KR20170128767A - 진공 증발원 - Google Patents

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차수영
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Abstract

본 발명은, 박막 형성용 물질을 증발시키는 진공 증발원에 있어서, 내부 공간부를 가지는 케이스; 및 상기 내부 공간부에 구비되며 박막 형성용 물질을 수용하는 도가니를 구비하고, 상기 도가니는, 내조와 외조의 이중 구조를 가지고, 상기 외조의 상부에는 히터의 방사열이 유입되도록 하는 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 진공 증발원을 제공한다.

Description

진공 증발원{Vacuum effusion cell}
본 발명은 웨이퍼나 기판 상에 박막을 형성하기 위해 사용되는 진공 증발원에 관한 것이다.
일반적으로, 진공 증발원은, 고 진공의 챔버 내에 배치된 기판상에 소정의 박막을 형성하기 위하여 박막 형성용 물질을 가열하여 증발시키는 것으로, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 특정 물질로 이루어진 박막을 형성하거나, 대형 평판 디스플레이 장치의 제조 공정에서 유리 기판 등의 표면에 원하는 물질의 박막을 형성하는 데 사용되고 있다.
도 1은 기존의 진공 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이다.
기존의 진공 증발원은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 공간부(11)를 가지는 케이스(10)와, 내부 공간부(11)에 구비되며 박막 형성용 물질이 담기는 도가니(20)와, 내부 공간부(11)의 측면과 도가니(20)의 외부 측면 사이에 위치되어 도가니(20)의 측면을 가열하는 히터(30)와, 내부 공간부(11)의 측면과 히터(30) 사이에 구비되어 히터(30)의 열을 도가니(20)로 반사시키는 반사판(40)을 포함한다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 도가니(20)에는 노즐(50)이 구비되고, 노출(50)의 출구(51)가 도가니(10)의 상단의 위에 위치된다.
따라서, 도가니(20)에 수용된 박막 형성용 물질은 히터(30)와 반사판(40)에 의해 가열되면서 증발되고, 이렇게 증발되는 박막 형성용 물질은 외부에 놓인 기판(미도시) 등에 증착되도록 노즐(50)의 출구(51)를 거쳐 외부로 방출된다.
하지만, 기존의 진공 증발원은, 도가니(20)에 수용된 박막 형성용 물질이 노즐(50)을 통과하며 증발될 때 상대적으로 온도가 낮은 노즐(50)의 출구(51)에 응축되어 지속적으로 쌓이는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 노즐의 출구에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 방지할 수 있는 진공 증발원을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 박막 형성용 물질을 증발시키는 진공 증발원에 있어서, 내부 공간부를 가지는 케이스; 및 상기 내부 공간부에 구비되며 박막 형성용 물질을 수용하는 도가니를 구비하고, 상기 도가니는, 내조와 외조의 이중 구조를 가지고, 상기 외조의 상부에는 히터의 방사열이 유입되도록 하는 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 진공 증발원을 제공한다.
여기에서, 상기 구멍은 복수개인 것이 바람직하다.
또한, 상기 외조는 금속재로 형성되고, 내조는 세라믹재로 형성될 수 있다.
또한, 상기 도가니의 상부에 구비되며 상기 박막 형성용 물질이 최종적으로 지나는 출구를 가지는 노즐을 포함하고, 상기 노즐의 출구는, 상기 도가니의 내부에 위치되되 상기 도가니의 상단 보다 아래에 위치될 수 있다.
또한, 상기 노즐은, 상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 작아지도록 경사진 상향 축소 경사부; 상기 상향 축소 경사부의 상단에서 상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사진 제1 상향 확대 경사부; 및 상기 제1 상향 확대 경사부의 상단에서 상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사지는 제2 상향 확대 경사부를 포함하고, 상기 제1 상향 확대 경사부의 하단에서 상기 노즐의 상기 노즐의 중심축을 향해 연장되는 제1 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제1 경사각이라 하고, 상기 제2 상향 확대 경사부의 하단에서 상기 중심축을 향해 연장되는 제2 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제2 경사각이라 할 때, 상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각보다 크고, 상기 출구는, 상기 제1 상향 확대 경사부와 상기 제2 상향 확대 경사부의 경계 지점일 수 있다.
