KR20120139387A - 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판상에 유기박막을 형성할 시에 FMM(fine metal mask)를 이용하지 않고, 대전된 증기를 이용한 박막 증착 장치 및 박막 증착 방법에 관한 것으로 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버와 진공 챔버 내에 배치되어 있고 적어도 일부에 전기가 인가된 기판과 증착 물질을 수용하고 적어도 어느 한 부분이 개구되어 증기를 토출시키는 토출구를 구비한 용기부와 용기부에 대응되도록 배치되어 용기부의 적어도 일부를 가열하는 제1 가열부와 토출구에 연결된 제1 개구 및 증기가 배출되는 제2 개구를 갖고 제1 개구의 중심으로부터 관의 중심선을 따라 제2 개구의 중심까지를 연결하는 선의 길이가 제1 개구와 제2 개구의 중심을 연결한 직선의 길이보다 길고 표면에 정전기가 인가되어 있는 증기 배출관을 포함하는 박막 증착 장치와 이를 이용한 박막 증착 방법을 제공한다.

Description

박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법{Apparatus and method for thin layer deposition}
본 발명은 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전된 증기를 이용한 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이며, 시야각이 넓고 콘트라스트(contrast)가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점으로 인해 차세대 디스플레이 장치로서 주목받고 있다.
유기 발광 표시 장치에서 고효율 발광을 얻기 위해서 각각의 전극과 발광층 사이에 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 수송층 및 정공 주입층 등의 중간층을 선택적으로 추가 삽입해서 사용하고 있다.
유기 발광 표시 장치의 기판상에 발광층 등의 유기박막을 형성하는 일반적인 방법으로 증착법이 있다.
증착법의 경우, 일반적으로 FMM(fine metal mask)를 이용하여 미세 패턴의 유기박막을 증착한다. 그러나 FMM을 이용한 증착은 마스크의 변형 등에 의해 고정세의 미세패턴을 형성하기 어렵고, 섀도우(shadow) 현상이 생기며, 대면적 표시장치에 적용하기 어려운 문제가 있다. 또한, 기판과 각 R, G, B별 마스크의 얼라인(align) 문제가 발생하며, 마스크에 의해 화소정의막이 손상을 받게 되는 문제가 있다.
본 발명은 기판상에 유기박막을 형성할 시에 FMM(fine metal mask)를 이용하지 않고, 대전된 유기물 증기를 기판상에 증착하는 박막 증착 장치와 이를 이용한 박막 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버와, 진공 챔버 내에 배치되어 있고 적어도 일부에 전기가 인가된 기판과, 증착 물질을 수용하고 적어도 어느 한 부분이 개구되어 증기를 토출시키는 토출구를 구비한 용기부와, 용기부에 대응되도록 배치되어 용기부의 적어도 일부를 가열하는 제1 가열부와, 토출구에 연결된 제1 개구 및 증기가 배출되는 제2 개구를 갖고 제1 개구의 중심으로부터 관의 중심선을 따라 제2 개구의 중심까지를 연결하는 선의 길이가 제1 개구와 제2 개구의 중심을 연결한 직선의 길이보다 길고 표면에 정전기가 인가되어 있는 증기 배출관을 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 증기 배출관은 금속일 수 있다.
본 발명에 있어서, 용기부와 증기 배출관은 일체로 되어 있을 수 있다.
