KR20130031446A - 박막 증착 장치 - Google Patents

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KR20130031446A KR1020110095021A KR20110095021A KR20130031446A KR 20130031446 A KR20130031446 A KR 20130031446A KR 1020110095021 A KR1020110095021 A KR 1020110095021A KR 20110095021 A KR20110095021 A KR 20110095021A KR 20130031446 A KR20130031446 A KR 20130031446A
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유준호
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 스플래쉬 현상을 방지하여 챔버의 오염을 방지할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 증착 장치는 고상의 증착 재료가 수용되는 몸체와; 상기 몸체와 결합되며 상기 몸체 내의 승화된 증착 재료가 배출되는 노출홀을 가지는 노즐부와; 상기 몸체와 노즐부 사이에 형성되는 다단 구조의 배플을 구비하며, 상기 다단 구조의 배플 중 최하부 배플은 상기 몸체 및 노즐부 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 측면의 내주면에 단턱이 형성되며, 상기 최하부 배플을 제외한 나머지 다단 구조의 배플은 상기 단턱 상에 순차적으로 안착되는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 증착 장치{APPARATUS FOR DEPOSITING THIN FILM}
본 발명은 스플래쉬 현상을 방지하여 챔버의 오염을 방지할 수 있는 박막 증착 장치에 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 애노드와 캐소드와, 애노드 및 캐소드 사이에 유기발광층을 포함하는 유기막층을 포함한다. 이 유기 전계 발광 장치는 애노드로부터 공급받는 정공과 캐소드로부터 공급받은 전자가 유기발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고 다시 상기 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광하게 된다.
이러한 유기 전계 발광 장치에 포함되는 박막들은 주로 공정이 단순한 진공 증착방법을 이용하여 형성된다. 진공 증착법은 기판 상에 증착될 증착 재료를 도가니에 넣고 증착 재료에 열을 가해 기화 또는 승화시킨 후 기화 압력을 이용하여 기판 위에 증착시키는 방법이다. 그러나, 증착 재료에 열이 불균일하게 전달되면 증착재료가 불균일하게 증발되거나 증착 재료가 증발하면서 덩어리져 튀어나오는 스플래쉬(splash) 현상이 발생한다. 이 덩어리져 튀어나온 증착재료가 노즐부의 노즐홀을 막아버리거나 챔버를 오염시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 스플래쉬 현상을 방지하여 챔버의 오염을 방지할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 고상의 증착 재료가 수용되는 몸체와; 상기 몸체와 결합되며 상기 몸체 내의 승화된 증착 재료가 배출되는 노출홀을 가지는 노즐부와; 상기 몸체와 노즐부 사이에 형성되는 다단 구조의 배플을 구비하며, 상기 다단 구조의 배플 중 최하부 배플은 상기 몸체 및 노즐부 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 측면의 내주면에 단턱이 형성되며, 상기 최하부 배플을 제외한 나머지 다단 구조의 배플은 상기 단턱 상에 순차적으로 안착되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다단 구조의 배플은 상기 노즐홀과 대응하는 영역에 제1 배출홀이 형성되며 상기 최하부 배플인 제1 배플과; 상기 제1 배플의 단턱 상에 안착되며 제1 배출홀보다 작은 크기의 제2 배출홀이 형성되는 제2 배플과; 상기 제2 배플 상에 안착되며, 메쉬형태의 제3 배출홀을 가지는 제3 배플을 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 배플은 상기 단턱을 가지는 상기 측면과; 상기 몸체의 바닥면과 마주보며 상기 제1 배출홀을 가지는 하부면을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 배플의 제2 배출홀은 상기 제1 배출홀과 비중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제2 배플의 제2 배출홀의 크기는 균일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 몸체의 외측멱에 형성되는 히터를 추가로 구비하며, 상기 제2 배플의 제2 배출홀의 크기는 상기 히터에서 멀어질수록 점진적으로 가변되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제3 배플은 상기 메쉬형태의 제3 배출홀을 가지는 메쉬판과; 상기 제2 배출홀과 비중첩되도록 상기 메쉬판의 외곽에 형성되는 상부 및 하부 고정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 배플은 그래파이트로 형성되며, 상기 제2 배플은 구리로 형성되며, 상기 제3 배플은 스테인레스재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다단 구조의 배플을 구비함으로써 증착 재료에 열이 균일하게 전달되므로 증착 재료가 불균일하게 증발되는 스플래쉬 현상이 방지된다. 이에 따라, 본 발명은 노즐부의 노즐홀이 막히거나 챔버 내부의 방착판 셔터부가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 도가니를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제2 배플을 나타내는 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 제2 배플의 다른 실시예들을 나타내는 평면도이다.
