KR20030021581A - 세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법 - Google Patents

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KR20030021581A
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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용하여 무기물 또는 유기물상에 흡착된 수분을 포함한 이물을 효과적으로 제거하여 소자의 효율과 수명을 개선시키는 세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법에 관한 것으로, 피세정막 표면의 수분을 포함한 이물을 제거하기 위하여, 피세정막이 형성되어 있는 기판을 세정 장치내에 위치시키는 단계와 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 피세정막이 유기막인 경우 25 ∼ 300 ℃, 피세정막이 무기막인 경우 25 ∼ 500 ℃의 조건하에서 세정 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법{Cleaning Apparatus and Cleaning Method using the Same}
본 발명은 세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법에 관한 것으로 특히 마이크로웨이브를 이용하여 무기물 또는 유기물상에 흡착된 수분을 포함한 이물을 효과적으로 제거하여 소자의 효율과 수명을 개선시키는 세정 장치 및 그를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 기술의 발달하면서 정보화 사회에 부응하기 위한 소비자의 요구가 다양화하며, 반도체를 비롯한 유기 전계 발광 소자를 포함하는 전자 디스플레이의 수요도 증가되고 있다. 이러한 소비자의 요구를 만족시키기 위해 전자 디스플레이의 고품질 및 장수명에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나 반도체 소자 및 평판 디스플레이 장치를 제조하는 과정에서 구성 요소의 표면에 잔류하는 수분을 포함한 불순물로 인해 소자의 품질 및 수명에 좋지 않은 영향을 준다. 따라서 구성 요소 표면의 불순물를 제거하는 공정은 필수적이다.
일반적으로 무기물질 또는 유기물질의 표면에 존재하는 수분은 물리적 흡착 또는 화학적으로 흡착되어 있다. 물리적으로 흡착된 수분의 경우 가열 및 진공 공정에 의해 쉽게 제거될 수 있으나, 화학적 흡착의 경우 고온 및 진공 공정을 사용하여도 쉽게 제거되지 않는 다. 특히 유기 전계 발광 소자에 있어서, 발광층 및 그 보조기능을 하는 유기막과, 전극으로 사용하는 무기막의 표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착되어 있는 수분은 발광효율과 수명에 치명적인 영향을 미치므로 막표면의 수분제거는 필수적이다.
상기와 같은 수분의 제거를 위해, 수분과 유사한 쌍극(dipole) 특성을 가지는 IPA(isopropyl alcohol)을 사용한 습식 세정 방식으로 막표면 수분의 대부분을 제거할 수 있으나, 여전히 잔류 수분이 존재하여 수명이나 효율을 저하시키는 문제가 있다.
종래 기술의 투명 기판상에 양전극층, 유기 발광충, 그리고 음전극층을 순차적으로 형성하는 유기 전계 발광 소자의 세정 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
투명기판상에 ITO(indium tin oxide)을 이용하여 양전극층(anode layer)을 형성한다. 양전극층을 형성하는 방법은 투명 기판상에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 ITO을 적층하고, ITO층의 패터닝을 위하여 사진 석판 기술(photolithography)을 이용한다.
사진 석판 기술의 세정 단계에서 투명 기판이나 양전극층에 수분이 물리적 및 화학적으로 결합되게 된다. 따라서 세정 단계 후, 투명 기판과 양전극층 표면의 수분을 제거하기 위하여 순수(deionized water)와 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하 IPA)로 초음파 세척을 하고, 다시 비등 IPA 위에서 건조하였다. 그후 양전극층이 형성되어 있는 투명기판은 UV 오존 세척 장치에서 재차 세척한다. 세척의 또 다른 방법으로는 높은 온도를 가하여 진공상태를 유지하는 방법으로 수분이나 불순물을 제거하기도 한다.
세척이 완료되면 유기막을 형성하기 위해 진공 증착 챔버로 이동하여 정공주입층/정공 수송층(hole transport layer), 유기 발광충(organic emitting layer), 그리고 전자 수송층/전자주입층을 형성한다. 그리고 음전극층을 형성하여 유기 전계 발광 소자의 제조를 완료한다.
