KR20080019808A - 유기 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 기판 안착 수단과, 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 기화시켜 분사하는 분사부 및 상기 분사부에 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하는 증착원 공급 모듈을 포함하는 유기 박막 증착 장치 및 방법이 개시된다. 그리고 본 발명은 파우더 형태의 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 챔버 내부로 공급하는 공급 량을 조절하여 목표로 하는 불순물 농도를 갖는 유기 박막을 제작할 수 있고, 다수의 공정 진행시 챔버 내부로 공급되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량을 일정하게 유지하여 불순물이 함유된 유기 박막의 재현성을 향상시킬 수 있다.
챔버, 유기 원료 물질, 불순물 원료 물질, 분사부, 회전, 기화

Description

유기 박막 증착 장치 및 방법{Apparatus and method for depositing the organic thin film}
도 1은 종래의 유기 박막 증착 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치의 단면 개면도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 증착원 공급 모듈의 개념도.
도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 증착원 공급 모듈의 개념도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치의 단면 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 챔버 20, 113 : 기판
30, 40 : 도가니 110 : 기판 안치부
120 : 분사부 130 : 회전축
140 : 하우징 220 : 유기 원료 물질 공급부
230 : 불순물 원료 물질 공급부 240 : 이송부
본 발명의 유기 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 호스트 물질과 도판트 물질을 챔버 외측에서 공급하여 박막 균일도는 물론 도핑 균일도를 향상시킬 수 있는 유기 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 박막은 챔버 내에 마련된 증발원을 이용하여 유기 원료 물질을 증발시켜 증착하였다. 즉, 도가니 내부에 유기 원료 물질을 두고, 도가니를 가열하여 유기 원료 물질을 기화시켜 유기 박막을 증착하였다.
이러한 유기 박막내에 불순물 도핑층을 형성하기 위해서는 챔버 내에 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 각기 담고 있는 두개의 도가니를 두고 이 두 도가니를 가열하여 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 기화시켜 불순물을 함유하는 유기 박막을 기판상에 증착하였다.
도 1은 종래의 유기 박막 증착 장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유기 박막 증착 장치는 반응 챔버(10)와, 반응 챔버(10) 상측에 마련된 기판(20)과 상기 기판(20)의 하부에 배치되고 각기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질이 담길 제 1 및 제 2 도가니(30, 40)를 포함한다.
제 1 및 제 2 도가니(30, 40)에 각기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 넣은 다음 제 1 및 제 2 도가니(30, 40)를 가열하여 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 기화시켜 제 1 및 제 2 도가니(30, 40) 상측에 마련된 기판(20)상에 불순물 도핑된 유기 박막을 형성한다.
이때, 불순물 도핑된 유기 박막의 경우 두가지 서로 다른 물질 각각의 성분량에 대하여 유기 원료 물질의 증착량과 불순물 원료 물질의 증착량을 수정 마이크로밸런스(Quartz Crystal Microbalance; QCM)를 이용하여 제어한다. 즉, 제 1 및 제 2 도가니(30, 40)로부터 기화되어 나온 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 증기 흐름을 제 1 및 제 2 도가니(30, 40) 상측에 각기 마련된 수정 센서를 이용하여 측정한다. 그리고 그 측정 결과에 따라 증기 흐름을 제어하여 불순물 도핑된 유기 박막의 도핑 율(doping ratio)을 제어하였다.
하지만, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 증기량을 수정 센서로 측정하고 그 결과를 이용하여 제어하기 때문에 수정 센서의 감도와 사용 수명에 크게 좌우된다. 이로인해 공정의 재현성 및 양산성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 각기 다른 수정 센서로 측정하지만 이들을 공간적으로 완전히 분리시키지 못하게 된다. 유기 원료 물질의 증기 흐름을 측정하는 수정 센서와 불순물 원료 물질의 증기 흐름을 측정하는 수정 선세가 불순물 원료 물질의 증기 흐름과 유기 원료 물질의 증기 흐름에 서로 간섭을 받게 되는 문제가 발생한다. 그리고, 이러한 간섭없이 증착 공정을 진행하기 위해 챔버 내측에서의 센서 배치가 용이하지 않은 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 챔버 외부에서 유기 원 료 물질 분말과 불순물 원료 물질 분말을 일정 비율로 혼합한 다음 챔버 내부로 공급하여 기판상에 형성되는 유기 박막 내의 불순물 량을 일정하게 제어할 수 있어 불순물 도핑된 유기 박막의 재현성을 향상시킬 수 있으며, 박막 두께의 균일도 및 도핑 균일도를 향상시킬 수 있는 유기 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 기판 안치 수단과, 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 기화시켜 분사하는 분사부와, 상기 분사부를 가열하는 가열 수단 및 상기 분사부에 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하는 증착원 공급 모듈을 포함하는 유기 박막 증착 장치를 제공한다.
