KR20100087514A - 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, OLED 기판에 박막 트랜지스터 채널 형성용 무기박막, 형광 및 인광재료를 포함하는 각 기능별 유기박막 및 봉지막을 모두 균일하게 증착할 수 있는 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, OLED 패널용 기판이 수납되는 반송챔버와; 상기 반송챔버의 둘레 일측에 연결되어 설치되는 로드락 챔버와; 상기 반송챔버의 둘레에 연결되어 설치되는 무기물 증착을 위한 공정챔버 및 유기물 증착을 위한 공정챔버를 포함하는 구성으로 이루어진 제조장치와, OLED 기판에 박막 트랜지스터 채널 형성용 무기박막, 형광 및 인광재료를 포함하는 각 기능별 유기박막 및 봉지막을 모두 균일하게 증착하는 제조방법을 제공함으로써, 제조 시스템을 일원화할 수 있으며, 이에 따라 작업장(클린 룸)의 면적을 줄여 보다 효율적으로 활용할 수 있게 되는 매우 유용한 효과가 제공된다.
유기 전자 발광 다이오드, OLED, 박막 트랜지스터, 무기박막, 유기박막, 봉지막

Description

유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법{Apparatus and method for manufacturing of OLED}
본 발명은 유기 전기 발광 다이오드(OLED)의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 OLED 패널용 기판에 TFT의 전도 채널용 무기박막, 발광용 유기박막 및 봉지막 증착을 모두 수행할 수 있는 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법에 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 경향을 살펴보면, 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)는 부피가 크고, 무거운 단점이 있어서 점점 그 생산 및 소비가 줄어들고 있는 실정이며, 박막이면서도 조도나 휘도가 뛰어나 화질이 우수한 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기 전기 발광다이오디(Organic Light Emitting Diodes : OLED) 등의 평판 디스플레이 장치의 수요가 급격히 늘어나고 있는 실정이다.
그러나, LCD의 경우, 근본적으로 자체 발광소자가 아닌 별도의 광원을 필요로 하는 수동형 소자이고, 시야각, 응답속도, 대조비 등에서 기술적 한계가 드러나고 있으며, PDP의 경우 시야각과 응답속도에서 LCD보다 좋은 특성을 가지고 있으나, 크기으 소형화가 어렵고, 소비전력이 크며, 생산 단가가 비싸다는 단점을 가지고 있다.
이에 반해, OLED는 자체 발광형이므로 백라이트가 필요 없고, 소비 전력이 작으며, 응답속도가 10㎲ 이하로 빠르며, 시야각에 문제가 없어 소형에서 대형에 이르기까지의 어떠한 동영상도 실감나게 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기본구조가 간단하여 제작이 용이하고 궁극적으로 두께 1mm이하의 초박형, 초경량 디스플레이 제작이 가능하고, 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 활발히 진행되고 있다.
일반적인 OLED는 양극(ITO), 유기박막, 음극전극의 구조를 가지고 있다. 유기박막층은 단일 물질로 제작할 수 있으나, 통상적으로 정공수송층(hole transfer layer : HTL), 발광층, 전자수송층(electron transfer layer : ETL) 등의 다층으로 구성된다.
이와 같이 다층구조로 구성되는 OLED는 정공수송층으로부터 공급받는 정공과, 전자수송층으로부터 공급받는 전자가 발광층으로 전달되어 정공-전자로 결합되 는 여기자(勵起子)를 형성하고 다시 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생되는 에너지에 의해 발광하게 된다.
이러한 OLED의 기판을 제조하기 위해서는 기판 상에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 형성하기 위한 무기물 증착 공정과, 패터닝 공정이 반복적으로 이루어지고 난 후 발광 셀(cell)을 구성하기 위한 유기물 증착이 이루어진 후, 산소와 수분을 차폐하기 위한 봉지(encapsulation)막 증착 공정이 진행된다.
종래의 박막 트랜지스터(TFT)는, 진동챔버 하부에 마련된 탑재대의 상부에 기판을 위치시킨 후, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 또는LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정으로 이루어진다.
반면에, 발광용 유기박막은, 진공챔버의 상부에 마련된 탑재대 하부에 기판을 위치시킨 후, 열 증착 방식으로 성막되어진다.
