KR20040040604A - 박막 증착 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 박막을 증착하기 위해서는 박막이 증착될 기판을 준비하고, 상기 기판에 박막을 형성하기 위한 패턴이 형성된 마스크를 밀착시키며, 상기 기판의 하부에 박막을 이루는 재료를 증발시키기 증착포트을 기판의 하부에 위치시키고, 상기 증착포트로부터 증발되는 재료의 확산 각도를 한정하는 확산각도 한정부재를 설치하고, 진공분위기에서 상기 기판을 회전시킴과 아울러 확산각도 한정부재에 확산각이 한정된 증착포트를 중앙부로부터 주변부로 이동시키면서 기판에 박막을 증착하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

박막 증착 방법 및 그 장치{Method of vacuum evaporation and apparatus the same}

본 발명은 박막 증착 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 유기 전계발광표시 소자용 기판에 유기막 또는 전극층을 증착시키기 위한 증착방법 및 그 장치에 관한 것이다.

유기전계 발광표시 소자는 자체 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어서 차세대 표시소자로써 주목받고 있다.

유기 전계 발광표시 소자는 발광층(emitter layer)형성용 물질에 따라 무기 전계 발광표시 소자와 유기 전계발광표시 소자로 구분된다. 여기에서 유기 전계 발광표시 소자는 무기 전계발광 표시소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

일반적인 유기 전계 발광 표시 소자는, 기판 상부에 소정패턴의 양극층이 형성되어 있고 이 양극층 상부에는 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층등이 적층되어 이루어진 유기층이 형성되고, 유기 발광층의 상면에는 상기 양극층과 직교하는 방향으로 소정패턴의 음극층이 형성되어 있다.

이러한 유기 전계발광 표시 소자에 있어서, 상기 유기층은 통상적으로 진공증착법에 의해 형성된다. 이러한 유기막을 이루는 재료는 10E-6 내지 10E-7 torr의 진공도에서 250 내지 450℃ 정도의 온도범위에서 증발한다. 한편 전극재료는 유기재료와 비교하여 일반적으로 고온에서 증발하게 되는데, 이러한 증발온도는 재료의 종류에 따라 다양하다. 가장 일반적으로 이용되는 마그네슘(Mg)은 500 내지 600℃, 은(Ag)은 1000℃ 이상에서 증발한다. 또한 전극재료로서 이용되는 알루미늄(Al)은 1000℃내외에서 증발하며, 리튬(Li)은 300℃ 정도에서 증발한다.

상기와 같은 유기막과 전극을 이루는 물질을 기판에 증착함에 있어서, 중요한 요인중의 하나는 기판에 증착되는 막이 균일한 두께와 설정된 폭을 가지는 것이다.

이러한 증착막의 균일도를 높이기 위한 방법으로 유기막을 증발시키기 단일의 증착포트(crucible)를 사용하는 경우에 기판을 회전하거나, 증착포트와 기판과의 거리를 최대화시키는 것이다. 그러나 증착포트와 기판의 거리를 최대화 하는 것은 증착설비가 대형화되어 설비의 제작상에 문제가 있다. 기판을 회전시키는 경우 증착포트로부터 증발된 증착물의 입사각에 따라 기판에 증착되는 박막의 증착밀도가 균일하지 않게 되며, 특히 박막의 증착은 기판에 소정패턴의 슬롯이 형성된 마스크를 밀착시킨 상태에서 이루어지므로 증착물이 슬롯으로 입사되는 입사각에 의해 슬롯의 일부가 가려지는 그림자 현상(shadow effect)으로 박막 증착밀도의 불균일은 증착밀도의 불균일은 심화된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 기판에 박막을 증착하기 위한 증착포트를 복수개 설치하여 사용하고 있는데, 이 경우 상기 증착포트으로부터 증발 또는 기화되는 증착물의 확산 각도 차이에 의해 상술한 바와 같은 문제점을 근본적으로 해결할 수는 없었다.

