KR20130023647A - 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents

박막 증착 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물의 기화속도를 균일하게 할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착 장치는 고상의 유기물이 수용되는 몸체와; 상기 몸체의 외측벽에 형성되어 상기 유기물에 열을 전달하는 히터와; 상기 몸체 내부에 상기 고상의 유기물과 교번적으로 적층되며, 상기 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하는 다수의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 증착 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING THIN FILM}
본 발명은 유기물의 기화속도를 균일하게 할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 유기 전계 발광 장치(Electro-Luminescence : EL) 등이 있다.
특히, 유기 전계 발광 장치는 자발광소자로서 다른 평판 표시 장치에 비해 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 이러한 유기 전계 발광 장치는 가시광선을 발광하는 유기 발광층과, 유기 발광층을 사이에 두고 형성되는 다수의 유기 관련층을 구비한다. 이러한 유기 발광층 및 유기 관련층은 주로 공정이 단순한 진공 증착방법을 이용하여 형성된다. 진공 증착법은 기판 상에 증착될 증착 재료를 도가니에 넣고 증착 재료에 열을 가해 기화시킨 후 기화 압력을 이용하여 기판 위에 증착시키는 방법이다. 그러나, 도가니 가열시 도가니 외벽을 감싸는 히터를 통해 증착 재료에 열을 가하므로 도가니의 내부까지 열이 제대로 전달되지 않는다. 특히, 열전달이 상대적으로 낮은 도가니의 중심부에 위치하는 유기물은 열전달이 상대적으로 높은 도가니의 외곽부에 위치하는 유기물에 비해 기화속도 및 승화속도가 느리다. 이와 같이, 유기물이 위치에 따라 기화속도 및 승화 속도가 달라 유기물의 기화속도 및 승화 속도를 제어하는 히터의 파워(Power)를 제대로 제어하기 어려워 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유기물의 기화속도를 균일하게 할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 고상의 유기물이 수용되는 몸체와; 상기 몸체의 외측벽에 형성되어 상기 유기물에 열을 전달하는 히터와; 상기 몸체 내부에 상기 고상의 유기물과 교번적으로 적층되며, 상기 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하는 다수의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 증착 방법은 고상의 유기물과, 상기 고상의 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하는 다수의 다공판을 몸체 내부에 교번적으로 적층하는 단계와; 상기 몸체의 외측벽에 형성된 히터를 통해 상기 유기물을 기화시키는 단계와; 상기 기화된 유기 기화물을 기판의 표면에 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 다공판 중 최하부에 위치하는 최하부 다공판과, 상기 최하부 다공판 상에 위치하는 다공판 사이에는 지지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 다공판 각각은 상기 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하면서 인접한 다공판과 결합되는 결합부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 다공판 중 최상부에 위치하는 최상부 다공판의 결합부는 돌기 형태로 형성되며, 나머지 다공판의 결합부는 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 다공판은 티타늄(Ti)계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다수의 다공판을 통해 히터로부터 생성된 열이 고상의 유기물의 외곽부 뿐만 아니라 중앙부에도 균일하게 전달된다. 이에 따라, 고상의 유기물의 전 영역에 열이 균일하게 전달되어 유기물의 전 영역에서 균일하게 기화가 일어남으로써 유기 기화물이 균일하게 방사되어 증착의 균일도가 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 다공판을 나타내는 사시도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 박막 증착 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 종래와 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 히터의 파워 및 유기물의 기화속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 도가니 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 도가니 장치(110)는 몸체(112)와, 배플(114)과, 노즐부(116)와, 커버(118)를 구비한다.
몸체(112)는 내부에 고상의 유기물(120)을 수용할 수 있는 공간을 마련하도록 상부면이 개방되고 속이 빈 원통형상으로 형성된다. 이러한 몸체(112) 내에는 다수의 다공판들(122)이 유기물(120)과 교번적으로 적층되게 형성된다.
배플(114)은 동심원 형태로 형성된 다수의 배출홀(124)을 가지는 원판 형상으로 형성되어 몸체(112)의 개방된 상부면에 장착된다.