따라서, 박막 트랜지스터와 발광용 유기 박막이 서로 다른 증착 공정에 의해 이루어지는데, 이와 같이 각 박막이 서로 다른 방식에 의하여 증착되면, OLED용 증착장치를 하나의 증착 시스템으로 구성하지 못하고, 각각 다른 독립 장비에 의해 공정이 진행될 수밖에 없다.
특히, 종래의 PECVD, LPCVD 방식으로 증착된 실리콘은 박막 트랜지스터 채널 형성시 성막한 직후의 상태 즉, as-depo 상태로 제작하는 경우에는 낮은 전자이동도 때문에 문제가 있었고, 레이저 또는 노(爐 : furnace) 가열방식을 이용한 열처리를 할 경우에는 채널 형성층의 불균일한 특성 때문에 패널의 균일한 제어가 난해하였다.
이는, 대형 텔레비전 생산을 목표로 하는 대형화 공정에서 그 문제가 더욱 심각하며, 이로 인해 높은 비용의 추가 공정이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, OLED 기판에 박막 트랜지스터 채널 형성용 무기박막, 형광 및 인광재료를 포함하는 각 기능별 유기박막 및 봉지막을 모두 균일하게 증착할 수 있는 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치는, 유기 전자 발광 다이오드 패널용 기판이 수납되는 반송챔버와; 상기 반송챔버의 둘레 일측에 연결되어 설치되는 로드락 챔버와; 상기 반송챔버의 둘레에 연결되어 설치되는 무기물 증착을 위한 공정챔버 및 유기물 증착을 위한 공정챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버 및 유기물 증착을 위한 공정챔버는, 무기물 및 유기물을 효과적으로 증착시킬 수 있도록 교대로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버는, 외부와 밀폐되어 진공상태로 되는 챔버 본체와; 상기 챔버 본체의 내부 아래쪽에 설치되어 기판이 안치되는 기판 탑재대와; 상기 챔버 본체의 내부 위쪽에 설치되어 기판에 기체상의 무기 화합물을 분사하는 샤워헤드와; 상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 무기 화 합물을 공급하는 무기물 공급부 및; 상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 리간드 제거가스를 공급하는 리간드 제거가스 공급부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 무기물 공급부는, 무기물 보관 탱크와, 상기 무기물 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관을 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 상기 무기물은, Si(CmHn)x(m,n,x)는 정수)의 구조식을 가지는 실리콘 유기화합물을 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리간드 제거가스 공급부는, 리간드 제거가스 보관 탱크와, 상기 리간드 제거가스 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관과, 상기 연결관의 중간 영역에 설치되는 원격 플라즈마 발생장치를 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 상기 리간드 제거 가스는, 수소 라디칼 또는 수소 이온을 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버는, 외부와 밀폐되어 진공상태로 되는 챔버 본체와; 상기 챔버 본체의 내부 아래쪽에 설치되어 기판이 안치되는 기판 탑재대와; 상기 챔버 본체의 내부 위쪽에 설치되어 기판에 기체상의 유기물 전구체 및 퍼징가스를 분사하는 샤워헤드와; 상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 유기물 전구체를 공급하는 유기물 전구체 공급부 및; 상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 퍼징가스를 공급하는 퍼징가스 공급부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 유기물 전구체 공급부는, 2개 이상의 유기물 전구체 보관 탱크와, 상기 유기물 전구체 보관 탱크를 챔버 본체로 연결시키는 연결관을 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 퍼징가스 공급부는, 상기 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 기판에 증착된 유기물 전구체와의 반응으로 유기물 전구체가 목표 유기물이 되도록 하는 퍼징가스를 보관하는 퍼징가스 보관 탱크와, 상기 퍼징가스 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관을 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법은, (a) 유기 전자 발광 다이오드(OLED) 패널용 기판을 로드락 챔버 및 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시키는 단계; (b) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버에서 상기 기판에 무기물을 증착하는 단계; (c) 상기 무기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 유기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시키는 단계 및; (d) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버에서 상기 기판에 