KR100805323B1 - 유기 박막 증착 장치 - Google Patents

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deposition
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김경호
정해진
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 유기 박막 증착 장치를 개시한 것으로서, 소스 공급 부재의 용기의 하부 벽에 돌출부를 형성하여, 유기 박막의 증착 공정 완료 후 유기 물질이 용기의 하부 벽 중앙부에 잔류하는 것을 최소화할 수 있는 유기 박막 증착 장치를 제공할 수 있다.
유기 전계 발광 소자, 유기 박막, 증착, 소스 공급 부재

Description

유기 박막 증착 장치{APPARATUS FOR DEPOSITING ORGANIC FILM ON SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막 증착 장치의 개략적 사시도,
도 2는 도 1의 공정 챔버들의 내부를 보여주는 단면도,
도 3은 도 2의 마스크 부착(제거) 챔버의 개략적 단면도,
도 4는 도 2의 증착 챔버의 개략적 단면도,
도 5는 도 4의 소스 공급 부재의 개략적 사시도,
도 6은 소스 공급 부재의 다른 실시 예를 보여주는 개략적 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 로딩 챔버 20 : 언로딩 챔버
30 : 클리닝 챔버 40 : 공정 챔버
42 : 마스크 부착 챔버 44 : 증착 챔버
46 : 마스크 제거 챔버 300 : 소스 공급 부재
310 : 용기 320 : 가열 부재
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유기 전계 발광 소자의 제조에 사용되는 기판상에 유기 박막을 증착하는 장치에 관한 것이다.
정보 처리 기기는 다양한 형태의 기능과 더욱 빨라진 정보 처리 속도를 갖도록 급속하게 발전하고 있다. 이러한 정보 처리 장치는 가동된 정보를 표시하는 디스플레이 장치를 가진다. 과거에는 주로 디스플레이 장치로 브라운관(Cathode Ray Tube) 모니터가 사용되었으나, 현재에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)가 주로 사용되고 있다. 그러나 액정 표시 장치는 별도의 광원을 필요로 하는 장치로서 밝기, 시야각 및 대면적화 등에 한계가 있어, 최근에는 저전압 구동, 자기 발광, 경량 박형, 넓은 시야각, 그리고 빠른 응답 속도의 장점을 갖는 유기 전계 발광 소자를 이용한 표시 장치가 각광받고 있다.
유기 전계 발광 소자는 유기 박막에 주입되는 전자와 정공이 재결합하고 남은 에너지가 빛으로 발생되는 것으로서, 유기 물질의 도펀트(Dopant)의 양에 따라나오는 빛의 파장을 조절할 수 있고, 풀 칼라(Full Color)의 구현이 가능하다.
유기 박막을 증착하기 위해 일반적으로 사용되고 있는 장치는 공정 챔버들간 기판을 이송하는 이송 챔버와, 이송 챔버의 아래에 제공되며 증착 공정이 수행되는 증착 챔버를 가진다. 증착 챔버 내의 기판 아래에는 유기 물질(증착 물질)이 수용되는 증착 원(Depositon Source)이 제공되고, 증착 원의 둘레에는 유기 물질을 가열하여 증발시키는 가열 부재가 설치된다.
