KR20160041006A - 이온성 액체를 이용한 방착방법 및 액체방착설비를 구비한 진공증착장치 - Google Patents

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Abstract

이 발명의 방착방법은 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계(S110)와, 챔버 내부의 방착대상의 표면에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계(S120)와, 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계(S130)와, 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 챔버에서 수집하는 단계(S140), 및 챔버에 수집된 혼합액체를 챔버의 외부로 배출하는 단계(S150)를 포함한다. 이 발명은 챔버의 내벽 또는 방착판의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성함으로써, 증착 공정시 증착재료가 챔버 내벽 또는 방착판 등에 증착되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이온성 액체에 흡착 또는 포집된 증착재료를 이온성 액체와 함께 유동시켜 회수함으로써 챔버 내부가 오염되는 것을 방지하고 이를 통해 증착 공정의 중단 없이 연속적으로 공정을 수행함으로써 증착장치의 가동율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

이온성 액체를 이용한 방착방법 및 액체방착설비를 구비한 진공증착장치{Anti-deposition method using ionic liquids and vacuum deposition apparatus with anti-deposition facilities using ionic liquids}
이 발명은 이온성 액체(ionic liquids)를 이용하여 진공증착장치 내에서 증착재료를 포집하는 방착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 챔버 내의 내벽 또는 방착판을 따라 이온성 액체를 유동시키거나 증발원과 챔버 내벽의 사이에 이온성 액체 실드층을 형성함으로써, 증착 공정시 증착재료가 챔버의 내벽이나 부품에 증착되는 것을 방지하는 방착방법에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 상기와 같은 방착방법이 적용되는 액체방착설비를 구비하는 진공증착장치에 관한 것이기도 하다.
진공증착장치의 대표적인 기술로는 CVD(Chemical Vapour Deposition), PVD(Physical Vapour Deposition)가 있다. CVD법은 화학 기상증착법을 말하는 것으로서, 기판에 증착하고자 하는 물질의 가스 원료를 주입하고 챔버 내의 기판 위에서 고온분해 또는 고온화학반응을 통해 박막을 증착하는 원리를 이용한다. 이 방법은 기판과 증착된 박막 사이의 접착력이 우수하며, 기판의 형상에 상관없이 균일한 박막을 제조할 수 있으며, 고순도의 물질을 증착하기에 용이한 방법이다. 이러한 이유로, 현재 반도체 제조공정에서 가장 널리 사용되고 있는 방법이기도 하다.
PVD(물리적 기상증착법)은 CVD와는 다르게 물리적인 과정에 의해서 박막을 퇴적시키는 방법이다. 공정상의 뚜렷한 차이점은 PVD의 경우 증착시키려는 물질을 기체 상태로 만들어서 날려 보내는 것이므로 고진공이 요구된다. 즉, 기판에 도달하는 과정에서 다른 기체 분자들과 부딪혀서 기판에 닿지 못하거나 중간에 에너지를 잃어 고체로 변해버리는 문제를 막기 위해 고진공이 요구된다. PVD에 해당하는 증착법에는 스퍼터링(Sputtering), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자빔 증착법(L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착법(PLD, Pulsed Laser Deposition) 등이 있다.
물리적 기상증착법은 금속재료나 유기재료 등의 증착재료로 소정의 기판 표면에 박막을 형성하는 기술로서, 이때 증발원에서 생성된 증착재료의 입자들이 진공챔버 내의 불특정 방향으로 비산하게 된다. 즉, 기판뿐만 아니라 진공챔버의 내벽이나 진공챔버 내의 다른 부품들에도 증착되는 현상이 발생한다. 이러한 증착 공정은 10-7 내지 10-2 torr 범위의 공정압력에서 증착재료가 기화되어 기판에 박막이 형성된다.
일반적인 증착장치는 증착재료가 직접 챔버의 내벽에 증착되는 것을 방지하기 위해 방착판을 이용한다. 방착판을 챔버의 내부 표면에 장착한 상태에서 증착 공정을 진행하게 되면, 증발원으로부터 배출된 증착재료 입자의 일부는 기판을 향하여 유동하지만, 나머지 대부분의 입자들은 기판 이외의 챔버 내벽 또는 부품 표면에 증착되게 된다. 따라서, 일정 시간의 증착 공정이 진행된 후, 챔버 내벽을 청소해야 하는데, 방착판을 설치함으로써 각 방착판 표면에 위에서 언급한 반도체재료, 금속재료, 산화물재료, 유기재료 등의 증착재료의 코팅층이 형성된다.
