KR20080028537A

KR20080028537A - 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법

Info

Publication number: KR20080028537A
Application number: KR1020060093921A
Authority: KR
Inventors: 정기택
Original assignee: 주식회사 에이디피엔지니어링
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-01
Also published as: KR101313773B1

Abstract

본 발명은 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 기판에 증착 될 유기물의 기화로 발생되는 공정가스를 공급하는 소스 공급부; 상기 소스 공급부로부터 공급받은 상기 공정가스의 확산공간을 제공하는 확산실과, 상기 기판의 유기물 증착공간을 제공하는 증착 처리실을 포함하는 챔버; 상기 소스 공급부로부터 상기 확산실로 연장되어, 상기 공정가스를 분사 시키는 분사관;및 상기 확산실과 상기 증착 처리실 사이에 위치하며, 상기 확산실로 분사되는 상기 공정가스를 평면 확산시켜 상기 증착 처리실로 공급하는 확산판;을 구비함으로써, 공정가스가 기판의 일측으로 편중되지 않고 전면에 골고루 제공되어, 박막의 두께를 균일하게 증착할 수 있는 효과가 있다.

챔버, 소스 공급부, 확산실, 분사관, 확산판, 증착 처리실

Description

유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법 {Apparatus for vapor deposition of organic and method for deposition using the same }

도 1은 종래의 유기물 증착 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 장치를 나타낸 간략도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 처리부의 일부를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확산실로 분사된 공정가스를 평면 확산시키는 확산판을 구비한 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 관한 것이다.

최근 들어 급속히 정보화 시대로 진입하면서, 언제 어디서나 정보를 접할 수 있도록, 정보를 문자 또는 영상으로 표시하여 눈으로 볼 수 있게 해주는 디스플레이 기술이 더욱 중요시 되고 있다.

이러한 디스플레이 장치의 소비경향을 살펴보면, 기존의 CRT는 부피가 크고, 무거운 단점이 있어서 사용하기 편리한 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel), 유기 EL 디스플레이(organic electroluminescence display device;OLED) 등의 평판 디스플레이의 수요가 급격히 늘어나고 있다.

그러나 LCD는 근본적으로 자체 발광소자가 아닌 별도의 광원을 필요로 하는 수동형 소자이고, 시야각, 응답속도, 대조비 등에서 기술적 한계를 가지며, PDP는 시야각과 응답속도에서 LCD보다 좋은 특성을 가지고 있으나, 크기의 소형화가 어렵고, 소비전력이 크고, 생산 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다.

이에 반해, OLED는 자체 발광형이므로 백라이트가 필요 없고, 소비 전력이 작으며, 응답속도가 10㎲ 이하로 빠르고, 시야각에 문제가 없어 소형에서 대형에 이르기까지의 어떠한 동화상도 실감나게 구현할 수 있다. 또한, 기본구조가 간단하여 제작이 용이하고 궁극적으로 두께 1mm이하의 초박형, 초경량 디스플레이 제작이 가능하며, 더 나아가 디스플레이를 유리 기판 대신에 플라스틱과 같은 유연한 기판 위에 제작하여 더 얇고, 더 가볍고, 깨지지 않는 플렉시블 디스플레이(flexible display)를 개발하는 연구가 진행 중에 있다.

일반적으로 OLED는 양극(ITO), 유기박막, 음극전극의 구조를 가지고 있다. 유기박막층은 단일 물질로 제작할 수 있으나, 일반적으로 정공수송층(hole trancport layer;HTL), 발광층, 전자수송층(electron trancport layer;ETL) 등의 다층으로 구성된다.

이와 같이 다층구조로 구성되는 OLED는 정공수송층으로부터 공급받는 정공 과, 전자수송층으로부터 공급받는 전자가 발광층으로 전달되어 정공-전자로 결합되는 여기자(勵起子)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생되는 에너지에 의해 발광하게 된다.

한편, 다층구조를 갖는 OLED 제조 공정에서의 대표적인 박막증착방법으로는 기상증착(VD;Vapor Deposition)방법을 들 수 있다.

즉, 유기물이 저장된 소스 공급원을 가열하여 유기물로부터 공정가스를 발생시키고, 소스 공급원으로 이송가스를 주입시켜, 공정가스를 증착공정이 이루어지는 챔버 내부로 공급하게 된다.

