KR101139518B1 - 증착 공정용 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대면적 기판에 물질을 증착하는 증발원에 관한 것으로, 대면적 기판에 균일한 두께로 증착하며, 호스트 물질과 도핑 물질을 균일한 분포로 증착하기 위해 안출된 것이다.
본 발명에 따르면, 다수의 도가니(200)들이 상부에 공통적으로 하나의 몸체로 된 불출부(100)에 나사 결합으로 연결되며, 상기 분출부(100)에는 제1군의 다수의 증발관(180)이 연직 방향에 대해 중앙으로부터 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한쪽으로 소정 각도씩 기울어지게 형성되고 제2군의 증발관들의 기울기는 제1군의 증발관들의 기울기와 반대이자 동일 각도로 기울지게 하여 제1군과 제2군의 증발관들이 교대로 분출부(100)의 전면부에서부터 후면부로 배치될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 상기 증발원의 양 단부 각각에 점 증발원을 배치하여 호스트 물질과 도핑 물질을 동시에 증착할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대면적 기판에 증착되는 박막 두께의 균일도와 도핑 물질의 분포 균일도 모두 높아질 수 있다.

Description

증착 공정용 증발원{An evaporator for Vacuum thermal evaporation}

본 발명은 증착 공정용 증발원에 관한 것으로, 좀 더 특별하게는 대면적 박막의 균일도를 높일 수 있게 설계된 다중 증발관 구조의 증발원과 다수의 증발원을 합체시켜 호스트 물질과 도핑 물질의 분포 균일도를 높일 수 있는 하이브리드 증발원에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자, 평판 디스플레이 소자, 태양 전지 등을 제작함에 있어서 진공 중에서 물질을 가열하여 박막 형태로 증착하는 공정이 사용된다. 이러한 진공 가열 증착 방법에서는 증착하고자 하는 물질을 담아 가열하여 기판 쪽으로 분사하는 증발원이 필요하며, 종래 흔히 사용하는 증발원은 점증발원이었으나, 기판의 크기가 점점 대면적화 됨에 따라 기판을 회전시켜야 하는 점증발원으로도 박막의 균일도를 확보할 수 없어, 선형 증발원을 스캔하면서 증착하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 선형 증발원을 사용할 경우 선형 증발원의 길이가 기판 길이보다 커야 하기 때문에 증착 장비의 크기가 커지며, 전체 선형 증발원의 균일 온도 유지 등이 문제되거나, 선형 증발원의 수평 유지가 깨어지면 박막 균일도가 깨어지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 호스트 물질과 도펀트 물질을 동시에 증착할 경우 사각기둥형의 두 개의 선형 증발원을 스캔 방향으로 나란히 배열하여야 하는데(도 11 참조), 두 개의 선형 증발원에서 분출되는 분포가 일치하지 않기 때문에 호스트 물질과 도펀트 물질이 균일한 비율로 섞이지 않게 된다. 예를 들면, 하나의 증발원은 호스트(host) 물질을 분사하고 다른 하나의 증발원은 도핑 물질(dopant)을 분사할 경우, 도핑 농도가, 중앙에서 10 %이면, 좌우측에서는 각각 5 %와 20 %로 불균일하게 되는 문제가 있다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위해, 두 개의 선형 증발원을 중심부를 향해 틸트 시키는 경우, 증발원들을 기울인 상태로 구현 및 유지하는 것 자체가 어렵고, 기울어진 증발원 내의 물질은 수평면을 유지하기 때문에 분사 노즐에 대해 불균일한 분포를 갖게 되며, 결과적으로 대면적 기판의 박막 균일도가 깨어지고 호스트 물질과 도핑 물질을 분사하는 경우 호스트 물질과 도핑 물질의 분포도가 균일성(homogeneity)을 갖지 못한다.

