KR20160141326A - 박막 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 형성을 위한 액적 발생 장치, 이를 포함하는 박막 형성 장치에 관한 것이다.　 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 발생 장치는, 소스 용액을 수용하는 제1 용기 및 소스 용액으로부터 분무될 액적들을 형성하기 위한 에너지 소스를 포함하는 전구체 생성부, 제1 용기에 연통되어 소스 용액의 일부를 수용하는 제2 용기 및 제2 용기에 수용된 소스 용액의 일부의 레벨을 측정하는 센서부를 포함하는 레벨 센싱부 및 센세부에서 측정된 결과에 기초하여 에너지 소스에 인가되는 전기 에너지를 조절하여 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기에 수용된 소스 용액의 레벨을 미리 설정된 레벨로 유지시키는 레벨 제어부를 포함한다.

Description

박막 형성 장치{APPARATUS FOR FORMING A FILM}

본 발명은 기상 증착 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 균일한 전구체 스트림을 형성하는 박막 형성 장치에 관한 것이다.

태양전지, 액정 표시장치, 유기발광 표시장치(OLED), 또는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서, 절연체인 유리 기판과 같은 투명 기판 상에 투명 도전막(transparent conductive film)을 형성한 기판이 광범위하게 사용되고 있다. 상기 투명 도전막에는, 주석 첨가 인듐 산화물(indium tin oxide; ITO), 주석 산화물(tin oxide), 또는 불소 첨가 주석 산화물(Fluorine-doped Tin Oxide; FTO)과 같은 도전성 금속 산화물이 대표적으로 사용된다. 이들 산화물 중 상기 ITO를 주성분으로 하는 투명 도전막은 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전, 및 디지털 사이니지의 표시 장치뿐만 아니라 터치 패널까지 광범위하게 응용되고 있다.

최근에는, 탄소 억제 정책에 부응하기 위한 고효율 및 친환경 기술로서, 종래의 화석 연료를 대체하여 저항성 투명 도전막에 직접 전기 에너지를 인가하여 난방 또는 가열하는 시도가 있다. 예를 들면, 비닐하우스, 축산시설과 같은 농축산 시설의 유리창, 또는 식품 가공 시설의 가열원으로 상기 투명 도전막을 이용하거나, 건축물, 자동차, 또는 항공기의 윈도우의 결로 방지 또는 빙결 방지를 위해서도 상기 투명 도전막이 응용되고 있다.

전술한 응용들 중에 윈도우의 경우, 전술한 FTO 도전막은 고투명도를 가질 뿐만 아니라 600 ℃까지 저항 변화가 거의 없고, 내화학성 및 내마모성이 뛰어나 가혹한 외부환경에도 적합성을 갖기 때문에, 윈도우의 결로 또는 빙결 방지, 나아가 난방용 발열체로서 주목을 받고 있다. 상기 FTO 도전막의 형성은 일반적으로 화학기상증착(CVD), 원자층 증착(ALD) 또는 유기 기상증착(OVPD 또는 응축 코팅)과 같은 기상 증착 방법으로 제작된다.

그러나, 상기 창 유리와 같은 기판은 다양한 크기를 갖거나 대면적을 갖고, 그 응용에 따라 판상 또는 곡면과 같이 다양한 형상을 갖기 때문에 전술한 기상 증착 방법에 의해서는 설계된 특성을 구현하기 어려운 문제점이 있다. 이러한 이유에서 적합한 액적 발생 장치와 이를 실현하기 위한 적합한 박막 형성 장치가 요구된다. 대안 기술로서 액적 분무 방식에 의해 도전막을 코팅하는 분무 열분해 증착법(spray pyrolysis deposition)이 있다. 상기 분무 열분해 증착법에서 분사되는 액적의 불균일한 공급은 형성된 박막의 두께 균일성 또는 저항과 같은 물리적 특성에 영향을 미칠 수 있으므로 이의 균일화가 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 균일한 전구체 스트림을 생성하여 박막 증착을 할 수 있는 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 박막 형성 장치는 소스 용액을 수용하는 제1 용기 및 상기 제1 용기 내에 배치되어 상기 소스 용액으로부터 분무될 전구체 스트림을 형성하는 전구체 생성부; 상기 전구체 스트림을 분사하여 피처리체 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버; 및 상기 전구체 생성부와 상기 반응 챔버 사이에 배치되어, 상기 전구체 스트림 내 액적과 운반 가스의 균일한 홉합을 유도하는 미스트 박스를 포함한다.

상기 미스트 박스는 상기 전구체 생성부로부터 유입되는 액적 전구체 및 운반 가스의 혼합 유체의 속도를 저하시키기 위한 팽창 공간을 제공할 수 있다. 상기 팽창 공간은 구, 타원, 직육면체 또는 이의 복합 형상을 가질 수 있다.

