KR100581852B1 - 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 진공챔버와; 이 진공챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 기판과; 이 기판과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원과; 이 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 좌우로 상기 증착원을 회동시키는 회동수단;을 구비하는 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법이 개시된다. 개시된 본 발명의 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 의하면, 증착되는 박막 두께의 균일도가 최적이 되도록 할 수 있고, 증착효율을 극대화할 수 있으며, 증착설비의 소형화가 가능하다.

박막, 증착, 증착원, 회동

Description

박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법{Apparatus of vacuum evaporat ion and method vacuum evaporation using the same}

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착장치를 나타내 보인 구성도,

도 2는 증착원의 회동각도에 따라 증착되는 박막의 두께를 나타낸 그래프,

도 3은 증착원의 정지모드와 회동모드를 따라 증착되는 박막의 두께를 비교한 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 박막 증착방법을 나타내 보인 블록도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10...기판 20...증착원

21...증착포트 22...증착재료

23...히터코일 30...진공챔버

41...지지부재 42...기판구동수단

50...회동수단 51...캠

52...캠구동수단 53...탄성부재

54...연결부재 55...가이드부재

56...제어부

본 발명은 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 증착되는 박막 두께의 균일도를 향상시키기 위해 증착원을 회동시키는 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 관한 것이다.

평판소자의 기판 표면에 박막을 형성하는 방법으로는 인쇄나 회전도포 방법이 사용되고 있으나, 하부층의 굴곡여부에 무관하게 균일한 두께를 형성하는 방법으로 증착방법이 주로 사용된다.

증착방법은 진공증착과 분위기 증착방법으로 대별되는데, 일반적으로는 진공증착을 증착이라고 호칭하며, 분위기 증착방법은 주로 이온 스퍼터링(ion sputtering)이나 플라즈마(plasma) 스퍼터링으로 호칭되고 있다.

한편, 최근에 디스플레이용 소자중 유기 전계발광(Electro luminescent ;EL) 소자는 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로써 주목받고 있다.

상기 유기 EL 소자에서는 일반적으로 기판 상부에 소정패턴의 양극층이 형성되어 있고, 이 양극층의 상부에는 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 등이 적층되어 이루어진 유기층이 형성되어 있으며, 이러한 유기층의 상면에는 상기 양극층과 직교하는 방향으로 소정패턴의 음극층이 형성되어 있다.

상기 유기 EL 소자와 같이, 박막층을 적층한 구조의 소자에서는 통상적으로 진공증착법에 의해 각층의 막이 형성된다. 이러한 진공증착법은 일반적으로 진공챔 버 내부에 기판을 위치시키고, 그 기판의 표면에 유기물 등의 증착재료를 증착포트에 충진시킨 다음, 히터코일에 전류를 인가하여 상기 증착포트를 가열함으로써 증발재료를 증발시키고, 이렇게 증발된 증발재료가 기판 표면에서 응축되어 부착되는 방식이다.

그런데, 기판에 증착되는 막은 균일한 두께를 가져야만 표시소자가 균일한 휘도 특성을 나타낼 수 있기 때문에, 증착재료를 기판에 증착할 때 기판에 증착되는 막의 균일화는 중요한 요소 중 하나이다.

이러한 증착막의 균일도를 높이기 위한 방법으로는 유기막을 증발시키는 단일의 증착원을 사용하는 경우에 기판을 회전하거나, 증착원과 기판과의 거리를 최대화시키는 것이다. 그러나 증착원과 기판의 거리를 최대화하는 것은 증착설비가 대형화되어 설비의 제작상에 문제가 있고, 증착효율이 떨어지며, 증발되는 증발재료의 특성변화를 야기할 수 있다.

또한, 증착원과 기판간의 거리를 축소하기 위하여 다수의 증착원을 사용할 수 있은 데, 이 경우에는 증착원 사이의 온도 제어가 어렵고 증착설비가 복잡해져서 대형화된다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 증착설비를 대형화하지 않고서도 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키며 증착효율을 개선한 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 박막 증착장치는, 진공챔버와; 상기 진공챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 기판과; 상기 기판과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원과; 상기 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 좌우로 상기 증착원을 회동시키는 회동수단;을 구비한다.

여기서, 상기 회동수단은, 소정의 형상을 갖는 캠과, 상기 캠을 구동하는 구동수단과, 상기 증착원의 일단부를 탄성바이어스 시키는 탄성부재와, 일단이 상기 증착원과 결합하고 타단이 상기 캠과 접촉하는 연결부재를 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 회동수단은 상기 구동수단의 구동 타이밍을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 박막이 증착될 기판을 준비하는 기판 준비단계와; 상기 기판의 하부에 박막을 이루는 증발재료를 증발시키는 적어도 하나의 증착원을 준비하는 증착원 준비단계와; 상기 증착원을 회동시키는 회동단계와, 진공분위기에서 상기 증발재료를 가열하여 증발시키는 증발단계와, 상기 증착원의 회동방향, 회동각도 및 회동 타이밍을 제어하는 제어단계를 포함하는 증착단계;를 포함하는 박막 증착방법이 제공된다.

