KR100501229B1 - 기상 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발원을 이용하여 그 상부에 위치한 기판 표면에 재료층을 형성하는 과정에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판 표면에 정확한 증착층의 형성을 가능하게 하며, 인라인 형태의 설비 라인을 구축할 수 있는 증착 장비를 제공한다. 본 발명에 따른 증착 장치는 증발원의 상부에 반사 수단이 설치되어 있으며 증발원은 상기 반사 수단의 하부 일측에서 반사 수단을 향하여 재료 증기를 분사시키고 반사 수단은 그 하부에 위치한 마스크 표면을 향하여 재료 증기를 수직 하향으로 반사시켜 기판 표면에 증착막을 형성하도록 하였다. 본 발명에서의 반사 수단은 증발원에서 분사된 재료 증기를 기판을 향하여 하향 반사시킬 수 있도록 그 단면이 상향으로 볼록한 곡선으로 나타나는 곡면체로서, 단면 곡선은 2차 곡선의 식 Y=aX²(여기서, a는 1~N)으로 표현된다.

Description

기상 증착 장치{Vapor depositing device}

본 발명은 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 특히 증착 재료의 증기 흐름을 기판을 향하여 수직 하향으로 변형시켜 기판 표면에 균일한 재료 증착층(발광 영역)을 형성할 수 있는 구조를 갖는 기상 증착 장치에 관한 것이다.

열적 물리적 기상 증착은 증착 재료로 기판 표면에 발광층, 유기물층 등의 재료층을 형성하는 기술로서, 증발원 내에 수용된 증착 재료는 기화 온도까지 가열되며, 발생된 증착 재료의 증기는 증발원 밖으로 유동한 후 코팅될 기판 상에서 응축된다. 이러한 증착 공정을 진행하는 증착 장치는 10^-7 내지 10^-2 Torr 범위의 압력 하에서 기화될 증착 재료를 수용하는 증발원 및 증착 재료가 증착될 기판을 지지하는 부재를 포함한다.

도 1은 유기물 증착을 위한 일반적인 장치에 사용되는 선형 증발원과 기판의 관계를 도시한 도면으로서, 도 1에 도시된 선형 증발원의 구성 및 기능을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 증착 재료의 증기를 발생시키는 선형 증발원(1; linear deposition source)은 일정 폭 및 길이를 갖는 하우징(2) 및 하우징(2)의 상단에 설치되고 중앙부에 길이 방향의 개구(3A)가 형성된 커버(3)를 포함한다. 이러한 구조를 가진 증발원(1)의 소정 위치에는 하우징(2) 내부 공간에 투입된 증착 재료 (4)를 가열하기 위한 가열 수단이 설치된다. 이하의 설명에서는 하우징(2) 상단에 장착된 커버(3)가 가열 수단으로 작용하는 구조를 예를 들어 설명한다.

증발원(1)의 커버(3)에 전원이 인가되면 커버(3)에서 열이 발생하고, 하우징 (2) 내부에 수용된 증착 재료(4)는 커버(3)로부터의 방사열에 의하여 가열된다. 증착 재료(4)는 임계 온도 이상에서 증기화되며, 증착 재료(4)의 증기는 커버(3)에 형성된 개구(3A)를 통하여 배출되어 증발원(1) 상부에 위치한 기판으로 분산된다.

한편, 커버(3)에서 생성된 열에 의하여 생성된 재료 증기가 개구(3A)를 통하여 곧바로 피증착원인 기판으로 배출되는 것을 방지하기 위하여 배플(B)이 하우징 (2) 내에 설치된다. 배플(B)은 재료 증기의 흐름을 1차로 차단한 후, 그 흐름을 변경시키게 되며, 흐름이 변경된 재료 증기는 커버(3)의 개구(3A)를 통하여 기판으로 배출된다.

선형 증발원(1)의 상부에는 마스크(M)가 위치하며, 마스크(M)의 상부에는 기판(B)이 위치한다. 이 마스크(M)에는 패턴(개구)이 형성되어 있으며, 따라서 증발원(1)에서 분사된 재료 증기는 마스크(M)의 패턴을 통과한 후 기판(S) 표면에 증착됨으로서 마스크(M)에 형성된 패턴과 동일한 형태의 증착층이 기판(S) 표면에 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 커버(3)의 개구(3A)를 통하여 분산되는 재료 증기는 어느 정도의 분사 각도(α)를 가지며, 따라서 마스크(M)에 도달할 때까지 어느 정도의 분산 영역을 형성한다.

