KR100637127B1 - 박막 증착 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판과 증착원과의 거리를 최소화시키면서 증착막의 균일도를 향상시키기 위한 것으로, 박막이 증착될 기판을 준비하는 단계와, 증착재료를 가열하여 진공 분위기에서 증발시켜 상기 기판에 증착시키는 증착원을 적어도 둘 이상 준비하는 단계 및 상기 증착원들이 상기 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 방식으로 상기 증착재료를 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 하는 증착 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

박막 증착 방법 및 그 장치{Method of vacuum evaporation and apparatus the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따라 증착된 박막과 비교예의 박막의 균일도를 비교한 그래프.

도 4는 증착원들의 위치에 따른 균일도를 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 진공챔버 2: 입구

3: 출구 4: 기판 이송 수단

5: 이송 레일 6: 기판 지지수단

10,20: 증착 포트 12,22: 수평 이동 장치

24: 수직 이동 장치 100: 기판

200: 마스크

본 발명은 박막 증착 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 EL 소자의 박막을 균일하게 증착시킬 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

EL 소자는 자발 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로써 주목받고 있다.

EL 소자는 발광층(emitter layer) 형성용 물질에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

일반적인 유기 EL 소자는, 기판 상부에 소정패턴의 양극층이 형성되어 있고 이 양극층 상부에는 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층이 순차적으로 형성되고, 상기 전자수송층의 상면에는 상기 양극층과 직교하는 방향으로 소정 패턴의 음극층이 형성되어 있다. 여기에서 홀 수송층, 발광층 및 전자수송층 은 유기 화합물로 이루어진 유기박막들이다.

이러한 유기 EL 소자를 제작함에 있어서, 기판 상에 유기재료로서 내부 절연막, 양극, 음극, 홀 수송층, 전자 수송층 및 유기 발광층 등 여러 박막층들을 형성하여야 하는 데, 이러한 박막층들은 통상 진공 증착법에 의해 형성된다.

상기 진공 증착 방법은 일반적으로 진공 챔버 내에 기판을 장착한 다음, 증착 물질을 담은 증착포트를 가열하여 그 내부의 유기재료를 증발시킴으로써 박막을 제작한다.

유기 EL소자의 박막을 이루는 상기 유기재료는 10E-6 내지 10E-7 torr의 진공도에 250 내지 450℃ 정도의 온도범위에서 증발한다. 한편 전극재료는 유기재료와 비교하여 일반적으로 고온에서 증발하게 되는데, 이러한 증발온도는 재료의 종류에 따라 다양하다. 가장 일반적으로 이용되는 마그네슘(Mg)은 500 내지 600℃, 은(Ag)은 1000℃ 이상에서 증발한다. 또한 전극재료로서 이용되는 알루미늄(Al)은 1000℃내외에서 증발하며, 리튬(Li)은 300℃ 정도에서 증발한다.

상기와 같은 유기물질을 기판에 증착시키는 데 있어서 가장 중요한 것은 기판 전체에 걸쳐 증착되는 막의 두께가 균일하게 되어야 한다는 점이다. 따라서, 이렇게 기판에 증착되는 박막의 균일도를 최적화시키기 위한 노력이 다양하게 시도되고 있다.

증착막의 균일도를 높이기 위한 방법으로 흔히 사용되는 것은 단일의 증착원을 사용하는 경우에 기판을 회전하거나, 증착원과 기판과의 거리를 최대화시키는 것이다. 그러나, 설비의 문제 등으로 인하여 기판과 증착원과의 거리를 최대화시키는 데는 한계가 있으며, 기판을 회전시키는 경우에도 단일의 증착원으로는 증착물의 입사각에 따라 기판에 증착밀도가 균일하지 않게 되는 문제가 있다.

그래서 최근에는 상기와 같은 한계들을 해결하고 증착원과 기판과의 거리를 최소화시키면서 아울러 균일도를 높이기 위하여 대칭형 구조의 다중 증착원을 사용하고 있다. 그러나, 이 경우에도 증착시 진공도가 10E-6 내지 10E-7 torr인 관계로 기판과 증착원사이의 거리를 최소화시키는 데는 한계가 있다.

