KR100926437B1 - Evaporation material supply apparatus and substrate processing apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 물질이 대용량으로 충진되어 변질없이 보관되는 동시에 원하는 양만큼 유기 물질을 기화시켜 기판에 공급할 수 있는 증착 물질 공급 장치 및 이를 구비한 기판처리 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치는 일측이 개구되어 개구되는 부분의 인접 지점 내부에 원료 물질이 기화되는 기화공간이 형성되고, 상기 기화공간과 연통되어 원료 물질이 충진되는 저장공간이 형성되는 도가니와; 상기 도가니에 형성되는 기화공간의 외측에 구비되어 원료 물질을 기화시키는 열을 공급하는 히팅유닛과; 상기 도가니에 형성되는 저장공간의 외측에 구비되어 상기 저장공간에 저장된 원료물질의 열변질을 방지하는 냉각유닛과; 원료 물질의 분사량을 측정하는 분사량 측정 센서와; 상기 도가니에 충진된 원료 물질을 저장공간에서 기화공간으로 연속 또는 주기적으로 이송시키되, 상기 분사량 측정 센서에서 측정되는 원료 물질의 분사량에 따라 원료 물질의 이송속도를 제어하여 원료 물질의 분사량을 조절하는 이송유닛을 포함한다.The present invention relates to a deposition material supply apparatus and a substrate processing apparatus having the same, which can be supplied to a substrate by vaporizing the organic material in a desired amount at the same time the organic material is filled in a large capacity and stored without alteration, in particular the deposition material according to the present invention The supply apparatus includes a crucible having a vaporization space in which a raw material is vaporized in an adjacent point of a portion of which one side is opened and opened, and a storage space in which the raw material is filled in communication with the vaporization space; A heating unit provided outside the vaporization space formed in the crucible to supply heat for vaporizing the raw material; A cooling unit provided outside the storage space formed in the crucible to prevent thermal deterioration of raw materials stored in the storage space; An injection amount measuring sensor for measuring an injection amount of a raw material; The raw material filled in the crucible is continuously or periodically transferred from the storage space to the vaporization space, and the feed rate of the raw material is controlled by controlling the feed rate of the raw material according to the injection amount of the raw material measured by the injection amount measuring sensor. It includes a unit.
Description
본 발명은 증착 물질 공급 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기 물질이 대용량으로 충진되어 변질없이 보관되는 동시에 원하는 양만큼 유기 물질을 기화시켜 기판에 공급할 수 있는 증착 물질 공급 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a deposition material supply apparatus and a substrate processing apparatus having the same, and more particularly, a deposition material supply capable of supplying an organic material to a substrate by vaporizing the organic material in a desired amount while storing the organic material in a large capacity and without altering it. An apparatus and a substrate processing apparatus having the same.
유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device: OLED)는 액정 표시 장치와는 달리 자체 발광이 가능하기 때문에 백라이트가 필요 없어 소비 전력이 작다. 또한, 시야각이 넓고 응답 속도가 빠르기 때문에 이를 이용한 표시 장치는 시야각 및 잔상의 문제가 없는 우수한 화상을 구현할 수 있다.Unlike liquid crystal displays, organic light emitting devices (OLEDs) emit light by themselves and thus require no backlight, and thus consume less power. In addition, since the viewing angle is wide and the response speed is high, the display device using the same may implement an excellent image without problems of the viewing angle and afterimage.
유기 발광 소자를 제조하기 위한 유기 박막 증착 공정에서 사용되는 유기 재료는 무기 재료와 달리 높은 증기압이 필요치 않고, 고온에서 분해 및 변성이 용이하다. 이러한 소재의 특성으로 인해 종래의 유기 박막은 텅스텐 재질의 도가니에 유기 재료를 장입하고, 도가니를 가열하여 유기 재료를 기화시켜서 기판 상에 증착시켰다. 하지만, 도가니 내에 저장할 수 있는 증착 원료의 양이 한정되기 때문에 증착 원료를 자주 재충진하여야 하고, 매번 유기 박막 증착 장치의 가동을 정지하여야 하는 문제점이 있었다. 그래서 장치의 가동 정지 주기를 연장하기 위하여 증착 원료의 충진량을 증대시키는 방법이 제안되었지만 증대된 도가니를 가열하여 증착 원료를 승화시키기 위하여 필요한 더 많은 열량의 히팅수단에 의해서 증착 원료가 변질되는 문제점이 발생되었다.The organic material used in the organic thin film deposition process for manufacturing the organic light emitting device does not require high vapor pressure, unlike the inorganic material, it is easy to decompose and denature at high temperatures. Due to the characteristics of such a material, a conventional organic thin film is charged onto a tungsten crucible, and the crucible is heated to vaporize the organic material and deposited on the substrate. However, since the amount of deposition material that can be stored in the crucible is limited, the deposition material must be frequently refilled, and the organic thin film deposition apparatus must be stopped every time. Therefore, a method of increasing the filling amount of the deposition material has been proposed in order to prolong the downtime of the apparatus, but a problem arises in that the deposition material is deteriorated by the heating means of more heat required to heat the increased crucible to sublimate the deposition material. It became.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유기 물질을 대용량으로 충진하여 증착 장치의 가동 중지 주기를 연장하는 동시에 충진된 유기 물질이 변질되는 것을 방지할 수 있는 증착 물질 공급 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is provided with a deposition material supply apparatus capable of filling organic materials with a large capacity to extend downtime of the deposition apparatus and at the same time preventing the filled organic materials from being deteriorated. One substrate processing apparatus is provided.
