KR102210379B1 - 증착막 균일도 개선을 위한 박막 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로서, 기판 처리 공정이 진행되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원과, 상기 기판에 증착되는 증착막의 균일도 향상을 위해 상기 기판의 일부 영역을 가리도록 상기 기판과 증착원 사이에 설치되는 가림막과, 상기 가림막을 회동시키는 회동수단을 포함함으로써, 쉐도우 효과를 감소시키면서도 기판에 증착되는 증착막의 균일도를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

증착막 균일도 개선을 위한 박막 증착장치{A Thin Film Deposition Apparatus for Enhancing Uniformity of Deposited Film}

본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 쉐도우 효과를 감소시키면서도 기판에 증착되는 증착막의 균일도를 개선할 수 있는 박막 증착장치에 관한 것이다.

평판디스플레이 장치 중에서 유기발광 표시장치는 응답속도가 빠르고, 광시야각, 저전력소모, 경량박형 등의 특징을 지니고 있어 차세대 디스플레이로 각광 받고 있다.

이러한 유기발광 표시장치의 구현을 위해서는 서로 대향하는 상부전극(Cathode)과 하부전극(Anode) 내에 유기발광층(Organic)이 삽입되어 전계를 가하여 형성할 수 있다. 이때 유기발광층의 형성을 위해 물리/화학적인 일련의 공정을 수행하게 되며, 이러한 공정 중 진공 증착법이 널리 사용되고 있다.

진공 증착법은 진공챔버 내에서 도가니(crucible)을 가열하여 기상(vapor)상태로 천이된 고상 또는 액상의 증발재료가 기판으로 이동하게 되는데, 이때 기판에서 응축되어 박막을 형성하게 된다.

기판에 박막을 형성하는데 있어서, 기판에 증착되는 막은 균일한 두께를 가져야만 표시소자가 균일한 휘도 특성을 나타낼 수 있기 때문에, 기판에 증착되는 막의 균일화는 중요한 요소 중 하나이다.

이러한 증착막의 균일도를 높이기 위한 방법으로는 유기막을 증발시키는 단일의 증착원을 사용하는 경우에 기판을 회전하거나, 증착원과 기판과의 거리를 최대화시키는 것이다.

통상, 기판 회전장치를 구비한 증착장치의 경우, 기판의 균일도를 확보하기 위해서 증착원을 기판으로부터 멀리 위치시켜야 하는데, 증착원과 기판의 거리를 최대화하는 것은 증착설비가 대형화되어 설비의 제작상에 문제가 있고, 쉐도우 및 증착물질 효율이 저하되며, 증발되는 증발재료의 특성변화를 야기할 수 있다.

이와 관련된 종래의 기술로서, 한국등록특허 10-0581852호는 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키며 증착효율을 개선하기 위하여 기판을 진공챔버 내부에서 회전가능하게 설치하고, 증착원에 회동각도를 갖는 박막 증착장치가 개시되어 있다.

이와 같은 선행기술은 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이기 위해, 증착원이 기판의 회전축에 대해 편심되게 설치되고, 증착원을 회동시키는 별도의 회동수단을 구성하여 증착원의 회동방향이나 회동각도를 조절하도록 하였다.

그러나, 이러한 선행기술은 증착원을 회동시키는 상기 회동수단의 구성으로 인해 장비가 매우 복잡한 단점이 있었다. 따라서, 증착원을 직접 회동시키지 않더라도 박막 두께의 균일도를 향상시킴은 물론 쉐도우 및 물질 효율 저하를 방지할 수 있는 기술이 요구된다.

등록특허 10-0581852호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 기판과 증착원의 거리를 가깝게 하더라도 증착막의 두께 균일도가 저하되는 것을 보정해 줄 수 있도록 하며, 간단한 구성으로 박막 두께의 균일도를 향상시킴을 물론 쉐도우 및 물질 효율 저하를 방지할 수 있는 박막 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 기판 처리 공정이 진행되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되는 기판과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원과, 상기 기판에 증착되는 증착막의 균일도 향상을 위해 상기 기판의 일부 영역을 가리도록 상기 기판과 증착원 사이에 설치되는 가림막과, 상기 가림막을 회동시키는 회동수단을 포함하는 박막 증착장치가 제공된다.

