KR20070002250A - 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법 - Google Patents

이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온건을 사용한 스퍼터링법을 이용하여 도너 필름의 전사층인 유기박막층을 제조하여 향상된 계면특성과 기판 손상 방지가 가능하도록 된 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법에 관한 것으로서, 진공챔버 내에서 유기물 타겟을 이온건의 이온 가속에 의해 스퍼터시켜 유기박막층을 형성함을 포함하여 이루어져, 열증착법보다 더욱 향상된 접착력을 가진 유기박막을 형성할 수 있고, 고주파(RF) 스퍼터링법에서 발생될 수 있는 기판 손상의 문제를 해결할 수 있다.
이온 빔 스퍼터링, 유기박막, 전사층, 도너 필름, 레이저 전사법

Description

이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법{Manufacturing method of organic thin-film using ion beam sputtering}
도 1은 일반적인 도너 필름의 구조가 도시된 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법이 개략적으로 도시된 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10... 이온 건, 30... 타겟,
50... 기판, S... 기재층,
L-H...광-열 변환층, T... 전사층.
본 발명은 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이온건을 사용한 스퍼터링법을 이용하여 도너 필름의 전사층인 유기박막층을 제조함으로써 향상된 계면특성과 기판 손상 방지가 가능하도록 된 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계 발광표시장치는 절연기판 상에 하부전극인 애노드전극 이 형성되고, 애노드전극 상에 유기박막층이 형성되며, 유기박막층 상에 상부전극인 캐소드전극이 형성된다. 유기박막층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 적어도 하나를 포함한다.
이러한 유기박막층을 형성하는 방법으로는 증착법과 리소그라피법이 있다. 증착법은 새도우 마스크를 이용하여 유기발광물질을 진공증착하여 유기막층을 형성하는 방법으로, 마스크의 변형 등에 의해 고정세의 미세패턴을 형성하기 어렵고, 대면적 표시장치에 적용하기 어렵다. 리소그라피법은 유기발광물질을 증착한 다음 포토레지스트를 이용해 패터닝하여 유기막층을 형성하는 방법으로, 고정세의 미세패턴을 형성하는 것은 가능하지만, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 현상액 또는 유기발광물질의 식각액 등에 의해 유기막층의 특성이 저하되는 문제점이 있다.
증착법과 리소그라피법의 문제점을 해결하기 위하여, 직접 유기막층을 패터닝하는 잉크젯 방식이 제안되었다. 잉크젯 방식은 발광재료를 용매에 용해 또는 분산시켜 토출액으로써 잉크젯 프린트 장치의 헤드로부터 토출시켜 유기막층을 형성하는 방법이다. 잉크젯 방식은 공정이 비교적 간단하지만, 수율저하나 막두께의 불균일성이 발생되고, 대면적의 표시장치에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 레이저 전사법을 이용하여 유기막층을 형성하는 방법이 제안되었는데, 건식식각 공정이기 때문에 전사층의 용해성 특성에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 언더레이어와 같은 유기 가공성 정공 전사층을 도입하여 유기전계 발광표시장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 레이저 전사법은 광원에서 나온 빛을 열에너지로 변환하고, 변환된 열에너지에 의해 이미지 형성물질을 유기전계 발광표시 장치의 기판으로 전사시켜 R, G, B 유기막층을 형성하는 방법이다. 레이저 전사법은 레이저로 유도된 이미징 프로세스로 고해상도의 패턴 형성, 필름 두께의 균일성, 멀티레이어 적층 능력, 대형 마더글래스로의 확장성과 같은 고유한 이점을 가지고 있다.
이러한 레이저 전사법은 액정표시소자용 컬러필터 제조에 이용되기도 하며, 또한 발광물질의 패턴을 형성하기 위하여 이용되는 경우도 있다(미국특허 제 5,998,085호).
레이저 전사법을 적용함에 있어서, 증착되는 유기박막층 물질은 도너 필름으로서 구성되어 사용된다. 이 도너 필름은 기재층, 광-열 변환층 및 전사층으로 구성되어 있으며, 그 기능 및 적용 상에 있어서, 추가적인 적층이 더 구성되어질 수도 있다. 상기 유기박막층 물질은 이 전사층에 구성되어 레이저 전사 공정 시 원하는 기판 상에 전사되어 진다.
이러한 도너 필름의 전사층을 증착하는데 있어서, 기존에는 주로 용매를 이용한 스핀 코팅과 같은 습식 공정 또는 물질 특성상 진공에서 증기화가 가능한 물질의 경우에는 진공 열증착 공정을 채택하여 왔다.
그러나, 습식 코팅의 경우는 공정이 복잡하여 번거롭다는 문제점이 있고, 진공열증착의 경우는 대량생산시 시간당 증착 수율이 낮고, 유기 증기원의 역학적 운동에너지가 낮아 기판에 코팅시 접합성이 떨어지는 문제점 등이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 글로우 방전(glow discharge) 스퍼터링법이 제시된 바 있다(한국특허등록 제0282024호). 이러한 글로우 방전 스퍼터링법에 서는 통상 부도체인 유기물 타겟을 사용함에 있어서 고주파(RF) 전원을 인가하여야 한다.
그러나, 이러한 고주파 전원을 이용한 글로우 방전 스퍼터링법은 타겟에서 스퍼터되어 나온 입자가 기판에 강한 에너지를 가지고 부딪히므로 기판 및/또는 기증착된 물질이 재스퍼터되는 손상이 발생한다. 또한, 기판이 플라즈마에 직접 접촉되어 있으므로 교번되는 고주파 전원으로 인하여 기판 자체에 손상이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열증착법에 의한 접착력 및 계면특성 저하 문제와 고주파(RF) 스퍼터링법에 따른 기판 손상 문제가 해결될 수 있도록 된 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법은 진공챔버 내에서 유기물 타겟을 이온건의 이온 가속에 의해 스퍼터시켜 유기박막층을 형성함을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유기물 타겟은 분말 형태의 유기물이 소결되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공챔버 내의 상기 이온은 Ar과 같은 불활성 가스 이온이며, 이때의 공정압력은 누젠 계수(Knudsen number)식을 만족하는 공정압력이다. 여기서, 누젠 계수식은 하기 식과 같으며, 통상 1~10 × 10-5 Torr이다.