유기물을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버와 유기물 증착을 위한 공정챔버에 순차적으로 반입시켜 봉지막을 증착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 무기물 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 무기 화합물을 공급하여 기판에 무기물 을 증착하는 단계; (b-2) 상기 공정챔버의 본체에 마련되는 진공 펌프를 가동하여 남은 기체상의 무기 화합물을 외부로 배출시키는 단계; (b-3) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 리간드 제거가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 리간드 제거가스를 공급하여 무기 화합물의 실리콘 원자와 결합되어 있는 유기화합물을 제거함으로써, 원자층 단위의 실리콘 박막이 기판 상에 증착되도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 (b-3) 단계 후에, 상기 공정챔버 내부의 유기화합물 기체를 제거하기 위한 펌핑 또는 퍼징 작업을 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, (d-1) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 유기물 전구체 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 제 1유기물 전구체를 공급하여 기판에 증착하는 단계; (d-2) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 퍼징가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체가 특정한 유기물로 전환되도록 하는 단계; (d-3) 상기 유기물 전구체 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 제 2유기물 전구체를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체와 결합되도록 하는 단계 및; (d-4) 상기 퍼징가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체와 제 2유기물 전구체가 반응하여 목표하는 유기물로 전환되어 기판 상에 증착되도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 봉지막을 증착하는 단계는, 상기 유기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시켜 SiNx 박막을 형성하는 증착과 정; 상기 기판을 다시 반송챔버를 통해 유기물 증착을 위한 공정챔버에 반입시켜 파릴렌 박막을 형성시키는 증착과정을 반복하여 봉지막을 증착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치 및 제조방법에 의하면, OLED 기판에 박막 트랜지스터 채널 형성용 무기박막, 형광 및 인광재료를 포함하는 각 기능별 유기박막 및 봉지막을 모두 하나의 제조장치로서 균일하게 증착할 수 있음으로써, 제조 시스템을 일원화할 수 있으며, 이에 따라 작업장(클린 룸)의 면적을 줄여 보다 효율적으로 활용할 수 있게 되는 매우 유용한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 구성을 개략적으로 도시한 평단면도이고, 도 2은 도 1의 공정챔버 중, 유기물 증착을 위한 공정챔버의 단면구성도이며, 도 3은 도 1의 공정챔버 중, 무기물 증착을 위한 공정챔버의 단면구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전기 발광 다이오드(이하, OLED라 함)의 제조장치(10)는, 중앙에 반송챔버(20)가 마련되고, 이 반송챔버(20)와 수납이 이루어지도록 그 둘레에 로드락 챔버(30)와 복수의 공정챔버(100,200)가 클러스터 타입(cluster type)으로 배치되어 구성된다.
상기 반송챔버(20)는 그 둘레에 결합되어 마련되는 로드락 챔버(30)와 각 공정챔버(100,200)에 기판(S)을 반입,반출하는 기능을 담당하는 것으로서, 기판(S)을 반송하기 위한 반송기구(22)가 마련된다.
여기서, 반송기구(22)는 기판(S)의 수평위치 및 수직위치를 변화시켜 반송할 수 있는 반송 로봇이 적용되는데, 이와 같은 반송 로봇은 당 기술 분야에서 널리 알려진 기술이므로 본 발명에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 로드락 챔버(30)는 OLED 제조장치(10)가 외부와 연통되는 통로 역할을 수행한다. 즉, 로드락 챔버(30)는 반송챔버(20) 내로 공정이 진행될 새로운 기판을 반입시키거나, 처리가 완료된 기판을 반송챔버(20)로부터 반출하는 중간 통로의 역할을 수행하는 것이다.
반송챔버(20) 내부는 항상 진공 상태로 유지되므로 대기압 상태의 외부와 직접 연결될 수 없기 때문에, 상기 로드락 챔버(30)라는 완충 요소를 이용하여 능률적으로 외부와 연통되도록 하는 것이며, 로드락 챔버(30)는 그 내부를 진공 분위기와 대기압 분위기로 수시 변화시키면서 외부 및 반송챔버(20)와 연통된다.
다음에, 공정챔버(100,200)는 반송챔버(20)의 외주 둘레에 결합되어 마련되는 것으로서, 기판(S)에 특정한 물질을 증착시키는 역할을 수행한다.
본 발명의 실시 예에서는 적어도 2개 이상의 공정챔버(100,200)를 배치시키 되, 상기 공정챔버 중, 적어도 하나는 기판(S)에 무기물을 증착하는 공정챔버(100)이며, 적어도 다른 하나는 기판(S)에 유기물을 증착하는 공정챔버(200)를 구비한다.