본 발명에서 상기 가림막은 양단보다 중앙부가 더 넓은 면적을 갖는 유선형 형상으로 이루어지며, 상기 기판의 증착면과 평행하게 설치될 수 있다.

이와 같은 상기 가림막은 복수개가 설치될 수 있는데, 예를 들어, 상기 가림막은 180°간격으로 2개가 대칭되게 설치될 수도 있다.

또한, 상기 가림막은 90°간격으로 4개가 대칭되게 설치될 수도 있다.

한편, 상기 가림막은 다른 종류의 증착재료에 대응되도록 각각 폭이 다르게 형성될 수도 있다.

본 발명에서, 상기 증착원은 상기 기판의 회전중심축에 대해 편심되게 복수개가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 증착원은 복수개가 원형을 이루도록 등간격으로 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회동수단은 상기 기판의 회전중심축과 일치하도록 설치되는 회전축과, 상기 회전축을 구동하기 위한 구동수단과, 상기 구동수단과 회전축을 연결하여 감속시키는 감속기와, 상기 구동수단을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 구동수단은 상기 회전축을 등속도로 일방향으로 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 구동수단은 상기 회전축을 일정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 양방향 회동시킬 수도 있다.

위에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 별도의 가림막을 구성하여 박막 두께의 균일도를 향상시킴은 물론 쉐도우 및 물질 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 증착 균일도를 유지할 수 있으므로 기판과 증착원 사이의 거리를 줄여 증착설비의 소형화가 가능하며, 증착재료의 소모를 대폭 줄여 증착원의 개수를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 박막 증착장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 박막 증착장치의 개념을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 박막 증착장치의 구성을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 박막 증착장치의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 박막 증착장치의 또다른 실시예를 도시한 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 박막 증착장치의 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 박막 증착장치의 개념을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 박막 증착장치의 구성을 도시한 평면도이다.

본 발명의 박막 증착장치는 쉐도우 효과를 감소시키면서도 기판에 증착되는 증착막의 균일도를 개선할 수 있도록 하는 것으로, 그 구성은 기판 처리 공정이 진행되는 챔버(100)와, 상기 챔버(100)의 내부에 설치되는 기판(G)과 대향하도록 설치되고 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원(200)과, 상기 기판(G)에 증착되는 증착막의 균일도 향상을 위해 상기 기판(G)의 일부 영역을 가리도록 상기 기판(G)과 증착원(200) 사이에 설치되는 가림막(300)과, 상기 가림막(300)을 회동시키는 회동수단(400)을 포함한다.

상기 챔버(100)는 도시하지는 않았지만, 상기 기판(G)의 출입을 위하여 입구 또는 출구가 형성되며, 내부의 기체를 배기하는 배기수단으로 진공펌프(도시안함)가 연결될 수 있다.

상기 증착원(200)은 도 1에서 보는 바와 같이, 복수개가 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 증착원(200)은 상기 기판(G)의 회전중심축(도면에서 일점쇄선으로 표시)에 대해 편심되게 복수개가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 기판(G)은 증착막의 균일도를 높이기 위하여 상기 회전중심축을 중심으로 회전하도록 설치될 수 있다. 기판의 회전을 위한 구성은 통상적인 것이 적용될 수 있으므로, 본 발명에서는 이를 상세하게 설명하지 않도록 한다. 또한, 상기 기판(G)이 반드시 회전되게 설치되는 것을 본 발명에서 한정하지는 않으며, 상기 기판이 회전하지 않는 경우, 상기 회전중심축은 기판(G)의 중앙을 상하로 관통하는 선으로 이해할 수 있다.

통상, 기판(G)이 원형일 경우, 상기 증착원(200)은 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 기판(G)의 회전중심축에 대해 방사형으로 복수개가 등간격으로 설치될 수 있다.

