KR100628811B1

KR100628811B1 - 유기 전기 루미네선스를 위한 보호막의 증착을 위한 장치및 방법

Info

Publication number: KR100628811B1
Application number: KR1020040029458A
Authority: KR
Inventors: 스즈키마사야수; 사루와타리테츠야
Original assignee: 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2006-09-26
Also published as: TW200427857A; JP2004335127A; US20040238104A1; CN1543272A; KR20040094333A; TWI242604B; CN100442574C; JP4179041B2; US20090004887A1

Abstract

SWP(Surface Wave Plasma)-CVD를 통해 막을 증착하는 막 증착 장치에서, 기판(9)이 위치되어 있는 기판 홀더(8)는 냉각 수단으로 제공되며, 그에 의해 막의 증착 동안 야기되지 않는다면, 기판(9) 온도 증가의 발생이 억제된다. 냉각제 통로(81)는 기판 홀더(8)에 형성되고, 냉각 수단(4)으로부터 전달된 냉각제는 냉각제 통로(81)를 통해 순환되고, 그에 의해 냉각 홀더(8)를 냉각시킨다. 특히, 홈들(82)은 기판이 위치되어 있는 냉각 홀더의 표면에 형성되고, 기판(9)은 He 가스를 홈들(82)을 통해 유동되도록 야기시킴에 의해 He 가스로 냉각시킨다.

유기 EL층, 마이크로파, 표면파 플라즈마, 실리콘 질화막, 압축 스트레스, 팽창 스트레스, 라디칼.

Description

유기 전기 루미네선스를 위한 보호막의 증착을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITION OF PROTECTIVE FILM FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE}

도 1은 SWP-CVD 장치의 개략적인 구성을 보여주는, 본 발명에 따른 막 증착 장치의 실시예를 나타내는 도면;

도 2는 가스 입구 시스템의 또 다른 예를 보여주는 도면;

도 3은 유전체 부재들(30a, 30b)의 세부 사항들을 보여주는 투시도;

도 4는 막의 증착동안 흐르는 N₂ 가스의 유동율과 성장된 SiN_X막의 내부 스트레스 사이의 상관관계를 보여주는 도면;

도 5는 유기 EL 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도;

도 6은 실시예의 SWP-CVD 장치에 의해 성장된 고밀도 SiN_X막의 전달을 측정한 결과를 보여주는 도면;

도 7은 보호막(45)의 또 다른 예를 보여주는 단면도; 및

도 8은 유기 EL 장치의 제 2 실시예를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1 : 마이크로파 생성부 2 : 도파관

2a : 슬롯 안테나 3: 처리 챔버

3a, 3b : 마이크로파 입구 윈도우 4 : 냉각 수단

8 : 기판 홀더 9 : 기판

21 : 유동량 컨트롤러 32, 33, 34 : 가스 유동 채널들

42 : 투명 전극 43 : 유기 EL층

44 : 금속 전극 50 : 투명 수지 기판

본 발명은 유기 전기 루미네선스(electroluminescence, EL) 시스템뿐만 아니라, 표면파 플라즈마 CVD에 의한 유기 EL을 위한 보호막을 성장시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에, 유기 합성물에 의해 이미지를 디스플레이하는 자기-발광(self-luminous)의 디스플레이 장치; 즉, 소위 유기 전기 루미네선스(여기서 "유기 EL"로 불림)를 이용하는 디스플레이 요소는 논쟁 중에 있다. 유기 EL 디스플레이 요소는 몇 가지의 점들에서 종래의 액정 디스플레이 장치보다 우수하다. 특히, 액정 디스플레이 장치와 다르게, 유기 EL 디스플레이 장치는 자기-발광 특성에 기인하여 백라이트의 사용없이도 이미지를 디스플레이할 수 있다. 더욱이, 유기 EL 디스플레이 장치는 아주 간단한 구조를 가짐에 의해, 디스플레이 장치가 얇고, 컴팩트하고, 가볍도록 만들 수 있다. 게다가, 낮은 전력 소비로, 유기 EL 디스플레이 장치는 이동식 셀룰러 폰과 같은, 작은 정보장치의 디스플레이 장치로 사용하는데 적합하다.

유기 EL 장치의 기본 구성은 투명 전극이 인듐-주석-산화물(ITO)로 형성되는 투명 유리 기판 상에 유기 EL층을 형성하고, 유기 EL층에 금속 전극층을 형성함에 의해 실현된다. 트리페닐디아민(triphenyldiamune)과 같은, 유기 합성물이 유기 EL층에 사용된다. 유기 합성물은 수분 또는 산소와 쉽게 반응하는 문제가 있어, 디스플레이 장애를 가져오고 유기 EL 장치의 수명을 짧게 한다.

그러므로, 유기 EL층의 구성은 유기 EL층 상의 방습 폴리머 막, 및 실리콘 산화막(SiO_X) 또는 실리콘 질화막(SiN_X)으로 유기 EL층을 덮음에 의해 밀봉(sealed)된다. 이 유기 EL층에 형성되는 방법으로 문제들을 처리하는 구성이 있다. 실리콘 질화막은 실리콘 질화막의 Si₃N₄의 비율이 높을수록 필름의 밀도가 커지기 때문에, 수분 및 산소에 대항하는 보호막에 적합하고, 실리콘 EL막이 보호막으로 더 우수하다는 것을 의미한다. 실리콘 질화막을 성장시키기 위한 방법들을 제조함으로써, 일반적으로 RF 플라즈마 CVD 또는 ECR-CVD가 일본 특허 공개 공보 제 10-261487호에서 공개된 것처럼 사용된다.