그런데, 가열 부재로부터 증착 원 내로 전달되는 열은 가열 부재와 인접한 용기 내의 주변부와 비교하여 중앙부에 상대적으로 적게 전달되기 때문에, 중앙부에서의 유기 물질 증발량이 적어지고, 공정 완료 후 증착 원의 바닥면 중앙부에 유 기 물질이 잔류하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 유기 박막 증착 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정 완료 후 소스 공급 부재의 증착 원에 남아 있는 유기 물질을 최소화하여 유기 물질의 사용 효율을 증대시킬 수 있는 유기 박막 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기 박막 증착 장치는, 기판상에 유기 박막을 증착하는 장치에 있어서, 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내에 설치되며, 증착 면이 아래 방향을 향하도록 기판을 지지하는 기판 지지체와; 상기 기판 지지체에 의해 지지된 상기 기판의 증착 면으로 유기 물질을 공급하는 소스 공급 부재;를 포함하되, 상기 소스 공급 부재는 유기 물질이 담기며, 공정 완료 후 유기 물질이 하부 벽 중앙부에 잔류하는 것을 최소화하도록 하부 벽 내면에 돌출부가 형성된 용기와; 상기 용기 내의 유기 물질을 증발시키기 위해 상기 유기 물질을 가열하는 가열 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 유기 박막 증착 장치에 있어서, 상기 용기는 길이 방향으로 연장 형성되고 내부가 비어 있는 통 형상으로 마련되며, 상기 용기의 하부 벽 내면에는 길이 방향을 따라 상기 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 돌출부는 상기 용기의 길이 방향에 수직한 단면상의 하부 벽 중앙부에 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 돌출부는 사각형의 단면 형상을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 돌출부는 호 형상의 유선형 단면 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기 박막 증착 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기 박막 증착 장치(1)의 개략적 사시도이고, 도 2는 도 1의 공정 챔버들의 내부를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 증착 장치(1)는 복수의 챔버들을 포함한다. 챔버들은 로딩 챔버(10), 크리닝 챔버(30), 공정 챔버들(40), 그리고 언로딩 챔버(20)를 포함하고, 각각의 공정 챔버(40)는 마스크 부착 챔버(42), 증착 챔버(44), 그리고 마스크 제거 챔버(46)를 가진다. 각각의 공정 챔버(40)에서 증착 챔버(44)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 마스크 부착 챔버(42) 또는 마스크 제거 챔 버(44)에는 각각 마스크들이 저장되는 마스크 챔버(미도시)가 제공될 수 있다. 또한, 상술한 로딩 챔버(10), 크리닝 챔버(30), 공정 챔버(40), 언로딩 챔버(20) 외에 다른 종류의 챔버들이 더 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 로딩 챔버(10), 크리닝 챔버(30), 공정 챔버(40), 그리고 언로딩 챔버(20)는 순차적으로 일렬로 배치되고, 공정 챔버(40) 내에서 마스크 부착 챔버(42), 증착 챔버(44), 그리고 마스크 제거 챔버(46)는 동일 방향으로 순차적으로 일렬로 배치된다. 공정 챔버(40)의 수는 다양하게 변화될 수 있으며, 예컨대 증착 장치(1)가 유기 전계 발광 소자 제조에 사용되는 장치인 경우, 공정 챔버(40)는 약 20개가 제공될 수 있다. 각각의 챔버에는 내부의 유지 보수 등이 용이하도록 도어(52)가 설치되며, 공정 진행시 챔버 내부가 고진공을 유지하도록 진공 펌프(미도시)가 설치된 배기관(54)이 연결되는 진공 포트(미도시)가 제공된다. 상술한 바와 달리 챔버들의 배열은 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 장치가 일 방향으로 매우 길어지지 않도록 공정 챔버들(40)은 'ㄷ'자 형상으로 배열되거나 지그재그 형상으로 배열될 수 있다.
증착 공정이 수행될 기판(3)은 로딩 챔버(10)를 통해 장치(1) 내로 반입되고, 증착 공정이 완료된 기판(3)은 언로딩 챔버(20)를 통해 장치(1)로부터 반출된다. 로딩 챔버(10)로 반입된 기판(3)은 크리닝 챔버(30)로 이송된다. 크리닝 챔버(30)는 플라즈마 또는 자외선 등을 사용하여 기판(3)을 세정하는 공정을 수행한다. 크리닝이 완료된 기판(3)은 마스크 부착 챔버(42), 증착 챔버(44), 그리고 마스크 제거 챔버(46)로 순차적으로 이동된다.
마스크 부착 챔버(42), 증착 챔버(44), 그리고 마스크 제거 챔버(46)의 양 측벽에는 개구(40a)가 형성된다. 기판(3)은 개구(40a)를 통해 인접하는 챔버들로 이동된다. 마스크 부착 챔버(42)에서 일정 패턴이 형성된 마스크(4)가 기판(3)에 부착되고, 증착 챔버(44)에서 기판(3)상에 박막이 증착되며, 마스크 제거 챔버(46)에서 마스크(4)가 기판(3)으로부터 제거된다. 이후, 기판(3)은 다음 공정 챔버(40)로 이동되며, 상술한 마스크 부착, 증착, 마스크 제거 과정이 계속적으로 반복된다.
