KR102379184B1 - 유기발광소자의 상향식 증착장치 - Google Patents

유기발광소자의 상향식 증착장치 Download PDF

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    • H01L51/0012—
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Abstract

본 발명은 유기발광소자의 투명전극을 증착하는 과정에서, 타겟과 쉴드 사이에 증착물질 입자가 낙하하면서 쇼트가 발생하는 것을 방지하기 위하여 타겟과 쉴드 사이의 갭을 커버하는 차폐부를 구비함으로써 타겟부에서 발생한 이물에 의한 불량을 현저히 감소시킬 수 있는 유기발광소자의 상향식 증착장치를 제공한다.

Description

유기발광소자의 상향식 증착장치{Deposition Apparatus}
본 발명은 유기발광소자의 상향식 증착장치 에 관한 것으로서, 타겟이 하측에 배치되고, 타겟의 상측에 기판이 배치되어 상향 증착으로 타겟을 기판에 증착할 수 있는 유기발광소자의 상향식 증착장치 에 관한 것이다.
본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라, 전기적 정보신호를 시각적으로 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전하고 있다. 이에, 여러 가지 다양한 평판표시장치(Flat Display Device)에 대해 박형화, 경량화 및 저소비 전력화 등의 성능을 개발시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
이 같은 평판표시장치의 대표적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro Luminescence Display device: ELD), 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display device: EWD) 및 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display device: OLED) 등을 들 수 있다.
이와 같은 평판표시장치들은 공통적으로, 영상을 구현하기 위한 평판표시패널을 필수적으로 포함한다. 평판표시패널은 고유의 발광물질 또는 편광물질을 사이에 둔 한 쌍의 기판이 대면 합착된 구조이다.
이 중 유기 발광 표시 장치(OLED)는 자체 발광형 소자인 유기 발광소자(Organic Light Emitting Diode)를 이용하여 화상을 표시하는 장치이다.
유기 발광 표시장치는 다른 평면 표시소자에 비해 발열 등이 제한적인 이상적인 구조를 가지고 있다. 또한 유기 발광 표시장치는 자체 냉발광형이라는 장점으로 인하여 산업계에 그 수요가 증가하고 있다. 이러한 유기 발광 표시장치는 유기물이 담긴 도가니를 가열하여 증발된 유기물이 기판에 박막의 형태로 증착되도록 하는 방법으로 제조된다.
이때 기판과 도가니 사이에는 유기물이 선택적으로 통과할 수 있는 소정의 패턴이 형성된 섀도우 마스크를 위치시키고, 섀도우 마스크의 패턴에 따라 기판에 유기물이 증착되도록 한다. 이러한 섀도우 마스크를 이용한 유기 발광 표시장치의 제조방법에 대해서는 등록특허 제351822호에 개시된 바 있다.
그러나 점차 기판이 대형화됨에 따라서 섀도우 마스크의 처짐 또는 섀도우 마스크의 이송에 따른 복잡한 구성 등의 이유로 섀도우 마스크는 사용 한계에 도달하고 있고, 또한 측면 또는 하향 증착방식은 이물 발생 가능성이 큰 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 타겟을 하측에 배치하고, 기판을 상측에 배치하여, 트레이가 정지 또는 이동하면서 기판 전체에 타겟을 증착할 수 있는 유기발광소자의 상향식 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 유기발광소자의 투명전극을 증착하는 과정에서, 타겟과 쉴드 사이에 증착물질 입자가 낙하하면서 쇼트가 발생하는 것을 방지하기 위하여 타겟과 쉴드 사이의 갭을 커버하는 차폐부를 구비함으로써 타겟부에서 발생한 이물에 의한 불량을 현저히 감소시키는 것이다.
본 발명에 의한 유기발광소자의 상향식 증착장치에 따르면,
첫째, 기판을 이송하고, 증착영역을 선택적으로 조절하는 기능을 트레이가 동시에 수행하여 구조가 간단해지고,
둘째, 기판의 크기에 대응하여 산화막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있으며,
셋째, 상향식 증착을 통하여 타겟에 의한 이물질이 최소화 되므로 이로 인한 불량률을 최소화할 수 있고,
넷째, 트레이에 구동력을 제공하는 동력전달수단에 커버부를 씌워 이물질에 의한 작동불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 상향식 증착장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치를 정면에서 도시하는 정면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 얼라인 챔버 내부를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 공정챔버를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5a는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 구동부를 확대하여 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 5b는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 커버부를 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 6a는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 공정챔버 내부를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 6b는 도 