KR20140122037A

KR20140122037A - 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치

Info

Publication number: KR20140122037A
Application number: KR20130038571A
Authority: KR
Inventors: 신승철; 강석현; 김선욱; 강태훈; 김영록
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-17

Abstract

본 발명은 베이스와, 베이스 상에 마련되어 베이스를 복수의 영역으로 분할하는 격벽과, 베이스 상에 마련되어 베이스 상에 투입되는 원료 물질을 증발시키는 히터를 포함하는 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공한다.

Description

증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치{Evaporation apparatus and thin film deposition apparatus having the same}

본 발명은 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 마스크를 이용하지 않고 원하는 패턴의 박막을 형성할 수 있는 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.

유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device; OLED)는 상하로 이격된 두 전극 사이에 유기막이 마련되고, 두 전극을 통해 전류가 흐르면 두 전극으로부터 공급된 전자와 홀이 유기막에서 결합하여 빛을 발생하는 능동형 발광 소자이다. 이러한 OLED는 얇고 가벼우며, 고휘도, 저전력 소비 등의 특성을 가지고 있어 다양한 분야로 적용되고 있다. 특히, OLED는 차세대 디스플레이로 각광받고 있으며, 백색광 및 단색광을 방출하는 조명으로도 이용될 수 있다.

OLED를 제조하기 위해 이용되는 대표적인 방법이 화학 기상 증착 방법이다. 화학 기상 증착 방법은 공정 가스의 공급 위치에 따라 상향식, 하향식, 측면 분사식으로 구분될 수 있다. 상향식은 기판을 챔버 내부의 상측에 안착시키고 원료 물질을 챔버 내부의 하측에서 공급하며, 하향식은 기판을 챔버 하측에 안착시키고 원료 물질을 챔버 내부의 상측에서 공급하며, 측면 분사식은 기판을 챔버 하측에 안착시키고 원료 물질을 챔버 내부의 일측에서 공급하여 기판에 박막을 증착한다.

예를 들어, 상향식의 경우 기판을 챔버 내부의 상측에 마련하고 원료 물질이 투입된 도가니를 챔버 내부의 하측에 마련한 후 도가니를 가열함으로써 도가니 내부의 원료 물질을 증발시키고, 증발된 원료 물질이 기판에 증착되도록 한다. 이때, 기판과 도가니 사이에 소정 패턴이 형성된 마스크가 가장자리가 지지되어 마련됨으로써 마스크의 패턴 형상으로 기판 상에 박막이 증착될 수 있다. 또한, 하향식의 경우 챔버 외부로부터 분말 형태의 원료 물질을 공급하고 챔버 내부의 분사기에서 이를 기화시켜 기판 상에 분사함으로써 기판 상에 박막을 증착할 수 있다.

이러한 박막 증착 방법 중에서 분진 및 청결도 관리 등의 이유로 상향식 방법이 가장 많이 이용되고 있다. 그런데, 기판의 대형화에 따라 마스크의 크기도 커지게 되고, 그에 따라 마스크 중앙 부위가 처지는 현상이 발생될 수 있고, 그에 따라 해당 부위에 형성되는 박막이 원하는 형상 및 두께로 형성되지 않을 수 있다. 또한, 도가니로부터 증발되는 원료 물질이 패턴 사이의 마스크 상에 증착되거나 챔버 벽면, 보호 실드 등에 증착되는 원료 물질이 양이 많아 재료의 손실이 크게 된다.

본 발명은 기판 상에 증착되지 않는 원료 물질의 양을 최소화하여 재료의 손실을 줄일 수 있는 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공한다.

본 발명은 별도의 마스크가 필요없는 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 증발 장치는 베이스; 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스를 복수의 영역으로 분할하는 격벽; 및 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스 상에 투입되는 원료 물질을 증발시키는 히터를 포함한다.

상기 격벽은 유기 발광 소자의 복수의 발광 셀의 경계 부분에 대응되도록 형성된다.

상기 격벽에 의해 형성된 상기 복수의 영역은 동일 면적을 갖거나 적어도 둘 이상의 다른 면적을 갖는다.

상기 히터는 상기 복수 영역의 상기 베이스 상에 각각 형성된다.

상기 히터는 복수의 영역을 동일 온도로 가열하거나 적어도 둘 이상의 다른 온도로 가열한다.

상기 복수의 영역 각각 내의 상기 베이스는 중앙부로부터 가장자리로 갈수록 하향 경사지게 마련된다.

상기 히터는 상기 베이스 상부 또는 내부에 전체적으로 형성된다.

상기 복수의 영역은 영역 별로 가열 온도가 다르고, 상기 가열 온도가 낮은 영역에 상기 가열 온도가 높은 영역에 비해 상기 원료 물질의 투입량을 증가시킨다.