또한, 이러한 대칭형 다중 증착원을 사용하는 경우에 있어서, 기판에 마스크를 부착하여 증착을 하는 경우에는 마스크의 슬릿과 증착면과의 사이에서 오는 그림자 현상(Shadow-effect) 문제로 인하여 막의 균일도를 조절하기는 더욱 어려우며, 이 그림자 현상을 극복하기 위하여 기판과 증착원 사이의 거리를 최대로 증대시켜야 한다는 문제점이 있다.

이렇게 막의 균일도를 조절함에 있어 기판과 증착원 사이의 거리는 매우 중요한 인자로 작용하게 되는 데, 기판과 증착원 사이의 거리가 길어지면 막의 균일도는 높아진다. 그러나, 기판과 증착원 사이의 거리가 커지면, 증착률이 저하되고 증발되는 증발재의 특성이 변화될 수 있으며, 아울러 보다 큰 설비가 요구되는 등의 문제가 있다. 따라서, 기판과 증착원 사이의 거리를 너무 길게 잡지 않고도 증착막의 균일도를 높일 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판에 증착되는 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 박막 증착 방법 및 그 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 기판과 증착원과의 거리를 최소화시키면서, 아울러 전체 설비의 크기를 최소화할 수 있는 박막 증착 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막 증착 방법은, 박막이 증착될 기판을 준비하는 단계와, 증착재료를 가열하여 진공 분위기에서 증발시켜 상기 기판에 증착시키는 증착원을 적어도 둘 이상 준비하는 단계 및 상기 증착원들이 상기 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 방식으로 상기 증착재료를 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

이 때, 상기 증착원들이 상기 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 것은 상기 증착원들이 기판과 동일 거리를 유지하도록 하면서 증착시키는 방식, 또는 상기 증착원들이 기판과 서로 다른 거리를 유지하도록 하면서 증착시키도록 하는 방식으로 행해질 수 있다.

본 발명의 박막 증착 방법에 있어서, 상기 증착원들은 상기 기판의 중심에 대하여 서로 비대칭적으로 배치되도록 할 수 있으며, 상기 기판은 증착시 회전하도록 하여 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 증착 장치는, 내부가 진공으로 유지되며 일측에 입구와 타측에 출구를 구비한 진공 챔버와, 상기 입구와 출구를 통해 상기 진공 챔버를 관통하며 증착될 기판을 이송하는 기판 이송 수단과, 상기 기판 이송 수단에 장착되고 상기 기판을 지지하는 기판 지지수단과, 상기 진공 챔버 하부에 설치되어, 증착 물질을 수납·가열함에 따라 상기 기판의 서로 다른 부분에 박막을 증착시키는 적어도 둘 이상의 증착 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 그 증착 수단들이 진공 챔버 하부에서 평행이동이 가능하도록 설치되거나, 평행 및 수직이동이 가능하도록 설치되도 록 할 수 있다.

그리고, 상기와 같은 증착 수단들은 상기 기판을 중심으로 서로 비대칭적으로 배치되도록 할 수 있으며, 각각 독립적으로 제어되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어 상기 기판 지지수단은 회전이 가능하도록 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 박막 증착 방법을 실시할 수 있는 박막 증착 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 구성도로, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 내부가 진공으로 유지되며, 일측에 입구(2)와 타측에 출구(3)를 갖는 진공 챔버(1)를 구비한다.

증착물질이 증착될 기판(100)은 상기 입구(2)와 출구(3)를 통해 진공 챔버(1)를 관통하도록 배설된 기판 이송 수단(4)에 의해 진공 챔버(1) 내부로 이송된다. 이 때, 기판(100)은 그 상부에서 기판 지지 수단(6)에 의해 지지되고, 이 기판지지 수단(6)은 기판 이송 수단(4)에 설치되어 진공 챔버(1)내로의 출입이 가능하도록 한다.

