KR101371596B1 - 선형 증발원이 구비된 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 관한 것으로서, 소스가 저장된 소스 저장부, 소스 저장부에 저장된 소스를 공급하는 소스 공급부 및 소스 공급부에서 공급되는 소스를 증기화시켜, 증기화소스로 변환하여 기판에 증착시키는 선형 증발원을 포함하되, 선형 증발원은 원기둥 구조로 이루어져, 길이방향을 따라 골이 형성되고, 골의 양측 내주면 상단이 단차져서 형성된 슬라이딩 홈을 구비한 전도성 앰폴, 다수의 기공이 형성되어 있고, 길이방향 양측변이 슬라이딩 홈에 삽입되는 멤브레인, 원통형 구조로 이루어져, 내주면과 전도성 앰폴의 외주면이 이격되게 전도성 앰폴을 수용한 비전도성 쉴드, 비전도성 쉴드의 길이방향을 따라 내주면에서 외주면으로 돌출되어 형성된 핫립 및 비전도성 쉴드 외주면에 권취된 유도코일을 포함하여, 핫립을 통해 분사되는 증기화물질이 기판에 선형적이고 균일하게 증착될 수 있도록 한다.

Description

선형 증발원이 구비된 증착 장치{Deposition Apparatus Having Linear Evaporating Source}
본 발명은 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막 또는 후막 제작을 위한 증기화된 물질을 선형적이고 균일하게 확산시켜, 증기화된 물질이 균일하게 증착되도록 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 관한 것이다.
종래에도 기판에 박막을 형성시키는 선형 증발원을 구비한 증착 장치는 많이 있었지만, 종래의 증착 장치들은 증기화된 물질의 확산이 선형적이고, 균일하게 이루어지지 않아서, 증기화된 물질을 배출하는 노즐부에 잔유물이 발생하는 문제점이 있다.
도 1은 국내에 출원된 출원번호`10-2004-0016590`인 종래의 선형 증발원과 이를 이용한 증착 장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 증발원의 증기화물질(4)은 증기화되어 내피(61)와 도가니(64) 사이의 공간을 경유하여 슬릿(63)을 통해 기판에 증착된다.
이때, 종래의 증착 장치는 증기화물질의 입자의 크기가 동일하지 않아 기판에 균일한 분포로 증기화물질의 증착이 이루어질 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 증착 장치는 특정 온도 이상에서 증기화되는 증기화물질이 소정의 거리를 이동함에 따라 온도가 낮아져 잔유물이 발생하게 되고, 이러한 잔유물이 슬릿(63) 입구에 증착되어 슬릿(63) 입구의 변형을 가져와 기판에 균일한 분포의 증기화물질을 증착할 수 없다는 문제점이 있다.
대한민국 출원번호 : 10-2004-0016590
따라서, 본 발명의 목적은 마이크로 단위를 가진 다수의 기공이 형성된 멤브레인을 구비하여 동일한 입자의 증기화물질이 선형적이고 균일하게 기판에 증착될 수 있도록 하며, 증기화물질의 이동과정에서 발생한 온도차를 최종단계에서 보상에 줌으로써, 잔유물의 발생을 최소화하여 증기화된 물질이 선형적이고 균일하게 증착될 수 있도록 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치는 소스가 저장된 소스 저장부, 소스 저장부에 저장된 소스를 공급하는 소스 공급부 및 소스 공급부에서 공급되는 소스를 증기화시켜, 증기화소스로 변환하여 기판에 증착시키는 선형 증발원을 포함하되, 선형 증발원은 원기둥 구조로 이루어져, 길이방향을 따라 골이 형성되고, 골의 양측 내주면 상단이 단차져서 형성된 슬라이딩 홈을 구비한 전도성 앰폴, 다수의 기공이 형성되어 있고, 길이방향 양측변이 슬라이딩 홈에 삽입되는 멤브레인, 원통형 구조로 이루어져, 내주면과 전도성 앰폴의 외주면이 이격되게 전도성 앰폴을 수용한 비전도성 쉴드, 비전도성 쉴드의 길이방향을 따라 내주면에서 외주면으로 돌출되어 형성된 핫립 및 비전도성 쉴드 외주면에 권취된 유도코일을 포함하고, 소스 공급부는 진공된 상태로 소스가 수용된 호퍼, 호퍼 하부에 결합되어 진동을 발생시키는 진동기, 소스를 선형 증발원에 공급하는 소스 이동관, 소스 이동관 내부에 설치되고 일단에 