상기 격벽 상에 마련된 제 2 히터를 더 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 박막 증착 장치는 반응 공간이 마련된 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 마련되고 기판이 안착되어 원료 물질을 상기 기판으로 증발시키는 증발부; 및 상기 증발부에 상기 원료 물질을 투입하는 원료 공급부를 포함하며, 상기 증발부는 베이스와, 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스를 복수의 영역으로 분할하는 격벽과, 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스 상에 투입되는 상기 원료 물질을 증발시키는 히터를 포함한다.

상기 반응 챔버 내부로 인입되는 상기 기판을 지지하고 상기 기판을 이동시키는 기판 지지부; 상기 반응 챔버 내의 압력을 조절하기 위한 압력 조절부; 및 상기 기판을 상기 증발부 상에서 위치 정렬시키기 위한 정렬부를 더 포함한다.

상기 원료 공급부는 상기 원료 물질을 상기 증발부 상의 복수의 영역에 투입하는 디스펜서; 및 상기 디스펜서를 이동시켜 위치를 조절하기 위한 이동부를 포함한다.

상기 디스펜서는 상기 반응 챔버 내부에 마련되거나, 상기 반응 챔버 외부에 마련되어 상기 원료 물질 투입 시 반응 챔버 내부로 인입된다.

본 발명의 실시 예들에 따른 증발 장치는 베이스 상에 복수의 격벽이 형성되어 기판 상에 형성되는 발광 셀의 형상으로 베이스를 복수의 영역으로 분할하고, 베이스 상에 히터가 마련되어 베이스 상에 투입되는 유기물을 증발시켜 격벽에 밀착되도록 안착되는 기판 상에 유기막을 형성할 수 있다.

따라서, 마스크를 이용하지 않고 마스크 형상의 증발 장치를 이용하여 직접 기판 상에 유기막을 형성함으로써 유기물의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 대면적 기판에 적용되는 마스크의 처짐이 발생되지 않으므로 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 유기막을 형성하기 위한 유기물을 필요한 양만큼 제공할 수 있어 고온의 소오스 공급원이 필요없게 되어 공정 대기 상태의 유기물의 열 변형을 방지할 수 있고, 유기물의 손실을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 마스크의 기능이 증발 장치에 포함됨으로써 박막 증착 장치의 구성이 간단해지며, 유지 보수 비용도 감소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 유기 발광 디스플레이 장치의 부분 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치의 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 증발 장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치를 구비하는 박막 증착 장치의 단면도.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치를 이용한 박막 증착 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 증발 장치의 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 의해서 제조된 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 일 화소의 단면도이다. 유기 발광 디스플레이 장치는 화소 영역과, 화소 영역의 외곽에 마련된 회로 영역으로 구성된다. 화소 영역에는 복수의 화소(pixel)가 구비되며, 각 화소들은 소정의 화상을 구현하기 위해 발광하는 발광부를 포함한다. 또한, 발광부는 유기 발광 소자를 각각 구비하는 복수의 발광 셀로 이루어진다. 풀 칼라 유기 발광 디스플레이 장치의 경우에는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 셀들이 라인 형태, 모자이크 형태, 격자 형태 등 다양한 패턴으로 배열되어 화소를 구성한다. 이러한 화소의 일 예를 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유기 발광 디스플레이 장치는 글래스 또는 플라스틱 등의 기판(10) 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)와, 유기 발광 소자(OLED)를 포함한다. 이러한 유기 발광 디스플레이 장치의 단면 구조를 하측으로부터 설명하면 다음과 같다.

기판(10) 상의 소정 영역에 게이트 전극(11)이 형성된다. 게이트 전극(14)은 금속 등의 도전 물질로 형성되며, 박막 트랜지스터(TFT)에 온/오프 신호를 인가하는 게이트 라인(미도시)과 연결될 수 있다. 게이트 전극(11)을 포함한 전체 상부에 SiO2, SiNx 등의 무기 절연 물질을 이용하여 게이트 절연막(12)이 형성된다. 게이트 절연막(12) 상의 소정 영역에는 게이트 전극(11)과 중첩되도록 활성층 및 오믹 콘택층을 포함하는 반도체층(13)이 형성된다. 반도체층(13)을 포함한 전체 상부에 SiO2, SiNx 등의 무기 절연 물질을 이용하여 층간 절연막(14)이 형성된다. 층간 절연막(14)의 소정 영역에는 반도체층(13)의 소정 영역을 노출시키는 콘택홀이 형성되고, 콘택홀이 매립되도록 소오스/드레인 전극(15, 16)이 형성된다. 소오스/드레인 전극(15, 16) 상부에는 SiO2, SiNx 등으로 이루어진 패시베이션막(17)이 형성된다. 패시베이션막(17)의 상부에는 화소 전극(18)이 형성되고, 화소 전극(18) 상부에는 유기막(19)이 형성되며, 유기막(19) 상부에는 대향 전극(20)이 형성된다. 여기서, 유기막(19)은 유기 발광 소자(OLED)로 기능하고, 화소 전극(18) 및 대향 전극(20)은 유기 발광 소자(OLED)의 애노드 및 캐소드 전극으로 각각 이용된다. 또한, 화소 전극(18)은 패시베이션막(17)의 소정 영역이 제거되어 드레인 전극(16)을 노출시키도록 형성된 콘택홀을 매립하도록 형성되어 드레인 전극(16)과 연결된다. 그리고, 발광 셀(R, G, B) 사이의 경계에는 무기 절연 물질로 이루어진 뱅크 패턴(21)이 형성된다. 그런데, 유기 발광 디스플레이 장치는 반드시 이와 같은 구조로 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조가 적용될 수 있다.