도 2는 도 1에 도시된 증발원을 이용하여 증발원 상부에 위치한 기판 표면에 재료 증기를 증착한 상태를 도시한 기판의 일부 상세도이다. 위에서 설명한 바와 같이, 재료 증기가 분사 각도를 갖고 마스크(M)로 분사되기 때문에 재료 증기는 마스크(M)의 각 패턴을 통과한 후에서 일정 각도를 갖고 분산된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 마스크(M)의 패턴을 통과한 재료 증기는 패턴과 대응하지 않은 기판(S) 영역, 즉 재료 증기가 증착될 필요가 없는 영역까지 증착된다.

각 색상 영역(R(red), G(green), B(blue) 영역; 발광 영역) 사이에는 마스크(M)의 패턴이 형성되지 않은 영역으로 인하여 일정한 폭의 버퍼 영역(b; buffer zone)이 형성되며, 각 버퍼 영역(b)에는 인접한 양 색상의 발광층이 형성된다. 그러나, 재료 증기가 분사 각도를 갖고 분산되기 때문에 각 버퍼 영역(b)에는 인접한 재료 증기가 중첩된 상태로 증착될 수 밖에 없다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 한 색상의 발광층, 예를 들어 G층을 형성하는 재료 증기는 버퍼 영역(b) 상에서 인접하는 다른 색상의 발광층, 예를 들어 B층에 인접하는 영역까지 증착된다. G층을 형성하는 재료 증기는 B층이 형성될 영역에 증착되어서는 안되며, 결국 버퍼 영역(b) 상에서의 G층에 대한 결색 여유도(m2; 해당 색상 영역의 폭만큼 이루어지지 않고 해당 영역을 벗어나 일부분이 증착이 이루어지지 않는 영역의 폭을 나타냄)는 상당히 좁게 된다.

또한, B층을 형성하는 재료 증기는 버퍼 영역(b) 상에서 인접하는 G층에 인접하는 영역까지 증착된다. 이러한 B층의 재료 증기 증착에 의하여 G층의 타색 여유도(m1; 해당 색상이 아닌 영역에 증착될 수 있는 여유 폭의 의미함) 역시 상당히 좁을 수 밖에 없어 발광층을 형성하는 공정에 세밀한 주의가 요구된다.

도 1에 도시된 구조의 증발원 및 기판을 이용하여 증착 공정을 수행하는 과정에서의 또다른 문제점은 다음과 같다.

전술한 바와 같이 기판(S) 표면에 일정한 형태의 증착층을 형성하기 위하여 패턴이 형성된 마스크(M)를 이용하며, 이 마스크(M)의 평평함을 유지하기 위해서는 마스크를 X 및 Y 방향으로 잡아다니는 텐션(tension) 유지 수단(도시되지 않음)을 이용해야 한다. 그러나, 마스크(M)에는 미세한 패턴이 형성되어 있기 때문에 텐션 유지 수단의 가동시 패턴에 변형이 발생되며, 이러한 패턴의 변형으로 인하여 기판(S) 표면에 정확한 증착층을 형성할 수 없다.

또한, 마스크(M)가 증착원(1) 상부에 위치하기 때문에 컨베이어 벨트 등의 이동 수단으로 마스크(M)를 이동시키는, 소위 인라인 타입(in-line type)의 설비를 구축하는데 많은 어려움이 수반된다.

본 발명은 증발원을 이용하여 그 상부에 위치한 기판 표면에 재료층을 형성하는 과정에서 발생하는 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판 표면에 정확한 증착층의 형성을 가능하게 하며, 인라인 형태의 설비 라인을 구축할 수 있는 증착 장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 증착 장치는 증발원의 상부에 반사 수단이 설치되어 있으며 증발원은 상기 반사 수단의 하부 일측에서 반사 수단을 향하여 재료 증기를 분사시키고 반사 수단은 그 하부에 위치한 마스크 표면을 향하여 재료 증기를 수직 하향으로 반사시켜 기판 표면에 증착막을 형성하도록 하였다. 본 발명에서의 반사 수단은 증발원에서 분사된 재료 증기를 기판을 향하여 하향 반사시킬 수 있도록 그 단면이 상향으로 볼록한 곡선으로 나타나는 곡면체로서, 단면 곡선은 2차 곡선의 식 Y=aX²(여기서, a는 1~N)으로 표현된다.