결합된 모터의 회전력으로 회전하는 스크류 및 소스 이동관에 형성된 캐리어 가스 주입부(260)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치는 증기화된 증기화소스가 분사되는 최종단에 핫립이 형성되어, 증기화소스의 응축으로 인한 클로깅(Clogging)현상에 의해 잔유물이 발생하는 것을 방지하고, 아울러 상기 증기화소스가 응축되어 파우더 상태로 기판에 떨어지는 것을 방지하여, 기판에 균일하게 증착될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치는 다공성 멤브레인에 형성된 기공의 크기를 조절하여 증기화소스의 확산속도를 조절하고, 멤브레인에 형성된 기공을 통과한 균일한 입자의 증기화소스만이 확산되기 때문에 더욱 균일하게 증기화소스를 기판에 증착시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치는 직경이 상이한 다수의 비전도성 쉴드를 전도성 앰폴에 다단 패스 구조로 결합시켜, 증기화소스의 확산경로를 연장시킴으로써, 증기화소스가 기판에 더욱 균일하고 선형적으로 증착될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 증착 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치의 선형 증발원 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치의 선형 증발원 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치의 소스 공급부와 선형 증발원이 결합된 상태를 도시한 도면,
상술한 도 6은 본 발명에 따른 선형 증발원의 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 전도성 앰폴(110)의 회전각도에 따른 이동경로를 도시한 도면 및
도 8은 본 발명에 따른 선형 증발원의 2단 패스구조와 3단 패스구조의 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 증착 장치은 선형 증발원(100), 상기 선형 증발원(100)의 양측에서 파우더 형태의 소스를 공급하기 위한 공급부(200), 상기 소스가 저장된 소스 저장부(300) 및 상기 증발원(100)과 상기 공급부(200) 그리고 상기 소스 저장부(300)를 케이싱하고 있는 케이스(400)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 상기 증발원(100)에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 선형 증발원의 사시도 이고, 도 4는 본 발명에 따른 선형 증발원의 분해 사시도 이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선형 증발원은 전도성 앰폴(110), 멤브레인(120:Membrane), 비전도성 쉴드(130), 핫립(140:Hot Lip) 및 유도코일(150)을 포함한다.
상기 전도성 앰폴(110)은 원기둥 구조로 이루어져 있고, 길이방향을 따라 단면이 ∨ 또는 ∪자 구조의 골이 형성되어 있으며, 유도가열 증착수율(yield)이 높은 그라파이트(Graphite)계열의 물질로 이루어져 있다.
또한, 상기 전도성 앰폴(110)에 형성된 골의 양측 내주면 상단에는 단차지게 형성된 슬라이딩 홈(111)이 형성되어 있다.
상기 멤브레인(120)은 사각형의 판구조로 이루져, 길이방향 양측변이 상기 전도성 앰폴(110)에 단차지게 형성된 슬라이딩 홈(111)에 슬라이딩 방식으로 삽입·결합된다.
그리고, 상기 다공성 멤브레인(120)이 상기 전도성 앰폴(110)과 결합함에 따라 공간(S)을 형성하게 되는데 이때, 상기 멤브레인(120)은 0.1mm 내지100um 단위로 형성된 기공(121)을 구비하고 있어, 상기 공간(S)에서 증기화되는 증기화소스 중, 특정 크기의 입자를 가진 증기화소스만이 기판에 증착될 수 있도록 한다.
상기 멤브레인(120)은 상기 기공(121)의 크기를 조절하여, 상기 증기화소스의 속도를 조절함에 따라, 결과적으로 기판으로의 증기화소스의 증착속도를 조절할 수 있게된다.