또한, 본 발명은 충진된 유기 물질을 원하는 양만큼 적정속도로 기화시켜 유기물질 가스의 불균일한 확산을 방지할 수 있는 증착 물질 공급 장치 및 이를 구비한 기판 처리 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a deposition material supply apparatus and a substrate processing apparatus having the same, which can prevent the non-uniform diffusion of the organic material gas by vaporizing the filled organic material at an appropriate speed in a desired amount.
본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치는 일측이 개구되어 개구되는 부분의 인접 지점 내부에 원료 물질이 기화되는 기화공간이 형성되고, 상기 기화공간과 연통되어 원료 물질이 충진되는 저장공간이 형성되는 도가니와; 상기 도가니에 형성되는 기화공간의 외측에 구비되어 원료 물질을 기화시키는 열을 공급하는 히팅유닛과; 상기 도가니에 형성되는 저장공간의 외측에 구비되어 상기 저장공간에 저장된 원료물질의 열변질을 방지하는 냉각유닛과; 일측이 상기 도가니의 기화공간 측으로 연결되어 기화된 원료 물질이 유동되는 유로를 형성하는 연결관과; 상기 연결관의 타측에 연결되어 기화된 원료 물질이 분사되는 인젝터와; 상기 연결관의 일측에 연결되고, 상기 도가니와 결합되는 체결부재와; 상기 인젝터에서 분사되는 원료 물질의 분사량을 측정하는 분사량 측정 센서와; 상기 도가니에 충진된 원료 물질을 저장공간에서 기화공간으로 연속 또는 주기적으로 이송시키되, 상기 분사량 측정 센서에서 측정되는 원료 물질의 분사량에 따라 원료 물질의 이송속도를 제어하여 원료 물질의 분사량을 조절하는 이송유닛과; 상기 도가니, 이송유닛 및 인젝터를 일체로 지지하고, 상기 인젝터가 지향되는 방향으로 구비되는 레일 상에 설치되어 레일을 따라 이동되는 지지부를 포함한다.In the vapor deposition material supply apparatus according to the present invention, a vaporization space in which a raw material is vaporized is formed in an adjacent point of a portion at which one side is opened, and a crucible is formed in communication with the vaporization space to form a storage space in which the raw material is filled. ; A heating unit provided outside the vaporization space formed in the crucible to supply heat for vaporizing the raw material; A cooling unit provided outside the storage space formed in the crucible to prevent thermal deterioration of raw materials stored in the storage space; A connection pipe having one side connected to the vaporization space side of the crucible to form a flow path through which the vaporized raw material flows; An injector connected to the other side of the connecting pipe and sprayed with vaporized raw material; A fastening member connected to one side of the connection pipe and coupled to the crucible; An injection amount measuring sensor for measuring an injection amount of the raw material injected from the injector; The raw material filled in the crucible is continuously or periodically transferred from the storage space to the vaporization space, and the feed rate of the raw material is controlled by controlling the feed rate of the raw material according to the injection amount of the raw material measured by the injection amount measuring sensor. A unit; The crucible, the transfer unit and the injector integrally support, and installed on the rail provided in the direction in which the injector is directed to include a support moving along the rail.
이때 상기 냉각유닛은 상기 도가니의 외주면을 둘러싸서 냉각수가 유동되는 냉각유로가 형성된 냉각 재킷인 것을 특징으로 한다.At this time, the cooling unit is characterized in that the cooling jacket formed around the outer peripheral surface of the crucible formed with a cooling flow path for cooling water flow.
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또한, 상기 연결관의 직경은 20 ~ 200mm 인것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the connector is characterized in that 20 ~ 200mm.
그리고, 상기 도가니에 형성되는 기화공간의 내벽에는 금속 시트가 구비되는 것을 특징으로 한다.And, the inner wall of the vaporization space formed in the crucible is characterized in that the metal sheet is provided.
상기 이송유닛은 상기 도가니의 내부에 구비되어 원료물질을 밀어서 이송시키는 헤드와; 일측이 상기 헤드에 연결되고, 타측이 상기 도가니의 외측으로 구비되어 상기 헤드와 일체로 이동되는 로드와; 상기 로드의 타측에 연결되어 상기 로드를 이동시키고, 상기 분사량 측정 센서에서 측정되는 원료 물질의 분사량에 따라 상기 헤드의 이송속도를 제어하는 구동부를 포함한다.The transfer unit is provided in the inside of the crucible to push the raw material to transfer; A rod having one side connected to the head and the other side provided outside the crucible and integrally moved with the head; And a driving unit connected to the other side of the rod to move the rod and to control the feed speed of the head according to the injection amount of the raw material measured by the injection amount measurement sensor.
이때 상기 구동부는 모터 또는 유압식 실린더인 것을 특징으로 한다.At this time, the drive unit is characterized in that the motor or hydraulic cylinder.