도 6a는 도 2에 도시된 제3 배플을 나타내는 사시도이며, 도 6b는 도 2에 도시된 제3 배플을 나타내는 분해사시도이다.
도 7은 종래와 본 발명에 따른 도가니를 이용해 형성된 박막의 두께에 따른 면저항값을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래와 본 발명에 따른 도가니를 이용해 형성된 박막의 위치에 따른 박막의 두께 산포를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 박막 증착 장치는 진공 상태를 유지할 수 있는 챔버(101)와, 챔버(101) 내부에 고정되는 기판(102)과 마주하는 위치에 설치되는 가열 장치를 구비한다.
챔버(101)는 그 내부 및 외부에 별도 구비된 진공수단을 통해 그 내부가 진공 상태로 유지되도록 할 수 있다. 이러한 챔버(101) 내부에는 별도의 고정핀 또는 흡착 장치를 통해 기판(102)이 장착 및 고정된다. 챔버(101) 내부에 고정된 기판(102)과 가열 장치 사이에는 소정의 개구 패턴을 가지는 새도우 마스크(104)가 설치된다.
가열 장치는 기판(102)과 마주보도록 챔버(101)에 설치되어 도가니(110)의 증착 재료들을 가열 및 승화시킨다. 이를 위해, 가열 장치는 원통 형태로 형성되어 복수의 도가니(110)를 수납 및 이동시키는 용기 수납부(108), 및 용기 수납부(108)의 가장자리로 원주방향을 따라 형성되어 상기 복수의 도가니(110)를 장착하는 복수의 장착 홈(106)을 구비한다.
가열 장치는 각 장착 홈(106)들을 중심으로 회전하도록 형성되어 수납된 도가니(110)들이 순차로 증착을 진행하도록 한다. 즉, 적어도 두 개의 도가니(110)들이 수납된 가열 장치는 회전하면서 순차적으로 증착을 진행시키게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 도가니(110)를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 도가니(110)는 몸체(112)와, 제1 내지 제3 배플(120,130,140)과, 노즐부(116)를 구비한다.
몸체(112)는 내부에 고상의 증착 재료를 수용할 수 있는 공간을 마련하도록 상부면이 개방되고 속이 빈 원통형상으로 형성된다. 이러한 몸체(112)의 외측면에는 히터(114)가 설치된다. 히터(114)는 몸체(112)의 외측벽을 가열하여 몸체(112) 내의 증착 재료를 기화시키므로 증착 기화물이 생성된다. 이러한 히터(114)는 몸체(112)의 외측면 뿐만 아니라 노즐부(116)까지 설치되어 노즐부(116)까지 가열할 수도 있다.
배플(120,130,140)은 히터(114)로부터 전달되는 열에 의해 가열된 소정 크기 이상의 증착 재료는 차단하고, 소정 크기 미만의 증착 재료만 통과시켜 노즐부(116)로 전달되도록 한다.
이러한 배플(120,130,140)은 몸체(112)와 노즐부(116) 사이에 순차적으로 배치되는 제1 내지 제3 배플(120,130,140)을 구비한다.
제1 배플(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(112)의 바닥면과 마주보는 하부면(124)과, 하부면(124)으로부터 수직하게 연장된 측면(128)을 구비한다. 이러한 제1 배플(120)은 몸체(1120) 및 노즐부(116) 중 어느 하나와 동일 재질로 형성된다. 예를 들어, 제1 배플(120)은 제2 및 제3 배플(130,140)보다 열전도율이 높은 그라파이트(Graphite)로 형성되며,
제1 배플(120)의 하부면(124)의 중심부에는 노즐부(116)의 노즐홀(118)과 대응하는 제1 배출홀(122)이 형성된다. 여기서, 제1 배출홀(122)은 20~30mm의 직경을 가지도록 형성된다.
제1 배플(120)의 측면(128)의 내측에는 상부 개구부(UO)보다 하부 개구부(LO)의 폭이 좁도록 단턱부(126)가 형성된다. 제1 배블(120)의 단턱부(126)에는제2 및 제3 배플(130,140)이 안착되므로 제2 및 제3 배플(130,140)은 상부 개구부(UO) 내에서 제1 배플(120)의 하부면(124)과 이격되도록 배치된다. 여기서, 제1 배플(120)의 하부면(124) 상에 제2 및 제3 배플(130,140) 각각을 통과하지 못한 소정 크기 이상의 증착 재료가 떨어지게 되면, 그 소정 크기 이상의 증착 재료는 히터(114)를 통해 제1 배플(120)의 하부면에 전달되는 열에 의해 재가열되어 기화된 상태로 노즐부(116)로 전달된다.