본 발명에 있어서, 용기부와 증기 배출관과 제1 가열부를 내부에 포함하는 방열판을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증기 배출관에 대응되도록 배치되어 증기 배출관의 적어도 일부를 가열하는 제2 가열부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증기 배출관은 나선상 구조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 증기 배출관은 지그재그 형태일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 의하면, 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버 내에 기판을 배치하는 단계와, 기판의 적어도 일부에 전기가 인가되는 단계와, 증착 물질을 기화시켜 증기를 형성하는 단계와, 증기를 정전기가 인가되고 있는 공간을 통과시키되 증기가 정전기가 인가되고 있는 공간을 직선 경로로 통과하는 경우보다 긴 경로를 통해 통과하도록 하여 증기를 대전시키는 단계와, 대전된 증기가 전기가 인가된 기판에 증착되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 증기를 대전시키는 단계는 증기가 정전기가 인가된 공간을 나선상으로 통과하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증기를 대전시키는 단계는 증기가 정전기가 인가된 공간을 지그재그로 통과하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 정전기가 인가된 공간을 통과하는 증기를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증기가 정전기가 인가된 공간에서 추가로 대전되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법은, FMM(fine metal mask)를 사용하지 않고, 대전된 유기물 증기를 기판상에 효과적으로 증착시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치의 증착원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 증기 배출관에서 증기가 대전되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 박막 증착 장치의 증착원의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 증착원을 구비한 박막 증착 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5은 증착 물질이 증착되고 있는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 증기 배출관(50)에서 증기가 대전되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치의 증착원(100)은, 증착 물질(31)을 수납하는 용기부(30)와, 상기 용기부(30)를 가열하여 증착 물질(31)을 증발시키는 제1 가열부(41)와, 증발된 증기를 대전시킬 수 있도록 표면에 정전기가 인가되어 있는 증기 배출관(50)과, 상기 증기 배출관(50)을 가열하는 제2 가열부(42)와, 방열판(70)을 포함한다.
상기 용기부(30)는 증착 물질(31)을 수납하고 있으며, 증착 물질(31)의 가열이 용이하게 이루어지도록 금속 또는 세라믹 재질을 사용할 수 있다. 상기 용기부(30)는 일단, 예컨대 도 1에서 볼 때 상단부에 증기가 토출될 수 있는 토출구(32)를 구비한다.
상기 제1 가열부(41)는, 상기 증착 물질(31)을 저항 가열 등의 방식으로 가열하여 기화시키기 위한 것으로, 용기부(30)와 대응되도록 위치한다. 제1 가열부(41)는 히터 코일일 수 있으며 용기부(30)의 일부에 배치되어 용기부(30)의 일부를 가열할 수도 있고, 용기부(30) 전체를 감싸고 있을 수도 있다. 상기 제1 가열부(41)는 상기 용기부(30)의 외측에 구비되거나, 용기부(30)에 내장될 수 있다.
기화된 증기는 토출구(32)를 통해 배출된다.
상기 증기 배출관(50)은 양단에 제1 개구(51) 및 제2 개구(52)를 갖는다. 상기 제1 개구(51)는 용기부(30)의 토출구(32)와 연결되어 있고, 상기 제2 개구(52)는 상기 증착원(100)의 외부를 향해 개구되어 증기를 배출시킨다.
본 발명의 일 실시예에 관한 증착원(100)의 상기 증기 배출관(50)은 증기가 지나가도록 제1 개구(51)와 제2 개구(52)를 연결하는 관의 형태로 되어 있으며, 표면에 정전기가 인가되도록 구비될 수 있다.
상기 증기 배출관(50)의 표면에 정전기를 인가시키기 위해 가변 전원(61)과 저항(62)을 상기 증기 배출관(50)에 전기적으로 연결한다. 상기 가변 전원(61)을 이용함으로써, 정전기 인가 정도를 조절할 수 있다. 또한 정전기가 인가될 수 있도록 증기 배출관(50)은 금속 재질을 사용한다.
상기 증착 물질(31)이 기화된 증기는 상기 증기 배출관(50)을 통과하면서 증기 배출관(50) 표면에 인가된 정전기에 의해 대전된다. 도 1의 실시예에서는 증기가 양전하로 대전된 경우를 예시하고 있지만 증기 배출관(50) 표면에 음전하가 인가되어 있으면 음전하로 대전된다.
이때, 상기 제1 개구(51)의 중심으로부터 상기 증기 배출관(50)의 중심선을 따라 상기 제2 개구(52)의 중심까지를 연결하는 선(53)의 길이(L)와 상기 제1 개구(51)와 제2 개구(52)의 중심을 연결한 직선(54)의 길이(d)는 하기 수학식1을 만족하도록 할 수 있다.
