KR101300117B1 - 유기물 증착장치 및 이를 이용한 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유기물 증착장치는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 마련되어 기판을 안착시키는 스테이지, 상기 챔버 내부에 공정가스를 공급하는 소스공급부, 상기 기판에 증착될 상기 공정가스를 이온화시키는 이온화부, 상기 챔버 내부의 타측에 마련되어 상기 이온화된 공정가스를 배출하는 배출판 및 상기 스테이지에 상기 이온화된 공정가스와 다른 극성을 인가하는 전력공급부를 구비한 것으로 이러한 본 발명에 따른 유기물 증착장치는 이온화된 유기물을 기판에 증착시 유기물과 같은 극성은 배출판에 인가하고, 유기물과 다른 극성은 스테이지에 인가하여 유기물 입자의 증착속도를 높이고, 기판에 균일하게 증착시키는 효과가 있다.

유기물, 증착장치, 증착방법

Description

유기물 증착장치 및 이를 이용한 증착방법{Organic chemical vaper deposition apparatus and organic compounds vaper deposition method}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치를 나타낸 간략도이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치의 전력공급부에 의해 배출판이 (+)극성을 가지고, 스테이지가 (-)극성을 가지는 경우를 나타낸 부분 확대도이다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치의 전력공급부에 의해 배출판이 (-)극성을 가지고, 스테이지가 (+)극성을 가지는 경우를 나타낸 부분 확대도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치를 이용한 증착방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 소스 공급부 110: 유기물 소스부

120: 가열기 130: 이송가스 공급부

240: 배출판 300: 이온화부

400: 전력공급부

본 발명은 유기물 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각 다른 극성을 띠는 배출판과 스테이지를 갖는 유기물 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것이다.

최근 반도체 산업에 있어서 반도체 기술이 급성장함에 따라 작은 면적에 방대한 데이터를 집적하는 것이 가능해지면서 방대한 데이터를 고속으로 처리할 수 있는 정보 처리기술도 발전하게 되었다. 또한 정보처리 기기에서 처리된 결과 데이터를 사용자가 인식할 수 있도록 기기와 사용자 사이에서 인터페이스 역할을 하는 디스플레이 장치 개발도 꾸준히 이루어지고 있다.

이러한 정보 처리기기에는 CRT 방식의 디스플레이 장치와 액정표시장치(LCD) 등이 보편적으로 사용되고 있으나 최근 부피가 크고 중량이 무거운 CRT의 단점과 응답속도가 느리고 시야각을 확대하는데 한계가 있는 LCD의 단점을 보완한 유기발광 다이오드 표시소자를 사용한 유기 EL 디스플레이의 수요가 증가하고 있다.

유기발광 소자는 광시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠른 장점을 가지며 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 표시소자이기 때문에 낮은 전압에서 구동이 가능하여 전력소모가 낮다. 또한 휴대가능하며 다양한 색상을 구현할 수 있고, 박막을 액체상에서 제조할 수 있는 장점을 가진다.

이러한 유기발광 소자는 양전극과 음전극을 서로 분리하여 적층하고 양전극과 음전극 사이에 유기 발광막을 삽입한 구조로 이루어지며 유기 발광막은 전자와 정공을 운반하고 발광할 수 있도록 정공 주입층, 정공 수송층, 유기 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등이 적층된 다층구조로 이루어져 발광 효율을 향상시킨다.

유기발광 소자 제조에 사용되는 유기물질은 기판 상에 박막형태로 형성되는데 박막 제조방법으로는 기상증기 증착법(VD), 화학기상 증착법(CVD), 물리기상 증착법(PVD), 이온 플레이팅(ion plating)법 등의 매우 다양한 기술이 응용되고 있다. 이러한 기술 중 유기물질을 이용한 박막 제조는 주로 기상증기 증착법(VD)으로 이루어진다. 이 증착법을 사용하여 유기물질을 박막형태로 형성하는 선행기술로는 공개특허 "10-2004-0009579"의 "유기물질 증착방법 및 이를 적용한 장치"가 있다. 상기 공개특허의 경우는 유기물질을 고온화시켜 공정가스를 생성하고, 상기 공정가스를 이송가스를 이용해 챔버 내부로 운반시켜 유기 박막을 기판에 증착시킨다.