한편, 제1 배플(120)의 측면(128)은 몸체(112) 및 노즐부(116) 중 적어도 어느 하나와 접속되게 형성되므로 히터(114)로부터의 열전달효율이 향상된다.
제2 배플(130)은 제1 배플(120)의 단턱부(126)를 통해 제1 배플(120)과 소정 거리로 이격되게 제1 배플(120) 상부에 안착된다. 이러한 제2 배플(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 외곽부에 제1 배출홀(122)과 비중첩되도록 다수개의 제2 배출홀(132)이 동심원 형태로 형성된다. 이 제2 배플(130)은 제3 배플(140)보다 열전도율이 높은 구리(Cu)로 형성된다.
제2 배플(130)의 배출홀(132)은 도 4에 도시된 바와 같이 1~5mm 범위의 직경내에서 균일하게 형성되거나 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 위치에 따라 다르게 형성될 수도 있다.
도 5a에 도시된 제2 배플(130)의 배출홀(132)은 히터(114)와 가까워질수록 직경이 커지도록 형성된다. 이에 따라, 히터(114)와 멀어 온도가 낮은 제2 배플(130)의 중앙부의 면적은 히터(114)와 상대적으로 가까워 온도가 높은 제2 배플(130)의 외곽부의 면적보다 넓어지게 된다. 즉, 제2 배플(130)의 중앙부의 면적이 넓어져 열전달효율이 향상되므로 제2 배플(130)의 중앙부와 제2 배플(130)의 외곽부에서의 증착 재료의 기화량 및 승화량의 차이를 보상할 수 있다.
도 5b에 도시된 제2 배플(130)의 배출홀(132)은 히터(114)와 멀어질수록 직경이 커지도록 형성된다.
제3 배플(140)은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 메쉬판(148)과, 상부 및 하부 고정부(144,146)를 구비한다.
상부 및 하부 고정부(144,146)는 메쉬판(148)을 사이에 두고 서로 중첩되도록 형성되어 메쉬판(148)의 처짐을 방지한다. 이러한 상부 및 하부 고정부(144,146)는 제1 및 제2 배출홀(122,132)과 중첩되지 않도록 메쉬판(148)의 외곽에 속이 빈 형태로 형성된다. 이 경우, 상부 및 하부 고정부(144,146)의 최대 직경(MD)은 제2 배플(130)의 직경과 동일하게 형성된다.
메쉬판(148)의 제3 배출홀(142)은 제1 및 제2 배출홀(122,132)보다 작은 크기로 제1 및 제2 배출홀(122,132)과 중첩되도록 형성된다. 예를 들어, 메쉬판(148)은 50~100평직으로 형성되어 필터 역할을 한다. 이러한 메쉬판(148), 상부 및 하부 고정부(144,146)는 강도가 높은 스테인레스(예를 들어, Sus304) 재질로 형성되며 도 6a에 도시된 바와 같이 메쉬판(148), 상부 및 하부 고정부(144,146)의 측면을 용접(150)함으로써 고정된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제1 배플(120)은 몸체(112)와 접촉하게 되므로 히터(114)로부터의 열이 몸체(112)를 통해 제1 배플(120)에 전달되고, 제1 배플(120)과 접촉된 제2 및 제3 배플(130,140)은 제1 배플(120)을 통해 히터(114)로부터의 열이 전달되므로 몸체(112)와 제1 내지 제3 배플(120,130,140)의 온도는 유사하게 유지될 수 있다. 따라서, 증착 재료의 스플래쉬 현상을 방지할 수 있으며, 증발된 증착 재료가 제1 내지 제3 배플(120,130,140)을 통과시에도 몸체(120) 내부와 동일한 온도가 유지되므로 제1 내지 제3 배플(120,130,140) 사이의 공간에서 재결정화되지 않고 기화된 상태로 노즐부(116)로 방출될 수 있다.
노즐부(116)는 배플(114)을 사이에 두고 몸체(112)와 결합되며, 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(120,130,140) 사이의 공간으로 공급할 수 있다. 노즐부(116)와 배플(120,130,140) 사이의 공간으로 공급된 유기 기화물은 노즐부(116)의 중심부에 위치하는 노즐홀(118)을 통해 외부로 분사된다.