RF 플라즈마 CVD에 의해 Si₃N₄의 높은 비율을 가지는 고밀도 실리콘 질화막을 형성하는 경우, 기판의 온도는 막을 성장시킬만큼 충분히 높은, 예로, 300℃ 또는 그 이상이다. 그러나, 이러한 높은 온도는, 유기 EL층에 만들어질 수 있는 열 손상의 기술적인 관점에서 권장되지 않으므로, 막은 보다 낮은 온도(즉, 80℃ 또는 그 이하)에서 성장되어야 한다. 그러나, 이러한 낮은 온도의 경우, 위에서 설명된 것과 같이, 조밀한 실리콘 질화막이 RF 플라즈마 CVD에 의해 형성될 수 없다. 채택 되어지는 ECR-CVD에 따라, 플라즈마 밀도는 RF 플라즈마의 밀도보다 높게 되고, 이는 상대적으로 낮은 온도에서 형성되어지는 고밀도 실리콘 질화막을 가능하게 하지만, ECR-CVD 방법에서, 처리되어질 넓은 크기 기판을 배치하는 것은 너무 어렵다.

또한, 고밀도 실리콘 질화막은 높은 내부 스트레스에 단점을 가진다. 이전에 설명된 것처럼, 금속 전극층은 유기 EL층 상에 형성된다. 그러나, 유기 EL층은 기계적으로 내구성이 있는 막이 아니므로, 금속 전극층은 그 개념적인 이미지에 관해 생각하는 경우에 유기 EL층 위에 떠있는 것처럼 불안정한 구조일 것이다. 그러므로, 실리콘 질화막이 그 내부에 높은 내부 스트레스를 수반하여 형성되면, 금속 전극층이 그 내부 스트레스에 의해 고립될 수 있고, 그에 의해 실리콘 질화막이 벗겨질 수 있다.

본 발명은 유기 EL 장치 상에 열 손상을 가하지 않고 SiN_X 막을 성장시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따른 막 증착 장치는: 마이크로파 생성 수단; 유전체 윈도우를 가지는 처리 챔버; 마이크로파를 처리 챔버 안으로 방사하기 위해, 마이크로파 생성 장치에 의해 생성된 마이크로파를 유전체 윈도우로 안내하는 마이크로파 전달 수단; 그 위에 형성된 유기 EL 장치를 가지는 기판을 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함하고, 기판이 냉각 수단에 의해 냉각되어지는 동안 막 증착 가스는 처리 챔버 안으로의 마이크로파의 방출에 의해 생성된 표면파 플라즈마의 사용을 통해 분리되고 여기되며, 그에 의해 표면파 플라즈마(SWP) CVD의 효과를 통해 유기 EL 장치상에 보호막으로써 작용하는 실리콘 질화막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 측면은 청구항 1의 막 증착 장치를 특징으로 하며, 막 증착 가스는 적어도 질소를 포함하고 플라즈마에서 라디칼들(radicals)을 생성하는 제 1 가스 및 실렌 가스를 포함하는 제 2 가스로부터 형성되고; 그 가스 공급 수단은 처리 챔버에 제 1 가스를 공급하기 위한 제 1 공급부 및 제 1 가스가 공급되는 위치보다 기판과 더 가까운 위치에 제 2 가스를 공급하기 위한 제 2 공급부를 포함한다.

본 발명의 제 3 측면은 청구항 2의 막 증착 장치의 사용을 통해 유기 EL을 위한 보호막을 제조하기 위한 방법을 특징으로 하며, 보호막은, 제 1 소정의 농도로 막 증착 가스에서 질소 가스의 농도를 설정함에 의해 성장되고 압축 스트레스를 갖는 실리콘 질화막과 제 2 소정의 농도로 막 증착 가스에서 질소 가스의 농도를 설정함에 의해 성장되고 팽창 스트레스를 갖는 또 다른 실리콘 질화막을 교대로 적층함으로서 형성된다.

본 발명의 실시예들은 아래에서 첨부된 도면들에 의해 설명될 것이다. 도 1은 SWP-CVD에 의해 SiN_X 막(실리콘 질화막)을 형성하기 위한 SWP-CVD(Surface Wave Plasma Chemical Vapor Deposition) 장치의 기본적인 구성을 보여주는, 본 발명에 따른 막을 성장시키기 위한 장치(이하, 간단히 "막 증착 장치"로 불림)의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다. SWP-CVD 장치는 CVD를 수행하기 위한 처리 챔버(3); 2.45GHz의 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(1); 및 마이크로파를 처리 챔버(3)에 전달하는 도파관(2)을 갖추고 있다.

전력은 마이크로파 전원(12)으로부터 마이크로파 생성부(1)에 제공되어진 마이크로파 전달기(11)로 공급된다. 절연체(13), 지향성 커플러(14) 및 튜너(15)는 마이크로파 전달기(11)와 도파관(2) 사이에 끼워져있다. 마이크로파 전달기(11)에 의해 생성된 마이크로파 MW는 이 수단에 의해 도파관(2)으로 전달된다. 처리 챔버(3)는 진공 챔버를 구성하고, 구획벽의 일부가 석영과 같은 유전체 물질로 형성되는 마이크로파 입구 윈도우(3a)로서 형성된다.