이러한 박막 증착장치의 일예가 한국 공개 특허 공보 2000-042347호에 개시되어 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판에 증착되는 증착막의 균일도를 향상시킬 수 있는 박막 증착 방법 및 그 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 기판에 증착 패턴의 슬롯이 형성된 마스크의 밀착시증착물이 슬롯으로 입사되는 입사각에 따라 마스크의 두께 차이에 의한 그림자 현상(shadow effect)을 줄일 수 있는 박막 증착 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 박막 증착방법을 나타내 보인 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 박막 증착장치를 나타내 보인 측면도,

도 3은 각도에 따라 증착물이 증착되는 상태를 도시한 단면도,

도 4는 기판의 회전속도와 증착포트의 이동관계를 나타내 보인 도면,

도 5,7,8,10,11,13,15 내지 18은 기판에 증착물이 증착된 상태를 나타내 보인 도면,

도 6,9,12는 기판의 확산 각도에 따른 기판의 이송속도와 증착포트 위치의 관계를 나타내 보인 그래프.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막 증차방법은,

박막을 증착 하고자 하는 기판을 준비하는 제1단계와,

상기 기판의 하부에 박막을 이루는 재료를 증발시키며 증발된 재료의 확산 각도가 한정된 증착포트를 준비하는 제2단계와,

진공분위기에서 상기 기판을 회전시킴과 아울러 증착포트를 중앙부로부터 주변부로 이동시키면서 기판에 박막을 증착하는 증착단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 증착포트로부터 증발된 재료의 확산 각도는 40도에서 85의 범위로 함이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 증발된 재료의 확산각도를 55도 내지 65도로 설정하는 것이다. 상기 증착포트의 이동은 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동된다. 증착포트의 이동속도는 기판의 회전속도와 연계하여 이루어진다. 즉, 기판이 균일한 속도로 회전하고 증착포트가 중앙부로부터 주변부로 갈수록 그 속도가 접차적으로 줄어든다. 그리고 증착포트가 균일한 속도로 이동되면 상기 기판의 회전속도는 증착포트가 중앙부로부터 주변부로 이동됨에 따라 점차적으로 감소될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 박막 증착방법의 다른 특징은,

박막이 증착 도리 기판을 준비하는 제1단계와,

상기 기판에 박막을 형성하기 위한 패턴이 형성된 마스크를 밀착시키는 제2단계와,

상기 박막을 이루는 재료를 증발시키기 증착포트가 기판의 하부에 위치되도록 준비하는 제3단계와,

상기 증착포트로부터 증발되는 재료의 확산 각도를 한정하는 확산각도 한정부재를 설치하는 제4단계와,

진공분위기에서 상기 기판을 회전시킴과 아울러 확산각도 한정부재에 확산각이 한정된 증착포트를 중앙부로부터 주변부로 이동시키면서 기판에 박막을 증착하는 제5단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 증착장치는,

진공챔버와;

상기 진공챔버의 내부에 설치되는 기판과,

상기 기판에 설치되며 박막을 형성하기 위한 소정의 패턴이 형성된 마스크와,

상기 마스크가 장착된 기판을 지지하며 회전시키는 기판 지지수단과,

상기 마스크와 대응되는 측에 설치되며 증착재료를 가열하여 증발시키기 위한 증착포트와,

상기 증착포트 또는 마스크와 증착포트 사이에 설치되어 증착포트로부터 방출되는 증착물의 확산각도를 한정하는 확산각도 한정부재와,

상기 증착포트를 반경방향으로 이동시키기 위한 이동수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 박막의 증착방법은 진공분위기에서 박막의 패턴과 동일한 패턴의 슬롯을 가지는 증착마스크가 설치된 기판을 회전시키고 이의 하부에 설치된 증착포트로부터 증발되는 증착물의 확산각도를 한정한 상태에서 증착포트를 반경방향으로 이동시켜 박막을 증착하는 것이다.

본 발명에 따른 박막 증착방법을 도 1에 개략적으로 나타내 보였다. 후술하는 박막 증착 방법은 유기 전계 발광표시소자의 기판에 유기막 또는 전극을 형성하기 위한 박막 증착방법을 예로 들어 설명한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착방법은 소정패턴의 박막을 형성하기 위한 기판을 준비하는 제1단계(1)를 수행한다. 상기 기판은 유기 전계발광표시 장치를 제조하기 위한 것으로, 상면에 양극층이 형성되고 선택적으로 세퍼레이터 또는 내부절연층이 형성되어 있다.

