KR100656818B1 - 유기 전계 발광층 형성용 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 전체 표면에 균일한 증착막을 형성함과 동시에 원하는 영역에 증착막을 정확하게 형성할 수 있는 마스크를 개시하며, 본 발명에 따른, 개구 형태의 패턴들이 형성된 마스크는 각 패턴을 한정하는 측벽들중 증착원과 가까운 제 1 측벽의 경사 각도가 또다른 제 2 측벽의 경사 각도(W2)보다 크게 형성되되, 중심부에 형성된 패턴에서 외곽부에 형성된 패턴으로 갈수록 제 1 측벽의 경사 각도(W1)는 점차 감소되며, 중심부를 기준으로 양측에 형성된 패턴들은 서로 대칭되는 구조를 갖는다.

증착 장치

Description

유기 전계 발광층 형성용 마스크{Mask used for forming an electroluminescent layer}

도 1은 유기 전계 발광층의 증착을 위한 장치에 사용되는 일반적인 포인트 증착원의 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 포인트 증착원과 기판의 관계를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 포인트 증착원과 포인트 증착원의 중심에서 벗어난 위치에 설치된 기판의 관계를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 도 3에 도시된 기판과 증착원의 배열 상태에서 기판 표면에 증착막이 형성되는 상태를 도시한 도면.

도 5는 도 4의 "A"부의 상세도.

도 6은 본 발명에 따른 마스크와 기판의 일부 단면도.

본 발명은 유기 전계 발광층 형성용 마스크에 관한 것으로서, 특히 기판의 표면에 발광층이 일부 형성되지 않은 샤도우 영역을 현저하게 줄일 수 있도록 구성 한 구성한 마스크에 관한 것이다.

열적 물리적 기상 증착은 증착 재료(예를 들어, 유기물)의 증기로 기판 표면에 발광층을 형성하는 기술로서, 증착원(deposition source) 내에 수용된 증착 재료는 기화 온도까지 가열되며, 증착 재료의 증기는 수용된 증착원 밖으로 이동한 후 코팅될 기판 상에서 응축된다.

증착원은 그 형상에 따라 포인트 증착원(point source) 및 선형 증착원(linear source)으로 구분된다. 포인트 증착원은 일반적으로 전체적인 형상이 원통형으로서, 셀 캡에 형성된 개구는 원형으로 이루어진다.

도 1은 일반적인 포인트 증착원의 단면도로서, 원통형의 측벽 부재(1B), 원판형의 바닥 부재(1C), 셀 캡(1A) 및 원통형 셀(1D)로 이루어진 포인트 증착원(1)의 내부 구성을 도시하고 있다. 셀 캡(1A) 및 셀(1D)로 인하여 형성되는 내부 공간에는 증착 재료(M)인 유기물이 수용되어 있다.

측벽 부재(1B) 내부, 즉 측벽 부재(1B)와 셀(1D) 사이에는 셀(1D)의 내부 공간에 수용된 증착 재료(M)를 가열하기 위한 수단(1B-1; 예를 들어, 전원에 연결된 발열 코일)이 위치하고 있다.

셀 캡(1A)의 중앙부에는 개구(1A-1)가 형성되어 있으며, 측벽 부재(1B)에 장착된 가열 수단(1B-1)에서 발생된 열에 의하여 가열, 기화된 증착 재료(M)의 증기는 이 개구(1A-1)를 통하여 외부, 즉 기판(챔버 내부에 장착된 상태)을 향하여 배출된다.

미설명 부호 "11"은 셀 캡(1A)으로 전달된 열의 외부 발산을 막기 위하여 측 벽 부재(1B) 상단에 고정된 금속성 재질의 원판형 커버이며, "11-1"은 셀 캡(1A)의 개구(1A-1)와 대응하는, 커버(11)에 형성된 재료 증기 배출용 개구이다.