노즐부(116)는 배플(114)을 사이에 두고 몸체(112)와 결합되며, 배출홀(124)과 비중첩되는 노즐홀(126)을 가지도록 형성된다. 이러한 노즐부(116)의 직경은 몸체(112)의 직경보다 작거나 같게 형성된다. 노즐부(116)의 직경이 몸체(112)의 직경보다 작으면, 기화 압력을 높힐 수 있으므로 몸체(112) 내부에서 발생된 유기 기화물을 고압으로 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간으로 공급할 수 있다. 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간으로 공급된 유기 기화물은 노즐부(116)의 중심부에 위치하는 노즐홀(126)을 통해 외부로 분사된다.
커버(118)는 노즐부(116)의 외측면과 결합되어 노즐홀(126)을 제외한 노즐부(116)의 외주면을 덮도록 형성된다. 이러한 커버(118)에는 노즐홀(126)과 대응되는 개구부가 형성되어 노즐홀(126)이 최소한으로 노출되도록 한다. 이와 같이 노즐홀(126)이 최소한으로 노출되면 몸체(112)와 배플(114) 사이의 공간과, 노즐부(116)와 배플(114) 사이의 공간의 온도 차이를 최소한으로 줄일 수 있다.
히터(128)는 몸체(112)의 외측벽을 가열하여 몸체(112) 내의 유기물(120)을 기화시키므로 유기 기화물이 생성된다. 이러한 히터(128)는 몸체(112)의 외측벽 뿐만 아니라 노즐부(116)까지 가열하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본원 발명의 도가니 장치의 몸체(112) 내부에는 도 2a에 도시된 바와 같이 고상의 유기물(120)을 적층할 수 있는 다수의 다공판(122)이 형성된다. 다수의 다공판(122) 각각은 다각형 또는 원형의 홀이 다수개 형성되어 메쉬(mesh)구조를 이룬다. 이 다공판(122)에 형성된 홀과 홀 사이의 이격 거리는 홀의 직경보다 작게 형성되어 고상의 유기물(120)에서 기화된 유기 기화물의 진행을 방해하지 않도록 한다.
이러한 다공판(122)의 양끝단은 몸체(112)의 내벽과 접촉되게 형성되어 히터(128)로부터의 열이 몸체(112)의 중앙부까지 효율적으로 전달할 수 있도록 한다. 즉, 다공판(122)을 통해 히터(128)로부터 생성된 열이 고상의 유기물(120)의 외곽부 뿐만 아니라 중앙부에도 균일하게 전달된다. 이에 따라, 고상의 유기물(120)의 전 영역에 열이 균일하게 전달되어 유기물(120)의 전 영역에서 균일하게 기화 및 승화가 일어남으로써 유기 기화물이 균일하게 방사되어 증착의 균일도가 향상된다. 이를 위해, 다공판(122)은 열전달율이 높고 취급시 파손이 적은 티타늄(Ti)계열의 재질로 형성된다.
다수의 다공판들(122) 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 고상의 유기물(120)이 위치한다. 이 때, 다수의 다공판(122) 각각의 무게는 고상의 유기물(120)의 무게 이하로 형성되어 다공판(122)에 의한 유기물(120)의 손상을 방지한다.
이에 따라, 고상의 유기물(120)이 기화됨에 따라 다수의 다공판들(120) 각각은 몸체(112)의 바닥면쪽으로 하강하게 된다. 고상의 유기물(120)이 모두 기화되어 다수의 다공판들(122)이 몸체(112)의 바닥면으로 하강하면서 발생되는 충격이 몸체(112)에 직접적으로 전달되는 것을 최소화하기 위해 최하부에 위치하는 n번째 다공판(122)과, 그 n번째 다공판(122) 상에 위치하는 n+1번째 다공판(122) 사이에는 도 2b에 도시된 바와 같이 지지부(130)가 형성된다. 따라서, 몸체(112)의 바닥면과 접촉하는 n번째 다공판(122) 상에 나머지 다공판들(122)이 적층되는 것이 아니라 n+1번째 다공판(122) 상에 나머지 다공판들(122)이 적층되므로 몸체(112)의 바닥면에 충격이 직접적으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 지지부(130)는 n번째 다공판(122)과, n+1번째 다공판(122) 사이 뿐만 아니라 나머지 다공판들(122) 사이에도 형성될 수 있다.
