KR101010196B1 - 진공 증착 장비 - Google Patents

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KR101010196B1
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chamber
vacuum deposition
deposition equipment
pump
cold trap
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KR1020100007470A
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박병민
공두원
권진환
정용범
조황신
정성재
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Abstract

진공증착장비가 개시된다. 기판에 증착할 사용물질을 기체 상태로 분사하는 소스가 장착된 챔버(chamber), 챔버의 내벽 및 내부 부품에 형성된 히터, 챔버 내부의 공기를 흡입하는 펌프(pump) 및 챔버와 펌프 사이에 개재되고 펌프로 흡입되는 공기를 냉각시켜 공기 중 사용물질을 제거하는 복수의 콜드트랩(cold trap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장비는 사용물질이 챔버 내부의 부품이나 내벽에 쌓여 직접적인 손상을 주는 것을 방지할 수 있고 콜드트랩을 복수 개를 두어 교체 시에 공정을 중단할 필요가 없어 오염방지를 위해 생산의 연속성이 끊어지는 것을 방지할 수 있어 동일 사양의 장비에 비해 생산성이 향상된다.

Description

진공 증착 장비{apparatus of vacuum evaporating}
본 발명은 진공 증착 장비를 제공하는 것으로, 보다 더 구체적으로는 챔버 내의 오염물질을 효과적으로 제거하여 공정의 중단없이 연속적으로 생산할 수 있는 진공 증착 장비를 제공하는 것이다.
디스플레이 제조나 태양전지 제조에 있어서, 기판에 박막을 형성하기 위한 물리적 증착 방법으로서 산업체에서는 주로 진공 증착 방법이 이용되고 있다. 진공 증착은 진공 중에서 코팅시키고자 하는 물질을 물리적 방법 또는 화학적 방법으로 기화 또는 승화시켜서 원자 또는 분자 단위로 기판 표면에 응고되도록 함으로써 박막을 형성시키는 방법이다.
이러한 진공 증착 방법은 거의 모든 물품에 적용할 수 있으며, 진공 증착을 위해서는 진공환경이 필요하므로, 챔버 내부의 공기를 제거한 후 진공상태에서 사용물질을 기화시켜 기체상태로 분사하여 기판에 박막을 형성하는 진공 증착 장비가 이용된다.
다만, 공정 중에 기판에 증착되지 않고 남은 사용물질은 챔버 내벽에 붙거나 기타 챔버 내부의 부품에 부착되어 장비의 내구성을 저해하게 되므로, 챔버 내부 및 부품을 오염시키는 원인이 되는 사용물질을 제거할 필요가 있다.
기존의 장비는 챔버 내벽이나, 내부 부품에 방착판을 설치하여 사용물질이 방착판에 쌓이도록 하고, 사용물질이 어느 정도 쌓이면 생산 제품의 불량요소로 작용할 수 있으므로 생산을 중단하고 사용물질이 쌓여 있는 방착판을 새로운 것으로 교체한 후 생산을 다시 시작해야 하기 때문에 비효율적이다.
따라서 기존의 장비는 생산 중단에 따른 생산량 감소가 필연적으로 발생하게 되며, 방착판을 설치하더라도 틈새로 미세한 입자의 사용물질이 들어가 챔버 내부의 부품이나 동작하는 기구를 오염시키기 때문에 부품이나 기구의 성능을 저하 시키거나 이를 손상 시킬 수 있다.
본 발명의 해결 과제는 사용물질이 챔버 내에 쌓여 진공 증착 장비가 오염되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명의 또 다른 해결 과제는 공정을 중단하지 않고 진공 증착 장비를 운영하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 증착할 사용물질을 기체 상태로 분사하는 소스가 장착된 챔버(chamber), 챔버의 내벽 및 내부 부품에 형성된 히터, 챔버 내부의 공기를 흡입하는 펌프(pump) 및 챔버와 펌프 사이에 개재되고 펌프로 흡입되는 공기를 냉각시켜 공기 중 사용물질을 제거하는 복수의 콜드트랩(cold trap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장비가 제공된다.
챔버와 펌프를 연결하는 배기관을 더 포함하고, 콜드트랩은 배기관의 단부 또는 배기관의 중간에 형성될 수 있다. 콜드트랩은 공기의 흐름 방향에 비스듬하게 형성된 복수의 날개를 포함할 수 있다.