이와 같은 본 발명은 상기 기판(G)과 증착원(200) 사이에 가림막(300)이 설치되는데 그 특징이 있다. 상기 가림막(300)은 상기 기판(G)에 증착되는 증착막의 균일도 향상을 위해 상기 기판(G)의 일부 영역을 가리도록 설치되는 것으로, 통상 복수개의 증착원(200)을 사용하여 증착하는 경우, 증착원(200)에서 증발되는 증착재료는 기판(G)의 전 영역에 분사되므로, 기판(G)의 중앙부위에는 증착원(200)에서 증발되는 증착재료가 중첩되게 된다.

따라서, 기판(G)의 중앙부위의 증착막이 기판의 가장자리에 증착되는 막보다 더 두꺼운 두께로 형성되는데, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기판(G)에 분사되는 증발재료를 일부 영역 가려주는 가림막(300)을 구비한 것이다.

상기 가림막(300)은 도 3에서 보는 바와 같이, 양단보다 중앙부가 더 넓은 면적을 갖는 유선형 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 가림막(300)은 대략 잎사귀 모양을 가지며, 얇은 판상의 형태로서 상기 기판(G)의 증착면과 평행하게 설치된다.

이와 같은 상기 가림막(300)은 적어도 한 개 이상이 설치된다. 즉, 상기 가림막(300)은 한 개가 설치될 수도 있고, 2개 이상의 복수개가 설치될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 가림막(300)이 180°간격으로 2개가 대칭되게 설치되는 것을 일예로 들어 설명한다. 그러나, 상기 가림막(300)은 한 개가 설치됨도 무방하며, 상기 회동수단(400)에 의해 회동함으로써 기판(G)에 분사되는 증발재료를 일부 영역 가려주는 역할을 할 수 있다.

이와 같은 가림막(300)은 상기 회동수단(400)에 의해 회전 또는 일정각도로 회동되도록 설치된다.

상기 회동수단(400)은 상기 가림막(300)에 연결되는 회전축(410)과, 상기 회전축(410)을 구동하기 위한 구동수단(420)과, 상기 구동수단(420)과 회전축(410)을 연결하여 감속시키는 감속기(432)(434)와, 상기 구동수단(420)을 제어하기 위한 제어부(440)를 포함할 수 있다.

상기 회전축(410)은 그 단부가 가림막(300)에 연결되어 상기 가림막(300)을 회전 또는 회동시키는 회전중심을 이룬다. 이러한 회전축(410)은 상기 기판(G)의 회전중심축과 일치하도록 설치되어야 한다.

즉, 상기 기판(G)에 증착되는 증착재료가 편향됨 없이 기판 상에 균일하게 증착되기 위해서, 상기 회전축(410)은 기판의 회전중심축의 연장선 상에 위치하여 상기 가림막(300)을 회전시켜야 하는 것이다.

아울러, 상기 가림막(300)은 상기 기판(G)과 증착원(200) 사이에 위치하면서도 구체적으로는 상기 기판(G)의 회전중심축과 상기 증착원(200)에서 증발되는 증착재료의 분사범위가 만나는 위치에 설치됨이 바람직하다.

상기 증착원(200)에서 증발되는 증착재료의 분사범위를 기판(G)의 가장자리까지라고 가정할 때, 도 1 및 도 2에 실선으로 표시한 증착재료의 분사범위와 기판의 회전중심축이 만나는 지점에 상기 가림막(300)이 설치됨으로써, 기판(G) 상에 증착되는 박막의 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 구동수단(420)은 구동모터로 이루어지고, 상기 구동모터에 한 쌍의 감속기어가 설치되어 상기 회전축(410)을 감속된 속도로 회전시킬 수 있다.

본 발명에서, 상기 구동수단(420)은 상기 회전축(410)을 등속도로 일방향으로 회전시킬 수 있다. 즉, 기판의 증착이 이루어지는 동안 상기 제어부(440)를 통해 상기 구동수단(420)을 일정한 속도로 연속하여 회전시킴으로써, 증착막의 균일도를 개선할 수 있는 것이다.

한편, 상기 가림막(300)에는 히터를 부착할 수 있다.

