KR102525361B1 - 감압 건조 장치 및 이를 이용한 막 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

건조 균일도가 향상된 막을 제조할 수 있는 감압 건조 장치가 제공된다. 감압 건조 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되는 기판 안착 플레이트, 상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 상부에 이격 대향하도록 배치되고 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트, 상기 챔버 내에서 상기 배플 플레이트 상부에 배치된 가스 분배관, 및 상기 가스 분배관으로부터 돌출되고, 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하여 상기 기판 안착 플레이트 측으로 가스를 분사하도록 구성된 복수의 노즐 팁을 포함한다.

Description

감압 건조 장치 및 이를 이용한 막 제조 방법{VACUUM DRYING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING FILM USING THE SAME}
본 발명은 감압 건조 장치 및 감압 건조 장치를 이용한 막 제조 방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting device)는 자발광형 소자로서 표시 장치에 적용될 경우 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답 속도, 휘도, 구동 전압 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
유기 발광 소자는 정공(hole)을 주입하는 애노드 전극과 전자(electron)를 주입하는 캐소드 전극 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 및 발광층을 포함하는 유기막들이 개재된 구조를 갖는다. 상기 양 전극 사이에 전압을 인가하면 정공과 전자가 발광층에서 재결합하여 엑시톤을 형성하고, 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변화함에 따라 발광한다.
한편 기판 상에 유기막을 형성하기 위한 한 가지 방법으로 잉크젯 프린팅 또는 노즐 프린팅 등의 용액 도포 공정을 통해 유기 용액을 상기 기판 상의 원하는 위치에 토출하고 상기 유기 용액을 고온의 불활성 기체와 접촉시켜 상기 유기 용액을 건조(curing) 및 베이크(baking)함으로써 상기 유기막을 형성하는 방법을 예시할 수 있다. 이 때 상기 건조 및 베이크 과정에서 상기 유기 용액의 토출 위치 별로 가열 경로가 상이하여 유기 용액이 균일하게 건조되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 이러한 문제는 기판, 예컨대 유기 발광 표시 패널 기판이 대면적화 됨에 따라 심화될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판 상의 유기 용액을 균일하게 건조할 수 있는 감압 건조 장치를 제공하는 것이다.
또, 상기 감압 건조 장치를 이용하여 건조 균일도(dry uniformity)가 향상되고 불순물 함량이 최소화될 수 있는 막 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 감압 건조 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되는 기판 안착 플레이트, 상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 상부에 이격 대향하도록 배치되고 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트, 상기 챔버 내에서 상기 배플 플레이트 상부에 배치된 가스 분배관, 및 상기 가스 분배관으로부터 돌출되고, 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하여 상기 기판 안착 플레이트 측으로 가스를 분사하도록 구성된 복수의 노즐 팁을 포함한다.
또, 상기 가스 분배관은 복수개이고, 상기 각 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되고, 서로 다른 상기 가스 분배관은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치될 수 있다.
또한, 상기 배플 플레이트는 배플 슬릿을 갖되, 상기 배플 슬릿은 상기 제1 방향으로 연장된 배플 슬릿 및 상기 제2 방향으로 연장된 배플 슬릿을 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버 외부의 가스 공급원, 및 상기 가스 공급원과 상기 챔버 내부의 상기 복수의 가스 분배관을 연결하는 가스 공급관을 더 포함하되, 상기 가스 공급관은, 일 방향으로 연장된 제1 서브 가스 공급관, 및 상기 제1 서브 가스 공급관으로부터 분기된 두 개의 제2 서브 가스 공급관을 포함하고, 상기 각 제2 서브 가스 공급관은 하나의 상기 가스 분배관과 직접 연결되며, 상기 제2 서브 가스 공급관과 상기 가스 분배관이 직접 연결되는 지점으로부터, 상기 가스 분배관의 일단까지의 제1 유로 길이와 상기 가스 분배관의 타단까지의 제2 유로 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
아울러, 상기 복수의 가스 분배관은 2n개이고(여기서, n은 1 이상의 정수), 상기 가스 공급원으로부터 상기 각 가스 분배관까지의 유로 길이는 모두 실질적으로 동일할 수 있다.
또한, 상기 복수의 노즐 팁은 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 가스 분배관의 일단에 위치한 제1 노즐 팁, 및 상기 제1 노즐 팁보다 상기 가스 분배관의 중앙 측에 위치한 제2 노즐 팁을 포함하고, 상기 제1 노즐 팁과 상기 제2 노즐 팁은 각각 가스를 분사하는 하나 이상의 분사홀을 가지며, 상기 제1 노즐 팁의 분사홀의 홀 단면적은 상기 제2 노즐 팁의 분사홀의 홀 단면적보다 클 수 있다.
또, 상기 각 노즐 팁은 가스를 분사하는 제1 분사홀 및 제2 분사홀을 포함하고, 상기 제1 분사홀의 홀 단면적과 상기 제2 분사홀의 홀 단면적은 서로 다를 수 있다.
또, 상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 하부에 배치되는 하부 히팅 플레이트, 및 상기 배플 플레이트를 가열하도록 구성된 열원을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배플 플레이트의 가장자리부를 따라 상기 기판 안착 플레이트와 상기 배플 플레이트 사이에 배치되되, 상기 기판 안착 플레이트 및 상기 배플 플레이트와 적어도 일부가 중첩하는 기류 차단 블록, 및 상기 기류 차단 블록을 둘러싸도록 상기 기류 차단 블록의 외측에 배치된 커튼 가스 분사 노즐을 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 챔버의 측면 내벽 상에 배치된 측부 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 막 제조 방법은 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트의 일측에 기판을 배치하는 단계, 및 상기 배플 플레이트의 타측에 배치된 가스 분배관으로부터 분지되어 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하는 복수의 노즐 팁을 이용하여 상기 기판 측으로 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함한다.
또, 상기 기판은 유기 물질층이 형성된 베이스 기판이고, 상기 불활성 가스를 분사하는 단계는 상기 유기 물질층을 건조시키는 단계이며, 상기 막은 유기막일 수 있다.
또, 상기 막 제조 공간을 감압하는 단계를 더 포함하되, 상기 감압하는 단계는, 제1 압력에서 상기 제1 압력보다 작은 제2 압력으로 제1 시간 동안 감압하는 단계, 및 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 상기 제2 압력을 유지하는 단계를 포함하고, 상기 불활성 가스를 분사하는 단계는, 제1 유량에서 상기 제1 유량보다 작은 제2 유량으로 감소시키며 제3 시간 동안 상기 불활성 가스를 분사하는 단계, 및 상기 제3 시간보다 긴 제4 시간 동안 상기 제2 유량을 유지하며 상기 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하며, 상기 제2 시간 동안 제2 압력을 유지하는 단계는 상기 제4 시간 동안 제2 유량을 유지하며 불활성 가스를 분사하는 단계보다 먼저 시작될 수 있다.
또한, 상기 감압하는 단계는, 상기 제2 압력을 유지하는 단계 후에, 상기 제2 압력에서 상기 제2 압력보다 작은 제3 압력으로 감압하는 단계를 더 포함하되, 상기 제1 압력에서 상기 제2 압력으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기는, 상기 제2 압력에서 상기 제3 압력으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기보다 클 수 있다.