하지만, 이러한 코팅층이 일정 두께 이상으로 증착되면, 방착판으로부터의 탈리 현상 등으로 인해 기판으로 낙하, 또는 분진 형태로 챔버 내에서 비산하는 등의 현상으로 인해 제조하는 박막의 구조적, 화학조성적 특성에 영향을 주어 최종적으로 소자의 불량률에 영향을 미친다. 따라서, 박막제조 공정을 일정기간 수행한 후에는 제조라인을 정지시키고 정기적으로 챔버로부터 방착판을 분리한 후, 새로운 방착판을 장착하게 되며, 분리된 방착판에 대한 세정 작업은 별도의 공간에서 진행된다.
한편, 위에서 언급한 바와 같이, 증착장치는 일정시간 가동한 후, 유지 보수 및 장치의 효율적인 이용을 위하여 그 가동을 일시적으로 정지시키게 된다. 예컨대, 통상 OLED 패널의 제조라인의 경우, 약 6일 정도 증착장치를 가동한 뒤에 증발원에 공급되는 전원을 차단한 후, 증착장치의 내부 진공압을 제거하고 증발원의 온도를 낮춘 상태에서 각 증발원을 정비하거나 증착재료를 재충전한다. 또한, 챔버의 내부 표면에 고정된 방착판(증착재료의 기화물이 굳어 있는 상태)을 제거하고 새로운 방착판을 장착하게 된다. 이러한 유지보수 주기 중에 방착판의 교체로 인해 발생하는 생산감소의 요인을 제거할 경우 생산수율의 향상이 가능하다. 한편, 방착판에 증착된 유기소재는 흔히 '누룽지'라 부르며 방착판의 교체과정에서 대기중의 수분이나 산소에 노출되어 변성되므로 증착공정에 사용되는 유기소재의 사용율을 저하시키는 장애요인으로 간주되고 있다. 흔히 OLED 패널의 유기소재 증착공정에서는 증발원에 투입한 유기소재의 사용율이 20% 미만에 불과하여 패널단가의 주요한 상승요인으로 간주되고 있다.
한편, 디스플레이 제조 외에 태양전지 제조에 있어서도, 기판에 박막을 형성하기 위하여 주로 진공증착 방법이 이용되고 있어 유사한 문제점을 안고 있다. 즉, 증착 공정 중에 대상 기판에 증착되지 않고 챔버 내벽에 붙거나 기타 챔버 내부의 부품에 부착되어 챔버 내부를 오염시키는 원인이 되는 잔여 증착재료를 제거할 필요가 있다.
이와 같이 기존의 증착장치는 챔버 내벽이나 내부 부품에 방착판을 설치하여 증착재료가 챔버의 내벽에 직접 쌓이는 것을 방지하고, 증착재료가 어느 정도 쌓이면 생산 제품의 불량요소로 작용할 수 있으므로 생산을 중단하고 증착재료가 쌓여 있는 챔버 내부의 방착판을 새로운 것으로 교체한 후 공정을 다시 시작해야 하기 때문에 비효율적이다.
즉, 기존의 진공증착장치는 생산 중단에 따른 생산량 감소가 필연적으로 발생하게 되며, 방착판을 설치하더라도 틈새로 미세한 입자의 증착재료가 들어가 챔버 내부의 부품이나 동작 기구를 오염시키기 때문에 부품이나 기구의 성능을 저하 시키거나 이를 손상시키는 문제점이 있다.
한편, 진공증착기술은 상기와 같은 CVD, PVD 방식 이외에도 다른 방식이 존재하지만, 증착 공정 중에 기판에 증착되지 않고 비산하는 증착재료가 챔버 내벽에 붙거나 기타 챔버 내부의 부품에 부착되어 오염시키는 유사한 문제점이 있다.
