KR100375077B1 - 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 증착장치에 있어서, 가스 레저버에 보유된 불활성 가스의 흐름을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller)와, 운송 가스를 가열하는 가스 히터와, 상기 가스 히터에 의해 가열된 불활성 가스를 운송하는 고온가스 운송관과, 증착실 내부의 온도 상승을 차단하도록 조절되는 열원차단부와, 상기 고온가스 운송관을 통해 연결되고, 상기 MFC의 제어하에 저항 가열식 열원을 사용하여 금속물질 용매로서 알루미늄(AL),마그네슘(Mg),은(Ag),칼륨(Ca),리튬플로라이드(LiF)를 포함하는 금속물질을 용융시켜 기화시키는 다수의 단위금속 가열 열원과, 상기 다수의 단위금속 가열 열원에 의해 운송되는 상기 금속물질을 균일하게 유지하면서 배출하는 적어도 하나의 슬릿, 금속증착물질 자체를 구동하는 구동부, 및 기화되어진 금속증착물질을 상기 슬릿을 통하여 상기 금속증착물질로부터 운송하도록 제어하는 가스의 증착속도 제어부를 구비하며, 상기 기화되어진 금속증착물질의 증착시 유기박막에 열적충격을 완화시키고, 기판에 대향하여 왕복운동을 하면서 금속 증착물질을 증착하는 다수의 금속증착원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

대면적 기판의 유기 반도체 증착장치{Apparatus for depositing the organic semiconductor device with a large size of substrate}

본 발명은 반도체 장치의 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 유기 반도체 장치의 스캔 헤드에 있어서 작은 크기의 열원에 의해 증착물질이 하방향으로 이동할 수 있도록 스캔 헤드내에 다수의 금속증착원이 설치된 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치에 관한 것이다.

일반적인 유기 반도체 제작 방법에 따른 대면적의 기판을 사용하여 대면적 금속박막을 증착하기 위한 방법에 대하여 많은 연구가 되고 있어 왔다. 그 중에서 유기반도체 제작시 금속증착에 사용되어지는 방법은 전자빔(E-beam)에 의한 방법과 저항 가열 열원(예를 들면 BN boat)에 의한 방법을 주로 이용한다. 하지만 이들 진공증착 방법에 있어서 금속증착원으로서 사용되는 스캔 헤드를 대형화하는 데에는 스캔 헤드의 열적인 특성 및 재료특성상 헤드의 중량과 고온화에 따른 스캔 헤드의 처짐등으로 인하여 그 제작에 한계가 있게 되므로, 대면적 증착과 세밀한 금속막의 제어에 어려움이 있다. 더구나 유기반도체 제작시 형성되는 금속막은 최종적으로 유기박막이 형성되어진 후에도 연속적으로 증착이 이루어지기 위해 계속적으로 열에 의한 충격을 받게된다.

그러나 기존의 방법은 열원에 의한 물질가열 증착방법을 이용하고 있으므로 증착시 발생하는 열원의 열전도 특성상 대면적 기판의 유기박막에 대하여 균일하지못하게 전달하여 열원이 집중된 부분에는 직접적으로 열적 충격을 주게 되는 문제점이 있게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 유기 반도체 물질이 기판에 균일하게 증착할 수 있도록 가열 열원과 열원지지부와 슬릿으로 구성된 금속 증착원을 스캔 헤드내에 설치하여 전체적으로 전달되는 열원에 의해 유기물질 입자가 슬릿을 통해 균일하게 분산되도록 함으로써, 금속막 형성시 유기박막에 열적인 충격을 완화할 수 있는 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 유기 반도체 제작시 사용되어지는 대면적 기판의 유기 반도체를 제조하는 장치의 개략적인 구조도,

도 2는 증착실 내부의 유기 물질을 처리할 수 있는 도 1의 금속 증착원의 측면도,

도 3은 도 2의 금속 증착원의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스 레저버 2: MFC(Mass Flow Controller)