여기서, 상기 분사부는, 내부 공간을 갖는 몸체 및 상기 몸체에 마련된 복수의 노즐을 포함하고, 상기 가열 수단에 의해 상기 몸체의 내부 공간이 가열되는 것이 바람직하다.
상기 가열 수단은 적어도 상기 노즐이 형성된 영역의 몸체 내에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 분사부와 접속된 회전축과, 상기 회전축을 고정하는 하우징 및 상기 회전축을 회전시키는 회전 부재를 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 증착원 공급 모듈에 접속되어 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 공급받고, 상기 회전축은 그 내부에 마련된 이송 통로를 통해 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 상기 분사부에 공급하는 것이 바람직하다.
상기 증착원 공급 모듈은, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부와, 상기 유기 원료 물질을 공급하는 유기 원료 물질 공급부와, 상기 불순물 원료 물질을 공급하는 불순물 원료 물질 공급부 및 상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 상기 분사부에 공급하는 이송부를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유기 원료 물질 공급부는, 파우더 형태의 상기 유기 원료 물질이 저장된 저장부 및 상기 유기 원료 물질의 공급량을 제어하는 유기 원료 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. 물론 상기 불순물 원료 물질 공급부는, 파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질이 저장된 저장부 및 상기 불순물 원료 물질의 공급량을 제어하는 불순물 원료 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 불순물 원료 물질 공급부는, 상기 이송부에 접속되고, 상기 저장부로부터 토출된 파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질의 일부를 저장하는 저장 공간을 더 포함할 수 있다.
상기의 증착원 공급 모듈은 파우더 형태의 상기 유기 원료 물질에 파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질을 혼합하여 제공하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유기 원료 물질과 상기 불순물 원료 물질의 몰비(mole raion)를 0.3 내지 1%로 제어하는 것이 효과적이다. 물론 상기 기판 안치 수단이 회전하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 기판을 챔버 내부로 로딩하는 단계와, 상기 챔버 내부의 분사부를 가열 및 회전시키는 단계 및 상기 분사부에 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계를 포함하는 유기 박막 증착 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 기판을 챔버 내부의 기판 안착부에 로딩하는 단계와, 상기 기판 안착부를 회전시키는 단계와, 상기 챔버 내부의 분사부를 가열시키는 단계 및 상기 분사부에 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계를 포함하는 유기 박막 증착 방법을 제공한다.
여기서, 상기 분사부에 공급되는 상기 유기 원료 물질과 상기 불순물 원료 물질의 몰비(mole raion)를 0.3 내지 1%로 제어하는 것이 효과적이다.
그리고, 파우더 형태의 상기 유기 원료 물질 및 상기 불순물 원료 물질을 캐리어 가스를 이용하여 상기 분사부에 공급하는 것이 바람직하다.
상술한 상기 분사부에 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계 전에, 상기 유기 원료 물질 및 상기 불순물 원료 물질을 혼합하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치의 단면 개면도이다. 도 3은 제 1 실시예에 따른 증착원 공급 모듈의 개념도이고, 도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 증착원 공급 모듈의 개념도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치는 불순물이 함유된 증착 물질을 제공하는 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)과, 불순물이 함유된 증착 물질을 기화시켜 분사하는 분사부(120)를 구비하는 챔버(100)와, 상기 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)의 상기 불순물이 함유된 증착 물질을 분사부(120)에 공급하고 분사부(120)를 회전시키는 구동 모듈(130, 140, 150, 160)을 포함한다.
상기의 챔버(100)는 내측 하부에 마련된 기판 안치 수단(110)과, 그 상측에 마련된 분사부(120)를 포함한다. 그리고, 기판(113)의 출입을 위한 출입부(미도시)와, 챔버(100) 내부의 배기하기 위한 별도의 배기 수단(101)을 더 포함한다.