마이크로파 입구 윈도우(3a)는 사각형 또는 원형의 형태일 수 있다. 도파관(2)은 마이크로파 입구 윈도우(3a) 위의 위치에 제공된다. 마이크로파 MW를 처리 챔버(3)로 방사하기 위한 다수의 슬롯 안테나들(2a)은 마이크로파 입구 윈도우(3a)에 반대에 있는 도파관(2)의 표면 상에 형성된다. 특히, 표면은 도파관(2)의 하부 표면일 수 있다.

기판 홀더(8)는 처리 챔버(3)에 제공되고, 그 위에 형성되는 유기 EL층을 가지는 기판(9)은 기판 홀더(8)의 최상부 상에 위치된다. 본 실시예에서, 기판(9)은 투명 유리 기판으로 형성되고, 유기 EL층은 기판(9) 상에 형성된다. 기판(9)은 처리 챔버(3)의 마이크로파 입구 윈도우(3a)에 대향되도록 배치된다. 여기서, 기판 홀더(8)는 도면의 수직 방향으로 이동가능하다.

냉각제를 순환시키기 위한 냉각제 채널(81)은 기판 홀더(8)내에 형성되고, 냉각제는 냉각 장치(4)에 의해 냉각되어진 후에 냉각제 채널(81)안으로 공급된다. 특히, 나선형의 홈들(82)은 기판이 위치되어지는 기판 홀더(8)의 표면에 형성된다. 헬륨(He) 가스는 가스 파이프(83)에 의해 홈(82)으로 공급된다. 참조 번호(5)는 가스를 공급하기 위한 헬륨 가스원을 나타낸다. 공급된 가스의 유동율은 유동량 컨트롤러(mass flow controller, 6)에 의해 제어된다.

냉각제 채널(81)을 통해 흐르는 냉각제는 기판 홀더(8)를 냉각시키고, 기판 홀더(8)는 홈들(82)을 통해 흐르는 He 가스를 냉각시킨다. 이 냉각된 He 가스는 기판 홀더(8)에 위치된 기판(9)의 뒷면과 직접 접촉되어 있으므로, 기판(9)이 냉각된다. 특히, 기판(9)의 열은 He 가스 및 기판 홀더(8)에 의해 냉각제 채널(81)에 냉각제로 전달된다. 위에서 설명된 것처럼, 기판(9)은 He 가스에 의해 냉각되므로 기판의 온도가 낮은 수준으로 유지될 수 있다.

처리 챔버(3)에서, 적어도 2개의 파이프들이 독립적으로 제공되고, 하나는 질소 가스(N₂), 수소 가스(H₂) 및 아르곤 가스(Ar)를 처리 챔버(3)의 내부로 공급하기 위한 가스 공급 파이프(16)이고, 다른 하나는 실렌(SiH₄) 가스를 공급하기 위한 가스 공급 파이프(17)이다. N₂ 가스, H₂ 가스 및 Ar 가스는 개별적으로, 양 컨트롤러들(18, 19, 20)에 의해 가스 공급원(22)으로부터 가스 공급 파이프(16)에 공급된다. 달리 말하면, SiH₄ 가스는 유동량 컨트롤러(21)에 의해 가스 공급원(22)으로부터 가스 공급 파이프(17)에 공급된다.

각 가스 공급 파이프(16, 17)는 처리 챔버(3)내에서 생성되는 플라즈마 P를 둘러싸도록 하는 링 형태이다. N₂, H₂ 및 Ar 가스들로 이루어진 가스 혼합물이 가스 공급 파이프(16)로부터 균일하게 주입되고, SiH4 가스는 가스 공급 파이프(17)로부터 플라즈마 영역으로 균일하게 주입된다. 링-형태의 가스 공급 파이프들(16, 17)의 직경들(D1, D2)은 마이크로파 입구 윈도우(3a)보다 크고 상관관계 D2≥D1가 되도록 설정된다.

처리 챔버(3)의 내부는 터보 분자 펌프(TMP)(23)에 의해 배출된다. 가변 전도성 밸브(25)와 주 밸브(valve, 26)는 처리 챔버(3)와 TMP(23)사이에서 제공된다. TMP(23)와 처리 챔버(3) 사이에 존재하는 전도성이 가변 전도성 밸브에 의해 변화됨에 의해, 처리 챔버(3)의 펌핑 속도가 변화한다. 참조 번호(24)는 TMP(23)의 뒷 펌프를 나타내고, 오일-씰드(oil-sealed) 회전 진공 펌프 RP 또는 드라이(dry) 진공 펌프 DrP는 TMP(23)의 뒷 펌프(24)에 사용된다.

