KR20070043541A - 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 또는 수평 증착 방법을 사용하여 박막을 증착할 시에 이동하는 증발원에 설치된 가열부에 의해 챔버 내부에 온도 차이가 발생하는 현상을 최소화할 수 있는 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에서 가열부를 구비하며, 박막 재료를 수납하는 증발원; 상기 증발원과 대향하도록 설치된 기판에 대응하는 성막부; 상기 성막부 이외의 위치에 대응하는 방착부;를 포함하는 박막 증착장치에 있어서, 상기 방착부는 상기 가열부에서 발생하는 열흡수 수단을 구비하여 상기 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지시켜 준다. 이러한 구성에 의하여, 증발원에서 발생하는 열이 방착판에 흡수되어 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지하여, 1Å/s 이하의 증착률로 이동 성막시에 증착률을 안정되게 할 수 있다.
방착부, 흑화처리, 증발원, 가열부

Description

박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법 {Apparatus of thin film evaporation and method for thin film evaporation using the same}
도 1은 종래기술에 따른 박막 증착장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ´선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 및 방착판의 구조를 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 증발원을 나타내는 사시도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
20, 30 : 챔버 21, 31, 40 : 기판
22, 32 : 마스크 23, 33, 41 : 방착판
24, 34 : 증발원 26, 36 : 증착률 측정기
A : 방착부 B : 성막부
본 발명은 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 관한 것으로, 보 다 구체적으로는 수직 또는 수평 증착 방법을 사용하여 박막을 증착할 시에 이동하는 증발원에 설치된 가열부에 의해 챔버 내부에 온도 차이가 발생하는 현상을 최소화할 수 있는 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법에 관한 것이다.
향후 차세대 디스플레이로 주목받고 있는 평판표시장치 중, 유기 발광표시장치는 발광층에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자(exiton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용하는 자발광형 디스플레이 장치이다. 통상적으로, 유기 발광표시장치의 박막은 복수의 기능층들(홀 주입층, 홀 전달층, 발광층, 전자 전달층, 전자 주입층, 버퍼층 및 캐리어 블로킹층 등)을 포함하고, 이러한 기능층들의 조합 및 배열 등을 통해 원하는 성능의 유기 발광표시장치를 제조한다.
유기 발광표시장치의 기판 상에 박막을 형성하는 일반적인 방법으로는 진공증착법, 이온 플래이팅법 및 스퍼터링법과 같은 물리 기상 증착(PVD)법과, 가스 반응에 의한 화학 기상 증착(CVD)법 등이 있다.
이 중, 가장 일반적으로 박막을 형성하는 방법인 진공증착법은 진공챔버의 하부에 증발원과 그 상부에 성막용 기판을 설치하여 박막을 형성하는 것이다. 진공증착법을 이용하는 박막 증착장치의 개략적인 구성을 살펴보면, 진공챔버에 연결된 진공배기계가 존재하며, 이를 이용하여 진공챔버의 내부를 일정한 진공을 유지시킨 후, 진공챔버의 하부에 배치된 적어도 하나의 박막 재료를 구비하는 증발원으로부터 박막 재료를 증발시키도록 구성된다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래기술에 따른 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 박막 증착장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 박막 증착장치는 내부가 진공으로 유지되는 챔버(10) 내에 증발원(14)이 이동가능하게 장착되어 있다. 상기 증발원(14)과 대향하는 상기 챔버(10) 내부에는 기판(11) 및 마스크(12)가 설치되어 있으며, 상기 기판(11)의 둘레 영역에는 SUS로 제작된 방착판(13)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 증발원(14)에는 가열부(미도시)가 설치되어 있는데, 대기실에서 성막 준비된 증발원(14)이 성막을 위해 상기 챔버(10) 내로 이동하여 가열부에 의해 가열됨에 따라 증착물질이 기화되어 상기 기판(11)으로 이동하면서 성막을 진행한다. 이 때, 기판(11)을 기준으로 1Å/s 이하의 증착률로 기판(11)에 성막을 실시할 경우, 상기 가열부가 설치된 상기 증발원(14)의 이동 위치에 따라 상기 챔버(10) 내부에 온도 차이가 발생하게 된다.
