KR101132834B1 - 유기박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기물 자동 공급부를 이용한 대면적 유기박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유기물 자동 공급부를 이용하여, 계속적으로 유기물 증착 공정을 수행함으로써 4세대 이상 대면적 기판에 안정하고 균일한 유기박막을 증착할 수 있는 유기박막 증착 장치에 관한 것이다.
유기박막, 대면적, 유기물 자동공급, 선형 셀

Description

유기박막 증착 장치{Apparatus for vapor deposition of thin film}
본 발명은 유기물 자동 공급부를 이용한 대면적 유기박막 증착 장치에 관한 것으로, 유기물 자동 공급부; 상기 유기물 자동 공급부를 통해 공급받은 유기물을 기화시키기 위한 기화기; 및 상기 기화기를 통한 유기가스를 기판상에 증착시키기 위한 유기물 증착부;를 포함하며, 상기 유기물 자동 공급부:는 본체; 상기 본체 내부로 유기물을 공급하기 위한 유기물 저장탱크; 및 상기 본체 내부의 유기물을 상기 기화기로 보내기 위한 토출모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치에 관한 것이다.
종래의 전자기술은 반도체를 중심으로 하는 무기물을 대상으로 해 왔으나, 최근에는 기능성 유기물을 이용한 유기물이 주목되고 있다.
유기물을 이용하는 이유로서,
① 무기물보다 다양한 반응계?특성이 이용될 수 있다.
② 무기물보다 저에너지로 표면처리가 가능하다는 이점을 들 수 있다.
상기 유기물을 이용한 전자 부픔으로는 유기 메모리 소자, 유기 박막 트랜지스터, 유기발광 다이오우드, 유기 태양전지, 압전센서, 초전센서, 전기절연막 등이 있는데, 이들 중, 상기 유기 발광 다이오우드 소자는 표시 장치로 이용할 수 있는 것으로부터 주목되고 있고, 표시 영역이 대면적이기 때문에 대면적 기판에 균일하게 유기물 박막을 형성할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
한편 현재까지 개발된 유기물 박막 형성 방법은 진공증착법(Vacuum Deposition Method), 스퍼터링(sputtering)법, 이온빔 증착(Ion-beam Deposition)법, Pulsed-laser 증착법, 분자선 증착법, 화학기상증착법, 스핀코터(spin coater) 등이 있다.
이때, 상기 진공증착법은 진공 챔버의 하부에 기화기와 그 상부에 기판을 설치하여 유기물 박막을 형성시키는 것이다.
상기 진공증착법을 이용한 유기 증착 장치의 개략적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.
우선 진공 챔버에 연결된 진공 펌프가 구비되어 있으며, 이를 이용하여 진공 챔버의 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공 챔버 하부에 배치된 하나 이상의 유기물 기화기로부터 유기물을 증발시킨다.
이때, 상기 유기물의 기화기는 원통형 상 또는 사각형상의 용기로 그 내부에 유기물을 담고 있다.
상기 기화기의 용기 재료로는 석영, 세라믹 등이 사용되며, 기화기의 주변에는 일정한 패턴의 가열용 히터를 구비하여 상기 기화기의 온도를 상승시켜 상기 유 기물을 가열하여 증발시킨다.
그리고 증발된 유기물은 상기 기화기로부터 일정거리가 떨어진 곳에 구비된 기판 상에 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거처 기판 위에 고체화되어 유기물 박막 형성시킨다.