챔버는 복수 개의 소스를 포함하되, 소스는 택일적으로 사용물질을 분사할 수 있다. 한편, 복수 개의 콜드트랩은 선택적으로 구동될 수 있는데, 예를 들어, 복수 개의 콜드트랩 중 하나 또는 일부의 콜드트랩만을 구동한다거나 복수 개의 콜드트랩을 그룹으로 구분하고 이를 번갈아가며 구동시킬 수 있다.
콜드트랩의 양단에 진공밸브가 더 형성될 수 있으며, 날개는 열전도율이 높은 재질로 형성할 수 있다. 날개는 냉각수가 흐르는 냉각 파이프에 의해 지지되며, 냉각수에 의해 온도를 유지할 수 있다.
챔버는 기판이 출입하는 게이트가 형성되어 있으며, 게이트는 게이트 밸브로 개폐되며, 게이트 밸브 측면에 게이트 콜드트랩을 더 포함할 수 있다.
챔버 내벽, 내부 부품 및 히터를 커버하는 방착판을 더 포함할 수 있으며, 챔버의 하단에 형성된 엘엠가이드(LM guide: Linear Motion guide) 또는 챔버의 양단에 형성된 벨로우즈(bellows) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판에 증착할 사용물질을 기체 상태로 분사하는 복수의 소스가 장착된 챔버(chamber), 챔버의 내벽 및 내부 부품에 형성된 히터, 챔버 내부의 공기를 흡입하는 펌프(pump) 및 챔버와 펌프 사이에 개재되고 펌프로 흡입되는 공기를 냉각시켜 공기 중 사용물질을 제거하는 콜드트랩(cold trap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장비가 제공된다.
본 발명은 사용물질이 챔버 내부의 부품이나 내벽에 쌓여 직접적인 손상을 주는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복수의 소스, 콜드트랩을 사용하여 이를 교체할 때 공정을 중단하지 않을 수 있어 생산의 연속성이 끊어지지 않기 때문에 동일 사양의 장비에 비해 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 증착 장비를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 증착 장비를 나타낸 측단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 콜드트랩을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 콜드트랩을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복수 개의 챔버를 연결한 진공증착 장비를 나타낸 측단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 진공 증착 장비의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 증착 장비를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 증착 장비를 나타낸 측단면도이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 기판(1), 챔버(10), 캐리어(11), 롤러(12), 히터(13), 방착판(14), 소스(15), 배기관(20), 펌프(30), 콜드트랩(40) 및 진공밸브(43)가 도시되어 있다.
진공 증착 장비는 챔버가 복수개가 연결되어 기판이 챔버사이를 연속적으로 이동하면서 공정이 진행되는 인라인타입(in-line type)과 각 챔버가 독립적으로 형성되어 하나의 챔버에 기판이 삽입되어 공정이 진행된 후에 다른 챔버에 삽입되어 그다음 공정이 진행되는 클러스터 타입(cluster type)이 있다. 본 발명의 일 실시예는 두 가지 형태에 모두 활용 될 수 있는 진공 증착 장비에 관한 것이다.
챔버(10)는 진공 증착 공정이 수행되는 장소로서, 내부의 공기를 펌프(30)로 흡입하여 내부를 진공상태로 유지할 수 있다. 또한, 챔버(10)는 펌프(30)와 배기관(20)에 의해 연결되어 있다. 챔버(10) 내부에는 기판(1)의 이동수단인 롤러(12)와 캐리어(11)를 포함할 수 있다. 캐리어(11) 위에 기판(1)이 놓여지기 때문에, 롤러(12)가 회전하면 캐리어(11)가 이동되며, 그에 따라 기판(1)도 이동된다.
소스(15)는 기판에 증착할 사용물질을 기체 상태로 챔버(10) 내부로 분사하는 장치로서, 챔버(10) 당 하나 이상을 구비한다. 소스(15)가 복수 개가 설치된 경우 소스(15)의 교체가 필요한 때에 복수 개 중에 택일적으로 사용물질을 분사하고 교체할 소스(15)의 작동을 중단시킨 후에 교체한다면, 진공 증착 공정을 중단하지 않고 소스(15)를 교체할 수 있다.
소스(15)에서 분사되는 사용물질은 일정 온도에서 기체상태를 유지할 수 있는물질로서 Se, CsI, TICI3 및 저분자 유기물질(Alq3, NPB 등)등을 예로 들 수 있다.
분사된 사용물질 중 일부가 기판(1)에 증착되지 못하고 남아 챔버(10) 내에 잔존하게 되는 경우, 그 남은 사용물질은 챔버(10) 내벽 및 챔버(10) 내의 부품에 붙게 되어 진공 증착 장비의 오염원인이 된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이러한 오염을 방지하기 위해 챔버(10) 내벽 및 부품에 히터(13)를 설치하여 기화온도 이상으로 가열하면 사용물질이 기체상태로 유지하게 되며, 그 결과 사용물질은 챔버(10)의 내벽이나 부품에 붙지 않게 된다..