또, 상기 기판의 일면과 대면하는 배플 플레이트를 가열하는 단계, 상기 기판의 타면 측에 배치된 히팅 플레이트를 가열하는 단계, 및 상기 기판과 상기 배플 플레이트 사이에 정의되는 기판 건조 공간의 측면에 배치된 측부 히터를 가열하는 단계를 더 포함하되, 상기 히팅 플레이트의 가열 온도는 상기 배플 플레이트의 가열 온도보다 높고, 상기 배플 플레이트의 가열 온도는 상기 측부 히터의 가열 온도보다 높으며, 상기 배플 플레이트의 가열 온도는 250 ℃ 이상일 수 있다.
또, 상기 기판과 상기 배플 플레이트 사이에 정의되는 기판 건조 공간을 둘러싸도록 배치된 커튼 가스 분사 노즐을 이용하여 커튼 가스를 분사하는 단계를 더 포함하되, 상기 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀을 통해 분사되는 상기 커튼 가스의 유량의 1 배 이상 3 배 이하일 수 있다.
또, 상기 불활성 가스는, 상기 불활성 가스를 제공하는 가스 공급원, 상기 가스 공급원과 연결된 가스 공급관, 상기 가스 공급관과 연결된 상기 가스 분배관, 및 상기 가스 분배관으로부터 분지된 상기 복수의 노즐 팁을 거쳐 분사되고, 상기 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되며, 상기 가스 공급관과 상기 가스 분배관이 직접 연결되는 지점으로부터, 상기 가스 분배관의 일단까지의 제1 유로 길이와 타단까지의 제2 유로 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
또한, 상기 가스 분배관은 2n개이고(여기서, n은 1 이상의 정수), 서로 다른 상기 가스 분배관은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치되며, 상기 가스 공급원으로부터 상기 각 가스 분배관까지의 유로 길이는 모두 실질적으로 동일할 수 있다.
또, 상기 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되고, 상기 복수의 노즐 팁은 상기 제1 방향으로 연장된 가스 분배관의 일단에 위치한 제1 노즐 팁, 및 상기 제1 노즐 팁보다 중앙 측에 위치한 제2 노즐 팁을 포함하며, 상기 제1 노즐 팁과 상기 제2 노즐 팁은 각각 상기 불활성 가스를 분사하는 하나 이상의 분사홀을 가지고, 상기 제1 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 제2 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량보다 클 수 있다.
또, 상기 각 노즐 팁은 상기 불활성 가스를 분사하는 제1 분사홀 및 제2 분사홀을 가지되, 상기 제1 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 제2 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량과 상이할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 감압 건조 장치에 의하면, 기판의 상/하부에 히팅 플레이트를 배치함으로써 용매 증기가 응축되는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 건조 균일도를 향상시키고 불순물 함량을 최소화한 막을 제공할 수 있다.
또, 가스 분배관이 배플 플레이트 상부에 위치함으로써 기판 건조 공간 내의 열 전도도(heat conductivity)를 균일하게 유지할 수 있고 불활성 가스의 기류를 방해하지 않아 기판 위치 별로 기류 경로의 차이를 줄일 수 있다. 나아가 가스 분배관의 구조, 즉 불활성 가스의 유로에 대한 설계의 자유도가 높아지며, 가스 공급관을 다단폭포(cascade) 타입으로 설계하여 복수의 노즐 팁 별로 불활성 가스 공급원으로부터의 거리 차이를 감소시킬 수 있어 불활성 가스의 분사량을 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압 건조 장치의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 감압 건조 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배플 플레이트의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 투영 사시도이다.
도 5는 도 1의 가스 분배관과 노즐 팁의 저면 사시도이다.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 투영 사시도이다.
도 7은 도 5의 ⅤⅡa-ⅤⅡa' 선, ⅤⅡb-ⅤⅡb' 선, 및 ⅤⅡc-ⅤⅡc' 선을 따라 절개한 단면들의 비교 단면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 막 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 실시예 1에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이다.
도 13은 실시예 2에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이다.
도 14는 비교예에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 '위(on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 '직접 위(directly on)'로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '건조'는 용제(solvent) 성분을 가열하여 기화시키는 것을 의미한다. 예를 들어 건조는 0 ℃ 이상, 또는 50 ℃ 이상, 또는 100 ℃ 이상, 또는 150 ℃ 이상, 또는 200 ℃ 이상, 또는 250 ℃ 이상, 또는 300 ℃ 이상의 온도로 수행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압 건조 장치의 측단면도이다. 도 2는 도 1의 감압 건조 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감압 건조 장치(1000)는 챔버(100), 챔버(100) 내에 배치된 기판 안착 플레이트(200), 챔버(100) 내에서 기판 안착 플레이트(200) 상에 이격 대향하도록 배치되고 복수의 관통홀(301)을 갖는 배플 플레이트(baffle plate)(300), 챔버(100) 내에서 배플 플레이트(300) 상에 배치된 가스 분배관(400), 및 가스 분배관(400)으로부터 돌출되어 관통홀(301)을 통해 배플 플레이트(300)를 관통하여 기판 안착 플레이트(200) 측으로 가스를 분사하도록 구성된 복수의 노즐 팁(500)을 포함한다.
챔버(100)는 감압 공정 및/또는 건조 공정이 이루어지는 공정 공간을 제공하도록 구성될 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나 챔버(100)의 측벽에는 슬릿 형태의 기판 인입부 및/또는 기판 인출부가 형성될 수 있다.
기판 안착 플레이트(200)는 챔버(100) 내부에 배치된다. 기판 안착 플레이트(200)는 기판(미도시) 등이 안정적으로 안착될 수 있는 공간을 제공한다. 도 2는 기판 안착 플레이트(200)가 사각 형상인 경우를 예시하고 있으나, 이에 제한되지 않고 원 형상 등일 수도 있다. 기판 안착 플레이트(200)는 승강 수단에 의해 지지 및 승강될 수 있다. 상기 승강 수단은 리프트 핀(210)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 배플 플레이트의 사시도이다. 도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 투영 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배플 플레이트(300)는 챔버(100) 내에서 기판 안착 플레이트(200) 상에 기판 안착 플레이트(200)와 이격되어 배치되고, 기판 안착 플레이트(200)와 대향할 수 있다. 배플 플레이트(300)는 그 일측으로부터 타측으로 이동하는 기류의 흐름을 균등하게 할 수 있다. 배플 플레이트(300)는 복수의 관통홀(301) 및 복수의 배플 슬릿(302)을 가질 수 있다.
관통홀(301)은 평면 형상이 대략 원 형상이며 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)으로 이격되어 매트릭스 형상으로 형성될 수 있다. 관통홀(301)에는 후술할 노즐 팁(500)이 삽입 배치될 수 있다.
배플 슬릿(302)은 기류가 배플 플레이트(300)의 일측과 타측으로 유통(流通)하여 기류의 흐름을 조정할 수 있도록 구성된다. 배플 슬릿(302)의 배치 및 형상은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 배플 슬릿(302)은 제1 방향(X1)으로 연장된 배플 슬릿과 제2 방향(X2)으로 연장된 배플 슬릿을 포함하며 대략 격자 형상으로 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 배플 플레이트(300)는 일 방향으로만 연장된 복수의 배플 슬릿을 갖거나, 평면 형상이 대략 원 형상인 배플홀(baffle hole)을 가질 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 감압 건조 장치(1000)는 배플 플레이트(300)를 가열하도록 구성된 가열 수단, 즉 열원(303)을 더 포함할 수 있다. 열원(303)은 배플 플레이트(300) 내부에 삽입 배치된 열선일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 열원은 배플 플레이트(300)를 향해 광을 조사하도록 구성된 광원이거나, 또는 배플 플레이트(300)의 일면 상에 배치된 히팅 플레이트 등일 수 있다. 상기 열원이 히팅 플레이트일 경우 상기 히팅 플레이트는 배플 플레이트(300)와 동일한 형상 및 배치를 갖는 홀 및/또는 슬릿을 가질 수 있다.