여기서, 기판 안치 수단(110)은 기판(113)이 안착되는 안치부(111)와, 안치부(111)를 챔버(100) 바닥에 고정하는 고정부(112)를 포함한다. 그리고, 기판(113)의 로딩 및 언로딩을 돕기 위한 복수의 리프트 핀(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 본 실시예에 따른 기판(113)은 사각 판 형상의 투광성 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 상기 안치부(111)도 상기 기판(113)에 대응되는 사각형 형상인 것이 바람직하다.
상기의 분사부(120)는 소정의 내부 공간(122)을 갖는 몸체(121)와, 상기 몸체(121)에 마련된 복수의 노즐(123)과, 상기 내부 공간(122) 내부를 가열하는 가열 수단(124)을 포함한다. 분사부(120)는 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질을 공급받고, 이를 가열 수단(124)을 통해 가열하여 기화시켜 기판 안치 수단(110)의 기판(113)에 분사한다.
이와 같이 본 실시예의 분사부(120)는 가열 수단(124)을 포함하여 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질을 기판(113)에 분사되기 직전에 기화시켜 기판(113)에 분사할 수 있다. 상기 가열 수단(124)으로는 상기 몸체(121) 내부에 마련된 발열 부재와 상기 발열 부재에 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함한다. 이때, 상기 발열 부재로 코일을 사용할 수 있고, 에너지 공급부로 전기 에너지를 공급하는 전원을 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 박막 제작을 위한 다양한 가열 수단(124)이 사용될 수도 있다. 이때, 상기 발열 부재를 상기 분사부(120)의 몸체 전 영역에 고르게 배치할 수도 있고, 상기 노즐(123) 영역에 집중하여 배치시킬 수도 있다. 이를 통해 앞서 언급한 바와 같이 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질이 기판(113)에 분사되기 직전에 기화될 수 있다.
그리고, 몸체(121)는 구동 모듈(130, 140, 150,160)의 회전축(130)에 접속되어 회전 운동을 수행한다. 이를 통해 분사부(120) 내에서 기화되어 분사되는 증착 물질은 기판(113) 전체에 균일하게 공급된다. 이를 통해 기판(113) 전체에 균일한 두께의 불순물이 함유된 유기 박막을 증착할 수 있다. 그리고, 외부에서 불순물이 함유된 증착 물질을 사용하기 때문에 유기 박막 내부의 도핑 농도를 균일하게 유지할 수 있다.
상기 분사부(120)에 접속되어 이를 회전시키는 구동모듈은 분사부(120)에 접 속된 회전축(130)과, 상기 회전축(130)을 지지고정하는 하우징(140)과, 상기 회전축(130)을 회전시키는 회전 부재(150)를 포함한다.
상기 하우징(140)의 일측에는 불순물이 함유된 증착 물질이 주입되는 주입구(141)가 마련된다. 상기 하우징(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 상측 영역에 고정된다. 그리고, 상기 하우징(140)의 중심 영역에 회전축(130)이 마련된다.
회전축(130)의 일단부는 상기 회전 부재(150)에 접속되고, 다른 일단부는 분사부(120)에 접속된다. 상기 회전 부재(150)로는 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 회전축(130) 내부에는 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질을 이송하는 이송 통로(131)가 마련되고, 이 이송 통로(131)는 상기 분사부(120)의 내부 공간(122)과 연통된다. 그리고, 상기 이송 통로(131)의 끝단은 상기 하우징(140)의 주입구와 대응되는 영역에 마련된다.
이와 같이 본 실시예에서는 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질은 하우징(140)의 주입구(141)를 통해 하우징(140)과 회전축(130)의 이격공간을 거친 다음 회전축(130)의 내부 이송 통로(131)를 통해 분사부(120)로 공급된다. 이때, 상기 하우징(140)과 회전축(130)의 이격 공간을 통해 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질이 챔버(100) 내측으로 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 이를 방지하기 위해 상기 하우징(140)과 회전축(130) 사이의 이격 공간에 베어링 또는 자성유체와 같은 실링 부재(160)를 배치한다. 이때 실링 부재(160)는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 하우징(140)의 주입구 상측 및 하측 영역에 배치되 는 것이 바람직하다. 이러한 실링 부재(160)는 상기 하우징(140) 내부의 회전축(130)을 고정 지지하는 역할도 할 수 있다.
이를 통해 상기 하우징(140)의 주입구(141)를 통해 주입된 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질은 하우징(140)과 회전축(130)의 이격 공간과 실링 부재(160) 사이 영역에 충진된다. 이 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질은 회전축(130)의 이송 공간을 통해 챔버(100) 내측의 분사부(120)의 내부 공간(122)에 공급된다.