6a에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 증착공정 상태를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 6c는 도 6a에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 증착공정 상태의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 7은 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 가스샤워를 부분적으로 도시하는 참고도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 상향식 증착장치를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치를 정면에서 도시하는 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광소자의 상향식 증착장치(100)는 공정챔버(Process Chamber, 120)를 중심으로 전방에 얼라인 챔버(Align Chamber, 110)가 배치되고, 후방에 트랜스퍼 챔버(Transfer Chamber, 130)가 배치된다. 따라서 복수개의 챔버들이 연속적으로 배치되어 기판은 복수개의 챔버들 사이를 인라인(Inline) 방식으로 이동하도록 구성된다.
먼저, 상기 얼라인 챔버(110)는 공정챔버(120)로 공급될 기판(12) 또는 트레이(11)를 정렬하는 기능을 가지며, 기존에 상기 공정챔버(120) 내부로 공급될 기판(12)이 대기하는 로드락 챔버(Loadlock Chamber)의 기능을 수반한다.
또한 상기 공정챔버(120)는 얼라인 챔버(110)로부터 공급받은 기판(12)에 유기물을 증착하는 기능을 제공한다. 여기서 기판은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평면디스플레이 기판이거나 아니면 태양전지용 기판, 혹은 반도체 웨이퍼 기판 중 선택된 하나일 수 있으나, 본 발명에서는 유기발광소자(OLED)를 지칭한다.
상기 공정챔버(120) 내에서는 기판 상에 캐소드(cathode)를 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 증착하게 된다. 물론 선택적으로 SnO2(Tin Oxide), ATO(Antimony-doped Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), 산화인듐(Indium Oxide), 산화 아연(Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 산화카드뮴(Cadmium Oxide), 인 도핑-산화 주석(phosphorus-doped tin oxide), 산화루데늄(Ruthenium Oxide), 그리고 알루미늄 도핑-산화아연(aluminum-doped zinc oxide AZO) 중 하나 또는 이들의 조합 등을 사용할 수 있다.
그리고 트랜스퍼 챔버(130)는 증착된 기판(12)을 또 다른 증착을 위해 공정챔버로 반송하거나, 다음 공정을 위해 다른 챔버로 다시 공급하는 기능을 수행한다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 얼라인 챔버 내부를 도시하는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 얼라인 챔버(110)는 공정챔버(120)로 공금될 트레이(11) 또는 기판(12)을 정위치 시켜 증착방향 또는 증착각도를 정렬하는 정렬유닛을 포함한다.
상기 정렬유닛(111)은 트레이(11)의 각 모서리 부분을 설정된 기준으로 정렬하는 센터링 롤러(112)와, 트레이(11) 또는 기판(12)을 수평방향으로 정밀하게 이동 또는 회전시켜 정렬하는 미세조정부(113)를 포함한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 센터링 롤러(112)는 공급된 트레이(11)의 기준을 정렬시키는 수단으로서, 트레이(11) 상부에 올려지는 기판(12)을 정밀 조정하기 위한 전 공정을 수행한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 미세조정부(113)는 트레이(11) 상의 기판을 수평방향으로 이동시켜 증착될 위치를 정밀하게 조정하게 된다.
이때 보다 정밀한 조정을 위해 비젼(Vision) 또는 UVW 스테이지(UVW STAGE, 3축 정밀 조정장치) 등의 추가적인 구성을 구비할 수도 있다.
도 4 도 1에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 공정챔버를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 5a는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 구동부를 확대하여 도시하는 부분 확대 사시도이며, 도 5b는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 커버부를 도시하는 부분 확대 사시도이다.
본 발명에 따른 유기발광소자의 상향식 증착장치(100)는 공정챔버(120) 내부에서 기판(12)을 향하여 증착물질을 상향 공급하는 타겟(13)과, 상기 타겟(13)의 상측에 배치되어 정지 또는 이송중인 상태에서 상기 타겟(13)으로부터 공급된 증착물질이 기판에 선택적으로 증착되도록 기판(12)을 지지하는 트레이(11)와, 상기 트레이(11)를 수평 또는 수직방향으로 이동시키는 구동부(121) 및 상기 타겟(13) 상부에 배치되어 타겟(13)과 쉴드(하부쉴드, 16) 사이에 형성된 갭(G)으로 증착물질 입자가 낙하하는 것을 방지하는 차폐부(125)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 공정챔버(120)는 하부에 타겟(13)이 수직방향으로 이송 가능하도록 배치되고, 타겟(13)의 상부에 트레이(11)를 이송시키는 구동부(125)가 배치된다.