따라서, 본 발명에 따른 OLED 제조장치(10)는, 무기물뿐만 아니라 유기물도 증착할 수 있는 장점이 있으며, 이 경우 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)와, 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)는 무기물 및 유기물을 효과적으로 증착시킬 수 있도록 교대로 배치되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)는, 챔버 본체(110)와, 무기물 공급부(140) 및 리간드(ligand) 제거가스 공급부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버 본체(110)는 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)의 본체를 이루는 것으로서, 그 내부를 진공분위기로 만들 수 있는 밀폐구조로 구성된다. 따라서 반송챔버(20)와의 결합부위에는 본체 내부를 밀폐시킬 수 있도록 게이트 밸브(112)가 구비된다.
그리고, 상기 챔버 본체(110)에는 그 내부의 기체를 흡입하여 제거할 수 있는 진공펌프(미도시됨)가 마련되고, 그 내부 하측에는 기판 탑재대(120)가 마련된다.
상기 기판 탑재대(120)는 챔버 본체(110) 내에 반입된 기판(S)을 탑재시키는 것으로서, 그 상부면에 기판(S)을 탑재한 상태로 무기물 증착 공정이 진행되도록 하는 기능을 수행한다.
참고로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 기판 탑재대(120)에 온도 조절부(122)가 더 마련되는 것이 바람직한데, 이 온도 조절부(122)는 기판 탑재대(120)에 탑재된 기판(S)의 온도를 조절하되, 기판(S)의 온도는 기판(S)에 무기물이 가장 효율적으로 증착될 수 있는 온도로 유지되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 OLED 제조장치(10)에 적용되는 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)에는, 챔버 본체(110)의 외부에 마련되어 챔버 본체(110) 내부로 기체상의 무기 화합물을 공급하는 무기물 공급부(140)가 마련된다.
상기 무기물 공급부(140)는, 무기물 보관 탱크(142)와, 이 무기물 보관 탱크(142)를 챔버 본체(110)와 연결시키는 연결관(144)을 포함하여 구성된다.
따라서, 무기물 보관 탱크(142)에 보관되어 있는 무기 화합물이 기화되어 연결관(144)에 의해 적절한 양이 챔버 본체(110)로 공급되는데, 상기 챔버 본체(110)의 내부 상부에 설치되는 샤워헤드(130)에 의해 무기물 공급부(140)로부터 공급되는 기상의 무기 화합물이 챔버 본체(110) 내부로 균일하게 분사된다.
한편, 본 발명에 따른 OLED 제조장치(10)에 적용되는 무기물 증착을 위한 공정챔버에는 리간드 제거가스 공급부(150)도 마련되는데, 상기 리간드 제거가스 공급부(150)는 챔버 본체(110) 내부로 리간드 제거가스를 공급하는 것으로서, 리간드 제거가스 보관 탱크(152)와, 이 리간드 제거가스 보관 탱크(152)를 챔버 본체(110)와 연결시키는 연결관(154) 및 상기 연결관(154)의 중간 영역에 설치되는 원격 플라즈마 발생장치(156)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 리간드 제거가스 보관 탱크(152)는 리간드 제거가스를 보관하 는 용기이며, 연결관(154)은 리간드 제거가스 보관 탱크(152)와 챔버 본체(110)를 연결하는 관로이며, 원격 플라즈마 발생장치(156)는 연결관(154)의 중간 영역에 마련되어 이 연결관(154)을 통과하는 리간드 제거가스를 활성화시키는 역할을 수행하는 것이다.
본 발명에 적용되는 기상 무기 화합물은 기판(S)에 증착될 수 있는 기체상이며, 리간드 제거가스는 기판(S)에 증착된 무기물과 반응하여 무기물에 결합되어 있는 유기 화합물 리간드를 제거하는 역할을 하는 반응가스이다.