이러한 종래의 유기 증착 장치는 일반적으로 점형 유기 증착 장치로 상기 기화기의 용기 내에는 미량의 유기물을 구비하고 있을 이를 모두 증발시킨 후에는 상기 기화기의 용기 내에 유기물을 보충하기 위해 진공 챔버 내부의 진공 상태를 상압 상태로 변환시킨 후, 유기물을 보충하고 다시 진공 상태로 변환시켜야 하기 때문에 공정 시간이 증가하고 진공 챔버 내부의 상태가 자주 변화되어 공정 변수의 변화가 발생되어 소자 수율을 떨어뜨리는 단점이 있을 뿐만 아니라 대면적이 불가능할 뿐만 아니라 연속공정이 불가능하다는 단점 또한 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 대면적 기판상에 공정의 단절 없이 연속적으로 유기물을 증착할 수 있는 유기박막 증착 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
또한, 대면적 기판상에 유기물을 증착함에 있어, 상기 유기물이 안정적이고, 균일하게 증착될 수 있는 유기박막 증착 장치의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유기물 자동 공급부; 상기 유기물 자동 공급부를 통해 공급받은 유기물을 기화시키기 위한 기화기; 및 상기 기화기를 통한 유기가스를 기판상에 증착시키기 위한 유기물 증착부;를 포함하며, 이때 상기 유기물 자동 공급부:는 본체; 상기 본체 내부로 유기물을 공급하기 위한 유기물 저장탱크; 및 상기 본체 내부의 유기물을 상기 기화기로 보내기 위한 토출모터;를 포함한다.
바람직하게는 상기 유기물 자동 공급부는 상기 토출모터의 회전속도를 조절하기 위한 모터 콘트롤러를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 본체는 일정부분이 상기 기화기에 삽입되어 있어 상기 유기물이 상기 본체에서 상기 기화기로 이동한다.
바람직하게는 상기 본체의 일정부분에는 냉각수단이 구비된다.
바람직하게는 상기 유기물 증착부:는 챔버; 상기 챔버의 하부 면에 구비되고, 상기 기화기와 연결되며, 복 수개의 유기가스 분사구를 갖는 선형 셀; 및 상기 분사구를 통해 분사되는 상기 유기가스의 방향을 조절하기 위한 가이드;를 포함한다.
바람직하게는 상기 챔버는 진공챔버 또는 상압챔버인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 챔버의 내부 또는 외부에는 기판상에 형성되는 유기박막의 두께를 측정하기 위한 센서가 구비된다.
바람직하게는 상기 센서는 크리스탈(crystal) 센서인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 선형 셀의 하부에는 기판상에 형성되는 박막 손상 방지를 위한 쿨링자켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
바람직하게는 상기 기화기의 일정부분에는 상기 선형 셀로 주입되는 상기 유기가스의 유량을 조절하기 위한 압력센서가 더 구비된다.
바람직하게는 상기 가스 분사구 및 상기 선형 셀에는 히팅코일이 형성되어 있다.
바람직하게는 상기 기화기의 일정부분에는 보조 히팅수단이 더 구비된다.
바람직하게는 상기 유기물 자동 공급부와 상기 기화기 사이에는 상기 유기물의 유입량을 조절하기 위한 밸브 및 상기 밸브를 제어하기 위한 밸브 콘트롤러가 구비된다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
먼저, 본 발명은 유기물 자동 공급부를 구비함으로써, 대면적 기판상에 공정의 단절 없이 연속적으로 유기물을 증착할 수 있다.
또한, 대면적 기판상에 유기물을 증착함에 있어, 상기 유기물이 안정적이고, 균일하게 증착되는 우수한 효과가 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
먼저, 도 1 은 본 발명의 일실시 예에 따른 유기박막 증착 장치(100)의 전체 구성도다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 유기박막 증착 장 치(100)는 크게 유기물 자동 공급부(110), 기화기(120) 및 유기물 증착부(130)로 이루어진다.
이때, 상기 유기물 자동 공급부(110)는 본체(111), 유기물 저장탱크(112) 및 토출모터(113)로 이루어진다.
상기 본체(111)는 상기 유기물 저장탱크(112)로부터 공급받은 유기물을 상기 기화기(120) 내부로 주입하는 부분으로, 주입수단으로 상기 본체(111)의 일 측에 상기 토출모터(113)를 구비하고 있다.
또한, 상기 본체(111)의 일정부분에는 상기 유기물 저장탱크(112) 및 상기 토출모터(113)의 온도상승을 방지하기 위하여 냉각수단(115)이 구비되어 있다.