또한, 상기 상향 축소 경사부의 상단에서 상기 중심축을 향해 연장되는 제3 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제3 경사각이라 할 때, 상기 제2 경사각은 상기 제3 경사각보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐은, 상기 제2 상향 확대 경사부의 상단에 구비되며 상기 도가니의 상단에 올려져 지지되는 수평 지지부; 및 상기 상향 축소 경사부의 하단에 구비되며 상기 도가니의 내면에 접촉되어 지지되는 수직 지지부를 더 포함할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 증발원은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 케이스와, 도가니와, 그리고 노즐을 포함하고, 노즐의 출구가 도가니의 내부에 위치되되 도가니의 상단 보다 아래에 위치되는 기술구성을 제공하므로, 노즐의 출구의 온도를 기존의 기술에 비해 높일 수 있어, 노즐의 출구에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 도가니가 내조와 외조의 이중 구조를 가지고, 외조 중 노즐에 대응되는 부분에는 복수의 구멍이 형성되는 기술구성을 제공하므로, 복수의 구멍을 통해 히터의 방사열이 노즐이 위치된 내조의 상부로 대부분 흘러 들어가게 되어, 노즐의 온도가 상대적으로 높게 형성되고, 궁극적으로 노즐의 출구에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
도 1은 기존의 진공 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 노즐을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 노즐을 통해 박막 형성용 물질이 유동되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 진공 증발원의 상부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 증발원으로, 이중 구조를 가진 도가니가 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발원을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 노즐을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 노즐을 통해 박막 형성용 물질이 유동되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이며, 그리고 도 5는 도 2의 진공 증발원의 상부를 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발원(100)은, 박막 형성용 물질을 증발시키는 진공 증발원으로, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(110)와, 도가니(120)와, 그리고 노즐(130)을 포함한다. 이하, 도 2 내지 도 5를 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.
케이스(110)는, 진공 증발원(100)의 외장을 이루는 구성요소로, 도 2에 도시된 바와 같이 내부 공간부(111)를 가진다.
도가니(120)는, 박막 형성용 물질을 수용하며 박막 형성용 물질을 실질적으로 증발시키기 위한 구성요소로, 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 내부 공간부(111)에 구비된다.
노즐(130)은, 박막 형성용 물질이 증발되는 동안 그 분출력 등을 높이기 위한 구성요소, 도 2에 도시된 바와 같이, 도가니(120)의 상부에 구비되며, 박막 형성용 물질이 최종적으로 지나는 출구(131)를 가진다. 특히, 노즐(130)의 출구(131)는, 도가니(120)의 내부에 위치되되 도가니(120)의 상단 보다 아래에 위치된다.
따라서, 노즐(130)의 출구(131)가 도가니(120)의 내부에서도 상단 보다 아래에 놓일 수 있으므로, 노즐(130)의 출구(131)의 온도를 기존의 기술에 비해 높일 수 있어, 노즐(130)의 출구(131)에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 계속 참조하여, 노즐(130)에 대해 보다 상세히 설명한다.
예를 들어, 노즐(130)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 복수로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 절곡된 구조의 노즐(130)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상향 축소 경사부(131), 제1 상향 확대 경사부(132), 그리고 제2 상향 확대 경사부(133)를 포함할 수 있다.
상향 축소 경사부(131)는 도가니(120)의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 작아지도록 경사진 형상을 가지고, 제1 상향 확대 경사부(132)는 상향 축소 경사부(131)의 상단에서 도가니(120)의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사진 형상을 가지며, 그리고 제2 상향 확대 경사부(133)는 제1 상향 확대 경사부(132)의 상단에서 도가니(120)의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사진 형상을 가진다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 상향 확대 경사부(132)의 하단에서 노즐(130)의 중심축(C)을 향해 연장되는 제1 가상선(L1)이 그 연장되는 방향으로 중심축(C)과 이루는 각을 제1 경사각(θ1)이라 하고, 제2 상향 확대 경사부(133)의 하단에서 노즐(130)의 중심축(C)을 향해 연장되는 제2 가상선(L2)이 그 연장되는 방향으로 중심축(C)과 이루는 각을 제2 경사각(θ2)이라 할 때, 제2 경사각(θ2)은 제1 경사각(θ1)보다 클 수 있고, 노즐(130)의 출구(131)는, 제1 상향 확대 경사부(132)와 제2 상향 확대 경사부(133)의 경계 지점일 수 있다.
다시 말해, 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐(130)을 지나는 박막 형성용 물질이 제1 상향 확대 경사부(132)에 접촉되면서 분출되는 반면, 제2 상향 확대 경사부(133)에는 접촉되지 않게 되므로, 박막 형성용 물질이 실질적으로 접하면서 최종적으로 지나는 노즐(130)의 출구(131)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 상향 확대 경사부(132)와 제2 상향 확대 경사부(133)의 경계 지점이 되어, 궁극적으로 노즐(130)의 출구(131)가 도가니(120)의 내부에서도 상단 아래에 놓일 수 있다.