그러나, 투명 기판 및 양전극층 표면에 물리적으로 결합된 수분은 비교적 쉽게 제거되지만 화학적으로 결합되는 수분은 여전히 잔존하게 된다. 완전히 제거되지 않은 수분으로 인해, 양전극층상에 적층되는 유기물층에 수분이 흡착되어 발광 효율, 소자의 수명 및 신뢰도를 저하시키는 문제를 가진다.
대부분의 반도체 소자를 비롯한 디스플레이 소자들은 제조 공정에서 사진 석판 기술을 이용하므로 상기 유기 전계 발광 소자와 같이 화학적 결합에 의한 수분이 잔존하는 문제를 가지고 있다
이와 같은 종래 기술에 따른 세정 방법은 다음과 같은 문제가 있다.
유기 전계 발광 소자에서 투명 기판상에 형성되는 양전극층의 패터닝을 위하여 사용하는 사진 석판 기술에 의해, 투명 기판과 양전극층 표면에 화학적으로 결합된 수분이 잔존하여, 양전극층상에 적층되는 유기물층 표면에도 수분이 흡착된다.
유기물층 표면에 흡착되는 수분으로 인해 발광 효율 및 소자의 수명을 감소시켜 신뢰성 확보에 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 세정 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 마이크로웨이브를 이용하여 무기물 또는 유기물상에 흡착된 수분을 포함한 이물을 효과적으로 제거하여 소자의 효율과 수명을 개선시키는 세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세정 장치
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법의 공정 단면도
1 : 메인 챔버 2 : 발진부(마그네트론)
3 : 전자 제어 장치 4 : 열전 장치
5 : 대류 팬 6 : 진공 펌프
21 : 투명 기판 22 : 양전극층
23 : 격벽 24 : 정공주입층/정공수송층
25 : 유기발광층 26 : 전자수송층/전자주입층
27 : 음전극층
이와 같은 목적은 다음과 같은 구성에 의해 달성된다.
(1) 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용하는 세정 장치는 피세정물의 세정을 진행하는 메인 챔버; 상기 메인 챔버의 상부에 설치되며 마이크로웨이브를 발생시키는 발진부; 상기 메인 챔버의 온도를 조절하기 위한 열전 장치; 상기 챔버 내부의 균일한 온도 분포를 위한 대류 팬; 상기 메인 챔버 내부의 진공을 유지시키기 위한 진공 펌프; 상기 발진부, 상기 열전 장치, 상기 대류 팬, 상기 진공 펌프를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)의 마이크로웨이브를 이용하는 세정 장치에 있어서, 상기 발진부의 마이크로웨이브는 1,500 ∼ 3,500 MHz을 사용하는 것을 특징으로 한다.
(3) 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법은 유기막 표면의 수분을 포함한 이물을 제거하기 위하여, 유기막이 형성되어 있는 기판을 세정 장치내에 위치시키는 단계; 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 300 ℃의 조건하에서 세정 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(4) 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법은 무기막 표면의 수분을 포함한 이물을 제거하기 위하여, 무기막이 형성되어 있는 기판을 세정 장치내에 위치시키는 단계; 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 500 ℃의 조건하에서 세정 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(5) 상기 (4)와 같은 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법에 있어서, 세정제로 IPA, 에탄올, 그리고 메탄올 중 하나 또는 둘 이상을 복합적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
(6) 상기 (4)와 같은 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법에 있어서, 상기 세정 공정은 진공 상태에서 진행하는 것을 특징으로 한다.
(7) 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 세정 방법은 투명 기판과 상기 투명 기판상에 양전극층, 유기 발광층(유기물층), 그리고 음전극층을 적층하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 양전극층, 상기 음전극층, 그리고 상기 유기 발광층을 각각 마이크로웨이브를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(8) 상기 (7)과 같은 유기 전계 발광 소자의 세정 방법에 있어서, 상기 마이크로웨이브를 이용하여 세정하는 단계는 상기 양전극층, 상기 음전극층, 그리고 상기 유기 발광층의 형성 전 또는 형성 후에 실시하는 것을 특징으로 한다.