[식]
Knudsen number: Kn > 1
여기서, Kn = l/L 이고, l : (입자의) 평균 자유 행로(mean free path), L : 특성 선형 치수(characteristic linear dimension) 이다.
또한, 상기 이온 가속은 0.5~1.5 keV로 이루어진다.
또한, 상기 유기물박막층은 50 ㎚ 이하로 형성되어진다.
또한, 상기 유기물 타겟은 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나의 용도인 레이저 전사 공정용 도너 필름의 전사층 유기물이다.
이하, 본 발명에 따른 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법은 진공챔버 내에서 유기물 타겟을 이온건의 이온 가속에 의해 스퍼터시켜 유기박막층을 형성함을 포함하여 이루어진다.
일반적으로, 고주파 글로우 방전 스퍼터링 장치에서는 공정 압력을 변화시키는 방법 이외에도 전류밀도와 전압이 독립적으로 조절될 수 없다는 단점을 가진다. 그러나 이온 빔 스퍼터링 장치에서는 전류밀도와 전압을 독립적으로 조절가능하며, 피증착되는 기판이 플라즈마와 접촉하지 않으므로 매우 낮은 압력 하에서도 스퍼터링이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 이온 빔 스퍼터링 공정은 도 1에 도시된 바와 같은 통상의 이온 빔 스퍼터링 장치를 사용한다. 먼저, 진공챔버(미도시)에서 진공이 배기된다. 이 진공 배기도는 대략 10-7 Torr 이하의 진공도까지 배기되게 된다. 이후, 이온건(10) 내에 Ar과 같은 불활성 가스가 인입되고, 이 Ar 가스는 이온건(10) 내에서 이온화된다. 여기서 말하는 이온화는 통상 양이온화 즉, Ar+로의 이온화를 의미한다. 이온건(10)에서 이온화된 Ar 가스는 이온건(10)과 일정한 각(θ)을 이루고 있는 타겟(30)에 가속되어 타겟(30) 물질을 스퍼터 시킨다. 스퍼터된 타겟 물질(A)은 기판(50) 상에 증착된다. 여기서 타겟은 유기물 타겟을 의미하며, 따라서 스퍼터된 타겟 물질(A) 또한 유기물질이다.
이러한 유기물 타겟은 분말 형태의 유기물이 소결되어 이루어지는 것이 바람직하다. 분말 형태의 물질을 소결시켜 타겟을 제작하는 경우, 내부의 결함 발생 등을 최소화하고 타겟 제품의 밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 분말 형태의 유기물을 소결시켜 유기물 타겟을 이루도록 한정하였지만, 이외의 가능한 유기물 타겟 제작방법도 적용할 수 있음이 당해분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다.
상기 진공챔버 내의 Ar 이온으로 공정할 시에 공정압력은 하기의 누젠 계수(Knudsen number)식을 만족하는 공정압력으로 정해진다.
[식]
Knudsen number: Kn > 1
여기서, Kn = l/L 이고, l : (입자의) 평균 자유 행로(mean free path), L : 특성 선형 치수(characteristic linear dimension) 이다.
즉, 입자의 평균 자유 행로(l)가 특성 선형 치수(L) 보다 크다는 의미로서, 여기서의 특성 선형 치수(L)는 통상 챔버의 길이를 의미한다. 다시 말하자면, 입자가 챔버의 길이(L) 만큼 운동할 시에 충돌이 발생하지 않는, 더 정확하게는 충돌이 발생하지 않는 확률을 가지는 고진공 상태를 의미한다. Kn < 1 또는 Kn = 1 의 범위를 가지는 경우 입자가 챔버의 길이(L) 만큼 운동할 시에 적어도 한 번 이상 충돌이 발생한다는 것으로 이와 같은 충돌이 발생 시 운동하는 입자의 운동량이 감소되게 된다. 즉, Ar 이온 또는 스퍼터되어 기판을 향하는 원자의 운동량이 감소되는 경우에, 원활한 스퍼터링 또는 기판 상에 충분한 에너지를 가지고 증착되지 못하는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에서는 누젠 계수식을 Kn > 1 로 한정하였다.
상기의 누젠 계수식을 만족하는 통상의 진공챔버에서 사용되는 공정압력은 1~10 × 10-5 Torr이다. 이러한 공정 압력 범위를 가지는 이유는, 이보다 더 낮은 공정압력이 적용될 경우 이온화를 위하여 더 높은 전력이 요구되어지고, 이보다 더 높은 공정압력이 적용될 경우 타겟으로 가속되는 이온 및 타겟에서 스퍼터되어 기판으로 향하는 원자의 충돌확률이 높아지게 되므로, 즉 평균자유행로(mean free path)가 짧아지게 되므로 각각의 에너지가 저하된다. 따라서 본 발명에 있어서의 공정압력은 1~10 × 10-5 Torr로 설정되었다. 그러나, 이는 단지 통상의 진공챔버에서 적용되는 공정압력을 의미하며, 아주 특정한 용도의 이를테면, 초대형 또는 초소형 진공챔버에서는 이와 다른 공정압력이 적용되는 것이 당연하다.
상기 Ar 이온 가속은 0.5~1.5 keV로 이루어진다. 이보다 더 낮은 가속전압이 인가되어진다면, 이온의 에너지가 약하므로 타겟 물질의 스퍼터가 제대로 이루어지지 않게된다. 또한, 이보다 더 높은 가속전압이 인가될 경우, 이온화되어 가속되어 지는 이온은 타겟 물질을 스퍼터시키기 보다는 타겟의 표면하, 즉 표층부에 임플란트(implant)된다. Ar 이온의 가속전압을 0.5~1.5 keV로 설정시, Ar 이온은 타겟 표층 원자로의 운동량 전달(momentum transfer)로 인하여 타겟 표층 원자가 스퍼터되는 것이다.
유기물 타겟은 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나의 용도인 레이저 전사 공정용 도너 필름의 전사층 유기물이다. 이는 통상의 유기 전계 발광표시장치 제조의 레이저 전사공정에 사용되는 도너 필름의 유기박막층이며, 이를 본 발명에 명시된 방법에 의해서 제조할 수 있지만 이외의 다른 용도의 유기박막층 또한 본 발명에 의한 방법으로 제작될 수 있음이 자명하다.
일반적인 유기 전계 발광표시장치 제조의 레이저 전사공정에 사용되는 도너 필름의 단면도가 도 2에 도시되었다.
도너 필름은 기재층(S), 이 기재층(S) 상에 형성되는 광-열 변환층(L-H), 이 광-열 변환층(L-H) 상에 형성되는 전사층(T)으로 구성된다. 기재층(S)을 통과한 레이저는 광-열 변환층(L-H)에서 열로 변환되며, 이 열로 인하여 전사층(T)이 원하는 기판 상에 전사되는 것이다.
본 발명에 따른 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법에 의하여 제작된 전사층(T)은 기존의 열증발증착법 또는 고주파 글로우 방전 스퍼터링법에 비하여 광-열 변환층(L-H)과의 더욱 향상된 접착력을 가질 수 있으며, 기판 즉, 기재층(S) 및 광-열 변환층(L-H)의 손상이 발생하지 않는다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법에 의하여, 열증착법보다 더욱 향상된 접착력을 가진 유기박막을 형성할 수 있고, 고주파(RF) 스퍼터링법에서 발생될 수 있는 기판 손상의 문제를 해결할 수 있다.