나아가, 도 3에 도시된 바와 같이, 상향 축소 경사부(131)의 상단에서 중심축(C)을 향해 연장되는 제3 가상선(L3)이 그 연장되는 방향으로 중심축(C)과 이루는 각을 제3 경사각(θ3)이라 할 때, 제2 경사각(θ2)은 제3 경사각(θ3)보다 클 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상향 축소 경사부(131)를 따라 분출되는 박막 형성용 물질은 상술한 경사각 차이로 인해 제2 상향 확대 경사부(133)에 접촉되지 않고 그대로 분출될 수 있다.
이와 더불어, 상술한 노즐(130)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 지지부(134)와 수직 지지부(135)를 더 포함할 수 있다. 수평 지지부(134)는 제2 상향 확대 경사부(133)의 상단에 구비되며 도가니(120)의 상단에 올려져 지지되고, 수직 지지부(135)는 상향 축소 경사부(131)의 하단에 구비되며 도가니(120)의 내면에 접촉되어 지지된다. 따라서, 수평 지지부(134)와 수직 지지부(135)에 의해 박막 형성용 물질이 노즐(130)과 도가니(120) 사이로 새는 것으로 막을 수 있다.
또한, 상술한 상향 축소 경사부(131), 제1 상향 확대 경사부(132), 제2 상향 확대 경사부(133), 수평 지지부(134), 그리고 수직 지지부(135)는 하나의 몸체로 이루어질 수 있다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발원(100)은, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 보온 캡(140)을 더 포함할 수 있다.
보온 캡(140)은 도가니(120)의 상부 모서리와 케이스(110) 사이의 틈을 막아 도가니(120)의 상부의 냉각 속도를 늦추는 역할을 한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 도가니(120)의 상부 모서리에 상술한 노즐(130)의 수평 지지부(134)가 올려질 경우, 보온 캡(140)은 노즐(130)의 수평 지지부(134)와 케이스(110) 사이에 설치될 수 있다. 이러한 보온 캡(140)은 냉각 속도를 더욱 늦추기 위해 2중으로 중첩된 구조를 가질 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 증발원(200)에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 증발원으로, 이중 구조를 가진 도가니가 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 증발원(200)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 도가니(220)를 제외하고는 상술한 본 발명의 일 실시예에와 동일하므로 이하에서는 도가니(220) 위주로 설명하기로 한다.
도가니(220)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 내조(221)와 외조(222)의 이중 구조를 가질 수 있고, 외조(222) 중 노즐(130)에 대응되는 부분에는 복수의 구멍(222a)이 형성될 수 있다.
따라서, 복수의 구멍(222a)을 통해 히터(30)의 방사열이 노즐(130)이 위치된 내조(221)의 상부로 대부분 흘러 들어가게 되어, 노즐(130)의 온도가 상대적으로 높게 형성되고, 궁극적으로 노즐(130)의 출구(131)에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
도 6에서는, 구멍(222a)이 복수개의 작은 원형 형태로 외조(222)의 상부에 형성되어 있는 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것이며, 원형이 아닌 사각형 등의 기타 다른 모양으로 형성할 수도 있음은 물론이다.
또한, 구멍(222a)은 도 6에서와 같이 다수의 작은 원형으로 형성하는 대신 상대적으로 큰 크기를 갖는 1~3개 정도의 갯수로 형성할 수도 있다. 또한, 구멍(222a)이 복수개로 형성된 경우 각각의 구멍(222a)의 형상이나 크기를 다르게 할 수도 있다.
또한, 도 6의 진공 증발원(200)은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예의 노즐(130)과 함께 나타내었으나, 반드시 제1 실시예에서 설명한 노즐(130)과 병행하여 실시해야 하는 것은 아니다. 즉, 노즐 없이 내조(221)와 외조(222)를 갖는 이중 구조의 도가니(220)에 구멍(222a)만을 형성하거나 도 1 내지 도 5의 실시예의 노즐이 아닌 다른 형태의 노즐에 결합하여 실시할 수도 있음은 물론이다.
물론, 도 6의 구멍(222a)과 도 1 내지 도 5의 실시예의 구성을 결합하면 도가니 상부와 증발 물질이 배출될 때의 온도를 보다 더 고온으로 유지할 수 있으므로 증발 물질이 도가니 상부에 응축되는 효과를 더욱 증진시킬 수 있을 것이다.