(9) 상기 (7)과 같은 유기 전계 발광 소자의 세정 방법에 있어서, 상기 양전극층 및 상기 음전극층은 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 500 ℃의 조건에서 세정 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
(10) 상기 (7)과 같은 유기 전계 발광 소자의 세정 방법에 있어서, 상기 유기 발광층은 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 300 ℃의 조건에서 세정 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
(11) 상기 (7)과 같은 유기 전계 발광 소자의 세정 방법에 있어서, 세정제로 IPA, 에탄올, 그리고 메탄올 중 하나 또는 둘 이상을 복합적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 화학적으로 결합된 수분을 제거하는 원리는 다음과 같다.
물체에 고주파를 가하면 물체를 구성하는 쌍극자가 고주파의 전계에 의해 축의 배열 방향을 급속히 변화시키고 마찰에 의해 발열한다. 따라서 물분자에 적합한마이크로웨이브(microwave)를 사용하여 표면을 처리하는 것이 수분에 효과적이다.
표면에 흡착되어 있는 수분 중에 화학적으로 강하게 결합되어 있는 수분은 단순히 가열이나 진공 공정만으로는 제거가 어렵기 때문에 마이크로웨이브를 사용하여 표면 처리를 실시한다. 또한 마이크로웨이브 세정은 막형성 공정의 이전 또는 이후에 표면의 수분 및 이물 등을 처리하는데 효과적이다.
막형성 장비에 마이크로웨이브 발진 장치를 포함시켜 대기 중에 노출 없이 효과적으로 수분을 제거할 수 있다. 세정 장비를 막형성 장비에 부가하여 사용하면 막형성과 표면 세정의 두 기능을 함께 수행할 수 있다. 특히 유기 전계 발광 소자와 같이, 유기막 표면의 수분이 수명 및 발광효율에는 치명적인 소자의 제조공정에서 이러한 방법을 이용한 세정 방법은 아주 효과적이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 사용하는 세정 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 세정 장치의 단면도이다.
소자(device)의 세정을 진행하는 메인 챔버(main chamber)(1)과 메인 챔버(1)의 상부에 설치되며 마이크로웨이브(microwave)를 발생시키는 발진부(magnetron)(2)과, 메인 챔버(1)의 온도를 조절하기 위한 열전(thermistatic) 장치(4)와, 챔버 내부의 균일한 온도 분포를 위한 대류 팬(5)과, 메인 챔버(1) 내부의 진공을 유지시키기 위한 진공 펌프(6)와 세정 장치의 구성 요소들을 제어하는 전자 제어 장치(3)으로 구성되어 있다.
상기의 세정 장치를 이용한 세정 방법은 세정하고자 하는 피세정물을 홀더(도면에 도시하지 않음)상에 위치시키고 마이크로웨이브를 발생시키는 발진부(2)과 열전장치(4)와 대류 팬(5)등을 작동시켜 세정을 행하고 발생하는 수분을 펌프로 제거한다. 이때 사용하는 마이크로웨이브는 1500∼ 3500 MHz의 주파수를 이용하는데, 이 주파수는 물의 진동 에너지와 유사하여 피세정물의 수분 제거에 특히 효과적이다.
상기와 같은 세정 장치를 사용하여 막표면의 수분 및 이물을 제거하기 위해 1,500 ∼ 3,500 MHz의 마이크로웨이브를 사용하며, 무기막의 경우 25 ∼ 500℃를 사용하고, 유기막은 25 ∼ 300℃을 사용한다. 그리고 막표면의 수분 혹은 이물을 제거하기 위해 IPA, 에탄올, 그리고 메탄올을 사용하여 상온 또는 가열된 온도에서 세정 공정을 진행할 수 있다. 또한 이와 같은 세정 공정을 진공 상태에서 진행할 수 있다.
즉 막 표면에 수분 혹은 이물의 제거를 위해 마이크로웨이브을 발진시키고, 진공상태에서 상기와 같은 온도조건으로 상온 혹은 고온 가열된 세정제(IPA, 메탄올, 에탄올)을 단독 혹은 복합적으로 사용할 수 있다. 그리고 막형성 장비와 일체형으로 마이크로웨이브를 사용하는 세정 장치를 일체형으로 사용할 수 있다.
