KR20140028177A - 박막 증착 장치 및 이를 구비한 연속 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

박막 증착 장치 및 이를 포함하는 연속 처리 시스템을 포함한다. 본 실시예의 박막 증착 장치는, 진공 처리부, 상기 진공 처리부에 장착되며, 증발 소스를 기화시켜 기판에 제공하는 증발 장치, 상기 진공 처리부내에 위치하며, 상기 기판의 증착면과 마주하도록 배치되는 제 1 냉각 플레이트, 및 상기 진공 처리부내에 위치하며 상기 기판의 뒷면과 마주하도록 배치되는 제 2 냉각 플레이트를 포함한다.

Description

박막 증착 장치 및 이를 구비한 연속 처리 시스템{Thin Film Deposition Apparatus And In-line Processing System Having the Same}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 증발 소스를 구비하는 박막 증착 장치 및 이를 구비한 연속 처리 시스템에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 유기물 박막에 양극과 음극을 통하여 주입된 전자와 정공이 재결합하여 여기자를 형성하고, 형성된 여기자로부터 발생되는 에너지에 의해 특정 파장의 빛이 발생하는 현상을 이용한 자체 발광형 디스플레이 소자이다.

이러한 유기 발광 소자는 시야각 특성, 콘트라스트 특성 및 응답 속도 특성면에서 모두 우수하기 때문에, 핸드폰 및 카메라와 같은 차세대 디스플레이에 이용되고 있다.

유기 발광 소자는, 기판 상부에 발광층 및 전극층을 형성하기 위해 저분자 계열 또는 고분자 계열의 유,무기 물질의 증착 공정을 필요로 한다. 여기서, 저분자 계열의 재료는 진공 중에서 증발 방식에 따라 기판상에 증착되고, 고분자 계열의 재료는 고분자 물질을 용제에 녹여서 스핀 코팅하는 방식으로 증착된다.

그 중, 저분자 계열의 박막은 증발 장치 장착된 고진공 증착 장치에서 증착이 이루어진다. 증발 장치는 박막의 재료를 수용하는 도가니를 포함하며, 상기 박막의 재료가 증발되어 소정의 막이 형성된다.

한편, 현재 유기 발광 소자는 상기 고진공 증착 장치들이 연속적으로 배열되어 구성되는 연속 처리 시스템에서 형성되는 추세이다. 이에 따라, 제조 공정 효율이 개선되는 효과가 있다.

그런데, 상기 유기 박막의 재료를 증발시키는 과정에서, 기판의 온도 상승이 필연적으로 발생되고 있으며, 특히 연속 처리 시스템내에 연속적인 증착 공정이 수행되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 온도가 지속적으로 상승되는 문제점이 있다.

상기와 같이, 기판 온도가 지속적으로 상승하게 되면, 기 증착된 유기 박막 및 금번 성막 공정에서 증착된 유기 박막 모두 온도에 의해 막질 특성이 열화될 수 있으며, 나아가, 기판을 이송시키는 트레이 및 기판에 부착되는 마스크의 온도를 상승시키는 원인이 되어, 추가적인 공정 불량을 야기한다.

본 발명은 기판 온도를 효과적으로 강하시킬 수 있는 박막 증착 장치 및 이를 포함하는 연속 처리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진공 처리부, 상기 진공 처리부에 장착되며 증발 소스를 기화시켜 기판에 제공하는 증발 장치, 상기 진공 처리부내에 위치하며, 상기 기판의 증착면과 마주하도록 배치되는 제 1 냉각 플레이트, 및 상기 진공 처리부내에 위치하며, 상기 기판의 뒷면과 마주하도록 배치되는 제 2 냉각 플레이트를 포함한다.