유기막(19)은 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 발광 셀(R, G, B)으로 형성된다. 즉, 유기 발광 소자(OLED)는 전류의 흐름에 따라 적색, 녹색 및 청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시한다. 유기막(19)은 저분자 또는 고분자 유기막이 사용될 수 있는데, 저분자 유기막을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 그러나, 이와 같은 유기막(19)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 실시 예들이 적용될 수 있음은 물론이다.

화소 전극(18)은 애노드 전극의 기능을 하고, 대향 전극(20)은 캐소드 전극의 기능을 한다. 물론, 화소 전극(18)과 대향 전극(20)의 극성은 반대로 되어도 무방하다. 화소 전극(18)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 이루어질 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3를 형성할 수 있다. 한편, 대향 전극(20)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명 전극으로 사용될 때에는 대향 전극(20)이 캐소드 전극으로 사용되므로, 일함수가 작은 금속, 예를 들어 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물을 증착한 후 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 전극 형성용 물질로 보조 전극층을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다.

이와 같은 유기 발광 디스플레이 장치에서 발광층을 포함하는 유기막(19) 등은 후술할 본 발명에 따른 증발 장치 및 이를 구비하는 박막 증착 장치에 의해서 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치의 사시도이고, 도 3 내지 도 6은 실시 예들에 따른 증발 장치의 단면도로서, 유기 발광 디스플레이 장치의 발광층을 포함하는 유기막을 형성하기 위한 증발 장치이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치는 베이스(110)와, 베이스(110) 상에 형성되어 베이스(110) 상부를 복수의 영역으로 분할하는 격벽(120)과, 베이스(110) 상에 형성된 히터(130)를 포함한다.

베이스(110)는 소정 두께의 판 형상으로 마련되며, 유기막이 증착될 기판의 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어 베이스(110)는 직사각형 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 베이스(110)는 기판의 사이즈와 같은 사이즈로 마련될 수 있다. 즉, 베이스(110)로부터 기화되어 증발하는 유기물이 기판의 전 영역에 증착되도록 하기 위해 베이스(110)는 기판의 사이즈와 동일할 수 있다. 물론, 기판에는 화소 영역 및 회로 영역이 마련되고 유기물이 화소 영역에 증착되므로 베이스(110)는 기판의 화소 영역의 사이즈로 마련될 수 있다. 결국, 베이스(110)는 적어도 기판의 화소 영역의 사이즈로 마련될 수 있다. 이러한 베이스(110)는 열적 변형이 적은 재료를 이용하여 제작할 수 있는데, 예를 들어 티타늄(Titanium), 텅스텐(Tungsten) 또는 이들의 합금을 이용하여 제작할 수 있다.

