KR102045820B1 - 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증착 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 증착 장치는 스퍼터 건을 이용하여 무기물질에 이온 충격을 가함으로써, 기판에 스퍼터 박막층을 증착시키는 스퍼터 챔버를 포함하고, 스퍼터 건에 대하여 기판이 틸팅 가능하도록 지지하는 기판 틸팅 유닛을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 진공열 증착 방법 및 스퍼터링 방법을 조합하여 사용함으로써, 무기박막의 균일도를 확보할 수 있으며 막질의 밀도도 양호하게 유지할 수 있다.

Description

증착 장치 및 방법{Deposition Apparatus and Method}
본 발명은 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공열 증착방법과 스퍼터링 방법을 조합하여 사용함으로써 양자의 장점을 살릴 수 있는 특성을 가진 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다.
이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
유기 전계 발광소자는, 애노드 및 캐소드 전극을 제외한 나머지 구성층인 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등이 유기 박막으로 되어 있고, 이러한 유기 박막을 증착하는 방법으로 진공열 증착(vacuum evaporation) 방법과, 스퍼터링(sputtering) 방법이 있다.
진공열 증착 방법은 진공 챔버 내에 기판을 배치하고, 일정 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 기판에 정렬시킨 후, 증발물질이 담겨 있는 증발원에 열을 가하여 증발원에서 기화되는 증발물질을 기판 상에 증착하는 방식이다. 그리고, 스퍼터링 방법은 대상 물질에 이온 충격을 가하여, 그 물질을 구성하는 원자나 분자가 튀어나오도록 하여 주위의 물체면에 부착시키는 박막형성 방법이다.
이상에서 설명한 진공열 증착 방법은 1500℃ 이상에서 무기물질을 기화시켜 증착시키는 방식으로서 스퍼터링 방법에 비해 상대적으로 막질의 밀도가 떨어지나, 기화된 무기물질의 직진성이 떨어지기 때문에 균일도가 양호하다. 따라서, 기판에 이물질이 있을 경우 이물질 주위에 무기박막을 균일하게 증착할 수 있다. 반면에, 스퍼터링 방법은 진공열 증착 방법에 비해 상대적으로 막질의 밀도가 양호하기 때문에 보호막 특성이 양호하다.
이와 같이 두 가지 증착 방법은 그 특성상 각각 장단점이 있기 때문에, 양 증착 방법의 장점을 조합하여 사용할 수 있는 증착 방법이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진공열 증착방법과 스퍼터링 방법을 조합하여 사용함으로써 양자의 장점을 살릴 수 있는 특성을 가진 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 증착 장치는 스퍼터 건을 이용하여 무기물질에 이온 충격을 가함으로써, 기판에 스퍼터 박막층을 증착시키는 스퍼터 챔버; 및 상기 스퍼터 건에 대하여 상기 기판이 틸팅 가능하도록 지지하는 기판 틸팅 유닛을 포함할 수 있다.
상기 스퍼터 챔버의 전단에 위치하고, 무기물질을 기화시켜 기판에 증발 박막층을 증착시키는 증착 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 틸팅 유닛은, 상기 기판의 양측을 각각 지지하는 틸팅 부재를 포함하고, 상기 틸팅 부재는 어느 하나가 승강됨으로써 상기 스퍼터 건에 대하여 상기 기판이 틸팅되도록 할 수 있다.
상기 틸팅 부재에 회전가능하게 설치되고, 상기 기판이 로딩되는 셔틀을 이송가능하게 지지하는 이송 롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 이송 롤러는 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되도록 설치될 수 있다.
상기 셔틀의 양측은 아이들 상태로 회전가능한 가이드 롤러에 지지될 수 있다.
상기 셔틀은 상기 기판이 로딩된 상태에서 하면이 스토퍼에 의해 고정될 수 있다.
상기 증발 박막층 및 스퍼터 박막층은 동종 또는 이종의 무기물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 증착 방법은 스퍼터 건을 이용하여 무기물질에 이온 충격을 가함으로써, 기판에 스퍼터 박막층을 증착시키는 스퍼터 공정을 포함하고, 상기 스퍼터 공정 시 상기 스퍼터 건에 대하여 상기 기판을 틸팅하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 스퍼터 공정 전에, 무기물질을 기화시켜 상기 기판에 증발 박막층을 증착시키는 증착 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 기판을 틸팅하는 공정은, 상기 기판이 셔틀에 로딩되는 공정; 상기 기판이 스퍼터 공정을 위한 위치로 하강되는 공정; 상기 기판의 일측이 상기 스퍼터 건에 대하여 틸팅되는 공정; 상기 기판의 반대측이 상기 스퍼터 건에 대하여 틸팅되는 공정; 및 상기 기판이 언로딩 위치로 상승되는 공정을 포함할 수 있다.