여기서, 무기 화합물로는 Si(CmHn)x(m,n,x)는 정수)의 구조식을 가지는 실리콘 유기화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 리간드 제거가스로는 수소 라디칼(radical) 또는 수소 이온을 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 SiR4(R은 (CmHn)x의 구조식을 가지는 유기화합물)가 무기물 공급부(140)를 통해 챔버 본체(110) 내로 공급되어 기판 탑재대(120)에 탑재되어 있는 기판(S)에 증착되는 과정은 도 5a 내지 도 5c와 같다.
즉, 무기물 공급부(140)를 통해 SiR4의 무기 화합물이 공급되어 기판(S)에 증착되면, 실리콘 원자가 기판(S)에 증착되고 유기물 리간드(R)들은 도 5b에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 향하게 된다.
이와 같이 실리콘 화합물이 기판(S)에 증착되면, 리간드 제거가스 공급부(150)를 통해 챔버 본체(110) 내부로 리간드 제거가스를 공급하여 실리콘에 결합되어 있는 유기 화합물(R)을 제거하면 된다.
참고로, 본 발명의 실시 예에서는 리간드 제거가스로 수소가스를 사용한다. 이때 리간드 제거가스는 반응성이 강한 상태이어야 하므로, 리간드 제거가스 보관 탱크(152)와 챔버 본체(110)를 연결하는 연결관(154)을 통과하는 수소가스가 상기 원격 플라즈마 발생장치(156)를 통과하면서 반응성이 강한 수소 라디칼 또는 수소이온으로 분해되어 챔버 본체(110)로 공급된다.
이상에서 설명한 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)의 상세한 공정방법에 대해서는 후에 상술하기로 한다.
한편, 도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)는, 챔버 본체(210)와, 유기물 전구체 공급부(240) 및 퍼징가스 공급부(250)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버 본체(210)는 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)의 본체를 이루는 것으로서, 그 내부를 진공분위기로 만들 수 있는 밀폐구조로 구성된다. 따라서 반송챔버(20)와의 결합부위에는 본체 내부를 밀폐시킬 수 있도록 게이트 밸브(212)가 구비되며, 그 내부 하측에는 기판 탑재대(220)가 마련된다.
상기 기판 탑재대(220)는 챔버 본체(210) 내에 반입된 기판(S)을 탑재시키는 것으로서, 그 상부면에 기판(S)을 탑재한 상태로 유기물 증착 공정이 진행되도록 하는 기능을 수행한다.
참고로, 상기 기판 탑재대(220)에도 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)의 기판 탑재대(120)와 마찬가지로 온도 조절부(222)가 더 마련되는 것이 바람직한데, 이 온도 조절부(222)는 기판 탑재대(220)에 탑재된 기판(S)의 온도를 조절하되, 기판(S)의 온도는 기판(S)에 유기물이 가장 효율적으로 증착될 수 있는 온도로 유지되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 OLED 제조장치(10)에 적용되는 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)에는, 챔버 본체(210)의 외부에 마련되어 챔버 본체(210) 내부로 유기물 전구체를 공급하는 유기물 전구체 공급부(240)가 마련된다.
상기 유기물 전구체 공급부(240)는, 2개 이상의 유기물 전구체 보관 탱크(242)와, 이들 유기물 전구체 보관 탱크(242)를 챔버 본체(210)로 연결시키는 연결관(244)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 유기물 전구체 보관 탱크(242)를 2개 이상 구성하는 이유는, 유기물 전구체 공급부(240)가 기판(S)에 증착될 최종 목표 유기물을 그대로 공급하는 것이 아니라, 2개 이상의 적절한 전구체 형태로 나누어서 각각 공급하여 증착시킨 후 결합시켜서 목표 유기물이 최종적으로 기판(S)에 증착되도록 하기 위함이다.
따라서, 유기물 전구체 보관 탱크(242)들에 보관되어 있는 각 유기물 전구체는 기체상으로 연결관(244)에 의해 적절한 양이 챔버 본체(210)로 공급되는데, 상기 챔버 본체(210)의 내부 상부에 설치되는 샤워헤드(230)에 의해 유기물 전구체 공급부(240)로부터 공급되는 기체상의 유기물 전구체가 챔버 본체(210) 내부로 균일하게 분사된다.