격벽(120)은 베이스(110)의 상부 표면으로부터 소정 높이로 형성되어 베이스(110) 상부를 복수의 영역으로 분할한다. 즉, 격벽(120)은 기판 상에 형성되는 복수의 발광 셀에 대응되는 복수의 영역이 베이스(110) 상에 정의되도록 한다. 복수의 영역에는 유기막을 증착하기 위한 원료 물질, 즉 유기물이 투입된다. 따라서, 격벽(120)이 형성되는 영역은 발광 셀의 경계 부분이 될 수 있는데, 예를 들어 뱅크 패턴이 형성된 영역에 대응될 수 있다. 다시 말하면, 기판 상에는 복수의 발광 셀과, 복수의 셀 사이에 뱅크 패턴이 형성될 수 있는데, 뱅크 패턴에 대응되는 영역에 격벽(120)이 형성되어 격벽(120)에 의해 복수의 셀에 대응되는 영역이 베이스(110) 상에 확정된다. 이러한 격벽(120)은 베이스(110)의 상부 표면으로부터 수직으로 형성될 수도 있고, 상부로부터 하부로 내측으로 경사를 갖도록 형성될 수도 있다. 이러한 격벽(120)은 일 방향 및 이와 대향되는 타 방향으로 소정 간격 이격되어 복수 형성될 수 있다. 따라서, 격벽(120)에 의해 정의되는 베이스(110) 상의 영역은 예를 들어 사각 형상일 수 있다. 그러나, 발광 셀의 평면 형상에 따라 격벽(120)이 이루는 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 원형으로 형성될 수도 있고, 삼각형 이상의 다각형 구조로 형성될 수도 있다. 한편, 격벽(120)은 그에 의해 분할되는 베이스(110) 상의 복수의 영역이 모두 동일한 면적을 갖도록 형성될 수도 있고, 적어도 둘 이상의 다른 면적을 갖도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광 셀은 모두 동일 사이즈로 형성될 수도 있고, 발광 색에 따라 서로 다른 사이즈로 형성될 수도 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 발광 셀이 동일 사이즈로 형성될 수도 있고, 다른 사이즈로 형성될 수도 있다. 따라서, 격벽(120)은 발광 셀의 사이즈에 따라 적어도 둘 이상의 크기로 베이스(110) 상의 영역을 정의할 수 있다. 이렇게 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에는 유기 발광 소자의 예를 들어 전자 주입층, 전자 전달층, 발광층, 홀 전달층 및 홀 주입층을 각각 형성하기 위한 유기 물질이 투입된다. 한편, 격벽(120)은 베이스(110)와 동일 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Titanium), 텅스텐(Tungsten) 또는 이들의 합금을 이용하여 제작할 수 있다.