이와 관련하여 상기 유기물 저장탱크(112) 및 상기 토출모터(113)의 온도상승 원인으로는 후술할 상기 기화기(120)가 상기 본체(111)의 일부분을 포함하고 있어 상기 기화기(120)의 온도가 상기 본체(111)를 통해 상기 유기물 저장탱크(112) 및 상기 토출모터(113)에 전달되기 때문이다.
만약 상기 유기물 저장탱크(112)의 온도가 상승하는 경우, 상기 유기물 저장탱크(112)에 채워진 유기물이 변형 내지 변성을 일으키므로 이를 방지할 필요가 있다.
또한, 상기 토출모터(113)의 경우, 고온상태에서 회전이 이루어진 경우 상기 토출모터(113)의 내구성에 영향을 미칠 수 있으므로 역시 이를 방지할 필요가 있다.
따라서, 상기 냉각수단(115)을 통해 상기 유기물 저장탱크(112)의 온도를 유 기물의 변형 내지 변성되지 않는 온도범위로 유지할 필요가 있으며, 또한, 상기 토출모터(113) 역시 내구성에 영향을 최소화하는 온도범위를 유지할 필요가 있어 상기 냉각수단(115)을 구비하였다.
이때, 상기 냉각수단(115)은 냉각수의 순환시키는 방식을 포함하는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 유기물 저장탱크(112)는 다양한 부피로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 370㎜×470㎜ 규격의 기판에 유기물 충전 없이 장시간 연속 증착할 수 있도록 구비된다.
특히, 증착률 10Å/S, 증착효율 20%일때 370㎜×470㎜ 기판에 144시간 연속 증착을 위해서는 644㏄, 312시간 연속 증착을 위해서는 1395㏄의 유기물이 필요하다는 계산을 통해 상기 유기물 저장탱크(112)는 2000㏄ 용량으로 이루어져 있다.
한편, 상기 토출모터(113)는 상기 본체(111) 내부로 유입되는 유기물을 상기 기화기(120)로 보내기 위한 수단을 상기 본체(111)의 일 측에 구비된다.
이때, 상기 토출모터(113)는 별도로 구비되는 모터 콘트롤러(114)에 의해 상기 토출모터(113)의 RPM이 조정되며, 상기 RPM의 회전수의 증감에 따라 상기 본체(111)에서 상기 기화기(120)로 유입되는 유기물의 양이 선형적으로 증감한다.
한편, 상기 기화기(120)는 상기 본체(111)에서 유입되는 유기물을 기화시키는 역할을 수행한다.
이와 관련하여 상기 기화기(120)의 측 단면도인 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 기화기(120)는 내부에 상기 본체(111)의 일부 분을 포함하고 있다.
이는 종래의 기화기의 경우, 상기 본체(111)와 기화기 사이에 유기물의 이동통로를 형성하여 이동시켰는데, 이 경우 상기 관에 유기물이 축적 응고되어 상기 유기물의 전달이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
따라서 이를 해결하기 위해 상기 본체(111)에 상기 기화기(120)로 유기물이 유입되는 토출구(122)를 별도의 이동통로 없이 상기 기화기(120)의 내부에 형성함으로써, 상기 문제점을 해결하였다.
아울러, 본 발명의 일실시 예에 따른 기화기(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 반원형으로 구비함으로써, 원형으로 구비시 상기 기화기(120)의 중심부에서 유기물 토출이 어려운 문제점을 보완하였다.
한편, 상기 기화기(120)는 유기물을 기화시키기 위한 열 발생 수단으로 열선을 이용하며, 아울러 열 효율을 개선하기 위해 상기 기화기(120)의 일정부분에 보조 히팅수탄(121)을 더 구비하였다.
또한, 상기 기화기(120)의 일정부분에는 기화된 유기물 즉, 유기가스를 후술할 선형 셀로 전달하기 위한 유기가스 이동관(123)이 구비되어 있다.
그리고 상기 유기가스 이동관(123)의 일정 부분에는 압력센서(124)가 구비되어 있어 상기 유기가스가 상기 이동관(123)을 통해 선형 셀로 주입시, 상기 유기가스의 유량을 균일하게 조절할 수 있다.