따라서 본 발명의 목적은 대면적 기판의 박막 두께 균일도를 얻을 수 있는 증발원을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적 기판에 호스트 물질과 도핑 물질을 증착하는 경우, 호스트 물질과 도핑 물질의 농도 분포가 균일하게 증착될 수 있는 하이브리드 증발원을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 물질을 담는 다수의 도가니;

상기 도가니가 나사 결합할 수 있는 체결부; 및

상기 체결부에 연결되는 분출부;를 포함하며,

상기 분출부에는 다수의 증발관이 형성되고,

상기 증발관들은 두 개의 군으로 구성되고 제1군의 증발관들은 연직 방향에 대해 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한쪽으로 소정 각도씩 기울어지게 형성되고 제2군의 증발관들은 상기 제1군의 증발관들과 연직 방향에 대해 반대로 동일 각도만큼 기울어지게 형성되며,
상기 분출부의 윗면은,
평탄부;와 상기 평탄부의 길이가 더 긴 방향의 양단부에 대칭으로 형성되며 상기 평탄부로부터 아래로 경사진 경사면;을 포함하고,

상기 분출부 겉면에 노출되는 증발관들의 단면은 증발관들의 길이 방향과 특정 각도를 갖도록 구성하여, 상기 평탄부는 톱니 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한쪽으로 기울어진 상기 각 군에 속한 증발관들 중 일부의 기울기가 소정의 각도를 갖고 나머지 증발관들의 기울기는 상기 소정의 각도와 다른 각도를 갖도록 두 가지 각도 또는 세 가지 이상의 각도로 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들이 다수의 행과 다수의 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들의 분포 밀도는 증발원의 가장자리로 갈수록 밀하게 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들이 다수의 행과 하나의 열로 배열되고 상기 증발관의 단면은 행 방향으로 길게 형성된 선형 개구부인 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 분출부의 증발관들의 단면이 증발관들의 길이 방향에 대해 수직 각도를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 증발원 두 개를 나란히 배치하고 상기 증발원들의 양 단부의 중심부에 점 증발원을 각각 배치하여 호스트 물질과 도핑 물질을 동시 증착하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 증발원을 제공할 수 있다.

삭제

본 발명의 증발원에 따르면, 대면적 기판에 증착되는 박막의 두께 분포가 매우 균일하게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 증발원의 체결 구조 및 측면 개구부 구조는 증발원의 가공 내지는 구현이 용이하다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 하이브리드 증발원에 따르면, 대면적 기판에 호스트 물질과 도핑 물질을 균일한 농도 분포로 증착할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 증발원의 사시도이다.
도 2는 본 실시예의 분출부(100)의 구조와 증발관(180)의 배열을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 증발관(180)의 구조에 대한 변형을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 증발관(180)의 구조에 대한 또 다른 변형을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 증발관(180)들의 배열을 나타내는 단면도들이다.
도 6은 본 실시예의 분출부(100)의 윗면 구조를 보여주는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 증발관의 단면 구조에 따라 증발 물질의 분포가 어떻게 달라지는 지를 보여주는 개념 단면도 이다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 증발원의 배치 단면도 및 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 변형된 하이브리드 증발원의 배치 평면도이다.
도 11은 종래 두 개의 증발원을 나란히 배치하거나 틸트 시켜 배치한 경우 물질 분포를 나타내는 단면도 및 그래프들이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 증발원의 사시도이다.

본 발명의 하이브리드 증발원은 물질을 담는 도가니

(200)를 세 개의 원기둥형 몸체로 구성하였다.

도가니(200)의 형상을 원기둥형 몸체로 구성한 것은 그 상단의 분출부(100)에 도가니(200)를 결합시키는 체결부를 나사 결합으로 구성하기 위함이다. 따라서 도가니 몸체를 원기둥이 아니라 다른 형상으로 하고 단지 체결부 만을 원기둥형으로 하여 나사 결합으로 구성할 수도 있다. 이러한 나사 결합으로 체결부를 구성한 이유는, 종래 사용되어 오던 리세스 형성 후 억지 끼움 맞춤식으로 구성한 체결부의 경우, 틈새가 생겨 증발물이 그 틈새로 누출되어 히터를 오염시키고 히터에 부착된 채 변성되어 기판에 증착되면서 불량을 발생시키기 때문이다. 즉, 본 실시예에서는 이러한 문제점을 제거하기 위해, 도가니(200)의 체결부(도면에는 도시하지 않음)를 나사산을 형성하여 나사 결합으로 구성하였다.

또한, 도가니(200) 상단의 분출부(100)는 그 내부에 다수의 증발관(180)을 포함할 수 있다. 또한, 분출부(100)의 윗면은 전체적으로 수평으로 평탄하게 보이는 평탄부(150)와 그 평탄부의 양단으로부터 아래로 경사진 경사면(170)으로 구성된다.