히터(130)는 베이스(110) 상에 형성되며, 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 투입되는 유기물을 증발시키기 위해 마련된다. 이러한 히터(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 격벽(120)에 의해 분할된 영역의 베이스(110) 표면 상에 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 베이스(110) 내부에 형성될 수도 있다. 또한, 히터(130)는 베이스(110)의 전체 영역에 형성될 수도 있고, 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 각각 형성될 수도 있다. 히터(130)가 베이스(110)의 전체 영역에 형성되는 경우 복수의 영역을 동일 온도로 가열할 수 있다. 그런데, 히터(130)가 베이스(110)의 전체 영역에 형성되는 경우 복수의 영역은 전원이 인가되는 영역으로부터 멀리 떨어진 영역으로 갈수록 저항에 의해 히팅 온도가 낮아질 수 있다. 따라서, 히팅 온도가 높은 영역, 예를 들어 전원에 가까운 영역에 비해 히팅 온도가 낮은 영역, 예를 들어 전원에 멀리 떨어진 영역은 유기물의 증발량이 적어질 수 있고, 그에 따라 박막의 두께가 얇을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 히팅 온도가 낮은 영역은 히팅 온도가 높은 영역에 비해 유기물의 투입량을 증가시킨다. 따라서, 온도가 높은 영역의 히팅이 완료되어 유기물이 모두 증발된 후에도 온도가 낮은 영역의 히팅은 진행되어 유기물이 계속 증발될 수 있고, 그에 따라 전체적인 유기물의 증발량을 동일하게 하여 박막의 두께를 동일하게 할 수 있다. 또한, 히터(130)가 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역에 각각 형성되는 경우 복수 영역을 서로 다른 온도로 가열할 수도 있다. 즉, 유기 발광 소자는 예를 들어 발광층이 그 발광 색에 따라 원료 물질이 다르고, 그에 따라 서로 다른 온도에서 증발할 수 있으므로 발광 색에 따라 서로 다른 온도로 가열되도록 복수의 영역을 서로 다른 온도로 가열할 수 있다. 한편, 동일 영역 내에서 중앙부가 가장자리보다 유기물의 증발량이 많아지고 그에 따라 기판 상에 증착되는 박막의 두께가 달라질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 동일 영역 내에서 도 5에 도시된 바와 같이 중앙부가 높고 가장자리로 갈수록 낮아지도록 베이스(110)를 제작할 수 있다. 따라서, 중앙부보다 가장자리에 유기물을 많이 투입되도록 할 수 있고, 가장자리에서 증발되는 유기물의 양을 증가시켜 동일한 두께의 박막이 증착되도록 할 수 있다. 한편, 히터(130)는 소정의 열선이 소정 간격을 갖도록 형성되어 마련될 수 있으나, 베이스(110) 표면 상에 마련되는 경우 내부에 소정의 공간이 마련된 판 내부에 열선을 형성함으로써 마련될 수 있다. 또한, 히터(130)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 발열하므로 베이스(110) 내부에는 히터(130)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 라인이 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치는 베이스(110) 상에서 증발되는 유기 물질이 기판에 증착되는 과정에서 격벽(120)의 측벽에 증착될 수 있다. 이렇게 격벽(120)에 유기 물질이 계속해서 증착되는 경우 격벽(120) 사이의 공간이 좁아져 발광 셀의 면적이 줄어들 수 있다. 그런데, 격벽(120)에 유기 물질이 증착되는 경우에도 손실되는 유기 물질의 양은 마스크를 이용하는 종래의 경우 마스크에 증착되어 손실되는 유기 물질의 양보다는 훨씬 적다. 이렇게 격벽(120)에 유기 물질이 증착되는 경우 주기적인 클리닝 공정으로 격벽(120)에 증착된 유기 물질을 제거하는 것이 바람직하다. 클리닝 공정은 소정의 액체 또는 기체를 이용할 수도 있고, 격벽(120)을 포함한 증발 장치를 가열하여 격벽(120)에 증착된 유기 물질을 증발시켜 제거할 수도 있다. 그런데, 이러한 클리닝 공정을 용이하게 하기 위해 격벽(120) 내에 히터가 마련될 수도 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 베이스(110) 표면으로부터 격벽(120)의 소정 높이까지 제 2 히터(140)가 마련될 수 있다. 제 2 히터(140)는 격벽(120) 내에 매립될 수도 있고 격벽(120)의 측면 상에 마련될 수도 있다. 그런데, 격벽(120)의 제 2 히터(140)에 의해 격벽(120)과 접촉되는 기판의 온도가 상승할 수 있으므로 기판에 온도 영향을 주지 않을 정도의 높이로 제 2 히터(140)가 마련되는 것이 바람직하다. 이렇게 격벽(120)에 제 2 히터(140)가 마련되면 클리닝 공정 뿐만 아니라 유기 물질을 증발시킬 때에도 제 2 히터(140)를 가열할 수 있다. 즉, 베이스(110) 상에 투입된 유기물을 증발시키기 위해 히터(130)가 가열될 때 격벽(120)의 제 2 히터(140)가 동시에 가열될 수 있다. 이렇게 히터(130) 및 제 2 히터(140)를 동시에 가열하는 경우 격벽(120)에 유기 물질이 증착되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 베이스(110) 상에 유기물을 투입하기 위한 디스펜서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 디스펜서는 공급 라인(미도시)에 의해 유기물 저장 탱크(미도시)와 연결된다. 또한, 디스펜서는 수평 방향으로 서로 직교하는 일 방향 및 타 방향으로 이동 가능하며 상하 이동 가능할 수 있다. 즉, 디스펜서는 X축, Y축 및 Z축으로 이동 가능한 예를 들어 로봇에 연결되어 다방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 디스펜서는 증발 장치 상에서 상하좌우로 이동하면서 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 유기물을 투입할 수 있다. 또한, 디스펜서는 일정량의 유기물을 투입할 수 있는데, 이를 위해 디스펜서와 연결된 공급 라인에 밸브, 유량 제어기 등이 마련되고, 유량 제어기 등을 제어하기 위한 제어부가 마련될 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 증발 장치는 베이스(110) 상에 복수의 격벽(120)이 형성되어 기판 상에 형성되는 발광 셀의 형상으로 베이스(110)를 복수의 영역으로 분할하고, 베이스(110) 상에 히터(130)가 마련된다. 또한, 기판이 격벽(120)에 밀착되도록 안착된 후 히터(130)가 가열되어 베이스(110) 상에 투입되는 원료 물질, 예를 들어 유기물을 증발시켜 기판 상에 유기막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 마스크를 이용하지 않고 마스크 형상의 증발 장치를 이용하여 직접 기판 상에 유기막을 형성함으로써 원료 물질의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 격벽(120)에도 제 2 히터(140)가 마련됨으로써 격벽(120)에 원료 물질이 증착되는 것을 방지할 수 있거나, 격벽(120)에 증착될 수 있는 원료 물질의 클리닝 공정을 용이하게 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치를 구비하는 박막 증착 장치의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 반응 챔버(200)와, 반응 챔버(200) 내의 상부에 마련되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지부(300)와, 기판 지지부(300)와 대향되어 반응 챔버(200) 내의 하부에 마련된 증발부(100)와, 반응 챔버(200)의 압력을 조절하기 위한 압력 조절부(400)를 포함한다.

