KR20060084042A - 증발원, 증착장치 및 이를 이용한 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발원, 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것으로, 증발재료 저장부의 개구부와 체결된 노즐부에 운반가스 주입구를 개재하여 상기 저장부로부터 증발 또는 기화된 증착물질을 노즐부에 균일하게 분포시켜 균일하게 분사시킴으로써 기판 상에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있으므로 소자의 수율 및 특성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

증발원, 운반가스

Description

증발원, 증착장치 및 이를 이용한 증착방법{Vapor deposition source and evaporating apparatus and method for deposition using the same}

도 1은 종래기술에 따른 증착장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 증착장치의 단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실실예에 따른 증착장치의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100, 300 : 진공챔버 200, 400 : 증발원

210, 410 : 증발재료 저장부 212, 412 : 가열부

220, 420 : 하우징 230, 430 : 냉각부

240, 440 : 노즐부 242, 442 : 노즐몸체

242, 442 : 노즐 250, 450 : 증착물질

460 : 운반가스 주입관 462 : 운반가스 주입구

본 발명은 증발원, 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증착 재료를 균일하게 분사시킬 수 있는 증발원, 증착장치 및 이를 이 용한 증착방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emitting Device)의 유기막은 크게, 저분자 유기 물질을 진공 중에서 증발시켜 유기막을 형성하는 방법과, 고분자 유기 물질을 용제에 용해한 후, 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 닥터 블레이팅, 잉크젯 프린팅 등을 이용하여 유기 박막을 형성하는 방법이 있다.

특히, 저분자 유기 물질은 승화성이 있고, 200 - 400℃ 라는 비교적 낮은 온도에서 증발이 가능하다. 따라서 이러한 저분자 유기 물질로 이루어지는 박막을 형성하는 경우에는 박막 형상의 개구부를 가지는 쉐도우 마스크 패턴(shadow mask pattern)을 기판의 앞에 정렬한 다음, 증발되는 유기물 분자를 기판 측으로 분사함으로써 박막을 형성하게 된다. 이에, 기판 상에는 쉐도우 마스크 패턴에 의한 소정 패턴박막이 형성되는 것이다.

한편, 이와 같은 저분자 유기 물질의 증발 및 분사는 유기 물질을 소정온도로 가열 가능한 유기물 증발원에 의해 이루어진다. 이때, 유기물 증발원은 유기 물질을 가열하도록 가열부 등이 구비되어 있고, 그 일측에는 가열부 등에 의해 증발된 유기물 분자를 기판 측으로 분사시키는 노즐이 마련되어 있다. 따라서, 가열부 등에 의해 증발된 유기물 분자는 이 노즐을 통하여 기판 측으로 분사되어 소정 박막을 형성하게 되는 것이다.

도 1 은 종래기술에 따른 증착장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 증착 장치는 진공 챔버(100)와, 기판(S) 상으로 증착 재료 를 분사시키기 위한 적어도 하나 이상의 증발원(200)을 구비한다.

상기 진공 챔버(100)는 진공펌프(도시 안됨)에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다.

상기 진공 챔버(100) 내부에 위치하는 기판(S)은 유기물, 무기물 또는 금속층의 증착을 위하여 대략 수직방향으로 위치한다. 바람직하게 지면에 대하여 대략 70° 내지 110°의 각도를 유지하도록 한다.

그리고, 상기 기판(S)의 전면, 즉 증발원(200)과 기판(S) 사이에는 증착되는 물질의 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치된다. 따라서, 상기 증발원(200)에서 증발된 증착물질(250)은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착되어 소정 형상의 박막이 기판(S) 상에 형성되도록 한다.