도파관(2)의 슬롯 안테나(2a)로부터 방사된 마이프로파가 마이크로파 입구 윈도우(3a)에 의해 처리 챔버(3)안으로 입사되는 경우, 처리 챔버(3)의 가스는 마이크로파에 의해 이온화되고 분리되고, 그에 의해 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 P의 전자 밀도가 마이크로파 차단 밀도를 초과하는 경우, 표면파를 위해, 마이크로파는 마이크로파 입구 윈도우(3a)을 따라 전송하고, 그에 의해 마이크로파 입구 윈도우(3a)의 전체 영역으로 확산된다. 따라서, 표면파에 의해 여기된 플라즈마 P의 밀도는 마이크로파 입구 윈도우(3a)의 주변에서 높게 된다.

가스 공급 파이프(16)로부터 공급되는 N₂, H₂ 및 Ar 가스들은 플라즈마 P에 의해 분리되고 여기되므로, 라디칼들이 생성된다. 플라즈마 P의 가스 공급 파이프 (17) 하류로부터 주입되는 SiH₄가스는 라디칼들에 의해 분리되고 여기되고, Si와 N은 기판(9) 상에 실리콘 질화막(SiN_X 막)을 형성하도록 부착된다.

SiN_X 막 증착의 비율은 처리 가스들(즉, SiH₄ 가스 및 N₂ 가스)의 증착 비율들과 마이크로파 전력에 의존한다. 마이크로파 전력은 막 증착을 위해 공급된 모든 가스가 분리될 수 있는 수준으로 공급된다. 그러나, 몇몇의 제한 요소가 마이크로파 전력의 공급에 존재하는 경우, 막 처리 가스의 양은 마이크로파 전력에 따라 제어되고 공급될 수 있다.

최적의 압력 범위가 막의 증착 동안에 요구되어지는 것이 알려져 있기 때문에, 배출 시스템의 펌핑 속도는, 처리 압력이 막 증착을 위해 공급되어지는 가스의 양에 따라 최적화될 수 있도록 제어되어야 한다. 간단하게, 상기 제어는 가변 전도성 밸브(25)의 전도성을 조절함에 의해 수행될 수 있다. 처리 챔버(3)의 내부 압력은 막 증착 동안에 모니터되고, 가변 전도성 밸브(25)는 처리 압력이 항상 최적화됨에 의해 고밀도 SiN_X 막의 안정된 증착이 가능하도록 조절된다.

앞선 요구들에 부가하여, 마이크로파 입구 윈도우(3a)에서 가스 공급 파이프(16)까지의 거리 S1, 가스 공급 파이프(16)에서 가스 공급 파이프(17)까지의 거리 S2, 마이크로파 입구 윈도우(3a)에서 기판(9)까지의 거리 L을 최적화하기 위해 요구되는 최적의 조건들 하에서 기판(9)상에 SiN_X 막의 증착을 위하여 필요하다. SiH₄ 가스의 분리가 플라즈마에서 생성된 라디칼들의 이용에 의해 가속된다. 이에 관하여, 거리들 S1과 S2의 관계에서, 가스 공급 파이프(16)는 가스 공급 파이프(17)가 배치된 위치(S1<S2)보다 개구부(4a)에 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 도 1에서 보여주는 SWP-CVD 장치에서, 거리 S1은 30mm에서 100mm의 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

도 2는 가스 입구 시스템의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 2는 마이크로파가 도파관(2)을 통해 전송되는 방향으로 보여지는 경우의 막 증착 장치의 도면이다; 즉, 도 1의 오른편으로부터 보여지는 막 증착 장치의 도면이다. 도파관(2)은 처리 챔버(3)의 플랜지(flange, 31)에 형성된 개구(31a)안으로 삽입되도록 제공된다. 마이크로파 입구 윈도우(30)는 2개의 부재들; 즉, 상부 유전체 부재(30a)와 하부 유전체 부재(30b)로 구성되고, 가스 유동 채널들(32, 33, 34)을 가진다. 도 2에서 나타내는 장치에서, 가스 공급 파이프(16)는 플랜지(31)에 제공되고 유전체 부재(30a)에 형성된 가스 유동 채널(32)과 공통 연결되어 유지된다. 공급된 N₂, H₂ 및 Ar 가스들은 가스 유동 채널들(32, 33, 34)의 순서로 흐르며, 유전체 부재(30b)의 하부 표면에서 처리 챔버(3)의 내부로 주입된다.

도 3은 유전체 부재들(30a, 30b)의 세부사항들을 보여주는 투시도이다. 유전체 부재(30a)에서, 가스 유동 채널(32)은 유전체 부재(30a)의 하부 표면에 형성되어 있는 홈(33A)과 연결되도록 유전체 부재(30a)를 수직으로 관통하는 쓰루 홀(through hole)이다. 홈(33B)은 유전체 부재(30b)의 상부 표면에 형성되어 있다. 달리 말하면, 홈(33B)에서 유전체 부재(30b)의 하부 표면에 관통하는, 다수의 홀들은 가스 유동 채널들(34)로써 형성된다. 마이크로파 입구 윈도우(30)는 유전체 부재(30a)의 하부 표면이 유전체 부재(30b)의 상부 표면에 가깝게 접촉되어 유지되는 방법으로 형성된다. 홈들(33A, 33B)은 서로에 대향하도록 형성된다. 유전체 부재들(30a, 30b)이 다른 부재 최상부 상에 적층된 것일 때, 홈들(33A, 33B)은 가스 유동 채널(33)을 구성한다.

