KR20180098428A - Heater for high temperature evaporator - Google Patents

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Abstract

The objective of the present invention is to provide a heater for a high-temperature evaporation source, simplifying manufacturing, facilitating temperature control operation when a heating temperature should be different in accordance with the position of a crucible, and reducing the risk of an electrical short-circuit. To this end, provided is the heater for an evaporation source having a spiral heating wire, wherein one side of a power connecting unit for applying power to the heating wire is extracted from the upper end of the spiral heating wire and the other side is extracted from the lower end of the spiral heating wire. The spiral heating wire can adjust the interval of the spiral winding if necessary, thereby controlling the quantity of heat or temperature transferred to the crucible.

Description

고온 증발원용 히터{Heater for high temperature evaporator}Heater for high temperature evaporator

본 발명은 박막 증착에 사용되는 증발원용 히터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 금속 박막 증착과 같이 고온에서 동작되는 히터 구조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater for an evaporation source used for thin film deposition, and more particularly to a heater structure operated at a high temperature such as a metal thin film deposition.

박막 증착 공정은 반도체, 디스플레이 소자, 태양전지 등을 비롯하여 각종 코팅 공정에서 필수적으로 실시된다. 특히, 금속 박막을 형성하는 경우, 1400℃ 정도의 고온 증발 공정이 실시되므로 그에 따라 고온을 앨 수 있는 히터를 도가니에 장착하여야 한다. 종래, 고온 증발원에 사용되는 히터의 구조는 원통형의 도가니 벽면에 밀착되는 정교한 형상을 갖고 있다. 도가니 벽면을 길이방향을 따라 왕복하는 열선와 열선를 고정시켜주는 고정 부재들이 결합되어 복잡한 형상을 이루는 경우가 대부분이다. The thin film deposition process is essentially performed in various coating processes including semiconductors, display devices, solar cells, and the like. In particular, when a metal thin film is formed, a high temperature evaporation process of about 1400 ° C is performed, and accordingly, a heater capable of high temperature should be mounted on the crucible. Heretofore, the structure of the heater used in the high-temperature evaporation source has an elaborate shape which is in close contact with the cylindrical crucible wall surface. Most of the complex shape is formed by combining the hot wire reciprocating the crucible wall along the longitudinal direction and the fixing members fixing the hot wire.

대한민국 등록특허 10-1605834, 공개특허 10-2015-0083716, 공개특허 10-2013-0073409호에 나와있는 증발원의 히터는 모두 상술한 바와 같이 도가니의 길이방향을 따라 배열된 히터 구조를 보인다. The heaters of the evaporation sources disclosed in Korean Patent Nos. 10-1605834, 10-2015-0083716 and 10-2013-0073409 all exhibit a heater structure arranged along the longitudinal direction of the crucible as described above.

금속용 고온 증발원의 경우, 노즐 부분에서 가열 온도가 충분히 높지 않으면 막힘현상(clogging)이 일어난다. 따라서 증발원 노즐 부분에서는 좀 더 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 그에 따라 상하부를 분할하여 두 개의 히터를 각각 다른 전력으로 동작시키거나 히터 배열을 서로 달리하거나 한다. 이러한 히터 구성은 정교한 형상에 따른 제작상의 어려움은 물론, 밀집된 열선의 배열로 인해 단락이 일어날 수 있는 위험부담이 있다. 또한, 길이방향으로 배열되는 열선에 의한 열 효율은 그다지 좋지 못하며, 동작으로 인해 쉽게 팽창변형되는 문제도 있다. In the case of a high-temperature evaporation source for metal, clogging occurs if the heating temperature at the nozzle portion is not sufficiently high. Therefore, it is preferable to heat the evaporation source nozzle at a higher temperature. Accordingly, the upper and lower portions are divided to operate the two heaters with different powers or the heater arrays are different from each other. Such a heater configuration has a risk of being short-circuited due to the difficulty of manufacturing due to the elaborate shape and the arrangement of dense heat rays. In addition, the heat efficiency due to the heat rays arranged in the longitudinal direction is not so good, and there is also a problem that the heat efficiency is easily expanded due to the operation.

상기된 공보에 나타난 고온 증발원용 히터 구성 역시 도가니 길이방향인 세로로 배열된 열선들로 되어있어 도가니 상하부의 온도를 서로 달리하여야 할 경우, 두 개의 별도 히터를 제작 배치하여야 하기 때문에 제작과 설치가 복잡하다. 또한, 전원 접속부를 이루는 시작점과 종결점의 열선는 서로 인접하게 되어 단락 위험이 매우 크다는 문제를 그대로 지닌다. In the above-mentioned publication, the heater for high-temperature evaporation source is also arranged vertically arranged in the direction of the crucible. If the temperature of the crucible should be different from that of the crucible, two separate heaters must be manufactured and arranged. Do. In addition, the hot wire of the starting point and the end point of the power connecting portion are adjacent to each other, and the problem of a short circuit is left as it is.