그리고, 상기 히팅유닛은 코어히터 또는 램프히터인 것을 특징으로 한다.And, the heating unit is characterized in that the core heater or lamp heater.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간이 형성되는 챔버와, 상기 반응 공간에 마련되어 기화되는 원료 물질을 공급하는 유기원료 공급부와, 기판을 지지시키는 기판 홀더를 포함하고, 상기 유기원료 공급부는 일측이 개구되어 개구되는 부분의 인접 지점 내부에 원료 물질이 기화되는 기화공간이 형성되고, 상기 기화공간과 연통되어 원료 물질이 충진되는 저장공간이 형성되는 도가니와; 상기 도가니에 형성되는 기화공간의 외측에 구비되어 원료 물질을 기화시키는 열을 공급하는 히팅유닛과; 상기 도가니에 형성되는 저장공간의 외측에 구비되어 상기 저장공간에 저장된 원료물질의 열변질을 방지하는 냉각유닛과; 일측이 상기 도가니의 기화공간 측으로 연결되어 기화된 원료 물질이 유동되는 유로를 형성하는 연결관과; 상기 연결관의 타측에 연결되어 기화된 원료 물질이 분사되는 인젝터와; 상기 연결관의 일측에 연결되고, 상기 도가니와 결합되는 체결부재와; 상기 인젝터에서 분사되는 원료 물질의 분사량을 측정하는 분사량 측정 센서와; 상기 도가니에 충진된 원료 물질을 저장공간에서 기화공간으로 연속 또는 주기적으로 이송시키되, 상기 분사량 측정 센서에서 측정되는 원료 물질의 분사량에 따라 원료 물질의 이송속도를 제어하여 원료 물질의 분사량을 조절하는 이송유닛과; 상기 도가니, 이송유닛 및 인젝터를 일체로 지지하고, 상기 인젝터가 지향되는 방향으로 구비되는 레일 상에 설치되어 레일을 따라 이동되는 지지부를 포함를 포함한다.The substrate processing apparatus according to the present invention includes a chamber in which a reaction space is formed, an organic raw material supply part for supplying a raw material vaporized in the reaction space, and a substrate holder for supporting a substrate, wherein the organic raw material supply part has one side. A crucible having a vaporization space in which the raw material is vaporized in an adjacent point of the opened and opened portion, and a storage space in which the raw material is filled in communication with the vaporization space; A heating unit provided outside the vaporization space formed in the crucible to supply heat for vaporizing the raw material; A cooling unit provided outside the storage space formed in the crucible to prevent thermal deterioration of raw materials stored in the storage space; A connection pipe having one side connected to the vaporization space side of the crucible to form a flow path through which the vaporized raw material flows; An injector connected to the other side of the connecting pipe and sprayed with vaporized raw material; A fastening member connected to one side of the connection pipe and coupled to the crucible; An injection amount measuring sensor for measuring an injection amount of the raw material injected from the injector; The raw material filled in the crucible is continuously or periodically transferred from the storage space to the vaporization space, and the feed rate of the raw material is controlled by controlling the feed rate of the raw material according to the injection amount of the raw material measured by the injection amount measuring sensor. A unit; And a support part integrally supporting the crucible, the transfer unit, and the injector, and installed on a rail provided in a direction in which the injector is directed and moved along the rail.
이때 상기 챔버는 다수개의 반응 공간이 구획되고, 상기 유기원료 공급부는 다수개가 구비되어 상기 다수개의 반응 공간에 각각 배치되도록 챔버 내부에 마련되며, 상기 기판 홀더는 상기 각각의 유기원료 공급부에 대향 위치되도록 이송되는 것을 특징으로 한다.In this case, the chamber is divided into a plurality of reaction spaces, and a plurality of organic raw material supply units are provided in the chamber so as to be disposed in the plurality of reaction spaces, respectively, and the substrate holder is positioned to face each of the organic raw material supply units. Characterized in that the transfer.
본 발명에 따르면, 유기 물질이 충진되어 보관되는 저장공간에 열에 의한 유 기 물질이 변질되는 것을 방지하는 냉각유닛을 구비함에 따라 대용량의 유기 물질을 증착 물질 공급 장치에 충진하여 사용할 수 있어 장치의 가동 정지 주기를 연장할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 유기 박막 증착의 공정 효율성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since a cooling unit is provided in the storage space in which organic materials are filled and stored to prevent deterioration of organic materials due to heat, a large amount of organic materials can be filled and used in the deposition material supply apparatus to operate the apparatus. There is an effect that can extend the stop period. Accordingly, the process efficiency of organic thin film deposition can be improved.