즉, 상기 기공(121)의 크기가 작은 멤브레인(120)이 상기 전도성 앰폴(110)에 장착된 경우, 상기 공간(S)의 내부압력이 증가하여 증착속도를 높일 수 있고, 반대로 상기 기공(121)의 크기가 큰 멤브레인(120)이 상기 전도성 앰폴(110)에 장착된 경우, 상기 공간(S)의 내부압력이 감소하여 증착속도를 낮출 수 있다.
상기 비전도성 쉴드(130)는 원통형 구조로 이루어져 있고, 유도가열 증착수율(yield)이 상대적으로 낮은 세라믹 계열의 물질로 이루어져 있다.
상기 전도성 앰폴(110)이 상기 비전도성 쉴드(130)의 내부에 삽입되는데, 이때 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면과 상기 비전도성 쉴드(130)의 내주면이 접촉하지 않고 소정의 간격만큼 이격되도록 삽입되어, 상기 증기화소스가 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면과 상기 비전도성 쉴드(130)의 내주면 사이의 이격된 공간을 통해 확산되게 된다.
상기 핫립(140)은 원통형 구조를 갖는 상기 비전도성 쉴드(130)의 길이방향을 따라 내주면에서 외주면으로 돌출된 입술구조를 가진다.
상술한 구조로 상기 비전도성 쉴드(130)에 형성된, 상기 핫립(140)은 상기 전도성 앰폴(110)과 함께 상기 유도코일(150)에 의해 유도가열되어 항상 소정의 온도를 유지하기 때문에, 상기 증기화소스의 응축으로 인한 클로깅(Clogging)현상에 의해 상기 핫립(140) 말단에 잔유물이 발생하는 것을 방지하고, 아울러 상기 증기화소스가 응축되어 파우더 상태의 소스가 기판에 떨어지는 것을 방지한다.
상기 유도코일(150)은 상기 비전도성 쉴드(130)의 외주면에 권취(coiling, 捲取)되는데, 이때 상기 유도코일(150)에서 형성된 자기장으로 인해 전기장이 형성되고, 형성된 상기 전기장의 주파수로 인해 전도성의 상기 전도성 앰폴(110)과 비전도성의 상기 비전도성 쉴드(130)를 진동시켜 열을 발생시킨다.
즉, 본 발명에 따른 선형 증발원은 상기 유도 전기장의 주파수(~400Khz)로 인해 상기 비전도성 쉴드(130)와 상기 전도성 앰폴(110)의 분극이 오실레이션(Oscillation)하여 열을 발생시키고, 유도가열 증착수율(yield)이 높은 물질로 된 상기 전도성 앰폴(110)이 복사열로 유도가열 증착수율(yield)이 상대적으로 낮은 물질로 된 상기 비전도성 쉴드(130)의 상대적으로 낮은 온도를 보상하여 증기화된 물질이 재흡착(Re.dep)되지 않도록 한다.
한편, 열을 발생시킬 수 있는 상기 유도코일(150)과 상기 비전도성 쉴드(130)와의 최적거리는 0mm~25mm이고, 상기 유도코일(150)과 상기 전도성 앰폴(110)과의 최적거리는 20mm~50mm이다.
상기 소스 공급부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 호퍼(210:Hopper), 진동기(220), 소스 이동관(230), 스크류(240), 모터(250) 및 캐리어 가스 주입부(260)를 포함한다.
참고로, 상기 소스는 파우더 형태의 메탈(Metal), 유기물(Organic) 또는 산화물 중 어느 하나의 물질로 이루어져, 박막 또는 후막 코팅에 사용된다.
도 5는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 소스 공급부와 선형 증발원이 결합된 상태를 도시한 도면이다.
상기 호퍼(210)는 상부에서 하부로 갈수록 단면이 좁아지는 구조로 이루어져, 진공상태에서 파우더 형태의 소스가 수용되어 있으며, 상기 파우더 형태의 소스를 상기 소스 이동관(230)으로 주입한다.
상기 진동기(220)는 상기 호퍼(210)의 하부, 더욱 구체적으로는 상기 소스 이동관(230)과의 결합지점 근처에 형성되어, 진공 중에 있는 상기 파우더 형태의 소스가 상기 호퍼(210)의 중심에 잘 모이도록 진동한다.