이러한 증착공정은 유기박막을 균일하게 기판에 증착시킬 수 있으나 대부분의 증착공정이 증착경로나 증착속도의 제어가 어려워 유기박막을 균일하게 증착시키기 어렵고 증착하는데 시간이 걸리는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이온화된 유기물을 기판에 증착시 유기물과 같은 극성은 배출판에 인가하고, 유기물과 다른 극성은 스테이지에 인가하여 유기물을 증착시키는 유기물 증착장치 및 이를 이 용한 증착방법에 관한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기물 증착장치는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 마련되어 기판을 안착시키는 스테이지, 상기 챔버 내부에 공정가스를 공급하는 소스공급부, 상기 기판에 증착될 상기 공정가스를 이온화시키는 이온화부, 상기 챔버 내부의 타측에 마련되어 상기 이온화된 공정가스를 배출하는 배출판 및 상기 스테이지에 상기 이온화된 공정가스와 다른 극성을 인가하는 전력공급부를 구비한다.

상기 스테이지는 상기 공정가스의 유기물 결정체가 증착될 수 있도록 공정가스의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다.

상기 챔버 내부의 압력을 유지하고, 상기 기판에 증착되지 못한 상기 이온상태의 공정가스를 배출하는 진공 배기부가 더 포함될 수 있다.

상기 배출판은 이온화된 공정가스와 같은 극성으로 인가될 수 있다.

상기 배출판은 상기 공정가스를 상기 챔버 내부에 배출할 수 있도록 다수개의 배출구로 이루어질 수 있다.

전술한 문제점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기물 증착방법은 기판에 증착될 유기물을 기화시켜 공정가스를 발생시키는 단계, 상기 이온화된 공정가스와 다른 극성을 스테이지에 인가하는 단계 및 상기 이온화된 공정가스를 배출판이 챔버 내부로 배출하는 단계를 포함한다.

상기 배출판은 상기 이온화된 공정가스와 같은 극성으로 인가되는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 공정가스는 이송가스에 의해 수송될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 유기물 증착장치에 대한 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치를 나타낸 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 유기물 증착장치는 소스공급부(100), 증착처리부(200), 이온화부(300), 전력공급부(400)를 구비한다.

소스공급부(100)는 유기물 소스가 수용된 유기물 소스부(110), 유기물 소스를 가열하는 가열기(120), 공정가스를 이송하기 위한 이송가스 공급부(130), 이송가스의 유량을 제어하는 유량제어기(140), 유기물 소스부(110)와 이송가스 공급부(130) 및 챔버(250) 내부와 연결된 수송관을 구비한다.

유기물 소스부(110)는 유기물 소스를 수용하기 위한 임의의 내부공간을 갖는 소스용기(112)를 구비한다. 소스용기(112)는 가열기(120)와 연결되어 소정온도로 가열되고, 소스용기(112)가 가열되면서 수용된 유기물 소스는 가열 증발된다. 소스용기(112)는 고온처리에 강한 산화알루미늄, 알런덤, 코런덤 등의 도가니를 사용할 수 있다.

소스용기(112)를 소정의 온도로 가열하는 가열기(120)는 이송가스나 유기물 소스의 공정가스가 통과하는 모든 관에도 온도의 차이로 공정가스가 응축하여 달라붙지 않도록 가열처리 해야하며 가열온도는 소스용기(112)의 내부온도와 동일하거나 더 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

이때 이송가스를 소스용기(112)의 내부온도와 맞추기 위한 별도의 기체가열시스템을 구비하거나 이송가스의 수송관(150)을 나선형 모양으로 변형 또는 길게하여 시간을 두고 충분히 가열될 수 있도록 하는 것도 가능하다. 또 다른 방법으로는 소스용기(112)의 외벽, 수송관(150)의 외벽, 챔버(250)의 외벽을 감싸는 형상의 발열코일(미도시)을 각각 구비하여 열에너지를 제공하는 방법이 있을 수 있다.