상기 미스트 박스는 상기 전구체 생성부와 상기 반응 챔버 사이에서 상기 전구체 스트림을 전달하는 전구체 공급 유로에 결합되며, 상기 전구체 공급 유로의 단면적에 비하여 더 큰 단면적을 인렛부와 상기 인렛부보다 작은 단면적을 갖는 아웃렛부를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 액적 전구체에 비하여 상대적으로 비중이 작은 운반 가스를 포함하는 전구체 스트림 내에서, 액적 전구체와 운반 가스가 균일하게 혼합되지 못하고 속도가 빠른 운반 가스가 상기 전구체 스트림의 단면 내에서 중앙에 고밀화되고 그 주변부에 액적 전구체가 분포하는 불균일한 흐름을, 상기 전구체 스트림의 속도를 저하시킬 수 있는 팽창 공간을 갖는 미스트 박스를 제공함으로써 전구체 스트림의 단면 내에 액적 전구체와 운반 가스가 균일하게 분포하는 전구체 스트림을 형성하여, 기판 상에 균질한 박막을 형성할 수 있는 박막 형성 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치, 더욱 상세하게는 투명 도전막의 형성 장치는, 스프레이 열 분해법(spray pyrolysis deposition; SPD)에 기초할 수 있다. 상기 스프레이 열 분해법은 무화기와 같은 분무 수단을 사용하여 생성된 원료 화합물을 포함하는 액적이 분무되어, 상기 액적이 액적 전달 유로를 통하여 전달되는 동안 상기 액적에 함유된 용매의 증발, 고온 반응, 열 분해, 운반 기체와 전구체 사이의 반응(예를 들면, 산화 또는 환원 반응), 클러스터의 형성 및 기체 분자의 형성 중 적어도 어느 하나 또는 2 이상의 단계들을 수반하면서(본 명세서에서는, 이러한 중간 생성물들을 통칭하여 기상 전구체라 칭한다), 상기 액적 전달 유로를 통해 토출되는 기상 전구체에 의해 미리 성막 온도까지 가열되어 있는 피처리체 상에 박막이 형성되는 증착 기구이다. 상기 증착 기구를 통하여 결정질(예를 들면, 다결정체) 박막, 나노 로드, 나노 와이어 또는 비정질막 성장을 달성할 수 있다.

하기의 실시예들은 유리창과 같이 다양한 면적 및 형상을 갖는 피처리체 상에 균일한 특성의 박막을 경제적이고, 용이하게 형성할 수 있도록 상기 SPD법(또는, SPD 증착이라 함)에 기초한 박막 형성을 최적화시키는 액적 발생 장치 및 이를 이용한 박막 형성 장치일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치를 도시한다.

도 1을 참조하면, 박막 형성 장치는 상기 SPD 법에 의해 피처리체(PS)의 일 표면(SA) 상에 박막을 형성할 수 있다.

피처리체(PS)는 유리, 세라믹, 반도체, 또는 금속과 같은 기판이며 이는 예시적이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 피처리체(PS)의 표면(SA)은 매끄럽거나 엠보싱과 같이 요철 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 피처리체(PS)는 로이(low-e) 유리의 일면이거나 면상 발열체를 형성하기 위한 발열 유리로서 통상적으로 대면적의 박막 제조가 요구되는 기판일 수 있다.

박막 형성 장치(100)는 분무 장치 및 반응 챔버(70)를 포함할 수 있다.

분무 장치는 후술할 전구체 생성부, 레벨 조절부(40) 및 레벨 제어부(50)를 포함하는 액적 발생 장치, 및 액적 전달 유로(60)를 포함할 수 있다. 여기에서, 전구체 생성부는 후술할 용액 공급기(10), 운반 가스 공급기(20) 및 액적 공급기(30)를 포함할 수 있다.

분무 장치는 박막 증착을 위한 전구체를 함유하는 액적(D)을 생성할 수 있다. 분무 장치는 생성된 액적(D)을 운반 가스(CA)를 통해 이동시킬 수 있다. 분무 장치는 운반 가스(CA)에 함유된 액적(D)을 반응 챔버(70)에 제공할 수 있다. 즉, 분무 장치는 운반 가스(CA)에 함유된 액적(D)을 반응 챔버(70)에서 분무시킬 수 있다.

반응 챔버(70)는 분무 장치에 연결될 수 있다. 반응 챔버(70)는 분무 장치로부터 운반 가스(CA)에 함유된 액적(D)을 제공받을 수 있다. 반응 챔버(70)는 분무 장치에서 분무된 운반 가스(CA)에 함유된 액적(D)을 통해 피처리체(PS)의 일 표면(SA) 상에 박막을 형성할 수 있다. 즉, 반응 챔버(70)는 SPD 증착을 수행할 수 있다.