상기 하우징(140)의 주입구(141)에 불순물이 함유된 증착 물질을 공급하는 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)에 관해 설명하면 다음과 같다.
상기의 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)은 캐리어 가스(CG)를 공급하는 캐리어 가스 공급부(210)와, 유기 원료 물질을 공급하는 유기 원료 물질 공급부(220)와, 불순물 원료 물질을 공급하는 분순물 원료 물질 공급부(230)와, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 혼합하여 불순물이 함유된 증착 물질을 제작하고, 상기 불순물이 함유된 증착 물질을 캐리어 가스(CG)를 이용하여 구동 모듈(130, 140, 150, 160)에 제공하는 이송부(240)를 포함한다.
여기서, 캐리어 가스 공급부(210)는 도시되지는 않았지만 캐리어 가스(CG)를 저장하는 저장 탱크와 이를 고압으로 분사하는 분사부를 포함할 수 있다. 그리고, 캐리어 가스(CG)의 분사량을 제어하는 제어부(211)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어부(211)로는 도 3에 도시된 바와 같이 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 캐리어 가스(CG)로는 비활성의 기체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이송부(240)는 캐리어 가스(CG)를 이용하여 상기 불순물이 함유된 증착 물질을 구동 모듈(130, 140, 150, 160)에 제공한다.
이송부(240)는 상기 캐리어 가스(CG)가 지나가는 파이프(242)를 포함한다. 그리고, 상기 파이프(242)에는 상기 유기 원료 물질 공급부(220)와 불순물 원료 물질 공급부(230)가 접속된다. 이를 통해 상기 파이프(242) 내부에서 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질이 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질을 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 이송부(240) 내에는 소정의 혼합 영역(미도시)이 마련되고, 이 혼합 영역에 유기 원료 물질 공급부(220)와 불순물 원료 물질 공급부(230)가 접속될 수도 있다. 이로 인해 상기 별도의 혼합 영역에서 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질이 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질을 제작할 수도 있다. 상기 이송부(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 파이프(242)를 통해 공급되는 불순물이 함유된 증착 물질의 공급을 제어하는 제어 밸브(241)를 더 포함할 수 있다.
유기 원료 물질 공급부(220)는 파우더 형태의 유기 원료 물질이 저장되고 이를 이송부(240)에 공급하는 유기 원료 저장부(221)와, 상기 유기 원료 물질의 공급량을 제어하는 유기 원료 제어부(222)를 포함한다.
상기 불순물 원료 물질 공급부(230)는 파우더 형태의 불순물 원료 물질이 저장되고 이를 이송부(240)에 공급하는 불순물 저장부(231)와, 상기 불순물 원료 물질의 공급량을 제어하는 불순물 원료 제어부(232)를 포함한다.
상기 불순물 저장부(231)와 이송부(240) 사이에 상기 불순물 원료 물질이 저장되는 별도의 저장 공간이 더 마련될 수 있다. 이를 통해 미량의 불순물 원료 물 질이 불순물 저장부(231)에서 저장 공간에 미리 저장된 다음 캐리어 가스(CG)에 의해 이송부(240)으로 전달될 수도 있다. 이때, 상기 저장 공간에 저장되는 미량이 불순물 원료 물질은 기판(113) 상에 형성되는 유기 박막 내에 도핑될 불순물의 양에 대응되는 양만큼이 저장되는 것이 바람직하다. 이를 통해 복수의 기판상에 불순물 도핑된 유기 박막을 형성할 경우 상기 저장 공간에 저장되는 불순물 원료 물질의 양을 균일하게 하여, 각 기판(113)상에 형성되는 불순물 도핑된 유기 박막의 불순물 도핑량을 균일하게 유지할 수도 있다.