[수학식 1]
L>d
이 경우, 상기 증기 배출관(50)은 곡선 형태로 되어 있으므로, 증기는 직선 경로보다 긴 경로를 통과하면서 보다 확실히 대전될 수 있다. 또한, 대전되지 않은 증기 입자가 수직 상향 이동하여 제2 개구(52)를 통해 바로 외부로 배출되지 않도록 할 수 있어, 증기 입자의 대전율을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 증기 배출관(50)을 통과하는 증기는, 대전된 증기(59)와 대전되지 않은 증기(57)가 공존하고 있는 상태가 된다.
상기 대전된 증기(59)는 증기 배출관(50)의 표면에 정전기가 인가되어 있으므로 증기 배출관(50)에 부착하지 않고, 브라운 운동을 하면서 이동한다. 그러나 대전되지 않은 증기(57)는 증기 배출관(50)의 표면에 가까이 접근할 수 있으므로 증기 배출관(50)에 인가된 정전기에 의해 추가적으로 대전되게 된다.
따라서 직선 경로보다 길게 형성된 증기 배출관(50)을 통과하여 증기가 이동하면서 증기는 대전되고, 대전되지 않은 증기는 추가적으로 대전됨으로써 증기의 대전율을 높인다.
이러한 증기 배출관(50)의 구조는 반드시 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 관한 증착원(100)은, 상기 증기 배출관(50)과 대응하도록 배치되어 상기 증기 배출관(50)을 가열하는 제2 가열부(42)를 더 구비할 수 있다. 상기 제2 가열부(42)는 히터 코일일 수 있으며 상기 증기 배출관(50)의 일부에 배치되어 상기 증기 배출관(50)의 일부를 가열할 수도 있고, 상기 증기 배출관(50) 전체를 감싸고 있을 수도 있다.
상기 제2 가열부(42)는, 상기 증기 배출관(50)을 가열함으로써 증기의 운동을 활발하게 하고, 또 증기가 증기 배출관(50)의 표면에 부착하지 않도록 하여, 증기의 배출을 용이하게 한다.
상기 제2 가열부(42)는 상기 제1 가열부(41)와 연결되어 일체로 구비될 수 있다. 상기 제1 가열부(41) 및 제2 가열부(42)는, 상기 용기부(30)와 증기 배출관(50)의 온도를 증착 물질에 따라 200~400℃로 유지하도록 할 수 있다.
상기 방열판(70)은 용기부(30), 증기 배출관(50), 제1 가열부(41)와 제2 가열부(42)를 내부에 포함한다. 상기 방열판(70)에 의해 방열판(70) 내부의 온도가 증착원(100) 외부에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 또 방열판(70) 내부의 온도가 일정하게 유지되고, 외부의 영향을 차단할 수 있다. 상기 방열판(70)은 용기부(30), 증기 배출관(50), 제1 가열부(41)와 제2 가열부(42)를 내부에 밀봉적으로 포함하는 것뿐만 아니라, 용기부(30), 증기 배출관(50), 제1 가열부(41) 및 제2 가열부(42) 중 적어도 하나를 차폐하는 차폐 부재로 구비될 수 있다.
도 1에서는 상기 증착원(100)이 방열판(70)을 필수 구성요소로 포함한 것으로 되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 방열판(70)은 선택적으로 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 박막 증착 장치의 증착원의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 다른 구성은 도 1과 동일하고, 증기 배출관(150)의 구조가 나선상으로 형성되어 있다는 차이만 있다. 증기 배출관(150)의 구조가 나선상인 경우, 도 1에 도시된 증기 배출관(50)보다 증기의 통과 경로가 길어지기 때문에, 증기의 대전율을 더욱 높일 수 있다. 다른 구성 요소에 관한 설명은 도 1과 동일하므로 생략한다.
상술한 본 발명의 실시예들에서는 증기가 양전하로 대전된 경우를 예시하였지만, 음전하로 대전될 수도 있다.
도 4는 도 1의 증착원(100)을 구비한 박막 증착 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4에 나타난 실시예에 관한 박막 증착 장치는 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버(10)와 진공 챔버(10) 내에서 증착 물질(31)이 증착될 기판(20)과 기판(20)를 지지할 수 있는 기판 지지부(23)와 상기 증착원(100)을 포함한다.