또한, 증발원의 커버에 형성된 개구의 일측에는 반사 수단의 표면과 수직을 이루는 차단 부재를 고정시켜 반사 수단의 곡면 중심을 향하지 않는 재료 증기를 차단하도록 하였으며, 증발원과 대응하지 않는 반사 수단의 일단부에는 또다른 차단 부재를 수평으로 설치하여 재료 증기가 증착 영역(마스크 표면) 이외의 영역으로의 흐름을 차단하도록 하였다.

첨부된 도면을 참고로 한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의하여 본 발명은 보다 완전하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 증착 장치의 개략적인 도면으로서, 선형 증발원과 기판의 관계를 도시한다. 본 발명에 이용된 증발원의 구조는 도 1에 도시된 증발원의 구성과 유사하다. 즉, 증착 재료의 증기를 발생시키는 본 발명에서의 증발원(10) 역시 일정 폭 및 길이를 갖는 하우징(12) 및 하우징(12)의 상단에 설치되고 중앙부에 길이 방향의 개구(13A)가 형성된 커버(13)를 포함한다. 하우징(12)과 커버(13)의 구성 및 그 기능은 도 1을 통하여 이미 설명된 증발원(1)의 하우징과 커버의 구성 및 기능과 동일하며, 따라서 중복 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 증착 장치의 가장 큰 특징은 증발원(10)과 기판(S)의 위치이며, 또한 증발원(10)에서 분사된 재료 증기의 분사 방향을 변경시키기 위한 반사 수단(20)을 설치한 점이다. 본 발명에 따른 증착 장치에서의 증발원(10)의 상부에는 반사 수단(20)이 고정되어 있으며, 반사 수단(20) 하부에는 재료 증기가 증착되는 기판(S)이 위치한다. 또한 기판(S)의 상부에는 마스크(M)가 위치한다.

증발원(10)은 분사 수단(20)의 하부 일측에 위치되어 발생된 재료 증기를 반사 수단(20)을 향하여 분사한다. 반사 수단(20)은 증발원(10)에서 분사된 재료 증기를 기판(S)을 향하여 하향 반사시킬 수 있는 구조, 즉 그 단면이 상향으로 볼록한 곡선으로 나타나는 곡면체이다. 반사 수단(20)의 단면 곡선은 2차 곡선의 식 Y=aX²(여기서 a는 1~N)으로 나타낼 수 있으며, 상수 a는 증발원의 위치, 즉 반사 수단 표면에 대한 재료 증기의 각도에 따라 달라진다. 한편, 반사 수단(20)은 그 표면에 충돌한 재료 증기를 모두 반사시킬 수 있는 재질, 예를 들어 금속으로 이루어지며, 난반사를 방지하기 위하여 표면 거칠기가 최소화될 수 있도록 가공하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 증발원(10)의 개구(13A)를 통하여 상향 분사된 재료 증기는 반사 수단(20)의 곡면에 도달(충돌)한 후, 반사되어 그 진행 방향이 마스크(M)를 향하여 하향으로 변환된다. 반사 수단(20), 즉 곡면체 내부면의 모든 점(point)에 충돌한 재료 증기는 마스크(M)와 수직의 방향으로 반사됨으로서 모든 재료 증기는 마스크(M)의 표면과 수직을 이루는 상태로 하향 유동하게 된다. 여기서, 증발원(10)은 반사 수단(20)의 하부 일측에 위치하며, 따라서 증발원(10)은 반사 수단(20)에 의하여 반사되어 마스크(M)를 향하여 하향 유동하는 재료 증기의 흐름을 방해하지 않는다.