한편, 상기 OLED 제조장치(10)에 적용되는 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)에는, 퍼징가스 공급부(250)도 마련되는데, 이 퍼징가스 공급부(250)는 챔 버 본체(210) 내부로 퍼징가스를 공급하여 기판(S)에 증착된 유기물 전구체와 반응하여 유기물 전구체가 목표 유기물이 되도록 하는 것으로서, 퍼징가스를 보관하는 퍼징가스 보관 탱크(252)와, 이 퍼징가스 보관 탱크(252)를 챔버 본체(210)와 연결시키는 연결관(254)을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 OLED 제조장치(10)를 이용하여 OLED를 제조하는 공정방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.
제 1공정(준비공정 및 무기물 증착 공정)
먼저, OLED 패널용 기판(S)을 로드락 챔버(30)를 통해 반송챔버(20) 내부로 인입시킴과 동시에, 반송챔버(20)에서는 반송기구(22)에 의해 무기물 증착을 위한 공정챔버(100) 내부로 기판(S)을 반입시킨 후, 기판(S)이 무기물 증착을 위한 공정챔버(100) 내의 기판 탑재대(120)에 탑재되면 상기 공정챔버(100)와 반송챔버(20)를 연결하는 게이트 밸브(112)를 닫는 준비공정을 수행한다.
이와 같은 준비공정이 마무리되면, 무기물 증착 공정을 수행하면 되는데, 이때 기판 탑재대(120)에 탑재된 기판(S)은 무기물이 증착되기에 적합한 온도로 유지되도록 조절한다.
무기물 공급부(140)를 통해 SiR4의 무기 화합물이 공급되어 실리콘 원자가 기판(S)에 증착됨과 더불어 실리콘 화합물이 기판(S)에 증착되면, 챔버 본체(110)에 마련된 진공펌프를 가동시켜서 남은 무기물 기체를 배출시키고, 리간드 제거가 스 공급부(150)를 통해 챔버 본체(110) 내부로 리간드 제거가스를 공급하여 실리콘 원자에 결합되어 있는 유기 화합물(R)을 제거함으로써, 원자층 단위의 실리콘 박막 즉, 박막 트랜지스터(TFT)를 기판(S) 상에 증착 배향하는 무기물 증착 공정을 수행한다.
상기와 같이 무기물 증착 공정이 마무리되면, 마무리 작업으로 챔버 본체(110) 내부의 유기화합물 기체를 제거하기 위한 펌핑 또는 퍼징 작업을 수행하면 된다.
제 2공정(유기물 증착 공정)
상기와 같이 무기물 증착 공정이 마무리된 기판은 다시 반송챔버(20)로 반입되고, 반송챔버(20)는 다시 반송기구(22)에 의해 상기 기판(S)을 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)로 반입시킨 후, 게이트 밸브(212)를 차폐하여 상기 공정챔버(200)가 밀폐된 공간이 되도록 한다.
이 상태에서 유기물 증착 공정을 수행하면 되는데, 이때 기판 탑재대(220)에 탑재된 기판(S)은 유기물이 증착되기에 적합한 온도로 유지되도록 조절한다.
유기물 전구체 공급부(240) 즉, 2개 이상의 각 유기물 전구체 보관 탱크(242) 중, 어느 하나의 유기물 전구체 보관 탱크를 통해 제 1유기물 전구체(A′)가 연결관(244)을 통해 챔버 본체(210) 내로 공급되어 기판(S)에 증착되면, 퍼징가스 공급부(250) 즉, 퍼징가스 보관 탱크(252)에 보관된 퍼징가스가 연결관(254)을 통해 챔버 본체(210) 내로 공급되어 상기 제 2유기물 전구체(A′)를 특정 유기 물(A)로 전환시키게 된다.(도 6a 및 도 6b 참조)
또한, 다른 하나의 유기물 전구체 보관 탱크를 통해 제 2유기물 전구체(B′)가 연결관(244)을 통해 챔버 본체(210) 내로 공급되어 상기 유기물(A)과 결합되면, 퍼징가스 공급부(250) 즉, 퍼징가스 보관 탱크(252)에 보관된 퍼징가스가 연결관(254)을 통해 챔버 본체(210) 내로 공급되어 상기 제 2유기물 전구체(B′)를 특정 유기물(B)로 전환시켜서 목표 유기물(AB)이 기판 상에 증착되는 유기물 증착 공정을 수행한다.