증착 공정 진행시 공정 챔버(40) 내부는 고진공으로 유지된다. 종종 챔버들 중 어느 하나에 이상이 발생되는 경우 챔버 내부를 보수하여야 할 필요가 있다. 보수는 챔버 내부가 상압으로 유지된 상태에서 이루어진다. 챔버들 내부가 개구(40a)를 통해 연통되어 있으므로, 어느 하나의 챔버에서 보수가 이루어질 때 모든 챔버 내의 압력이 상압으로 변화된다. 보수가 완료된 이후 공정을 시작하기 전에 모든 챔버 내부를 다시 진공으로 유지하여야 하므로 많은 시간이 소요된다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 공정 챔버들(40)간 경계벽에 형성된 개구(40a)를 개폐하는 게이트 밸브(41)를 가진다.
도 3은 도 2의 마스크 부착(42) 챔버 및 마스크 제거 챔버(46)의 개략적 단면도이다.
도 3을 참조하면, 마스크 부착 챔버(42) 및 마스크 제거 챔버(46) 내에는 마스크 이동기(100)가 제공된다. 마스크 이동기(100)는 상하로 이동가능하며, 마스크(4)는 마스크 이동기(100) 상에 놓인다. 마스크 부착 챔버(42)에서 마스크 이동 기(100)가 기설정된 높이까지 이동되면, 기판 지지체(200)에 제공된 클램프(도시되지 않음)에 의해 마스크(4)는 기판 지지체(200)에 결합된다. 마스크(4)가 기판 지지체(200)에 결합되기 전, 기판(3)과 마스크(4)의 정렬이 이루어진다. 마스크 제거 챔버(46)에서 마스크 이동기(100)가 기설정된 높이까지 이동되면, 마스크(4)는 기판 지지체(200)로부터 분리되어 마스크 이동기(100) 상에 놓여진다. 상술한 마스크(4)의 결합 및 마스크(4)의 제거를 위한 구조 및 방법은 일 예에 불과한 것으로, 이와는 다른 다양한 구조 및 방법이 사용될 수 있다.
도 4는 도 2의 증착 챔버의 개략적 단면도이고, 도 5는 도 4의 소스 공급 부재의 개략적 사시도이다. 그리고, 도 6은 소스 공급 부재의 다른 실시 예를 보여주는 개략적 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 증착 챔버(44)의 하부 면에는 유기 물질(증착 물질)을 공급하는 소스 공급 부재(300)가 제공된다. 소스 공급 부재(300)는 기판 지지체(200)에 의해 지지된 기판(3)과 마주보도록 설치되고, 기판(30)의 증착이 이루어지는 면으로 유기 물질을 공급한다. 소스 공급 부재(300)는 용기(310)와 가열 부재(320)를 가진다. 용기(310)는 증착하고자 하는 유기 물질을 수용한다. 가열 부재(320)는 유기 물질로부터 플룸(Flume)이 발생하도록 용기(310)를 가열하여 유기 물질에 열을 제공한다. 가열 부재(320)로는 코일 형상의 열선이 사용될 수 있으며, 가열 부재(320)는 용기(310)의 측벽 내에 배치되거나 용기(310)의 측벽을 감싸도록 배치될 수 있다. 이와 달리 가열 부재(320) 대신 용기(310)로 레이저를 조사하는 레이저 조사 부재(미도시)가 사용될 수도 있다.
용기(310)는 기판(3)의 너비(기판 이송 방향에 수직한 기판의 일변)에 대응하도록 연장 형성된 통 형상을 가진다. 용기(310)의 상부 면에는 용기(310) 내의 증발된 유기 물질(플룸)이 기판(3)상에 공급될 수 있도록 다수의 홀들(312)이 형성된다. 그리고, 용기(310)의 하부 벽(313) 내면에는 용기(310)의 길이 방향을 따라 돌출부(314)가 형성된다. 돌출부(314)는 용기(310)의 길이 방향에 수직한 단면상의 하부 벽(313) 중앙부에 돌출 형성될 수 있다. 돌출부(314 또는 314')는, 도 5에 도시된 바와 같이, 사각형의 단면 형상을 가질 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 호 형상의 유선형 단면 형상을 가질 수도 있다.
가열 부재(320)로부터 용기(310) 내로 전달되는 열은 가열 부재(320)와 인접한 용기 내의 주변부와 비교하여 중앙부에 상대적으로 적게 전달된다. 이 때문에, 중앙부에서의 유기 물질 증발량이 적어지고, 공정 완료 후 용기(310)의 하부 벽(313) 중앙부에 유기 물질이 잔류할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 용기(310)의 하부 벽(313) 중앙부에 돌출부(314)를 형성하고, 중앙부의 유기 물질을 가열 부재(320)와 인접한 주변부로 유도하여 증발시킴으로써, 공정 완료 후 용기(310)의 하부 벽(313) 중앙부에 유기 물질이 잔류하는 것을 최소화할 수 있다.