표면파 플라즈마 P는 마이크로파 입구 윈도우(30)의 하부측의 거의 전체 영역에 대향하도록 형성되어 있다. 도 3에서 나타낸 것처럼, 가스 방출구들의 기능을 하는 가스 유동 채널들(34)은 균일한 막이 기판(9) 상에 형성될 수 있도록 유전체 부재(30b)의 전체 하부측 위에 균일하게 형성될 수 있다.

SWP-CVD는 RF 플라즈마 CVD 또는 다른 CVD에 의해 생성되어지는 것보다 고밀도의 플라즈마를 생성하는 것이 알려져 있다. SWP-CVD 동안에 기판의 주변에서 생성되는 전자 밀도는 5 x 10⁹에서 10¹²(cm³)의 범위이고, 전자 온도는 5에서 20(eV) 또는 그 주변의 범위이다. 그러므로, 고밀도 SiN_X 막은 가열기 등의 사용으로 기판(9)을 가열하지 않고 형성될 수 있다. 고밀도 SiN_X막은, Si₃H₄-결합의 비율이 커질수록 실리콘 질화막의 투명도가 높아지는 특성을 가지는, 고비율의 Si₃H₄-결합를 포함하는 실리콘 질화막이다. 따라서, 보다 우수한 방습 특성을 가지는 보호막이 형성될 수 있다. 그러나, 기판(9)이 고밀도 플라즈마를 마주보고 있다. 본 실시예는 He 가스로 기판(9)을 냉각시킴에 의해 낮은 온도로 유지되도록 기판(9)의 온도를 고정한다.

<<기판(9)의 냉각>>

실시예에서, 홈들(82)은 기판이 위치되어지는, 기판 홀더(8)의 표면(이후, " 기판 장착 표면"이라 불림)에 형성되고, 효과적으로 기판(9)을 냉각시키기 위해 열 전달 가스로써 홈들(82)안으로 흐르도록 He 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판 홀더(8)의 표면이 단지 면으로 보이면, 기판(9)의 뒷 표면은 상기 표면이 장착 표면과 접촉되도록 만드는 것으로 보인다. 그러나, 실제로, 그것은 기판의 뒷 표면과 장착 표면 사이의 상기 경우에 만들어지는 일종의 접촉점이므로, 기판(9)은 기판 홀더(8)를 냉각시키는 노력에도 불구하고 충분히 냉각되기 어렵다. 이 실시예에서, 대조적으로, 기판 홀더(8)와 기판(9)사이의 열 전달의 수행은, 홈들(82)을 통해 흐르는 He 가스를 공급함에 의해, 효율적으로 고열 전달이 실현되어, 더욱 향상될 수 있다.

예를 들어, He 가스의 유동율이 1(sccm) 또는 그 부근의 값으로 주어지는 경우, 홈들(82)에서의 압력은 점성유동의 압력 범위 내로 떨어질 수 있으며, 상기 He 가스는 열 전달 목적을 위한 냉각 가스로써 사용될 수 있다. 홈들(82)의 중심에 공급되는 He 가스는 나선형의 홈들(82)을 통해 주변 방향을 향해 흐르고, 도 1에서 나타낸 화살표에 의해 가리켜지는 것처럼 처리 챔버(3)의 내부에 주입된다. 그러므로, He 가스의 유동율은 막 증착 과정들에 영향을 미치지 않는 값으로 설정되어져야 한다. 그러나, 위에서 언급된 것처럼 1(sccm)의 유동율은 그러한 문제를 내포하지 않을 수 있다.

He 가스가 홈들(82)에서 점성 유동이 되는지 아닌지는 He 가스의 유동율 뿐만 아니라 홈의 단면 영역에 의존한다. 따라서, He 가스의 유동율은 막 증착 과정들에 영향을 주지 않는 수준으로 설정되어야 하지만, 홈(82)의 단면 영역은 상기 유동율을 그대로 유지하는 동안에 He가스가 점성유동되도록 더욱 조절되어야 한다.

<< SiN_X 막 상의 스트레스>>

SWP-CVD에서 SiN_X막 증착하는 경우, SiN_X막의 Si₃H₄의 비율은 N₂ 가스비의 집중을 변화함에 의해 제어될 수 있다. 특히, 고비율의 Si₃H₄를 가지는 고밀도 SiN_X막은 물질 가스의 질소 가스의 농도를 증가시키는 것에 의해 형성된다. 이와 반대로, N₂ 가스의 농도를 감소시키는 것은 저비율의 Si₃H₄를 가지는 저밀도 SiN_X막의 형성을 초래한다.

도 4는 막의 성장에 요구되는 N₂ 가스의 유동율과 상기 성장된 SiN_X 막에 가해진 내부 스트레스 사이의 상관관계를 나타내는 도면이다. 도 4의 수직축은 내부 스트레스를 나타내고, 내부 스트레스의 단위는 (dyn/㎠)이다. 양수값은 내부 스트레스가 팽창 스트레스라는 것을 의미하고, 음수값은 내부 스트레스가 압축 스트레스라는 것을 의미한다. 도 4의 수평축은 N₂ 가스의 유동율을 나타내고, 유동율의 단위는 "sccm"으로 표현된다. SiN_X 막은 N₂ 가스의 유동율을 변화함에 의해 다양한 값의 N₂ 가스 농도들로 형성되는 경우, 그러한 형성된 SiN_X 막들에 가해지는 스트레스들이 N₂ 가스의 농도에 따라 변화한다. N₂ 가스의 유동율이 감소되면, SiN_X 막 상의 스트레스는 N₂ 가스의 특정 유동율의 경계에서(즉, 특정 N₂ 집중) 압축 스트레스로부터 팽창 스트레스로 변화하는 것이 보여질 수 있다.