도 5는 도 1의 가스 분배관과 노즐 팁의 저면 사시도이다. 도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 투영 사시도이다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 가스 분배관(400)은 챔버 내에서 배플 플레이트(300) 상에 배치되고, 복수의 노즐 팁(500)은 가스 분배관(400)으로부터 배플 플레이트(300) 측으로 돌출될 수 있다.
가스 분배관(400)은 가스 공급관(620)으로부터 제공된 공정 가스(process gas)를 복수의 각 노즐 팁(500)으로 분배할 수 있다. 가스 분배관(400)은 기판 안착 플레이트(200)의 일면과 평행한 제1 방향(X1)으로 연장될 수 있다. 가스 분배관(400)은 복수개 구비될 수 있으며, 각 가스 분배관(400)은 기판 안착 플레이트(200)의 일면과 평행한 제2 방향(X2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스 분배관(400)은 제2 방향(X2) 최외측에 배치된 제1 가스 분배관(410) 및 제1 가스 분배관(410)보다 중앙 측에 배치된 제2 가스 분배관(420)을 포함할 수 있다.
복수의 노즐 팁(500)은 가스 분배관(400)으로부터 분지되어 공정 가스를 제공 받을 수 있다. 도면에는 배플 플레이트(300)의 하면보다 노즐 팁(500)의 하측 단부가 아래로 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배플 플레이트(300)측으로 돌출된 노즐 팁(500)의 하측 단부는 배플 플레이트(300)의 하면과 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수도 있다.
또, 복수의 노즐 팁(500)은 각각 가스 분배관(400)으로부터 제공된 공정 가스를 분사하는 복수의 분사홀(500a)을 가질 수 있다. 분사홀(500a)은 노즐 팁(500)의 내부로부터 외부로 이어진 개구로서, 기판 안착 플레이트(200) 측으로 공정 가스 분사가 용이하도록 하측 방향으로 기울어진 형태일 수 있다.
도 7은 도 5의 ⅤⅡa-ⅤⅡa' 선, ⅤⅡb-ⅤⅡb' 선, 및 ⅤⅡc-ⅤⅡc' 선을 따라 절개한 단면들의 비교 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 복수의 노즐 팁(500)은 제1 가스 분배관(410)으로부터 분지되고 제1 가스 분배관(410)의 제1 방향(X1) 일단에 위치한 제1 노즐 팁(510), 제1 가스 분배관(410)으로부터 분지되고 제1 노즐 팁(510)보다 상대적으로 제1 가스 분배관(410)의 중앙 측에 위치한 제2 노즐 팁(520), 및 제2 가스 분배관(420)으로부터 분지된 제3 노즐 팁(530)을 포함한다. 제1 노즐 팁(510)은 제2 노즐 팁(520)에 비해 기판 안착 플레이트(200) 상에 놓여질 수 있는 기판(미도시)의 제1 방향(X1) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 노즐 팁이고, 제2 노즐 팁(520)은 제3 노즐 팁(530)에 비해 상기 기판(미도시)의 제2 방향(X2) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 노즐 팁이다.
또, 분사홀(500a)은 노즐 팁(500)의 제2 방향(X2) 일측면과 타측면에 위치하는 두 개의 분사홀들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 분사홀(500a)은 제1 노즐 팁(510)의 제2 방향(X2) 일측면에 위치하는 제1 분사홀(510a), 제1 노즐 팁(510)의 제2 방향(X2) 타측면에 위치하는 제2 분사홀(510b), 제2 노즐 팁(520)의 제2 방향(X2) 일측면에 위치하는 제3 분사홀(520a), 제2 노즐 팁(520)의 제2 방향(X2) 타측면에 위치하는 제4 분사홀(520b), 제3 노즐 팁(530)의 제2 방향(X2) 일측면에 위치하는 제5 분사홀(530a), 및 제3 노즐 팁(530)의 제2 방향(X2) 타측면에 위치하는 제6 분사홀(530b)을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 분사홀은 도면에 도시된 바와 달리 제1 방향(X1) 일측면과 타측면에 위치하거나, 제1 방향(X1)과 제2 방향(X2) 측면에 모두 위치하거나, 또는 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)과 교차하는 다른 방향 측면에 위치할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 복수의 노즐 팁(500) 및 분사홀(500a)들은 기판 안착 플레이트(200) 상에 놓여질 수 있는 기판(미도시)의 중앙 측에 비해 가장자리 측으로 더 많은 공정 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 기판의 중앙 측의 경우 인접한 복수의 분사홀로부터 공정 가스가 분사되는 반면, 기판의 가장자리 측의 경우 중앙 측에 비해 더 적은 수의 분사홀과 인접하기 때문에 기판의 위치 별로 공정 가스의 분사량을 다르게 하여 보다 균일한 건조가 가능해진다.
예를 들어, 제1 분사홀(510a)의 홀 단면적은 제2 분사홀(510b)의 홀 단면적보다 클 수 있다. 분사홀의 단면이 대략 원 형상일 경우 제1 분사홀의 직경(d1a)은 제2 분사홀의 직경(d1b)보다 클 수 있다. 제1 분사홀(510a)은 제2 분사홀(510b)에 비해 기판(미도시)의 제2 방향(X2) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 분사홀이다.
또, 제3 분사홀의 직경(d2a)은 제4 분사홀의 직경(d2b)보다 클 수 있다. 제3 분사홀(520a)은 제4 분사홀(520b)에 비해 기판(미도시)의 제2 방향(X2) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 분사홀이다. 또한, 제5 분사홀의 직경(d3a)은 제6 분사홀의 직경(d3b)과 동일하거나 상이할 수 있다.
아울러, 제1 분사홀(510a)의 홀 단면적은 제3 분사홀(520a)의 홀 단면적보다 클 수 있다. 즉, 제1 분사홀의 직경(d1a)은 제3 분사홀의 직경(d2a)보다 클 수 있다. 제1 분사홀(510a)은 제3 분사홀(520a)에 비해 기판(미도시)의 제1 방향(X1) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 분사홀이다. 제2 분사홀의 직경(d1b)은 제3 분사홀의 직경(d2a)과 동일하거나 상이할 수 있다. 또, 제3 분사홀의 직경(d2a)은 제5 분사홀의 직경(d3a)보다 클 수 있다. 제3 분사홀(520a)은 제5 분사홀(530a)에 비해 기판(미도시)의 제2 방향(X2) 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 분사홀이다. 제4 분사홀의 직경(d2b)은 제5 분사홀의 직경(d3a)과 동일하거나 상이할 수 있다.
다만, 분사홀의 개수, 배치 및 크기는 이에 제한되지 않으며 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 모든 분사홀의 홀 단면적은 실질적으로 동일할 수도 있다.