반응 챔버(200)는 원통형 또는 사각 박스 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있도록 소정 공간이 마련된다. 또한, 반응 챔버(200)는 원통형 또는 사각 박스 형상에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응되는 형상으로 제작될 수도 있다. 반응 챔버(200)의 일측벽에는 기판(S)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(210)가 마련된다. 또한, 반응 챔버(200)의 하측벽에는 반응 챔버(200)의 내부를 배기하기 위한 배기구(220)가 마련되며, 배기구(220)에는 압력 조절부(400)가 연결된다. 이러한 반응 챔버(200)는 일체형으로 제작될 수도 있고, 반응 챔버(200)를 상부가 개방된 하부 챔버와 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드로 분리하여 구성할 수도 있다.

기판 지지부(300)는 반응 챔버(200) 내의 상부에 마련되며, 반응 챔버(200) 내로 인입된 기판(10)을 지지하고 기판(10)을 이동시킨다. 기판 지지부(300)는 하부면에 기판(10)을 지지하는 지지대(310)와, 지지대(310)를 이동시키는 구동부(320)를 포함한다. 지지대(310)는 통상 기판(10)의 형상과 대응되는 형상으로 제작되는데, 예를 들어 기판(10)이 사각형일 경우 지지대(310)는 이와 대응되는 사각 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 여기서, 지지대(310)에는 증착 공정 시 기판(S)에 증착되는 박막의 증착 효율을 높이기 위해 가열 부재(미도시)가 더 마련될 수 있으며, 이에 의해 기판(S) 증착 공정에 필요한 온도를 유지시킬 수 있다. 구동부(320)는 지지대(310)의 상부에 연결되며, 기판(10)을 지지하는 지지대(310)를 이동시키는 역할을 한다. 여기서, 구동부(320)에 구동력을 제공하기 위해 구동부(320)에는 모터와 같은 구동 부재(330)를 포함할 수 있다. 지지대(310)에 기판이 지지된 상태에서 구동부(320)가 하측으로 이동하여 기판(10)이 증발부(100)에 접촉되도록 한다. 즉, 기판(10)은 증발부(100)의 격벽(120) 상에 접촉된다.

증발부(100)는 판 형상의 베이스(110)와, 베이스(110) 상의 소정 영역에 형성되어 복수의 영역을 정의하는 격벽(120)과, 베이스(110) 상에 형성되어 유기물을 가열하는 히터(130)를 포함할 수 있다. 또한, 격벽(120) 상에 형성된 제 2 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 베이스(110)는 대략 기판(10)의 형상과 대응되는 형상으로 마련되며, 열적 변형이 적은 재료, 예를 들어 티타늄(Titanium), 텅스텐(Tungsten) 또는 이들의 합금을 이용하여 제작할 수 있다. 격벽(120)은 베이스(110)의 상부 표면으로부터 소정 높이로 형성되어 베이스(110)를 복수의 영역으로 정의한다. 즉, 격벽(120)은 기판(10) 상에 형성되는 복수의 발광 셀에 대응되는 복수의 영역이 베이스(110) 상에 정의되도록 한다. 이러한 격벽(120)은 베이스(110)의 상부 표면으로부터 수직으로 형성될 수도 있고, 상부로부터 하부로 내측으로 경사를 갖도록 형성될 수도 있다. 이러한 격벽(120)은 일 방향 및 이와 대향되는 타 방향으로 소정 간격 이격되어 복수 형성될 수 있다. 또한, 격벽(120)은 그에 의해 분할되는 베이스(110) 상의 복수의 영역이 모두 동일한 면적을 갖도록 형성될 수도 있고, 서로 다른 면적을 갖도록 형성될 수도 있다. 이렇게 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에는 유기 발광 소자의 예를 들어 전자 주입층, 전자 전달층, 발광층, 홀 전달층 및 홀 주입층을 각각 형성하기 위한 유기물이 투입된다. 한편, 격벽(120)은 베이스(110)와 동일 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 티타늄(Titanium), 텅스텐(Tungsten) 또는 이들의 합금을 이용하여 제작할 수 있다. 히터(130)는 베이스(110) 상에 형성되며, 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 투입되는 유기물을 증발시키기 위해 마련된다. 이러한 히터(130)는 베이스(110) 내부에 형성될 수도 있고, 베이스(110) 표면 상에 형성될 수도 있다. 또한, 히터(130)는 베이스(110)의 전체 영역에 형성될 수도 있고, 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 각각 형성될 수도 있다. 히터(130)가 베이스(110)의 전체 영역에 형성되는 경우 복수의 영역을 동일 온도로 가열할 수 있고, 복수 영역에 각각 형성되는 경우 복수 영역을 서로 다른 온도로 가열할 수도 있다. 한편, 증발부(100)는 반응 챔버(200) 하측 바닥면에 마련될 수도 있고, 소정의 지지대(150)에 의해 지지될 수도 있다. 이때, 지지대(150)는 상하 이동 가능하여 증발부(100)를 상승 및 하강시킬 수 있다.