상기 진공 처리부는 상기 증발 장치의 위치에 따라 성막 영역 및 비성막 영역이 한정되며, 상기 제 1 냉각 플레이트는 상기 비성막 영역에 각각 위치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 냉각 플레이트는 상기 성막 영역 및 비성막 영역 모두에 설치되거나, 상기 비성막 영역에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속 처리 시스템은, 하부에 증발 장치가 장착되고, 기판 이송로를 구비한 복수의 박막 증착 장치들이 연속적으로 배치된 연속 처리 시스템으로서, 상기 박막 증착 장치 내부에 설치되며, 상기 기판 이송로를 중심으로 하부에 배치되는 하부 냉각 플레이트, 및 상기 박막 증착 장치 내부에 설치되며 상기 기판 이송로를 중심으로 상부에 배치되는 상부 냉각 플레이트를 포함한다.

본 발명에 따르면, 증발 장치가 장착되는 박막 증착 장치 및 연속 처리 시스템에 있어서, 그것들의 비성막 영역영역 각각에 기판 이송로를 사이에 두고 제 1 및 제 2 냉각 플레이트를 설치한다. 이에 따라, 성막 영역영역에서 증발 가스에 의해 기판 온도가 상승되더라도, 비성막 영역영역에서 기판 온도를 낮출 수 있어, 기판 온도의 누적 상승을 방지할 수 있다. 이에 따라, 기판의 기증착된 유기 박막의 파손을 줄일 수 있고, 기판 온도 안정화에 따라 증착 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 일반적인 박막 증착 공정시, 처리 시간에 따른 기판 온도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 공정시, 처리 시간에 따른 기판 온도를 보여주는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 박막 증착 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 처리 시스템의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 박막 증착 장치(100)는 진공 처리부(110) 및 증발 장치(120)를 포함한다.

진공 처리부(110)는 마주하는 측벽에 게이트(G1,G2)를 포함하고 있으며, 상기 게이트(G1,G2)를 통해 박막이 증착될 기판(150)이 장입 및 반출된다. 상기 박막은 유기 발광 소자를 구성하는 유기 박막 또는 무기 박막일 수 있으며, 본 실시예에서는 유기 박막을 예를 들어 설명하도록 한다. 이때, 상기 기판(150)은 그것의 박막 증착면이 증발 장치(120)를 향하도록 장입된다.

진공 처리부(110)는 제 1 냉각 플레이트(130) 및 제 2 냉각 플레이트(140)를 포함할 수 있다.

제 1 냉각 플레이트(130)는 기판 이송로(a)의 하부, 즉 기판(150)의 박막 증착면과 마주하는 위치에 설치되며, 유기 물질의 증발 영역(B, 이하 성막 영역)을 제외한 영역, 즉, 비성막 영역(A)에 위치될 수 있다. 상기 성막 영역(B)은 기본적으로 증발 장치(120)내의 소스 물질의 표면으로부터 ±COSnθ(여기서, n은 상수) 영역에 해당할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되지 않고, 프로세스 재현성 확보 및/또는 장비 효율의 최적화를 위해, 보정판 및 그 밖의 다른 기능의 플레이트 개구부에 의해 성막 영역(B)이 한정될 수 있다. 비성막 영역(A)은 상술한 바와 같이 상기 성막 영역(B)을 제외한 공간에 해당될 수 있다. 이때, 상기 제 1 냉각 플레이트(130)는 그것에 의해 증발 가스의 차폐가 이루어지지 않도록 위치시키는 것이 중요하다.

제 2 냉각 플레이트(140)는 기판 이송로(a)의 상부, 즉, 기판(150)의 뒷면에 위치될 수 있다. 제 2 냉각 플레이트(140)는 비성막 영역(A) 및 성막 영역(B) 전체에 위치될 수 있다. 이때, 기판(150)의 뒷면에는 어떠한 소자층도 형성되지 않으므로, 제 2 냉각 플레이트(140)는 비성막 영역(A) 및 성막 영역(B)의 구분 없이 배치될 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)는 냉각 가스, 탈이온수, 및 칠러(chiller)등을 냉각 매체를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 한정되지 않고, 물질을 냉각하는 기능을 갖는 매체 또는 구조이면 모두 사용될 수 있다.