상술한 바와 같이 기판의 준비가 완료되면, 기판에 증착마스크를 밀착시키는 제2단계(2)를 수행한다. 상기 증착마스크는 박판상의 상의 부재에 소정 패턴의 슬릿이 형성되어 이루어진다. 이때에 기판에 상기 증착 마스크가 설치된 부위는 하부를 향하게 되는데, 기판과 마스크의 밀착은 별도의 마그네트 수단에 의해 이루어진다.

상기와 같이 증착마스크가 설치된 기판의 준비가 완료되면 기판과 대응되는측에 유기재료를 가열하여 증발 또는 승화시키기 위한 적어도 하나의 증착포트(crucible)를 설치하는 제3단계(3)를 수행한다. 그리고 상기 기판과 증착포트와 기판의 사이에 상기 증착포트로부터 증발되는 증착물의 확산각도를 55 내지 85도 범위 내에서 제한하기 위한 확산각도 한정부재를 설치하는 제4단계(4)를 수행한다. 상기 제4단계에 있어서, 증착물의 확산각도의 한정은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 증착 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상술한 바와 같은 기판과 증착포트 및 확산각도 한정부재의 준비가 완료되면 진공분위기에서 증착 마스크가 설치된 기판을 소정의 회전수로 회전시키고 기판의 중심으로부터 반경방향으로 증착포트를 이동시키는 제5단계(5)를 수행한다.

상기 제5단계에 있어서, 상기 기판의 회전수가 일정할 때에 증착포트의 이송속도는 반경방향으로 갈수록 점차적으로 줄어들게 된다. 한편, 증착포트의 이송속도가 일정할 경우 기판의 회전시 반경방향으로 갈수록 그 트랙의 길이가 길어지게 되는데, 이를 감안하여 증착보트가 기판의 중앙부로부터 주변부로 갈수록 각속도를 줄이는 것이 바람직하다.

도 2에는 본 발명에 따른 박막 증착장치의 일 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 박막 증착장치는 내부가 진공으로 유지되며, 메니퓰레이터(미도시)에 의해 기판의 유입 반출이 가능한 진공챔버(51)과, 상기 진공챔버(51) 내의 상부에 설치되어 증착마스크(20)가 설치된 기판(10)을 지지함과 아울러 소정의 회전수로 회전시키는 기판지지수단(60)을 포함한다.

상기 기판 지지수단(60)은 기판과 마스크가 안착되는 테이블(61)과 상기 챔버(61)에 지지되어 상기 테이블(61)을 소정의 회전수로 회전시키는 구동부(62)가 구비된다. 상기 지지수단(60)은 기판의 하면에 마스크가 밀착된 상태에서 기판(10)하측이 진공챔버(51)의 하면을 향하여 노출될 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

그리고 상기 진공챔버에 설치된 기판(10)과 대응되는 하면에는 증착수단(70)이 설치되는데, 이 증착수단(70)은 적어도 하나의 증착포트(71)와 증착포트를 기판(10)의 중심으로부터 반경방향으로 이송시키기 위한 이송수단(72)을 구비한다. 상기 증착포트(71)는 내부에 증착하고자 하는 유기물, 금속 등이 장착되며 유출구(71b)를 가지는 공간부(71a)와, 그 외주면에 설치되어 증착포트(71)를 가열하는 히터(71c)를 포함한다.

한편, 이송수단(72)은 진공챔버(10)의 하부에 설치되어 증착포트(71)을 이송시키는 것으로, 증착포트(71)가 안착되는 이송부재(72a)와, 베이스 판(73)에 설치되어 이송부재(72a)를 가이드 하는 가이드 레일(72b)과, 가이드 레일(72b)을 따라 이송부재(72a)를 이송시키는 이송부(73)를 포함한다. 상기 이송부(73)는 상기 이송부재(72a)에 나사 결합된 리드 스크류(73a)와 베이스 판(73)에 설치되어 상기 리드 스크류(73a)를 정역회전시키는 스텝핑 모우터(73b)를 포함한다. 상기 이송수단(72)은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 상기 증착포트(71)를 이송시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

그리고 상기 증착포트(71)와 기판(10)의 사이에는 상기 증착포트(71)로부터 증착물이 확산되는 확산각도를 한정하는 확산각도 한정부재(80)가 설치된다.