압력 조절부(400)는 반응 챔버(200)의 압력을 조절하기 위해 마련되며, 반응 챔버(200)의 배기구(220)와 연결된다. 이러한 압력 조절부(400)는 반응 챔버(200)의 배기구(220)와 연결된 배기관(410)과, 배기관(410)과 연결된 배기 수단(420)을 포함한다. 여기서, 배기 수단(420)은 고진공 펌프를 포함할 수 있으며, 고진공 펌프와 저진공 펌프를 동시에 포함할 수 있다. 배기 수단(420)으로 고진공 펌프와 저진공 펌프를 동시에 구비하여 반응 챔버(200)의 내부를 각각 저진공 상태로 형성한 후 고진공 상태로 유지할 수도 있다. 또한, 배기관(420)의 소정 영역에 마련된 밸브(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 따라서, 반응 챔버(200)를 예를 들어 고진공의 압력으로 유지할 수도 있다.

한편, 반응 챔버(200)의 일측에는 원료 물질, 예를 들어 유기물을 공급하는 원료 공급부(500)가 마련될 수도 있다. 원료 공급부(500)는 베이스(110) 상에 원료 물질을 투입하기 위한 디스펜서(510)와, 원료 물질을 저장하는 저장 탱크(520) 및 디스펜서(510)와 저장 탱크(520) 사이에 마련된 공급 라인(530)을 포함할 수 있다. 이러한 원료 공급부(500)는 반응 챔버(200)의 예를 들어 일 측면으로부터 반응 챔버(200)의 내측으로 디스펜서(510) 및 공급 라인(530)의 일부가 삽입되어 원료 물질을 공급할 수 있다. 원료 물질은 분말 상태일 수 있고, 액체 상태일 수 있다. 여기서, 디스펜서(510)는 반응 챔버(200) 내부에 계속해서 대기할 수 있으며, 원료 물질 투입이 필요할 경우 외부로부터 내부로 유입될 수도 있다. 디스펜서(510)는 X축, Y축 및 Z축으로 이동 가능한 이동부, 예를 들어 로봇(미도시)에 연결되어 수평 방향으로 서로 직교하는 일 방향 및 타 방향으로 이동 가능하며 상하 이동 가능할 수 있다. 또한, 디스펜서(510)는 일정량의 원료 물질을 투입할 수 있는데, 이를 위해 공급 라인(530)의 소정 영역에 밸브, 유량 제어기 등이 마련되고, 유량 제어기 등을 제어하기 위한 제어부(미도시)가 마련될 수도 있다. 또한, 제어부는 디스펜터(510)의 위치를 이동시키는 로봇을 제어할 수도 있다. 따라서, 원료 공급부(500)는 증발부(100) 상에서 상하좌우로 이동하면서 격벽(120)에 의해 분할된 복수 영역의 베이스(110) 상에 유기물을 투입할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 기판(10)과 증발부(100)를 정렬하기 위한 정렬 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 정렬 수단은 기판(10)과 증발부(100)의 소정 영역에 각각 형성된 정렬 키(미도시)와, 정렬 키를 정렬시키기 위한 카메라(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 카메라를 이용하여 정렬 키의 정렬 상태를 확인한 후 증착 공정을 실시할 수 있다.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발 장치를 이용한 박막 증착 방법을 설명하기 위해 공정 순으로 도시한 증발 장치의 단면도이다.

도 8을 참조하면, 베이스(110) 상부에 서로 직교하는 일 방향 및 타 방향으로 복수의 격벽(120)이 마련되어 베이스(110) 상부가 복수의 영역으로 분할되고, 베이스(110) 상부 또는 내부에 히터(130)가 마련된 증발부(100)가 제공된다. 이어서, 격벽(120)에 의해 복수의 영역으로 분할된 베이스(110) 상에 원료 물질, 예를 들어 유기물(160)을 투입한다. 유기물(160)은 디스펜서에 의해 각 영역에 동일 양이 공급될 수도 있다. 또한, 증발부(100)는 반응 챔버(200) 외측에서 유기물(160)이 투입된 후 반응 챔버(200) 내측으로 유입될 수도 있고, 반응 챔버(200) 내측에서 유기물(160)이 투입될 수도 있다. 그런데, 반응 챔버(200)의 진공을 파괴하지 않고 공정의 연속성을 유지하기 위해서는 반응 챔버(200) 내부에서 유기물(160)이 투입되는 것이 바람직하다. 그리고, 반응 챔버(200) 내측으로 기판(10)이 공급되어 증발부(100) 상측에 위치하게 된다. 이때, 정렬 장치, 예를 들어 정렬 키 및 카메라 등을 이용하여 기판(10)과 증발부(100)의 위치를 정렬한다. 즉, 증발부(100)에서 증발되는 유기물은 기판(10)의 발광 셀에 증착되어야 하므로 정렬 장치를 이용하여 기판(10)의 발광 셀과 증발부(100)의 격벽(120) 사이의 공간을 정렬하게 된다.