상기 스크류(240)는 상기 소스 이동관(230) 내부에 설치되어 회전운동으로 상기 호퍼(210)에서 유입되는 소스가 상기 증발원(100)으로 용이하게 공급될 수 있도록 한다.
이때, 상기 스크류(240)는 회전운동으로 인해 주입되는 소스의 양을 조절하여, 상기 전도성 앰폴(110)에 형성된 공간(S) 내부의 압력을 조절할 수도 있다.
즉, 상기 스크류(240)는 많은 양의 소스를 전도성 앰폴(110)에 주입하여 압력을 높이고, 상대적으로 적은 양의 소스를 주입함으로써 압력을 낮춘다.
한편, 상기 모터(250)는 상기 소스 이동관(230)의 일단에 장착되고, 회전축이 상기 스크류(240)와 결합되어 상기 스크류(240)에 회전력을 전달한다.
상기 소스 공급부(200)는 상술한 바와 같은 구성을 포함하여, 상기 증발원(100)에 파우더 형태의 소스를 공급하고, 공급된 파우더 형태의 소스는 유도코일에 의해 고온으로 유도가열된 증발원(100)에서 바로 증기화소스로 변환된다.
이때, 상기 소스 이동관(230)에는 상기 증발원(100)과의 접합지점 부분에 캐리어 가스 주입부(260)가 형성되어 있는데, 상기 캐리어 가스 주입부(260)를 통해 주입된 캐리어 가스는 불활성 가스인 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등이 사용되며, 상기 파우더 형태의 소스가 상기 선형 증발원(100)의 공간(S) 전체에 고르게 분포될 수 있도록 한다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치에 의한 증기화소스의 확산과정에 대하여 간단히 설명한다.
먼저, 상기 선형 증발원(100)에 형성된 공간(S)으로 상기 소스 이동관(230)을 통해 파우더 형태의 소스가 공급되면, 바로 증기화소스로 변환되고, 변환된 증기화소스는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 멤브레인(120)에 형성된 기공(121)을 통과하여, 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면과 상기 비전도성 쉴드(130)의 내주면 사이의 이격된 공간을 따라 확산되게 된다.
상술한 도 6은 본 발명에 따른 선형 증발원의 단면도이다.
상기 확산된 증기화소스는 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면과 상기 비전도성 쉴드(130)의 내주면 사이의 이격된 공간을 따라 확산되는 과정에서 균일한 밀도로 분포하게 되고, 상기 비전도성 쉴드(130)에 형성된 핫립(140)을 통해 배출되어 하부에 위치되는 기판에 증착되게 된다.
한편, 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 비전도성 쉴드(130)로 인해 일정한 온도를 유지하고, 상기 전도성 앰폴(110)을 `0`도에서 `360`도까지 회전시켜 증기화된 증기화소스의 압력과 이동경로의 조절이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 전도성 앰폴(110)의 회전각도에 따른 증기화소스의 이동경로를 도시한 도면이다.
한편, 상술한 바와 같이 그리고, 선형 증발원의 2다 패스구조와 3단 패스구조의 단면도인 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 선형 증발원이 구비된 증착 장치은 2단 패스구조 실시할 수 있지만, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 3단 패스 구조로도 실시할 수 있으며, 3단 이상의 다단 패스 구조로 실시할 수도 있다.
즉, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전도성 앰폴(110)에서 상기 멤브레인(120)을 통과한 증기화소스는 제1 비전도성 쉴드(130a)의 내주면과 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면이 이격되어 형성된 이동경로를 따라 확산되고, 다시 상기 제1 비전도성 쉴드(130a)의 외주면과 제2 비전도성 쉴드(130b)의 내주면이 이격되어 형성된 이동경로를 따라 확산되어 상기 핫립(140)을 통해 상기 기판에 증착되게 된다.