상기 기판 지지부(23)는, 기판 회전부(25)와 연결되어 있는 기판 지지대(23a)와, 기판(20)을 하부 양단에서 지지할 수 있는 기판 홀더(23b)와 외부 구동 수단과 연결되어 승강 운동을 하면서 상기 기판 홀더(23b)와 대향하는 위치에서 기판(20)을 밀착시키는 기판 고정부(23d)를 구비한다. 상기 기판 회전부(25)에 의해 기판(20)이 회전 가능하므로, 기판(20)에 증착되는 증착 물질(31)의 균일도를 높일 수 있다. 기판 홀더(23b)의 일 영역(23c)에는 전극과 적어도 하나의 접지 배선이 구비되어 있다.
상기 기판 지지부(23)는 반드시 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 정전 척과 같이 기판(20)을 지지할 수 있는 것이라면 어떠한 것이든 무방하다.
상기 기판(20)은 상기 증기 배출관(50)의 제2 개구(52)에 대하여 대향하도록 설치되어 있고, 기판(20)의 일 영역에는 기판 홀더(23b)의 일 영역(23c)과 대응하도록 각각의 서브 픽셀(21)에 게이트 신호를 인가하는 배선 또는 접지 배선이 구비되어 있다.
기판(20)은 R, G, B 각각의 서브 픽셀(21R)(21G)(21B)과 화소 정의막(22)을 구비한다. R, G, B 각각의 서브 픽셀(21R)(21G)(21B)에는 증착 물질(31)이 기화된 증기가 증착된다.
상기 증착원(100)은 기판(20)과 대향하도록 설치한다.
도 4의 실시예는 용기부(30)에 G 서브 픽셀(21G)용 증착 물질(31)이 수납되어 있는 경우를 예시한 것으로, 이 경우 G 서브 픽셀(21G)에 연결된 배선에만 게이트 신호를 인가되고, R과 B 서브 픽셀(21R)(21B)에는 접지 신호가 인가되어 있다.
대전된 증기는 기판(20)에 인가된 전기 신호에 의한 전기장에 의해 기판(20) 방향으로 이동하여 G 서브 픽셀(21G)에만 증착된다. 이는 R 서브 픽셀(21R)과 B 서브 픽셀(21B)에 대전된 증기를 증착하는 경우에도 동일하게 적용된다.
도 5는 증착 물질이 증착되고 있는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 상기 기판(20)의 일 영역에는 R, G, B 각각의 서브 픽셀(21R)(21G)(21B)과 연결되며, R, G, B 각각의 서브 픽셀(21R)(21G)(21B)에 게이트 신호를 인가하거나 또는 접지시킬 수 있는 배선(24R, 24G, 24B, 24GND)이 형성되어 있으며, 이와 대응하도록 기판 홀더(23b)의 일 영역(23c)에는 전극(23GATE)과 적어도 하나의 접지 배선(23GND)이 구비되어 있다.
상기 기판(20) 상의 구조를 설명하면, 기판(20) 상에는 버퍼층이 형성되고, 상기 버퍼층의 일 영역 상에 액티브 채널층과 오믹 콘택층을 포함하는 반도체층(91)이 형성된다. 상기 반도체층(91) 상에는 게이트 절연막(92)과 게이트 전극(93)이 패터닝되어 순차적으로 형성된다. 상기 게이트 전극(93) 상에 형성되며, 상기 반도체층(91) 중 오믹 콘택층이 노출되도록 형성된 층간 절연층(94)과 노출된 상기 오믹 콘택층에 접촉되도록 소스 및 드레인 전극(96, 97)이 상기 층간 절연층(94)의 일 영역 상에 형성된다.
또한, 층간 절연층(94) 상에 평탄화막(98)을 형성하고, 상기 평탄화막(98) 상에는 평탄화막(98)의 일 영역을 에칭하여 상기 소스 또는 드레인 전극(96, 97)이 노출되도록 형성된 비어홀을 통해 소스 또는 드레인 전극(96, 97)이 제1 전극층(21a, 21b)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극층(21a, 21b)은 평탄화막(98)의 일 영역에 형성되며, 상기 평탄화막(98) 상에 제1 전극층(21a, 21b)을 적어도 부분적으로 노출시키는 개구부가 형성된 화소 정의막(22)이 형성된다.