상기 확산각도 한정부재(80)는 증착포트(71)의 유출측에 설치되는 콘(cone) 형상을 이룬다. 상기 확산각도 한정부재(60)는 증착포트(71)로부터의 확산되는 확산각도(θ)가 55 내지 85로 한정할 수 있도록 형성된다. 여기에서 상기 확산각도 한정부재에 이해 확산각도의 한정(θ)은 60도를 이루도록 함이 바람직하다. 이 확산각도 한정부재(80)는 판상의 부재에 관통공이 형성되어 이루어질 수 있으며, 셔터로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 박막 증착장치의 작용과 이 작용을 통한 증착방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

기판(10)에 박막을 증착시키기 위해서는 먼저 기판(10)을 진공챔버(51) 내의 지지 수단(60)에 의해 지지시킨다. 증착 포트(70)와 기판의 간격을 미리 균일한 막을 얻을 수 있는 최적의 위치로 설정하고 증착포트(70)를 기판(10)의 중앙부에 위치시킨다. 진공 챔버(51)의 내부가 진공이 되도록 한 상태에서 상기 증착 포트(70)의 히터(71c)를 작동시켜 증착물재료를 증발시킨다. 그리고 상기 이송수단을 작동시켜 증착포트(70)를 기판(10)의 반경방향으로 이동시킨다.

따라서 증착 포트(70)로부터 증발되는 증착물은 기판(10)의 중앙부로부터 증착이 이루어진다. 이와 같이 증착이 이루어지는 과정에서 상기 증착포트(71)의 유출구(71a)의 상부에는 확산 각도 한정부재(80)가 설치되어 있으므로 증착포트의 확산각도는 55도 내지 85도의 범위 특히 60도로 한정된다. 이러한 확산각도의 한정은 마스크에 형성스롯으로 입사되는 각도가 커지게 되어 마스크의 두께에 따른 그림자 현상(shadow effect)을 줄일 수 있게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 증착물질들의 입사각이 커지는 경우( 도 3에 도시된 궤적 C)의 마스크의 두께에 따른 그림자 영역(D)이 길어지게 되나 증착물질의 확산각이 60 도로 한덩되어 있으므로 슬롯으로의 입사각이 커져 증착 마스크 두께에 따른 그림자 영역(D')를 줄일 수 있게 된다.

특히 도 4에 도시된 바와 같이 기판(10)이 일정속도로 회전하는 상태에서 상기 증착포트(70)의 이송속도를 줄이게 되면 반경방향으로 증착될 트랙의 속도가 빨라지게 되나 노출된 시간이 길어지게 되어 기판에 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 작용효과는 하기와 같은 본원 발명의 실험을 통하여 더욱 명확하여 질 것이다.

{실험 1}

본 발명의 실험에서는 하기와 같이 증착조건을 한정하였다.

기판의 사이즈 ; 720mm x 600 mm

기판의 회전속도; 20RPM(또는 30RPM)

기판의 각속도(w); 2.0943951 rad/sec,

최대 확산각도 ; 60도

증착포트의 이동반경; 40mm

증착포트로부터 기판의 이격거리(h); 300mm

증착포트의 이동속도; 4.0mm./sec에서 2.5mm.sec로 점차적인 감소

증착시간 ; 240초 .

상술한 바와 같은 조건으로 기판에 증착재료를 증착하여 도 5,7,8에 도시된 바와 같은 증착분포와 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같은 증착포트의 이송속도와 막두께의 편차의 관계를 도시한 그래프를 얻었다. 도면과 그래프에 도시된 바와 같이 막의 형성에 따른 두께 편차를 줄일 수 있다.

{실험 2}

이 실험에서는 상기 실험 1과 같은 조건에서 증착재료의 최대 확산각을 20로 변경하고 실험하여 도 10, 도 11의 사진과, 도 12의 그래프를 얻었다.