상기 기판의 일측 또는 반대측이 틸팅되는 공정은 반복하여 실시될 수 있다.
본 발명에 의하면, 진공열 증착 방법 및 스퍼터링 방법을 조합하여 사용함으로써, 무기박막의 균일도를 확보할 수 있으며 막질의 밀도도 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 스퍼터 공정 시 기판 틸팅 유닛을 이용하여 스퍼터 건에 대하여 기판이 틸팅되도록 구성함으로써, 기판에 스퍼터 박막층을 보다 균일하게 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치에 의하여 기판에 무기박막이 증착된 것을 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 보인 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 스퍼터 챔버를 보인 정면도.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 스퍼터 챔버에서 스퍼터 공정이 이루어지는 것을 보인 동작 상태도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명에 의한 증착 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치에 의하여 기판에 무기박막이 증착된 것을 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 보인 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 스퍼터 챔버를 보인 정면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 증착 장치에 의해 증착되는 기판(1)의 일면에는 증발 박막층(3) 및 스퍼터 박막층(5)이 차례로 형성될 수 있다. 이하에서 구체적으로 설명하겠지만, 기판(1)의 일면에는 진공열 증착 방법과 스퍼터링 방법에 의해 각각 증발 박막층(3) 및 스퍼터 박막층(5)을 형성함으로써 두 가지 방법의 장점을 모두 가진 무기박막층의 형성이 가능하다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 증착 장치는 무기물질을 기화시켜 기판(1)에 증발 박막층(3)을 증착시키는 증착 챔버(10); 및 스퍼터 건(22)을 이용하여 무기물질에 이온 충격을 가함으로써, 상기 증착 챔버(10)를 통과한 기판(1)에 스퍼터 박막층(5)을 증착시키는 스퍼터 챔버(20)를 포함한다.
증착 챔버(10)는 진공열 증착 방법에 의해 기판(1)에 무기박막층을 형성하는 역할을 한다. 즉, 증착 챔버(10)의 하부에는 도가니(12)가 설치되고, 도가니(12)의 가열에 따라 무기물질의 증착이 이루어진다. 보다 구체적으로 설명하면, 도가니(12)의 내부에는 무기물질이 수용되며 도가니(12)를 1500℃ 이상의 고온에서 가열하게 되면 무기물질이 증발되어 무기입자가 분출되며, 이와 같이 분출된 무기입자가 기판(1)의 일면에 증착되어 증발 박막층(3)을 형성하는 것이다.
이와 같이 증착 챔버(10)에 형성하는 증발 박막층(3)은 기화된 무기물질의 직진성이 떨어지므로 균일도가 높아지는 장점이 있다. 따라서, 기판(1)에 이물질이 있더라도 이물질 주위에 무기물질이 균일하게 증착될 수 있다.
다음으로, 증착 챔버(10)를 통과한 기판(1)은 스퍼터 챔버(20)의 내부로 이송된다. 스퍼터 챔버(20)는 스퍼터 공정을 통해 기판(1)의 하면에 스퍼터 박막층(5)을 증착하는 역할을 한다. 스퍼터 공정은 스퍼터 챔버(20) 내에 구비된 스퍼터 건(22)을 통해 이루어진다.
보다 구체적으로 설명하면, 스퍼터 챔버(20)에 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 분위기 생성 기체가 주입된 후, 스퍼터 건(22)에 장착된 타겟(미도시)에 전원이 인가되면 타겟 사이의 공간에 플라즈마(P)가 발생하게 된다. 그리고, 발생된 플라즈마(P)는 타겟을 구성하는 무기물질을 타격하여 입자화시키고 스퍼터된 입자는 기판(1) 상으로 분사되어 스퍼터 박막층(5)을 증착하게 된다.
한편, 상기 증발 박막층(3) 및 스퍼터 박막층(5)은 동종 또는 이종의 무기물질로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 증착 장치는 스퍼터 챔버(20) 내에 설치되고, 스퍼터 건(22)에 대하여 기판(1)이 틸팅 가능하도록 지지하는 기판 틸팅 유닛(30)을 포함한다.