도 5a를 참조하면, 상기 구동부(125)는 트레이(11)의 하측 모서리 부분에 접촉하도록 복수개의 롤러(129a)들이 배치되고, 이 롤러(129a)들은 구동축(129b)과 치합되는 기어유닛(122)과 연결된다. 따라서 구동축(129b)이 회전하게 되면, 상기 기어유닛(122)들과 연결된 롤러(129a)들이 회전하면서 트레이(11)를 수평방향으로 이송하게 된다.
이때 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(121)는 기어유닛(122)의 외부를 차폐하도록 커버부(123)를 구비한다.
상기 커버부(123)는 트레이(11)의 이송에 따른 구동력을 전달하면서 기어유닛(122) 내부에 이물질이 유입되거나 수분이 유입되는 것을 방지하는 기능을 제공한다.
또한 상기 커버부(123) 내부에는 기어유닛(122)의 동력전달 과정에서 발생된 마찰에 의해 이물질이 발생하게 되는데, 이러한 이물질을 자력에 의해 포집하는 자성체(124)가 배치된다.
따라서 커버부(123)를 통하여 고온의 공정챔버(120) 내부에서 구동부(121)의 파손을 방지함과 동시에 이물질의 유입을 방지하여 기어유닛(122)의 조작불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 6a는 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 공정챔버 내부를 개략적으로 도시하는 참고도이고, 도 6b는 도 6a에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 증착공정 상태를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 6a를 참조하면, 상기 트레이(11) 상부에는 기판(12)이 안착되고, 상기 기판(12)의 모서리 부분이 트레이(11)의 내주면 상에서 지지되어 트레이(11)와 기판(12)은 동시에 이동이 이루어져 기존의 캐리어(carrier) 기능을 수반한다. 또한 트레이(11)는 기판(12)의 저면에 증착되는 타겟(13)의 증착물질을 선택적으로 또는 부분적으로 차폐하는 기능을 제공하여 기존의 마스크(Mask) 기능을 동시에 수행한다.
따라서 기판(12)의 저면에 대하여 타겟(13)으로부터 상향 증착이 이루어지고, 이때 캐소드의 증착이 이루어지며, 증착물질의 입자(Particle, P)가 기판(12)에 떨어지면서 발생하는 불량을 원천적으로 해소할 수 있다.
그리고 상기 차폐부(125)는 타겟(13)과 쉴드(하부쉴드, 16) 사이에 형성된 갭(G) 사이로 증착물질 입자(P)가 유입되는 것을 방지하는 가림막(126)을 포함한다.
상기 가림막(126))은 쉴드(16) 또는 쉴드박스(15) 상측으로 연장되어 타겟(13)의 상면 일부를 차폐함으로써 상기 갭(G) 상부를 차폐하여 증착물질 입자(P)가 상기 갭(G) 사이로 유입되는 것을 방지하도록 한다.
따라서 쉴드(16)와 타겟(13) 사이에 증착물질의 입자(P)가 낙하하면서 쇼트(Short)가 발생하는 것을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 6c는 도 6a에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 증착공정 상태의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 차폐부(125)는 타겟(13)과 쉴드(16) 사이에 형성된 갭(G)을 원천적으로 봉쇄하는 절연막(127)을 포함한다.
상기 절연막(127)은 타겟(13)의 모서리 부분을 둘러싸도록 배치되어 갭(G)을 패킹(Packing)하는 기능을 제공한다. 그리고 타겟(13)과 쉴드(16)의 상면 일부를 지붕 구조와 같이 차폐하여 형성되었던 갭(G)을 없앰으로써 쇼트가 발생할 수 있는 조건을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 상기 절연막(127)은 타겟(13)과 쉴드(16)의 상면에서 소정의 이격 거리를 유지시킴으로써 표면 증착을 차단할 수 있는 효과가 있다. 이때 상기 절연막(127)은 내열성 절연 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 도 4에 나타낸 유기발광소자의 상향식 증착장치의 가스샤워를 부분적으로 도시하는 참고도이다.
도 7을 참조하면, 상기 가스샤워(128)는 쉴드박스(15)에 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 기판(12)과 타겟(13) 사이에 위치한다. 상기 가스샤워(128)는 불활성인 Ar 또는 O2 가스를 공급하게 되는데, 이때 기판의 양 측 단부로 공급되는 가스의 유량을 제어할 수 있도록 복수개의 분사영역(S1~S3)이 형성된다.
예컨대, 가스 공급영역을 2개로 하여 약 1/3 지점과 2/3 지점에서 가스를 균일하게 공급할 수 있고, 또한 가스 공급영역을 3개로 하여 중앙과 양 단부에서 각각 가스를 균일하게 공급하도록 분사영역을 확장할 수도 있다. 보다 바람직하게는 중앙 영역보다는 양 단부의 영역(S1, S3)에서 가스 공급량의 조절이 필요하므로, 적어도 3개의 가스 공급영역을 확보하고, 양 단부의 영역(S1, S3)과 중앙 영역(S2)에서 분사되는 가스의 유량이 유사하도록 조절하여 공급하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용효과에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형된 예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형 예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.
100 : 유기발광소자의 상향식 증착장치
110 : 얼라인 챔버 111 : 정렬유닛
112 : 센터링 롤러 113 : 미세조정부
120 : 공정챔버 121 : 구동부
122 : 기어유닛 123 : 커버부
124 : 자성체 125 : 차폐부
126 : 가림막 127 : 절연막
128 : 가스샤워 129a : 롤러
129b : 구동축 130 : 트랜스퍼 챔버
11 : 트레이 12 : 기판
13 : 타겟 14 : 마그넷
15 : 쉴드박스 16 : 하부쉴드
17 : 상부쉴드

