KR100649200B1 - 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

막 두께 감지 센서의 특성으로 인해 박막 두께가 기판별로 불균일하게 형성되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치는 복수의 크리스탈 센서를 구비하는 막 두께 감지 센서를 구비하며, 상기 크리스탈 센서는 이상 현상 발생 구간에 해당하는 박막 두께 이상, 예컨대 600 내지 5,000Å의 두께로 박막이 프리코팅된다. 이로써, 물질 스트레스에 기인한 이상 현상을 방지할 수 있어 센서 작동 초기와 그 후의 기판별 박막 두께가 불균일하게 형성되는 것을 방지할 수 있다.

오엘이디, 유기, 발광, quartz crystal, 재료 스트레스, Mg, 프리코팅

Description

박막 증착장치{APPARATUS FOR SPUTTERING THIN FILM}

도 1은 센서 작동 초기에 발생하는 이상 현상을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시한 막 두께 감지 센서의 구성 및 설치 상태를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막 두께 감지 센서의 특성으로 인해 박막 두께가 기판별로 불균일하게 형성되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착장치에 관한 것이다.

최근, 음극선관의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판 표시장치는 액정 표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)), 전계 방출 표시장치(FED: Field Emission Display), 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel) 및 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Display) 등이 있다.

이 중에서 상기 유기 발광 표시장치는 유기물 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다. 이러한 유기 발광 표시장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량이며, 박형이고, 시야각이 넓을 뿐만 아니라, 응답 속도 또한 빠르다는 장점을 구비한다.

상기한 유기 발광 표시장치의 유기 발광 소자는 다이오드 특성을 가져서 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode)라고도 불리우며, 기판상에 적층식으로 형성되는 애노드 전극과 유기막 및 캐소드 전극을 포함한다.

상기 유기막은 유기 발광층(emitting layer: EML)을 구비하는데, 이 유기 발광층에서 정공과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛이 발생한다.

발광 효율을 보다 높이기 위해서는 정공과 전자를 유기 발광층으로 보다 원활하게 수송해야 한다. 이를 위해 캐소드 전극과 유기 발광층 사이에는 전자 수송층(Electron Transport Layer; ETL)이 배치될 수 있고, 애노드 전극과 유기 발광층 사이에는 정공 수송층(Hole Transport Layer; HTL)이 배치될 수 있으며, 또한 애노드 전극과 정공 수송층 사이에 정공 주입층(Hole Injection Layer; HIL)이 배치될 수도 있고, 캐소드 전극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층(Electron Injection Layer; EIL)이 배치될 수도 있다.

기판상에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공 증착(evaporation)법, 이온 플레이팅(ion plating)법, 및 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리 기상 증착 (PVD)법과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다.

이 중에서, 유기 발광 소자의 유기막 및 전극을 포함하는 박막층 형성에는 진공 증착법이 주로 사용된다.

진공 증착법을 이용하여 박막을 형성하는 일반적인 진공 증착장치에서, 증착 챔버의 상부에는 기판이 장착되고, 증착 챔버의 하부에는 증착 물질, 예컨대 유기 재료 또는 전극 재료를 함유하는 도가니가 배치되며, 도가니의 외측에는 증착 물질을 증발시키기 위한 열원으로서의 열선이 배치된다.

이때, 상기 도가니는 증발된 물질의 증착 특성을 고려하여 기판의 중심부로부터 일정한 거리만큼 오프셋(offset)된 상태로 설치되며, 상기 기판은 일정한 회전 속도로 회전된다.

한편, 챔버의 내부에는 도가니로부터 증발되어 기판에 증착되는 증착 물질의 막 두께를 감지하기 위한 막 두께 감지 센서가 설치된다.

상기 막 두께 감지 센서는 흡착되는 증착 물질의 양에 따라 가변적인 압전 주파수를 발생하여 케이블을 통해 막 두께 판별 모듈로 출력하는 압전 소자, 예컨대 크리스탈 센서(quartz crystal)로 이루어진다.