도 4에서 나타내어진 데이터는 0.5(㎛)의 두께를 가진 SiN_X 막에 관한 것이다. 위에서 설명한 것처럼 N₂ 가스의 유동율 외에, 막을 성장시키기 위한 또 다른 조건들은 75 (sccm)의 SiH₄ 가스 유동율; 52 (sccm)의 H₂ 가스 유동율; 50 (mTorr)의 막 성장 압력; 및 1.3 kW의 마이크로파 전력이다. 도 4의 실시예에서, N₂ 가스의 유동율이 170 (sccm)으로부터 감소될 때 압축 스트레스는 감소된다. 스트레스는 155 (sccm) 값의 경계에서 압축 스트레스로부터 팽창 스트레스로 변화하는 것이 보여질 수 있다.

이는 SiN_X 막의 내부 스트레스가 N₂ 가스의 유동비를 조정함에 의해 조절될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 작은 내부 스트레스를 가지는 SiN_X 막은 N₂ 가스의 유동비를 최적화함에 의해 성장될 수 있다. 도 5는 유기 EL 장치의 개략적인 구성을 보여주며, 본 실시예의 막 증착 장치의 사용으로 보호막이 형성되는 유기 EL 장치의 예를 나타내는 도면이다. 양의 홀들을 공급하기 위한 소스로 작용하는 애노드들(anodes)로서 구성되는 투명전극들(42)은, 투명 유리 기판으로부터 형성되는 기판(9)상에 소정의 패턴으로 형성된다. ITO(Indium-Tin-Oxide)로 불리우는, 인듐과 주석으로 구성되는 산화물들은 일반적으로 투명 전극들(42)을 위해 사용된다.

유기 EL층(43)은 투명 전극(42) 상에 제공된다. 캐소드(cathode)로서 구성된 금속 전극(44)은 유기 EL층(43) 상에 형성된다. 보호막(45)은 금속 전극(44)과 유기 EL층(43)을 덮도록 형성된다. 금속 전극(44)의 리드(lead)부(44a)는 보호막(45) 으로부터 노출된다. 금속 전극(44)은 마그네슘과 은으로 구성된 합금 또는 알루미늄으로 만들어진다. 금속 전극(44)은 전자들을 공급하기 위한 캐소드의 기능을 가진다.

전압이 전극들(42, 44)들 사이에 인가되는 경우, 양의 홀들은 투명 전극들(42)로부터 유기 EL층(43)에 주입된다. 반면에 전자들은 금속 전극(44)으로부터 유기 EL층(43)으로 주입된다. 이 주입된 양의 홀들과 전자들은 유기 EL층(43)내에서 다시 함께 결합된다. 유기 물질은 재결합의 시간에 여기된다. 따라서 형광은 유기 물질이 여기 상태에서 바닥 상태로 되돌아갈 때 생성된다. 앞의 반응을 촉진시키기 위하여, 유기 EL층(43)은 일반적으로 양의 홀 주입 수송층, 광-방출층, 및 전자 주입 수송층으로 구성된다.

종래의 기술에서 알려진 보호막(45)의 투명도가 충분하지 않다. 이 이유로, 전형적인 유기 EL 장치는 생성된 광이 투명 유리 기판(9)으로부터 추출되도록 만든다. 그러나, 실시예에서, 보호막(45)이 SWP-CVD를 사용하여 생성될 수 있기 때문에 고투명도를 가지는 고밀도 SiN_X 막이 얻어질 수 있다. 그러므로, 이것은 유기 EL 장치가, 광이 도 5에서 점선들로 지시된 것처럼 보호막(45)을 통해 추출되는 정상 방출(top emission) 형태가 될 수 있게 하므로, 유기 EL 장치의 루미넌스(liminance)가 상당히 향상될 수 있다.

도 6은 본 실시예의 SWP-CVD 장치에 의해 성장된 고밀도 SiN_X 막의 투명도 측정의 결과를 나타내는 도면이다. 도 6에서, 수직축은 투과도(%)를 나타내고, 수 평축은 광의 파장(nm)을 나타낸다. 커브 L1은 고밀도 SiN_X 막이 기판 상에서 성장되기 전에 유리 기판의 투과도를 나타낸다. 커브들 L2, L3은 성장된 고밀도 SiN_X 막들의 투과도들을 나타낸다. 커브들 L2, L3은 N₂ 가스 유동율의 관점에서 서로 다르다. 도 6으로부터 명백하듯이, 유리 기판의 투과도와 비교가능한 투과도가 얻어진다. 투과도가 파장에 따라 많이 변화되지 않기 때문에, 보호막(45)은 색깔있는 막으로 간주되지 않는다.