따라서 본 발명의 목적은 제작이 간소화될 수 있으면서도 도가니 위치에 따라 가열 온도를 달리해야 하는 경우 그러한 온도 제어 운용도 용이하게 할 수 있으며 전기적 단락 위험이 적은 증발원용 히터를 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heater for an evaporation source, which can simplify fabrication and can easily perform such temperature control operation when the heating temperature needs to be changed according to the crucible position, and there is little risk of electrical short circuit.

상기 목적에 따라 본 발명은 열선을 나선형으로 구성하고 상기 열선에 전원을 인가하기 위한 전원 접속부의 한쪽은 나선형 열선의 상단에서 인출되고, 다른 한쪽은 나선형 열선의 하단에서 인출되는 증발원용 히터를 제공한다.According to the above-mentioned object, the present invention provides a heater for an evaporation source, wherein one of the power connection parts for forming a hot wire in a spiral shape is drawn out from the top of the spiral hot wire and the other is drawn out from the bottom of the spiral hot wire .

상기에서 나선형 열선은 필요에 따라 나선을 이루는 권선의 간격을 조절하여 도가니에 전달하는 열량 내지 온도를 제어할 수 있다. In the above, the spiral hot wire can control the amount of heat or temperature to be transferred to the crucible by adjusting the interval of the spiral winding, if necessary.

즉, 본 발명은,That is,

증발원용 히터에 있어서,In a heater for an evaporation source,

도가니를 감싸는 열선이 나선형으로 도가니 외벽을 감아 이루어지는 나선형 히터이며,A helical heater is a spiral heat wire that surrounds a crucible,

상기 나선형 히터의 전원접속부는 나선형으로 감겨 올라간 최상단의 열선 단부와 나선형의 최하단의 열선 단부에서 인출된 것을 특징으로 하는 나선형 히터를 제공한다.Wherein the power connection part of the helical heater is drawn out from the top end of the hot wire wound up in a spiral shape and the bottom end of the spiral bottom wire.

상기에 있어서, 열선을 감는 간격을 조절하여 도가니 부위별 가열 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 나선형 히터를 제공한다.The spiral heater is characterized in that the degree of heating for each crucible portion is controlled by adjusting the interval of winding the hot wire.

상기에 있어서, 도가니의 노즐부는 다른 부분에 비해 열선이 감기는 간격을 더 좁게 하여 클로깅 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 나선형 히터를 제공한다.In the above, the nozzle portion of the crucible has a narrower interval of hot wire winding than other portions, thereby preventing a clogging phenomenon.

상기에 있어서, 전원접속부에 해당하는, 나선형으로 감겨 올라간 최상단의 열선 단부 또는 나선형의 최하단의 열선 단부는 절연체로 된, 절연체로 된 튜브 안에 넣어져 전기적인 단락을 방지한 것을 특징으로 하는 나선형 히터를 제공한다.In the above, the helical heater, which is wound in a spiral shape and corresponds to the power connection portion, is inserted into an insulator tube made of an insulator so as to prevent electrical short-circuiting, to provide.

본 발명에 따르면 나선형으로 된 증발원용 히터는 열선을 감는 간격 조절을 통해 도가니 위치별 온도 제어가 가능하여 도가니 상부의 온도를 좀 더 쉽게 높일 수 있다. According to the present invention, the spirally heated evaporator heater can control the temperature of each crucible position by adjusting the interval of hot wire winding, so that the temperature of the upper portion of the crucible can be more easily increased.

또한, 본 발명의 나선형 히터는 열팽창에 의한 히터 변형의 문제가 거의 발생하지 않으며, 열 효율이 매우 우수하다.In addition, the spiral heater of the present invention hardly causes a problem of heater deformation due to thermal expansion, and has excellent heat efficiency.

또한, 나선형으로 된 히터의 전원 접속부가 나선형 히터의 상하 단부에서 각각 인출되기 때문에 전지적인 단락 위험을 크게 낮출 수 있다. In addition, since the power connection portions of the helical heater are drawn out from the upper and lower ends of the helical heater, the risk of short circuit of the battery can be greatly reduced.