3: 가스히터 7: 고온 가스 운송관

9 : 가스 증착원 10 : 버퍼챔버

11: 게이트 밸브 13: 증착실

15: 증착속도 제어부

20: 열원 지지 부

22: 단위 금속 가열 열원 24: 슬릿

본 발명에 따른 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치는, 반도체 증착장치에 있어서,

가스 레저버에 보유된 불활성 가스의 흐름을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller)와,

운송 가스를 가열하는 가스 히터와,

상기 가스 히터에 의해 가열된 불활성 가스를 운송하는 고온가스 운송관과,

증착실 내부의 온도 상승을 차단하도록 조절되는 열원차단부와,

상기 고온가스 운송관을 통해 연결되고, 상기 MFC의 제어하에 저항 가열식 열원을 사용하여 금속물질 용매로서 알루미늄(AL),마그네슘(Mg),은(Ag),칼륨(Ca),리튬플로라이드(LiF)를 포함하는 금속물질을 용융시켜 기화시키는 다수의 단위금속 가열 열원과,

상기 다수의 단위금속 가열 열원에 의해 운송되는 상기 금속물질을 균일하게 유지하면서 배출하는 적어도 하나의 슬릿, 금속증착물질 자체를 구동하는 구동부, 및 기화되어진 금속증착물질을 상기 슬릿을 통하여 상기 금속증착물질로부터 운송하도록 제어하는 가스의 증착속도 제어부를 구비하며, 상기 기화되어진 금속증착물질의 증착시 유기박막에 열적충격을 완화시키고, 기판에 대향하여 왕복운동을 하면서 금속 증착물질을 증착하는 다수의 금속증착원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 유기 반도체 제작시 사용되어지는 대면적 기판의 유기 반도체 장치의 제조장치를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1의 대면적 기판의 유기반도체 시스템에 있어서, 부호 13은 증착실, 7는 고온가스 운송관, 9은 금속 증착원, 2는 MFC(Mass Flow Controller), 그리고 3는 가스 히터를 나타낸다. 여기서, 스캔헤드와 유사한 역할을 하는 금속증착원(9)은 불활성 가스를 보유한 가스 레저버(1)로부터 공급받는 불활성 가스를 가스 히터(5)에 의해 가열한다.

또한, 도 1의 유기 반도체 증착장치는 상기 유입된 가스를 대면적 기판에 금속 물질을 증착하는 증착실(13)을 구비한다. 증착실(13)에서는 금속 증착원(3)에서 증착금속물질를 가열하여 기화되어진 금속을 MFC(2)를 이용하여 유량을 제어한다. 그리고 가스 히터(3)는 500 ℃ 내지 800℃ 범위에서 기화되어진 금속가스를이용하여 증착실(13) 내부로 고온가스 운송관(7)을 통해 운송한다. 이 경우 사용되어지는 가스의 종류는 기존 CVD에서 사용되어지는 모든 종류의 가스가 사용되어질 수 있는 불활성 기체, 즉 아르곤(Ar), 질소(N₂), 헬륨(He), 등을 사용할 수 있다.

또한 Ar, He, N₂가스가 MFC(Mass Flow Controller)(2)를 통하여 가스량이 제어가 되면서 가스 히터(3)를 사용하여 가스를 가열하는데, 200 ℃ 내지 600 ℃ 의 고온으로 열원 내부로 주입된다.

한편 고온가스 운송관(7)을 연이어 통하여 스캔 헤드의 금속 증착원(9)으로 주입되어진 기상 금속물질은 기판(도시 안됨) 위로 증착을 하게 된다. 이 때 스캔 헤드의 금속 증착원(9)내부에는 기상 금속물질의 증착을 막기 위하여 고온가스 운송관(7)과 같은 방식으로 저항성 열원을 사용하여 가열을 하게 된다. 그리고 실제 기판위로 스캔 헤드의 금속 증착원(9)에서의 증착 공정이 이루어지지 않을 때에는 버퍼 챔버(10)로 금속 증착원(9)를 이동시키게 된다. 그리고 버퍼 챔버(10)와 증착실(13)은 게이트 밸브(11)를 이용하여 완전히 분리되어 스캔 헤드의 금속 증착원(9)의 열원이 대면적 기판위와 증착실(13) 내부의 온도 상승을 막아 준다.