상기 증기화소스는 이동경로를 따라 확산되는 시간이 길어질수록 확산과정에서 고루 섞여 균일하게 분포되기 때문에, 결과적으로 상기 기판에 선형적이고 균일하게 증착될 수 있다
한편, 상기 전도성 앰폴(110)내부의 압력(P1)과 제1 비전도성 쉴드(130a)의 내주면과 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면이 이격되어 형성된 이동경로의 압력(P2), 그리고 상기 제1 비전도성 쉴드(130a)의 외주면과 제2 비전도성 쉴드(130b)의 내주면이 이격되어 형성된 이동경로의 압력(P3) 사이에 P1>P2>P3와 같은 등식이 성립하고, 이로 인해 발생한 압력차로 인해 증기화된 증기화소스가 별도의 캐리어 가스 없이도 상기 이동경로를 따라 확산되어 용이하게 상기 기판까지 도달하게 된다.
특히, 상기 전도성 앰폴(110)에서 증기화소스가 상기 멤브레인(120)에 형성된 기공(121)을 통과하여, 압력이 높아짐에 따라 증기화된 상기 증기화소스는 더욱 용이하게 상기 기판까지 도달할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 증발원 200 : 소스 공급부
210 : 호퍼 220 : 진동기
230 : 소스 이동관 240 : 스크류
250 : 모터 260 : 캐리어 가스 주입부
300 : 소스 저장부 400 : 게이스
110 : 전도성 앰폴 111 : 슬라이딩 홈
120 : 멤브레인 121 : 기공(Pore)
130 : 비전도성 쉴드 140 : 핫립
150 : 유도코일

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 소스가 저장된 소스 저장부(300);
    상기 소스 저장부(300)에 저장된 소스를 공급하는 소스 공급부(200); 및
    상기 소스 공급부(200)에서 공급되는 소스를 증기화시켜, 증기화소스로 변환하여 기판에 증착시키는 선형 증발원(100);을 포함하되,
    상기 선형 증발원(100)은
    원기둥 구조로 이루어져, 길이방향을 따라 골이 형성되고, 상기 골의 양측 내주면 상단이 단차져서 형성된 슬라이딩 홈(111)을 구비한 전도성 앰폴(110);
    다수의 기공(121)이 형성되어 있고, 길이방향 양측변이 상기 슬라이딩 홈(111)에 탈부착되는 다공성 멤브레인(120);
    원통형 구조로 이루어져, 내주면과 상기 전도성 앰폴(110)의 외주면이 이격되게 상기 전도성 앰폴(110)을 수용하는 비전도성 쉴드(130); 및
    상기 비전도성 쉴드(130) 외주면에 권취된 유도코일(150);을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 선형 증발원(100)은
    상기 비전도성 쉴드(130)의 길이방향을 따라 내주면에서 외주면으로 돌출되어 형성된 핫립(140);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기공(121)의 크기는 0.1 mm 내지100um인 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 유도코일(150)과 상기 전도성 앰폴(110) 사이의 거리는 20 mm 내지 50 mm 이고, 상기 유도코일과 상기 비전도성 쉴드(130) 사이의 거리는 0 mm 내지 25 mm 인 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 멤브레인(120)이 결합된 위치는 상기 전도성 앰폴(110)을 회전시켜 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    직경이 상이한 다수의 상기 비전도성 쉴드(130)가 상호 내·외주면과 비접촉된 상태로 다수겹을 이루는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 소스 공급부(200)는
    진공된 상태로 소스가 수용된 호퍼(210);
    상기 호퍼(210) 하부에 결합되어 진동을 발생시키는 진동기(220);
    상기 소스를 상기 선형 증발원(100)에 공급하는 소스 이동관(230); 및
    상기 이동관(230) 내부에 설치되고 일단에 결합된 모터(250)의 회전력으로 회전하는 스크류(240);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 소스 공급부(200)는
    상기 소스 이동관(230)에 형성된 캐리어 가스 주입부(260);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  10. 제 2항 내지 제 9항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스는 파우더 형태의 메탈(Metal), 유기물(Organic) 또는 산화물인 것을 특징으로하는 선형 증발원이 구비된 증착 장치.
  11. 제 2항 내지 제 9항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스는 박막 또는 후막 코팅에 사용되는 것을 특징으로 하는 선형 증발원이 구비된 증착장치.
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