도 1은 본 발명의 나선형 히터(100)와 이를 고정하고 있는 고정 부재(200)를 보여주는 단면도와 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 나선형 히터(100)와 고정 부재(200)의 세부 구성을 좀 더 상세히 나타낸 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 나선형 히터(100)와 고정 부재(200)의 결합부를 확대하여 보여주는 부분 확대도이다. 1 is a cross-sectional view and a perspective view showing a spiral heater 100 of the present invention and a fixing member 200 fixing the same.
2 is a perspective view showing the spiral heater 100 of the present invention and the fixing member 200 in more detail.
3 is an enlarged partial enlarged view showing a coupling portion between the helical heater 100 and the fixing member 200 of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 보면, 본 발명의 나선형 히터(100)와 이를 고정하는 고정 부재(200)에 상기 히터(100)가 결합된 단면형상이 나와있다. 나선형 히터(100)는 열선(와이어 형태)를 감아 제작된다. 증발원을 이루는 도가니(미도시) 외벽에 밀착될 수 있게 감기는 열선의 양단부는 전원이 연결되는 접원접속부가 된다. 종래 히터는 도가니 외벽에 밀착되되, 수평으로 둥글게 감기는 것이 아니라 수직방향으로 물결치듯이 구부러져 형성되었으며, 이러한 구조는 전원접속부를 이루는 열선 양단부는 서로 매우 근접하게 배치되고, 그에 따라 전기적인 단락 위험이 매우 컸다. 그러나 본 발명의 나선형 히터(100)는 도 1의 오른쪽에 도시한 바와 같이 전원 접속부(110, 120)가 될 열선의 양단부는 나선형 히터(100)의 상부와 하부에서 각각 인출되기 때문에 단락위험이 매우 감소된다. 1 is a cross-sectional view of a spiral heater 100 and a fixing member 200 for fixing the spiral heater 100 according to the present invention, in which the heater 100 is coupled. The spiral heater 100 is manufactured by winding a hot wire (in the form of a wire). Both ends of the hot wire wound so as to be close to the outer wall of the crucible (not shown) constituting the evaporation source are connected to the power source. Conventionally, the heater is closely attached to the outer wall of the crucible, but is not bent horizontally but is bent in a vertical direction. Such a structure is such that both ends of the heat line constituting the power connection part are arranged very close to each other, It was very big. However, since the spiral heater 100 according to the present invention has both end portions of the hot wire to be the power connecting portions 110 and 120 drawn out from the upper and lower portions of the helical heater 100 as shown in the right side of FIG. 1, .

또한, Al과 같은 금속 박막을 증착하는 증발원은 고온으로 동작하므로 기존과 같이 열선이 수직 방향으로 배열된 히터는 열 팽창으로 인해 쉽게 변형되어 그 수명이 짧다. 수직 방향의 배열과 더불어 방향 전환에 따른 굴곡부가 다수 있기 때문에 열 변형에 의해 쉽게 틀어지기 때문이다. In addition, since the evaporation source for depositing a metal thin film such as Al operates at a high temperature, a heater in which heat rays are vertically arranged is easily deformed due to thermal expansion and has a short life span. This is because, in addition to the arrangement in the vertical direction, there are many bends due to the direction change, so that they are easily twisted by thermal deformation.

이에 비해 로드 타입(rod type)의 나선형 히터(100)는 열 팽창에 의한 변형이 거의 없어 안정적으로 사용될 수 있다. 또한, 나선형 히터(100)는 기존의 히터에 비해 도가니에 대한 가열 효율이 더 우수하다. In contrast, the spiral heater 100 of the rod type has little deformation due to thermal expansion and can be used stably. In addition, the spiral heater 100 is superior to the conventional heater in heating efficiency to the crucible.

한편, 고온 증발원에서 일어나는 문제점 중 하나는 증발물이 분사되는 노즐 부위에서 증발물이 식으면서 일어나는 클로깅 현상이다. 이를 해결하기 위해, 노즐 부에 별도의 히터를 배치하기도 한다. 본 발명의 나선형 히터(100)는 열선을 감아 구성되기 때문에 필요에 따라 감는 간격을 더 촘촘히 하거나 더 넓게 할 수 있다. 그에 따라 노즐이 있는 도가니 상단부의 온도를 그 이외의 부분에 비해 더 고온으로 만들 수 있다. 이러한 구성은 별도의 히터와 별도의 고정 부재를 제작하고 별도의 전원을 설치하는 것에 비해 훨씬 간단한 문제 해결 수단이 된다. 도 1의 맨 오른편에 나와있는 나선형 히터(100)의 경우, 상부는 감는 열선의 간격이 좁아 촘촘하고, 그 이하로는 열선 간격을 좀 더 넓게 한 것이다. 상단의 밀도 높은 열선들로 인해 좀 더 고온으로 가열할 수 있어 노즐 부분에서 일어나는 클로깅 현상을 방지할 수 있다. On the other hand, one of the problems in the high-temperature evaporation source is the phenomenon of clogging that occurs when the evaporation water cools down at the nozzle portion where the evaporation water is sprayed. To solve this problem, a separate heater may be disposed in the nozzle unit. Since the spiral heater 100 of the present invention is constituted by winding a hot wire, it is possible to make the winding interval more denser or wider as necessary. So that the temperature of the upper end of the crucible with the nozzle can be made higher than that of the other parts. Such a structure is a simpler problem solving means than a separate heater and a separate fixing member are manufactured and a separate power source is installed. In the case of the helical heater 100 shown in the rightmost portion of FIG. 1, the intervals between the heating wires wound on the upper portion are narrow and narrow, and the intervals between the heating wires are made wider. Due to the high density of hot wires on the top, it can be heated to a higher temperature, preventing the clogging phenomenon in the nozzle part.