또한, 버퍼 챔버(10)에 스캔 헤드의 금속 증착원(9)가 위치하고 있을 때 스캔 헤드의 금속 증착원(9)에서 분사되어지는 기상 금속물질의 양을 버퍼 챔버(10) 내부에 있는 증착속도 제어용의 크리스탈 센서(crystal sensor)(15)를 사용하여 가스 유량을 제어하고 안정화시킨다.

본 발명에서 금속증착원(9)으로 주입되어진 기상 금속물질은 기판위로 증착을 하게 된다. 이 때 금속증착원(9)내부에 증착되는 기상 금속물질의 증착을 막기 위하여 다수개의 단위 금속 가열 열원을 사용하여 가열을 하게 된다.

도 2는 도 1의 증착실 내부의 유기 물질을 효과적으로 처리할 수 있는 스캔 헤드의 금속증착원을 나타낸 측면도이다.

도 2에서는 도 1의 금속증착원을 참조하여 설명한다. 금속 증착원(3)의 측면도에서 보여지는 바와 같이, 금속증착원(9)은 열원 지지부(20)를 포함하며, 열원 지지부(20)는 금속증착원(9) 내부에 적어도 하나의 단위금속 가열 증착원(22)과, 이 단위금속 가열 증착원(22)에서 기화된 증착물질을 배출하는 적어도 하나의 슬릿(24)를 포함한다. 이 열원 지지부(20)는 금속증착원(9)내에서 단위금속 가열 증착원(22)을 지지하는 세라믹 재질로 제조된다.

여기서 금속증착원(9)의 단위 금속 가열증착원(22)은 다량의 유기물질을 담고 있는 도가니 형상이다. 또 단위 금속 가열증착원(22)에 담겨질 금속물질, 예컨대 알루미늄(AL),마그네슘(Mg),은(Ag),칼륨(Ca),리튬플로라이드(LiF)를 금속 용매로서 포함하는 것이 바람직하다. 또한 금속증착원(9)은 500℃ 내지 1500℃, 바람직하게는 600℃ 내지 1200℃ 로 가열된다. 선택적으로, 도 2의 실시예에서는 6개의 단위금속 가열 증착원(22)을 갖는 1개의 금속증착원(9)를 설치한 것을 설명하고 있으나, 이 실시예의 금속증착원(9)이외에 다수의 금속증착원을 설치하여 합성 금속 박박의 증착이 가능하도록 할수 있슴은 물론이다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이 속도 모니터용 센서를 사용하여 가스 유량을제어하고 이 제어에 의하여 기화되어진 유기물 금속물질이 슬릿(24)에 의하여 증착실(13) 내부에서 하향식으로 증착이 이루어질 수 있는 것을 나타내고 있다. 또 단위금속 가열 증착원(22)이 하나이상의 금속 증착원 내부에 있어서 기화되어진 금속은 도 1의 MFC(4)에 의하여 제어되고 가스 가열부(3)에 의하여 가열되어진 소정의 유기물질가스에 의하여 슬릿(24)을 통하여 증착실(13)로 증착이 이루어질 수 있다.

다음, 도 1의 내부의 유기 물질을 이동시킬 수 있는 금속증착원에 의한 하향식 스캐닝에서 이동 및 증착 방법을 설명한다.

도 2에서 증착 공정에서의 금속증착원(9)으로부터 기화되는 유기물질은 일정한 속도로 부호 P 내지 P’의 왕복운동을 하면서 이루어진다. 여기서 다수의 금속증착원(9)은 기판에 대향하여 왕복운동을 하면서 기판상의 금속박막을 증착하는 소스로서 역할을 한다.

기판의 크기 또는 증착 두께에 따라서 금속증착원(9)의 길이 방향의 운동 속도가 결정될 수 있다. 또 이 운동 속도는 금속증착원(9)과 연결된 기상 금속물질의 발생량을 따로 제어할 수 있다.