이러한 박막증착방법은 공정가스의 공급위치에 따라 상향식, 하향식, 측면분사식 등으로 구분될 수 있다. 이 중 측면 분사식은 기판을 챔버 하측에 안착시켜 공정가스를 챔버 내부의 일측에서 분사시켜 기판에 박막을 형성하는 것이다.

이하에서는 종래의 측면 분사식의 유기물 증착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 유기물 증착장치의 일부를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 유기물 증착장치는 유기물의 기화로 제공되는 공정가스를 챔버(미도시)로 제공하기 위해 챔버에 연결되는 연결관(10)과, 연결관(10)으로부터 제공되는 공정가스를 기판(S)으로 분사시키는 분사관(20)을 구비한다.

이러한 분사관(20)은 상하 길이방향으로 챔버 내부 일측에 위치하며, 분사관(20) 내부로 제공되는 공정가스를 기판(S)으로 분사하기 위한 다수개의 분사구(22)가 형성된다.

따라서 분사관(20)은 연결관(10)을 통해 제공되는 공정가스를 기판(S)에 선형(1dimension)으로 분사시키게 된다.

이와 같이 분사관(20)으로부터 선형으로 제공되는 공정가스를 기판(S) 상에 골고루 증착시키기 위해 기판(S)을 안착하고 있는 스테이지(30)에 별도의 장치(미도시)를 두어 스테이지(30)를 회전시키며 유기물 증착을 진행한다.

그러나 스테이지(30)를 회전시키며 유기물 증착을 진행하더라도, 유기물이 스테이지(30)의 회전축이 되는 중앙부에 집중되어 박막 두께의 균일도를 보장하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

또한 스테이지(30)에 별도의 장치를 구비함으로써, 장비의 규모 및 제작비용의 증가로 이어지며, 장비의 유지보수에 번거로운 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 확산실로 분사되는 공정가스를 평면 확산시키는 확산판을 구비하여, 박막 두께의 균일도를 향상시키도록 한 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유기물 증착 장치는 기판에 증착 될 유기물의 기화로 발생되는 공정가스를 공급하는 소스 공급부; 상기 소스 공급부로부터 공급받은 상기 공정가스의 확산공간을 제공하는 확산실과, 상기 기판의 유기물 증착공간을 제공하는 증착 처리실을 포함하는 챔버; 상기 소스 공급부로부터 상기 확산실로 연장되어, 상기 공정가스를 분사시키는 분사관;및 상기 확산실과 상기 증착 처리실 사이에 위치하며, 상기 확산실로 분사되는 상기 공정가스를 평면 확산시켜 상기 증착 처리실로 공급하는 확산판;을 구비한다.

상기 확산판은 다수개의 배출구를 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유기물 증착 방법은 기판에 증착 될 유기물을 기화시켜 공정가스를 발생시키는 단계; 상기 공정가스를 상기 기판이 안착된 챔버 내부로 공급하는 단계; 상기 공정가스를 상기 공정가스의 확산공간인 확산실로 분사시키는 단계;및 상기 확산실로 분사된 상기 공정가스를 평면 확산시켜, 상기 기판의 증착이 수행되는 증착 처리실로 배출시키는 단계;를 포함한다.

상기 확산실과 상기 증착 처리실의 사이에 확산판이 구비되어, 상기 확산실로 분사되는 상기 공정가스를 확산시켜 상기 증착 처리실로 평면 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 장치는 기판(S)에 증착되는 유기물 소스를 기화 시켜 공정가스로 제공하는 소스 공급부(100)와, 기판(S)의 박막증착공정이 수행되는 챔버(250)가 구비된 증착 처리부(200)를 구비한다.

먼저, 소스 공급부(100)는 기판(S)에 증착되는 유기물 소스를 기화시켜 공정가스로 제공하는 소스 공급원(110)와, 공정가스의 이송을 위한 이송가스를 제공하는 이송가스 공급부(130)와, 이송가스의 유량을 조절하는 유량제어기(140)와, 이송가스 공급부(130) 및 소스 공급원(110)과 챔버(250)를 연결하는 연결관(150)과, 유기물 소스를 가열하는 가열기(120)를 구비한다.