상기의 유기 원료 제어부(222)와 불순물 원료 제어부(232)로 밸브를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 파우더 형태의 원료 물질의 공급량을 제어할 수 있는 다양한 제어 수단이 사용될 수 있다.이러한 제어 수단으로는 파우더 형태의 유기 원료 물질 또는 불순물 원료 물질은 일정량으로 토출하는 펌프와 디스펜서등을 사용할 수 있다. 이러한 유기 원료 제어부(222)와 불순물 원료 제어부(232)를 통해 이송부(240)로 토출되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량을 각기 다양하게 제어할 수 있다. 이를 통해 불순물이 함유된 증착 물질 내부의 불순물 량을 목표로 하는 양으로 쉽게 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 불순물이 함유된 증착 물질 내의 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 혼합량을 제어하여 기판(113)상에 형성되는 유기 박막의 불순물 도핑 비율을 제어한다. 이때, 상기 이송부(240)에 제공되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량을 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량은 기판(113) 상에 형성될 유기 박막의 불순물 도핑량에 따 라 다양하게 변화될 수 있다. 여기서, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 몰비(mole raion)를 0.3 내지 1%로 제어하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 캐리어 가스(CG)가 이동하는 파이프(242) 내부에 파우더 형태의 유기 원료 물질을 공급하고, 파우더 형태의 미량의 불순물 원료 물질을 공급한다. 여기서, 유기 원료 물질과 미량의 불순물 원료 물질은 캐리어 가스(CG)에 의해 파이프(242)를 따라 이동하며 이때, 상기 파우더 형태의 유기 원료 물질과 불순물 원료는 파이프(242) 내부에서 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질이 된다. 상기 파이프(242) 내의 불순물이 함유된 증착 물질은 캐리어 가스(CG)를 따라 하우징(140)의 주입구(141)에 제공되어 회전축(130)의 이동 통로(131)를 통해 분사부(120)의 내부 공간(122)으로 공급된다.
본 실시예에서는 유기 원료 제어부와 불순물 원료 제어부를 통해 유기 원료 저장부(221)와 불순물 저장부(231)의 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질 각각이 이송부(240)로 토출되는 양을 제어함에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 방법과 구조를 통해 상기 이송부(240)로 제공되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량을 제어할 수 있다.
이에 따른 일 변형예로 도 4에 도시된 바와 같이 유기 원료 물질은 제 1 파이프(243)에 의해 이송되고, 불순물 원료 물질은 제 2 파이프(244)에 의해 이송된다. 그리고, 제 1 및 제 2 파이프(243, 244)가 연통된 제 3 파이프(245)에 의해 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질이 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질을 형성하고 이를 챔버(100)의 분사부(120)에 공급한다.
이를 도 4를 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
유기 원료 저장부(221)의 유입구와 배출구는 제 1 파이프(243)와 연통된다. 그리고, 상기 유기 원료 저장부(221)의 일측에는 제 1 압력 조절부(223)가 마련된다. 상기 유입구 및 배출구 상측에는 제 1 및 제 2 밸브(V1, V2)가 마련된다. 상기 유입구와 배출구 사이의 제 1 파이프(243) 내에는 제 3 밸브(V3)가 마련된다. 유기 원료 저장부(221) 내부에는 고체 분말 형태의 유기 원료 물질의 역류를 방지하는 제 1 블럭부(224)가 마련된다. 이때, 상기의 제 2 밸브(V2)는 유기 원료 저장부(221)로 유입되는 캐리어 가스(CG1)의 유입량을 제어한다. 그리고, 제 1 밸브(V1)는 유기 원료 저장부(221) 내부의 파우더 형태의 유기 증착 원료의 배출을 제어한다.