상기 증발원(200)은 점증발원(point cell source)으로서, 하우징(220) 내부에 구비되는 증발재료 저장부(210)와 상기 증발재료 저장부(210)를 가열시켜 증발재료를 증발 또는 기화시키는 가열부(212)와, 상기 하우징(220) 외부를 감싸며 하우징(220을 냉각시키는 냉각부(230)가 구비되고, 상기 증발재료 저장부(210)로부터 증발 또는 기화된 증착물질을 외부로 분사시키는 노즐부(240)로 이루어진다. 상기 노즐부(240)는 일측에 개구부를 갖고, 상기 개구부가 상기 증발재료 저장부(210)에 수직으로 연결되는 노즐몸체(242)와 상기 노즐몸체(242)로 유입된 증착물질(250)을 분사시키는 노즐(244)로 이루어진다.

상기와 같은 증발원을 포함하는 증착장치를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 경우 기판이 대형화될수록 노즐몸체가 길어지게 되고, 상기 유기물 저장부로 부터 증발 또는 기화된 증착물질이 노즐몸체 상부까지 균일하게 다다르게 되지 않는다. 또한, 상기 노즐을 통해 분사되는 증착물질의 양이 노즐의 상부와 하부에서 균일하게 분사되지 않기 때문에 상기 증착물질이 노즐의 상부에서 분사되는 각도(θ1)와 노즐의 하부에서 분사되는 각도(θ2)가 서로 다르게 된다. 이로 인하여 기판 상에 증착되는 박막의 두께가 균일하지 않게 될 수 있고 이는 소자의 불량을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 증발재료 저장부의 개구부와 체결된 노즐부에 상기 저장부로부터 증발 또는 기화된 증착물질을 노즐 상부까지 운반할 수 있는 운반가스를 주입하여 증착물질이 기판 상에 균일하게 증착되게 하는 증발원, 증착장치 및 이를 이용한 증착방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증발원은,

일면이 개구된 하우징과,

상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 증발재료 저장부와,

상기 하우징과 상기 증발재료 저장부 사이에 위치하며 상기 증발재료 저장부를 가열하는 가열부와,

하부는 개구되어 상기 증발재료 저장부의 개구부와 체결되고, 상부는 폐쇄되 어 있는 긴 관 형태의 노즐 몸체를 갖으며, 상기 노즐 몸체에 수직방향으로 홀 형태의 분사노즐을 구비하는 노즐부로 이루어지며,

상기 증발재료 저장부와 체결되어 있는 상기 노즐 몸체에 운반가스 주입관이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증착장치는,

챔버와,

상기 챔버의 일측에 구비되는 기판과,

상기 챔버의 타측에 구비되며 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 증발재료 저장부와, 상기 하우징과 상기 증발재료 저장부 사이에 위치하며 상기 증발재료 저장부를 가열하는 가열부와, 하부는 개구되어 상기 증발재료 저장부의 개구부와 체결되고, 상부는 폐쇄되어 있는 긴 관 형태의 노즐 몸체를 갖으며, 상기 노즐 몸체에 수직방향으로 홀 형태의 분사노즐을 구비하는 노즐부로 이루어지며, 상기 증발재료 저장부와 체결되어 있는 상기 노즐 몸체에 운반가스 주입관이 구비되는 증발원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증착장치를 이용한 증착방법은,

챔버 내부의 일측에 기판을 장착하는 공정과,

상기 챔버의 타측에 구비되는 증발재료 저장부를 가열하여 증발재료를 증발 또는 기화시켜 증착물질을 노즐부로 유입시키는 동시에 증발원의 노즐부에 운반가 스를 주입하면서 상기 기판에 증착물질을 증착시켜 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 증착장치의 단면도이다.

도 2 를 참조하면, 증착 장치는 진공 챔버(300)와, 기판(S) 상으로 증착재료를 분사시키기 위한 적어도 하나 이상의 증발원(400)을 구비한다.

상기 진공 챔버(300)는 진공펌프(도시 안됨)에 의하여 내부가 진공상태를 유지하도록 되어 있다. 그리고, 진공 챔버(300) 내부에는 증발원(400)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있는 증발원 이송 장치(도시 안됨)가 구비되어 증발원(400)을 증착 방향으로 이동시키도록 되어 있다. 또는, 상기 증발원(400)은 고정되어 있고, 기판(S)을 증착 방향으로 이동시킬 수도 있다.