가장 일반적인 유기 전계 발광층(이하, "발광층"이라 칭함) 형성 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 증착원을 이용하여 증착 증기를 기판에 분사시키는 소위 "포인트 소스(point source)" 방법이다. 이 방법을 이용한 증착 장치는 기판의 규격(넓이)에 제약이 뒤따르며, 발광층의 두께가 불균일해지는 문제점이 있다. 기판의 넓이에 관계없이 균일한 두께의 발광층을 형성하기 위한 개선책으로서 기판과 증착원 사이의 거리를 증가하는 방안이 고려되었다.

그러나, 기판과 증착원 사이의 거리를 증가시킨 증착 장치를 이용하는 경우에도 동일 기판의 표면일지라도 증착원의 바로 위에 위치하는 부분에 형성된 발광층과 그 외곽에 위치하는 부분에 형성된 발광층의 두께가 다르게 나타날 수 밖에 없으며, 따라서 균일도가 우수한 발광층이 형성된 부분만을 분리하여 사용하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 포인트 증착원과 기판의 관계를 개략적으로 도시한 도면으로서, 편의상 포인트 증착원(1)을 박스 형태로 표현하였으며, 기판(2)과 증착원(1)을 제외한 나머지 부재들의 도시를 생략하였다.

폭 600mm의 기판(2)을 포인트 증착원(1)으로부터 850mm 이격된 위치에 장착하고 증착 공정을 수행한 후, 기판(2) 표면에 형성된 증착막의 두께를 측정하면, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

기판(2)에 형성된 증착막의 두께는 cos²θ의 값에 비례한다(여기서, θ는 포인트 증착원(1)의 중심선과 기판(2)의 특정 위치와 포인트 증착원(1)의 중심을 연결하는 가상선과의 각도). 따라서, 상술한 조건 하에서의 기판(2)의 중심부에 형성된 증착막의 두께와 에지부에 증착된 증착막의 두께의 비는 약 100 : 89이다.

이와 같이 동일 기판일지라도 증착원(1)과의 거리에 따라 증착막의 두께가 균일하지 않을 경우, 소자마다의 발광 특성에 차이가 나타날 수 밖에 없으며, 따라서 이러한 증착막 두께의 불균일 문제를 해결하는 것이 중요하다.

도 3은 포인트 증착원과 포인트 증착원의 중심에서 벗어난 위치에 설치된 기판의 관계를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2에 도시된 기판(2)과 증착원(1)의 배치 상태에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하기 위하여 기판(2)을 증착원(1)의 중심으로부터 벗어난 위치에 장착한 상태를 도시하고 있다.

600mm의 폭을 갖는 기판(2)을 그 중심이 증착원(1)의 중심으로부터 수평 방향으로 410mm 이격되도록 장착하고 기판(2)을 회전시키지 않은 상태에서 증착 공정을 진행한 후, 기판(2)의 각 부분에서의 증착막 두께를 측정하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

증착원(1)의 중심과 수직 대응하는 가상 부분에서의 증착막 두께를 100으로 가정하면,

a) 증착원(1)과 가장 인접한 기판(2)의 에지 부분에서의 증착막 두께 : 98.4

b) 기판(2)의 중심부에서의 증착막 두께 : 81.1

c) 증착원(1)에서 가장 멀리 떨어진 기판(2) 에지 부분에서의 증착막 두께 : 58.9

정상적인 증착 조건, 즉 기판(2)을 회전시킨 상태에서 증착 공정을 진행한 후, 기판(2) 각 부분에서의 증착막의 두께를 측정하면 다음과 같다. 증착원(1)의 중심과 수직 대응하는 가상 부분에서의 증착막 두께를 100으로 가정하면,

a) 증착원(1)과 가장 인접한 기판(2)의 에지 부분에서의 증착막 두께 : 76.1

b) 기판(2) 중심부에서의 증착막 두께 : 81.1

c) 증착원(1)에서 가장 멀리 떨어진 기판(2) 에지 부분에서의 증착막 두께 : 76.1

따라서, 기판(2)의 중심부와 에지 부분에서의 증착막 두께의 비율은 100:97이다. 결과적으로 도 3에 도시된 기판(2)과 증착원(1)의 배치 상태에서 기판(2)을 회전시키면서 증착 공정을 진행할 경우, 보다 균일한 두께의 증착막을 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 배치 상태에서도 다음과 같은 문제점이 발생한다.