여기서, 상기 기판의 회전속도는 1 내지 50 rpm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 증착원은 상기 기판의 회전축에 대해 편심되게 설치될 수 있는데, 상기 기판의 회전축으로부터 상기 증착원의 편심거리는 138mm 내지 265mm인 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 증착원의 회동각도는 상기 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 - 30 °내지 30 °인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치를 나타내 보인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치는 진공챔버(30)와, 이 진공챔버(30)의 상부에 설치되는 기판(10)과, 이 기판(10)과 대향하도록 설치되는 증착원(20)과, 이 증착원(20)으로부터 상기 기판(10)에 내린 수선에 대해 좌우로 상기 증착원(20)을 회동시키는 회동수단(50)을 구비한다. 여기서, 상기 기판(10)은 지지부재(41)와 기판구동수단(42)에 의해 회전 가능하게 지지되고 있다.

상기 증착원(20)은 증착재료(22)가 충진된 증착포트(21)와, 상기 증착재료(22)를 가열하는 히터코일(23)을 구비한다. 여기서, 기판(10)에 증착되는 박막의 균일도를 높이기 위해, 상기 증착원(20)은 기판(10)의 회전축에 대해 편심되게 설치되어 있는데, 상기 기판(10)의 회전축으로부터 상기 증착원(20)의 편심거리(a)는 138 mm 내지 265 mm인 것이 바람직하다. 또한, 상기 증착원(20)의 회동각도( θ)는 증착원(20)으로부터 상기 기판(10)에 내린 수선에 대해 - 30 °내지 30 °인 것이 바람직하다.

상기 회동수단(50)은 소정의 형상을 갖는 캠(51)과, 상기 캠을 구동하는 캠구동수단(52)과, 상기 증착원(20)의 일단부를 탄성바이어스시키는 탄성부재(53)와, 일단이 상기 증착원(20)과 결합하고 타단이 상기 캠(51)과 접촉하는 연결부재(54) 를 구비한다. 그리고, 상기 캠(51)의 구동 타이밍(timing)은 제어부(56)에 의해 제어된다. 여기서, 미설명된 참조부호 55는 상기 연결부재(54)의 이동을 가이드 하는 가이드부재를 나타내고, 참조부호 57은 상기 증착원(20)이 설치되는 베이스를 나타낸다.

상기와 같은 증착원(20)의 회동수단(50)에 있어서, 캠구동수단(52)에 의해 캠(51)이 회전하면, 캠의 외주면에 형성된 프로파일(profile)에 따라 상기 연결부재(54)가 움직이게 되어 상기 증착원(20)의 회동방향이나 회동각도( θ) 등이 조절된다. 이 때, 제어부(56)는 상기 캠구동수단(52)의 구동 타이밍을 제어한다.

다만, 도 1에 도시된 증착원(20)의 회동수단(50)은 증착원(20)을 회동시키기 위한 회동수단(50)의 일례를 예시적으로 나타낸 것으로서, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 작용효과를 설명하기 위한 도면들로서, 도 2에는 증착원의 회동각도에 따라 증착되는 박막의 두께를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 3에는 증착원의 정지모드와 회동모드를 따라 증착되는 박막의 두께를 시뮬레이션하여 서로 비교한 그래프이다.

여기서, 상기 시뮬레이션을 위해 사용된 증착조건은 다음과 같이 한정하였다.

기판의 사이즈 ; 400 x 400 mm

기판의 회전속도; 10 ∼ 50 rpm

증착원의 편심거리(a); 280 mm

증착원으로터 기판의 이격거리(h); 280 mm

증착원의 회동주기; 20 ∼ 60 초

증착시간 ; 200 ∼ 600 초

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 증착원(20)의 회동각도( θ)가 양(+)일 때, 기판(10)의 회전중심에서 멀어질수록 기판(10)에 증착되는 막의 두께는 점차 얇아진다. 반대로 증착원(20)의 회동각도( θ)가 음(-)일 때, 기판(10)의 회전중심에서 멀어질수록 기판(10)에 증착되는 막의 두께가 급격히 두꺼워진다. 따라서, 증착원(20)의 회동방향과 회동각도( θ)를 적절히 조합한다면, 기판(10)과 증착원(20)과의 거리를 최소화시키면서도 기판(10)에 증착되는 막두께의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다. 여기서, 증착원(20)의 회동각도( θ)가 양(+)이라는 것은 상기 θ가 기판(10)과 증착원(20)의 수직선에 대해 기판(10)의 회전중심축을 향해 기울어진 각도를 말하며, 증착원(20)의 회동각도( θ)가 양(+)이라는 것은 상기 θ가 기판(10)과 증착원(20)의 수직선에 대해 기판(10)의 회전중심축으로부터 멀어지는 방향을 향해 기울어진 각도를 말하며