계속해서 소스용기(112)에 수용된 유기물 소스가 증발온도 이상으로 가열되어 공정가스가 생성되면 이송가스 공급부(130)는 공정가스를 챔버(250) 내로 유입시키기 위해 이송가스를 수송관(150)으로 배출하고, 배출된 이송가스는 유량제어기(140)를 거쳐 공정가스와 배합된다. 이송가스 공급부(130)에서 제공하는 이송가스로는 불활성 기체인 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논, 네온 등이 사용될 수 있다.

유량제어기(140)는 유입량을 조절하는 MFC(Mass Flow Controller)일 수 있으며 이송가스 공급부(130)와 유기물 소스부(110) 사이에 배치된다. 이러한 유량제어기(140)는 이송가스가 지나가는 수송관(150)과 병렬로 연결된 별도의 측정관(미도시)을 사용할 수 있다. 이송가스의 유량 측정 및 제어는 측정관의 중앙을 가열하고, 이송가스가 가열부분을 지나가면서 생기는 이송가스 유체의 상류부분과 하류부분의 온도차이에 의해 수행될 수 있다.

계속해서 소스용기(112)의 배출관(116)과 연결된 수송관(150)에서 이송가스와 공정가스가 합쳐져 챔버(250) 내로 운반된다. 여기서 이송가스를 제공하는 공급관(미도시)을 별도로 마련하여 소스용기(112)에 직접 연결하여 사용하는 것도 가능 하다. 또한 소스용기(112)의 상부에는 셔터(114)가 구비되며 상기 셔터(114)는 기화된 공정가스가 배출관(116)으로 배출될 때 기화되기 직전의 불순물들이 챔버(250) 내부에 잔존하여 기판(S)에 증착되지 못하도록 막아주는 역할을 한다.

공정가스가 공급되는 증착처리부(200)는 박막제조공정이 이루어지는 챔버(250)를 구비한다. 챔버(250)는 기판의 출입이 가능한 개폐문(210), 기판이 안착되는 스테이지(220), 공정가스를 분사하는 배출판(230), 챔버 내에 진공분위기 형성을 위한 진공배기부(240)를 구비한다.

챔버(250) 내부에 구비되는 스테이지(220)는 챔버(250) 내부의 중앙에 위치하여 기판(S)을 안착시키고, 박막제조공정을 수행할 수 있도록 배출판(230)과 임의의 공간을 유지하여 증착처리실(270)을 형성한다. 스테이지(220)는 콜드 스테이지로 챔버(250) 내부의 온도를 고온 상태로 유지하여 박막제조공정을 위해 공정가스를 분사할 때 온도차에 의해 기판(S)에 유기물 결정체가 증착될 수 있도록 기판(S)을 냉각시키는 역할을 한다. 따라서 기판(S)과 접합되는 스테이지(220)의 접합면은 기판(S)의 냉각을 위해 냉각수와 같은 냉매가 순환될 수 있도록 냉각 파이프(미도시)가 설치된다. 스테이지에 안착되는 기판은 유리, 석영 또는 플라스틱과 같은 폴리머로 제조될 수 있다.

계속해서 챔버(250) 내부에서 스테이지(220)와 대면하는 위치에 배치되는 배출판(230)은 공정가스를 이송하는 수송관(150)과 연결되어 공정가스를 분사한다. 배출판(230)은 박막의 증착공정이 수행될 공정가스를 기판(S)에 균일하게 배출할 수 있도록 다수개의 배출구(231)로 이루어지며 이러한 배출구(231)는 기본적으로 원형의 형태를 가지거나 어떤 다른 형태로 변형될 수 있다. 또한 배출판(230)은 챔버(250) 내부를 공정가스가 확산되도록 공간을 마련하는 확산실(260)과 기판의 박막제조공정이 이루어지는 증착처리실(270)로 분할한다.