따라서, 상기 챔버(10) 내부의 열 분포가 균일하지 않게 됨에 따라, 증착률이 변동되어 안정된 성막 공정을 진행할 수 없게 되어 증착두께를 제어하기 어려워지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 수직 또는 수평 증착 방법을 사용하여 박막을 증착할 시에 이동하는 증발원에 설치된 가열부에 의해 챔버 내부에 온도 차이가 발생하는 현상을 최소화할 수 있는 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 박막 증착장치는 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에서 가열부를 구비하며, 박막 재료를 수납하는 증발원과, 상기 증발원과 대향하도록 설치된 기판에 대응하는 성막부와, 상기 성막부 이외의 위치에 대응하는 방착부;를 포함하는 박막 증착장치에 있어서, 상기 방착부는 상기 가열부에서 발생하는 열흡수 수단을 구비하여 상기 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지시켜 준다.
그리고, 본 발명에 따른 박막 증착방법은 진공챔버 내에 가열부를 구비하며, 박막 재료를 수납하는 증발원을 준비하는 증발원 준비 단계와, 상기 증발원과 대향하도록 기판을 위치시키는 성막부 형성 단계와, 상기 성막부 이외의 위치에 상기 가열부에서 발생하는 열을 흡수하는 열흡수 수단을 방착판의 표면에 설치하는 방착부 형성 단계와, 상기 증발원을 이동하며 상기 기판 상에 증착물질을 증착하는 성막 단계를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 박막 증착장치 및 이를 이용한 박막 증착방법을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착장치를 나타내는 사시도이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 진공챔버(20)에는 박막이 형성되는 기판(21)과, 상기 기판(21)과 대향하는 위치에 증발원(24)이 설치된다. 상기 증발원(24)에는 증착률 측정기(26)가 일체형으로 장착되어 있다. 상기 기판(21)과 상기 증발원 (24) 사이에는 마스크(22)가 위치하며, 상기 기판(21)과 상기 마스크(22)는 얼라인먼트 시스템(미도시)에 의해서 정렬된 상태로 지지부(25)에 서로 밀착된 상태로 고정된다. 그리고, 상기 기판(21)의 둘레 영역에는 방착판(23)이 설치되어 있다.
또한, 마스크(22)는 기판(21)에 형성하고자 하는 박막에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 패턴형성부(미도시)와, 마스크 프레임(미도시)에 용접을 통해서 고정되는 고정부로 구성된다. 이때, 챔버(20) 내부는 기판(21) 및 마스크(22)가 설치된 위치에 대응하는 성막부(B)와 상기 성막부(B) 이외의 위치에 대응하는 방착부(A)로 구분된다.
상기 방착판(23)은 방착부(A)에 형성되며, 세라믹계 물질로 이루어지거나, 10㎛ 내지 100㎛의 범위의 두께로 상기 방착판 외면에 흑화층을 형성하여 상기 가열부에서 발생되는 열을 흡수할 수 있도록 한다.
상기 증발원(24)은 이동수단의 작동에 의해서 축회전하는 구동축에 이동가능하게 장착되고, 상기 구동축의 회전방향에 따라서 챔버(20) 내에서 수직 상하방향으로 이동한다. 상기 증발원(24)은 증착물질을 수납하고 있으며, 상기 증착물질을 상기 기판(21) 방향으로 분사시킬 수 있는 분사노즐(27)을 구비하고 있다. 상기 증발원(24)에 대한 구체적인 구성은 도 5에서 설명한다.
상기 증착률 측정기(26)는 증발원(24)과 일체형으로 장착되어 예정된 증착률을 유지하기 위해 설치된다. 증착물질의 증발 정도를 관측하면서 증발원(24)과 같이 이동하면서 증착률을 실시간으로 제어한다. 또한, 상기 증발원(24)의 가열부에서 나오는 전체 증착률이 성막 공정에 적합한지의 여부를 판단하고 제어할 수 있도 록 구성된다.
수직 방향으로 작동되는 상기 증발원(24)에서는 상기 기판(21)에 성막되는 정도를 조절하기 위하여 상기 증발원(24)의 가열부의 발열량을 조절하여 기화 또는 승화되는 증착물질의 양을 제어하는 방법이 가능하다. 그리고, 기화 또는 승화되는 동일한 증착물질의 양에 대하여 상기 증발원(24)의 이동 속도를 조절하여 단위 시간에 상기 기판(21)이 상기 증발원(24)에 노출되는 시간 조절을 통하여, 증착률을 조절하는 방법도 가능하다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ´선에 따른 단면도이다.
도 3을 참조하여, 기판(31) 상에 박막이 증착되는 방법을 설명하면, 진공챔버(30) 내에 가열부(미도시)를 구비하며, 증착물질을 수납하는 증발원(34)을 준비한다. 가열부에는 상기 증발원(34)을 가열하도록 설치된 적어도 하나의 전기히터가 형성되어 있다.