상대적으로 차지하는 공간 부피가 큰 가스 분배관(400)을 배플 플레이트(300) 상에 배치하고 가스 분배관(400)으로부터 분지된 노즐 팁(500)을 배플 플레이트(300)를 관통해 기판 안착 플레이트(200) 측으로 공정 가스를 분사하도록 구성함으로써, 배플 플레이트(300)와 기판 안착 플레이트(200) 사이에 정의되는 기판 건조 공간 내 열 전도도(heat conductivity)를 실질적으로 균일하게 유지할 수 있다. 이를 통해 공정 가스의 열 손실을 낮추고 공정 가스의 열을 온전히 기판에 전달할 수 있는 효과가 있다. 또, 상기 기판 건조 공간 내에 가스 분배관(400) 등과 같은 별도의 관을 배치하지 않음으로써 의도치 않은 공정 가스의 난류 발생을 방지할 수 있어 기판 위치 별로 건조 경로 및 배기 경로의 차이를 줄일 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 감압 건조 장치(1000)는 가스 분배관(400)에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급원(610) 및 가스 공급원(610)으로부터 가스 분배관(400)까지의 유로를 형성하는 가스 공급관(620)을 더 포함할 수 있다.
가스 공급원(610)은 챔버(100) 외부에 배치되어 공정 가스를 저장하고 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급하도록 구성된다. 공정 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 반응성이 낮고 안정한 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 공정 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)이거나, 질소 가스 또는 아르곤 가스에 수소 가스(H2) 및/또는 일산화탄소 가스(CO)를 도핑한 가스일 수 있다. 가스 공급관(620)은 챔버 외부의 가스 공급원(610)과 챔버 내부의 가스 분배관(400)을 연결한다. 예시적인 실시예에서, 가스 공급관(620)은 가스 공급원(610)과 직접 연결된 하나의 관이 2 개의 관으로 분기되고, 상기 2 개의 관이 각각 2 개의 관으로 분기된 형태가 복수 번 반복된 형태, 즉 다단폭포(cascade) 형태일 수 있다. 구체적으로, 가스 공급관(610)은 일 방향(예컨대, 제3 방향(X3))으로 연장된 제1 서브 가스 공급관 부분(621), 및 상기 제1 서브 가스 공급관 부분(621)으로부터 분기되어 가스 분배관(400)과 직접 연결된 2 개의 제2 서브 가스 공급관 부분(622)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 서브 가스 공급관 부분(622)과 가스 분배관(400)은 각각 2n개일 수 있다(여기서 n은 1 이상의 정수). 가스 공급원(610)과 복수의 가스 분배관(400)을 연결하는 가스 공급관(620)의 배치를 다단폭포 형태와 같이 함으로써, 가스 공급원(610)으로부터 2n개의 가스 분배관(400)까지의 유로 길이가 모두 실질적으로 동일해질 수 있고, 이를 통해 복수의 가스 분배관(400)에 전달되는 공정 가스의 유량을 동일하게 할 수 있다. 본 명세서에서 유로 길이란 가스가 흐르는 경로의 길이를 의미한다.
또, 제2 서브 가스 공급관 부분(622)과 가스 분배관(400)이 직접 연결되는 지점으로부터, 제1 방향(X1)으로 연장된 가스 분배관(400)의 제1 방향(X1) 일단까지의 제1 유로 길이와 제1 방향(X1) 타단까지의 제2 유로 길이는 동일할 수 있다.
다만, 가스 공급관의 형상 및 배치는 이에 제한되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
한편 예시적인 실시예에서, 감압 건조 장치(1000)는 기류 차단 블록(710)과 커튼 가스 분사 노즐(720)을 포함하는 기류 차단 유닛, 하부 히팅 플레이트(810)와 측부 히터(820)를 포함하는 열 공급 유닛, 및/또는 배기 후드(910), 배기 펌프(920)와 배기관(930)을 포함하는 배기 유닛을 더 포함할 수 있다.
기류 차단 블록(710)은 배플 플레이트(300)의 가장자리부를 따라 기판 안착 플레이트(200)와 배플 플레이트(300) 사이에 배치되며, 기판 안착 플레이트(200) 및 배플 플레이트(300)와 적어도 일부가 중첩할 수 있다.
커튼 가스 분사 노즐(720)은 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)으로 연장되어 기류 차단 블록(710)을 둘러싸도록 기류 차단 블록(710)의 외측에 배치될 수 있다. 커튼 가스 분사 노즐(720)은 기류 차단 블록(710) 측으로, 상세하게는 기류 차단 블록(710)과 기판 안착 플레이트(200)가 맞닿는 영역 방향으로 커튼 가스(curtain gas)를 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 커튼 가스 분사 노즐(720)은 챔버(100) 외부의 커튼 가스 공급원(미도시)로부터 커튼 가스를 제공받아 복수의 커튼 가스 분사홀(721)을 통해 기류 차단 블록(710) 측으로 커튼 가스를 분사할 수 있다. 상기 커튼 가스는 불활성 가스일 수 있다.
기류 차단 블록(710)과 커튼 가스 분사 노즐(720)은 건조 공정이 이루어지는 공간(즉, 기판 건조 공간)과 챔버(100) 내 다른 공간을 상호 고립시키는 역할을 한다. 예를 들어, 기류 차단 블록(710)은 기판 건조 공간의 측면을 물리적으로 폐쇄하여 개구 공간을 최소화하고, 커튼 가스 분사 노즐(720)은 커튼 가스를 분사하여 가스 커튼(gas curtain)을 형성함으로써 기판 건조 공간의 내부와 외부 간에 연결되는 기류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 기판 건조 공간에 대해서는 도 8과 함께 상세하게 후술된다.
하부 히팅 플레이트(810)는 챔버(100) 내에서 기판 안착 플레이트(200)의 하측에 배치될 수 있다. 하부 히팅 플레이트(810)는 기판 안착 플레이트(200)와 함께 리프트 핀(210)에 의해 고정 및 승강되고 기판 안착 플레이트(200)의 하측으로부터 열을 공급할 수 있다.
측부 히터(820)는 챔버(100) 측면 내벽 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 측부 히터(820)는 기류 차단 블록(710)을 둘러싸도록 배치되어 기판 안착 플레이트(200)의 측면으로부터 열을 공급할 수 있다.
배기 후드(910)는 챔버(100) 천장에 인접하여 배치되되 배플 플레이트(300)에 대향하도록 가스 분배관(400) 상에 위치할 수 있다. 배기 후드(910)는 배플 플레이트(300)의 하측으로부터 상측으로 이동하는 가스를 효과적으로 포집할 수 있다. 또, 배기 후드(910)의 평면상 면적은 배플 플레이트(300)의 평면상 면적과 동일하거나 더 클 수 있다. 즉, 배기 후드(910)는 배플 플레이트(300)를 완전히 커버할 수 있다. 또한, 도 1 등에 도시된 바와 같이 배기 후드(910)가 경사면을 가질 경우 배플 플레이트(300)의 가장자리 측으로부터 상승하는 기류와 중앙 측으로부터 상승하는 기류 간의 경로 차이를 감소시킬 수 있다.