이러한 배출판(230)은 챔버(250) 내벽에 고정되어 설치될 수 있고, 기판(S)과 대면되는 위치에 탈부착이 가능한 형태일 수 있다.

챔버(250) 내의 확산실(260)로 이송되기 전에 분자상태의 공정가스는 이온화부(300)에서 이온화된다. 이온화부(300)는 공정가스의 분자에 전압을 인가하거나 레이져 조사 및 열을 가하여 안정된 상태에서 불안정한 상태의 가스분자로 변화되게 하고, 이에 따라 전자들이 튀어나오게 되어 가스분자를 이온상태의 가스로 변환시킨다.

챔버(250) 내부를 진공분위기로 형성하는 진공배기부(240)는 챔버(250) 내부의 압력을 유지하기 위해 진공펌프(미도시)를 사용할 수 있고, 챔버의 기본 진공도를 향상시키기 위해서 터보 분자펌프(미도시)를 추가로 포함할 수도 있다. 또한 진공배기부(240)는 기판(S)에 박막 증착시 증착되지 못한 공정가스를 배기시키는 역할을 한다.

마지막으로 배출판(230)과 스테이지(220)에 전압을 인가하여 각각 다른 극성을 띠게하는 전력공급부(400)를 구비하여 박막제조처리공정을 수행한다. .

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 박막제조처리공정에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착장치의 전력공급부에 의해 배출판이 (+)극성을 가지고, 스테이지가 (-)극성을 가지는 경우를 나타낸 부분 확대도이고, 도 2b는 배출판이 (-)극성을 가지고, 스테이지가 (+)극성을 가지는 경우를 나타낸 부분 확대도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 전력공급부(400)에 의해 전압이 인가된 배출판(230)과 스테이지(220)는 각각 다른 극성을 띠게 된다. 예를 들어 공정가스가 (+)극성을 가진 이온상태의 가스로 분해되는 경우 배출판(230)을 (+)극성으로 스테이지(220)를 (-)극성으로 형성시킬 수 있다. 분해된 (+)극성을 가진 이온상태의 가스는 (+)극성을 가지는 배출판(230)의 배출구(231)에서 분사될 때 (+)극성과 척력을 가지기 때문에 빠른 속도로 배출되고, 스테이지(220)의 (-)극성으로 인해 인력이 작용하여 기판(S)에 균일하게 증착될 수 있다.

또한 도 2b와 같이 공정가스가 (-)극성을 가진 이온상태의 가스로 분해되는 경우 배출판(230)을 (-)극성으로 스테이지(220)를 (+)극성으로 형성시키면 배출구(231)에서 (-)극성을 가진 이온상태의 가스가 배출될 때 배출속도가 가속화되고, (-)극성을 가진 이온상태의 가스와 다른 극성 즉 (+)극성을 가지는 스테이지(220)와 인력이 작용하여 (-)극성을 가진 이온상태의 가스가 기판(S)에 균일하게 증착될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착방법을 나타낸 순서도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유기물 증착장치는 챔버(250)의 도어(210)를 통해 기판(S)을 증착 처리실(270)로 반입시켜 스테이지(220)에 안착시킨다(S100).

스테이지(220)에 기판(S)이 안착되면 증착처리실(270)은 진공배기부(240)에 의해 진공분위기가 형성된다(S200). 진공배기부(240)는 공정가스 및 이송가스가 챔버(250) 내부로 이송되어 챔버(250) 내부의 압력이 상승되는 것을 방지하기 위해 지속적으로 진공상태를 유지하며 기판(S)에 증착되지 못한 이온화 공정가스를 배기한다.