또한, 충진된 유기 물질을 원하는 이송속도로 가열공간으로 이송시키고, 가열공간을 가열시키는 히팅유닛을 제어함에 따라 유기 물질이 기화되는 양을 조절할 수 있어 유기 물질이 가스의 불균일한 확산을 방지하여 증착되는 유기 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the amount of organic material is vaporized by controlling the heating unit that transfers the filled organic material to the heating space at a desired conveying speed and heats the heating space, so that organic material is deposited by preventing uneven diffusion of gas. There is an effect that can improve the quality of the organic thin film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 사용되는 시스템을 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a system in which a substrate processing apparatus according to the present invention is used, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 기판 처리 시스템은 다량의 기판(10)을 신속하게 처리할 수 있는 인라인 방식을 예로 설명한다. 이러한 기판 처리 시스템은 처리할 기판(10)이 로딩되는 로딩부(1000)와, 로딩부(1000)와 이격되어 위치하며 공정이 종료된 기판(10)이 언로딩되는 언로딩부(5000)와, 로딩부(1000)와 언로딩부(700) 사이에 인라인으로 배치되어 기판(10)을 처리하는 복수의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)를 포함한다. 그리고, 복수의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)의 선단에 배치되어 기판 처리부(3000a 내지 3000c)로 로딩된 기판(10)을 기판 홀더(200)에 거치시키고 정렬시키는 처리 준비부(2000)와, 기판 처리부(3000a 내지 3000c)의 말단에 배치되어 처리된 기판(10)을 언로딩부(5000)로 반출시키기 위하여 기판(10)을 기판 홀더(200)에서 분리시키는 언로딩 준비부(4000)를 포함한다.As shown in the figure, the substrate processing system describes an inline method that can rapidly process a large amount of
로딩부(1000)는 기판 처리 시스템의 일측 단부에 배치되어 유기 박막이 증착될 다수의 기판(10)이 대기되는 공간으로서, 다수의 기판(10)이 탑재된 기판 카세트가 배치되고, 카세트에서 꺼내진 기판(10)이 증착 공정을 위해 대기하는 버퍼 스테이지가 설치된다.The
기판 처리부(3000a 내지 3000c)는 상기 로딩부(1000)와 언로딩부(5000) 사이에 배치되어 유기 박막의 증착이 이루어지는 공간으로서, 적어도 하나 이상의 반응 공간이 구획되도록 마련되는 챔버(400)와, 상기 챔버(400) 내의 반응 공간에 대응하여 마련되는 적어도 하나 이상의 유기원료 공급부(100)와, 상기 유기원료 공급부(100)에 대향되어 이송되도록 마련되어 기판(10)을 지지 및 이송시키는 기판 홀더(200)를 포함한다. 그리고, 기판 처리부(3000a 내지 3000c)가 하나 설치되어 유 기원료 공급부(100)가 하나 설치되는 경우에는 상기 기판 홀더(200)를 이송시키기 위한 별도의 이송 레일이 필요치 않지만, 기판 처리부(3000a 내지 3000c)가 다수개 설치되어 유기원료 공급부(100)가 다수개 설치되는 경우 기판(10)을 각각의 유기원료 공급부(100)에 대향시키기 위하여 이송 레일(300)을 따라 이송되는 것이 바람직하다. 물론 기판 홀더(200)의 이송방법은 이송 레일에 한정되지 않고, 당업자에서 사용될 수 있는 다양한 이송방법이 적용될 수 있다.The
상기 챔버(400)는 단일 또는 다수의 반응 공간이 마련되도록 구획되고, 도면에 도시되지는 않았지만, 기판(10) 또는 기판 홀더(200)가 인입 및 인출되는 게이트가 마련되고, 챔버(400) 내부를 진공 상태로 만들거나 챔버(400) 내부의 미반응 가스 등을 배기시키는 배기라인이 형성된다.The
상기 기판 홀더(200)는 기판(10)을 수평 또는 수직으로 지지하면서 이송시킬 수 있다면 어떠한 방식의 홀더가 사용되어도 무방하다. 본 발명에서는 기판(10)의 가장 자리를 클램핑하여 수직 상태로 지지하는 방식의 홀더를 제시하였다. 이때 기판 홀더(200)는 챔버(400) 내에 마련되는 이송 레일(300)에 의해 지지되어 가이드되면서 이송된다.The
그리고, 상기 기판 홀더(200)와 대향되는 지점에는 기판(10)에 증착되는 유기 원료를 공급하는 유기원료 공급부(100)가 배치된다. In addition, an organic raw
도 3은 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치를 보여주는 개략적인 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이 유기원료 공급부(100)는 내부에 원료 물질이 충진되는 저장공간(110a) 및 원료 물질이 기화되는 기화공간(110b)이 직선형으로 연통되 어 형성되는 도가니(110)와; 상기 도가니(110)에 충진된 원료 물질을 저장공간(110a)에서 기화공간(110b)으로 연속 또는 주기적으로 이송시키는 이송유닛(120)과; 상기 도가니(110)에 형성되는 기화공간(110b)의 외측에 구비되어 상기 기화공간(110b)으로 원료 물질을 기화시키는 열을 공급하는 히팅유닛(130)과; 상기 도가니(110)에 형성되는 저장공간(110a)의 외측에 구비되어 상기 저장공간(110a)에 저장된 원료물질의 열변질을 방지하는 냉각유닛(140)과; 일측이 상기 도가니(110)의 기화공간(110b) 측으로 연결되어 기화된 원료 물질이 유동되는 유로를 형성하는 연결관(150)과; 상기 연결관(150)의 타측에 연결되어 기화된 원료 물질이 분사되는 인젝터(160)를 포함한다.3 is a schematic cross-sectional view showing an apparatus for supplying a deposition material according to the present invention. As shown in the drawing, the organic
본 발명은 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device: OLED)를 제조하는 장치를 제시한 것으로서, 본 발명에 제시되는 원료 물질은 예를 들어 유기 재료가 사용되는 것이 바람직하다.The present invention provides an apparatus for manufacturing an organic light emitting device (OLED), and it is preferable that, for example, an organic material is used as the raw material presented in the present invention.