상기 증발원 이송 장치는 진공 챔버(300) 내에서 사용이 적합한 수평 이송 장치로써, 공정 조건에 따라 증발원(400)의 이동 속도를 조절할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 진공 챔버(300) 내부에 위치하는 기판(S)은 증발원(400)으로부터 증발 또는 기화된 물질의 증착을 위하여 대략 수직방향으로 위치한다. 바람직하게 지면에 대하여 대략 70° 내지 110°의 각도를 유지하도록 한다.

그리고, 상기 기판(S)의 전면, 즉 증발원(400)과 기판(S) 사이에는 증착되는 박막의 형상을 결정하는 마스크 패턴(M)이 설치된다. 따라서 증발원(400)에서 증발 또는 기화된 증착물질은 마스크 패턴(M)을 거치면서 기판(S) 상에 증착되어 소정 형상의 박막이 기판(S) 상에 형성되도록 한다.

상기 증발원(400)은 일면이 개구된 개구부를 갖는 하우징(420)을 구비한다. 이때, 상기 하우징(420) 외곽에 단열부재(도시 안됨) 및 냉각부(430)를 더욱 구비할 수 있다. 상기 하우징(420)의 내부에는 증발재료를 저장하는 증발재료 저장부(410){또는 “도가니(crucible)”라고 함}를 구비한다.

여기서, 하우징(420)은 증발재료 저장부(410)를 감싸는 형태로 이루어져, 증발재료 저장부(410)를 외부 환경과 격리하는 역할을 수행한다.

그리고 증발재료 저장부(410)는 하우징(420) 보다 작은 크기로 되어 하우징(420) 내부에 구비되며, 상기 하우징(420)과 동일 방향의 개구부를 구비한다.

또한 증발재료 저장부(410)는 기판(S) 상에 증착하고자 하는 박막의 증착 재료인 유기물, 무기물 또는 금속재료를 저장한다. 그리고, 상기 증발재료 저장부(410)는 열전도도가 우수한 흑연(graphite) 또는 세라믹으로 형성되어 있다. 따라서, 상기 증발재료 저장부(410) 내부의 가열 온도를 안정적으로 유지할 수 있다. 하지만, 상기 증발재료 저장부(410)에서는 증발재료의 누설이 발생할 수도 있기 때문에 니켈이나 고융점 금속 등으로 이루어진 누설방지부재(도시 안됨)가 코팅될 수 있다.

그리고, 상기 증발재료 저장부(410)와 하우징(420) 사이에 상기 증발재료 저장부(410)를 가열하여 증발재료를 증발 또는 기화시키는 가열부(412)가 구비된다. 상기 가열부(412)는 여러 가지 형태로 구비될 수 있으나 일반적으로 상기 증발재료 저장부(410)의 주변을 둘러싸는 형태로 구비된다.

한편, 상기 증발재료 저장부(410)의 개구된 면의 내측으로는 증발재료 저장부(410) 내부에서 증발하여 토출되는 증착물질을 분사하는 노즐부(440)가 체결되어 있다. 상기 노즐부(440)는 상기 증발재료 저장부(410)에서 증발되는 물질을 대략 수직으로 세워진 기판(S) 상으로 분사하며, 증착재료가 기판(S) 상에 증착, 분포되는 형태를 결정하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 노즐부(440)는 열전도도가 우수한 흑연(graphite)으로 이루어질 수 있으며, 증착재료의 누설을 방지하기 위하여 그 표면에 누설방지부재(도시 안됨)가 코팅될 수 있다.

