KR101281909B1 - 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 증착 장치가 개시되어 있다. 화소 영역들이 형성된 기판에 증착 물질을 증착하기 위한 박막 증착 장치에서, 통 형상의 챔버, 챔버 내의 하부에 배치되며 증착 물질이 수납된 상기 증착 셀, 챔버 내에 상부에 배치되며 기판을 고정하기 위한 기판 고정 유닛 및 기판 및 증착 셀 사이에 개재되며 화소 영역들과 대응하는 부분에 개구들이 형성되며 증착 물질이 개구 이외의 부분을 통해 기판을 향하는 것을 차단하는 차단부를 갖는 쉐도우 마스크를 포함한다. 증착 셀로부터 승화된 증착 물질이 쉐도우 마스크의 개구 이외의 부분으로 통과하여 챔버 내부를 심하게 오염시키는 것을 방지하여 박막 증착 장치의 가동률을 크게 향상시키고, 챔버 내부에 부착된 증착 물질이 챔버로부터 이탈되어 파티클로 작용하는 것을 방지할 수 있다.

Description

박막 증착 장치{THIN FILM DEPOSITION DEVICE}
도 1은 종래 기술에 의한 챔버 및 쉐도우 마스크의 관계를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 박막 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 쉐도우 마스크의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 쉐도우 마스크 및 챔버의 형상 및 배치를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 챔버 20: 증착 셀
30: 기판 고정 유닛 40: 쉐도우 마스크
100: 박막 증착 장치
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것이다.
최근 들어 방대한 데이터를 단시간 내에 처리하는 것이 가능한 정보처리장치 의 기술 개발에 따라 정보처리장치에서 처리된 데이터를 영상으로 표시하기 위한 표시장치의 기술 개발 또한 급속히 이루어지고 있다.
표시장치는 액정표시장치, 유기 광 발생 장치 및 플라즈마 표시 패널 등이 대표적이다.
이들 중 유기 광 발생 장치는 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 박형 등으로 구성할 수 있는 장점을 갖기 때문에 최근에 널리 사용되고 있다. 또한, 유기 광 발생 장치는 좁은 광 시야각, 느린 응답 속도 등 액정표시장치의 문제점을 크게 해결할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 유기 광 발생 장치는 액정표시장치 또는 플라즈마 표시 패널등 유사 표시장치 등과 유사한 품질의 영상을 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정이 단순화한 장점을 갖는다.
종래 유기 발 발생 장치는 투명기판상에 배치된 투명전극, 투명전극 상에 배치된 유기박막층 및 유기박막층 상에 배치된 금속 전극을 포함한다.
이들 중 유기박막층은 여러 유기 물질로 이루어진 다층 구조를 갖는다. 예를 들어, 유기박막층은 홀 주입/수송층(HIL,HTL), 발광층(EML) 및 전자 주입/수송층(EIL, ETL) 등과 같은 다층 유기막을 포함한다.
상술된 다층 유기막을 형성하기 위해서는 진공증착법이 널리 이용되고 있다. 다층 유기막을 형성하기 위한 종래 진공 증착 장치는 원통 형상을 갖는 진공 챔버, 진공 챔버의 내부에 배치되며 다층 유기막을 이루는 유기물이 수납된 유기물 포트(pot)를 포함한다. 유기물 포트의 상부에는 유기물이 증착되는 기판이 배치된다. 기판과 마주보는 곳에는 복수개의 개구가 형성된 쉐도우 마스크가 배치되고, 유기 물 포트에서 승화된 유기물은 쉐도우 마스크를 통과하여 기판의 지정된 위치에 증착된다.
도 1은 종래 기술에 의한 챔버 및 쉐도우 마스크의 관계를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 진공 증착 장치는 대부분 원통 형상의 챔버(1)를 사용하는 반면, 챔버(1) 내부에 배치된 쉐도우 마스크(2)는, 평면상에서 보았을 때, 사각 플레이트 형상을 갖는다. 평면상에서 보았을 때, 사각 플레이트 형상을 갖는 쉐도우 마스크는 이외에도 한국 공개공보 2006-0052117호 "쉐도우 마스크", 한국 공개공보 2005-0004961호 "쉐도우 마스크 제작 방법" 및 한국 공개공보 2004-0090167호 "쉐도우 마스크 및 이를 이용한 유기 EL 표시소자의 제조 방법" 등에 다수가 개시된 바 있다.