도 4는 도 3에 도시된 기판(2)과 증착원(1)의 배치 상태에서 기판(2)을 회전시키면서 기판(2) 표면에 증착막을 형성하는 상태를 도시한 도면으로서, 기판(2)과 마스크(M)의 관계를 도시하고 있다.

증착막 형성을 위하여 기판(2)의 하부에는 패턴이 형성된 마스크(M)가 위치하며, 이 마스크(M)에 의하여 기판(2) 표면에 소정 형상의 증착막이 형성된다. 그 러나, 증착원(1)과 마스크(M)의 위치 관계 및 마스크(M)에 형성된 패턴의 형상으로 인하여 기판(2)의 설정된 영역에 원하는 형태의 증착막을 형성할 수 없다.

도 5는 도 4의 "A"부의 상세도로서, 편의상 기판(2)의 일부 및 마스크(M)에 형성된 어느 하나의 패턴(m)만을 도시하였으며, 또한 각 부재의 절단면에 대하여 단면 처리를 하지 않았다.

도 5에 도시된 바와 같이, 마스크(M)의 각 패턴(m)은 그 양 측벽들이 마스크(M)에 대한 수직선(C)선에 대하여 외측으로 일정한 각도(W) 경사진 상태로 형성된다.

이와 같은 패턴(m)의 형상에 의하여 마스크(M) 표면에 대하여 (수직이 아닌) 경사각도를 갖고 유동하는 증착 증기는 마스크(M)에 형성된 패턴(m)의 (증착원을 향하는) 가장자리에 의하여 그 흐름이 차단된다.

따라서 기판(2) 표면에서, 마스크(M)의 패턴(m)에 의하여 노출된 부분일지라도 증착막이 형성되지 않는 샤도우(shadow) 현상이 발생한다(도 4의 "S" 부분). 이와는 반대로, 마스크(M)에 의하여 노출되지 않은 영역임에도 불구하고 증착 증기가 유입되어 증착막이 형성되지 않아야 할 영역에 증착막이 형성된다(도 4의 "N" 부분). 결과적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(2)의 증착막 형성 예정 위치(D)로부터 벗어난 위치(d)에 증착막이 형성되는 것이다.

이러한 현상은 (마스크가 장착된) 기판(2)이 회전하여 증착원과의 근거리부와 원거리부의 위치가 역전되는 경우에도 동일하게 발생한다.

이와 같이, 기판의 불필요한 영역에 증착막이 형성되는 현상, 예를 들어, B 계열의 유기물 증착막 일부에 중첩된 상태로 G 또는 R 계열의 유기물 증기가 증착되는 현상 및 증착막이 형성되어야 할 영역에 증착막이 형성되지 않는 현상은 증착 공정을 기초로 하여 진행되는 후 공정에 심각한 영향을 미치게 되며, 결과적으로 소자의 불량을 야기하게 된다.

본 발명은 유기 전계 발광층을 형성하기 위한 과정에서 발생되는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 전체 표면에 균일한 증착막을 형성함과 동시에 설정된 영역에 증착막이 형성되지 않는 샤도우 현상을 현저하게 줄일 수 있는 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 마스크는 개구 형태의 패턴들이 형성된 마스크는 각 패턴을 한정하는 측벽들중 증착원과 가까운 제 1 측벽의 경사 각도가 또다른 제 2 측벽의 경사 각도보다 크게 형성되되, 중심부에 형성된 패턴에서 외곽부에 형성된 패턴으로 갈수록 제 1 측벽의 경사 각도(W1)는 점차 감소되며, 중심부를 기준으로 양측에 형성된 패턴들은 서로 대칭되는 구조를 갖는다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

한편, 증착막을 형성하기 위하여 사용되는 마스크는 패턴의 형상에 따라 그릴형(gille type)과 슬롯형(slot type)으로 구분되나, 본 발명은 슬롯형 마스크에 적용된다.