구체적으로, 상기 노즐부(440)는 일측은 개구되어 상기 증발재료 저장부(410)의 개구부에 체결되고, 타측은 폐쇄되어 있는 긴 관(tube) 형태의 노즐몸체(442)와 증발재료 저장부(410)로부터 증발 또는 기화된 증착재료를 분사시키는 다수 개의 홀(hole) 형태의 노즐(444)로 이루어진다. 이때, 상기 노즐(444)은 노즐몸체(442)를 따라 수직방향으로 구비되고, 노즐(444)은 균일하게 분포되어 있을 수 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

또한, 상기 노즐부(440)에서 일측이 개구되어 저장부(410)에 체결되어 있는 노즐몸체(444)의 하부에 외부로부터 운반가스를 주입하는 운반가스 주입관(460)이 더욱 구비된다. 상기 운반가스 주입관(460)의 일측에 구비되는 운반가스 주입구(462)를 통해 상기 노즐몸체(440)에 운반가스를 주입한다. 이때, 상기 운반가스 주입구(462)는 노즐몸체(444)의 상부에 구비될 수도 있고, 노즐몸체(444)의 상부에 구비될 수도 있다. 상기 운반가스로는 Ar, Ne 등의 불활성가스 또는 N₂ 의 안정한 가스가 사용되며, 상기 증발재료 저장부(410)로부터 증발 또는 기화된 증착물질을 노즐몸체(442)의 상부까지 균일하게 분포시킨다.

한편, 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착장치의 단면도로서, 운반가스 주입구(462)가 노즐몸체(444)의 상부 및 하부에 구비되는 것을 나타낸다.

따라서, 상기 노즐몸체(442)의 상부에서 증착물질(450)의 분사각도(θ3)와 하부에서 증착물질(450)의 분사각도(θ4)가 거의 같은 크기를 갖게되며, 기판(S) 상에 균일한 두께의 박막으로 증착된다.

한편, 상기 증발원(400)은 하우징(420)의 내벽에 부착되는 내부 열반사판(도시 안됨)을 더 구비할 수도 있다. 상기 내부 열반사판은 상기 가열부(412)에서 발생되는 열을 반사하여, 가열부(412)의 열효율을 증가시키기 위한 것이다.

그리고, 상기 증발원(300)은 하우징(420)의 외벽에 설치되는 단열부재(도시 안됨) 및 냉각부(430)를 더 구비할 수도 있다. 이는 상기 가열부(412)에서 발생된 열이 하우징(420)을 통하여 외부로 방출되는 것을 방지한다.

한편, 도면 상에는 도시되지 않았으나, 기판(S) 상에 증착되는 박막의 두께를 측정하는 역할을 수행하는 측정 장치를 더 구비할 수도 있다.

상기한 바와 같은 증착장치를 이용하는 박막의 증착 방법은 이하에서 설명한다.

먼저, 진공챔버(300) 내에 기판(S)을 지면에 대략 수직, 바람직하게는 지면과 70° 내지 110°각도를 유지하도록 장착한다.

그런 다음, 가열부(412)를 통하여 상기 증발재료 저장부(410) 내의 증발재료 를 가열한다. 상기 가열부(412)를 통하여 증발재료 저장부(410)가 가열되고, 그 내부의 증발재료가 증발 또는 기화되어 증착물질이 상기 노즐부(440)로 유입된다. 이와 동시에 상기 진공챔버(300)의 외부로부터 연결되어 있는 운반가스 주입관(460)을 통해 운반가스를 노즐몸체(442)로 주입한다. 이때, 상기 운반가스 주입관(460)을 통해 주입된 운반가스는 노즐몸체(442)의 하부, 상부 또는 상부 및 하부에 구비되는 운반가스 주입구(462)를 통해 주입되고, 상기 운반가스에 의해 증착물질이 노즐몸체(442)에 균일하게 분포된다.

상기 노즐몸체(442)에 균일하게 유입된 증착물질은 노즐(444)을 통해 기판(S) 상에 증착되어 박막을 형성한다.

상기 박막 형성 시 상기 증발원(300)이 수평방향으로 이동하거나, 상기 기판(S)이 수평방향으로 이동하면서 증착공정이 진행된다. 이를 통하여 인라인 시스템(inline system)을 적용할 수 있을 것이다.