도 5에서 나타난 실시예에서, 보호막(45)은 단일의 층 구조로 되어 있다. 그러나, 도 7에서 나타난 것처럼, 보호막은 3개의 층 구조로 형성될 수 있다. 도 7은 보호막(45)의 확대 단면도이다. 보호막은 3개의 층들로 유기 EL층; 즉, 팽창 스트레스를 가지는 SiN_X 막(451), 압축 스트레스를 가지는 SiN_X 막(452) 및 팽창 스트레스를 가지는 SiN_X 막(453)이 순서대로 형성된다.

N₂ 가스 유동율의 조건하에서 압축 스트레스 증착을 가지는 SiN_X 막(452)은 도 4의 155 (sccm)보다 크다. 반면에, 팽창 스트레스를 가지는 SiN_X 막들(451, 453)은 N₂ 가스 유동율이 155 (sccm)보다 작은 조건에서 성장한다. 특히, SiN_X 막(452)의 증착시, 도 1의 유동량 컨트롤러(18)의 유동율은 155 (sccm)보다 큰 값으로 설정된다. SiN_X 막들(451, 453)의 증착시, 유동량 컨트롤러(18)의 유동율은 155 (sccm)보다 낮은 값으로 설정된다. 여기서, 상기 설명이 도 4를 참조하여 제공되어지고, 155 (sccm)의 값은 스트레스가 압축 스트레스로부터 팽창 스트레스로 변화하 는 유동율로써 주어지지만, 이 값은 또 다른 가스의 유동율에 따라 변화할 수 있다.

N₂ 가스의 유동비를 조정함에 의해서, 본 실시예의 막 증착 장치는 압축 스트레스층과 팽창 스트레스층을 가지는, SiN_X 막의 선택적인 증착을 쉽게 실현한다. 다시 말하면, 작은 잔여 스트레스를 가지는 보호막(즉, SiN_X 막)은 압축 스트레스를 가지는 SiN_X 막과 팽창 스트레스를 가지는 또 다른 SiN_X 막을 교대로 적층하여, 유기 EL 장치 상에 형성될 수 있다.

위의 설명에서, SiN_X 막들(451에서 453)은 단일의 처리 챔버(3)에서 N₂ 가스의 유동율을 변화시킴에 의해 순차적으로 성장된다. 그러나, 3개의 층 구조를 가지는 보호막(45)은 예를 들어, N₂ 가스 유동율이 155 (sccm) 보다 큰 값으로 설정된 제 1 SWP-CVD 장치와 N₂ 가스 유동율이 155 (sccm)보다 작은 값으로 설정된 제 2 SWP-CVD 장치를 이용하여, 형성될 수 있다. 달리 말하면, SiN_X 막(452)의 막 증착이 막을 형성하기 위한 제 1 SWP-CVD 장치의 기판(9)으로 전달되는 경우에, SiN_X 막들(451, 453)의 경우에서, 기판(9)은 제 2 SWP-CVD 장치로 전달된다.

위에서 설명한 것처럼, 이 실시예에서, 팽창 스트레스를 가지는 SiN_X 막과 압축 스트레스를 가지는 SiN_X 막은 보호막(45)을 형성하기 위해 적층이 되도록 교대로 형성된다. 그 결과로, 보호막(45)의 잔여 스트레스가 낮아질 수 있고, 금속 전 극(44)의 레비테이션(levitation) 또는 보호막(45)의 벗겨짐(exfoliation)이 예방될 수 있다.

도 7에서 나타낸 실시예는 예로써 3개의 교대층들을 가짐에 의해 설명된다. 그러나, 보호막(45)의 유일한 조건은 다층 구조를 가지는 것이고, 압축 스트레스를 가지는 SiN_X 막과 팽창 스트레스를 가지는 또 다른 SiN_X 막이 교대로 적층된다. 예를 들어, 도 7에서 나타낸 SiN_X 막(453)은 생략될 수 있고, 보호막(45)은 SiN_X 막(451)과 SiN_X 막(452)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 보호막은 유기 EL층(43)으로부터, SiN_X 막(452)와 SiN_X 막(451)과 같이, 역의 순서로 형성될 수 있다.

도 8은 유기 EL 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다. 도 8에서, 도 5에서 나타내는 것과 동일한, 그 수단은 동일한 참조 번호들로 나타내어지고, 다음의 설명은 그 다른 측면들에 관해서만 촛점이 맞춰질 것이다. 도 5에서 나타낸 유기 EL 장치는 기판(9)으로써 유리 기판을 채용한다. 그러나, 제 2 실시예에서, 투명 수지 기판(50)이 유리기판 대신에 사용된다. 유기 EL 장치가 투명 수지 기판(50) 상에 제작되는 경우, 고밀도 SiN_X 막(51)이 도 1에서 나타낸 막 증착 장치를 사용함에 의해 투명 수지 기판(50)상에 형성된다. 투명 전극(42), 유기 EL층(43) 및 금속 전극(44)과 같은 유기 EL 장치의 구성 수단은 고밀도 SiN_X 막(51) 상에 형성되고, 보호막(45)은 유기 EL층(43)을 밀봉하기 위해 고밀도 SiN_X 막으로부터 형성된다.