이때, 상기 유기가스 유량조절을 위한 센서를 상기 압력센서(124)뿐만 아니라 다양한 센서를 이용할 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 기화기(120)의 부피는 다양하게 이루어질 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 기화기(120)를 통해 기화되는 유기가스의 압력을 높이기 위해 187㎤ 크기로 이루어져 있다.
한편, 상기 본체(111)와 상기 기화기(120) 사이에는 상기 본체(111)에서 유입되는 유기물의 양을 조절하기 위한 밸브(도시되지 않음)가 구비되어 있으며, 상기 밸브는 밸브 콘트롤러((150)를 통해 자동 조절된다.
이하, 본 발명의 일실시 예에 따른 유기물 증착부(130)의 구성도인 도 2를 참조하여 상기 유기물 증착부(130)에 대해 상세히 설명한다.
상기 유기물 증착부(130)는 챔버(chamber)(131), 선형 셀(133) 및 가이드(134)를 포함하여 이루어진다.
상기 챔버(131)는 유기물을 증착하고자 하는 기판을 위치하는 곳으로 진공 챔버 또는 상압 챔버로 이루어질 수 있다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 챔버(131)는 상압 챔버로 구비하였다.
또한, 상기 챔버(131)의 크기는 대면적 기판(730㎜×920㎜)을 포함할 수 있는 크기로 이루어져 있다.
상기 선형 셀(133)은 다양한 형상으로 이루어져 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 튜브(tube) 형태로 이루어져 있다.
상기 선형 셀(131)의 하부는 상기 기화기(120)를 통해 기화된 유기가스의 이 동통로인 상기 유기가스 이동관(123)과 연결되어 있으며, 상부에는 유기가스를 상기 챔버(131) 내의 기판상에 분사하기 위한 가스 분사구(132)가 형성되어 있다.
이때, 상기 분사구(132)는 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 가스 분사구(132)는 20개로 이루어져 있다.
아울러, 상기 가스 분사구(132) 및 상기 선형 셀(133)의 일정 부분에는 증착될 유기가스의 냉각 방지를 위한 히팅코일(135)이 형성되어 있다.
한편, 상기 가스 분사구(132)의 상부에는 상기 가스 분사구(132)를 통해 분사되는 유기가스가 정확하게 기판상에 증착될 수 있도록 유기가스의 방향을 조절하는 가이드(134)가 구비되어 있다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 유기박막 증착 장치(100)는 상기 가이드(134)를 통해 유기가스를 정확하게 기판으로 유도함으로써, 상기 기판상에 증착되는 유기가스의 증착효율을 극대화할 수 있다.
한편, 상기 선형 셀(133)의 하부에는 쿨링자켓(cooling jacket)(도시되지 않음)이 구비되어 있어 기판상에 형성되는 유기 박막의 손상을 방지할 수 있다.
이때, 상기 쿨링자켓은 냉각수를 이동시킬 수 있는 쿨링라인과 상기 쿨링라인을 감싸고 있는 열차단재로 이루어져 있으며, 상기 열차단재는 상기 기화기(120)까지 확장되어 있어, 상기 기화기(120)의 열이 상기 유기물 저장탱크(112)로 전달되는 것을 방지한다.
따라서, 상기 쿨링자켓에 의해 상기 유기물 저장탱크(112) 내의 유기물의 열에 의해 변형, 변성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 챔버(131)의 내부 또는 외부에는 기판에 형성되는 유기박막의 두께, 유기가스의 분출량 및 증착률을 특정하기 위한 센서(140)가 구비되어 있다.
이때, 상기 센서(140)는 다양한 측정 센서를 이용할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 센서는 크리스탈(crystal) 센서(140)를 이용하였다.
결과적으로 본 발명의 일실시 예에 따른 유기박막 증착 장치(100)는 상술한 바와 같이 구비함으로써, 대면적 기판상에 공정의 단절 없이 연속적으로 유기물을 증착할 수 있으며, 또한, 대면적 기판상에 유기물을 증착함에 있어, 상기 유기물이 안정적이며 재현성이 탁월하고, 균일하게 증착되는 우수한 효과가 있다.