상기 제1 전극층(21a, 21b)은 2중으로 형성되는데, 오믹 콘택층과 연결된 하부의 제1 전극층(21a)은 반사막의 역할을 하며, 상부의 제1 전극층(21b)는 일함수가 커야 하므로 ITO, IZO 등의 물질로 형성한다.
상기 화소 정의막(22) 상에는 금속막(22a)이 형성되어 있다. 금속막(22a)은 게이트 신호가 인가된 서브 픽셀과 그 외의 서브 픽셀 간에 전기장이 잘 형성될 수 있게 하는 버퍼 역할을 하고, 증착 물질(31)의 증착을 방지하는 역할 및 콘트라스트를 향상시키기 위한 역할을 한다. 상기 금속막(22a)는 크롬, 은, 알루미늄 등의 물질로 형성 가능하다.
도 5는 G 서브 픽셀(21G)에 증기가 증착되고 있는 상태를 나타낸 것으로, 기판 홀더(23b)의 게이트 전극(23GATE)으로부터 G 서브 픽셀(21G)에만 게이트 신호가 인가되고, 나머지 서브 픽셀(21R, 21B)에는 접지 신호를 인가하여, 양전하로 대전된 증기가 제1 전극층(56b)이 음전하로 대전된 G 서브 픽셀(21G)에만 증착된다. 이 때, R과 B 서브 픽셀(21R)(21B)과 화소 정의막(22) 상에 형성된 금속막(22a)에는 접지 신호를 인가하여 양전하를 띠게 함으로써, 증기가 증착되지 않도록 한다.
이처럼 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 마스크를 사용하지 않고서도 원하는 곳에만 증착 물질을 형성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 증착원 10: 진공 챔버
20: 기판 30: 용기부
31: 증착 물질 41: 제1 가열부
42: 제2 가열부 50: 증기 배출관
70: 방열판

Claims (12)

  1. 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 배치되어 있고, 적어도 일부에 전기가 인가된 기판;
    증착 물질을 수용하고 적어도 어느 한 부분이 개구되어 증기를 토출시키는 토출구를 구비하는 용기부;
    상기 용기부에 대응되도록 배치되어 상기 용기부의 적어도 일부를 가열하는 제1 가열부;및
    상기 토출구에 연결된 제1 개구 및 증기가 배출되는 제2 개구를 갖고, 상기 제1 개구의 중심으로부터 관의 중심선을 따라 제2 개구의 중심까지를 연결하는 선의 길이가 상기 제1 개구와 제2 개구의 중심을 연결한 직선의 길이보다 길고, 표면에 정전기가 인가되어 있는 증기 배출관;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 증기 배출관은 금속인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 용기부와 상기 증기 배출관은 일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 용기부와 상기 증기 배출관과 상기 제1 가열부를 내부에 포함하는 방열판(thermal isolator)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 증기 배출관에 대응되도록 배치되어 상기 증기 배출관의 적어도 일부를 가열하는 제2 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 증기 배출관은 나선상 구조인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 증기 배출관은 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  8. 내부가 진공으로 유지되는 진공 챔버 내에 기판을 배치하는 단계;
    상기 기판의 적어도 일부에 전기가 인가되는 단계;
    증착 물질을 기화시켜 증기를 형성하는 단계;
    상기 증기를 정전기가 인가되고 있는 공간을 통과시키되, 상기 증기가 상기 공간을 직선 경로로 통과하는 경우보다 긴 경로를 통해 통과하도록 하여 상기 증기를 대전시키는 단계; 및
    상기 대전된 증기가 상기 전기가 인가된 기판에 증착되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 증기를 대전시키는 단계는 상기 증기가 상기 공간을 나선상으로 통과하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 증기를 대전시키는 단계는 상기 증기가 상기 공간을 지그재그로 통과하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 공간을 통과하는 증기를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 증기가 상기 공간에서 추가적으로 대전되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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