Claims (9)

  1. 진공챔버 내에서 유기물 타겟을 이온건의 이온 가속에 의해 스퍼터시켜 유기박막층을 형성함을 포함하여 이루어지는 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기물 타겟은 분말 형태의 유기물이 소결되어 이루어지는 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공챔버 내의 상기 이온은 불활성 가스 이온인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 Ar인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 진공챔버 내의 공정압력은 하기의 누젠 계수(Knudsen number)식을 만족 하는 공정압력인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
    [식]
    Knudsen number: Kn > 1
    여기서, Kn = l/L 이고,
    l : (입자의) 평균 자유 행로(mean free path),
    L : 특성 선형 치수(characteristic linear dimension) 이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공정압력은 1~10 × 10-5 Torr인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이온 가속은 0.5~1.5 keV로 이루어지는 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기물 타겟은 레이저 전사 공정용 도너 필름의 전사층 유기물인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전사층 유기물은 정공주입층, 정공수송층, 유기발광층, 정공억제층, 전자수송층, 전자주입층 중 어느 하나의 용도인 이온 빔 스퍼터링법을 이용한 유기박막층 제조방법.
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KR20110103050A (ko) * 2010-03-12 2011-09-20 엘지디스플레이 주식회사 유기전계 발광소자의 제조 방법

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