배기 펌프(920)는 챔버(100) 외부에 배치되어 챔버(100) 내부의 압력을 조절 또는 유지할 수 있다. 예를 들어, 배기 펌프(920)는 챔버(100) 내부의 기체를 챔버(100) 외부로 배기하여 챔버(100) 내부를 감압함으로써 챔버(100) 내 분위기를 건조 대상 물질, 예컨대 유기 물질의 증기압(vapor pressure)과 가깝게 할 수 있고 이를 통해 유기 물질을 용이하게 기화시킬 수 있다. 또한, 배기 펌프(920)는 상기 용제 물질이 기화되어 생성된 용제 증기 및 공정 가스를 신속하게 흡인하여 챔버(100) 내 압력을 유지하고 유기 물질의 건조 특성을 향상시킬 수 있다. 배기 펌프(920)는 드라이 펌프 및 터보 펌프 중 어느 하나일 수 있다.
배기관(930)은 챔버(100) 내부와 챔버(100) 외부의 배기 펌프(920)를 연결하여 배기 후드(910)로부터 포집된 가스를 배기하는 통로를 제공한다. 배기관(930)은 평면상 배기 후드(910)의 정 중앙에 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 막 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 막 제조 방법은 베이스 기판 상에 유기 물질층(예컨대, 유기 용액)을 제공하는 단계, 도 1의 감압 건조 장치를 이용하여 상기 유기 물질층을 건조하는 단계를 포함한다. 상기 유기 물질층을 건조하는 단계는 유기 물질층을 건조하여 경화(curing)하는 공정이거나, 또는 유기 물질층을 건조하여 베이크(baking)하는 공정일 수 있다.
우선, 베이스 기판 상에 유기 물질층을 제공한다. 상기 유기 물질층을 제공하는 방법은 유기 물질 용액을 도포하는 공정일 수 있다. 막 제조 방법이 유기 발광 소자의 제조 방법에 적용될 경우, 상기 유기 물질층은 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 및/또는 유기 발광 물질을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 유기 물질층이 형성된 베이스 기판을 기판이라 지칭한다.
상기 정공 주입 물질은 CuPc와 같은 프탈로시아닌계 화합물, m-MTDATA(4,4',4''-tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine), TDATA(4,4',4''-tris(diphenylamino)triphenylamine), 2-TNATA(4,4',4''-tris[2-naphthyl(phenyl)-amino]triphenylamine) 등과 같은 트리페닐아민계 화합물, 또는 PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Polystyrenesulfonate) 등의 물질을 포함하고, 상기 정공 수송 물질은 NPD(4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino] biphenyl), TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis[3-methylphenyl]-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), 또는 NPB(N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine) 등의 물질을 포함하며, 상기 유기 발광 물질은 Alq3(tris-(8-hydroyquinolato) aluminum(III)), CBP(4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl), PVK(poly(N-vinylcarbazole)), ADN(9,10-Bis(2-naphthalenyl)anthracene), TPBi(1,3,5-tris(N-phenylbenzimiazole-2-yl)benzene), TBADN(2-(t-butyl)-9,10-bis(20-naphthyl)anthracene), DSA(distyrylarylene), CDBP(4,4'-Bis(9-carbazolyl)-2,2'-Dimethyl-biphenyl), 또는 MADN(2-Methyl-9,10-bis(naphthalen-2-yl)anthracene) 등의 물질을 포함할 수 있으나 상기 유기 물질이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 1의 감압 건조 장치를 이용하여 기판을 건조한다. 상기 감압 건조 장치를 이용하여 기판을 건조하는 단계는 상기 감압 건조 장치 내에 기판을 배치하는 단계, 챔버 내부를 감압하고 공정 가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8은 기판을 배치하는 단계에서 감압 건조 장치의 측단면도이고, 도 9는 도 8 단계의 기판 일부를 확대한 단면도이다. 도 10은 챔버 내부를 감압하고 공정 가스를 분사하는 단계에서 감압 건조 장치의 측단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 감압 건조 장치 내에 기판을 배치하는 단계는 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트(300)의 하측에 유기 물질층(12)이 형성된 베이스 기판(11)을 배치하는 단계일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기판(10)은 유기 물질층(12)이 형성된 베이스 기판(11)일 수 있다. 더 구체적으로, 배플 플레이트(300), 하부 히팅 플레이트(810), 및 그 사이에 배치된 기판 안착 플레이트(200) 상에 기판(10)을 배치하는 단계로서, 기판 안착 플레이트(200) 상에 기판(10)을 배치하는 단계 및 리프트 핀(210)을 이용하여 기판 안착 플레이트(200)와 기판(10)을 상승시켜 배플 플레이트(300)의 하측에 기판(10)을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판 안착 플레이트(200)는 기류 차단 블록(710)과 맞닿는 위치까지 상승될 수 있고, 이 때 기판 안착 플레이트(200), 배플 플레이트(300) 및 기류 차단 블록(710)은 기판 건조 공간(SDS)를 정의한다. 기판 건조 공간(SDS)은 기판(10)의 건조가 실질적으로 이루어지는 공간으로, 챔버(100) 내부 다른 공간과 구별될 수 있다. 예를 들어, 기류 차단 블록(710)은 기판 건조 공간(SDS)의 측면을 물리적으로 폐쇄하여 개구 공간을 최소화하고, 커튼 가스 분사 노즐(720)은 커튼 가스를 분사하여 기판 건조 공간(SDS)의 내부와 외부 간에 연결되는 기류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 기판(10)의 건조에 기여한 공정 가스는 기판 건조 공간(SDS) 상측 배플 플레이트(300)의 배플 슬릿(302)을 통해 배출될 수 있다.
이어서 도 10을 참조하면, 상기 챔버 내부를 감압하고 공정 가스를 분사하는 단계는 상기 공정 가스를 분사하는 단계와 상기 챔버 내부를 감압하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공정 가스를 분사하는 단계는, 배플 플레이트(300)의 상측에 배치된 가스 분배관(400)으로부터 분지되어 배플 플레이트(300)의 관통홀(301)을 통해 배플 플레이트(300)를 관통하는 복수의 노즐 팁(500)을 이용하여 기판(10) 측으로 공정 가스를 분사하는 단계일 수 있다. 더 구체적으로, 챔버(100) 외부의 가스 공급원(610)으로부터 공급되는 공정 가스를 가스 공급관(620), 가스 공급관(620)과 연결된 가스 분배관(400), 및 가스 분배관(400)으로부터 분지된 복수의 노즐 팁(500)을 거쳐 기판(10) 측으로 분사하는 단계일 수 있다. 상기 공정 가스는 약 50 ℃ 이상, 또는 약 100 ℃ 이상, 또는 약 150 ℃ 이상, 또는 약 200 ℃ 이상, 또는 약 250 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상 온도의 불활성 가스일 수 있다. 또, 약 0.2 내지 3 SLM의 유량으로 분사될 수 있다.
노즐 팁(500) 및 노즐 팁(500)의 분사홀은 기판(10) 중앙 측에 비해 가장자리 측으로 더 많은 공정 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판(10)의 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 제1 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 공정 가스의 유량은, 상기 제1 노즐 팁 보다 기판(10)의 중앙 측으로 공정 가스를 분사하는 제2 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 공정 가스의 유량보다 클 수 있다. 또는, 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 노즐 팁은 제1 분사홀 및 제2 분사홀을 포함할 수 있으며, 기판(10)의 가장자리 측으로 공정 가스를 분사하는 상기 제1 분사홀을 통해 분사되는 공정 가스의 유량은, 상기 제1 분사홀보다 기판(10)의 중앙 측으로 공정 가스를 분사하는 상기 제2 분사홀을 통해 분사되는 공정 가스의 유량보다 클 수 있다.
