KR101960364B1 - 유기 박막 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인라인 방식으로 이송된 유리 기판에 유기 박막을 증착시키는 유기 박막 증착장치에 있어서, 유리 기판을 공급 및 반출하는 로드/언로드부; 상기 로드/언로드부로부터 상기 유리 기판을 전달받아 유기 박막 증착공정을 위하여 진공상태를 제공하는 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버로부터 제공되는 진공상태를 안정화 시키는 버퍼챔버; 이온 발생모듈을 구비하여 상기 버퍼챔버로부터 전달받은 상기 유리 기판 상에 유기 박막을 스퍼터링하는 프로세스 챔버; 상기 유기 박막이 형성된 상기 유리 기판을 상기 프로세스 챔버로 이송하는 트랜스퍼 챔버; 각각의 상기 챔버들 하측에 마련되어 상기 유리 기판을 이송 또는 반송하는 캐리어부를 포함하는 유기 박막 증착장치를 제공한다.
본 발명에 따른 유기 박막 증착장치에 따르면, 첫째, 이온 발생유닛을 사용하여 플라즈마에 의한 유기 박막의 열화 현상을 방지할 수 있고, 둘째, 기존의 스퍼터에 장착되는 마그넷 모듈이 불필요하기 때문에 설비가 단순해지고, 셋째, 타겟부의 사용 효율이 증가하여 타겟부에 대한 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

유기 박막 증착장치{Apparatus for vapor deposition of organic thin film}
본 발명은 유기 박막 증착장치에 관한 것으로서, 고온의 플라즈마에 의한 유리 기판의 열변형 또는 특성저하를 방지할 수 있는 유기 박막 증착장치에 관한 것이다.
최근 개인용 컴퓨터, 휴대용 단말기 및 각종 휴대용 정보기기 등에 사용되는 영상 표시장치로 경량 박형의 평판 표시장치(Flat panel display)가 주로 사용되고 있다.
이러한 평판 표시장치로는 액정 표시장치(Liquid crystal display), 발광 표시장치(Light emitting display), 플라즈마 표시패널((Plasma display), 전계방출 표시장치(Field emitting display) 등이 있다.
여기서 상기 평판 표시장치들은 기판 상에 다수의 박막을 형성하는 박막 형성공정이 수행된다. 박막 형성공정은 다수의 박막들을 열 증착공정 또는 스퍼터링 공정 등을 수행하여 형성할 수 있는데, 특히 열 증착공정은 재료 이용효율이 낮고 두께가 균일하지 못하는 등의 문제가 있어 최근에는 스퍼터링 장치를 이용한 박막 형성공정이 수행되고 있다.
상기한 스퍼터링 장치는 진공 가능한 챔버와, 챔버 내부에서 기판을 고정하는 기판 플레이트와, 챔버 내부의 일측에 마련되는 타겟과, 타겟의 배면에서 타겟을 고정시키는 타겟 플레이트와, 마그넷 모듈 등을 구비한다. 여기서, 상기 타겟은 기판에 증착될 물질 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO), 구리, 알루미늄, 몰리브덴 등이 될 수 있다.
상기와 같이 구성된 스퍼터링 장치는 외부전원에 의해 발생된 플라즈마 상에서 아르곤 등의 이온이 음전하의 타겟들에 고속으로 충돌하여 타겟들의 원자가 외부로 튀어나가서 기판에 증착되도록 한다.
하지만, 상술한 종래의 스퍼터링 장치는 챔버 내부에서 형성되는 플라즈마에 의하여 이온 및 전자 충돌에 따라서 유기발광다이오드(OLED)에 열화현상이 발생하는 한계가 있다.
또한 열화현상으로 인한 유기발광다이오드 소자의 성능 저하가 수반되어 제품 불량에 따른 문제점이 지적되고 있다.