기판 틸팅 유닛(30)은 기판(1)의 양측을 각각 지지하는 틸팅 부재(32)를 포함한다. 틸팅 부재(32)는 기판(1)의 양측에서 기판(1)을 지지하는데, 도 3에서와 같이 수직부와 수평부를 포함하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서 틸팅 부재(32)는 어느 하나가 승강됨으로써 스퍼터 건(22)에 대하여 기판(1)이 틸팅되도록 한다. 구체적으로 설명하면, 기판(1)의 틸팅을 위해서 좌측 또는 우측에 배치된 틸팅 부재(32) 중 어느 하나가 상승되면 기판(1)이 스퍼터 건(22)에 대하여 일측으로 기울어진 상태가 되는 것이다. 그리고, 기판(1)의 틸팅은 좌측 또는 우측 한번으로 끝나는 것이 아니고 좌측 또는 우측으로 반복하여 틸팅되도록 한다. 또한, 기판(1)의 틸팅 횟수 및 틸팅 각도는 기판(1) 및 스퍼터 건(22)의 특성에 따라 적절하게 설계될 수 있다.
스퍼터 챔버(20)에서 진행되는 스퍼터 공정은 무기막질의 밀도가 양호하지만, 상대적으로 기판(1)에 박막층을 균일하게 형성하기 어려운 점이 있다. 따라서, 본 실시예에서는 기판 틸팅 유닛(30)에 의해 기판(1)이 틸팅되도록 구성하여 스퍼터 공정에서의 박막층의 균일도를 높일 수 있도록 한 것이다.
기판 틸팅 유닛(30)의 구체적인 구성을 살펴보면, 틸팅 부재(32)에는 기판(1)이 로딩되는 셔틀(40)을 이송가능하게 지지하는 이송 롤러(34)가 회전가능하게 설치된다. 이송 롤러(34)는 기판(1)의 양측 하면을 각각 지지하도록 구성되며, 별도의 구동부(모터 등)로부터 동력을 전달받아 회전될 수 있다. 즉, 구동부로부터 동력을 전달받은 이송 롤러(34)가 회전되면 기판(1)이 로딩된 셔틀(40)이 다른 진공 챔버로 이송될 수 있는 것이다.
유기 전계 발광소자는 진공열 증착방법에 의하여 유기 박막이나 금속 박막을 형성하기 위한 방식으로 클러스터형 증착 시스템이나 인라인 증착 시스템이 적용되고 있는데, 이 중 인라인 증착 시스템은 복수의 공정 챔버를 일렬로 배열한 상태에서 복수의 기판(1)을 셔틀(40)에 각각 장착하여 연속적으로 이송시키면서 공정을 수행하는 방식이다. 상기 셔틀(40)은 인라인 증착 시스템에서 사용되는 이송 수단을 말한다.
그리고, 셔틀(40)의 양측은 아이들(Idle) 상태로 회전가능한 가이드 롤러(36)에 지지될 수 있다. 가이드 롤러(36)는 기판 틸팅 유닛(30)에 설치되어 기판(1)이 틸팅될 때 아이들 상태로 셔틀(40)을 안정적으로 지지하는 역할을 한다.
한편, 셔틀(40)은 기판(1)이 로딩된 상태에서 하면 양측이 스토퍼(42)에 의해 고정될 수 있다. 스토퍼(42)는 기판(1)이 로딩된 셔틀(40)의 유동을 방지하여 기판(1)에 균일하게 박막층이 형성될 수 있도록 하는 역할을 한다. 스토퍼(42)는 본 도면에서 구체적으로 도시되지 않았지만, 예를 들어, 셔틀(40)의 하면에 형성된 홈에 핀 형태로 삽입되어 셔틀(40)을 고정시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따라 기판(1)에 진공열 증착 방법과 스퍼터링 방법을 혼용하여 무기박막층을 증착하게 되면, 사전에 발생한 이물질은 증착 챔버(10)에서 이물질 주위를 균일하게 증착할 수 있고 스퍼터 챔버(20)에서의 스퍼터 공정을 통해 막질의 밀도가 양호하게 유지될 수 있다. 따라서, 외기의 수분이나 산소에 의한 유기 전계 발광소자의 보호특성을 충분히 확보할 수 있다.
한편, 이상에서는 먼저 증착 챔버(10)에서 증착 공정을 수행하고 스퍼터 챔버(20)에서 스퍼터 공정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 스퍼터 챔버(20)에서 스퍼터 공정을 먼저 수행하고 증착 챔버(10)에서 증착 공정을 수행하는 공정도 가능하다.