소스 공급원(110)은 유기물 소스가 수용되는 내부공간을 갖는 소스용기(112)를 구비한다. 소스용기(112)는 유기물 소스로부터 공정가스를 발생시키기 위해 가열기(120)에 의해 가열된다. 따라서 소스용기(112)는 고온처리에 주로 사용되는 도가니인 것이 바람직하다.

또한, 소스용기(112)의 상단에는 연결관(150)과 연통되는 배출관(116)이 설치된다. 이때, 소스용기(112)의 상부에는 공정가스가 배출관(116)으로 배출될 때에 고체상태의 유기물 또는 기타 불순물을 여과할 수 있도록 필터(114)가 구비될 수 있다.

이때, 가열기(120)는 공정가스가 이동되는 연결관(150)과, 챔버(250)에도 연결되어 가열된 소스용기(112)의 내부온도와 동일하거나, 그 이상의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 이는 기체 상태로 연결관(150)을 따라 이동되는 공정가스가 온도차에 의해 연결관(150) 및 챔버(250)의 내벽에 증착되는 것을 방지하기 위한 것이다.

여기서, 소스용기(112)와, 연결관(150)과, 챔버(250)에 가열기(120)가 연결되어 가열되는 것으로 설명하고 있으나, 또 다른 실시예로 소스용기(112)의 외벽 과, 연결관(150)의 외벽과, 챔버(250)의 외벽을 감싸는 형상의 발열코일(미도시)을 구비하여 각각 열에너지를 제공하도록 실시 될 수 있을 것이다.

한편, 유기물 소스를 가열하여 공정가스가 발생되면, 이송가스 공급부(130)는 공정가스를 챔버(250) 내로 유입 시기키 위해 이송가스를 연결관(150)으로 제공한다. 이때 이송가스 공급부(130)에서 제공되는 이송가스로는 불활성 기체인 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등이 사용될 수 있다.

이와 같이 소스용기(112)의 배출관(116)과 연통된 연결관(150)은 유량제어기(140)를 지나 이송가스 공급부(130)로 연장된다.

여기서, 소스용기(112)의 배출관(116)은 챔버(250)로 연결되는 연결관(150)에 연통되고, 연결관(150)은 이송가스 공급부(130)로 연장되는 것으로 설명하고 있으나, 또 다른 실시예로 연결관(150)을 소스용기(112)의 상단에 직접연결하고, 이송가스를 제공하는 분사관(미도시)을 별도로 마련하여, 분사관을 소스용기(112)에 연결하여 실시할 수 있을 것이다.

한편, 유량제어기(MFC;mass flow controller)(140)는 이송가스 공급부(130)와 소스 공급원(110)의 사이에 위치하여 이송가스의 유입량을 조절한다.

이러한 유량제어기는 이송가스가 지나가는 연결관(150)과 병렬로 대치되는 보조관(미도시)을 연결하여 그 보조관으로도 소량의 이송가스를 지나가게 하고 보조관의 중간 부분을 가열한 후, 이송가스가 지나감에 따라 보조관의 앞뒤 온도의 차이를 측정하여 이송가스의 유량을 측정하여 이송가스의 유량을 제어하는 것이다.

이와 같이 소스 공급부(100)로부터 공정가스를 공급받는 증착 처리부(200)는 기판(S)의 증착공정이 수행되는 내부공간을 제공하는 챔버(250)를 구비한다. 이러한 챔버(250)는 챔버(250) 외부로부터 기판 이송장치(미도시)에 의해 기판(S)이 출입되는 도어(210)와, 챔버(250) 내부로 반입되는 기판(S)이 안착되는 스테이지(220)와, 챔버(250) 내 진공분위기 형성을 위한 진공배기부(230)를 구비한다.

챔버(250) 내부에 구비되는 스테이지(220)는 챔버(250) 내부의 온도를 고온 상태로 유지하며 수행되는 증착공정 중 낙하되는 공정가스가 온도차에 의해 기판(S)에 증착되도록 기판(S)을 냉각시키게 된다. 따라서 스테이지(220)에는 기판(S)과 접하는 스테이지(220) 상단의 온도를 냉각시키도록 냉각수와 같은 냉매가 순환 되는 냉각 파이프(222)가 설치된다.