또한 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 챔버(10) 내벽, 부품 및 히터(13)를 커버하는 방착판(14)을 추가적으로 더 설치하여 사용물질이 챔버(10) 내벽, 부품 및 히터(13)에 직접적으로 닿지 않도록 하고, 사용물질이 일정이상 증착되면 방착판(14)을 교환하여 진공 증착 장비의 상태를 유지할 수 있다.
히터(13)가 설치 될 수 있는 부품으로는 롤러, 롤러 에지 및 챔버에 형성된 창 등을 들 수 있으며 그 외에 챔버(10) 내부로 노출되어 사용물질이 부착될 수 있는 모든 부품에 히터를 설치할 수 있다. 히터의 열 효율을 유지하기 위해 챔버의 외곽에 단열재를 부착할 수 있다.
펌프(30)는 챔버(10) 내부의 공기를 흡입하여 챔버(10)의 내부 압력을 낮춰 챔버(10)를 진공상태로 만든다. 이때 챔버(10) 내부에 잔존하는 사용물질이 공기와 같이 펌프(30)로 흡입되는 경우 펌프(30)가 오염되는 문제가 생길 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이러한 오염을 방지하기 위해 챔버(10)와 펌프(30)를 연결하는 배기관(20)의 단부 혹은 중간에 콜드트랩(cold trap)(40)을 형성한다.
콜드트랩(40)은 펌프(30)로 흡입되는 공기를 냉각시켜 공기 중의 사용물질을 걸러낼 수 있다. 공기 중의 사용물질을 잘 걸러내기 위해서 콜드트랩(40)은 공기와 닿는 표면적이 넓어야 하며, 저온을 유지하여야 한다.
콜드트랩(40)의 구체적인 실시예에 대해서는 도 3 및 도 4에 더 자세히 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 콜드트랩을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 콜드트랩을 나타낸 측면도로서, 날개(41) 및 냉각파이프(42)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 콜드트랩(40)의 표면적을 넓게 하기 위해 공기가 지나가는 방향에 비스듬하게 날개(41)를 형성할 수 있다. 공기는 배기관을 따라 지나가므로 배기관의 방향에 비스듬한 방향으로 형성하고, 날개(41)를 도 4에 도시된 바와 같이 복수개를 형성하여 공기가 지그재그형상으로 흘러가도록 유도하여 공기와 콜드트랩(40)이 닿는 면적을 증가시킬 수 있다. 차가운 날개(41)에 공기가 닿으면 공기중의 사용물질이 냉각되어 날개(41)에 붙게되어 펌프(30)의 오염을 방지할 수 있고, 콜드트랩(40)을 주기적으로 교환하여 사용물질을 제거할 수 있다.
날개(41)는 냉각파이프(42)에 의해 지지되며 냉각파이프(42)에 흐르는 저온의냉각수 또는 LN2등과 열교환을 통해 날개(41)의 온도를 사용물질의 기화온도 이하로 유지한다. 이때, 날개의 재질로 열전도율이 높은 것을 이용하면, 콜드트랩(40)은 보다 효율적으로 사용물질에 의한 오염을 방지할 수 있다.
날개(41)와 냉각파이프(42)의 형상은 도 3 및 도 4에 도시된 것에 국한되지 않고 공기와 닿는 표면적을 크게 하는 날개(41)와, 저온을 유지하기 위한 냉각 파이프(42)를 포함하는 다양한 형상으로 변형 가능하다.
콜드트랩(40)은 사용물질이 집중적으로 쌓이므로 교환주기가 비교적 짧은 편이어서, 교환을 위해 진공 증착 장비 전체의 가동을 중단하는 경우 다시 진공상태를 만들기 위해서는 시간이 많이 소모된다. 하나의 챔버(10) 당 복수의 콜드트랩(40)을 형성하면, 이러한 문제를 해결할 수 있다. 구체적으로 도 2를 참조하면 하나의 콜드트랩(40a)을 교환할 때 다른 콜드트랩(40b)이 계속 사용물질을 걸러낼 수 있으므로 진공 증착 장비의 작동을 중단시키지 않을 수 있다. 이때 콜드트랩(40)의 양단에 진공밸브(43)를 형성하여 진공밸브(43)로 콜드트랩(40)으로 흐르는 공기를 차단한 후에 콜드트랩(40)교환할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복수 개의 챔버를 연결한 진공 증착 장비를 나타낸 측단면도로서, 도 5에서는 기판(1), 챔버(10,10'), 캐리어(11), 롤러(12), 배기관(20), 콜드트랩(40), 게이트 콜드트랩(45), 게이트(50), 게이트 밸브(55), 엘엠가이드(60) 및 벨로우즈(65)가 도시되어 있다.