예컨대, OLED 유기물의 대표적인 재료 중의 하나인 Alq3의 유기물 전구체로서 TMA(trimethylaluminum)를 사용하여 기판에 증착시킨 후, 기판을 250℃로 유지하면서 챔버 내부에 퍼징가스를 공급하여
Figure 112009005197779-PAT00001
와 같이, 적절한 라디칼 R1과 결합된 quinoline 유도체를 제2의 전구체로 챔버 본체 내부에 공급하여 상기 TMA와 반응을 유도하면, Alq3가 기판상에서 증착과 합성이 동시에 이루어지게 된다.
제 3공정(봉지막 증착 공정)
상기와 같이 유기물 증착 공정이 마무리된 기판(S)은 반송챔버(20)에 의해 다시 무기물 증착을 위한 공정챔버(100)로 반입시키고 나서, SiR4를 챔버 본체(110)로 공급하여 증착시킨 후, 소소 라디칼이나 수소이온을 챔버 본체(110) 내부로 공급하여 실리콘 원자와 결합되어 있는 유기화합물을 제거한 다음, 기판 상에 원자층 단위의 실리콘 박막이 증착되도록 하고, 챔버 본체 내에 질소가스를 공급하여 SiNx 박막을 형성시킨다.
다음에, 상기 기판(S)을 유기물 증착을 위한 공정챔버(200)로 다시 옮겨와서 다이머 형태의 파릴렌(parylene)을 690℃까지 승온시켜 모노머 구조로 변환한 후, 변환된 파릴렌 유기소스를 기판으로 이송시키며 파릴렌 박막을 형성시킨다.
이와 같은 SiNx 박막과, 파릴렌 박막의 증착 과정을 반복하여 봉지막 증착(encapsulation layer)을 완성시키는 봉지막 증착 공정을 수행한다.
따라서, 본 발명에 따른 OLED 제조장치(10)를 이용하여 무기물, 유기물 및 봉지막을 증착시켜서 OLED 패널의 제조가 이루어지게 되는데, 필요하다면 상기와 같은 공정을 반복하여 OLED 패널을 제조할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 전기 발광 다이오드의 제조장치 구성을 개략적으로 도시한 평단면도.
도 2은 도 1의 공정챔버 중, 무기물 증착을 위한 공정챔버의 단면구성도.
도 3은 도 1의 공정챔버 중, 유기물 증착을 위한 공정챔버의 단면구성도.
도 4a 내지 도 4c는 무기물 증착을 위한 공정챔버에 의해 기판에 무기물이 증착되는 과정을 순차적으로 도시한 개념도.
도 5a 내지 도 5d는 유기물 증착을 위한 공정챔버에 의해 기판에 유기물이 증착되는 과정을 순차적으로 도시한 개념도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 유기 전자 발광 다이오드 제조장치 20 : 반송챔버
100 : 무기물 증착을 위한 공정챔버 110 : 챔버 본체
120 : 기판 탑재대 130 : 샤워헤드
140 : 무기물 공급부 142 : 무기물 보관 탱크
144 : 연결관 150 : 리간드 제거가스 공급부
152 : 리간드 제거가스 보관 탱크 154 : 연결관
156 : 원격 플라즈마 발생장치 S : 기판
200 : 유기물 증착을 위한 공정챔버 210 : 챔버 본체
220 : 기판 탑재대 230 : 샤워헤드
240 : 유기물 전구체 공급부 242 : 유기물 전구체 보관 탱크
244 : 연결관 250 : 퍼징가스 공급부
252 : 퍼징가스 보관 탱크 254 : 연결관

Claims (16)

  1. 유기 전자 발광 다이오드(OLED) 패널용 기판이 수납되는 반송챔버와;
    상기 반송챔버의 둘레 일측에 연결되어 설치되는 로드락 챔버와;
    상기 반송챔버의 둘레에 연결되어 설치되는 무기물 증착을 위한 공정챔버 및 유기물 증착을 위한 공정챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물 증착을 위한 공정챔버 및 유기물 증착을 위한 공정챔버는, 무기물 및 유기물을 효과적으로 증착시킬 수 있도록 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물 증착을 위한 공정챔버는,
    외부와 밀폐되어 진공상태로 되는 챔버 본체와;
    상기 챔버 본체의 내부 아래쪽에 설치되어 기판이 안치되는 기판 탑재대와;
    상기 챔버 본체의 내부 위쪽에 설치되어 기판에 기체상의 무기 화합물을 분 사하는 샤워헤드와;
    상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 무기 화합물을 공급하는 무기물 공급부 및;
    상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 리간드 제거가스를 공급하는 리간드 제거가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무기물 공급부는,
    무기물 보관 탱크와, 상기 무기물 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 무기물은, Si(CmHn)x(m,n,x)는 정수)의 구조식을 가지는 실리콘 유기화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 리간드 제거가스 공급부는,
    리간드 제거가스 보관 탱크와, 상기 리간드 제거가스 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관과, 상기 연결관의 중간 영역에 설치되는 원격 플라즈마 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  7. 제 3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 리간드 제거 가스는, 수소 라디칼 또는 수소 이온인 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물 증착을 위한 공정챔버는,