진공 챔버(1)의 하부에는 적어도 둘 이상의 증착수단이 설치되는 데, 이 증착 수단은 증착 물질을 수납하는 증착 포트(10a)(10b)와 이 증착 포트를 가열하는 가열 수단(미도시)을 포함한다.

증착 포트는 도 1에서 볼 수 있듯이, 증착 포트들(10a)(10b)에 별도로 장착 된 이동 장치(12a)(12b)가 챔버(1) 내부에 설치된 이송 레일(5)과 결합되도록 하여 진공 챔버(1) 내부에서 이동이 가능하도록 설치된다. 따라서, 도 1과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 증착 포트들(10a)(10b)은 상기 이송 레일(5)을 따라 증착 챔버(1) 내를 수평 이동하게 된다.

도 1의 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 증착 장치에 있어서는 상기 증착 포트는 제1증착 포트(10a)와 제2증착 포트(10b) 두 개를 구비한다. 상기 제 1증착 포트(10a)와 제2증착 포트(10b)는 모두 진공 챔버(1)의 하부에 배설된 이송 레일(5)을 따라 포트 하부에 설치된 이동 장치(12a)(12b)에 의해 평행이동을 할 수 있다. 그리고, 기판(100)은 그 상면이 지지 수단(6)에 의해 지지되어 회전된다.

이러한 구조의 증착 장치에 있어서, 제1 증착 포트(10a)와 제 2 증착 포트(10b)는 각각 기판(100)의 서로 다른 부분을 증착시키게 된다. 곧, 제 1증착 포트(10a)는 기판(100)의 중심에서 반지름의 대략 1/2이 되는 거리까지를 증착시키고, 제 2증착 포트(10b)는 기판(100) 그 외의 부분 곧, 반지름의 1/2 거리부터 기판의 최가장자리까지를 증착시키게 된다.

따라서, 제 1증착 포트(10a)는 기판(100)의 중심으로부터 반지름의 1/2 거리인 L1 구역 내에 배치되도록 하고, 제 2증착 포트(10b)는 기판(100)의 반지름의 1/2 거리에서부터 기판의 최가장자리까지인 L2 구역 내에 배치되도록 한다.

이렇게 배치되면 제 1증착 포트(10a)는 기판(100)의 중심부분의 증착을 담당하게 되고, 제 2증착 포트(10b)는 기판(100)의 주변부분의 증착을 담당하게 된다. 따라서, 본 발명에 있어서는 상기와 같은 증착 포트들이 서로 비 대칭적으로 배치 되어 기판의 서로 다른 부분을 증착시키게 된다.

한편, 도 1에서 설명되지 않은 부호 θ는 각 증착 포트(10a)(10b)가 증착시킬 수 있는 수직방향에 대한 최대의 증착 입사각을 말하는 것으로, 이는 배치되어야 할 증착 포트의 개수를 결정해 주게 된다. 곧, 최대 증착 입사각인 θ에 의해 한 증착 포트에 의해 증착이 이루어질 수 있는 범위가 정해지게 되므로, θ가 지나치게 작은 경우에는 증착 포트를 3 개 이상으로 배치해야 한다.

상기와 같은 증착 포트들(10a)(10b)은 각각 개별적으로 제어되어 증착막의 균일도를 최적화할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 것으로, 증착이 이루어질 기판(100)의 하부에 마스크(200)를 개재한 경우를 나타낸 것이다.

기판에 마스크를 적용하여 소정의 패턴을 갖는 막을 증착시킬 때에는 증착되는 막의 균일도를 얻기는 더욱 힘이 든다. 특히 마스크로 인한 그림자 현상(Shadow effect)를 억제하기 위해서는 증착포트의 배치를 상기와 같은 평면적 비대칭이 아닌 입체적 비대칭으로 가져가야 할 필요가 있게 된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 증착 장치에서는 서로 다른 두 개의 증착 포트들(20a)(20b)을 수평 방향으로 비대칭이 되도록 배치할 뿐 아니라 수직방향, 곧 포트들의 높낮이를 달리하여 기판과 증착원간의 각도까지도 조절하였다.