도가니(110)는 일측이 개구되는 원통형 파이프 형상으로 형성된다. 이때 상기 도가니(110)의 내부는 하측에 원료 물질이 충진되는 저장공간(110a)이 형성되고, 상측에 원료 물질이 기화되는 기화공간(110b)이 형성된다. 상기 저장공간(110a)과 기화공간(110b)은 소정의 구획 수단에 의해서 구획되는 공간이 아니라 원료 물질의 상태에 따라 구분되는 공간이다. 따라서 원료 물질이 고상 또는 액상으로 존재하는 공간을 저장공간(110a)이라 정의하고, 고상 또는 액상의 원료 물질이 열에 의해 기화되어 기체화되는 공간을 기화공간(110b)이라 정의한다. 이때 상기 도가니(110)에는 도시되지 않았지만 증착 공정이 이루어지는 동안 도가니(110) 내부를 초진공압력의 환경으로 유지시키기 위한 진공라인이 연결될 수 있다.
이송유닛(120)은 상기 도가니(110)의 저장공간(110a)에 충진된 원료 물질을 기화공간(110b)으로 점진적으로 이송시키는 수단으로서, 상기 도가니(110)의 내부에 구비되어 원료물질을 밀어서 이송시키는 헤드(121)와, 일측이 상기 헤드(121)에 연결되고, 타측이 상기 도가니(110)의 외측으로 구비되어 상기 헤드(121)와 일체로 이동되는 로드(122)와, 상기 로드(122)의 타측에 연결되어 상기 로드(122)를 이동시키는 구동부를 포함한다.
상기 구동부는 모터(123) 또는 유압식 실린더와 같이 상기 로드(122)를 상하로 이동시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다. 본 발명에서는 바람직한 실시예로 모터(123)를 사용하였다. 부연하자면 전원에 의해 구동되는 모터(123)와, 상기 모터(123)의 회전에 연동되어 회전되는 볼 스크류(124)와, 상기 볼 스크류(124) 상에서 볼 스크류(124)의 회전에 의해 상하로 이동되는 승강체(125)와, 상기 승강체(125)와 일체로 이동되도록 일측이 상기 승강체(125)에 고정되고 타측이 상기 로드(122)를 지지하는 지지체(126)를 포함한다. 그래서 상기 모터(123)의 회전에 의해 볼 스크류(124)가 회전되어 승강체(125)가 상하로 이동되면, 승강체(125)와 일체로 지지체(126)가 이동되면서 로드(122)를 상하로 이동시킨다. 이에 따라 로드(122)의 상단에 구비된 헤드(121)가 원료 물질을 도가니(110)의 저장공간(110a)에서 기화공간(110b)으로 이송시키는 것이다.Any means may be used as long as the driving unit is a means for moving the
히팅유닛(130)은 상기 도가니(110)의 저장공간(110a)에서 기화공간(110b)으로 이송되는 원료 물질을 가열하여 기화시키는 열에너지를 공급하는 수단으로서, 원료 물질을 기화시킬 수 있는 열에너지를 공급할 수 있다면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다. 예를 들어 코어히터 또는 램프히터 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 코어히터를 사용하였다. 히팅유닛(130)은 도가니(110)의 외주면 중 기화공간이 형성되는 부분의 외주면에 저항열선이 감겨서 이루어진다. 이때 사용되는 저항열선(131)은 Ta, W, Mo 금속 또는 이것들의 합금선으로 이루어진다.The
그리고, 상기 히팅유닛(130)에 의한 원료 물질의 가열을 용이하게 하기 위하여 상기 도가니(110)의 내벽 중 기화공간(110b)이 형성되는 부분의 내벽에는 열전도성이 높은 금속 시트(111)가 구비될 수 있다. 이때 금속 시트(111)는 도넛 또는 파이프 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in order to facilitate heating of the raw material by the
냉각유닛(140)은 상기 도가니(110)의 저장공간(110a)에 충진된 원료 물질이 상기 히팅유닛(130)의 열에 의해 변질되는 것을 방지하는 수단으로서, 원료 물질이 저장된 저장공간(110a)을 냉각시킬 수 있다면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다. 예를 들어 본 실시예에서는 냉각 재킷이 사용되었다. 냉각유닛(140)은 도가니(110)의 외주면 중 저장공간(110a)이 형성되는 부분의 외주면, 바람직하게는 상기 히팅유닛(130)이 설치되는 위치와 인접되는 부분을 둘러싸도록 구비된다. 냉각유닛(140)은 도가니(110)의 외주면 중 저장공간(110a)이 형성되는 부분의 외주면에 냉각수가 흐르는 냉각유로(141)가 둘러싸여서 이루어진다.The
그리고 상기 도가니(110)의 상부에는 상기 히팅유닛(130)에 의해 기화된 원료 가스를 인젝터(160)로 유동되도록 하는 연결관(150)이 연결된다. And the upper part of the
연결관(150)의 형상은 인젝터(160)와 연결될 수 있도록 소정의 형상으로 절 곡될 수 있다. 또한, 상기 연결관(150)의 외주부에는 기화된 원료 가스가 다시 액체 또는 고체로 상변화 되는 것을 방지하기 위하여 히팅라인(151)이 구비된다.The
이때, 상기 연결관(150)의 직경 및 길이는 원료 물질의 변성에 큰 영향을 미친다. 부연하자면, 원료 물질의 변성은 도가니(110) 내의 높은 온도 및 압력에 의해서 발생된다. 따라서 원료 물질의 변성을 방지하기 위해서는 도가니(110) 내의 온도 및 압력을 낮게 유지해야 한다. 또한, 원료 물질의 기화 온도는 진공도의 영향을 많이 받으며, 진공도가 낮아질수록 기화 온도 역시 낮아지는 경향이 있기 때문에 도가니(110) 내의 진공도를 낮게 유지하는 것이 원료 물질의 변성을 방지하는데 더욱 효율적이다.At this time, the diameter and length of the connecting