전원접속부(110, 120)는 나선형 히터(100)를 구성하는 열선의 양 단부가 되며, 본 발명은 전기적인 단락 위험을 줄이기 위해 열선 한쪽 단부는 나선형 히터의 상단(120)에서 인출하고, 반대쪽 단부는 하단(110)에서 인출하였다. 이러한 나선형 히터(100)는 도가니 외벽에 밀착배치되며, 고정을 안정적으로 하기 위해 고정부재(200)에 의해 지지 된다. The power connection portions 110 and 120 are both ends of the heat line constituting the spiral heater 100. The present invention is characterized in that one end of the hot wire is drawn out from the upper end 120 of the helical heater to reduce the risk of electric short, Is pulled out from the lower end 110. The helical heater 100 is disposed in close contact with the crucible outer wall, and is supported by the fixing member 200 in order to stably fix the crucible.

도 2는 나선형 히터(100)가 고정 부재(200)에 의해 고정된 상태를 좀 더 상세히 보여준다. 2 shows the helical heater 100 fixed by the fixing member 200 in more detail.

고정 부재(200)는 프레임(210)과 여기에 조립된 홀더 부재(220)를 포함한다. 상기 프레임(210)은 나선형 히터(100)의 둘레 방향을 따라 배열된 다수의 고리형 부재(230)들을 포함하며, 히터의 상단과 하단 또한 다소 폭이 넓은 고리로 커버 된다. 감겨진 열선을 줄마다 잡아주는 홀더 부재(220)가 다수 프레임(210)에 조립되며, 홀더 부재(220)는 열선이 홀딩될 수 있는 요부를 다수 구비한 막대형상이며, 다수의 홀더 부재(220)가 상기 프레임(210)의 평면에서 볼 때 방사상으로 조립될 수 있다. 고정 부재(100)에는 전원접속부(110, 120)를 구성하는 각각의 열선이 인출되는 경로를 안내하는 안내 부재(240)와 홀(250)이 제공된다. 안내 부재(240)는 히터 상부로부터 내려오는 전원접속부 열선(120)이 다른 열선과 접촉되지 않도록 절연체 튜브로 되어있다. 프레임(210)을 향하는 쪽은 개방된 관으로 구성될 수도 있을 것이다. 프레임(210)의 최하단의 고리에는 두 개의 홀(250)이 형성되어 히터 하부에서 내려오는 전원접속부 열선(110)과 상기 안내 부재(240)의 하단을 통과시킨다. 이러한 구성을 통해 전원접속부(110, 120)의 전기적 단락은 매우 안정적으로 방지될 수 있다. The fixing member 200 includes a frame 210 and a holder member 220 assembled thereto. The frame 210 includes a plurality of annular members 230 arranged along the circumferential direction of the helical heater 100, and the upper and lower ends of the heater are also covered with a somewhat wide ring. A holder member 220 for holding the wound hot wire in a row is assembled to the frame 210. The holder member 220 has a rod shape having a plurality of recesses in which a heat ray can be held and a plurality of holder members 220 May be radially assembled when viewed in the plane of the frame 210. [ The fixing member 100 is provided with a guide member 240 and a hole 250 for guiding a path through which the respective heat wires constituting the power connection units 110 and 120 are led out. The guide member 240 is made of an insulator tube so that the power connection portion heating wire 120 coming from the upper portion of the heater is not in contact with other heat wires. The side facing the frame 210 may be an open tube. Two holes 250 are formed at the lowermost ring of the frame 210 to pass the power connection heat wire 110 coming down from the bottom of the heater and the lower end of the guide member 240. With such a configuration, electrical shorting of the power connection portions 110 and 120 can be prevented very stably.