한편, 도 1에서는 4개의 다공판(122)을 이용하여 유기물(120)을 적층하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 이외에도 유기물(120)의 양에 따라 다공판(122)의 수를 조절할 수 있으며, 위치에 따라 유기물(120)의 양을 비율적으로 적층할 수도 있다. 즉, 상부에서 하부로 갈수록 상대적으로 많은 양의 유기물(120)을 적층할 수도 있다.
이러한 본 발명에 따른 도가니 장치를 이용한 박막 제조 방법을 도 3a 내지 도 3b를 살펴보면 다음과 같다.
도 3a에 도시된 바와 같이 기판 상에 증착하고자 하는 고상의 유기물(120)과 다공판(122)을 교번적으로 몸체(112) 내에 적층한다. 이 때, 다공판들(122)은 동일 평면 상에 다수개 형성될 수도 있다.
그런 다음, 배플(114)을 몸체(112)의 개방된 상부면에 위치시키고 노즐부(116) 및 커버(118)를 순차적으로 장착한다. 몸체(112)의 외측벽에 설치된 히터(128)를 가열하면, 유기물(120)이 기화되어 유기 기화물이 몸체 내부를 채운다. 이 때, 유기물(120)이 기화되면서 다공판들(122)은 도 3b에 도시된 바와 같이 몸체(112)의 바닥면쪽으로 하강하게 된다. 즉, 유기물(120)이 기화된 높이만큼 다공판(122)이 하강하게 된다. 그리고, 유기물(120)의 기화가 완료되면 도 3c에 도시된 바와 같이 다수의 다공판들(122)은 자동적으로 적층된다. 몸체(112) 내부의 유기 기화물의 증기 압력이 높아지면, 배플(114)의 배출홀(124)을 통해 노즐(116)과 배플(114) 사이의 공간으로 유기 기화물이 유입된다. 고압 상태로 유입된 유기 기화물은 노즐홀(126)을 통해 노즐 외부로 분사된다. 노즐홀(126)을 통해 외부로 분사된 유기 기화물은 기판 상에 증착되어 박막으로 형성된다. 박막이 형성된 후 자동으로 적층된 다수의 다공판들(122)은 로봇암(도시하지 않음)을 통해 동시에 세정 장비(도시하지 않음)로 이송된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 도가니 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 도가니 장치는 도 1에 도시된 도가니 장치와 대비하여 결합부(132)를 가지는 다공판(122)을 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 도시된 다수의 다공판(122) 각각은 인접한 다공판(122)과 결합되기 위해 결합부(132)를 구비한다. 최하부에 위치하는 n번째 다공판(122)에서 최상부에 위치하는 n+2번째 다공판(122)으로 갈수록 결합부(132)의 선폭은 점진적으로 작아진다. 예를 들어, 최상부에 위치하는 n+2 번째 다공판(122)의 결합부(132)는 돌출형태로 형성되며, 최상부에 위치하는 n+2 번째 다공판(122)의 결합부(132)를 제외한 나머지 다공판의 결합부(132)는 홈을 가지도록 형성된다. 따라서, 다공판들(122) 사이에 위치하는 고상의 유기물(120)이 기화됨에 따라서 인접한 다공판(122)의 결합부들(132)은 점진적으로 서로 결합된다. 이와 같이, 도 4에 도시된 도가니 장치는 다공판(122)의 하강시 결합부(132)에 의해 고정된 위치에서 하부에 위치하는 다공판(122)과 일정간격을 유지하면서 하강하게 된다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 도가니 장치를 이용한 박막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 기판 상에 증착하고자 하는 고상의 유기물(120)과 다공판(122)을 교번적으로 몸체(112) 내에 적층한다. 그런 다음, 배플(114)을 몸체(112)의 개방된 상부면에 위치시키고 노즐부(116) 및 커버(118)를 순차적으로 장착한다. 몸체(112)의 외측벽에 설치된 히터(128)를 가열하면, 유기물(120)이 기화되어 유기 기화물이 몸체 내부를 채운다. 이 때, 다공판들(122)은 도 5a에 도시된 바와 같이 인접한 다공판(122)의 결합부(132)와 결합되면서 몸체(112)의 바닥면쪽으로 하강하게 된다. 즉, 유기물(120)이 기화된 높이만큼 다공판(122)이 하강하게 된다. 그리고, 유기물(120)의 기화가 완료되면 도 5b에 도시된 바와 같이 다수의 다공판들(122)은 자동적으로 적층된다. 몸체(112) 내부의 유기 기화물의 증기 압력이 높아지면, 배플(114)의 배출홀(124)을 통해 노즐(116)과 배플(114) 사이의 공간으로 유기 기화물이 유입된다. 고압 상태로 유입된 유기 기화물은 노즐홀(126)을 통해 노즐 외부로 분사된다. 노즐홀(126)을 통해 외부로 분사된 유기 기화물은 기판 상에 증착되어 박막으로 형성된다. 박막이 형성된 후 자동으로 적층된 다수의 다공판들(122)은 로봇암(도시하지 않음)을 통해 동시에 세정 장비(도시하지 않음)로 이송된다.