그런데, 상기한 구성의 크리스탈 센서는 증착 물질의 증착량이 증가됨에 따라 정밀도가 저하되고, 또한 막 두께 편차가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 크리스탈 센서의 사용 수명이 다한 경우에는 새로운 센서를 사용하여 막 두께를 감지해야 하는데, 상기 센서를 교환하기 위해서는 증착 공정을 중지하고 챔버를 개방해야 한다.

이에, 상기한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 막 두께 감지 센서가 복수개의 크리스탈 센서를 구비하도록 하고, 어느 한 개의 센서 수명이 다한 경우에는 센서 모듈을 자동으로 회전시켜 새로운 센서가 증착 물질에 노출되도록 함으로써, 증착 공정을 연속적으로 진행할 수 있도록 구성하고 있다.

그리고, 상기한 증착장치는 크리스탈 센서에서 입력되는 신호에 따라 상기 열선을 제어하여 도가니의 온도, 즉 증착 온도를 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부는 수명이 다한 크리스탈 센서를 교환하도록 센서 모듈을 회전시키기도 한다.

그런데, 상기한 종래의 증착장치를 이용하여 기판상에 전극을 형성할 때, 전극 물질로 사용되는 물질중 산화성이 강한 일부 물질, 예컨대 마그네슘의 경우에는 상기한 크리스탈 센서를 교환한 직후 이 센서를 통해 감지되는 전극 물질의 증착률이 0(zero)으로 검출되는 이상 현상이 발생된다.

상기한 이상 현상은 물질 스트레스(material stress)에 기인한 주파수(frequency) 흔들림으로 인해 발생하는 것으로 추정할 뿐 아직까지 정확한 원인은 알려지지 않고 있다.

상기한 이상 현상에 대해 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 이상 현상 발생 구간(A)은 센서 교환 후 이상 현상이 발생하는 구간으로서, 상기한 이상 현상은 센서 교환 시점(A구간이 시작되는 시점)으로부터 시작하여 센서에 증착되는 박막 두께가 대략 600Å 정도가 되는 시점까지 발생 된다.

상기한 이상 현상 발생 구간(A)중 제1 구간(A1)은 박막을 설정 증착률(0.9Å/sec)로 증착하기 위해 증착 온도(대략 440℃)를 일정하게 유지한 구간이다. 따라서, 상기한 이상 현상이 발생되지 않는다면 센서에 의해 감지되는 증착률(Å/sec)이 0.9Å/sec여야 하지만, 상기한 이상 현상이 발생됨으로 인해 실제적으로는 상기 센서에 의해 감지되는 증착률(Å/sec)이 0Å/sec에서 0.9Å/sec까지 계단식으로 올라가는 것을 알 수 있다.

그리고, 이상 현상 발생 구간(A)중 제2 구간(A2)은 증착 온도를 455℃까지 상승시켰다가 강제적으로 445℃로 하강시킨 구간으로서, 센서에 의해 감지되는 증착률(Å/sec)이 0.4Å/sec에서 0.9Å/sec까지 계단식으로 올라가는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 센서 교환 직후로부터 일정 시간(이상 현상 발생 구간에 해당하는 시간) 동안에는 센서 작동이 불량하게 이루어지므로, 이상 현상이 발생하는 구간 내에서 증착이 이루어진 기판 또는 기판들과 상기 구간 이후에 증착이 이루어진 기판들은 박막 두께 차이로 인해 유기 발광 표시장치의 특성이 달라지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 이상 현상 발생 구간 동안에는 상기 제어부가 증착률(Å/sec)을 일정한 값(0.9 내지 1.0Å/sec)으로 유지하기 위해 증착 온도를 지속적으로 상승시키게 되므로, 이로 인해 도가니 내부에 채워진 증착 물질이 튀는 스플래쉬(splash)성 불량이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 막 두께 감지 센서의 특성으로 인해 박막 두께가 기판별로 불균일하게 형성되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이상 현상 발생 구간에 해당하는 박막 두께 이상, 예컨대 600 내지 5,000Å의 두께만큼 크리스탈 센서를 프리코팅한 박막 증착장치를 제공한다.