도 6은 본 발명에 따른 마스크와 기판의 일부 단면도로서, 편의상 증착원과 의 인접부에 형성된 패턴(즉, 기판(2)의 회전 중심선을 기준으로 증착원과 인접한 부분에 형성된 패턴)만을 도시하였다. 또한 각 부재의 절단면은 단면 처리를 하지 않았다.

본 발명에 따른 마스크(M1)의 가장 큰 특징은 마스크(M1) 표면에서의 가상 수직선(C)에 대하여 각 패턴(m1)을 한정하는 양 측벽들의 각도를 달리 구성한 것이다.

즉, 각 패턴(m1)을 한정하는 양 측벽들중, 증착원(S)과 가까운 측벽(이하, 편의상 "제 1 측벽"이라 함)의 경사 각도(W1; 즉, 마스크(M1) 표면에서의 가상 수직선(C)과 측벽 간의 각도)를 그 반대쪽 측벽 (이하, 편의상 "제 2 측벽"이라 함)의 경사 각도(W2; 즉, 마스크(M1) 표면에서의 가상 수직선(C)과 측벽 간의 각도)보다 크게 형성하였다.

도 5에 도시된 패턴(m) 구조와 비교할 때, 도 6에 도시된 구조의 패턴(m1)에서는 제 1 측벽의 경사 각도(W1)가 커지며, 따라서 증착 재료 증기의 유입 각도는 제 1 측벽 방향(증착원 방향)으로 넓어지게 된다. 따라서 본 발명에 따른 마스크(M1)를 이용하여 증착 공정을 수행한 후에는 기판(2)의 증착막 형성 예정 위치(D)로부터 크게 벗어나지 않고 증착막(d)이 형성된다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 증착원에서 배출된 증착 재료 증기의 마스크 표면으로의 유입 각도(즉, 마스크 표면과 이루는 각도)는 기판의 회전 중심선과 대응하는 마스크의 중심부에 형성된 패턴으로부터 증착원에 인접한 외곽부에 인접한 패턴으로 갈수록 점차적으로 증가된다.

따라서, 마스크의 패턴들 중에서 중심부에 형성된 패턴의 조건, 즉 제 1 측벽과 마스크 표면에서의 가상 수직선간의 각도 조건을 도 6에 도시된 조건으로 유지하고 증착원에 인접한 외곽부에 형성된 패턴으로 갈수록 제 1 측벽의 각도를 감소시키고, 최외곽에 형성된 패턴의 제 1 측벽의 각도(W1)와 제 2 측벽의 각도(W2)를 동일하게 하는 것이 바람직하다.

한편, 기판이 그 중심선을 중심으로 회전하는 상태에서 증착 공정이 진행되고 또한 필요에 의하여 기판의 양 측부 하부에 2대의 증착원이 설치되기 때문에 기마스크의 중심선을 기준으로 양 측에 형성된 패턴들의 구조(즉, 측벽의 경사 각도)를 대칭적으로 형성하는 것이 본 발명의 목적을 이루는데 있어 효과적이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 마스크는 기판 전체 표면에 걸쳐 균일한 두께의 증착막을 형성함과 동시에 증착막이 형성되지 않는 샤도우 영역의 면적을 현저하게 감소시킬 수 있다.

위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명으로부터 얻어질 수 있는 많은 변형과 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형과 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.

Claims (3)

1. 회전하는 기판 표면에 패터닝된 증착막을 형성하기 위하여 사용되며, 개구 형태의 다수의 패턴이 형성된 마스크에 있어서,

   각 패턴을 한정하는 측벽들 중 증착원과 가까운 제 1 측벽은 그 경사 각도(W1)가 나머지 제 2 측벽의 경사 각도(W2)보다 큰 것을 특징으로 하는 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴들은 상기 마스크의 중심부를 기준으로 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는 마스크.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 패턴들은 상기 마스크의 중심부로부터 상기 마스크의 외곽부를 따라 제 1 측벽의 경사 각도(W1)가 점차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 마스크.

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