상기 분사홀은 노즐 팁(500)의 내부로부터 외부로 이어진 개구로서, 기판 안착 플레이트(200) 측으로 공정 가스 분사가 용이하도록 하측 방향으로 기울어진 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 분사홀의 공정 가스 분사 방향과 기판(10)의 일면이 형성하는 사이각은 약 30° 이상 45° 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 공정 가스의 분사 압력으로 인해 기판(10)이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 안정적인 기류를 형성하여 난류 발생을 억제할 수 있다. 아울러 인접 배치된 다른 노즐 팁의 분사홀과 함께 안정적인 건조를 수행할 수 있다.
이어서, 노즐 팁(500)을 통해 분사된 공정 가스는 기판(10)과 접촉하여 유기 물질을 건조하고, 배플 플레이트(300)의 배플 슬릿(302)을 통해 배플 플레이트(300)의 상측으로 이동하여 배기 유닛을 거쳐 챔버(100) 외부로 배기될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 기판 건조 공간(SDS)은 챔버(100) 내 다른 영역으로부터 고립되어 노즐 팁(500)으로부터 분사된 공정 가스는 모두 배플 슬릿(302)을 통해서만 배기될 수 있다. 즉, 노즐 팁(500)으로부터 분사된 공정 가스의 양과 배플 슬릿(302)을 통과한 공정 가스의 양은 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에 따른 막 제조 방법은 가스 분배관(400)을 배플 플레이트(300)의 상에 배치함으로써 기판(10)과 배플 플레이트(300) 사이 공간의 열 전도도를 실질적으로 균일하게 유지할 수 있다. 또, 노즐 팁(500)으로부터 기판(10)에 이르는 기류 경로 사이에, 및 기판(10)에서 배플 슬릿(302)에 이르는 기류 경로 사이에 기류의 흐름을 방해하는 구성이 없어 안정적인 기류 경로를 형성할 수 있다. 또한, 가스 공급관(620)의 배치를 다단폭포 형태와 같이 함으로써 가스 공급원(610)으로부터 2n개의 가스 분배관(400)까지의 유로 길이가 모두 실질적으로 동일해질 수 있다. 상기 공정 가스를 분사하는 단계에 대해서는 도 11과 함께 상세하게 후술한다.
한편, 예시적인 실시예에서 막 제조 방법은 기판(10) 상측에 배치된 배플 플레이트(300)를 가열하는 단계, 기판(10) 하측에 배치된 하부 히팅 플레이트(810)를 가열하는 단계, 기판(10)과 배플 플레이트(300) 사이에 정의되는 기판 건조 공간(SDS)의 측면에 배치된 측부 히터(820)를 가열하는 단계, 및/또는 상기 기판 건조 공간(SDS)을 둘러싸도록 배치된 커튼 가스 분사 노즐(720)을 이용하여 커튼 가스를 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
배플 플레이트(300)는 기판(10) 상부의 제1 히팅 플레이트이고, 하부 히팅 플레이트(810)는 기판(10) 하부의 제2 히팅 플레이트일 수 있다. 기판(10)을 상부와 하부에서 동시에 가열함으로써 용매 증기가 다시 응축되어 기판(10)을 오염시키는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 하부 히팅 플레이트(810)의 가열 온도는 배플 플레이트(200)의 가열 온도 이상이고, 배플 플레이트(200)의 가열 온도는 약 250 ℃ 이상일 수 있다. 또, 배플 플레이트(200)의 가열 온도는 측부 히터(820)의 가열 온도보다 클 수 있다. 측부 히터(820)의 가열 온도를 배플 플레이트(200)보다 작게 함으로써 후술할 커튼 가스의 기류를 안정화할 수 있고, 기판 건조 공간(SDS)을 효과적으로 고립시킬 수 있다.
커튼 가스 분사 노즐(720)을 통해 분사되는 커튼 가스의 유량은 약 0.2 내지 3 SLM의 유량으로 분사될 수 있다. 또, 노즐 팁(500)의 분사홀을 통해 분사되는 공정 가스의 유량은 커튼 가스 분사 노즐(720)을 통해 분사되는 커튼 가스 유량의 약 1 배 이상 3 배 이하, 또는 약 1.6 배 이상 2 배 이하일 수 있다. 커튼 가스와 공정 가스의 유량을 상기 범위 내에서 조절하여 기판 건조 공간(SDS)을 외부와 차단할 수 있고, 이를 통해 기판 건조 공간(SDS) 내 기판(10)에 불순물이 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 공정 가스가 손실되는 것을 막고 온전히 기판(10) 건조에 사용할 수 있다. 커튼 가스의 온도는 공정 가스의 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 커튼 가스는 약 50 ℃ 이상, 또는 약 100 ℃ 이상, 또는 약 120 ℃의 온도를 갖는 불활성 가스일 수 있다.
배플 플레이트(300), 하부 히팅 플레이트(810), 측부 히터(820), 커튼 가스 분사 노즐(720)의 형상과 작동 및 배치에 관하여는 도 1과 함께 설명한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 챔버 내부를 감압하는 단계는 배기 후드(910), 배기 펌프(920), 및 배기관(930)을 포함하는 배기 유닛을 이용하여 챔버(100) 내부를 소정의 압력까지 감압 배기하는 단계일 수 있다. 상기 소정의 압력은 약 10-4 Torr 내지 10-1 Torr일 수 있다. 이를 통해 챔버(100) 내 분위기를 기판(10) 내의 유기 물질의 증기압과 가깝게 할 수 있고 유기 물질을 용이하게 기화시킬 수 있다.
이하, 도 11을 더 참조하여 상기 공정 가스를 분사하는 단계와 상기 챔버 내부를 감압하는 단계를 상세하게 설명한다. 도 11은 도 10의 단계에서의 시간에 따른 챔버 내 압력 변화와 가스의 유량 변화를 나타낸 그래프이다.
예시적인 실시예에서, 상기 공정 가스를 분사하는 단계와 상기 챔버 내부를 감압하는 단계는 동시에 수행될 수 있다. 이 경우, 챔버(100) 내부를 감압하고 공정 가스를 분사하는 과정은 초기 감압 단계인 제1 구간(S1), 건조 확산 단계인 제2 구간(S2), 및 가스 분사 종료 단계인 제3 구간(S3)을 포함한다.
제1 구간(S1)은 초기 감압 단계로서, 챔버(100) 내 분위기를 감압하여 감압 건조 공정을 시작하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제1 구간(S1)은 약 60초 내지 180초 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 제1 구간(S1)에서 챔버(100) 내 압력은 제1 압력(P1)에서 제2 압력(P2)으로 감압되고, 제2 압력(P2)이 유지될 수 있다. 예를 들어 제1 압력(P1)은 대기압이고, 제2 압력(P2)은 약 10 Torr 내지 100 Torr일 수 있다. 또, 제1 구간(S1)에서 공정 가스의 유량은 제1 유량(F1)에서 제2 유량(F2)으로 감소될 수 있다. 또한, 제1 구간(S1)에서 커튼 가스의 유량은 제1 유량(F1)보다 작은 제3 유량(F3)에서 제2 유량(F2)보다 작은 제4 유량(F4)으로 감소될 수 있다.