도 2를 보면, 분출부(100)의 구조를 좀 더 상세히 알 수 있다. 분출부의 양 측면에는 개구부(190)가 형성되어, 증발관(180)들의 설치 작업을 편리하게 할 수 있도록 하였고, 이러한 개구부(190)는 증발관(180) 설치 및 도가니(200) 체결을 완성하고 나면, 마개(195)(도 1 참조)로 막아 밀폐한다.

분출부(100)의 윗면을 평탄부(150)와 경사면(170)으로 구성한 이유는 증발관(180)들의 설치 구조와 관계되며, 궁극적으로는 박막 두께 균일성을 얻기 위한 것이다. 즉, 평탄부(150)에 증발관(180)의 단부가 속하는 경우에 비해 경사면(170)에 증발관(180)의 단부가 속하는 경우는 증발관(180)의 단면과 증발관의 길이 방향이 이루는 각도가 수직에 가깝게 되어 물질의 분사가 좀 더 멀리까지 미쳐 대면적 기판을 충분히 커버하여 물질을 증착할 수 있기 때문이다.

증발관(180)들은 두 개의 군으로 나뉠 수 있고 어느 한 군(제1군)에 속하는 증발관(180)들은 연직 방향에 대해 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한 쪽으로 기울어지게 구성하며, 다른 한 군(제2군)에 속하는 증발관(180)들은 제1군의 증발관들과 연직 방향에 대해 반대로 동일 각도로 기울어지게 구성한다. 도 1 내지 4에서 분출부(100) 윗면의 색이 어둡게 표시된 'ㄴ'자 좌우가 바뀐 형태의 부분이 하나의 군을 나타내고 이와 맞물려 밝은 색으로 표시된 부분이 제2군을 나타낸다.

작은 원 또는 타원 단면을 갖는 증발관(180)들이 하나의 군에서 다수의 행과 다수의 열을 갖도록 배열될 수도 있으며(도 2 참조), 도 3에서와 같이, 증발관(180)의 단면을 행(가로) 방향으로 좀 더 길게 하여 열의 개수를 줄여 배열될 수도 있다. 또한, 도 4와 같이, 증발관(180) 단면을 양 끝만 반원형으로 둥글린 긴 선형으로 형성하여 하나의 열과 다수의 행으로 배열할 수도 있다.

또한, 어느 하나의 군에 속하는 증발관(180)들의 기울기를 도 5(a)에서와 같이 하나의 일정한 각도로 기울어지게 할 수도 있으나, 도 5(b)에서와 같이 일부는 연직 방향에 대해 소정의 각도로 기울어지게 하고 나머지 일부는 그에 비해 좀 더 많이 기울어지게 구성할 수도 있다. 이러한 기울기 조절은 세 가지 이상의 기울기로 다양하게 구성할 수 있다.

도 1 내지 4에서 보듯이 분출부(100) 윗면 중 평탄부(150)는 톱니와 같은 요철 구조를 갖는데, 이는 증발관(180)의 길이 방향과 증발관(180)의 단면이 이루는 각도를 수직으로 하거나 수직에 가깝게 만들어 증발관으로부터 분사되는 물질의 분포를 대칭 구조에 가깝게 만들고자 함이다. 증발관 단면과 증발관의 길이 방향이 이루는 각도에 따른 물질의 분포는 도 7과 8에 비교 설명 되어 있으며, 이에 따라 분출부(100)의 윗면의 평탄부(150)와 경사면(170)의 측단면 형상과 증발관(180)의 배열 구조를 도 6에 도해하였다.

본 실시예에 대한 변형으로서, 증발관(180)들의 기울기를 두 가지 각도가 아닌 세 가지 이상의 각도로 구성할 수 있으며, 모든 증발관을 모두 다른 각도로 기울어지게 구성할 수도 있다. 가공 상의 난이도 및 제작비와 박막 두께 균일도 향상 정도를 대비하여 최적화 할 수 있으며, 본 실시예에서는 두 가지 각도로 구성하였다.

본 실시예에 대한 또 다른 변형으로서, 증발관(180)들의 분포 밀도를 분출부(100)의 가장자리로 갈수록 빽빽하게 하여 대면적 기판에서 증착할 때 발생할 수 있는 단부 효과(end effect: 기판 단부에서는 박막 두께가 얇아지는 현상)를 해소하여 증착되는 박막 두께를 균일하게 얻을 수 있다.

본 실시예에 대한 또 다른 변형으로서, 증발원(180)들의 개구부 크기를 분출부(100)의 가장자리로 갈수록 더 크게 하여 단부 효과를 제거하여 증착되는 박막 두께를 균일하게 얻을 수 있다.