도 6은 종래와 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 히터의 파워 및 유기물의 기화속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 종래에는 유기물의 외곽부와 중앙부에 히터로부터 발생된 열이 균일하게 전달되지 못해 유기물의 기화속도가 불균일하다. 따라서, 히터의 파워 등 공정 조건을 제어하기 어려운 헌팅(Hunting) 영역이 발생된다.
반면에 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 다수의 다공판을 통해 히터로부터 생성된 열이 고상의 유기물의 외곽부 뿐만 아니라 중앙부에도 균일하게 전달됨으로써 기화속도가 균일해져 종래와 같은 헌팅 영역이 발생되지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 도가니 장치 112 : 몸체
114 : 배플 116 : 노즐부
118 : 커버 120: 고상의 유기물
122 : 다공판 124: 배출홀
126 : 노즐홀 128 : 히터

Claims (10)

  1. 고상의 유기물이 수용되는 몸체와;
    상기 몸체의 외측벽에 형성되어 상기 유기물에 열을 전달하는 히터와;
    상기 몸체 내부에 상기 고상의 유기물과 교번적으로 적층되며, 상기 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하는 다수의 다공판을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판 중 최하부에 위치하는 최하부 다공판과, 상기 최하부 다공판 상에 위치하는 다공판 사이에는 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판 각각은 상기 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하면서 인접한 다공판과 결합되는 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판 중 최상부에 위치하는 최상부 다공판의 결합부는 돌기 형태로 형성되며, 나머지 다공판의 결합부는 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판은 티타늄(Ti)계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 고상의 유기물과, 상기 고상의 유기물이 기화됨에 따라 상기 몸체의 바닥면으로 하강하는 다수의 다공판을 몸체 내부에 교번적으로 적층하는 단계와;
    상기 몸체의 외측벽에 형성된 히터를 통해 상기 유기물을 기화시키는 단계와;
    상기 기화된 유기 기화물을 기판의 표면에 증착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판 중 최하부에 위치하는 최하부 다공판과, 상기 최하부 다공판 상에 위치하는 다공판 사이에는 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기물을 기화시키는 단계는
    상기 유기물이 기화됨에 따라 하강하는 상기 다수의 다공판 각각에 형성된 결합부를 인접한 다공판의 결합부와 결합시키는 단계인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판 중 최상부에 위치하는 최상부 다공판의 결합부는 돌기 형태로 형성되며, 나머지 다공판의 결합부는 홈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 다공판은 티타늄(Ti)계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150069146A (ko) * 2013-12-13 2015-06-23 엘지디스플레이 주식회사 증착장비 및 이의 동작방법

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