불순물 저장부(231) 영역도 상술한 유기 원료 저장부(221)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 불순물 저장부(231)의 유입구와 배출구가 제 2 파이프(244)와 연통되고, 유입구 및 배출구 상측에 제 1 및 제 2 밸브(V4, V5)가 마련되고, 불순물 저장부(231)의 일측에는 제 2 압력 조절부(233)가 마련되고, 불순물 저장부(231) 내부에는 블럭부(234)가 배치된다.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 일 변형예에 따른 증착원 공급 모듈의 동작을 유기 원료 물질을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
우선 파우더 형태의 유기 원료 물질은 유기 원료 저장부(221) 내부의 상태에 따라(즉, 층류(Laminar flow) 방식과 난류(Turbulence flow) 방식) 제 1 파이프(243)에 제공된다. 먼저 층류 방식을 설명하면, 제 1 압력 조절부(223)의 압력을 일정하게 유지한 상태에서 제 1 및 제 2 밸브(V1, V2)를 개방하고 제 3 밸브(V3)를 폐쇄하면, 유기 원료 저장부(221)의 파우더 형태의 유기 원료 물질은 캐리어 가스(CG1)에 의해 제 1 파이프(243)로 공급된다. 이때, 상기 제 1 압력 조절부(223)의 압력을 조절하거나, 유입되는 캐리어 가스(CG1)의 유입량을 조절하여 제 1 파이프(243)에 공급되는 유기 원료 물질의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 제 3 밸브(V3)를 개방하게 되면 제 2 밸브(V2)로 유입되는 캐리어 가스의 양을 제어할 수 있어 유기 원료 물질의 공급량을 제어할 수 있게 된다. 난류 방식을 설명하면 상기의 제 2 밸브(V2)를 개방하고, 제 1 밸브(V1)를 소정 시간 간격으로 개폐시키고, 제 3 밸브(V3)를 폐쇄시키면 제 1 파이프(243)의 내부 압력과 유기 원료 저장부(221)의 내부 압력 간의 변화로 인해 유기 원료 저장부(221) 내부에서 와류가 발생한다. 이러한 와류 현상으로 인해 파우더 형태의 유기 원료 물질이 제 1 파이프(243)로 공급된다. 이때, 제 1 밸브(V1)의 개방 시간을 조절하여 유기 원료 물질의 공급량을 제어할 수 있다. 그리고, 제 1 파이프(243)와 유기 원료 저장부(221) 내측의 압력차를 조절하여 유기 원료 물질의 공급량을 제어할 수 있다.
상술한 제어 방법으로 제 1 및 제 2 파이프(243, 244)로 각기 제공된 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 양을 다양하게 제어할 수 있게 된다.
하기에서는 예에 따른 유기 박막 증착 장치를 이용한 불순물 도핑된 유기 박막의 증착을 설명한다.
챔버(100) 내부로 기판(113)을 로딩시켜 기판 안치 수단(110) 상에 기판(113)을 안착시킨다. 분사부(120)가 소정 온도가 되도록 가열하고, 회전 부 재(150)의 회전력을 회전축(130)을 통해 분사부(120)에 인가한다. 이를 통해 분사부(120)가 챔버(100) 내에서 회전되도록 한다. 이후, 캐리어 가스 공급부(210)를 통해 캐리어 가스(CG)를 이송부(240)의 파이프(242) 내부로 공급한다. 이때, 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질도 함께 이송부(240)에 공급한다. 유기 원료 물질 공급부(220)와 불순물 원료 물질 공급부(230)의 공급량을 제어하여 이송부(240) 내부로 공급되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 양을 제어한다. 그리고 상기 이송부(240) 내에서 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질은 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질을 형성한다. 이 증착 물질은 이송부(240)를 통해 하우징(140)의 주입구(141)로 공급되어 챔버(100) 내에서 회전하는 분사부(120)에 제공된다. 분사부(120)로 제공된 불순물이 함유된 증착 물질은 분사부(120) 내에서 기화되어 분사부(120)의 노즐(123)을 통해 기판(113)으로 분사되어 기판(113) 상에 불순물이 함유된 유기 박막을 형성한다.
이와 같이 본 실시예에서는 일정한 비율로 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 공급하고, 기판(113)에 분사되기 직전에 이러한 물질들을 기화시켜 우수한 막질의 유기 박막을 형성할 수 있고, 유기 박막 내의 불순물 도핑량을 균일하게 할 수 있다. 상술한 공정을 복수번 반복하더라도 챔버(110) 내에 공급되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 양을 균일하게 하여, 복수 공정을 통해 그 상부에 유기 박막이 형성된 각 기판(113) 별로 균일한 불순물 량을 갖는 유기 박막을 형성할 수 있다. 또한, 분사부(120)가 회전하여 기판(113) 상에 균일한 증착 물질을 공급할 수 있어 기판(113) 전체적으로 균일한 두께의 유기 박막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 캐리어 가스와 이송부 내에서 파우더 형태의 유기 원료 물질과 분순물 원료 물질을 혼합하지 않고, 별도로 파우더 형태의 유기 원료 물질과 분순물 원료 물질은 혼합한 다음 이를 캐리어 가스를 이용하여 챔버 내부의 분사부에 공급할 수도 있다. 하기에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치를 설명한다. 후술되는 설명중 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 후술되는 설명의 기술은 앞서 설명한 실시예에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치의 단면 개면도이다. 도 3은 제 1 실시예에 따른 증착원 공급 모듈의 개념도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치는 소정의 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 상기 반응 공간 내부에 마련된 기판 안치 수단(110)과 분사부(120) 그리고, 상기 분사부(120)를 회전시키기 위한 하우징(140)과 회전축(130) 및 회전 부재(160)를 포함한다. 그리고, 상기 분사부(120)에 파우더 형태의 유기 원료 물질에 파우더 형태의 불순물 원료 물질이 혼합된 불순물이 함유된 증착 물질을 제공하는 불순물 함유 증착 물질 공급부(200)와, 파우더 형태의 불순물이 함유된 증착 물질을 분사부(120)로 이송하는 캐리어 가스(CG)를 제공하는 캐리어 가스 공급부(210)를 포함한다. 그리고, 상기 파우더 형태의 불순물과 캐리어 가스(CG)가 지나가는 이송부(240)을 포함한다.