반응 챔버(70)의 반응 공간은 챔버 벽(CW)에 의해 한정되고, 챔버 벽(CW)은 외부와의 단열, 밀폐 및/또는 격리를 위한 적합한 구조를 갖는다. 다른 실시예에서, 챔버 벽(CW)은 후드일 수도 있다. 상기 후드는 성막시에 반응 공간 내부로부터 외부로 열이 유출되는 것과 액적이 외부로 누출되어 낭비되는 것을 방지하면서 상기 반응 공간에 상압 조건을 유지시킨다. 챔버 벽(CW) 또는 후드는 알루미늄, 스테인리스, 구리 또는 내화 금속과 재료로 제작되거나 코팅된 금속 재료로 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 재료 표면에 양극 처리 또는 세라믹 코팅 처리된 재료가 사용될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 챔버 벽(CW) 또는 후드는 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작될 수도 있다.

반응 챔버(70)의 구조는 피처리체(PS)의 코팅 처리를 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 반응 챔버(70)는, 액적이 건조되고 열분해 되는 반응 공간을 제공하기 위해, 그 둘레에는 유도 가열 코일, 저항선, 또는 할로겐 램프와 같은 적합한 가열 수단(heater)이 제공될 수 있다.

반응 챔버(70) 내에는 피처리체(PS)의 재치를 위한 지지 수단(CH)이 제공될 수 있으며, 지지 수단(CH)은 바람직하게는 피처리체(PS)의 온도 조절을 위한 저항 히터 또는 고온 유체에 의한 가열 및/또는 공냉식, 수냉식 또는 반도체 냉각식의 냉각 수단을 포함할 수 있다. 이를 위해 지지 수단(CH)은 양호한 열 전도도를 갖고 피처리체(PS)의 밴딩과 같은 변형을 막기 위해 비제한적 예로서 알루미늄, 그라파이트, 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 제조될 수 있다. 또한, 지지 수단(CH)은 리프트 핀, 정전척 및 진공척 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할수도 있으며, 피처리체(PS)에 대한 박막 형성 공정이 수행되는 동안 균일한 박막 형성을 위해 피처리체(PS)를 회전시킬 수 있다.

반응 챔버(70) 내에는 피처리체(DP)에 상기 액적의 분무를 위한 노즐 어레이(NE)가 제공된다. 노즐 어레이(NE)는 액적 전달 유로(60)들의 어레이의 출력부와 공통 슬릿에 의해 구현된다. 일부 실시예에서, 반응 챔버(70) 내에는 반응 부산물과 반응 후의 잔류 전구체들을 제거하기 위한 진공 펌프와 연결된 포집기(미도시)가 더 제공될수도 있다.

분무 장치는 액적 발생 장치, 즉, 전구체 생성부(30)를 포함할 수 있다. 전구체 생성부(30)는 챔버(70)와 전달 유로(60)를 통해 서로 연결되고, 전달 유로960)에는 미스트 박스(61)가 결합될 수 있다.

액적 발생 장치는 박막 증착을 위한 소스 전구체를 함유하는 액적들(D)을 생성할 수 있다. 액적 발생 장치는 생성된 액적들(D)을 운반 가스(CG)를 통해 이동시킬 수 있다. 액적들(D)과 운반 가스(CG)는 전구체 스트림을 형성한다.

일 실시예에서, 액적 발생 장치는 전구체 생성부, 레벨 센싱부(40) 및 레벨 제어부(50)를 포함할 수 있다. 전구체 생성부(30)는 소스 용액(S1)의 표면으로부터 액적들(D)을 생성할 수 있다. 전구체 생성부(30)는 소스 용액을 수용하고, 소스 용액으로부터 분무될 액적들을 형성할 수 있다. 전구체 생성부(30)는 용액 공급기(10), 운반 가스 공급기(20), 액적 공급기(30)를 포함할 수 있다.

용액 공급기(10)는 소스 용액을 전달하는 장치이다. 상기 소스 용액은 나이트레이트(nitrate), 클로라이드(chloride), 설페이트(sulfate), 아세테이트(acetate) 및 알콕사이드(alkoxide)와 같은 전구체와 이를 분산 또는 용해하는 용매의 혼합 용액일 수 있다. 용액 공급기(10)는 소스 용액(S)을 관을 통해 액적 공급기(30)에게 제공할 수 있다. 즉, 용액 공급기(10)는 소스 용액(S)을 관을 통해 액적 공급기(30)에게 실시간으로 공급할 수 있다.