게다가 마그넷 모듈을 통한 자장이 강한 특정 영역, 즉 에로든 존(Eroden zone)에 의하여 타겟부의 일부만을 사용하고 폐기해야하는 비효율적인 장비운용의 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 유기 박막 증착장치에 관한 것으로서, 플라즈마에 의한 유기 박막의 특성 저하를 방지할 수 있도록 이온 발생유닛을 이용하는 유기 박막 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 인라인 방식으로 이송된 유리 기판에 유기 박막을 증착시키는 유기 박막 증착장치에 있어서, 유리 기판을 공급 및 반출하는 로드/언로드부; 상기 로드/언로드부로부터 상기 유리 기판을 전달받아 유기 박막 증착공정을 위하여 진공상태를 제공하는 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버로부터 제공되는 진공상태를 안정화 시키는 버퍼챔버; 이온 발생모듈을 구비하여 상기 버퍼챔버로부터 전달받은 상기 유리 기판 상에 유기 박막을 스퍼터링하는 프로세스 챔버; 상기 유기 박막이 형성된 상기 유리 기판을 상기 프로세스 챔버로 이송하는 트랜스퍼 챔버; 각각의 상기 챔버들 하측에 마련되어 상기 유리 기판을 이송 또는 반송하는 캐리어부를 포함하는 유기 박막 증착장치를 제공한다.
상기 이온 발생모듈은 내부에서 플라즈마를 형성시켜 플라즈마 내 이온을 추출하여 가속시키는 이온발생부; 및 상기 이온발생부로부터 가속된 이온이 도달하는 타겟부를 포함할 수 있다.
상기 타겟부는 증착될 물질로 이루어지는 타겟부재와, 상기 타겟부재가 상기 유리 기판을 향하도록 각도를 조절하는 틸트부재를 포함할 수 있다.
상기 틸트부재는 10 ~ 90° 범위의 회동각도를 조절할 수 있다.
상기 이온 발생모듈은 0.5kV ~ 4kV 범위의 전압이 인가될 수 있다.
상기 이온 발생모듈은 10mA ~ 1A 범위의 전류가 인가될 수 있다.
상기 버퍼 챔버는 상기 프로세스 챔버에서 증착공정이 수행되기 전 상기 유리 기판을 예열할 수 있도록 제1히팅유닛을 포함할 수 있다.
상기 트랜스퍼 챔버는 상기 프로세스 챔버에서 또 다른 증착공정이 수행되기 전 상기 유리 기판을 예열할 수 있도록 제2히팅유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 증착장치에 따르면,
첫째, 이온 발생유닛을 사용하여 플라즈마에 의한 유기 박막의 열화 현상을 방지할 수 있고,
둘째, 기존의 스퍼터에 장착되는 마그넷 모듈이 불필요하기 때문에 설비가 단순해지고,
셋째, 타겟부의 사용 효율이 증가하여 타겟부에 대한 유지보수 비용을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 박막 증착장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 이온 발생모듈을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 유리 기판 상에 x축으로 증착된 두께를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 나타낸 유리 기판 상에 y축으로 증착된 두께를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
일반적으로 플라즈마(Plasma)를 이용하는 스퍼터링 기술은 반도체, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 프로젝션 티브이 (Projection TV) 등의 제조 분야에서 박막의 코팅에 보편적으로 이용되고 있으며, 기판의 로딩과 언로딩 방법에 따라 배치형(Batch Type), 인터백(Inter-Back)과 인라인(In-Line) 방식으로 구분하고 있다.
배치형 스퍼터링 방식은 증착챔버에 기판을 직접 로딩하여 기판의 표면에 박막을 형성한다. 인터백 스퍼터링은 증착챔버에 기판의 로딩 및 언로딩을 수행하는 서브챔버를 구비시키고, 서브 챔버에 의하여 기판을 로딩 및 언로딩시키면서 기판의 표면에 박막을 형성한다.