도가니(110) 내의 진공도는 컨덕턴스(conductance)의 개념으로 해석할 수 있으며, 컨덕턴스는 배관의 길이 및 직경에 영향을 크게 받는다. 아래의 [수학식 1]은 컨덕턴스를 계산하는 식이다.The degree of vacuum in the
[수학식 1][Equation 1]
C = 3.81(T/M)1/2D3/(L+1.33D)C = 3.81 (T / M) 1/2 D 3 /(L+1.33D)
D: 배관의 직경 L: 배관의 길이D: diameter of pipe L: length of pipe
T: 온도 M: 원료 물질의 분자량T: temperature M: molecular weight of the raw material
상기 [수학식 1]에서 알 수 있듯이 컨덕턴스는 배관의 길이가 짧을수록, 직경이 클수록 향상되는 경향을 보인다. 따라서, 본 실시예에서 도가니(110) 내의 진공도를 낮춰서 원료 물질의 변질을 방지하기 위해서 연결관(150)의 길이를 되도록 짧게하고, 연결관(150)의 직경을 크게 하는 것이 바람직하다. 특히, 연결관(150)의 길이보다 연결관(150)의 직경이 컨덕턴스값을 크게 좌우하기 때문에, 본 실시예에서는 원료 물질로 사용되는 유기물질 및 도가니(110) 내의 온도를 고려하여 연결관(150)의 직경이 20 ~ 200mm가 되도록 하였다. 그 이유는 연결관(150)의 직경이 20mm 이하이면 컨덕턴스가 너무 낮아져서 원료 물질이 변질되는 것을 방지하는 효과가 미비하고, 연결관(150)의 직경이 200mm 이상이면 다른 장치와의 호환성에 제한이 있기 때문이다. 특히, 연결관(150)의 직경은 원료 물질의 변질 방지 효율 및 다른 장치와의 호환성을 고려하여 70mm로 구현하는 것이 바람직하다.As can be seen in [Equation 1], the conductance tends to improve as the length of the pipe is shorter and the diameter is larger. Therefore, in order to reduce the degree of vacuum in the
그리고, 상기 연결관(150)의 일측에는 체결부재(170)가 연결되고, 상기 체결부재(170)에는 나사산이 형성되어 상기 도가니(110)의 상단부에 나사결합된다. 이때 도가니(110)의 저장공간(110a), 기화공간(110b), 체결부재(170)의 내부 및 연결관(150)의 내부는 연통된다. 이렇게 체결부재(170)와 도가니(110)를 나사결합함에 따라 체결부재(170)와 도가니(110)의 결합 및 분리를 용이하게 실시할 수 있다. 이에 따라 원료 물질의 충진시 체결 도가니(110)에서 체결부재(170)를 분리한 다음 원료 물질을 도가니(110)의 저장공간에 용이하게 충진할 수 있다.In addition, one side of the connecting
그리고, 상기 연결관(150)의 타측에는 인젝터(160)가 연결된다.In addition, the
인젝터(160)는 내부에 상기 연결관(150)과 연통되는 유로가 형성되고, 그 단부에는 기화된 원료 물질이 분사되는 가스 분사구(161)가 형성된다. 이때 인젝터(160)는 선형으로 이루어져서 상기 가스 분사구(161)가 일직선으로 배열되어 기판(10)과 대향되도록 배치된다. 그리고, 인젝터(160)의 외주부에도 기화된 원료 물 질이 다시 액체 또는 고체로 상변화 되는 것을 방지하기 위하여 히팅라인(162)이 구비된다.The
상기 인젝터(160)는 연결관(150)과 연통됨에 따라 도가니(110)의 진공도에 영향을 미친다. 따라서, 연결관(150)의 직경을 한정한 것과 같은 이유로 인젝터(160)의 직경을 20 ~ 200mm로 제작하는 것이 좋을 것이고, 바람직하게는 연결관(150)과 대응되도록 인젝터(160)의 직경을 70mm로 구현하는 것이 바람직하다. 또한, 인젝터(160)의 가스 분사구(161) 직경은 8mm보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.The
상기 도가니(110), 이송유닛(120) 및 인젝터(160)는 상기 챔버(400) 내에 설치되기 위하여 지지부(180)에 의해 일체로 지지된다. 그리고, 상기 지지부(180)는 상기 인젝터(160)와 기판(10)과의 간격을 조절하기 위하여 인젝터(160)가 기판(10) 방향으로 이송될 수 있도록 구비되는 레일(185) 상에 설치된다. The
상기 지지부(180)는 상기 레일(185)을 따라 이동되는 이동 몸체(181)와, 상기 이동 몸체(181) 고정되어 상기 도가니(110) 및 이송유닛(120)을 일체로 지지하는 지지 프레임(182)과, 상기 인젝터(160)를 지지하는 지지 플레이트(183)를 포함한다. 물론 상기 이동 몸체(181), 지지 프레임(182) 및 지지 플레이트(183)의 형상은 한정되지 않고, 상기 도가니(110), 이송유닛(120) 및 인젝터(160)를 일체로 지지할 수 있는 형상 및 구조이면 어떠하여도 무방하다. 또한, 상기 이동 몸체(181)는 상기 레일(183) 상에서 이동될 수 있으면 어떠한 수단으로 구성되어도 무방하다. 예를 들어 볼 스크류에 의한 구동방식, LM 가이드에 의한 구동방식 등이 적용 될 수 있다.The
그리고, 상기 인젝터(160)의 전방에서는 인젝터(160)에서 분사되는 기화된 원료 물질의 분사량을 측정하는 분사량 측정 센서(184)가 설치된다. 그래서, 상기 분사량 측정 센서(184)에서 측정되는 원료 물질의 분사량에 따라 히팅유닛(130)의 가열온도 및 이송유닛(120)의 헤드(121) 이동속도를 제어하여 기화되는 원료 물질의 양을 조절한다.In front of the
또한, 상기 인젝터(160)의 전방, 바람직하게는 인젝터(160)와 기판 홀더(200)가 위치되는 공간 사이에 상기 인젝터(160)에서 분사되는 원료 물질의 흐름을 선택적으로 제한하는 셔터(190)가 설치된다. 상기 셔터(190)는 상기 인젝터(160)에 형성된 가스 분사구(161)의 전방을 막을 수 있는 면을 갖는 형상으로 제조되고, 회동 방식 또는 슬라이드 방식에 의해 작동된다. 본 실시예에서는 모터(191)의 구동에 의해 셔터(190)가 회동되어 인젝터(160)의 전방을 선택적으로 열거나 닫는 방식을 제시하였다. 물론 셔터(190)의 형상 및 작동방식은 제시된 실시예에 한정되지 않고 인젝터(160)에서 기판(10)으로 분사되는 원료 물질의 흐름을 선택적으로 제한할 수 있다면 어떠하여도 무방하다.In addition, the