그러나, 평면상에서 보았을 때, 사각 플레이트 형상을 갖는 쉐도우 마스크(2)를 원통 형상을 갖는 챔버(1)내에 배치할 경우, 유기물 포트에 수납된 유기물이 승화되어 기판에 부착될 때, 쉐도우 마스크(2)의 개구(3) 뿐만 아니라 챔버(1) 및 쉐도우 마스크(2)의 측면 사이의 공간을 통해 승화된 유기물이 챔버(1)의 상부 및 기판의 임의의 위치에 증착되며, 증착된 유기물이 챔버(1)로부터 분리되어 기판에 부착되는 등의 문제점을 발생시킨다. 더욱이 유기물에 의하여 챔버(1)가 심하게 오염되기 때문에 챔버(1)의 클리닝 주기를 급속히 단축시켜 진공 증착 장치의 가동률을 크게 감소 시키는 문제점도 갖는다.
본 발명의 목적은 쉐도우 마스크 및 챔버를 개량하여 유기물이 쉐도우 마스크의 개구를 통해서만 기판에 증착될 수 있도록 하여 챔버의 오염을 억제한 증착 장치를 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 증착 장치는 화소 영역들이 형성된 기판에 증착 물질을 증착하기 위한 박막 증착 장치에서, 통 형상의 챔버, 챔버 내의 하부에 배치되며 증착 물질이 수납된 상기 증착 셀, 챔버 내에 상부에 배치되며 기판을 고정하기 위한 기판 고정 유닛 및 기판 및 증착 셀 사이에 개재되며 화소 영역들과 대응하는 부분에 개구들이 형성되며 증착 물질이 개구 이외의 부분을 통해 기판을 향하는 것을 차단하는 차단부를 갖는 쉐도우 마스크를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 증착 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 챔버, 증착 셀, 기판 고정 유닛 및 쉐도우 마스크 및 기타 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 챔버, 증착 셀, 기판 고정 유닛 및 쉐도우 마스크 및 기타 구조물들이 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 챔버, 증착 셀, 기판 고정 유닛 및 쉐도우 마스크 및 기타 구조물들이 직접 챔버, 증착 셀, 기판 고정 유닛 및 쉐도우 마스크 및 기타 구조물들 위에 형성되거나 아 래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 챔버, 증착 셀, 기판 고정 유닛 및 쉐도우 마스크 및 기타 구조물들이 기판상에 추가로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 박막 증착 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 박막 증착 장치(100)는 챔버(10), 증착 셀(20), 기판 고정 유닛(30) 및 쉐도우 마스크(40)를 포함한다.
챔버(10)는, 예를 들어, 통 형상을 갖는다. 바람직하게, 챔버(10)는 원통 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 챔버(10)는 하부 챔버 몸체(12) 및 하부 챔버 몸체(12)와 결합되며 개폐가 가능한 상부 챔버 몸체(14)를 포함할 수 있다. 챔버(10)에는 챔버(10) 내부를 대기압보다 낮은 초진공압으로 형성하기 위한 진공펌프(16)가 배관(18)을 통해 연결된다.
챔버(10)의 내부에는 증착 셀(20)이 배치된다. 증착 셀(20)은 용기(vessel) 형상을 가질 수 있다. 증착 셀(20)에는, 예를 들어, 증착 물질(25), 예를 들면, 승화 가능한 유기물이 수납되고, 증착 셀(20)의 외측면에는 증착 셀(20)을 가열하기 위한 가열 유닛(27)이 배치된다. 가열 유닛(27)은 전기 히터일 수 있다.
기판 고정 유닛(30)은 증착 셀(20)과 마주보도록 챔버(10)의 상부에 배치된다. 기판 고정 유닛(30)은 플레이트 형상을 갖고, 기판 고정 유닛(30)에는 화소 영역(32)이 형성된 기판(34)이 배치된다. 본 실시예에서 기판(34)은, 예를 들어, 직육면체 플레이트 형상을 가질 수 있고, 직육면체 플레이트 형상을 갖는 기판(34)에는 복수개가 매트릭스 형상으로 배치된 유기 광 발생층(미도시)이 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 유기 광 발생층은 기판(34) 상에 형성된 홀 주입층, 홀 수송 층, 유기 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함할 수 있다.
기판 고정 유닛(30)은 진공압을 이용하여 기판(34)을 흡착하여 고정할 수 있다. 이와 다르게, 기판 고정 유닛(30)은 정전기를 이용하여 기판(34)을 고정할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 쉐도우 마스크의 평면도이다.
쉐도우 마스크(40)는 기판 고정 유닛(30) 및 증착 셀(20)의 사이에 개재된다. 쉐도우 마스크(40)는, 평면상에서 보았을 때, 챔버(10)의 내측에 꼭 맞게 삽입되는 형상을 갖는다.
예를 들어, 챔버(10)가 원통 형상을 가질 경우, 쉐도우 마스크(40)는 원판 형상을 가질 수 있다.
쉐도우 마스크(40)의 중앙에는 개구부(41)가 형성된다. 예를 들어, 개구부(41)는, 평면상에서 보았을 때, 기판(34)과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다.