인라인 스퍼터링 방식은 증착챔버에 로딩 챔버와 언로딩 챔버를 인라인으로 배치시키고, 로딩 챔버에 의하여 기판을 로딩시킨 후 기판의 표면에 박막의 코팅을 수행한 후 언로딩 챔버에 의하여 기판을 로딩시킨다. 한편, LCD와 PDP 등의 제조 분야에서는 유리기판의 표면에 절연막으로 실리카(SiO2)막과 도전막으로 ITO(Indium Tin Oxide)막을 연속적으로 코팅하기 위하여 인라인 스퍼터링을 이용하고 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 증착장치는 상기한 배치형 스퍼터링 방식의 증착도 가능하지만 인라인 스퍼터링 방식으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 따라서 이하에서는 인라인 스퍼터링 방식을 기초로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 박막 증착장치(100)를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 이온 발생모듈(141)을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
상기 유기 박막 증착장치(100)는 유리 기판(10)을 공급 및 반출하는 로드/언로드부(110)와, 진공상태를 제공하는 로드락 챔버(120)와, 상기 로드락 챔버(120)로부터 제공되는 진공상태를 안정화 시키는 버퍼챔버(130)와, 상기 유리 기판(10) 상에 유기 박막(11)을 스퍼터링하는 공정이 이루어지는 프로세스 챔버(140)와, 상기 유기 박막(11)이 형성된 상기 유리 기판(10)을 반송하는 트랜스퍼 챔버(150) 및 각각의 상기 챔버들에 상기 유리 기판(10)을 이송 또는 반송하는 캐리어부(160)를 포함한다.
상기 로드/언로드부(110)는 상기 유리 기판(10)의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)이 이루어진다. 상기 유리 기판(10)은 상기 캐리어부(160) 상에 안착되며, 상기 캐리어부(160)는 케이블 또는 베어 등과 같은 이송 수단(미도시)의 회전에 의해 상기 유리 기판(10)을 로드락 챔버(120)로 이송한다.
여기서, 상기 캐리어부(160) 상의 상기 유리 기판(10) 이송속도에 따라서 유기 박막(11)의 증착 속도 및 유기 박막(11)의 두께를 조절할 수 있다.
상기 로드락 챔버(120)는 상기 로드/언로드부(110)와 상기 트랜스퍼 챔버(150) 사이에서 상기 유리 기판(10)을 이송한다. 즉, 상기 로드락 챔버(120)는 상기 로드/언로드부(110)로부터 상기 유리 기판(10)이 이송되면, 진공펌프(미도시)를 통해 내부가 감압되고, 이때 대기압 상태에서 저진공 상태로 된다.
또한, 상기 로드락 챔버(120)는 증착이 완료된 상기 유리 기판(10)을 상기 로드/언로드부(110)로 이송한다.
상기 버퍼 챔버(130)는 적어도 하나 이상의 또 다른 진공펌프(미도시)를 구비하여 중진공 상태가 되며, 상기 프로세스 챔버(140)로 상기 유리 기판(10)이 이송되기 전에 각각의 챔버와 챔버 사이에 형성되는 압력차에 의한 완충 기능을 담당한다.
또한 상기 버퍼 챔버(130)는 증착 공정이 완료된 상기 유리 기판(10)을 상기 로드락 챔버(120)로 반송하는 기능을 가지며, 상기 프로세스 챔버(140)로 이송되어 증착공정이 이루어지기 전에 상기 유리 기판(10)을 예열하여 유기 박막(11)의 증착 공정 시 증착 효율을 높히기 위한 제1히팅유닛(131)이 상기 버퍼 챔버(130) 내부에 마련된다.
상기 제1히팅유닛(131)은 예컨대 상기 유리 기판(10)의 이송 방향을 따라서 형성되는 복수의 열선으로 이루어진다. 상기 복수의 열선 각각은 개별적으로 제어가 가능하므로 상기 유리 기판(10)의 예열 온도를 최대 250℃로 조절할 수 있다. 이러한 상기 제1히팅유닛(131)을 통하여 예열된 상기 유리 기판(10)은 상기 프로세스 챔버(140)로 이송된다.
상기 프로세스 챔버(140)는 상기 유리 기판(10) 상에 상기 유기 박막(11)의 스퍼터링을 위한 이온 발생모듈(141)을 포함한다.
상기 이온 발생모듈(141)은 내부에서 플라즈마가 형성되어 플라즈마 내 이온을 추출하여 가속시키는 이온발생부(142)와, 상기 이온발생부(142)로부터 추출된 이온이 도달하는 타겟부(144)를 포함한다.
상기 타겟부(144)는 증착될 물질로 이루어지는 타겟부재(145)와, 상기 타겟부재(145)가 상기 유리 기판(10)을 향하도록 각도를 조절하는 틸트부재(146)를 포함한다.