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 언로딩부(5000)는 기판 처리 시스템의 타측 단부에 배치되어 유기 박막이 증착된 다수의 기판(10)이 외부로 반출되기 위하여 대기되는 공간으로서, 언로더가 설치되어 증착 처리가 완료된 다수의 기판(10)을 기판 카세트에 다시 탑재시켜 외부로 반송한다. In addition, as shown in FIG. 1, the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치 및 기판 처리 장치가 적용된 기판 처리 시스템의 작동 상태를 설명한다.An operating state of the substrate processing system to which the deposition material supply apparatus and the substrate processing apparatus according to the present invention configured as described above are applied will be described.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치의 사용 상태를 보여주는 사용상태 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating usage states of the deposition material supply apparatus according to the present invention.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 증착 물질 공급 장치의 도가니(110)를 체결부재(170)에서 분리한 다음 그 내부의 저장공간(110a)에 기판(10)에 증착시킬 원료 물질, 즉 유기 재료를 충진한다. 그리고, 도가니(110)를 체결부재(170)에 결합시킨다. 만약, 여러 종류의 유기 박막을 순차적으로 적층시키는 경우에는 그에 대응되도록 복수의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)를 형성하고, 각각의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)에 유기원료 공급부(100)를 설치한 다음, 증착시키고자 하는 유기 물질을 도가니(110)에 충진시킨다. 이때 도가니(110)의 저장공간(110a)에 유기 박막 증착 공정을 연속 또는 주기적으로 진행할 수 있는 충분한 양의 유기물질을 충진시킨다. 저장공간(110a)에 충진된 유기물질은 냉각유닛(140)의 냉각에 의해 변질되지 않고 장시간 저장될 수 있다. 또한, 도가니(110) 및 인젝터(160)가 고정된 이동 몸체(181)를 이동시켜 처리될 기판(10)과 인젝터(160) 사이의 간격을 세팅한다.First, as shown in FIG. 4A, the
이렇게 유기원료 공급부(100)가 준비되면 로딩부(1000)에 준비된 기판(10)을 처리 준비부(2000)에 로딩시켜 기판(10)을 기판 홀더(200)에 거치시키고 정렬시킨다. 이렇게 준비된 기판(10)은 기판 홀더(200)의 이송에 따라 각각의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)로 인입되면서 기판 처리부(3000a 내지 3000c)에 설치된 유기 원료 공급부(100)와 대면되는 위치로 이송된다. When the organic raw
기판(10)이 이송되어 유기원료 공급부(100)의 전방, 바람직하게는 인젝터(160)의 전방에 배치된다면, 도 4b에 도시된 바와 같이 유기원료 공급부(100)의 이송유닛(120)이 작동되어 도가니(110)의 저장공간(110a)에 충진된 유기물질을 기화공간(110b)으로 이송시킨다. 부연하자면 모터(123)가 작동되어 회전됨에 따라 볼 스크류(124)가 회전되어 승강체(125)가 상하로 이동된다. 그러면 승강체(125)와 일체로 지지체(126)가 이동되면서 로드(122)를 상하로 이동시키고, 이에 따라 로드(122)의 상단에 구비된 헤드(121)가 원료 물질을 도가니(110)의 저장공간(110a)에서 기화공간(110b)으로 이송시키는 것이다. 그러면 기화공간(110b)의 주위에 설치된 히팅유닛(130)의 가열에 의해 유기물질이 기화된다. 이때 기화되는 유기물질의 양은 히팅유닛(130)의 가열온도 제어 및 이송유닛(120)의 헤드(121) 이송속도 제어에 의해 결정된다. 그리고, 기화공간(110b)에 도달되지 않고 저장공간(110a)에 저장되는 유기물질은 저장공간(110a)의 주위에 설치된 냉각유닛의 냉각에 의해 변질되는 것이 방지된다. If the
이렇게 기화공간(110b)에서 원하는 양만큼 기화된 유기물질은 체결부재(170) 및 연결관(150)을 거쳐 인젝터(160)에 형성된 가스 분사구(161)를 통하여 인젝터(160) 외부로 분사된다. 그리고, 셔터(190)를 작동시켜 셔터(190)를 오픈함에 따라 유기물질의 분사가 원할하게 이루어지도록 한다. 이렇게 분사된 유기물질은 기판(10)에 증착되면서 기판(10)에 유기 박막을 형성하게 된다. 이때 인젝터(160)의 전방에 배치된 분사량 측정 센서(184)를 통해 인젝터(160)에서 분사되는 유기물질 의 양이 측정되고 측정된 값을 연산하여 히팅유닛(130)의 가열온도 및 이송유닛(120)의 헤드(121) 이송속도를 제어한다.The organic material vaporized by the desired amount in the vaporization space (110b) is injected to the outside of the