그리고, 상기 증발원(34)과 대향하도록 기판(31)을 위치시켜 성막부를 형성하고, 상기 성막부 이외의 위치에 상기 증발원(34)의 상기 가열부에서 발생하는 열을 흡수하는 열흡수 수단을 방착판(33)의 표면에 설치하여 방착부를 형성한다. 상기 방착부에 형성된 열흡수 수단은 상기 방착판(33) 표면에 흑화처리를 하거나, 상기 방착판(33)을 세라믹계 물질로 형성한다. 이에 따라, 흑화처리되거나 세라믹계 물질로 형성된 상기 방착판(33)이 챔버 내부의 열을 흡수함으로써, 상기 증발원(34)이 이동하는 영역인 성막부의 온도와 상기 기판(31)의 둘레 영역인 방착부의 온도를 균일하게 할 수 있다.
마지막으로, 상기 증발원(34)을 이동하며 상기 기판(31) 상에 증착물질을 증착한다. 상기 기판(31) 상에 증착물질을 증착하는 성막 단계에서는 증착률 측정기(36)를 이용하여 증착물질의 증발 정도를 관측하면서 상기 증발원(34)과 같이 이동하면서 증착률을 실시간으로 제어한다.
또한, 상기 기판이 진공챔버 내에 장착된 상태에서, 상기 가열부에 의해 가열되어 기화 또는 승화된 증착물질이 상기 기판으로 분사되어 증착된다. 이와 같이, 상기 증착물질을 가열하여 기화 또는 승화시켜서 바로 상기 기판에 증착물질을 증착할 수 있는 것은 유기 발광소자에 사용되는 증착물질인 유기물이 승화성이 높고, 200℃ 내지 400℃의 낮은 온도에서 기화하기 때문에 가능하다. 상기 증착원으로부터 기화 또는 승화된 증착물질은 상기 기판으로 이동되어 흡착, 증착, 재증발 등의 연속적 과정을 거쳐 상기 기판에 고체화되어 박막을 형성한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 및 방착판의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4를 참조하면, 성막부인 기판(40)의 둘레 영역을 따라 방착판(41)이 설치된 방착부가 형성되어 있다. 상기 방착판(41)은 하나로 형성되어 있지 않고, 4개로 분할되어 구성되어 있다. 본 발명에서는 상기 방착판(41)에 흑화처리를 하여 열을 흡수할 수 있도록 하는데, 상기 흑화처리는 인산염 피막 처리, 화성염 피막 처리 및 크로메이트 처리로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나로 형성한다. 그리고, 상기 방착판(41)에 흑화처리는 10㎛ 내지 100㎛의 범위의 두께로 형성한다. 또한, 상기 방착판(41)은 세라믹계 물질로 이루어져 상기 가열부에서 발생하는 열 을 흡수한다.
상기 인산염 피막 처리는 금속 표면에 부식액(인산염)에 의해 화학적 또는 전기화학적 반응에 의하여 금속 표면에 부식생성물층(인산염피막)을 만드는 것이다. 그리고, 크로메이트 처리는 크롬산 또는 중크롬산염을 주성분으로 하는 용액 속에 크로메이트 처리를 하고자 하는 물질을 넣어 방청 피막을 입히는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 증발원을 나타내는 사시도이다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 증발원은 증착물질이 수용되어 있는 도가니(51)와, 상기 도가니(51)를 가열시키는 가열부(54)로 구성된다. 또한 기화 또는 승화된 상기 증착물질을 분사하는 적어도 하나의 분사노즐(55)과, 상기 도가니(51)로부터 상기 분사노즐(55)까지 기화된 증착물질을 안내하는 유도로(52)가 포함된다. 그리고, 상기 가열부(54)와 도가니(51)의 외부를 둘러싸는 하우징(50) 사이에는 리플렉터(53)가 구비되며, 상기 도가니(51)에는 상기 유도로(52)의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위한 방열판(56)이 더 구비된다.
상기 도가니(51)는 기판에 증착될 증착물질을 수납하며, 재질은 증착물질의 특성과 산화 특성 등을 고려하여 열 전도가 뛰어난 재질로 형성하여야 하는데, 그 재질로는 그래파이트(Graphite), 실리콘 카바이드(SiC), 알루미늄 나이트라이드(AIN), 알루미나(Al2O3), 보론 나이트라이드(BN), 석영(Quratz) 등의 열 전도도가 좋은 세라믹이나 타이타늄(Ti) 또는 스테인레스 스틸(Stainless Steel)과 같은 금속 등으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나가 사용된다.