상기 불순물 함유 증착 물질 공급부(200)는 파우더 형태의 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질이 미리 혼합되어 불순물이 함유된 증착 물질 형태로 저장되어 있는 증착 물질 저장부(201)와, 상기 증착 물질 저장부로부터 불순물이 함유된 증착 물질을 제공받아 캐리어 가스(CG)와 이송부(240)를 통해 챔버(100) 내부의 분사부(120)로 공급하는 증착 물질 공급 수단(202)을 포함한다.
상기 증착 물질 저장부(201)는 증착 물질의 공급량 제어를 위한 소정의 제어 수단이 마련될 수 있다. 상기 증착 물질 공급 수단(202)은 증착 물질 저장부(201), 이송부(240) 및 캐리어 가스 공급부(210) 사이에 마련되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에서는 파우더 형태의 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 먼저 혼합하여 불순물이 함유된 증착 물질을 제작한 다음 이를 증착 물질 저장부(201)에 저장하고, 매 공정마다 필요한 양만큼 증착 물질 공급 수단(202)에 제공한다. 이와 같이 파우더 형태의 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 혼합하기 때문에 이둘간의 혼합이 잘 이루어질 뿐만 아니라 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질 간의 조성비를 정확하게 제어할 수 있게 된다. 이를 통해 불순물 도핑된 유기 박막의 도핑 비율을 정량적으로 조절할 수 있다. 그리고, 이뿐만 아니라 고분자 박막 제작을 위한 적어도 두개 이상의 전구체(pre-cursor)를 혼합할 수도 있다. 이를 통해 폴리이미드(palyimide) 또는 폴리아미드(polyamide)등의 고분자 박막을 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 상기 분사부가 고정되고 기판이 회전하여 균일한 두께의 불순물이 도핑된 유기 박막을 형성할 수도 있다. 하기에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치를 설명한다. 후술되는 설명중 상술한 설명들과 중복되는 설명은 생략한다. 후술되는 설명의 기 술은 앞서 설명한 실시예들에 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치의 단면 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 유기 박막 증착 장치는 챔버(100)와, 챔버(100) 내부에 마련되고 회전하는 기판 안치 수단(111)과, 불순물이 함유된 증착 물질을 기화시켜 챔버(100) 내부에 공급하는 분사부(120)와, 상기 분사부(120)에 증착 물질을 공급하는 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)을 포함한다.
기판 안치 수단은 기판이 안착되는 안치부(111)과, 안치부(111)를 회전시키는 구동부(114)를 포함한다. 구동부(114)는 안치부(111)에 접속되어 이를 회전시키는 구동축과 상기 구동축을 회전시키는 구동수단을 포함한다. 상술한 구동부(112)를 통해 기판(113)이 안치되는 안치부(111)를 회전시켜 분사부(120)를 통해 공급되는 증착 물질이 기판(113) 상측에 고르게 분포되도록 할 수 있어 기판(113) 상에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있다. 분사부(120)는 내부 공간(122)을 갖는 몸체(121)와, 노즐(123) 및 가열 수단(124)을 포함한다.