상기 이온발생부(142)는 외부로부터 전원이 공급되고, 공정가스가 공급되면 내부에서 플라즈마가 형성되며, 형성된 플라즈마 내 이온은 전압에 의해 추출되고, 상기 타겟부(144)를 향하여 가속되게 된다.
이때 가속된 이온은 상기 타겟부(144)에 마련된 상기 타겟부재(145)에 충돌하게 되며, 상기 타겟부재(145)의 전면에 걸쳐 형성되는 타겟물질을 스퍼터링하게 된다.
그리고 상기 유리 기판(10)은 상기 캐리어에 장착된 상태에서 설정 속도를 유지하여 이송되면서 상기 타겟부(144)로부터 스퍼터링된 상기 타겟물질이 증착된다.
이때 상기 유리 기판(10)의 이송속도는 상기 타겟물질의 증착두께와 비례하여 증가하게 되고, 상기 타겟부(144)가 이온을 조사하는 방향으로 증착영역이 형성되며, 상기 유리 기판(10) 상에서 x축 및 y축으로 균일한 두께를 갖도록 증착공정이 수행될 수 있다.
따라서 상기 유리 기판(10) 상에 증착되는 유기 박막(11)과 상기 이온발생부(142)에서 형성되는 플라즈마와의 공간을 분리함으로써 상기 유기 박막(11)이 플라즈마 상태에 직접 노출되는 것을 방지함에 따라서 플라즈마 내 이온과 전자가 상기 유기 박막(11)과 충돌하는 것을 원천적으로 차단하여 아르곤(Ar)이온이 상기 타겟물질과 충돌한 후 반사되어 상기 유기 박막(11)과 재충돌하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 플라즈마에 의해 상기 유기 박막(11)이 열화되면서 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 틸트부재(146)는 상기 유리 기판(10)의 진행방향을 따라서 10 ~ 90° 범위로 회동이 가능하며, 이때 회동각도는 수동 또는 자동으로 구동할 수 있다. 이때 상기 틸트부재(146)는 45°의 설정 각도를 유지하도록 설정되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 이온 발생모듈(141)은 0.5kV ~ 4kV 범위의 전압이 인가되고, 또한 상기 이온 발생모듈(141)은 10mA ~ 1A 범위의 전류가 인가되는 것이 바람직하다.
상기 트랜스퍼 챔버(150)는 유기 박막(11)이 증착된 상기 유리 기판(10)을 상기 프로세스 챔버(140)로 재이송하는 기능을 갖는다. 여기서 상기 프로세스 챔버(140)에서 또 다른 증착 및 코팅공정이 수행될 수도 있고, 또한 별도의 공정 없이 상기 버퍼 챔버(130)와 로드락 챔버(120)를 거쳐 상기 로드/언로드부(110)를 통하여 반출될 수도 있다.
여기서 상기 트랜스퍼 챔버(150)는 상기 프로세스 챔버(140)에서 또 다른 증착공정이 진행되기 전 상기 유리 기판(10)을 예열할 수 있도록 하는 제2히팅유닛(151)을 포함한다. 상기 제2히팅유닛(151)은 전기한 상기 제1히팅유닛(131)과 유사한 구성으로 마련될 수 있다.
또한 상기 프로세스 챔버(140) 내부에는 별도의 냉각유닛(미도시)을 탑재하여 플라즈마에서 유입되는 에너지가 장시간 가해지면서 축적된 열에너지를 냉각시키고, 내부에 잔류하는 수분 등을 제거할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 박막 증착장치(100)의 작용효과에 대하여 설명한다.
도 3은 도 2에 나타낸 유리 기판(10) 상에 x축으로 증착된 두께를 나타내는 그래프이고, 도 4는 도 2에 나타낸 유리 기판(10) 상에 y축으로 증착된 두께를 나타내는 그래프이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 유리 기판(10)이 상기 캐리어부(160) 상에서 정지한 상태에서, 상기 유리 기판(10)의 상면에 유기 박막(11)이 증착된 두께를 나타낸다.