유기 박막이 증착되는 기판(3)이 소형 기판인 경우, 기판 지지체(200)가 소스 공급 부재(300)와 대향되는 위치에 고정된 상태에서 증착 공정이 이루어진다. 그러나 공정이 수행되는 기판(3)이 대형 기판인 경우, 기판 지지체(200)가 이송 가이드(210)를 따라 이동하면서 소정 영역씩 증착 공정이 수행된다. 기판 지지체(200)가 계속적으로 일정 속도로 이동되면서 증착 공정을 수행할 수 있으며, 기 판 지지체(200)가 일정 시간씩 정지하면서 이동되어 증착 공정을 수행할 수 있다. 증착 공정이 수행되는 동안, 기판 지지체(200)는 증착 챔버(44) 내에서 왕복 이동될 수 있다. 이와 달리 용기(310)가 이동되면서 증착이 이루어질 수 있다. 그러나 이 경우 설비의 구성이 복잡해지므로, 기판 지지체(200)가 이송 가이드(210)를 따라 이동되면서 증착 공정이 수행되는 것이 바람직하다.
증착 공정 수행시 증착 물질로부터 발생된 플룸이 기판(3)으로부터 벗어나 기판(3) 상부로 이동되면 플룸이 기판 지지체(200) 또는 다른 구조물에 증착된다. 또한, 플룸이 증착 챔버(44) 내 넓은 영역으로 퍼지면 증착 챔버(44)의 측벽에 형성된 개구(40a)를 통해 이와 인접한 마스크 부착 챔버(42) 또는 마스크 제거 챔버(46) 내로 유입되어 그 챔버들(42, 46)을 오염시킨다. 이를 방지하기 위해 증착 챔버(44) 내에서 기판 지지체(200)에 부착된 기판(3)보다 낮은 위치에 차단판(400)이 제공된다. 차단판(400)은 소스 공급 부재(300)와 대향되는 위치에 일정 크기의 개구(410)를 가진다. 플룸은 개구(410)를 통해서 증착 챔버(44) 내 상부로 공급되므로, 유기 물질로부터 발생된 플룸이 도달되는 영역은 기판(3) 상의 일정영역으로만 제한된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범 위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 완료 후 소스 공급 부재의 용기에 남아 있는 유기 물질을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 유기 물질의 사용 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 유기 박막 증착 장치에 있어서:
    일정 패턴이 형성된 마스크를 기판에 부착하는 마스크 부착 챔버와;
    증착 면이 아래 방향을 향하도록 상기 기판을 지지하는 기판 지지체와, 상기 기판 지지체 아래에서 상기 기판 지지체에 지지된 상기 기판 상으로 유기 물질을 공급하는 소스 공급 부재를 포함하고, 상기 마스크 부착 챔버로부터 상기 기판을 받아들이고, 상기 유기 물질을 증발시켜서 상기 기판 상에 박막을 증착하는 적어도 하나의 증착 챔버 및;
    상기 기판 상에 박막이 증착되면, 상기 증착 챔버로부터 상기 기판을 받아서 상기 기판으로부터 상기 마스크를 제거하는 마스크 제거 챔버를 포함하되;
    상기 챔버들은 순차적으로 배치되며, 그리고 상기 챔버들이 연결되는 양측벽에는 상기 기판이 이송되는 개구가 형성되고;
    상기 소스 공급 부재는,
    상기 유기 물질이 담기며, 내부의 상기 유기 물질을 주변부로 유도하여, 공정 완료 후 상기 유기 물질이 상기 하부벽 중앙부에 잔류하는 것을 최소화하도록 돌출부가 형성된 용기 및;
    상기 용기를 가열하여 상기 유기 물질을 증발시키는 가열부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기는 길이 방향으로 연장 형성되고 내부가 비어 있는 통 형상으로 마련되며,
    상기 용기의 하부 벽 내면에는 길이 방향을 따라 상기 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 용기의 길이 방향에 수직한 단면상의 하부 벽 중앙부에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌출부는 사각형의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌출부는 호 형상의 유선형 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 박막 증착 장치.
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