개구부(41)에는 복수개의 개구(42)들이 형성된다. 본 실시예에서, 개구(42)들은 개구부(41) 내부에서 매트릭스 형상으로 배치되고, 개구(41)들은 기판(34)에 형성된 화소 영역(32)과 대응하는 형상 및 화소 영역(32)과 대응하는 위치에 형성된다.
쉐도우 마스크(40)의 개구부(41)의 외측에는 차단부(44)가 형성된다. 차단부(44)는 원통 형상을 갖는 챔버(10) 및 개구부(41) 사이를 통해 증착 셀(20)로부터 승화된 유기물이 통과하는 것을 차단한다.
도 4는 도 2에 도시된 쉐도우 마스크 및 챔버의 형상 및 배치를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 차단부(44)는 챔버(10)와 대응하는 형상을 갖는다. 본 실시예에서 챔버(10)는, 평면상에서 보았을 때, 원 형상의 내측면을 갖기 때문에, 차단부(44)에 의하여 쉐도우 마스크(40)는 원판 형상을 갖는다.
한편, 쉐도우 마스크(40)가 자중에 의하여 휨이 발생하는 것을 방지하기 위해 챔버(10)에는 스트레칭 유닛(50)이 설치된다. 스트레칭 유닛(50)은 쉐도우 마스크(40)에 장력(tension)을 인가하여 쉐도우 마스크(40)에 휨이 발생하지 않도록 한다.
이하, 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 먼저, 챔버(10)의 상부 챔버 몸체(14)가 개방된 상태에서, 증착 물질(25), 예를 들면, 승화 가능한 유기물이 수납된 증착 셀(20)이 챔버(10)의 내부에 배치된다.
본 실시예에서, 승화 가능한 유기물은 홀 주입층을 이루는 홀 주입 물질, 홀 수송층을 이루는 홀 수송 물질, 유기 발광층을 이루는 유기 발광물질, 전자 수송층을 이루는 전자 수송물질 및 전자 주입층을 이루는 전자 주입물질일 수 있다.
증착 셀(20)이 챔버(10) 내부에 배치된 상태에서, 챔버(10) 내부에는 쉐도우 마스크(40)가 장착되고, 기판 고정 유닛(30)에 화소 영역(32)이 형성된 기판(34)이 고정된다. 이때, 기판(34)은 진공압 또는 정전기에 의하여 기판 고정 유닛(30)에 고정된다.
기판(34)이 기판 고정 유닛(30)에 고정된 후 상부 챔버 몸체(14)는 하부 챔버 몸체(12)와 결합되어 챔버(10)는 밀봉된다.
이어서, 진공 펌프(16)의 작동에 의해 밀봉된 챔버(10) 내부에는 초진공압이 형성되고, 이어서, 가열 유닛(27)으로부터 발생된 열에 의하여 증착 셀(20)에 수납된 증착 물질(25)은 승화된다.
승화된 증착물질은 챔버(10)의 하부에서 상부로 이동되어 쉐도우 마스크(40)에 도달하고, 쉐도우 마스크(40)에 도달된 승화된 증착물질은 쉐도우 마스크(40)의 개구(42)를 통과하여 기판(34)의 화소 영역(32)에 증착된다.
이때, 쉐도우 마스크(40)의 차단부(44)가 챔버(10)를 가로막고 있기 때문에 승화된 증착물질은 개구(42)이외의 부분으로는 쉐도우 마스크(40)를 통과하지 못하게 되어 챔버(10) 중 쉐도우 마스크(40) 상부에 대응하는 부분에 승화된 증착물질이 증착되는 것을 억제할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 증착 셀로부터 승화된 증착 물질이 쉐도우 마스크의 개구 이외의 부분으로 통과하여 챔버 내부를 심하게 오염시키는 것을 방지하여 박막 증착 장치의 가동률을 크게 향상시키고, 챔버 내부에 부착된 증착 물질이 챔버로부터 이탈되어 파티클로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식 을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 화소 영역들이 형성된 기판에 증착 물질을 증착하기 위한 박막 증착 장치에서,
    통 형상의 챔버;
    상기 챔버 내의 하부에 배치되며 상기 증착 물질이 수납된 증착 셀;
    상기 챔버 내에 상부에 배치되며 상기 기판을 고정하기 위한 기판 고정 유닛; 및
    상기 기판 및 상기 증착 셀 사이에 개재되며 상기 화소 영역들과 대응하는 부분에 개구들이 형성되며 상기 증착 물질이 상기 개구 이외의 부분을 통해 상기 기판을 향하는 것을 차단하는 차단부를 갖는 쉐도우 마스크를 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 원통 형상을 갖고, 상기 쉐도우 마스크는 원판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내측면에는 상기 쉐도우 마스크의 처짐을 방지하기 위해 상기 쉐도우 마스크에 텐션을 인가하는 스트레칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증착물질은 승화 가능한 유기물인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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