한편, 챔버(250) 내부의 일측에는 확산판(240)이 구비된다. 이러한 확산판(240)은 챔버(250)내부를 공정가스가 확산되는 공간을 제공하는 확산실(260)과, 확산실(260)과 기밀을 유지하며 기판(S)의 증착공정이 수행되는 증착 처리실(270)로 분할하게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 증착 처리부에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 처리부(200)는 확산판(240)에 의해 증착 처리실(270)과, 확산실(260)로 구분된다.

확산실(260)에는 공정가스를 챔버(250) 내부로 분사시키기 위한 분사관(160) 이 연결관(150)으로부터 연장되어 확산판(240)의 반대측에 설치된다.

이러한 분사관(160)은 확산실(260) 내에 상하 길이방향(y축 방향)으로 설치되며, 분사관(160) 내부로 제공되는 공정가스를 기판(S)으로 분사하기 위한 다수개의 분사구(162)가 형성된다. 따라서 공정가스는 확산실(260) 내에서 확산판(240)으로 선형(1dimension) 제공된다.

여기서 분사관(160)에는 별도의 구동부(미도시)를 두어 분사관(160)을 확산실(260)의 상하 길이방향과 수직 교차되는 방향(z축 방향)으로 구동시켜 공정가스를 고르게 분사시킬 수 있을 것이다.

또한 다른 실시예로 분사관(160)을 확산실(260)의 상하 길이 방향(y축 방향)과 수직 교차되는 방향(z축 방향)으로도 설치하고, 구동부에 의해 상하 길이 방향(y축 방향)으로 구동시켜 공정가스를 고르게 분사시키도록 실시 될 수 있을 것이다.

한편, 확산판(240)은 확산실(260)의 공정가스를 증착 처리실(270)로 배출하기 위한 다수개의 배출구(242)가 형성되어 챔버(250)의 내벽에 고정된다.

여기서 확산판(240)은 챔버(250)의 내벽에 고정되는 것으로 설명하고 있으나, 다른 실시예로 탈착 가능하도록 챔버(250) 내부에 설치되어 장비 관리의 편의를 도모할 수 있을 것이다.

이와 같이 분사관(160)과 확산판(240)은 서로 대향하도록 설치된다. 공정가스가 연결관(150)을 통해 분사관(160)으로 분사되면, 공정가스 중 일부는 배출구(242)를 통과하여 기판(S)으로 제공되며, 나머지 공정가스는 확산판(240)에서 반 사된다.

이때 확산판(240)에서 반사된 공정가스는 확산실(260)의 챔버(250) 내벽과, 확산판(240)에서 반사를 반복하며 확산된다. 따라서 분사관(160)에서 선형으로 분사되는 공정가스는 확산판(240)에 의해 평면(2dimension) 확산되어 증착 처리실(270)로 제공된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 장치는 확산판(240)에 의해 공정가스가 기판(S)에 평면 제공되므로, 기판(S)을 안착하고 있는 스테이지(220)를 회전시키는 구동부(미도시)가 설치되지 않더라도 박막 두께의 균일도를 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 4을 참조하면, 먼저 본 발명의 실시예에 따른 유기물 증착 장치는 챔버(250)의 도어(210)가 개방되어 증착 처리실(270)로 기판 이송장치에 의해 기판(S)이 반입되어 스테이지(220)의 상단에 안착된다.

이와 같이 스테이지(220)에 기판(S)이 안착되면 증착 처리실(270)은 진공배기부(230)에 의해 10^-7 torr 이하의 진공 분위기를 형성한다.

여기서, 진공배기부(230)는 공정가스 및 이송가스가 챔버(250) 내부로 제공되어 챔버(250) 내 압력이 상승하는 것을 방지하기 위해 기판(S)의 증착공정이 수 행되는 동안 계속해서 진공 배기를 수행한다.