다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하면, θ= 20 °와 θ= - 5 °의 회동모드시, θ= 0 °의 정지모드의 경우에 비하여 기판(10)의 회전중심으로부터 멀리 떨어진 곳에서 기판(10)에 증착되는 박막의 두께분포가 개선됨을 알 수 있다.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 박막 증착장치를 이용한 박막 증착방법을 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착방법은, 소정패턴의 박막을 형성하기 위해, 박막이 증착될 기판(10)을 준비하는 기판(10) 준비단계(S10)를 수행한다.

상기와 같이 기판(10)의 준비가 완료되면, 상기 기판(10)의 하부에 박막을 이루는 증발재료(22)를 증발시키는 적어도 하나의 증착원(20)을 준비하는 증착원(20) 준비단계(S20)를 수행한다.

상술한 바와 같이 기판(10)과 증착원(20)의 준비가 완료되면, 진공분위기에서 증착재료(22)를 가열시키고, 가열에 의해 증발된 증착재료(22)를 회전하는 기판(10)상에 증착시키는 증착단계(S30)를 수행한다.

한편, 상기 증착단계(S30)는 상기 증착원(20)을 회동시키는 회동단계(S31)와, 진공분위기에서 상기 증발재료(22)를 가열하여 증발시키는 증발단계(S32)를 포함하는데, 증착이 완료될 때까지 상기 회동단계(S31)와 증발단계(S32)는 사이클(cycle)을 이룬다. 그리고, 상기 증발단계(S32)와 회동단계(S31) 사이에는 상기 증착원(20)의 회동방향, 회동각도( θ) 및 회동 타이밍을 제어하는 제어단계(S33)가 개재된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 증착원을 회동시킴으로써 증착되는 박막 두께의 균일도가 최적이 되도록 할 수 있다.

둘째, 하나의 증착원을 사용함으로써 다수의 증착원을 사용하는 것과 동일한 증착 균일도를 유지할 수 있으므로 기판과 증착원 사이의 거리를 줄일 수 있으며, 증착재료의 소모를 대폭 줄여 증착효율을 극대화할 수 있다.

셋째, 증착원의 개수를 최소화하고 기판과 증착원 사이의 거리를 줄임으로써 증착설비의 소형화가 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

1. 진공챔버와;

   상기 진공챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 기판과;

   상기 기판과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원과;

   상기 증착원을 회동시키는 회동수단;을 구비하고,

   상기 증착원은 상기 기판의 회전축에 대해 편심되게 설치되며,

   상기 회동수단은, 상기 증착원의 증착 방향의 중심선이 상기 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 좌우로 소정 각도를 이루도록 상기 증착원을 회동시키는 박막 증착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회동수단은, 소정의 형상을 갖는 캠과, 상기 캠을 구동하는 구동수단과, 상기 증착원의 일단부를 탄성바이어스 시키는 탄성부재와, 일단이 상기 증착원과 결합하고 타단이 상기 캠과 접촉하는 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회동수단은 상기 구동수단의 구동 타이밍을 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 기판의 회전축으로부터 상기 증착원의 편심거리는 138mm 내지 265mm인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 증착원의 회동각도는 상기 증착원으로부터 상기 기판으로의 수선에 대해 -30°내지 30°인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
7. 박막이 증착될 기판을 준비하는 기판 준비단계와;

   상기 기판의 하부에 박막을 이루는 증발재료를 증발시키는 적어도 하나의 증착원을 준비하는 증착원 준비단계와;

   상기 증착원을 회동시키는 회동단계와, 진공분위기에서 상기 증발재료를 가열하여 증발시키는 증발단계와, 상기 증착원의 회동방향, 회동각도 및 회동 타이밍을 제어하는 제어단계를 포함하는 증착단계;를 포함하고,

   상기 증착단계에서 상기 기판은 회전하며,

   상기 증착원은 상기 기판의 회전축에 대해 편심되게 설치되고,

   상기 증착원은 그 증착 방향의 중심선이 상기 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 좌우로 소정 각도를 이루도록 회동하는 박막 증착방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,

   상기 기판의 회전속도는 1 내지 50 rpm인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
10. 삭제
11. 제7항에 있어서,

    상기 기판의 회전축으로부터 상기 증착원의 편심거리는 138mm 내지 265mm인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
12. 제7항에 있어서,

    상기 증착원의 회동각도는 상기 증착원으로부터 상기 기판에 내린 수선에 대해 -30°내지 30°인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.

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