    외부와 밀폐되어 진공상태로 되는 챔버 본체와;
    상기 챔버 본체의 내부 아래쪽에 설치되어 기판이 안치되는 기판 탑재대와;
    상기 챔버 본체의 내부 위쪽에 설치되어 기판에 기체상의 유기물 전구체 및 퍼징가스를 분사하는 샤워헤드와;
    상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 유기물 전구체를 공급하는 유기물 전구체 공급부 및;
    상기 챔버 본체의 외부에 마련되어 상기 샤워헤드로 퍼징가스를 공급하는 퍼징가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유기물 전구체 공급부는,
    2개 이상의 유기물 전구체 보관 탱크와, 상기 유기물 전구체 보관 탱크를 챔버 본체로 연결시키는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 기판에 증착된 유기물 전구체와의 반응으로 유기물 전구체가 목표 유기물이 되도록 하는 퍼징가스를 보관하는 퍼징가스 보관 탱크와, 상기 퍼징가스 보관 탱크를 챔버 본체와 연결시키는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조장치.
  11. 유기 전자 발광 다이오드를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 유기 전자 발광 다이오드(OLED) 패널용 기판을 로드락 챔버 및 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시키는 단계;
    (b) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버에서 상기 기판에 무기물을 증착하는 단계;
    (c) 상기 무기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 유기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시키는 단계 및;
    (d) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버에서 상기 기판에 유기물을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 유기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버와 유기물 증착을 위한 공정챔버에 순차적으로 반입시켜 봉지막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 무기물 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 무기 화합물을 공급하여 기판에 무기물을 증착하는 단 계;
    (b-2) 상기 공정챔버의 본체에 마련되는 진공 펌프를 가동하여 남은 기체상의 무기 화합물을 외부로 배출시키는 단계;
    (b-3) 상기 무기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 리간드 제거가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 리간드 제거가스를 공급하여 무기 화합물의 실리콘 원자와 결합되어 있는 유기화합물을 제거함으로써, 원자층 단위의 실리콘 박막이 기판 상에 증착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 (b-3) 단계 후에,
    상기 공정챔버 내부의 유기화합물 기체를 제거하기 위한 펌핑 또는 퍼징 작업을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 유기물 전구체 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 제 1유기물 전구체를 공급하여 기판에 증착하는 단계;
    (d-2) 상기 유기물 증착을 위한 공정챔버의 외부에 마련되는 퍼징가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체가 특정한 유기물로 전환되도록 하는 단계;
    (d-3) 상기 유기물 전구체 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 제 2유기물 전구체를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체와 결합되도록 하는 단계 및;
    (d-4) 상기 퍼징가스 공급부를 통해 챔버 본체 내부로 퍼징가스를 공급하여 상기 제 1유기물 전구체와 제 2유기물 전구체가 반응하여 목표하는 유기물로 전환되어 기판 상에 증착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 봉지막을 증착하는 단계는,
    상기 유기물이 증착된 기판을 반송챔버를 통해 무기물 증착을 위한 공정챔버로 반입시켜 SiNx 박막을 형성하는 증착과정;
    상기 기판을 다시 반송챔버를 통해 유기물 증착을 위한 공정챔버에 반입시켜 파릴렌 박막을 형성시키는 증착과정을 반복하여 봉지막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전자 발광 다이오드의 제조방법.
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