이러한 구성에 의하면, 산화성이 강한 금속 물질, 예컨대 마그네슘을 기판상에 증착하는 경우에도 물질 스트레스에 기인하는 이상 현상이 발생하지 않으므로, 기판별 박막 두께의 불균일 문제를 해결할 수 있다.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 제어부는 박막 증착률이 1.0Å/sec로 유지되도록 증착 온도를 450℃로 유지시킨다.

그리고, 막 두께 감지 센서의 인접 하부에는 복수의 홀이 형성된 플레이트 형상의 쵸퍼를 설치하며, 박막 증착동안 상기 쵸퍼를 회전 작동시킨다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치의 구성을 나타내는 개략도이 고, 도 3은 도 2에 도시한 막 두께 감지 센서의 구성 및 설치 상태를 나타내는 개략도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착장치는 증착 챔버(10)를 구비한다.

증착 챔버(10)의 내측 상부에는 기판(20)을 장착하기 위한 기판 장착부(30)가 설치되고, 증착 챔버(10)의 하부에는 도가니(40)가 배치된다.

상기 도가니(40)에는 산화성이 강한 금속 물질, 예컨대 마그네슘(42)이 채워져 있으며, 도가니(40)의 외측에는 마그네슘(42)을 증발시키기 위한 열원으로서의 열선(44)이 배치된다.

그리고, 상기 도가니(40)는 증발된 물질의 증착 특성을 고려하여 기판(20)의 중심부로부터 일정한 거리만큼 오프셋(offset)된 상태로 설치되며, 막 두께 균일성을 향상시키기 위해 상기 기판(20)은 모터(M1)에 의해 일정한 회전 속도로 회전된다.

한편, 챔버(10)의 내부에는 도가니(40)로부터 증발되어 기판(20)에 증착되는 마그네슘(42)의 막 두께를 감지하기 위한 막 두께 감지 센서(50)가 설치된다.

상기 막 두께 감지 센서(50)는 챔버(10) 내부에 장착된 센서 설치 프레임(52)에 설치되며, 센서 설치 프레임(52)에는 쵸퍼 설치 프레임(54)이 구비되고, 쵸퍼 설치 프레임(54)에는 쵸퍼(56) 및 이 쵸퍼(56)를 구동하기 위한 모터(M2)가 설치된다.

상기 막 두께 감지 센서(50)는 흡착되는 증착 물질의 양에 따라 가변적인 압 전 주파수를 발생하는 크리스탈 센서(58)를 복수개 구비하며, 상기한 크리스탈 센서(58) 중에서 어느 하나만 노출시키는 하우징(미도시함)을 구비한다.

센서 교환으로 인한 증착 공정의 중단을 방지할 수 있도록 하기 위해, 상기한 크리스탈 센서(58)들은 제어부(60)에 의해 센서 교환 시기마다 회전 작동된다.

따라서, 어느 한 개의 센서 수명이 다한 경우에는 제어부(60)에 의해 센서가 자동으로 회전되어 새로운 센서가 마그네슘(42)에 노출되므로, 증착 공정을 연속적으로 진행할 수 있다.

한편, 상기한 크리스탈 센서()58들은 위에서 설명한 이상 현상 발생을 방지하기 위해 미리 일정 두께의 박막이 프리코팅 된다.

상기한 프리코팅 박막은 센서 제조 과정에서 미리 코팅될 수 있으며, 증착 챔버(10)의 내부에 기판(20)을 공급하기 전에 코팅될 수도 있다.

크리스탈 센서(58)의 바람직한 프리코팅 두께는 도 1에 도시한 이상 현상 발생 구간에 해당하는 박막 두께 이상으로서, 본 실시예에서는 600 내지 5,000Å을 제안한다.