다음으로 가열기(120)는 열에너지를 소스용기(112)와, 연결관(150)과, 챔버(250)에 제공한다. 소스용기(112)가 가열됨에 따라 소스용기(112)에 수용된 유기물 소스는 기체상태의 공정가스로 기화된다.(S10)

이송가스 공급부(130)는 소스용기(112)의 공정가스를 챔버(250) 내로 유입시키기 위해 연결관(150)으로 이송가스를 제공한다. 연결관(150)에 이송가스가 제공되면, 유량제어기(140)는 이송가스의 유량을 제어하여 적정량의 이송가스를 진행시킨다.

이와 같이 유량제어기(140)를 통과한 이송가스는 소스용기(112)에 머물고 있는 공정가스를 배출관(116)을 통해 연결관(150)으로 배출시킨다. 따라서 이송가스에 의해 공정가스는 챔버(250) 내부로 공급된다.(S20)

연결관에 의해 챔버(250) 내부로 제공된 공정가스는 분사관(160)에서 확산실(260)로 분사된다.(S30)

확산실(260)로 분사되는 공정가스 중 일부는 확산판(240)의 배출구(242)를 통과해 기판(S)으로 제공되며, 나머지 공정가스는 확산실(260)의 챔버(250) 내벽과, 확산판(240)에서 반사되며 확산되어, 증착 처리실(270)로 평면 배출된다.(S40)

이와 같이 기판(S)으로 평면 제공되는 공정가스는 스테이지(220)에 구비된 냉각 파이프(222)에 의해 냉각 된 기판(S)에 도달하게 되고, 챔버(250) 내부와 기판(S)의 온도차에 의해 기판(S) 표면에 박막을 형성하며 증착된다.

이와 같이 기판(S)에는 유기 EL 디스플레이를 구성하고 있는 한 층을 구성하 는 박막의 증착이 이루어진다.

여기서 상술한 바와 같이 유기 EL 디스플레이는 다층구조로 구성된다. 따라서 유기 EL 디스플레이를 구성하고 있는 R,G,B 화소 및 전극 등의 형성을 위해 유기물 소스의 교체과정을 거치면서, 이상에서 설명한 바와 같은 한 층을 구성하는 박막의 증착과정을 반복하여 유기물 증착공정이 마무리 된다.

이와 같이 증착공정이 마무리 되면, 증착 처리실(270)은 다시 대기압으로 복원되며, 도어(210)가 개방되어 기판 이송장치에 의해 박막증착된 기판(S)이 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유기물 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법은 공정가스가 기판의 일측으로 편중되지 않고 전면적에 골고루 제공되어, 박막의 두께를 균일하게 증착할 수 있는 효과가 있다.

또한, 박막의 두께를 균일하게 증착하기 위해 기판을 안착하고 있는 스테이지를 회전시키기 위한 별도의 장치를 설치할 필요가 없어, 장비의 소규모화 및 제작비용의 감소와, 유지보수에 편의를 제공하는 효과가 있다.

Claims

기판에 증착 될 유기물의 기화로 발생되는 공정가스를 공급하는 소스 공급부;

상기 소스 공급부로부터 공급받은 상기 공정가스의 확산공간을 제공하는 확산실과, 상기 기판의 유기물 증착공간을 제공하는 증착 처리실을 포함하는 챔버;

상기 소스 공급부로부터 상기 확산실로 연장되어, 상기 공정가스를 분사시키는 분사관;

상기 확산실과 상기 증착 처리실 사이에 위치하며, 상기 확산실로 분사되는 상기 공정가스를 평면 확산시켜 상기 증착 처리실로 공급하는 확산판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 증착 장치.
제1 항에 있어서, 상기 확산판은 다수개의 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기물 증착 장치.
기판에 증착 될 유기물을 기화시켜 공정가스를 발생시키는 단계;

상기 공정가스를 상기 기판이 안착된 챔버 내부로 공급하는 단계;

상기 공정가스를 상기 공정가스의 확산공간인 확산실로 분사시키는 단계;

상기 확산실로 분사된 상기 공정가스를 평면 확산시켜, 상기 기판의 증착이 수행되는 증착 처리실로 배출시키는 단계;를 포함하는 유기물 증착 방법.
제3 항에 있어서, 상기 확산실과 상기 증착 처리실의 사이에 확산판이 구비되어, 상기 확산실로 분사되는 상기 공정가스를 확산시켜 상기 증착 처리실로 평면 제공하는 것을 포함하는 유기물 증착 방법.