무기막으로는 유기 전계 발광 소자의 투명 기판과 같은 글라스(glass) 또는 ITO등이며, 유기막으로는 Alq3, Anthrancene 등의 단분자 유기 물질과 PPV((p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene)등과 그들의 유도체들인 고분자물질 등을 사용한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기와 같은 세정 장치 및 세정 방법을 이용하는 대표적인 소자로 유기 전계 발광 소자를 예로 들었다. 유기 전계 발광 소자가 유기물질과 무기물질의 구성 요소로 포함하기 때문이다. 물론 다른 소자들의 세정도 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 대한 공정 단면도이다.
도 2a)와 같이, 투명 기판(21)을 준비한다. 투명 기판(21)으로 투명한 석영 글라스 기판을 이용한다. 투명 기판(21)의 이물을 제거하기 위한 건식 또는 습식 세정 공정을 실시한다. 건식 세정은 마이크로웨이브를 1,500 ∼ 3,500 MHz로 발생시키고 25 ∼ 500 ℃에서 실시한다. 투명 기판(21)상에 다량의 수분 또는 이물이 흡착되어 있는 경우에 IPA, 메탄올, 그리고 에탄올 등과 같은 세정제을 사용하여, 1,500 ∼ 3,500 MHz의 마이크로웨이브와 25 ∼ 500 ℃의 조건하에서 습식 세정을 실시한다.
투명 기판(21)상에 ITO(induim tin oxide) 등으로 구성되는 양전극층(anode layer)(22)을 스퍼터링(sputtering)방법을 사용하여 적층하고, 투명 기판(21)과 동일한 방법으로 건식 또는 습식 세정을 실시한다.
도 2b)와 같이, 투명 전극(21)을 포함하는 양전극층(22)상에 전기적인 절연물질로 네가티브 타입((negative type)의 유기 감광막(도면에 도시하지 않음)을 적층하고 패터닝을 실시하여 역경사(negative profile)를 가지는 격벽(23)을 형성한다. 격벽(23)은 나중에 형성되는 제 2 전극(27)이 인접 구성 요소와 단락이 되지 않도록 오버행(overhang)구조를 가진다.
도 2c)와 같이, 새도우 마스크(shadow mask)(도면에 도시하지 않음)를 사용하여 양전극층(22)상에 유기 물질로 정공주입층/정공수송층(24), 유기 발광층(organic emitting layer)(25), 그리고 전자 수송층/전자주입층(26)을 순차적으로 형성한다. 각각의 정공주입층/정공수송층(24), 유기 발광층(25), 그리고 전자 수송층/전자주입층(26)의 적층 후, 수분을 포함하는 이물을 제거하기 위하여 건식 또는 습식 세정 공정을 실시한다. 이 때 세정 장치를 포함하는 일체형의 유기 물질층의 적층 장치내에서, 정공주입층/정공 수송층(24), 유기 발광층(25), 그리고 전자 수송층/전자주입층(26)의 형성 후 바로 세정을 실시할 수 있다. 건식 세정은 마이크로웨이브를 1,500 ∼ 3,500 MHz로 발생시키고 25 ∼ 300 ℃에서 실시한다. 다량의 수분 또는 이물이 흡착되어 있는 경우는 IPA, 메탄올, 에탄올 등과 같은 세정제를 사용하여, 1,500 ∼ 3,500 MHz의 마이크로웨이브와 25 ∼ 300 ℃의 조건하에서 습식세정을 실시한다.
정공주입층/정공수송층(24), 유기 발광층(25), 그리고 전자 수송층/전자주입층(26) 등의 유기층의 재료로는 Alq3, Anthrancene 등의 단분자 유기 물질과 PPV((p-phenylenevinylene )), PT(polythiophene)등과 그들의 유도체들인 고분자 유기 발광 물질 등을 사용한다. 저분자계 유기물질은 챔버(chamber)내에 마스크를 설치한 진공증착(evaporation)방법을 이용하여 원하는 곳에 패턴을 형성한다. 고분자계 유기물질은 감광막과 같이 회전도포(spin coating), 전사법, 잉크젯트(ink jet) 방법을 사용하여 원하는 위치에 패턴을 형성한다.