또한, 기판을 향하여 운송되는 상기 금속 물질의 온도를 균일하게 유지하는 슬릿(24)을 갖는 가이드부, 유기금속증착원 자체를 스캔하도록 구동하는 구동부(도시 안됨), 및 기화되어진 금속증착원(9)을 상기 가이드로 운송시키는 가스의 제어부(15)를 구비하여 상기 증착소스 탱크로부터 기화되어진 유기금속 물질의 증착시 유기박막에 열적충격을 완화시킨다.

도 3은 도 2의 금속 증착원 스캔 헤드의 측면도이다.

도 3에서 기상 금속물질은 실제적으로 기판위에 증착을 하여야 한다. 그런데 대면적 기판위에 한번에 기상 금속물질을 증착하지 않고, 도 2에서와 같이 금속증착원(9)이 일정한 속도로 이동을 하면 대면적 기판위의 일정 영역에 균일하게 증착 공정이 진행한다.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 증착장치내에서 기판(도시 안됨)을 증착실(13)내에 로딩한 후, 고온 가스 운송관(7)을 통해 고온 가스를 주입한다.

그리고, 단위 금속 증착원(22)로부터 상기한 바와 같은 알루미늄(AL),마그네슘(Mg),은(Ag),칼륨(Ca),리튬플로라이드(LiF) 등의 금속물질 입자가 혼합체의 온도를 500℃ 내지 1500 ℃ 온도하에서 가열하면 유기물질이 발생한다. 이때 고온가스 운송관(7)의 히팅 가스는 400℃ 내지 900 ℃ 로 가열하는 것이 바람직하다.

그후, 금속증착원(9)의 이동 동작으로 기상 금속물질의 증착공정이 진행하게 되므로 금속증착원(9)의 열원이 대면적 기판위와 증착에 따른 열적 저항을 막아 준다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 장치의 유기 반도체 제작시 사용되어지는 금속증착원을 이용하는 증착 방법은 단위 금속 가열 증착원으로부터 유기물질이 가열하여 슬릿을 통해 하향식으로 증착이 이루어짐으로서 대면적의 금속 증착박막을 형성할 수 있게 한다. 더욱이, 증착손실이 거의 없이 금속 증착원 자체가왕복 운동을 하기 때문에 기존의 고정식 열원 증착방법에 비하여 대면적 기판위와 증착실 내부의 온도 상승을 막을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 유기 반도체 증착장치에 있어서,

   가스 레저버에 보유된 불활성 가스의 흐름을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller)와,

   운송 가스를 가열하는 가스 히터와,

   상기 가스 히터에 의해 가열된 불활성 가스를 운송하는 고온가스 운송관과,

   증착실 내부의 온도 상승을 차단하도록 조절되는 열원차단부와,

   상기 고온가스 운송관을 통해 연결되고, 상기 MFC의 제어하에 저항 가열식 열원을 사용하여 금속물질 용매로서 알루미늄(AL),마그네슘(Mg),은(Ag),칼륨(Ca),리튬플로라이드(LiF)를 포함하는 금속물질을 용융시켜 기화시키는 다수의 단위금속 가열 열원과,

   상기 다수의 단위금속 가열 열원에 의해 운송되는 상기 금속물질을 균일하게 유지하면서 배출하는 적어도 하나의 슬릿, 금속증착물질 자체를 구동하는 구동부, 및 기화되어진 금속증착물질을 상기 슬릿을 통하여 상기 금속증착물질로부터 운송하도록 제어하는 가스의 증착속도 제어부를 구비하며, 상기 기화되어진 금속증착물질의 증착시 유기박막에 열적충격을 완화시키고, 기판에 대향하여 왕복운동을 하면서 금속 증착물질을 증착하는 다수의 금속증착원을 구비하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 고온가스 운송관은 내부에 Ar, He, N2 의 히팅 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 금속증착원은 600℃ 내지 1200℃ 로 히팅되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 운송관 히팅 가스의 온도는 400 ℃ 내지 900 ℃ 로 유지하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판의 유기 반도체 증착장치.