{실험 3}

이 실험에서는 상기 실험 1과 같은 조건에서 증착재료의 최대 확산각을 15도로 변경하고 실험하여 도 13의 사진과, 도 14의 그래프를 얻었다. 그래프에 도시된 바와 같이 증착포트의 스피드를 이동시키면서 확산각도를 한정하는 경우 기판에 증착되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있었다.

{실험 4}

이 실험에서는 상기 실험 1과 같은 조건에서 기판의 회전속도를 30RPM으로 하고 최대 확산각도를 60도, 40도, 30도로 변경시키면서 도 15 내지 18에 도시된 바와 같은 사진을 얻었다.

상술한 바와 같은 실험을 통하여 확산각이 60도이면 최대 두께의 오차는 5% 이하이고, 증착재료의 확산각이 40도이면, 증착막 두께의 최대 오차가 5%이하이었으며, 증착물의 확산각이 30도 이면 최대 오차가 22% 이하이었음을 알 수 있었다. 따라서 확산각이 30 내지 40도 인 경우 증착막 두께의 균일성이 좋지 않음을 알 수있었다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 박막 증착 방법 및 그 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 기판과 증착포트로부터 증발되는 증착재료의 확산각도를 한정 함으로써 증착막 두께의 균일도가 최적이 되도록 할 수 있다.

둘째, 증착포트의 확산각을 제어함으로써 기판과 증착포트 사이의 거리를 줄일 수 있으며, 증착재료의 소모를 대폭 줄일 수 있다.

넷째, 증착 포트로부터 기판으로의 증착 각도를 조절함으로 인해 마스크의 슬롯을 통하여 증착시 발생되는 그림자 현상(Shadow effect)을 최소화할 수 있다.

다섯째, 기판과 증착포트 간의 거리를 줄임으로써 증착설비의 소형화가 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 박막을 증착 하고자 하는 기판을 준비하는 제1단계와,

   상기 기판의 하부에 박막을 이루는 재료를 증발시키며 증발된 재료의 확산각도가 한정된 증착포트을 준비하는 제2단계와,

   진공분위기에서 상기 기판을 회전시킴과 아울러 증착포트를 중앙부로부터 주변부로 이동시키면서 기판에 박막을 증착하는 증착단계를 포함하여 된 것 특징으로 하는 박막증착 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 증착포트로부터 증발된 재료의 확산 각도는 60 도인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 증착 포트의 이동은 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동되며, 이동속도는 기판의 회전속도와 반비례한 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
4. 제1항에 있어서,

   기판이 균일한 속도로 회전하고 증착포트는 중앙부로부터 주변부로 갈수록 그 속도가 점차적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 박막증착 방법.
5. 박막이 증착 될 기판을 준비하는 제1단계와,

   상기 기판에 박막을 형성하기 위한 패턴이 형성된 마스크를 밀착시키는 제2단계와,

   상기 기판의 하부에 박막을 이루는 재료를 증발시키기 증착포트을 기판의 하부에 위치되도록 준비하는 제2단계와,

   상기 증착포트로부터 증발되는 재료의 확산 각도를 한정하는 확산각도 한정부재를 설치하는 제3단계와,

   진공분위기에서 상기 기판을 회전시킴과 아울러 확산각도 한정부재에 확산각이 한정된 증착포트를 중앙부로부터 주변부로 이동시키면서 기판에 박막을 증착하는 증착단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
6. 진공챔버와;

   상기 진공챔버의 내부에 설치되는 기판과,

   상기 기판에 설치되며 박막을 형성하기 위한 소정의 패턴이 형성된 마스크와,

   상기 마스크가 장착된 기판을 지지하여 회전시키는 기판 지지수단과,

   상기 마스크와 대응되는 측에 설치되며 증착재를 가열하여 증발시키기 위한 증착포트와,

   상기 증착포트 또는 마스크와 증착포트 사이에 설치되어 증착포트로부터 방출되는 증착물의 확산각도를 한정하는 확산각도 한정부재와,

   상기 증착포트를 반경방향으로 이동시키기 위한 이송수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 확산각도 한정부재가 콘상으로 형성되고 그 확개 각도가 55 내지 65도 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.