이어서 제2 구간(S2)은 건조 확산 단계로서, 챔버(100) 내 압력과 공정 가스의 분사량을 유지하여 실질적인 건조를 완료하고 유기막을 평탄하게 안정화하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제2 구간(S2)은 약 250초 내지 600초 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 제2 구간(S2)에서 챔버(100) 내 압력은 제1 구간(S1)에 이어서 제2 압력(P2)으로 유지될 수 있다. 또, 제2 구간(S2)에서 공정 가스 및 커튼 가스의 유량 또한 각각 제2 유량(F2) 및 제4 유량(F4)으로 유지될 수 있다.
제1 구간(S1)과 제2 구간(S2)에서, 챔버(100) 내 압력을 감압한 후 압력을 유지하기 시작하는 시점은 공정 가스와 커튼 가스의 분사량을 유지하기 시작하는 시점보다 앞설 수 있다. 즉, 챔버(100) 내 압력을 제2 압력(P2)으로 유지하는 공정은 공정 가스의 유량을 제2 유량(F2)으로 유지하고 커튼 가스의 유량을 제4 유량(F4)으로 유지하는 공정보다 먼저 시작될 수 있다. 이와 같이 챔버(100) 내 압력을 급격하게 변화시키는 시간과 가스의 유량을 급격하게 변화시키는 시간을 어긋나게 함으로써 챔버(100) 내 분위기를 안정적으로 만들고 용이한 감압 배기가 가능해진다.
이어서 제3 구간(S3)은 가스 분사 종료 단계로서, 가스의 유량을 감소시키며 잔여 용매를 제거하고 유기막 표면을 안정화하는 단계일 수 있다. 예를 들어 제3 구간(S3)은 약 200초 내지 300초 동안 수행될 수 있다.
구체적으로, 제3 구간(S3)에서 챔버(100) 내 압력은 제2 압력(P2)에서 제3 압력(P3)으로 감압되며 감압 배기를 종료할 수 있다. 제3 압력(P3)은 약 10-4 Torr 내지 10-1 Torr일 수 있다. 또, 제3 구간(S3)에서 공정 가스의 유량은 제2 유량(F2)에서 감소되며 분사를 종료할 수 있다. 또한, 제3 구간(S3)에서 커튼 가스의 유량은 제4 유량(F4)에서 감소되며 분사를 종료할 수 있다. 이 때, 공정 가스의 단위 시간 당 유량 변화율의 크기는 커튼 가스의 단위 시간 당 유량 변화율의 크기보다 클 수 있다. 아울러 공정 가스와 커튼 가스의 분사는 감압 배기보다 먼저 종료될 수 있다. 나아가, 제1 압력(P1)을 제2 압력(P2)으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기는 제3 구간(S3), 즉 제2 압력(P2)을 제3 압력(P3)으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기보다 클 수 있다. 잔여 용매를 제거하고 유기막 표면을 안정화하는 제3 구간(S3)에서의 압력 변화를 완만하게 함으로써 건조 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 참조로 하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
<실시예 1>
노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 300 ℃의 질소 가스(N2) 유량을 0.5 SLM으로 유지하고, 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀을 통해 분사되는 120 ℃의 질소 가스 유량을 0.5 SLM으로 유지하여 기류 경로를 시뮬레이션하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다.
<실시예 2>
노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 300 ℃의 질소 가스(N2) 유량을 3 SLM으로 유지하고, 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀을 통해 분사되는 120 ℃의 질소 가스 유량을 2 SLM으로 유지하여 기류 경로를 시뮬레이션하였고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
<비교예>
노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 300 ℃의 질소 가스(N2) 유량을 1 SLM으로 유지하고, 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀을 통해 분사되는 120 ℃의 질소 가스 유량을 2 SLM으로 유지하여 기류 경로를 시뮬레이션하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다.
도 12는 실시예 1에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이고, 도 13은 실시예 2에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이며, 도 14는 비교예에 따른 기류 경로를 시뮬레이션한 이미지이다.
도 12를 참조하면, 공정 가스의 유량이 커튼 가스의 유량과 동일할 경우 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀로부터 분사되는 커튼 가스가 폐곡선 기류를 형성하여 기판 건조 공간을 효과적으로 차단하는 것을 확인할 수 있다.
도 13을 참조하면, 공정 가스의 유량이 커튼 가스의 유량보다 클 경우 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀로부터 분사되는 커튼 가스가 선명한 폐곡선 기류를 형성하고, 나아가 노즐 팁의 분사홀로부터 분사되는 공정 가스가 기판 건조 공간 외부로 전혀 누설되지 않음을 확인할 수 있다.
도 14를 참조하면, 공정 가스의 유량이 커튼 가스의 유량보다 작을 경우 가스 분사 노즐의 분사홀로부터 분사되는 커튼 가스는 복잡한 기류를 형성하며, 기판 건조 공간 내외간에 연결 기류가 형성되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 챔버
200: 기판 안착 플레이트
300: 배플 플레이트
400: 가스 분배관
500: 노즐 팁

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되는 기판 안착 플레이트;
    상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 상부에 이격 대향하도록 배치되고 복수의 관통홀 및 배플 슬릿을 갖는 배플 플레이트;
    상기 챔버 내에서 상기 배플 플레이트 상부에 배치된 가스 분배관; 및
    상기 가스 분배관으로부터 돌출되고, 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하여 상기 기판 안착 플레이트 측으로 가스를 분사하도록 구성된 복수의 노즐 팁을 포함하되,
    상기 복수의 노즐 팁으로부터 상기 배플 플레이트와 상기 기판 안착 플레이트 사이로 분사된 상기 가스는 상기 배플 슬릿을 통해 배기되는 감압 건조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 분배관은 복수개이고,
    상기 각 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되고,
    서로 다른 상기 가스 분배관은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치되는 감압 건조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배플 슬릿은 상기 제1 방향으로 연장된 배플 슬릿 및 상기 제2 방향으로 연장된 배플 슬릿을 포함하는 감압 건조 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 챔버 외부의 가스 공급원; 및
    상기 가스 공급원과 상기 챔버 내부의 상기 복수의 가스 분배관을 연결하는 가스 공급관을 더 포함하되,
    상기 가스 공급관은, 일 방향으로 연장된 제1 서브 가스 공급관, 및 상기 제1 서브 가스 공급관으로부터 분기된 두 개의 제2 서브 가스 공급관을 포함하고,
    상기 각 제2 서브 가스 공급관은 하나의 상기 가스 분배관과 직접 연결되며,
    상기 제2 서브 가스 공급관과 상기 가스 분배관이 직접 연결되는 지점으로부터, 상기 가스 분배관의 일단까지의 제1 유로 길이와 상기 가스 분배관의 타단까지의 제2 유로 길이는 동일한 감압 건조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분배관은 2n개이고(여기서, n은 1 이상의 정수),
    상기 가스 공급원으로부터 상기 각 가스 분배관까지의 유로 길이는 모두 동일한 감압 건조 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐 팁은 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 가스 분배관의 일단에 위치한 제1 노즐 팁, 및 상기 제1 노즐 팁보다 상기 가스 분배관의 중앙 측에 위치한 제2 노즐 팁을 포함하고,
    상기 제1 노즐 팁과 상기 제2 노즐 팁은 각각 가스를 분사하는 하나 이상의 분사홀을 가지며,
    상기 제1 노즐 팁의 분사홀의 홀 단면적은 상기 제2 노즐 팁의 분사홀의 홀 단면적보다 큰 감압 건조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 각 노즐 팁은 가스를 분사하는 제1 분사홀 및 제2 분사홀을 포함하고,
    상기 제1 분사홀의 홀 단면적과 상기 제2 분사홀의 홀 단면적은 서로 다른 감압 건조 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 하부에 배치되는 하부 히팅 플레이트; 및
    상기 배플 플레이트를 가열하도록 구성된 열원을 더 포함하는 감압 건조 장치.