본 실시예에 대한 또 다른 변형으로서, 증발원(180)들의 개구부 크기를 분출부(100)의 가장자리로 갈수록 더 크게 하고 분포 밀도를 빽빽하게 하여 단부 효과를 제거하여 증착되는 박막 두께를 균일하게 얻을 수 있다.

본 실시예에 대한 또 다른 변형으로서, 세 개의 도가니(180)에 모두 호스트 물질을 넣지 않고 중앙에는 호스트 물질을, 양 쪽의 도가니에는 도핑 물질을 넣어 증착할 수도 있으나, 실험 결과 도핑 물질의 균일도(homogeneity)는 그다지 이상적이지 않다.

따라서, 본 발명자들은 호스트 물질과 도핑 물질을 대면적 기판에 높은 분포 균일도로 증착할 수 있는 방안을 도 9에서와 같이 구현하였다.

즉, 상술한 본 실시예의 증발원에 호스트 물질을 담고 그 양 단에 각각 점 증발원을 배치하여 도핑 물질을 담아 물질을 분사하여 대면적 기판에 박막을 증착하는 것이다. 이러한 하이브리드(hybride) 증발원으로 대면적 기판에 증착되는 박막의 두께 균일도 뿐만 아니라 호스트 물질과 도핑 물질의 분포 균일도도 매우 높은 양질의 박막을 얻을 수 있다.

또한, 하이브리드 증발원은 도 10에서와 같이 상기 실시예의 증발원 두 개를 나란히 배열하고 그 양 단부의 중심에 점 증발원을 각각 배치하여 대면적 기판을 좀 더 높은 박막 두께 균일도 및 도핑 물질 균일도를 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 도핑 물질의 분포가 전체적으로 균일해지고 증착되는 박막의 두께도 대면적 기판에 대해 더욱 균일해 질 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상향식 증착으로 나타내었으나, 이에 한정되지 않고 하향식 또는 측향 분사식에서도 본 실시예를 구현할 수 있다.

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.

100: 분출부 150: 평탄부
170: 경사면 180: 증발관
190: 개구부 195: 마개
200: 도가니

Claims (8)

1. 물질을 담는 다수의 도가니;
   상기 도가니가 나사 결합할 수 있는 체결부; 및
   상기 체결부에 연결되는 분출부;를 포함하며,
   상기 분출부에는 다수의 증발관이 형성되고,
   상기 증발관들은 두 개의 군으로 구성되고 제1군의 증발관들은 연직 방향에 대해 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한쪽으로 소정 각도씩 기울어지게 형성되고 제2군의 증발관들은 상기 제1군의 증발관들과 연직 방향에 대해 반대로 동일 각도만큼 기울어지게 형성되며,
   상기 분출부의 윗면은,
   평탄부;와 상기 평탄부의 길이가 더 긴 방향의 양단부에 대칭으로 형성되며 상기 평탄부로부터 아래로 경사진 경사면;을 포함하고,
   상기 분출부 겉면에 노출되는 증발관들의 단면은 증발관들의 길이 방향과 특정 각도를 갖도록 구성하여, 상기 평탄부는 톱니 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 증발원.
2. 제1항에 있어서, 왼쪽 또는 오른쪽 중 어느 한쪽으로 기울어진 상기 각 군에 속한 증발관들 중 일부의 기울기가 소정의 각도를 갖고 나머지 증발관들의 기울기는 상기 소정의 각도와 다른 각도를 갖도록 두 가지 각도 또는 세 가지 이상의 각도로 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 제2항에 있어서, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들이 다수의 행과 다수의 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 제3항에 있어서, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들의 분포 밀도는 증발원의 가장자리로 갈수록 밀(密)하게 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원.
5. 제4항에 있어서, 상기 분출부에는 각 군에 속하는 증발관들이 다수의 행과 하나의 열로 배열되고 상기 증발관의 단면은 행 방향으로 길게 형성된 선형 개구부인 것을 특징으로 하는 증발원.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 분출부의 증발관들의 단면이 증발관들의 길이 방향에 대해 수직 각도를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 증발원.
7. 제6항의 증발원 두 개를 나란히 배치하고 상기 증발원들의 양 단부의 중심부에 점 증발원을 각각 배치하여 호스트 물질과 도핑 물질을 동시 증착하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 증발원.
   
   
8. 삭제

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