증발 장치(120)는 진공 처리부(110) 하부에 장착된다. 증발 장치(120)는 도가니(122), 열선(123), 증발 소스(125) 및 하우징 부재(127)를 포함할 수 있다. 도가니(122)는 상기 증발 소스(125)를 수용하며, 가열된 증발 소스(125)를 증발시킨다. 이때, 증발 소스(125)는 유기 증발 소스 또는 무기 증발 소스일 수 있다. 열선(123)은 도가니(122)의 외벽에 설치되어, 도가니(122)를 가열시키며, 하우징 부재(127)는 열선(123)이 설치된 도가니(122)를 커버링한다.

진공 누설을 방지하기 위하여, 상기 증발 장치(120)와 진공 처리부(110) 사이에 실링부(도시되지 않음)가 개재될 수 있다. 또한, 도면에 자세히 도시되지는 않았지만, 기판(150)은 이동 부재(도시되지 않음)에 의해 구동되는 트레이(도시되지 않음)상에 탑재되어 이송된다. 아울러, 상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)는 샤프트(shaft:도시되지 않음)에 의해 상기 박막 증착 장치(100)의 진공 처리부(110)내에 지지 및 고정된다.

이와 같은 본 실시예의 박막 증착 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트들 중 어느 하나(G1)로 장입되는 기판(150)은 비성막 영역(A)을 지나면서 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)에 의해 상하로부터 냉기를 제공받아, 기판(150)의 온도가 감소된다. 그 후, 성막 영역(B)에 진입되면, 증발 장치(120)로부터 기화되는 가스들이 기판(150) 표면에 흡착되어, 기판(150) 표면에 소정의 박막(도시되지 않음)이 증착된다. 이 과정에서, 기판(150)은 증발되는 가스들에 의해 온도 상승이 이루어질 수 있다.

하지만, 성막을 마친 후, 기판(150)이 비성막 영역(A)에 진입되면, 비성막 영역(A)에 설치된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)를 통해 냉기를 전달받아, 기판(150)은 온도 하강이 이루어진다.

알려진 바와 같이, 증발 가스가 직접적으로 충돌되는 기판(150)의 박막 증착면은 그것의 뒷면에 비해 온도 상승이 큰 편이다. 이에 따라, 본 실시예에서는 기판(150)의 박막 증착면과 마주하도록 제 1 냉각 플레이트(130)가 설치되므로써, 상기 기판(150)의 박막 증착면에 직접적으로 냉기가 제공되어, 기판의 온도 강하 효율을 보다 개선할 수 있다.

또한, 기판(150)은 비성막 영역(A)을 거치면서, 원래의 온도 상태로 온도 강하가 이루어짐에 따라, 기판(150)의 온도의 누적 상승 현상을 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 냉각 플레이트(141)는 제 1 냉각 플레이트(140)와 대응되는 비성막 영역(A)에 선택적으로 설치될 수도 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 박막 증착 장치(100)는 복수의 증발 장치(120)를 구비할 수 있다. 복수의 증발 장치(120)는 진공 처리부(110)의 바닥부에 일정 간격을 두고 장착될 수 있다. 이러한 경우 역시, 제 1 냉각 플레이트(130a)는 비성막 영역(A)에 위치되고, 제 2 냉각 플레이트(140)는 비성막 영역(A)과 성막 영역(B) 모두에 위치되거나, 혹은 비성막 영역(A)에만 위치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 냉각 플레이트(130)는 성막 영역(B)에 해당되는 영역에 개구를 갖는 플레이트 형태로 구성될 수 있다.

이와 같이, 복수의 증발 장치(120)를 구비하는 박막 증착 장치(100)에서도 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)를 기판(150)의 상, 하부에 설치하여, 기판 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 진공 처리부(110)내에 복수의 증발 장치(120)가 구비되더라도 기판(150)의 추가 온도 상승을 방지할 수 있다.

또한, 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)를 포함하는 복수의 박막 증착 장치(100)들은 게이트(G1,G2)를 사이에 두고 연속 배치되어, 도 6과 같이 연속 처리 시스템(300)을 구성할 수 있다.