  9. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되는 기판 안착 플레이트;
    상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 상부에 이격 대향하도록 배치되고 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트;
    상기 챔버 내에서 상기 배플 플레이트 상부에 배치된 가스 분배관;
    상기 가스 분배관으로부터 돌출되고, 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하여 상기 기판 안착 플레이트 측으로 가스를 분사하도록 구성된 복수의 노즐 팁;
    상기 챔버 내에서 상기 기판 안착 플레이트의 하부에 배치되는 하부 히팅 플레이트; 및
    상기 배플 플레이트를 가열하도록 구성된 열원을 포함하되,
    상기 배플 플레이트의 가장자리부를 따라 상기 기판 안착 플레이트와 상기 배플 플레이트 사이에 배치되되, 상기 기판 안착 플레이트 및 상기 배플 플레이트와 적어도 일부가 중첩하는 기류 차단 블록; 및
    상기 기류 차단 블록을 둘러싸도록 상기 기류 차단 블록의 외측에 배치된 커튼 가스 분사 노즐을 더 포함하는 감압 건조 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 챔버의 측면 내벽 상에 배치된 측부 히터를 더 포함하는 감압 건조 장치.
  11. 복수의 관통홀 및 배플 슬릿을 갖는 배플 플레이트의 일측에 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 배플 플레이트의 타측에 배치된 가스 분배관으로부터 분지되어 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하는 복수의 노즐 팁을 이용하여 상기 기판 측으로 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 노즐 팁으로부터 상기 배플 플레이트와 상기 기판 사이로 분사된 상기 가스는 상기 배플 슬릿을 통해 배기되는 막 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 기판은 유기 물질층이 형성된 베이스 기판이고,
    상기 불활성 가스를 분사하는 단계는 상기 유기 물질층을 건조시키는 단계이며,
    상기 막은 유기막인 막 제조 방법.
  13. 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트의 일측에 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 배플 플레이트의 타측에 배치된 가스 분배관으로부터 분지되어 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하는 복수의 노즐 팁을 이용하여 상기 기판 측으로 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    막 제조 공간을 감압하는 단계를 더 포함하되,
    상기 기판은 유기 물질층이 형성된 베이스 기판이고,
    상기 불활성 가스를 분사하는 단계는 상기 유기 물질층을 건조시키는 단계이며,
    상기 막은 유기막이고,
    상기 감압하는 단계는, 제1 압력에서 상기 제1 압력보다 작은 제2 압력으로 제1 시간 동안 감압하는 단계, 및 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 상기 제2 압력을 유지하는 단계를 포함하고,
    상기 불활성 가스를 분사하는 단계는, 제1 유량에서 상기 제1 유량보다 작은 제2 유량으로 감소시키며 제3 시간 동안 상기 불활성 가스를 분사하는 단계, 및 상기 제3 시간보다 긴 제4 시간 동안 상기 제2 유량을 유지하며 상기 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 시간 동안 제2 압력을 유지하는 단계는 상기 제4 시간 동안 제2 유량을 유지하며 불활성 가스를 분사하는 단계보다 먼저 시작되는 막 제조 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 감압하는 단계는,
    상기 제2 압력을 유지하는 단계 후에, 상기 제2 압력에서 상기 제2 압력보다 작은 제3 압력으로 감압하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제1 압력에서 상기 제2 압력으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기는, 상기 제2 압력에서 상기 제3 압력으로 감압하는 단계의 단위 시간 당 압력 변화율의 크기보다 큰 막 제조 방법.
  15. 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트의 일측에 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 배플 플레이트의 타측에 배치된 가스 분배관으로부터 분지되어 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하는 복수의 노즐 팁을 이용하여 상기 기판 측으로 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 기판의 일면과 대면하는 배플 플레이트를 가열하는 단계;
    상기 기판의 타면 측에 배치된 히팅 플레이트를 가열하는 단계; 및
    상기 기판과 상기 배플 플레이트 사이에 정의되는 기판 건조 공간의 측면에 배치된 측부 히터를 가열하는 단계를 더 포함하되,
    상기 히팅 플레이트의 가열 온도는 상기 배플 플레이트의 가열 온도보다 높고,
    상기 배플 플레이트의 가열 온도는 상기 측부 히터의 가열 온도보다 높으며,
    상기 배플 플레이트의 가열 온도는 250 ℃ 이상인 막 제조 방법.
  16. 복수의 관통홀을 갖는 배플 플레이트의 일측에 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 배플 플레이트의 타측에 배치된 가스 분배관으로부터 분지되어 상기 관통홀을 통해 상기 배플 플레이트를 관통하는 복수의 노즐 팁을 이용하여 상기 기판 측으로 불활성 가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 기판과 상기 배플 플레이트 사이에 정의되는 기판 건조 공간을 둘러싸도록 배치된 커튼 가스 분사 노즐을 이용하여 커튼 가스를 분사하는 단계를 더 포함하되,
    상기 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 커튼 가스 분사 노즐의 분사홀을 통해 분사되는 상기 커튼 가스의 유량의 1 배 이상 3 배 이하인 막 제조 방법.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 상기 불활성 가스를 제공하는 가스 공급원, 상기 가스 공급원과 연결된 가스 공급관, 상기 가스 공급관과 연결된 상기 가스 분배관, 및 상기 가스 분배관으로부터 분지된 상기 복수의 노즐 팁을 거쳐 분사되고,
    상기 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되며,
    상기 가스 공급관과 상기 가스 분배관이 직접 연결되는 지점으로부터, 상기 가스 분배관의 일단까지의 제1 유로 길이와 타단까지의 제2 유로 길이는 동일한 막 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 가스 분배관은 2n개이고(여기서, n은 1 이상의 정수),
    서로 다른 상기 가스 분배관은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격 배치되며,
    상기 가스 공급원으로부터 상기 각 가스 분배관까지의 유로 길이는 모두 동일한 막 제조 방법.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 가스 분배관은 제1 방향으로 연장되고,
    상기 복수의 노즐 팁은 상기 제1 방향으로 연장된 가스 분배관의 일단에 위치한 제1 노즐 팁, 및 상기 제1 노즐 팁보다 중앙 측에 위치한 제2 노즐 팁을 포함하며,
    상기 제1 노즐 팁과 상기 제2 노즐 팁은 각각 상기 불활성 가스를 분사하는 하나 이상의 분사홀을 가지고,
    상기 제1 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 제2 노즐 팁의 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량보다 큰 막 제조 방법.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 각 노즐 팁은 상기 불활성 가스를 분사하는 제1 분사홀 및 제2 분사홀을 가지되,
    상기 제1 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량은 상기 제2 분사홀을 통해 분사되는 상기 불활성 가스의 유량과 상이한 막 제조 방법.
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