이는 프리코팅된 박막 두께가 600Å 미만인 경우에는 이상 현상을 방지할 수 없고, 5,000Å 이상인 경우에는 프리코팅된 박막으로 인해 센서 수명이 단축되기 때문이다.

그리고, 쵸퍼 설치 프레임(54)에 설치되는 상기 쵸퍼(56)는 일정 크기의 홀(56')을 복수개 구비한 원판형상의 플레이트로 이루어지며, 막 두께 감지 센서(50)에 구비된 크리스탈 센서(58)의 인접 하부에 설치된다.

이때, 상기 홀(56')의 개수 및 크기는 상기 홀(56')을 통해 크리스탈 센서(58)에 증착되는 마그네슘(42)의 증착량이 기판(20)에 증착되는 증착량의 30% 이하가 되도록 적절한 범위 내에서 설정한다.

이러한 구성에 의하면, 상기 크리스탈 센서(58)는 홀(56')을 통해 마그네슘(42)에 노출되는 동안에만 마그네슘(42)이 증착된다.

따라서, 크리스탈 센서(58)에 증착되는 마그네슘(42)의 증착량은 상기 기판(20)에 증착되는 증착량의 30% 이하가 되므로, 센서 수명이 연장된다.

그리고, 막 두께 감지 센서(50)의 크리스탈 센서(58)들을 회전 작동시키는 제어부(60)는 크리스탈 센서(58)로부터의 전기적인 신호를 입력받고, 증착률이 일정한 값, 예컨대 0.9 내지 1.0Å/sec를 유지하도록 상기 열선(44)을 제어하여 증착 온도를 440 내지 450℃로 유지한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 박막 증착장치는 이상 현상을 방지할 수 있을 정도의 프리코팅된 박막을 구비하는 크리스탈 센서들을 포함한다.

따라서, 산화성이 강한 금속 물질, 예컨대 마그네슘을 이용하여 유기 발광 표시장치의 금속 전극을 형성하는 경우에도 센서 작동 초기에 증착이 이루어진 기 판들과 그 후에 증착이 이루어진 기판들의 박막 두께 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 유기 발광 표시장치의 특성이 달라지게 되는 문제점을 방지할 수 있다.

또한, 상기 이상 현상 발생이 방지되므로, 센서 작동 초기에 증착 온도가 지속적으로 상승되는 것을 방지할 수 있으므로, 증착 물질이 튀는 스플래쉬(splash)성 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 증착 챔버;

   상기 증착 챔버의 내측 상부에 배치되는 기판 장착부;

   상기 증착 챔버의 내측 하부에 배치되며, 내부에는 증착 물질이 채워지는 도가니;

   복수의 크리스탈 센서를 구비하며, 상기 도가니에서 증발되어 상기 기판 장착부의 기판에 증착되는 증착 물질의 막 두께를 감지하는 막 두께 감지 센서;

   수명이 다한 크리스탈 센서를 교환하기 위한 센서 교환 신호를 출력하며, 박막 증착률을 설정 값으로 유지하도록 상기 크리스탈 센서로부터의 전기적 신호를 입력받아 증착 온도를 제어하는 제어부

   를 포함하며, 상기 크리스탈 센서는 설정 두께로 프리코팅되는 박막 증착장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 크리스탈 센서의 프리코팅 두께는 이상 현상 발생 구간에 해당하는 박막 두께 이상으로 이루어지는 박막 증착장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 크리스탈 센서의 프리코팅 두께는 600 내지 5,000Å으로 이루어지는 박 막 증착장치.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증착 물질은 산화성이 강한 금속 물질로 이루어지는 박막 증착장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 증착 물질이 마그네슘인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제어부는 박막 증착률을 1.0Å/sec로 유지하는 박막 증착장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제어부는 증착 온도를 450℃로 유지하는 박막 증착장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 막 두께 감지 센서의 인접 하부에는 복수의 홀이 형성된 플레이트 형상의 쵸퍼가 설치되며, 박막 증착동안 상기 쵸퍼가 회전 작동되는 박막 증착장치.

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