이와 같이 가림막(300)에 히터를 부착함으로써, 히터의 열에 의해 가림막(300)에 증착재료가 누적증착되는 것을 방지하여, 지속적인 사용에 의해 가림막(300)에 증착재료가 누적 증착되어 모양이 변형되는 것을 방지하도록 한다.

도 4는 본 발명의 박막 증착장치의 다른 실시예를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 박막 증착장치의 또다른 실시예를 도시한 평면도이다.

상기 가림막(320)(340)은 90°간격으로 4개가 대칭되게 설치될 수도 있다.

한편, 상기 가림막(320)(322)(324)은 도 5에서 보는 바와 같이, 복수개로 형성될 수 있으며, 각각 폭이 다르게 형성될 수 있다.

이는 상기 증착원(200)에서 증착되는 물질이 서로 다른 종류일 경우, 예컨대, A물질을 증발시키는 증착원(200a)과, B물질을 증발시키는 증착원(200b)과, C물질을 증발시키는 증착원(200c)이 구비될 때 각각의 증착재료의 분사효율이 다르므로, 상기 각각의 증착재료(A,B,C)의 분사효율에 대응되도록 상기 가림막(320)(322)(324)의 폭이 각각 다르게 형성될 수도 있다.

또한, 이 경우, 상기 가림막(320)(322)(324)은 회전하지 않고, 일정각도로 회동구동할 수 있다. 즉, 상기 제어부(440)가 구동수단(420)을 제어함에 있어서, 상기 회전축(410)을 일정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 양방향 회동시켜 각각의 가림막(320)(322)(324)에 대응되는 증착원(200a)(200b)(200c)을 가릴 수 있도록 구성하는 것이다.

도 5에서는 상기 가림막(320)(322)(324)이 인접한 증착원(200a)(200b)(200c)에 대응되도록 설치되는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 증착재료의 종류 및 증착원의 개수에 따라 얼마든지 변형되어 실시될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 박막 증착장치는 증착원(200)에서 증착재료가 증발할 때 상기 가림막(300)이 회동 또는 회전함으로써, 기판(G)의 중앙부위에 증착재료가 중첩되게 증착되는 것을 최소화할 수 있으므로 증착막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 챔버 200: 증착원
300: 가림막 400: 회동수단
410: 회전축 420: 구동수단
432, 434: 감속기 440: 제어부

Claims (11)

1. 기판 처리 공정이 진행되는 챔버;
   상기 챔버의 내부에 설치되는 기판과 대향하도록 설치되고, 상기 기판의 회전중심축에 대해 편심되게 복수개가 원형을 이루도록 등간격으로 설치되며, 증착재료를 가열하여 증발시키는 증착원; 및
   상기 기판에 증착되는 증착막의 균일도 향상을 위해 상기 기판의 일부 영역을 가리도록 상기 기판과 증착원 사이에 설치되는 가림막;을 포함하며,
   상기 가림막은 양단보다 중앙부가 더 넓은 면적을 갖는 유선형 형상으로 이루어지며, 상기 기판의 증착면과 평행하게 설치되고,
   상기 가림막을 회동시키는 회동수단을 더 포함하며,
   상기 회동수단은 상기 기판의 회전중심축과 일치하도록 상기 가림막의 회전 중심에 설치되는 회전축과,
   상기 회전축을 구동하기 위한 구동수단과,
   상기 구동수단과 회전축을 연결하여 감속시키는 감속기와,
   상기 구동수단을 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
   복수의 증착원에서 개별 증착원의 증착재료의 분사범위를 상기 기판의 전면으로 하고,
   상기 기판과 상기 복수의 증착원 사이에서 상기 기판의 상기 회전중심축과 상기 가림막의 상기 회전축을 동일한 수직선 상에 위치시키고,
   상기 기판과 상기 복수의 증착원 사이에서 상기 기판의 상기 회전중심축과 상기 복수의 증착원의 상기 증착재료의 상기 분사범위의 만나는 위치에 가림막을 설치하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가림막은 복수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 가림막은 다른 종류의 증착재료에 대응되도록 각각 폭이 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동수단은 상기 회전축을 일정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 양방향 회동시키는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
    

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