용액 공급기(10)는 소스 용액(S)의 공급 유량을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller; MFC)와 적합한 밸브 시스템을 가질 수 있다. 일 예에서, 용액 공급기(10)는 소스 용액(S)을 관을 통해 액적 공급기(30)에게 일정한 양으로 실시간으로 공급할 수 있다. 다른 예에서, 용액 공급기(10)는 소스 용액(S)을 관을 통해 액적 공급기(30)에게 서로 다른 양으로 실시간으로 공급할 수 있다.

용액 공급기(10)는 소스 용액(S)을 생성할 수 있고, 소스 용액(S)을 공급할 수 있는 적합한 구조라면, 어떠한 형태의 구조라도 가질 수 있다. 일 예에서, 용액 공급기(10)는 도면에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 용액 공급기(10)는 원형 형태의 구조, 타원형 형태의 구조 또는 다각형 형태의 구조 중에서 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.

운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 가질 수 있다. 운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 관을 통해 액적 공급기(30)에게 제공할 수 있다. 즉, 운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 관을 통해 액적 공급기(30)에게 실시간으로 공급할 수 있다.

운반 가스 공급기(20)로부터 공급되는 운반 가스(CG)는 액적 공급기(30)를 경유하여 반응 챔버(70)로 전달되며, 운반 가스(CG)는 액적 공급기(30)에서 생성된 액적들(D)을 반응 챔버(70)로 밀어 주는 역할을 하고, 액적 전달 유로(60)의 내벽에 액적들(D)이 흡착되어 분진이나 오염원이 되는 것을 방지할 수 있다.

운반 가스(CG)는 산소, 오존, 수소 또는 암모니아와 같은 반응성 가스이거나 헬륨 또는 아르곤과 같은 비활성 가스 또는 이의 혼합 가스일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 운반 가스(CG)는 공기일수도 있다.

운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)의 공급 유량을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller; MFC)와 적합한 밸브 시스템을 가질 수 있다. 일 예에서, 운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 관을 통해 액적 공급기(30)에게 일정한 양으로 실시간으로 공급할 수 있다. 다른 예에서, 운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 관을 통해 액적 공급기(30)에게 서로 다른 양으로 실시간으로 공급할 수 있다.

운반 가스 공급기(20)는 운반 가스(CG)를 가질 수 있고, 운반 가스(CG)를 공급할 수 적합할 구조라면, 어떠한 형태의 구조라도 가질 수 있다. 일 예에서, 운반 가스 공급기(20)는 도면에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 운반 가스 공급기(20)는 원형 형태의 구조, 타원형 형태의 구조 또는 다각형 형태의 구조 중에서 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.

운반 가스 공급기(20)는 도면에 도시된 바와 같이 용액 공급기(10)보다 상부에 위치될 수 있다.

액적 공급기(30)는 용액 공급기(10)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 액적 공급기(30)는 관을 통해 용액 공급기(10)와 연결될 수 있다. 액적 공급기(30)는 용액 공급기(10)로부터 소스 용액(S)을 제공받을 수 있고, 소스 용액(S)을 저장할 수 있다.

아래에서는, 설명의 간명성을 위하여 액적 공급기(30)에 저장되는 소스 용액을 제1 용액(S1)이라 지칭하여 설명한다. 또한, 제1 용액(S1)은 액적 공급기(30)에서 소정의 레벨를 가질 수 있는데, 제1 용액(S1)이 가지는 소정의 레벨을 제1 레벨(H1)라 지칭한다.

제1 용액(S1)의 제1 레벨(H1)는 액적 공급기(30)의 제1 용기(31)의 바닥면을 기준으로 제1 용액(S1)의 표면까지의 높이를 의미할 수 있다. 제1 용액(S1)의 제1 레벨(H1)는 용액 공급기(10)로부터 소스 용액(S)의 공급량에 상응하여 변화될 수 있다.

액적 공급기(30)는 소스 용액을 수용하는 제1 용기(31) 및 제1 용기(31) 내에 배치되어 소스 용액(S)으로부터 분무될 액적들(D)을 형성하기 위한 에너지 소스(33)를 포함한다.

제1 용기(31)는 운반 가스 공급기(20)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 용기(31)는 관을 통해 운반 가스 공급기(20)와 연결될 수 있다. 제1 용기(31)는 운반 가스 공급기(20)로부터 운반 가스(CG)를 제공받을 수 있다.

에너지 소스(33)는 레벨 제어부(50)에 연결될 수 있다. 에너지 소스(33)는 레벨 제어부(50)로부터 전기 에너지를 인가받을 수 있다. 에너지 소스(33)는 1.65 MHz와 같이 소정 주파수를 갖는 초음파 진동자 또는 압전 진동자와 같은 기계적 에너지를 인가하는 장치일 수 있다.