도 2d)와 같이, 전자수송층/전자주입층(26)상에 음전극층(cathod layer)(27)을 형성한다. 음전극층(27)은 전기 전도도가 양호한 금속, 예를 들면 Al등을 주로 사용하며 스퍼터링 방법에 의해 적층한다. 음전극층(27)상의 이물을 제거하기 위하여 세정을 실시한다. 음전극층(27)의 적층 장치내에 세정 장치를 포함하는 일제형의 장비에서, 음전극층(27)의 형성 후 바로 세정을 실시할 수 있다. 건식 세정은 마이크로웨이브를 1,500 ∼ 3,500 MHz로 발생시키고 25 ∼ 500 ℃에서 실시한다. 그리고 다량의 수분 또는 이물이 흡착되어 있는 경우는 IPA, 메탄올, 에탄올 등과 같은 세정제를 사용하여 1,500 ∼ 3,500 MHz의 마이크로웨이브와 25 ∼ 500 ℃의 조건하에서 습식 세정을 실시한다.
이러한 마이크로웨이브를 이용한 수분 제거는 무기층 또는 유기층의 형성단계의 이전 또는 이후에 처리를 진행함으로써 유기 전계 발광 소자의 수명을 연장하고 발광 효율을 개선한다.
이와 같은 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
마이크로웨이브를 이용하여, 막 표면의 물리적으로 흡착된 수분 및 이물을 비롯한, 종래 기술 방법으로 제거하기 어려운 화학적으로 흡착된 수분을 효과적으로 제거하여 수분 및 이물을 무기층 또는 유기층의 형성 단계의 이전 또는 이후에처리를 진행함으로써 소자의 수명을 연장하고 발광 효율을 개선한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다

Claims (10)

  1. 피세정물의 세정을 진행하는 메인 챔버;
    상기 메인 챔버의 상부에 설치되며 마이크로웨이브를 발생시키는 발진부;
    상기 메인 챔버의 온도를 조절하기 위한 열전 장치;
    상기 챔버 내부의 균일한 온도 분포를 위한 대류 팬;
    상기 메인 챔버 내부의 진공을 유지시키기 위한 진공 펌프;
    상기 발진부, 상기 열전 장치, 상기 대류 팬, 상기 진공 펌프를 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발진부의 마이크로웨이브는 1,500 ∼ 3,500 MHz을 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 장치.
  3. 유기막 표면의 수분을 포함한 이물을 제거하기 위하여,
    상기 유기막이 형성되어 있는 기판을 세정 장치내에 위치시키는 단계;
    1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 300 ℃의 조건하에서 세정 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법.
  4. 무기막 표면의 수분을 포함한 이물을 제거하기 위하여,
    상기 무기막이 형성되어 있는 기판을 세정 장치내에 위치시키는 단계;
    1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 500 ℃의 조건하에서 세정 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4항에 있어서, 세정제로 IPA, 에탄올, 그리고 메탄올중 하나 또는 둘 이상을 복합적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 세정 공정은 진공 상태에서 진행하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용하는 세정 방법
  7. 투명 기판과 상기 투명 기판상에 양전극층, 유기 발광층, 그리고 음전극층을 적층하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 양전극층, 상기 음전극층, 그리고 상기 유기 발광층을 각각 마이크로웨이브를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 세정 방법
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브를 이용하여 세정하는 단계는 상기양전극층, 상기 음전극층, 그리고 상기 유기 발광층의 형성 전 또는 형성 후에 실시하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 세정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 양전극층 및 상기 음전극층은 1,500 ∼3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 500 ℃의 조건에서 세정 공정을 진행하고, 상기 유기 발광층은 1,500 ∼ 3,500 MHz의 주파수와 25 ∼ 300 ℃의 조건에서 세정 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 세정 방법.
  10. 제 7 항 내지는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 세정제로 IPA, 에탄올, 그리고 메탄올 중 하나 또는 둘 이상을 복합적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 세정 방법.
KR1020010054915A 2001-09-06 2001-09-06 세정 장치 및 그를 이용한 세정 방법 KR20030021581A (ko)

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