상기 가열부(54)는 상기 도가니(51)를 가열하도록 설치된 적어도 하나의 히터(미도시)가 구비되며, 상기 히터가 가열됨에 따라 상기 도가니(51)도 가열되어 일정온도가 되면 증착물질이 증발되기 시작한다. 그리고, 기화 또는 승화된 상기 증착물질을 기판 방향으로 전환시키는 역할을 하는 상기 유도로(52)의 열이 기판 방향으로 복사되는 것을 방지하기 위하여 상기 도가니(51)에는 방열판(56)이 형성된다. 상기 분사노즐(55)은 기화 또는 승화된 증착물질을 기판에 균일하게 분사할 수 있도록 한다.
상기 리플렉터(53)는 상기 가열부(54)와 하우징(50) 사이에 구비되며, 하나 이상 다수개로 형성됨이 좋고, 상기 가열부(54)와 근접되게 배치되어 상기 가열부(54) 및 상기 도가니(51)로부터 방출되는 고온의 열을 반사시킨다. 또한, 상기 리플렉터(53)는 상기 가열부(54)를 감싸도록 설치되어 상기 가열부(54) 및 상기 도가니(51)의 열이 외부로 나가는 것을 차단시키고, 상기 하우징(50)은 도면에는 도시되지 않았지만, 내벽과 외벽으로 구분된 이중벽 구조를 가지면서 냉각수가 유입 및 배출되는 공간을 형성한다.
전술한 실시예에서는 유기 발광표시장치를 예를 들어 설명하였지만, 박막을 증착하는 모든 디스플레이에 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 증착물질이 유기물인 경우에 대하여 설명하였지만, 금속물질인 경우에도 가능하며, 증착물질의 증착시 증착원을 이동시켜도 되고, 또는 기판을 이동시키며 증착 가능하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해 야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수직 또는 수평 증착 방법을 사용하여 박막을 증착할 시에 이동하는 증발원에 설치된 가열부에 의해 챔버 내부에 온도 차이가 발생하는 현상을 방지하기 위하여 챔버 내에 열을 흡수할 수 있는 재질의 방착판을 설치함으로써, 증발원에서 발생하는 열이 방착판에 흡수되어 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지하여, 1Å/s 이하의 증착률로 이동 성막시에 증착률을 안정되게 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버;
    상기 진공챔버 내에서 가열부를 구비하며, 박막 재료를 수납하는 증발원;
    상기 증발원과 대향하도록 설치된 기판에 대응하는 성막부;
    상기 성막부 이외의 위치에 대응하는 방착부;를 포함하는 박막 증착장치에 있어서,
    상기 방착부는 상기 가열부에서 발생하는 열흡수 수단을 구비하여 상기 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지시켜주는 박막 증착장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방착부는 방착판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열흡수 수단은 상기 방착판의 외면에 형성되는 흑화층인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흑화층은 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열흡수 수단은 세라믹계 물질로 이루어지는 것을 특징 으로 하는 박막 증착장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 증발원 사이에는 패턴이 형성된 마스크가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 상기 증발원을 가열하도록 설치된 적어도 하나의 전기히터인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 상의 증착 결과를 모니터링할 수 있는 증착률 측정 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
  9. 진공챔버 내에 가열부를 구비하며, 박막 재료를 수납하는 증발원을 준비하는 증발원 준비 단계;
    상기 증발원과 대향하도록 기판을 위치시키는 성막부 형성 단계;
    상기 성막부 이외의 위치에 상기 가열부에서 발생하는 열을 흡수하는 열흡수 수단을 방착판의 표면에 설치하는 방착부 형성 단계;
    상기 증발원을 이동하며 상기 기판 상에 증착물질을 증착하는 성막 단계;
    를 포함하는 박막 증착방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방착부 형성 단계에서는 상기 방착부의 열흡수 수단을 상기 방착판의 외면에 흑화처리를 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열흡수 수단 형성 단계에서는 인산염 피막 처리, 화성염 피막 처리 및 크로메이트 처리로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나로 상기 흑화처리를 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 열흡수 수단 형성 단계에서는 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께로 상기 흑화처리를 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 성막 단계에서는 증착률 측정 모니터를 이용하여 박막 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
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