에너지 소스(33)는 소스 용액으로부터 분무될 액적들을 형성하기 위한 적합한 구조라면, 어떠한 형태의 구조라도 가질 수 있다. 일 예에서, 에너지 소스(33)는 도면에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 에너지 소스(33)는 원형 형태의 구조, 타원형 형태의 구조 또는 다각형 형태의 구조 중에서 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.

액적 공급기(30)는 레벨 제어부(50)에서 인가되는 전기 에너지에 상응하여 용액 공급기(10)로부터 제공받은 제1 레벨(H1)를 가지는 제1 용액(S1)의 표면 으로부터 액적들(D)을 생성할 수 있다. 액적 공급기(30)는 생성된 액적들(D)을 운반 가스 공급기(20)로부터 제공받은 운반 가스(CG)를 통해 이동시킬 수 있다. 즉, 액적 공급기(30)는 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)을 후술할 액적 전달 유로(60)를 통해 반응 챔버(70)에 제공할 수 있다.

액적 공급기(30)는 액적들(D)을 생성할 수 있고, 액적들(D)을 공급할 수 있는 적합한 구조라면, 어떠한 형태의 구조라도 가질 수 있다. 일 예에서, 액적 공급기(30)는 도면에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 액적 공급기(30)는 원형 형태의 구조, 타원형 형태의 구조 또는 다각형 형태의 구조 중에서 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.

레벨 센싱부(40)는 전구체 생성부의 제1 용기(31)에 연통되어 소스 용액의 일부를 수용하고, 수용된 소스 용액의 일부의 레벨을 측정할 수 있다.

아래에서는, 설명의 간명성을 위하여 레벨 센싱부(40)에 저장되는 용액을 제2 용액(S2)이라 지칭하여 설명한다. 또한, 제2 용액(S2)은 레벨 센싱부(40)에서 소정의 레벨(water level)를 가질 수 있는데, 제2 용액(S2)이 가지는 소정의 레벨을 제2 레벨(H2)라 지칭한다.

제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)는 액적 공급기(30)의 바닥면을 기준으로 제2 용액(S2)의 표면까지의 높이를 의미할 수 있다. 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)는 제1 용액(S1)의 레벨로 유지될 수 있다. 즉, 제1 용액(S1)의 제1 레벨(H1)와 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)는 액적 공급기(30)의 바닥면을 기준으로 같은 높이에 위치될 수 있다.

레벨 센싱부(40)는 전구체 생성부의 제1 용기(31)에 연통되어 소스 용액의 일부를 수용하는 제2 용기(41) 및 제2 용기(41)에 수용된 소스 용액의 일부의 레벨을 측정하는 센서부(43)를 포함할 수 있다.

제2 용기(41)는 전구체 생성부에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 용기(41)는 전구체 생성부에 포함되는 액적 공급기(30)의 제1 용기(31)에 연결될 수 있다. 제2 용기(41)는 전구체 생성부로부터 관을 통해 제1 용액(S1)을 제공받을 수 있다. 즉, 제2 용기(41)는 제1 용기(31)에 연통되어 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 일부를 수용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 용액 공급기(10)의 소스 용액(S), 전구체 생성부의 제1 용액(S1) 및 레벨 센싱부(40)의 제2 용액(S2)은 서로 동일한 용액일 수 있다.

센서부(43)는 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 측정할 수 있다. 즉, 센서부(43)는 제2 용기(41)에 수용된 소스 용액의 일부의 레벨을 측정할 수 있다.

일 예에서, 센서부(43)는 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 주기적으로 측정할 수 있다. 다른 예에서, 센서부(43)는 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 실시간으로 측정할 수 있다.

센서부(43)(SE)는 측정된 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호를 레벨 제어부(50)에게 제공할 수 있다.