도 9를 참조하면, 정렬 장치에 의해 정렬되면 기판(10)이 하측으로 이동하여 증발부(100)의 격벽(120) 상에 접촉하여 안착된다. 이때, 격벽(120)은 기판(10)의 발광 셀 사이의 영역, 예를 들어 뱅크 패턴에 접촉된다. 그리고, 히터(130)에 전원을 공급하여 유기물(160)을 기화시켜 기판(10) 상에 유기막(19)이 증착되도록 한다. 히터(130)는 베이스(110) 상의 모든 영역에서 동일 온도로 가열될 수 있으나, 적어도 둘 이상의 다른 온도로 가열될 수도 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 발광 셀에 따라 발광층의 유기물이 다르고 그에 따라 가열 온도가 다를 수 있으므로 그에 따라 서로 다른 온도로 가열하여 유기물을 증발시킨다.

도 10에 도시된 바와 같이, 유기물(160)이 증발되어 기판(10) 상에 유기막(19)이 증착된 후 히터(130)의 가열을 중지한 후 도 11에 도시된 바와 같이 기판(10)을 증발부(100)로부터 들어올리게 된다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치는 반응 챔버(200) 내부로 유입되는 기판(10)이 기판 지지부(300)에 안착된 후 기판 지지부(300)가 하측으로 이동되는 것으로 설명하였으나, 별도의 기판 지지부(300)가 필요없이 기판(10)이 외부로부터 반응 챔버(200) 내에 유입되어 증발부(100)의 격벽(120) 상에 안착될 수도 있다.

110 : 베이스 120 : 격벽
130 : 히터 100 : 증발부
200 : 반응 챔버 300 : 기판 지지부
400 : 압력 조절부

Claims

베이스;
상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스를 복수의 영역으로 분할하는 격벽; 및
상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스 상에 투입되는 원료 물질을 증발시키는 히터를 포함하는 증발 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 격벽은 유기 발광 소자의 복수의 발광 셀의 경계 부분에 대응되도록 형성되는 증발 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 격벽에 의해 형성된 상기 복수의 영역은 동일 면적을 갖거나 적어도 둘 이상의 다른 면적을 갖는 증발 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 히터는 상기 복수 영역의 상기 베이스 상에 각각 형성되는 증발 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 히터는 복수의 영역을 동일 온도로 가열하거나 적어도 둘 이상의 다른 온도로 가열하는 증발 장치.
청구항 4 또는 5에 있어서, 상기 복수의 영역 각각 내의 상기 베이스는 중앙부로부터 가장자리로 갈수록 하향 경사지게 마련되는 증발 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 히터는 상기 베이스 상부 또는 내부에 전체적으로 형성되는 증발 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 복수의 영역은 영역 별로 가열 온도가 다르고, 상기 가열 온도가 낮은 영역에 상기 가열 온도가 높은 영역에 비해 상기 원료 물질의 투입량을 증가시키는 증발 장치.
청구항 4 또는 7에 있어서, 상기 격벽 상에 마련된 제 2 히터를 더 포함하는 증발 장치.
반응 공간이 마련된 반응 챔버;
상기 반응 챔버 내에 마련되고 기판이 안착되어 원료 물질을 상기 기판으로 증발시키는 증발부; 및
상기 증발부에 상기 원료 물질을 투입하는 원료 공급부를 포함하며,
상기 증발부는 베이스와, 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스를 복수의 영역으로 분할하는 격벽과, 상기 베이스 상에 마련되어 상기 베이스 상에 투입되는 상기 원료 물질을 증발시키는 히터를 포함하는 박막 증착 장치.
청구항 10에 있어서, 상기 반응 챔버 내부로 인입되는 상기 기판을 지지하고 상기 기판을 이동시키는 기판 지지부;
상기 반응 챔버 내의 압력을 조절하기 위한 압력 조절부; 및
상기 기판을 상기 증발부 상에서 위치 정렬시키기 위한 정렬부를 더 포함하는 박막 증착 장치.
청구항 10 또는 11에 있어서, 상기 원료 공급부는 상기 원료 물질을 상기 증발부 상의 복수의 영역에 투입하는 디스펜서; 및
상기 디스펜서를 이동시켜 위치를 조절하기 위한 이동부를 포함하는 박막 증착 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 디스펜서는 상기 반응 챔버 내부에 마련되거나, 상기 반응 챔버 외부에 마련되어 상기 원료 물질 투입 시 반응 챔버 내부로 인입되는 박막 증착 장치.