이후 가열기(120)가 공정가스를 발생시키기 위해 소스용기(112)를 가열하고, 공정가스가 이송되는 수송관(150) 및 박막제조처리공정이 수행되는 챔버(250)를 가열한다(S300).

계속해서 소스용기(112)에서 기화된 공정가스를 챔버(250) 내로 수송할 수 있도록 이송가스 공급부(130)에서 수송관(150)으로 이송가스를 공급한다(S400). 이때 유량제어기(140)가 이송가스의 유량을 제어하여 적정량의 이송가스를 방출한다.

이송가스는 유기물 소스부(110)의 배출관(116)을 통해 수송관(150)으로 배출된 공정가스를 이온화부(300)로 이송시킨다. 이온화부(300)에서 이온화(S500)된 공정가스는 챔버(250) 내의 확산실(260)로 이송되고, 이때 전력공급부(400)에 의해 전압이 인가(S600)되어 배출판(230)은 이온화된 공정가스와 같은 극성을 띠고, 스테이지(220)는 이온화된 공정가스와 다른 극성을 띠게 된다.

이후 확산실(260)에 모여진 이온화된 공정가스는 배출판(230)에 의해 배출(S700)되어 증착처리실(270)로 제공된다. 증착처리실(270)에 제공된 이온화 공정가스는 다른 극성을 가지는 스테이지(220)에 의해 인력으로 기판(S)에 증착(S800)되어 박막을 형성하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유기물 증착장치 및 이를 이용한 증착방법은 유기물을 기판에 증착시 유기물과 같은 극성은 배출판에 인가하고, 유기물과 다른 극성은 스테이지에 인가하여 유기물 입자의 증착속도를 높이고, 기판에 균일하게 증착시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 챔버;

   상기 챔버의 외부에 배치되고 상기 챔버에 연결되어 상기 챔버로 유기물이 기화된 공정가스를 공급하는 소스공급부;

   상기 챔버와 상기 소스공급부의 사이에 배치되어 상기 공정가스를 이온화시시키는 이온화부;

   상기 공정가스가 도입되는 상기 챔버 내부의 일측에 배치되고 상기 공정가스가 배출되는 복수의 배출구가 형성되는 배출판;

   상기 배출판에 대향되는 상기 챔버 내부의 타측에 배치되어 기판을 지지하는 스테이지;

   이온화된 상기 공정가스와 동일 극성을 상기 배출판으로 인가하고 이온화된 상기 공정가스와 반대 극성을 상기 스테이지로 인가하여 상기 공정가스와 상기 배출판 사이에 척력(斥力)이 작용되도록 하며 상기 공정가스와 상기 스테이지 사이에 인력(引力)이 작용되도록 하는 전력공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 증착장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스테이지는 상기 공정가스의 유기물 결정체가 증착될 수 있도록 공정가스의 온도보다 낮은 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 유기물 증착장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내부의 압력을 유지하고, 상기 기판에 증착되지 못한 이온상태의 상기 공정가스를 배출하는 진공 배기부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 유기물 증착장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 유기물이 기화된 공정가스가 공급되는 단계;

   상기 공정가스가 이온화부에서 이온화되는 단계;

   상기 공정가스가 도입되는 챔버 내부의 일측에 배치되는 배출판으로 이온화된 상기 공정가스와 동일 극성이 인가되어 상기 공정가스와 상기 배출판의 사이에 척력이 작용하고, 상기 공정가스가 상기 배출판에 형성된 복수의 배출구를 통해 상기 챔버 내부로 배출되는 단계;

   상기 배출판에 대향되는 상기 챔버 내부의 타측에서 기판을 지지하는 스테이지로 이온화된 상기 공정가스와 반대 극성이 인가되어 상기 공정가스와 상기 스테이지의 사이에 인력이 작용되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 증착방법.
7. 삭제
8. 제 6항에 있어서, 상기 공정가스는 이송가스에 의해 수송되는 것을 특징으로 하는 유기물 증착방법.

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