제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보는 제2 레벨(H2)에 대한 높이 정보(일 예로, 액적 공급기(30)의 바닥면을 기준으로 제2 용액(S2)의 표면까지의 높이), 형상 정보, 각도 정보 또는 위치 정보 등의 변위량 정보들과, 중량 정보, 온도 정보, 열 정보, 압력 정보 또는 전기량 정보 등의 물리량 정보들을 포함할 수 있다. 따라서, 센서부(43)는 레벨 센서, 위치 센서, 적외선 센서, 레벨 센서, 리미트 센서(limit sensor), 압력 센서, 리드 센서(reed sensor), 광 센서, 근접 센서, 초음파 센서, 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 변형량 센서 또는 열 센서를 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 측정할 수 있는 센서라면 어떠한 센서라도 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 센서부(43)는 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 실시간으로 측정할 수 있다. 일 예에서, 제1 레벨(H1)에 상응하여 연속적으로 변화하는 제2 레벨(H2)의 변화를 실시간으로 측정하기 위해, 센서부(43)를 제2 용액(S2)에 담구어 저항을 측정하거나 외부에 배치시켜 커패시턴스를 측정할 수 있다. 다른 예에서, 제1 레벨(H1)에 상응하여 연속적으로 변화하는 제2 레벨(H2)의 변화를 실시간으로 센싱하기 위해, 부표(R)를 제2 용액(S2)에 띄우고, 부표(R)의 높이 즉, 제2 레벨(H2)에 대한 높이 정보를 센서부(43)가 측정할 수 있다. 다른 예에서, 제1 레벨(H1)에 상응하여 연속적으로 변화하는 제2 레벨(H2)의 변화를 실시간으로 측정하기 위해, 부표(R)를 제2 용액(S2)에 띄우고, 부표(R)에 입사되는 입사각 정보와 부표(R)에서 반사되는 반사각 정보 즉, 제2 레벨(H2)에 대한 각 정보(θ)를 센서부(43)(SE)가 측정할 수 있다. 즉, 센서부(43)(SE)는 발광부와 수광부를 포함하는 광 센서 또는 적외선 센서를 이용하여 제2 레벨(H2)에 대한 각 정보(θ)를 측정할 수 있다. 여기에서, 부표(R)는 반사판일 수 있다.

레벨 센싱부(40)는 제1 용액(S1)의 제1 레벨(H1)로 유지될 수 있는 제2 용액(S2)을 저장할 수 있고, 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보를 측정할 수 있는 적합한 구조라면, 어떠한 형태의 구조라도 가질 수 있다. 일 예에서, 레벨 센싱부(40)는 도면에 도시된 바와 같이 사각형 형태의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 레벨 센싱부(40)는 원형 형태의 구조, 타원형 형태의 구조 또는 다각형 형태의 구조 중에서 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 다른 예에서, 센서부(43)는 도면에 도시된 바와 같이 레벨 센싱부(40)의 상부면에 위치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 레벨 센싱부(40)의 측면, 하부면 또는 외부에 위치될 수 있다.

레벨 제어부(50)는 센서부(43)에서 측정된 결과에 기초하여 에너지 소스(33)에 인가되는 전기 에너지를 조절하여 제1 용기(31)에서 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 레벨을 미리 설정된 레벨(이하, 기준 레벨이라 지칭함)로 유지시킬 수 있다.

레벨 제어부(50)는 레벨 센싱부(40)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 레벨 제어부(50)는 레벨 센싱부(40)의 센서부(43)에 연결될 수 있다. 레벨 제어부(50)는 센서부(43)로부터 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)에 대한 정보가 전기적 신호로 변환된 신호(이하, 측정된 정보가 변환된 전기적 신호라고 지칭함)를 제공받을 수 있다. 일 예에서, 레벨 제어부(50)는 센서부(43)로부터 측정된 정보가 변환된 전기적 신호를 주기적으로 제공받을 수 있다. 다른 예에서, 레벨 제어부(50)는 레벨 센싱부(40)로부터 측정된 정보가 변환된 전기적 신호를 실시간으로 제공받을 수 있다.

레벨 제어부(50)는 센서부(43)에서 측정된 결과 즉, 측정된 정보가 변환된 전기적 신호의 결과에 기초하여 에너지 소스(33)에 인가되는 전기 에너지를 조절하여 제1 용기(31)에서 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 레벨을 기준 레벨로 유지시킬 수 있다.

일 예에서, 센서부(43)에서에서 측정된 결과 즉, 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)이 기준 레벨일 경우, 레벨 제어부(50)는 에너지 소스(33)에 인가되는 전기 에너지를 제1 전기 에너지로 조절하여 제1 용기(31)에서 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 레벨을 기준 레벨로 유지시킬 수 있다.

다른 예에서, 레벨 센싱부(40)에서 센싱한 결과 즉, 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)가 기준 레벨보다 낮은 경우, 레벨 제어부(50)는 에너지 소스(33)에 인가되는 전기 에너지를 제1 전기 에너지보다 낮은 제2 전기 에너지로 조절하여 제1 용기(31)에서 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 레벨을 기준 레벨로 유지시킬 수 있다.

다른 예에서, 레벨 센싱부(40)에서 센싱한 결과 즉, 제2 용액(S2)의 제2 레벨(H2)가 기준 레벨보다 높은 경우, 레벨 제어부(50)는 에너지 소스(33)에 인가되는 전기 에너지를 제1 전기 에너지보다 큰 제2 전기 에너지로 조절하여 제1 용기(31)에서 분무될 액적들의 양이 일정하게 유지되도록 제1 용기(31)에 수용된 소스 용액의 레벨을 기준 레벨로 유지시킬 수 있다.