한편, 증착장치는 측정 장치(도시 안됨)를 더 구비함으로써, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 동안, 기판(S) 상에 증착되는 증착물질의 증착률 및 증착 두께를 측정할 수 있다. 이 측정 장치는 크리스탈 센서 센서 등을 채용할 수 있으며 그 외 각종 센서와 이들 센서의 측정 데이터 값을 처리하는 데이터 처리부, 그리고 측정 상태를 표시하는 표시장치를 사용할 수 있다. 상기와 같은 측정 장치를 이용하여, 유기 박막을 형성하는 동안 증착물질의 증착률 및 증착 두께를 제어함으로써, 균일한 두께의 박막을 재현할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 증발원을 이용하여 수직방향의 노즐몸체에 증착재료를 균일하게 분포시켜 증착재료를 균일하게 분사시킬 수 있으므로 기판의 증착되는 박막의 균일도를 높일 수 있고, 그로 인하여 소자의 수율 및 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (16)

1. 일면이 개구된 하우징과,

   상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 유기물이 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 증발재료 저장부와,

   상기 하우징과 상기 증발재료 저장부 사이에 위치하며 상기 증발재료 저장부를 가열하는 가열부와,

   하부는 개구되어 상기 증발재료 저장부의 개구부와 체결되고, 상부는 폐쇄되어 있는 긴 관 형태의 노즐 몸체를 갖으며, 상기 노즐 몸체에 수직방향으로 홀 형태의 분사노즐을 구비하는 노즐부로 이루어지며,

   상기 증발재료 저장부와 체결되어 있는 상기 노즐 몸체에 운반가스 주입관이 연결되어 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징의 외곽에 단열부재 및 냉각부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징과 가열부 사이에 열반사판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐몸체의 하부, 상부 또는 하부 및 상부에 상기 운반가스 주입관에 연결된 운반가스 주입구가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 증발원.
5. 챔버와,

   상기 챔버의 일측에 구비되는 기판과,

   상기 챔버의 타측에 구비되며 일면이 개구된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 증발재료가 저장되고 상기 하우징의 개구부와 동일한 방향의 개구부를 갖는 증발재료 저장부와, 상기 하우징과 상기 증발재료 저장부 사이에 위치하며 상기 증발재료 저장부를 가열하는 가열부와, 하부는 개구되어 상기 증발재료 저장부의 개구부와 체결되고, 상부는 폐쇄되어 있는 긴 관 형태의 노즐 몸체를 갖으며, 상기 노즐 몸체에 수직방향으로 홀 형태의 분사노즐을 구비하는 노즐부로 이루어지며, 상기 증발재료 저장부와 체결되어 있는 상기 노즐 몸체에 운반가스 주입관이 연결되어 구비되는 증발원을 포함하는 증착장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 증발원은 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 증착장치.
7. 제 5항 또는 제 6에 있어서,

   상기 기판은 수평방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 증발원은 수평방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 노즐몸체의 하부, 상부 또는 하부 및 상부에 상기 운반가스 주입관에 연결된 운반가스 주입구가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 증착장치.
10. 챔버 내부의 일측에 기판을 장착하는 공정과,

    상기 챔버의 타측에 구비되는 증발재료 저장부를 가열하여 증발재료를 증발 또는 기화시켜 증착물질을 노즐부로 유입시키는 동시에 증발원의 노즐부에 운반가스를 주입하면서 상기 기판에 증착물질을 증착시켜 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 운반가스는 불활성가스 또는 N₂가스인 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 운반가스는 상기 증착물질을 노즐부 내에 균일하게 분포시키는 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 운반가스는 상기 노즐몸체의 하부, 상부 또는 상부 및 하부에 주입하는 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 증발원은 수평방향으로 이동하면서 상기 기판에 증착물질을 분사하는 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
15. 제 10항에 있어서,

    상기 기판은 수평방향으로 이동하면서 증착물질이 증착되는 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.
16. 제 10항에 있어서,

    상기 증발재료는 유기물, 무기물 또는 금속물질인 것을 특징으로 하는 증착장치를 이용한 증착방법.

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