Claims (11)

  1. 공정챔버 내부에서 기판을 향하여 증착물질을 상향 공급하는 타겟;
    상기 타겟의 상측에 배치되어 정지 또는 이송중인 상태에서 상기 타겟으로부터 공급된 증착물질이 기판에 선택적으로 증착되도록 기판을 지지하는 트레이;
    상기 트레이를 수평 또는 수직방향으로 이동시키는 구동부; 및
    상기 타겟 상부에 배치되어 타겟과 쉴드 사이에 형성된 갭으로 증착물질 입자가 낙하하는 것을 방지하는 차폐부;를 포함하되,
    상기 차폐부는,
    상기 갭을 차폐하도록 상기 타겟의 모서리부분에 배치되어 상기 갭을 채우는 패킹부와,
    상기 패킹부와 일체형으로 형성되며, 상기 타겟의 상면 일부와 상기 쉴드의 상면 일부를 차폐하도록 배치되는 지붕구조를 구비하는 절연막을 포함하고,
    상기 지붕구조는 상기 지붕구조로부터 노출되는 상기 타겟의 상면과 상기 쉴드의 상면을 서로 이격시키는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 쉴드 상측으로부터 내측 방향으로 연장되어 상기 타겟의 모서리부분을 일 부 차폐하는 가림막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 트레이의 이송에 따른 구동력을 전달하는 기어유닛 내부에 이물질이 유입되는 것을 방지하는 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 커버부는,
    상기 기어유닛의 내부에서 동력전달에 따른 마찰에 의해 발생된 이물질을 포집하는 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟의 상부에 배치되어 기판과 타겟 사이에 공급되는 불활성 가스의 유량을 조절하는 가스샤워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스샤워는,
    기판의 설정된 영역에 대응하여 가스의 공급 유량을 제어할 수 있도록 복수개의 분사영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정챔버로 공급될 트레이 또는 기판을 정위치시켜 증착방향 또는 증착각도를 정렬할 수 있도록 얼라인 챔버 내부에 마련되는 정렬유닛을 더 포함하고,
    상기 정렬유닛은 트레이를 설정된 기준으로 정렬하는 센터링 롤러와, 트레이 또는 기판을 수평방향으로 정밀하게 이동 또는 회전시켜 조정하는 미세조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 가스샤워는 상기 기판과 상기 타겟 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자의 상향식 증착장치.
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