한편, 외조(222)는 내조(221)가 파손되는 경우 흐르거나 탈락되는 재료를 가두어 히터(30)를 보호하는 역할을 해야 하기 때문에 열적, 구조적 내구성이 좋은 금속재로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 내조(221)는 재료와 화학적 반응을 하지　않아야 하기 때문에 일반적으로 금속성의 재료와 반응성이 없는 Al2O3, PBN(Pyrolitic Boron Nitride), AlN(Aluminum Nitride)　등과 같은 세라믹 재료를　　사용하는 것이 바람직하다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 진공 증발원(100)(200)은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 케이스(110)와, 도가니(120)와, 그리고 노즐(130)을 포함하고, 노즐(130)의 출구(131)가 도가니(120)의 내부에 위치되되 도가니(120)의 상단 보다 아래에 위치되는 기술구성을 제공하므로, 노즐(130)의 출구(131)의 온도를 기존의 기술에 비해 높일 수 있어, 노즐(130)의 출구(131)에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도가니(220)가 내조(221)와 외조(222)의 이중 구조를 가지고, 외조(222) 중 노즐(130)에 대응되는 부분에는 복수의 구멍(222a)이 형성되는 기술구성을 제공하므로, 복수의 구멍(222a)을 통해 히터(30)의 방사열이 노즐(130)이 위치된 내조(221의 상부로 대부분 흘러 들어가게 되어, 노즐(130)의 온도가 상대적으로 높게 형성되고, 궁극적으로 노즐(130)의 출구(131)에 박막 형성용 물질이 응축되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 200: 진공 증발원 110: 케이스
111: 내부 공간부 120, 220: 도가니
130: 노즐 130a: 노즐의 출구
131: 상향 축소 경사부 132: 제1 상향 확대 경사부
133: 제2 상향 확대 경사부 134: 수평 지지부
135: 수직 지지부 140: 보온 캡
221: 도가니의 내조 222: 도가니의 외조
222a: 복수의 구멍 L1: 제1 가상선
L2: 제2 가상선 L3: 제3 가상선
C: 노즐의 중심축 θ1: 제1 경사각
θ2: 제2 경사각 θ3: 제3 경사각

Claims (7)

  1. 박막 형성용 물질을 증발시키는 진공 증발원에 있어서,
    내부 공간부를 가지는 케이스; 및
    상기 내부 공간부에 구비되며 박막 형성용 물질을 수용하는 도가니
    를 구비하고,
    상기 도가니는, 내조와 외조의 이중 구조를 가지고,
    상기 외조의 상부에는 히터의 방사열이 유입되도록 하는 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구멍은 복수개인 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외조는 금속재로 형성되고, 내조는 세라믹재로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도가니의 상부에 구비되며 상기 박막 형성용 물질이 최종적으로 지나는 출구를 가지는 노즐을 포함하고,
    상기 노즐의 출구는, 상기 도가니의 내부에 위치되되 상기 도가니의 상단 보다 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  5. 제1항에서,
    상기 노즐은,
    상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 작아지도록 경사진 상향 축소 경사부;
    상기 상향 축소 경사부의 상단에서 상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사진 제1 상향 확대 경사부; 및
    상기 제1 상향 확대 경사부의 상단에서 상기 도가니의 상단으로 갈수록 점점 그 내부의 크기가 커지도록 경사지는 제2 상향 확대 경사부를 포함하고,
    상기 제1 상향 확대 경사부의 하단에서 상기 노즐의 상기 노즐의 중심축을 향해 연장되는 제1 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제1 경사각이라 하고, 상기 제2 상향 확대 경사부의 하단에서 상기 중심축을 향해 연장되는 제2 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제2 경사각이라 할 때, 상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각보다 크고, 상기 출구는, 상기 제1 상향 확대 경사부와 상기 제2 상향 확대 경사부의 경계 지점인 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상향 축소 경사부의 상단에서 상기 중심축을 향해 연장되는 제3 가상선이 그 연장되는 방향으로 상기 중심축과 이루는 각을 제3 경사각이라 할 때, 상기 제2 경사각은 상기 제3 경사각보다 큰 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 노즐은,
    상기 제2 상향 확대 경사부의 상단에 구비되며 상기 도가니의 상단에 올려져 지지되는 수평 지지부; 및
    상기 상향 축소 경사부의 하단에 구비되며 상기 도가니의 내면에 접촉되어 지지되는 수직 지지부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증발원.
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