곧, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판의 중앙 부분, 곧 기판의 중심으로 부터 반지름의 1/2이 되는 거리까지를 증착하는 제 1증착포트(20a)는 수평으로는 상기와 같이 L1의 구역 내에 위치하도록 하고, 수직으로는 기판(100)에 배치된 마스크(200)와의 거리가 h1이 되도록 배치한다. 그리고 제 2증착포트(20b)는 수평으로는 L2의 구역 내에 배치하고, 수직으로는 마스크(200)와의 거리가 h2가 되도록 배치한다. 이렇게 되면 각 증착포트들에 의해 증착되는 증착 각도는 θ1 및 θ2가 되고, 이 θ1 및 θ2를 변화시켜 그림자 현상(shadow effect)을 억제하고 균일도를 증대시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 θ1과 θ2의 변화는 상기 제 1,2 증착포트들(20a)(20b)이 각각 개별적으로 제어되도록 하여 그 높이와 수평방향의 위치를 변화시킴에 의해 해결할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 증착 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참고로, 마스크를 사용하지 않고 기판을 증착시킬 경우를 설명하면, 우선, 기판(100)을 지지 수단(6)에 의해 지지하고, 진공 챔버(1) 내로 투입한다.

그리고, 제 1,2증착 포트들(10a)(10b)은 미리 균일한 막을 얻을 수 있는 최적의 위치에 배치시키고, 내부에 증착물질을 수납한다. 진공 챔버(1)의 내부가 진공이 되도록 한 상태에서 상기 증착 포트들(10a)(10b)을 가열하여 증착물질들을 증발시킨다. 이 때, 제 1증착 포트(10a)로부터 증발되는 증착물질들은 기판(100)의 중앙부분에 증착되도록 하고, 제 2증착 포트(10b)로부터 증발되는 증착물질들은 기 판(100)의 가장자리부분에 증착되도록 한다. 그리고, 증착이 이루어지는 동안에 기판(100)은 회전하도록 하여 기판(100)의 전면에 걸쳐 증착밀도가 균일하게 이뤄질 수 있도록 한다.

또한, 상기와 같이 증착 포트들(10a)(10b)의 위치가 비대칭이 되도록 하고, 이들이 증착시키는 부분을 구분하여 서로 보완이 되도록 함으로써 기판과 증착 포트들(10a)(10b)간의 거리를 최소화할 수 있다.

다음으로, 기판(100)에 마스크(200)를 개재하여 증착시킬 경우를 설명한다.

도 2를 참조하여, 진공 챔버(1) 내에 마스크(200)를 하면에 댄 기판(100)을 설치하고, 그 하부에는 미리 최적의 균일도를 낼 수 있도록 제 1포트(20a)와 제 2포트(20b)의 수평,수직 위치를 잡는다. 그리고, 상기 각 증착 포트들(20a)(20b)에 증착물질을 수납하고, 진공 챔버(1) 내를 진공으로 유지하면서 증착포트들을 가열하여 증착물질을 증발시킨다.

이 때, 제 1포트(20a)는 기판(100)의 중앙부분을 증착시키도록 하고, 제 2포트(20b)는 기판(100)의 가장자리부분을 증착시키도록 한다. 물론 이 때에도 기판(100)은 회전하도록 하여 기판의 전면에 고루 증착이 이뤄질 수 있도록 한다.

이렇게 증착 포트들(20a)(20b)의 수평 위치 뿐만 아니라 수직 위치까지도 가변시키는 것은 마스크를 사용하는 경우 뿐만 아니라, 그 이외의 경우에도 모두 적용될 수 있다. 또한 이러한 증착 장치들은 기판과 증착원간의 거리를 더욱 더 작게 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 증착 방법은 상기 도 1 및 도 2와 같은 본 발명 의 바람직한 실시예에 의한 증착 장치에 의해 실시될 수 있으나, 비단 상기와 같은 구성에 의해서만 이뤄질 수 있는 것은 아니며, 그 외에 본 발명의 기술적 사상을 이룰 수 있는 어떠한 구조의 장치여도 적용할 수 있다.

