KR101173603B1 - 유기 전계 발광층의 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 전체 표면에 균일한 증착막을 형성함과 동시에 증착 영역에서의 샤도우 현상 및 일부 영역에서의 중복 증착을 개선할 수 있는 증착 장치를 개시한다. 본 발명에 따른, 챔버 및 증착원을 포함하여 챔버 내부로 로딩된 기판에 대한 증착막 형성 공정을 수행하는 증착 장치는 진공 챔버 내에 2개의 증착원을 설치하되, 각 증착원이 기판의 양측 에지부 하부에 위치하고, 각 중심선(연장선)이 기판의 외측을 향하도록 경사진 상태로 설치된다.

증착 장치

Description

유기 전계 발광층의 증착 장치{Device for forming the 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 2개의 포인트 증착원이 설치된 상태를 도시한 개략적인 도면.

도 6은 본 발명에 따른 증착 장치 내에서의 증착원들의 배치 상태를 도시한 개략적인 도면.

본 발명은 유기 전계 발광층의 증착 장치에 관한 것으로서, 특히 기판 전체 표면에서의 샤도우 현상을 개선할 수 있는 유기 전계 발광층의 증착 장치에 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. 또한, 선형 증착원은 육면체의 형상을 가지며, 셀 캡에는 부재의 길이 방향으로 소정 폭의 개구가 형성되어 있다.

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 증기 는 이 개구(1A-1)를 통하여 외부, 즉 기판(챔버 내부에 장착된 상태)을 향하여 배출된다.

미설명 부호 11은 셀 캡(1A)으로 전달된 열의 외부 발산을 막기 위하여 측벽 부재(1B) 상단에 고정된 금속성 재질의 원판형 커버이며, 11-1은 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 수밖에 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 에지(edge)부에 증착된 증착막의 두께의 비는 약 100 : 89이다.

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

도 3은 포인트 증착원 및 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, 더욱 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) 표면에 증착막이 형성되는 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. 그러나 증착원(1)과 마스크(M)의 위치 관계로 인하여 기판(2)의 설정된 영역에 원하는 형태의 증착막을 형성할 수 없다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 마스크(M) 표면에 대하여 큰 경사 각도를 갖고 진행하는 증착 증기는 마스크(M)에 형성된 패턴의 가장자리에 의하여 그 흐름이 차단된다.

따라서 기판(2) 표면에서, 마스크(M)의 패턴에 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 형성되는 경우도 일어난다(도 4의 "N" 부분).

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.

도 5에서는 2개의 증착원(10, 20)이 되되, 각 중심이 기판(2)의 양 에지에서 벗어난 상태로 설치된 종래의 증착 시스템을 도시한다.

도 5와 같이 배치된 2개의 증착원(10, 20)을 이용하여 증착 공정을 수행하는 경우에 기판(2)의 전면에 도 4에 도시된 바와 같은 샤도우 현상이 발생되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 유기 전계 발광층을 형성하기 위한 과정에서 발생되는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 전체 표면에 균일한 증착막을 형성함과 동시에 증착 영역에서의 샤도우 현상 및 일부 영역에서의 중복 증착을 개선할 수 있는 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른, 챔버 및 증착원을 포함하여 챔버 내부로 로딩된 기판에 대한 증착막 형성 공정을 수행하는 증착 장치는 진공 챔버 내에 2개의 증착원을 설치하되, 각 증착원이 기판의 양측 에지부 하부에 위치하고, 각 중심선(연장선)이 기판의 외측을 향하도록 경사진 상태로 설치된다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 증착 장치 내에서의 증착원의 배치 상태를 도시한 개략적인 도면이다. 한편, 도 6에 도시된 기판과 증착원들은 증착 장치의 진공 챔버 내에 위치하며, 도면의 이해를 쉽게 하기 위하여 본 발명의 특징 부분인 증착원과 기판만을 도시하였다.

본 발명에 따른 증착 장치의 구성적인 특징은 진공 챔버 내에 2개의 포인트 증착원(100, 200)을 설치하되, 각 증착원(100, 200)이 기판(2)의 양측 에지부 하부에 위치하고, 각 중심선(연장선)이 기판(2)의 외측을 향하도록 경사진 상태로 설치 한 것이다.

도 6에서와 같이 설치된 증착원(100, 200)에서 발생된 증착 재료 증기가 셀 캡의 개구(도 1의 1A-1)를 통하여 외부로 배출될 때, 증착원(100, 200)의 중심선과 동일한 방향(화살표 "가" 방향)으로 배출되는 증착 재료 증기는 기판(2)에 도달하지 않으며, 증착원(100, 200)의 중심선에서 벗어난 방향(화살표 "나" 및 "다" 방향)으로 배출되는 증착 재료 증기만이 기판(2)에 도달된다.

이와 같이 배치된 증착원(100, 200)을 이용하여 증착 공정을 수행할 때 기판(2) 표면에 형성되는 증착막의 상태를 설명하면 다음과 같다.

1. 증착막 두께의 균일화

도 2와 관련된 설명에서 언급한 바와 같이, 기판(2)에 형성된 증착막의 두께는 cos²θ의 값에 비례한다(여기서, θ는 증착원의 중심선과 기판(2)의 특정 위치와 포인트 증착원(1)의 중심을 연결하는 가상선과의 각도).

각 증착원(100, 200)의 중심선 방향(즉, "가" 방향)으로 배출되는 증착 재료 증기는 기판(2)에 도달하지 않고 외부(챔버 공간)으로 분산되며, 증착원(100, 200)의 중심선에서 벗어난 방향으로 배출된 증착 재료 증기만이 기판(2)에 도달한다.

따라서 증착원(100, 200)이 기판(2) 하부에 배치된 상태일지라도 도 3에서 설명한 바와 같은 균일한 증착막 형성이라는 효과를 얻을 수 있다.

2. 샤도우 현상 발생 최소화

도 6에 도시된 바와 같이, 증착원(100, 200)이 기판(2)의 양 에지 하부에 배치된 상태에서는 증착원(100, 200)의 중심선에서 벗어나 배출된 증착 재료 증기일지라도 그 일부는 기판(2)의 표면에 수직 방향(화살표 "나" 방향)으로 도달된다.

따라서, 증착 재료 증기가 수직으로 도달하는 기판(2)의 일부 부분(A 영역 및 B 영역)에서는 도 4에 도시된 바와 같은, 증착막이 형성되지 않는 샤도우 현상 및 기존 증착막 상에서의 중첩 증착 현상이 발생하지 않는다.

이상과 같은 본 발명에 따른 증착 장치는 기판 전체 표면에 걸쳐 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있으며, 또한 마스크에 의한 샤도우 현상이 발생되는 영역을 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 기판의 불필요한 영역(이미 증착막이 형성된 영역)에서의 증착막 형성의 문제점을 해결할 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 (1)

1. 챔버 및 증착원을 포함하여 챔버 내부로 로딩된 기판에 대한 증착막 형성 공정을 수행하는 증착 장치에 있어서,

   상기 기판의 양측 끝 아래에 설치된 2개의 증착원을 포함하며,

   상기 증착원 각각은,

   상기 기판의 법선을 상기 기판의 끝에서 연장했을 때, 상기 법선보다 안쪽으로 위치하고,

   상기 증착원의 중심을 지나는 연장선과 상기 기판이 이루는 각도는 90도(°)보다 작고,

   상기 증착원은 중심을 지나는 연장선이 상기 기판과 만나지 않도록 상기 기판의 외측을 향해 기울어져 있는 증착 장치.

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