레벨 제어부(50)는 전기 에너지를 전구체 생성부에 공급하는 장치 또는 회로로서, 그 구체적인 구성에 특별한 제한이 없다.

레벨 제어부(50)는 통신부, 전원 제어부 및 전원 변환부 포함할 수 있다.

통신부는 레벨 센싱부(40)의 센서부(43)에 연결될 수 있다. 통신부는 유선 통신 또는 무선 통신을 이용하여 레벨 센싱부(40)의 센서부(43)로부터 측정된 정보가 변환된 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 측정된 정보가 변환된 전기적 신호는 제2 용액의 제2 레벨(H2)에 대한 높이 정보 또는 제2 용액의 제2 레벨(H2)에 대한 각 정보(θ)를 포함할 수 있다.

전원 제어부는 통신부에 연결될 수 있다. 전원 제어부는 통신부로부터 측정된 정보가 변환된 전기적 신호를 제공받을 수 있다. 전원 제어부는 측정된 정보들이 변환된 전기적 신호와 기준 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.

즉, 제1 전원 제어부는 피드백 제어를 통해 제어 신호를 생성할 수 있다. 피드백 제어는 비례 제어(proportional control; P제어), 적분 제어(integral control; I 제어) 및 미분 제어(differential control; D 제어) 중에서 적어도 어느 하나의 제어 방법을 포함할 수 있다. 전원 제어부는 상술한 피드백 제어를 통해 제어 신호를 생성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 제어 신호를 생성할 수 있다면 어떠한 제어 방법을 사용할 수 있다. 또한, 전원 제어부는 제어 신호를 후술할 전원 변환부에게 제공할 수 있다.

전원 변환부는 전원과 전원 변화부에 연결될 수 있다. 즉, 전원 변환부는 전원으로부터 교류 전원 또는 직류 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 전원 변환부는 전원 제어부로부터 제어 신호를 제공받을 수 있다.

전원 변환부는 전원 제어부의 제어 신호에 상응하여 직류 전원 또는 교류 전원을 전원 변환할 수 있다. 전원 변환부는 변환된 전원에 상응하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 전원 변환부는 생성된 전기 에너지를 전구체 생성부(10, 20, 30)에게 인가할 수 있다.

일 예에서, 전원이 직류 전원일 경우, 전원 변환부는 DC-DC 컨버터(Converter)(직류-직류 변환기) 또는 DC-AC 컨버터(직류-교류 변환기)를 포함할 수 있다. 즉, 전원 변환부는 전원 제어부의 제어 신호에 상응하여 동작하는 DC-DC 컨버터 또는 DC-AC 컨버터를 이용하여 직류 전원을 직류 전원 또는 교류 전원으로 변환하고, 변환된 전원에 상응하는 전기 에너지를 생성하며, 생성된 전기 에너지를 전구체 생성부(10, 20, 30)에게 인가할 수 있다.

다른 예에서, 전원이 교류 전원일 경우, 전원 변환부는 AC-DC 컨버터(교류-직류 변환기) 또는 AC-AC 컨버터(교류-교류 변환기)를 포함할 수 있다. 즉, 전원 변환부는 전원 제어부의 제어 신호에 상응하여 동작하는 AC-DC 컨버터 또는 AC-AC 컨버터를 이용하여 교류 전원을 직류 전원 또는 교류 전원으로 변환하고, 변환된 전원에 상응하는 전기 에너지를 생성하며, 생성된 전기 에너지를 전구체 생성부(10, 20, 30)에게 인가할 수 있다.

액적 전달 유로(60)는 액적 발생 장치에 연결될 수 있다. 액적 전달 유로(60)는 액적 발생 장치로부터 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)을 제공받을 수 있다. 액적 전달 유로(60)는 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)을 반응 챔버(70)에게 제공할 수 있다. 즉, 액적 전달 유로(60)는 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)을 반응 챔버(70)에서 분무시킬 수 있다.

액적 전달 유로(60)는 외부에서 가열이 가능하도록 적합한 내열성을 갖는 스테인레스 스틸과 같은 금속 도관 또는 석영 도관으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 액적 전달 유로(60)의 내부 표면에는 내화학성 및 내부식성을 향상시키기 위해 테프론 재질의 코팅이나 흡착 방지를 위한 발수 코팅이 이루어질 수도 있다. 액적 전달 유로(60)의 가열은 상기 도관의 외부에 저항선을 감싸 이루어지는 저항 가열이나 할로겐 램프와 같은 복사 가열을 통해 수행될 수 있다. 도시하지는 아니하였으나, 액적 전달 유로(60)는 외부와의 격리를 위해 별도의 하우징 내에 부설될 수 있다.

