화알루미늄이나 탄화알루미늄 소재에 금속 입자로 Y, Na. B, Li, Ca 등을 혼합하여 함께 소결하여 제작한 것으로, 일종의 저항 발열체인 것이다.

이와 같이 본 발명은 증착 소스 장치의 본체에 블럭 형태의 하드한 재질로 히터부를 형성함으로써, 기존의 유도 코일이나 금속 판 형태의 히터에 비해서, 제작이 간단하며, 열변형에 따른 쇼트나 단락 문제가 없으며, 아웃게싱으로 인한 소자의 물성 저하를 방지할 수 있으며, 변형이 적어 취급 및 조립이 용이한 장점이 있다.

100 : 히터부 210 : 지지부
220 : 고정부 300 : 냉각쉴드

Claims (8)

1. 증착 물질이 내부에 수용되는 본체와, 상기 본체 상측으로 본체의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 길게 형성된 노즐결합부와, 상기 노즐결합부 상측으로 돌출되게 배열 형성된 분사노즐과, 상기 본체, 노즐결합부 및 분사노즐을 가열시키는 히터부를 포함하여 이루어진 선형 증착 시스템용 증착 소스 장치에 있어서,
   상기 본체를 가열시키는 히터부는, 상기 본체를 에워싸도록 형성되며, 블럭 형상의 세라믹 히터로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 본체의 히터부는,
   상기 본체의 길이 방향에 따라 1단 내지 4단으로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 본체의 히터부는,
   상기 본체의 지름 방향에 따라 반으로 나뉘어져 형성된 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 본체의 히터부는,
   지그재그 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 본체의 히터부에는,
   상기 히터부의 외주면에 상기 본체의 길이 방향에 대해 등간격으로 형성된 지지부와, 상기 히터부의 하단부에 형성되어 히터부를 고정시키는 고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 고정부가 위치하는 본체의 히터부에는,
   세라믹 절연체가 코팅되는 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 본체의 히터부 상단부 및 둘레에는 상기 히터부의 형태에 대응되어 냉각쉴드가 형성된 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 히터는,
   질화물 세라믹 또는 탄화물 세라믹과 금속 입자를 함께 소결하여 형성된 것을 특징으로 하는 히터 블럭을 갖는 증착 소스 장치.

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