만약, 기판(10)의 이송이 연속적으로 이루어지는 공정이라면 인젝터(160)의 전방에 설치된 셔터(190)를 항상 오픈된 상태로 유지하고, 기판(10)의 이송이 불연속적, 즉 주기적으로 이루어지는 공정이라면 셔터(190)의 상태가 선택적으로 오픈 또는 크로즈 상태가 되도록 작동시키는 것이 바람직하다.If the transfer of the
이렇게 원하는 만큼의 기판 처리부(3000a 내지 3000c)를 통과하면서 단층 또는 다수층의 유기 박막의 증착이 완료되면, 기판(10)은 언로딩 준비부(4000)로 이송되어 기판 홀더(200)에서 분리된다. 분리된 기판(10)은 언로딩부(5000)로 반출되고, 반출된 대수의 기판은 카세트에 탑재되어 기판 처리 시스템의 외부로 반송된다.When the deposition of a single layer or multiple layers of organic thin films is completed while passing through as many
본 발명에서 기판 처리 시스템은 다량의 기판을 신속하게 처리할 수 있는 인라인 방식을 예로 하여 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 유기 박막을 증착시킬 수 있는 다양한 방식의 처리 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 기판과 인젝터의 지면과 수직방향으로 배치한 다음 유기 박막을 증착시키는 것을 예로 하여 설명하였지만, 기판 및 인젝터를 지면과 평행한 방향으로 배치되도록 기판 홀더 및 유기원료 공급부를 수평 방향으로 설치할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 후술되는 특허 청구 범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.In the present invention, the substrate processing system has been described using an inline method capable of quickly processing a large amount of substrates as an example, but is not limited thereto. The substrate processing system may be applied to various types of processing systems capable of depositing organic thin films. In addition, although the description has been made with an example in which the organic thin film is deposited after the substrate and the injector are disposed in the vertical direction, the substrate holder and the organic material supply unit may be installed in the horizontal direction so that the substrate and the injector are disposed in parallel with the ground. will be. Accordingly, the invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, but the invention is not limited thereto, but is defined by the claims that follow. Accordingly, the present invention can be variously modified and modified without departing from the technical spirit of the claims to be described later by those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 사용되는 시스템을 보여주는 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram showing a system in which a substrate processing apparatus according to the present invention is used,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이며,2 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치를 보여주는 개략적인 단면도이고,3 is a schematic cross-sectional view showing a deposition material supply apparatus according to the present invention,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 증착 물질 공급 장치의 사용 상태를 보여주는 사용상태 단면도이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating usage states of the deposition material supply apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 유기원료 공급부 110: 도가니100: organic raw material supply unit 110: crucible
120: 이송유닛 130: 히팅유닛120: transfer unit 130: heating unit
140: 냉각유닛 150: 연결관140: cooling unit 150: connector
160: 인젝터 170: 체결부재160: injector 170: fastening member
180: 지지부180: support
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