이렇게 제조된 증착막은 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 기존의 증착막에 비해 막의 균일도가 크게 향상됨을 알 수 있다. 곧, 증착원을 대칭형으로 배치한 비교예(Ⅱ)의 경우 기판의 가장자리로 갈수록 증착막의 두께는 현저히 감소하는 데 반하여, 본 발명의 비대칭형 증착원을 사용한 시험예(Ⅰ)의 경우에는 비교적 양호한 두께편차를 나타냄을 알 수 있다.

도 5는 두 개의 증착원의 거리가 달라짐에 따라 증착막의 균일도를 나타낸 것이다. 그림에서 진하게 표시된 부분일수록 균일도가 양호한 것을 말하며, 엷게 표시된 부분은 균일도에 나쁜 영향을 미치는 것을 나타낸다.

이렇게 도 5에서도 볼 수 있듯이, 양 증착원의 기판의 중심으로부터의 거리가 비대칭적인 부분에서 증착막의 균일도는 향상되었음을 알 수 있고, 특히 A, B, C 부분에서는 기판의 균일도가 최적임을 알 수 있다. 이러한 그림을 통하여 사전에 각 증착물질에 대하여 증착원이 배치되어야 할 최적의 위치를 찾을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 박막 증착 방법 및 그 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 기판과 증착원간의 거리 및 증착원들간의 거리를 개별적으로 제어함으로 인해 증착막의 균일도가 최적이 되도록 할 수 있다.

둘째, 적어도 2개 이상의 증착원이 상호 보완적으로 기판을 증착시킴으로 인해 기판과 증착원간의 거리를 대폭 줄일 수 있다.

셋째, 기판과 증착원간의 거리가 줄어듦으로 인하여 증착 재료의 효율을 향상시킬 수 있다.

넷째, 증착원에서 기판으로의 증착 각도를 조절함으로 인해 마스크를 부착하여 증착할 경우 발생하게 되는 현상인 그림자 현상(Shadow effect)을 최소화할 수 있다.

다섯째, 기판과 증착원간의 거리가 줄어듦으로 인하여 보다 소형의 설비로 증착할 수 있게 된다.

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 (11)

1. 박막이 증착될 기판을 준비하는 제1단계;

   증착재료를 가열하여 진공 분위기에서 증발시켜 상기 기판에 증착시키는 증착원을 적어도 둘 이상 준비하는 제2단계; 및

   상기 증착원들이 상기 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 방식으로 상기 증착재료를 증착시키는 제3단계;를 포함하고,

   상기 증착원들은 상기 기판의 중심에 대하여 서로 비대칭적으로 배치되어 있는 박막 증착 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제3단계는, 상기 기판의 수평면에 직각 방향의 거리가 동일하게 유지된 적어도 둘 이상의 증착원들이 각각 상기 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제3단계는 상기 기판의 수평면에 직각 방향의 거리가 서로 다르게 유지하도록 한 적어도 둘 이상의 증착원들이 각각 기판의 서로 다른 부분을 증착시키도록 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
4. 삭제
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판은 증착시 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
6. 내부가 진공으로 유지되며 일측에 입구와 타측에 출구를 구비한 진공 챔버;

   상기 입구와 출구를 통해 상기 진공 챔버를 관통하며 증착될 기판을 이송하는 기판 이송 수단;

   상기 기판 이송 수단에 장착되고 상기 기판을 지지하는 기판 지지수단; 및

   상기 진공 챔버 하부에 설치되어, 증착 물질을 수납·가열함에 따라 상기 기판의 서로 다른 부분에 박막을 증착시키는 적어도 둘 이상의 증착 수단;을 포함하고,

   상기 증착 수단들은 상기 기판을 중심으로 서로 비대칭적으로 배치되는 박막 증착 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 증착 수단들은 진공 챔버 하부에 평행이동이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 증착 수단들은 진공 챔버 하부에 평행 및 수직이동이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
9. 삭제
10. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 증착 수단들은 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
11. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판 지지수단은 회전이 가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.

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