이와 관련하여, 본 발명인 유기박막 증착 장치(100)를 이용하여 증착시, 증착의 재현성 및 안정성을 보여주는 그래프인 도 4 및 균일한 증착률을 나타내는 그래프인 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유기박막 증착 장치(100)는 매회 안정적으로 유기물을 공급할 수 있어 재현성이 우수하다.
또한, 본 발명인 유기박막 증착 장치(100)를 이용하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 장시간 연속 증착공정을 수행함에도 기판상에 유기물을 균일하게 증착할 수 있는 우수한 효과가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내 에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일실시 예에 따른 유기박막 증착 장치의 전체 구성도다.
도 2 는 본 발명의 일실시 예에 따른 유기물 증착부의 구성도다.
도 3 은 본 발명의 일실시 예에 따른 기화기의 측 단면도다.
도 4 는 본 발명인 유기박막 증착 장치를 이용하여 증착시, 증착의 재현성 및 안정성을 보여주는 그래프다.
도 5 는 본 발명인 유기박막 증착 장치를 이용하여 증착시 균일한 증착률을 나타내는 그래프다.
*도면의 주요부호에 대한 부호의 설명
100:유기박막 증착 장치 110:유기물 자동 공급부
111:본체 112:유기물 저장탱크
113:토출모터 114:모터 콘트롤러
115:냉각수단 120:기화기
121:보조 히팅수단 122:토출구
123:유기가스 이동관 124:압력센서
130:유기물 증착부 131:챔버
132:가스 분사구 133:선형 셀
134:가이드 135:히팅 코일
140:크리스탈 센서 150:밸브 콘트롤러

Claims (13)

  1. 유기박막 증착 장치에 있어서,
    유기물 자동 공급부;
    상기 유기물 자동 공급부를 통해 공급받은 유기물을 기화시키기 위한 기화기; 및
    상기 기화기를 통해 기화된 유기가스를 기판상에 증착시키기 위한 유기물 증착부;를 포함하며,
    상기 유기물 자동 공급부:는
    본체;
    상기 본체 내부로 유기물을 공급하기 위한 유기물 저장탱크; 및
    상기 본체 내부의 유기물을 상기 기화기로 보내기 위한 토출모터;를 포함하고,
    상기 본체의 일정부분에는 상기 유기물 저장탱크 및 토출모터의 온도상승을 방지하는 냉각수단이 구비되며,
    상기 기화기:는
    상기 기화기 내부에 형성되어 상기 기화기로 유기물을 공급하는 토출구;
    상기 유기가스를 상기 유기물 증착부로 전달하기 위한 유기가스 이동관; 및
    상기 기화기의 일정부분에는 상기 유기물 증착부로 주입되는 상기 유기가스의 유량을 조절하기 위한 압력센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기물 자동 공급부는 상기 토출모터의 회전속도를 조절하기 위한 모터 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 일정부분이 상기 기화기에 삽입되어 있어 상기 유기물이 상기 본체에서 상기 기화기로 이동하는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기물 증착부:는
    챔버;
    상기 챔버의 하부 면에 구비되고, 상기 기화기와 연결되며, 복 수개의 유기가스 분사구를 갖는 선형 셀; 및
    상기 분사구를 통해 분사되는 상기 유기가스의 방향을 조절하기 위한 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버는 진공챔버 또는 상압챔버인 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 또는 외부에는 기판상에 형성되는 유기박막의 두께를 측정하기 위한 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서는 크리스탈(crystal) 센서인 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 선형 셀의 하부에는 기판상에 형성되는 박막 손상 방지를 위한 쿨링자켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  10. 삭제
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 분사구 및 상기 선형 셀에는 히팅코일이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화기의 일정부분에는 보조 히팅수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 유기물 자동 공급부와 상기 기화기 사이에는 상기 유기물의 유입량을 조절하기 위한 밸브 및 상기 밸브를 제어하기 위한 밸브 콘트롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 유기박막 증착 장치.
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