또한, 이상에서 설명한 공정을 통하여 유기 전계 발광소자의 박막봉지(Thin Film Encapsulation) 공정이 완료될 수도 있고, 필요에 따라 별도의 봉지 공정을 거쳐 완료될 수도 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 증착 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 증착 챔버(10)로 이송된 기판(1)에 무기물질을 기화시켜 증발 박막층(3)을 증착시킨다. 내부에 무기물질이 수용된 도가니(12)를 1500℃ 이상의 고온에서 가열하게 되면 무기물질이 증발되어 무기입자가 분출되며, 이와 같이 분출된 무기입자가 기판(1)의 일면에 증착되어 증발 박막층(3)을 형성하게 된다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 스퍼터 챔버(20)로 이송된 기판(1)은 셔틀(40)에 로딩된다. 그리고, 셔틀(40)은 스토퍼(42)에 의해 정위치에 고정된다. 이후, 도 4a에 도시된 바와 같이, 스퍼터 공정을 수행하기 위해 양측에 배치된 틸팅 부재(43)가 동시에 하강하게 된다.
이때, 스퍼터 챔버(20)에 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 분위기 생성 기체가 주입된 후, 스퍼터 건(22)에 장착된 타겟(미도시)에 전원이 인가되면 타겟 사이의 공간에 플라즈마(P)가 발생하게 된다. 그리고, 발생된 플라즈마(P)는 타겟을 구성하는 무기물질을 타격하여 입자화시키고 스퍼터된 입자는 기판(1) 상으로 분사되어 스퍼터 박막층(5)을 증착하게 된다.
이상에서의 스퍼터 공정을 수행하는 동안 스퍼터 박막층(5)의 균일도를 높이기 위해 도 4b에서와 같이 우측에 위치한 틸팅 부재(32)가 상승하게 된다. 그러면, 기판(1)이 스퍼터 건(22)에 대하여 소정 각도로 기울어진 상태가 된다. 다음으로, 우측에 위치한 틸팅 부재(32)가 다시 하강하고, 도 4c에서와 같이 좌측에 위치한 틸팅 부재(32)가 상승하게 된다. 그러면, 기판(1)이 스퍼터 건(22)에 대하여 반대 방향으로 기울어진 상태가 된다. 이후, 기판(1) 및 스퍼터 건(22)의 특성에 맞추어 상술한 틸팅 동작이 반복하여 실시될 수 있다.
이상에서의 스퍼터 공정이 완료되면 틸팅 부재(32)는 도 3에서의 위치로 다시 상승되고, 기판(1)은 셔틀(40)에서 언로딩된다.
이와 같이 기판(1)의 틸팅 동작이 반복하여 이루어지면서 스퍼터 공정이 수행되면 스퍼터 박막층(5)이 보다 균일하게 형성될 수 있어, 유기 전계 발광소자의 품질이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 다양한 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 : 기판 3 : 증발 박막층
5 : 스퍼터 박막층 10 : 증착 챔버
12 : 도가니 20 : 스퍼터 챔버
22 : 스퍼터 건 30 : 기판 틸팅 유닛
32 : 틸팅 부재 34 : 이송 롤러
36 : 가이드 롤러 40 : 셔틀
42 : 스토퍼

Claims (12)

  1. 스퍼터 건을 이용하여 무기물질에 이온 충격을 가함으로써, 기판에 스퍼터 박막층을 증착시키는 스퍼터 챔버;
    상기 스퍼터 챔버의 전단에 위치하고, 무기물질을 기화시켜 기판에 증발 박막층을 증착시키는 증착 챔버;
    상기 스퍼터 건에 대하여 상기 기판이 틸팅 가능하도록 지지하는 기판 틸팅 유닛; 및
    상기 기판이 로딩되는 셔틀을 포함하고,
    상기 기판 틸팅 유닛은,
    상기 기판의 양측을 각각 지지하는 틸팅 부재를 포함하고, 상기 틸팅 부재는 어느 하나가 승강됨으로써 상기 스퍼터 건에 대하여 상기 기판이 틸팅되도록 하며,
    상기 셔틀은 상기 기판이 로딩된 상태에서 하면이 스토퍼에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 틸팅 부재에 회전가능하게 설치되고, 상기 셔틀을 이송가능하게 지지하는 이송 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이송 롤러는 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 셔틀의 양측은 아이들 상태로 회전가능한 가이드 롤러에 지지되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발 박막층 및 스퍼터 박막층은 동종 또는 이종의 무기물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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