이 장비를 이용하면 연속적으로 복수 개가 연결된 챔버(10,10') 사이를 기판(1)이 이동하면서 진공 증착 공정이 수행될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 챔버(10)는 피 증착대상인 기판(1)의 출입을 위해 게이트 밸브(55)에 의해 개폐되는 게이트(50)를 더 포함할 수 있다. 게이트 밸브(55)가 열리면 진공증착 작업이 수행되는 챔버(10) 내부에 잔존하는 사용물질이 이웃하는 다른 챔버(10')로 빠져나가 이웃하는 다른 챔버(10')를 오염시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 챔버(10)의 게이트(50)에는 사용물질을 제거할 수 있는 게이트 콜드트랩(45)이 형성될 수 있다.
챔버(10)는 히터(13)에 의해 가열되는 경우 열팽창을 하게 되어 이웃하는 다른 챔버(10')와의 간격을 고정하는 경우에는 챔버(10)의 변형 우려가 있으므로, 챔버(10)와 이웃하는 다른 챔버(10')간의 간격을 조정할 수 있도록 벨로우즈(65)를 챔버 사이에 둘 수 있다. 벨로우즈(65)는 신축가능한 소재로 되어 있어 챔버(10)가 열팽창에 의해 변형되는 경우 벨로우즈(65)의 형상도 변형되어 챔버(10)와 이웃하는 다른 챔버(10')간의 간격이 조정된다.
또한 챔버(10)와 이웃하는 다른 챔버(10')가 열팽창에 따라 좌우로 움직일 수 있도록 챔버(10)와 이웃하는 다른 챔버(10') 하부에 엘엠가이드(LM guid)(60)를 장착하여 열팽창에 의해 챔버(10, 10')에 스트레스가 누적되는 것을 최소화할 수 있다. 엘엠가이드(60)는 특정 방향으로 형성된 레일을 따라 직선운동이 가능하도록 하는 장치로서, 챔버(10)의 하단에 장착하면 엘엠가이드(60)의 레일을 따라 챔버는 전후 좌후 운동을 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
10: 챔버 11: 캐리어
12: 롤러 13: 히터
14: 방착판 15: 소스
20: 배기관 30: 펌프
40: 콜드트랩 41: 날개
42: 냉각파이프 43: 진공밸브
45: 게이트 콜드트랩 50: 게이트
55: 게이트 밸브 60: 엘엠가이드
65: 벨로우즈

Claims (12)

  1. 복수의 소스가 장착되고 상기 복수의 소스 중 일부가 선택되어 기판에 증착할 사용물질을 기체 상태로 분사하는 챔버(chamber);
    상기 챔버의 내벽 및 내부 부품에 형성된 히터;
    상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 펌프(pump); 및
    상기 챔버와 펌프 사이에 개재되고 펌프로 흡입되는 공기를 냉각시켜 공기 중 사용물질을 제거하는 복수의 콜드트랩(cold trap)을 포함하되, 상기 복수의 콜드트랩 중 일부가 선택되어 사용물질을 제거하는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버와 펌프를 연결하는 배기관을 더 포함하고, 상기 콜드트랩은 상기 배기관의 단부 또는 상기 배기관의 중간에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콜드트랩은 공기의 흐름 방향에 비스듬하게 형성된 복수의 날개를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콜드트랩의 양단에 진공밸브가 더 형성된 것을 특징으로 하는 진공증착장비.
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 날개는 냉각수가 흐르는 냉각 파이프에 의해 지지되며, 상기 냉각수에 의해 온도를 유지하는 것을
    특징으로 하는 진공 증착 장비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 기판이 출입하는 게이트가 형성되어 있으며,
    상기 게이트는 게이트 밸브로 개폐되며,
    상기 게이트 밸브 측면에 게이트 콜드트랩을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내벽, 내부 부품 및 상기 히터를 커버하는 방착판을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 하단에 형성된 엘엠가이드(LM guide: Linear Motion guide) 또는상기 챔버의 양단에 형성된 벨로우즈(bellows) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 진공 증착 장비.
  12. 삭제
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