도 3은 상기 유리 기판(10)이 전후방향으로 이송하는 방향 즉, x축의 증착 두께를 나타낸다. 상기 x축의 증착두께의 균일도는 약 21.9%로 나타났으며, 이는 상기 캐리어부(160)가 정지한 상태에서 측정한 값이기 때문에 상기 캐리어부(160)가 구동 중에는 보다 낮은 수치를 갖기 때문에 비교적 균일한 두께를 갖을 것이라 예상된다.
도 4는 상기 유리 기판(10)의 y축 의 증착 두께로 즉, 상기 이온 발생부(142)의 가로 길이방향으로 증착된 두께를 나타낸다. 상기 y축의 증착두께의 균일도는 중앙 영역의 약 600mm에 대하여 2.1%의 우수한 결과를 나타낸다.
따라서 상기 이온발생부(142)에서 형성되는 플라즈마와 상기 유기 박막(11)이 배치되는 공간을 분리하여 상기 유기 박막(11)이 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하기 때문에 플라즈마 내 이온과 전자가 상기 유기 박막(11)과 충돌하는 것을 방지하고, 또한 상기 유기 박막(11)이 플라즈마에 의해 열화되면서 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
게다가 종래 스퍼터 장비와 같이 마그넷 모듈을 사용할 필요가 없어, 이에 따른 제작비용이 감소하고, 또한 상기 타겟부(144)를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 유기 박막 증착장치 110 : 로드/언로드부
120 : 로드락 챔버 130 : 버퍼 챔버
140 :프로세스 챔버 141 : 이온 발생모듈
142 : 이온 발생부 144 : 타겟부
145 : 타겟부재 146 : 틸트부재
150 : 트랜스퍼 챔버 160 : 캐리어부
10 : 유리 기판 11 : 유기 박막

Claims (8)

  1. 인라인 방식으로 이송된 유리 기판에 유기 박막을 증착시키는 유기 박막 증착장치에 있어서,
    유리 기판을 공급 및 반출하는 로드/언로드부;
    상기 로드/언로드부로부터 상기 유리 기판을 전달받아 유기 박막 증착공정을 위하여 진공상태를 제공하는 로드락 챔버;
    상기 로드락 챔버로부터 제공되는 진공상태를 안정화 시키는 버퍼챔버;
    이온 발생모듈을 구비하여 상기 버퍼챔버로부터 전달받은 상기 유리 기판 상에 유기 박막을 스퍼터링하는 프로세스 챔버;
    상기 유기 박막이 형성된 상기 유리 기판을 상기 프로세스 챔버로 반송하는 트랜스퍼 챔버; 및
    각각의 상기 챔버들 하측에 마련되어 상기 유리 기판이 이송 중에 증착이 이루어지는 인라인 방식으로 이송 또는 반송하는 캐리어부를 포함하고,
    상기 이온 발생모듈은 내부 분리된 공간에서만 플라즈마를 형성시켜 플라즈마 내 이온을 추출하여 외부에 있는 상기 프로세스 챔버로 추출된 이온만 가속시키도록 상기 유리 기판과 격리되는 이온발생부 및 상기 이온발생부로부터 가속된 이온이 도달하는 타겟부를 포함하여 상기 타겟부로부터 스퍼터링된 타겟물질이 상기 유리 기판 상에 증착되며, 상기 이온발생부는 상기 타겟부를 향하여 직선방향으로 이온을 가속시키고,
    상기 타겟부는 증착될 물질로 이루어지는 타겟부재와, 상기 타겟부재가 상기 유리 기판을 향하도록 각도를 조절하는 틸트부재를 포함하고, 상기 틸트부재는 10 ~ 90° 범위의 회동각도를 조절할 수 있는 유기 박막 증착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 발생모듈은 0.5kV ~ 4kV 범위의 전압이 인가되는 유기 박막 증착장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 발생모듈은 10mA ~ 1A 범위의 전류가 인가되는 유기 박막 증착장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼 챔버는,
    상기 프로세스 챔버에서 증착공정이 수행되기 전 상기 유리 기판을 예열할 수 있도록 제1히팅유닛을 포함하는 유기 박막 증착장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜스퍼 챔버는,
    상기 프로세스 챔버에서 또 다른 증착공정이 수행되기 전 상기 유리 기판을 예열할 수 있도록 제2히팅유닛을 포함하는 유기 박막 증착장치.
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