각각의 박막 증착 장치(100)는 그것들의 비성막 영역(A)에 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)를 포함하며, 이러한 연속 처리 시스템(300)에 장입된 기판(150)은 각 박막 증착 장치(100)에서 성막 공정을 수행한 후, 비성막 영역(A)을 지나는 과정에서 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(130,140)에 의해 충분히 냉각이 이루어진 다음, 연속 배치되는 다른 박막 증착 장치(100)에 진입하게 된다. 이때, 인접 박막 증착 장치(100)의 도입부 역시 비성막 영역(A)에 해당하기 때문에, 상기 비성막 영역(A)에서 추가적인 기판(150) 냉각이 이루어짐으로써, 후속 성막 영역(B)에 진입시 상기 기판(150)은 보다 안정한 상태가 된다.

이에 따라, 연속 처리 시스템에서 연속적인 증착 공정이 수행되더라도, 비성막 영역(A)에서 기판 냉각이 주기적으로 이루어짐에 따라, 기판 온도의 누적 상승을 방지하고, 기판내에 내재된 잠열을 제거할 수 있다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 증발 장치가 장착되는 박막 증착 장치 및 연속 처리 시스템에 있어서, 그것들의 비성막 영역 각각에 기판 이송로를 사이에 두고 제 1 및 제 2 냉각 플레이트를 설치한다. 이에 따라, 성막 영역에서 증발 가스에 의해 기판 온도가 상승되더라도, 비성막 영역에서 기판 온도를 낮출 수 있어, 기판 온도의 누적 상승을 방지할 수 있다. 이에 따라, 기판의 기증착된 유, 무기 박막의 파손을 줄일 수 있고, 기판 온도 안정화에 따라 증착 효율을 개선할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것만은 아니다. 본 실시예에서는 유기 발광 소자의 유기 박막 증착을 일 예로 들어 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고, 유기 박막 뿐만 아니라, 증발 장치를 이용하여 증착되는 무기 박막 및 그 외의 모든 박막 형성에 모두 적용 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 박막 증착 장치 110 : 진공 처리부
120 : 증발 장치 130 : 제 1 냉각 플레이트
140 : 제 2 냉각 플레이트 150 : 기판

Claims (10)

1. 진공 처리부;
   상기 진공 처리부에 장착되며, 증발 소스를 기화시켜 기판에 제공하는 증발 장치;
   상기 진공 처리부내에 위치하며, 상기 기판의 증착면과 마주하도록 배치되는 제 1 냉각 플레이트; 및
   상기 진공 처리부내에 위치하며, 상기 기판의 뒷면과 마주하도록 배치되는 제 2 냉각 플레이트를 포함하는 박막 증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 처리부는 상기 증발 장치의 위치에 따라 성막 영역 및 비성막 영역이 한정되며,
   상기 제 1 냉각 플레이트는 상기 비성막 영역에 각각 위치되는 박막 증착 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 냉각 플레이트는 상기 성막 영역 및 비성막 영역 모두에 설치되는 박막 증착 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 냉각 플레이트는 상기 비성막 영역에 설치되는 박막 증착 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 증발 장치는 상기 진공 처리부내에 복수개가 일정 간격을 가지고 배치되는 박막 증착 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 증발 소스는 유기 증발 소스 또는 무기 증발 소스인 박막 증착 장치.
7. 하부에 증발 장치가 장착되고, 기판 이송로를 구비한 복수의 박막 증착 장치들이 연속적으로 배치된 연속 처리 시스템으로서,
   상기 박막 증착 장치 내부에 설치되며, 상기 기판 이송로를 중심으로 하부에 배치되는 하부 냉각 플레이트; 및
   상기 박막 증착 장치 내부에 설치되며, 상기 기판 이송로를 중심으로 상부에 배치되는 상부 냉각 플레이트를 포함하는 연속 처리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 박막 증착 장치의 내부 공간은 상기 증발 장치의 위치에 따라 성막 영역 및 비성막 영역을 포함하며,
   상기 하부 냉각 플레이트는 상기 비성막 영역에 위치되는 연속 처리 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 상부 냉각 플레이트는 상기 성막 영역 및 비성막 영역 모두에 설치되는 연속 처리 시스템.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 냉각 플레이트는 상기 비성막 영역에 선택적으로 설치되는 연속 처리 시스템.

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