상기 실시예는 다소 변형될 수 있다. 예를 들면, 전원접속부(110, 120)를 이루는 열선이 모두 하부로 안내되지 않고 상부나 다른 중간 부분으로 인출될 수 있고 그에 따라 안내 부재도 하부에서 상부로 인출되는 열선을 위하여 설치되거나 두가닥의 열선 각각에 대해 제공될 수 있을 것이다. The above embodiment may be somewhat modified. For example, all of the hot wires constituting the power connection units 110 and 120 may not be guided to the lower portion but may be drawn to the upper or other intermediate portion, and the guide member may be installed for the hot wire drawn from the lower portion to the upper portion, May be provided for each of the heat lines.

고정 부재(100)는 절연체로 구성되며 바람직하게는 세라믹을 소재로 한다. The fixing member 100 is made of an insulator, and preferably made of ceramic.

도 3에는 고정 부재(100)의 구조가 좀 더 상세히 나와있다.3 shows the structure of the fixing member 100 in more detail.

홀더 부재(220)의 한쪽 면('전면'이라고 부르기로 함)에는 히터(100)를 이루는 열선을 끼워넣어 고정할 수 있는 요부가 열선 간격에 맞추어 형성되어 있고, 반대 면(후면)에는 고정 부재(100)의 고리형 부재(230)에 홀딩 되기 위한 요부가 형성되어 있다. 열선의 두께와 간격이 고리형 부재의 두께와 간격에 비해 얇고 촘촘하여 홀더 부재(220)의 전면에 형성된 요부가 더 조밀하다. 나선형 히터(100)의 상부가 더 조밀하게 열선이 감기므로 홀더 부재(220)의 전면에 형성되는 요부도 그에 따라 조밀하여 진다. In the holder member 220, a concave portion capable of fitting and fixing a heating wire constituting the heater 100 is formed in accordance with the heating line interval, and on the opposite side (rear side) (Not shown) is formed on the annular member 230 of the housing 100. The thickness and spacing of the hot wire are thinner and narrower than the thickness and spacing of the annular member, so that the recess formed on the front surface of the holder member 220 is denser. Since the upper portion of the helical heater 100 is denser and the hot wire is wound, the recesses formed on the front surface of the holder member 220 are accordingly densified.

이와 같은 나선형 히터는 고온 증발원에 적용되기에 매우 적합하다. Such helical heaters are well suited for application to high temperature evaporation sources.

열선 자체는 W, Ta, 또는 Tl으로 구성될 수 있다. The heat ray itself may be composed of W, Ta, or Tl.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

100: 나선형 히터
200: 고정 부재
110, 120: 전원 접속부
210: 프레임
220: 홀더 부재
230: 고리형 부재
240: 안내 부재
250: 홀100: Spiral heater
200: Fixing member
110, 120: Power connection
210: frame
220: holder member
230: annular member
240: guide member
250: hole

Claims (4)

증발원용 히터에 있어서,
도가니를 감싸는 열선이 나선형으로 도가니 외벽을 감아 이루어지는 나선형 히터이며,
상기 나선형 히터의 전원접속부는 나선형으로 감겨 올라간 최상단의 열선 단부와 나선형의 최하단의 열선 단부에서 인출된 것을 특징으로 하는 나선형 히터.In a heater for an evaporation source,
A helical heater is a spiral heat wire that surrounds a crucible,
Wherein the power connection portion of the helical heater is drawn out from a top end heat wire end wound up in a spiral shape and a bottom end heat wire end in a spiral shape. 제1항에 있어서, 열선을 감는 간격을 조절하여 도가니 부위별 가열 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 나선형 히터.The helical heater according to claim 1, wherein the degree of heating of each crucible portion is controlled by adjusting the interval of winding the hot wire. 제2항에 있어서, 도가니의 노즐부는 다른 부분에 비해 열선이 감기는 간격을 더 좁게 하여 클로깅 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 나선형 히터.3. The spiral heater according to claim 2, wherein the nozzle portion of the crucible has a smaller interval of hot wire winding than other portions to prevent clogging. 제1항에 있어서, 전원접속부에 해당하는, 나선형으로 감겨 올라간 최상단의 열선 단부 또는 나선형의 최하단의 열선 단부는 절연체로 된, 절연체로 된 튜브 안에 넣어져 전기적인 단락을 방지한 것을 특징으로 하는 나선형 히터.

The spiral winding method of claim 1, wherein the spiral wound upper end or the spiral lower end of the hot wire end corresponding to the power source connection portion is inserted into an insulated tube made of an insulator to prevent electrical short circuit heater.

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