도 7은 종래와 본 발명에 따른 도가니를 이용해 형성된 박막의 두께에 따른 면저항값을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 기판(102) 상에 형성된 박막의 위치(1지점, 2지점, 3지점, 4지점)에 따른 면저항값을 측정한 결과, 본 발명의 도가니를 이용해 형성된 120Å, 140Å,160Å두께 각각의 박막의 면저항값은 도 7 및 표 1에 도시된 바와 같이 종래 도가니를 이용해 형성된 동일 두께의 박막의 면저항값보다 낮다. 이에 따라, 본 발명의 도가니를 이용해 형성된 박막이 유기 발광 표시 소자의 제1 및 제2 전극으로 이용될 경우, 제1 및 제2 전극의 라인 저항을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 도가니를 이용해 형성된 박막의 두께 증가시 면저항의 변화폭은 종래 도가니를 이용해 형성된 박막 두께 증가시 면저항의 변화폭보다 작아진다.
면저항 측정 결과(Ω/□)
조건 두께 1지점 2지점 3지점 4지점 평균

종래
 120Å 20.4 19.9 21.5 24.5 21.6
140Å 13 12.2 12.3 13.5 12.8
160Å 9.3 9.7 9.1 9.9 9.5
본
발
명		 120Å 20.6 18.4 18.8 21 19.7
140Å 12.3 11.7 11.8 12.4 12.1
160Å 9.7 9.2 9.3 9.7 9.5
도 8은 종래와 본 발명에 따른 도가니를 이용해 형성된 박막의 위치에 따른 박막의 두께 산포를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 기판(102) 상에 형성된 박막의 위치(1 내지 제9 지점)에 따른 두께 산포를 측정한 결과, 본 발명의 도가니를 이용해 형성된 기판 외곽에 위치하는 박막(1 내지 3 지점, 9 내지 11지점)과 기판 중앙에 위치하는 박막(4 내지 8 지점)의 두께 차이는 종래 도가니를 이용해 형성된 박막의 위치에 따른 두께 차이보다 적다. 예를 들어, 종래 도가니를 이용하여 형성된 박막의 위치에 따른 두께 산포는 약 9.5%인 반면에 본 발명의 도가니를 이용하여 형성된 박막의 위치에 따른 두께 산포는 종래보다 낮은 약 7.5%이다.
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 : 히터 116 : 노즐부
118 : 노즐홀 120,130,140 : 배플
122,132,142 : 배출홀 124 : 하부면
126 : 단턱 128 : 측면
144, 146 : 고정부 148 : 메쉬판

Claims (8)

  1. 고상의 증착 재료가 수용되는 몸체와;
    상기 몸체와 결합되며 상기 몸체 내의 승화된 증착 재료가 배출되는 노출홀을 가지는 노즐부와;
    상기 몸체와 노즐부 사이에 형성되는 다단 구조의 배플을 구비하며,
    상기 다단 구조의 배플 중 최하부 배플은 상기 몸체 및 노즐부 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 측면의 내주면에 단턱이 형성되며, 상기 최하부 배플을 제외한 나머지 다단 구조의 배플은 상기 단턱 상에 순차적으로 안착되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다단 구조의 배플은
    상기 노즐홀과 대응하는 영역에 제1 배출홀이 형성되며 상기 최하부 배플인 제1 배플과;
    상기 제1 배플의 단턱 상에 안착되며 제1 배출홀보다 작은 크기의 제2 배출홀이 형성되는 제2 배플과;
    상기 제2 배플 상에 안착되며, 메쉬형태의 제3 배출홀을 가지는 제3 배플을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 배플은
    상기 단턱을 가지는 상기 측면과;
    상기 몸체의 바닥면과 마주보며 상기 제1 배출홀을 가지는 하부면을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 배플의 제2 배출홀은 상기 제1 배출홀과 비중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 배플의 제2 배출홀의 크기는 균일한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 몸체의 외측멱에 형성되는 히터를 추가로 구비하며,
    상기 제2 배플의 제2 배출홀의 크기는 상기 히터에서 멀어질수록 점진적으로 가변되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제3 배플은
    상기 메쉬형태의 제3 배출홀을 가지는 메쉬판과;
    상기 제2 배출홀과 비중첩되도록 상기 메쉬판의 외곽에 형성되는 상부 및 하부 고정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 배플은 그래파이트로 형성되며, 상기 제2 배플은 구리로 형성되며, 상기 제3 배플은 스테인레스재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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