투명 수지 기판(50)은 위에서 설명된 유리 기판(9)과 비교하여 수분 투과성 이 충분하지 않으므로, 고밀도 SiN_X 막(51)은 투명 수지 기판(50)의 수분 투과성을 보상하도록 제공된다. 고밀도 SiN_X 막(51)의 투명도가 높기 때문에, 광의 추출이 투명 수지 기판(50)에 의해 영향받지 않을 수 있다. 또한, 투명 수지 기판(50)은 또한 열 저항성에 관하여 유리 기판(9)보다 열등하므로, 투명 수지 기판(50)은 고밀도 SiN_X 막(51)의 형성 동안에 일어날 온도의 가파른 증가에 의해 열화될 수 있다.

그러나, 이 실시예의 막 증착 장치에서, 투명 수지 기판(50)은, He 가스가 냉각된 기판 홀더(8)의 홈들(82)을 통해 흐르도록 야기시킴에 의해 He가스에 의해 냉각시킬 수 있다. 결과적으로, 투명 수지 기판(50)의 상기 온도의 가파른 증가는 미리 억제될 수 있다. 그러므로, 유기 EL 요소의 제조는 비록 열적으로 보다 열등한 특성을 가진다 하더라도 투명 수지 기판(50) 상에 형성될 수 있다.

도 1에서, 위의 실시예들 사이의 상관관계와 관련하여, 마이크로파 생성 수단은 마이크로파 생성부(1); 도파관(2)에 의한 마이크로파 전달 수단; 냉각 홀더(8), 냉각 장치(4), 및 헬륨 가스원(5)에 의한 냉각 수단; 가스 공급 파이프(16)에 의한 제 1 공급부; 가스 공급 파이프(17)에 의한 제 2 공급부; 가스 공급 파이프(16)로부터 공급된 가스로써의 제 1 가스; 및 가스 공급 파이프(17)로부터 공급된 가스로써의 제 2 가스에 의해 나타내어진다. 더욱이, 도 4에서 나타낸 155 (sccm)보다 큰 N₂ 가스 유동율에 대응하는 질소 가스의 농도는 제 1 소정의 농도에 대응한다. 도 4에서 나타낸 155 (sccm)보다 작은 N₂ 가스 유동율에 대응하는 질소 가스의 농도는 제 2 소정의 농도에 대응한다. 본 발명의 특징들이 생략되지 않더라도, 본 발명은 이 실시예들에 제한되지 않는다.

본 발명에 따라 설명된 것처럼, SWP-CVD를 사용한 막 증착 장치는 기판을 냉각시키기 위한 냉각 수단이 제공된다. 따라서, 고밀도 SiN_X 막은 기판 상에 제공된 유기 EL 장치에 열 손상을 야기시키지 않고 보호막으로 형성될 수 있다.

Claims

마이크로파 생성 수단;

유전체로 만든 윈도우를 가지는 처리 챔버;

마이크로파를 상기 처리 챔버안으로 방사하도록 상기 마이크로파 생성 수단에 의해 생성된 상기 마이크로파를 상기 유전체 윈도우로 안내하는 마이크로파 전달 수단;

기판 위에 형성된 유기 EL 장치를 가지는 상기 기판을 냉각시키기 위한 냉각 수단을 포함하고,

막 증착 가스가, 상기 기판이 상기 냉각 수단에 의해 냉각되는 동안 상기 처리 챔버 안으로의 상기 마이크로파의 방출에 의해 생성된 표면파 플라즈마의 사용으로 분리되고 여기되며, 그에 의해 표면파 플라즈마(SWP) CVD를 통해 상기 유기 EL 장치 상의 보호막으로써 제공되는, 실리콘 질화막을 형성하는, 막 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

가스 공급 수단에 의해 공급되는 상기 막 증착 가스는, 적어도 질소를 포함하고 플라즈마내에 라디칼들(radicals)을 생성하는 제 1 가스와 실렌(silane) 가스를 포함하는 제 2 가스로 형성되며, 또한 상기 가스 공급 수단은 제 1 가스를 상기 처리 챔버로 공급하기 위한 제 1 공급부와 상기 제 2 가스를 상기 제 1 가스가 공급되는 위치보다 상기 기판에 더 가까운 위치로 공급하기 위한 제 2 공급부를 가지는, 막 증착 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 냉각 수단은 그 표면 상에 형성된 홈들을 가진 적어도 냉각 홀더를 포함하고, 상기 홈들은 기판을 냉각시키기 위해 냉각 가스를 공급하기 위해 사용되는, 막 증착 장치.
실리콘 질화막의 내부에 생성되어지는 압축 스트레스로 상기 실리콘 질화막을 형성하기 위한 제 1 막 형성 단계;

또 다른 실리콘 질화막의 내부에 생성되어지는 팽창 스트레스로 상기 또 다른 실리콘 질화막을 형성하기 위한 제 2 막 형성 단계, 및

기판 상에 교대로 상기 실리콘 질화막과 상기 또 다른 실리콘 질화막을 적층함에 의해 보호막을 형성하기 위한 보호막 형성 단계를 포함하고,

상기 실리콘 질화막과 상기 또 다른 실리콘 질화막의 각각의 막 증착은, 상기 질소의 미리 정해진 농도가 서로 다르게 설정되는 적어도 질소를 포함하는 막 증착 가스에 의해 수행되는, 유기 EL 장치를 위한 보호막 제조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 막 증착 가스는 표면파 플라즈마 CVD(SWP-CVD)의 방법을 사용하여 분리되고 여기되는, 유기 EL 장치를 위한 보호막 제조 방법.