바람직하게는, 액적 전달 유로(60)는 내부의 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)의 온도를 조절하기 위한 적합한 온도 제어 시스템을 가질 수 있다. 이 경우, 액적 전달 유로(60)의 외부에 저항선을 감싸고, 공급되는 전력의 양을 조절할 수 있는 저항 가열 방식이 유리할 수 있다.

액적 전달 유로(60)는 내부에 흐르는 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)의 유속을 설정할 수도 있다. 즉, 액적 전달 유로(60)는 내부 단면적을 다르계 설계함으로써 내부에 흐르는 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)의 유속을 설정할 수도 있다. 예를 들면, 내부 단면적이 작은 유로에서의 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D) 유속이 내부 단면적이 큰 유로에서의 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D) 유속보다 더 크다.

액적 전달 유로(60)에는 게이트 벨브가 설치될 수 있다. 즉, 게이트 벨브의 개폐를 조절하여 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)의 유량을 제어함으로써 운반 가스(CG)에 함유된 액적들(D)의 유속을 제어할 수 있다.

액적 전달 유로(60)는 반응 챔버(70) 내에서 확산 노즐 구조로 마감되며, 확산 노즐을 통하여 박막 형성을 위한 기상 소스 전구체가 확산 노즐에 대향하는 피처리체(PS)에 분사될 수 있다. 확산 노즐과 피처리체(PS) 사이의 거리는 5 mm 내지 500 mm 범위 내일 수 있으며, 이는 예시적일뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 확산 노즐로부터 분사되는 상기 기상 소스 전구체의 주 흐름의 방향과 피처리체(PS)의 주면은 도시된 바와 같이 서로 수직할 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 발생 장치는 제1 용액의 레벨로 유지되는 제2 용액의 레벨에 대한 정보에 기초하여 제1 용액의 레벨을 미리 설정된 레벨로 유지킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 발생 장치는 액적이 생성되는 장치와 상기 액적의 레벨을 감지하는 장치를 분리하여 배치하여 상기 액적의 레벨을 미리 설정된 레벨로 유지시킴으로써 액적을 실시간으로 일정하게 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치는 실시간으로 일정하게 발생되는 액적을 통해 피처리체 상에 균일한 특성의 박막을 용이하게 형성시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치는 액적 발생 장치가 하나인 경우를 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 복수 개의 액적 발생 장치를 포함할 수 있다. 박막 형성 장치 내에 복수 개의 액적 발생 장치가 포함된 경우, 각각의 액적 발생 장치에 포함된 레벨 제어부를 동시에 제어할 수 있는 통합 제어기를 구비할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실 시예에 따른 박막 형성 장치는 각각의 액적 발생 장치에 포함된 레벨 제어부를 개별적으로 제어함으로써 다양한 면적 및 형상을 갖는 피처리체 상에 균일한 특성의 박막을 용이하게 형성할 수 시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10: 용액 공급기 20: 운반 가스 공급기
30: 액적 공급기 31: 제1 용기
33: 에너지 소스 40: 레벨 센싱부
41: 제2 용기 43: 센서부
50: 레벨 제어부 60: 액적 전달 유로
70: 반응 챔버 100: 박막 형성 장치

Claims (4)

1. 소스 용액을 수용하는 제1 용기 및 상기 제1 용기 내에 배치되어 상기 소스 용액으로부터 분무될 전구체 스트림을 형성하는 전구체 생성부;
   상기 전구체 스트림을 분사하여 피처리체 상에 박막을 형성하기 위한 반응 챔버를 포함하며,
   상기 전구체 생성부와 상기 반응 챔버 사이에 배치되어, 상기 전구체 스트림 내 액적과 운반 가스의 균일한 홉합을 유도하는 미스트 박스를 포함하는 박막 형성 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미스트 박스는 상기 전구체 생성부로부터 유입되는 전구체 및 운반 가스의 속도를 저하시키기 위한 팽창 공간을 포함하는 박막 형성 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 팽창 공간은 구, 타원, 직육면체 또는 이의 복합 형상을 갖는 박막 형성 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 미스트 박스는 상기 전구체 생성부와 상기 반응 챔버 사이에서 상기 전구체 스트림을 전달하는 전구체 공급 유로에 결합되며, 상기 전구체 공급 유로의 단면적에 비하여 더 큰 단면적을 인렛부와 상기 인렛부보다 작은 단면적을 갖는 아웃렛부를 갖는 박막 형성 장치.

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