증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)은 상기 분사부(120)의 내부 공간(121)에 유기 원료 물질을 공급하는 유기 원료 물질 공급부(220)와 불순물 원료 물질을 공급하는 불순물 원료 물질 공급부(230)를 포함한다. 이때, 상기 파우더 형태의 유기 원료 물질과 분순물 원료 물질은 소정의 이송부(240)에 공급되고, 이송부(240) 내에서 캐리어 가스(CG)에 의해 이송되어 분사부(120)에 공급된다. 그리고, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부(210)를 더 포함한다. 본 실시예에 서는 증착원 공급 모듈(210, 220, 230, 240)의 원료 물질을 바로 분사부(120)에 제공할 수 있다. 본 실시예에서는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량 조절을 통하여 목표로 하는 도핑 농도의 불순물을 갖는 유기 박막을 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 파우더 형태의 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 챔버 내부로 공급하는 공급 량을 조절하여 목표로 하는 불순물 농도를 갖는 유기 박막을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량 제어를 통해 불순물이 도핑된 유기 박막의 도핑 비율을 미세하고 정량적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 챔버 외부에서 공급된 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 분사부 내부에서 동시에 기화시켜 불순물 도핑을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 공정 진행시 챔버 내부로 공급되는 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질의 공급량을 일정하게 유지하여 불순물이 함유된 유기 박막의 재현성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (16)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 마련된 기판 안치 수단;
    유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 기화시켜 분사하는 분사부;
    상기 분사부를 가열하는 가열 수단; 및
    상기 분사부에 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하는 증착원 공급 모듈을 포함하는 유기 박막 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분사부는,
    내부 공간을 갖는 몸체; 및
    상기 몸체에 마련된 복수의 노즐을 포함하고,
    상기 가열 수단에 의해 상기 몸체의 내부 공간이 가열되는 유기 박막 증착 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 수단은 적어도 상기 노즐이 형성된 영역의 몸체 내에 마련된 유기 박막 증착 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사부와 접속된 회전축;
    상기 회전축을 고정하는 하우징; 및
    상기 회전축을 회전시키는 회전 부재를 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 증착원 공급 모듈에 접속되어 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 공급받고, 상기 회전축은 그 내부에 마련된 이송 통로를 통해 상기 유기 원료 물질과 불순물 원료 물질을 상기 분사부에 공급하는 유기 박막 증착 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 증착원 공급 모듈은,
    캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부;
    상기 유기 원료 물질을 공급하는 유기 원료 물질 공급부;
    상기 불순물 원료 물질을 공급하는 불순물 원료 물질 공급부; 및
    상기 캐리어 가스를 이용하여 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 상기 분사부에 공급하는 이송부를 포함하는 유기 박막 증착 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 유기 원료 물질 공급부는,
    파우더 형태의 상기 유기 원료 물질이 저장된 저장부; 및
    상기 유기 원료 물질의 공급량을 제어하는 유기 원료 제어부를 포함하는 유기 박막 증착 장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 불순물 원료 물질 공급부는,
    파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질이 저장된 저장부; 및
    상기 불순물 원료 물질의 공급량을 제어하는 불순물 원료 제어부를 포함하는 유기 박막 증착 장치.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 불순물 원료 물질 공급부는,
    상기 이송부에 접속되고, 상기 저장부로부터 토출된 파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질의 일부를 저장하는 저장 공간을 더 포함하는 유기 박막 증착 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착원 공급 모듈은 파우더 형태의 상기 유기 원료 물질에 파우더 형태의 상기 불순물 원료 물질을 혼합하여 제공하는 유기 박막 증착 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 원료 물질과 상기 불순물 원료 물질의 몰비(mole raion)를 0.3 내지 1%로 제어하는 유기 박막 증착 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 안치 수단이 회전하는 유기 박막 증착 장치.
  12. 기판을 챔버 내부로 로딩하는 단계;
    상기 챔버 내부의 분사부를 가열 및 회전시키는 단계; 및
    상기 분사부에 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계를 포함하는 유기 박막 증착 방법.
  13. 기판을 챔버 내부의 기판 안착부에 로딩하는 단계;
    상기 기판 안착부를 회전시키는 단계;
    상기 챔버 내부의 분사부를 가열시키는 단계; 및
    상기 분사부에 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계를 포함하는 유기 박막 증착 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 분사부에 공급되는 상기 유기 원료 물질과 상기 불순물 원료 물질의 몰비(mole raion)를 0.3 내지 1%로 제어하는 유기 박막 증착 방법.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    파우더 형태의 상기 유기 원료 물질 및 상기 불순물 원료 물질을 캐리어 가스를 이용하여 상기 분사부에 공급하는 유기 박막 증착 방법.
  16. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서, 상기 분사부에 상기 유기 원료 물질 및 불순물 원료 물질을 공급하고, 기화시켜 분사하는 단계 전에,
    상기 유기 원료 물질 및 상기 불순물 원료 물질을 혼합하는 단계를 더 포함하는 유기 박막 증착 방법.
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