한편, 증발원(10)이 반사 수단의 하부 일측에 위치하기 때문에 커버(13)의 개구부(13A)를 통하여 분사된 재료 증기중 일부, 즉 반사 수단(20)의 곡면 중심부를 향하지 않는 재료 증기는 반사 수단(20) 표면에 충돌한 후, 마스크(M) 표면에 수직인 방향으로 유동할 수 없게 되며, 이러한 재료 증기는 마스크(M) 표면에 수직으로의 재료 증기 흐름에 영향을 미치게 된다. 따라서, 증발원(10)의 커버(13)에 형성된 개구(13A)의 일측에 대응하는 반사 수단(20) 표면에 수직의 차단 부재(21)를 고정시켜 반사 수단(20)의 곡면 중심을 향하지 않는 재료 증기를 차단함으로서 유효한 재료 증기의 흐름을 보호한다.

또한, 증발원(10)과 대응하지 않는 반사 수단(20)의 일단부에는 수평의 차단 부재(22)가 고정되어 있다. 이 차단 부재(22)는 재료 증기가 증착 영역의 외부, 즉 마스크(M) 외측으로 유동하는 것을 차단함으로서 마스크 주변 영역의 오염을 방지할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 증발원을 이용하여 증발원 상부에 위치한 기판 표면에 재료 증기를 증착한 상태를 도시한 기판의 일부 상세도로서, 발광 영역(R, G, B)들 사이에 위치하는 버퍼(B) 영역에 양 발광 영역의 증착막이 동일한 폭으로 형성됨을 나타낸다. 어느 한 색상의 발광층, 예를 들어 G층을 형성하는 재료 증기는 버퍼 영역(b)의 중간부까지만 증착되며, G층에 인접한 B층을 형성하는 재료 증기 역시 버퍼 영역(b)의 중간부까지만 증착된다. 따라서, 어느 한 버퍼 영역(b) 상에서 G층에 대한 결색 여유도(m2) 및 G층의 타색 여유도(m1)는 도 2에 도시된 결색 여유도 및 타색 여유도보다 상대적으로 커지게 된다.

이상과 같은 본 발명은 마스크가 증착원 하부에 위치하기 때문에 마스크의 평평함을 유지하기 위하여 X 및 Y 방향으로 잡아다닐 필요가 없으며 따라서 마스크의 미세 패턴을 유지할 수 있다. 또한, 증착 재료가 마스크 표면에 대하여 수직 하향 유동함으로서 미세폭의 증착막(발광 영역)을 형성할 수 있어 제품의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 이와 함께 마스크가 증착원 하부에 위치하는 구조로 인하여 컨베이어 벨트 등의 이동 수단으로 마스크(및 기판)를 이동시키면서 공정을 계속적으로 수행할 수 있는 인라인 타입의 설비를 용이하게 구축할 수 있다.

도 1은 유기물 증착을 위한 일반적인 장치에 사용되는 선형 증발원과 기판의 관계를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 증발원을 이용하여 증발원 상부에 위치한 기판 표면에 재료 증기를 증착한 상태를 도시한 기판의 일부 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 증착 장치의 개략적인 도면.

도 4는 도 3에 도시된 증발원을 이용하여 증발원 상부에 위치한 기판 표면에 재료 증기를 증착한 상태를 도시한 기판의 일부 상세도.

Claims (4)

1. 증착 재료를 가열하여 재료 증기를 발생시켜 외부로 분사하는 증발원을 포함하여 증발원에서 생성된 재료 증기를 패턴이 형성된 마스크를 통하여 기판 표면에 분사, 증착시키는 증착 장치에 있어서,

   증발원의 상부에는 반사 수단이 설치되어 있되, 상기 증발원은 상기 반사 수단의 하부 일측에서 상기 반사 수단을 향하여 재료 증기를 분사시키고, 상기 반사 수단은 그 하부에 위치한 마스크 표면을 향하여 재료 증기를 수직 하향으로 반사시켜 기판 표면에 증착막을 형성할 수 있도록 그 단면이 상향으로 볼록한 곡선으로 나타나는 곡면체로서, 단면 곡선은 2차 곡선의 식 Y=aX²(여기서, a는 1~N)으로 표현되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 증발원의 커버에 형성된 개구의 일측에는 반사 수단의 표면과 수직을 이루는 차단 부재를 고정시켜 반사 수단의 곡면 중심을 향하지 않는 재료 증기를 차단하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 증발원과 대응하지 않는 반사 수단의 일단부에는 수평의 차단 부재를 설치하여 재료 증기가 증착 영역 이외의 영역으로 유동하는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.