특허등록 제10-0589938호 특허등록 제10-1010196호
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 챔버의 내벽 또는 방착판의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시키거나 증착재료의 증발원 둘레에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성함으로써, 증착 공정시 증착재료가 챔버 내벽 또는 방착판 등에 증착되는 것을 방지할 수 있는 이온성 액체를 이용한 방착방법 및 액체방착설비를 구비한 진공증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체에 포집된 증착재료를 이온성 액체와 함께 유동시켜 회수함으로써 챔버 내부가 오염되는 것을 방지하고 이를 통해 증착 공정의 중단 없이 연속적으로 공정을 수행할 수 있는 이온성 액체를 이용한 방착방법 및 액체방착설비를 구비한 진공증착장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 방착방법은, 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계와, 상기 챔버 내부의 방착대상의 표면에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계, 및 상기 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 방착방법은, 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계와, 증착재료의 증발원 둘레에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계, 및 상기 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 진공증착장치는, 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 공급수단과, 상기 공급수단에서 공급되는 이온성 액체를 상기 챔버 내부의 방착대상의 표면을 따라 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 실드층 형성수단, 및 상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 수집수단을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 진공증착장치는, 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 공급수단과, 상기 공급수단에서 공급되는 이온성 액체를 증착재료의 증발원 둘레를 따라 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 실드층 형성수단, 및 상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 수집수단을 포함한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 방착대상은 상기 챔버의 내벽 또는 방착판인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 챔버에 수집된 혼합액체를 상기 챔버의 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 증착재료는 반도체재료, 금속재료, 산화물재료, 유기재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 이온성 액체는 상기 챔버의 외부에서 실온 또는 일정온도로 냉각된 상태로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 유기재료는 OLED용 유기발광소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 금속재료는 금, 백금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 구리, 인듐 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 챔버의 하부에 설치되어 상기 수집수단에 고인 이온성 액체와 증착재료를 상기 챔버의 외부로 배출하는 배출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 실드층 형성수단은 기판홀더 주위를 둘러싸고 배치된 삿갓모양의 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 챔버의 내벽 또는 방착판의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시키거나 증착재료의 증발원 둘레를 따라 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성함으로써, 증착 공정시 증착재료가 챔버 내벽 또는 방착판 등에 증착되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체에 흡착 또는 포집된 증착재료를 이온성 액체와 함께 유동시켜 회수함으로써 챔버 내부가 오염되는 것을 방지하고 이를 통해 증착 공정의 중단 없이 연속적으로 공정을 수행함으로써 증착장치의 가동율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 이온성 액체를 유동시켜 챔버의 내벽 및 부품에 증착재료가 증착되지 아니하고, 이온성 액체에 흡착 또는 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 챔버의 내부에서 수집하고, 이온성 액체로부터 상기 증착재료를 분리하여 공정의 증발원에 재투입함으로써 증착재료의 공정내 사용율을 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 고가의 유기발광소재나 금, 은, 백금 등의 고가 금속의 경우는 소재의 안전한 회수와 관리라는 측면에서 효과가 매우 크다고 볼 수 있다.
또한, 챔버 내벽을 이온성 액체로 도포함으로 인해 챔버 내벽에서 발생하는 잔류가스, 수증기 등의 탈가스(degasing) 현상을 막을 수 있어, 챔버를 대기중에 오픈한 다음 고진공에 도달하기까지의 시간이 훨씬 짧아져 패널 제조의 조업개시 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.
도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법의 흐름도이다.
도 2는 이 발명의 다른 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법의 흐름도이다.
도 3은 이 발명의 방착방법이 적용되는 제1 실시예에 따른 열증발 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다.
도 4는 이 발명의 방착방법이 적용되는 제2 실시예에 따른 스퍼터링 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다.
도 5는 이 발명의 방착방법이 적용되는 제3 실시예에 따른 전자빔 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다.
도 6은 이 발명의 방착방법이 적용되는 진공증착장치에서 액체 실드층 형성수단의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 7은 이 발명의 방착방법이 적용되는 진공증착장치에서 액체 실드층 형성수단의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
먼저, 이 발명에 이용되는 이온성 액체의 특성에 대해 살펴보면 다음과 같다.
이온성 액체(ionic liquid)는 양이온과 음이온의 이온결합으로 이루어진 소금과 같은 유기물질로서 실온에서 액체상태로 존재하며, 증기압이 거의 0에 가깝기 때문에 300℃ 이상의 고온, 10-7 Torr 이상의 고진공에서도 안정적으로 액체상태를 유지한다. 이러한 특징 때문에 'Green solvent'라 불리우면서 친환경 용매로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이온성 액체의 특징을 이용하여 고진공, 고온 환경에서도 다양한 응용이 가능하다. 또한, 이온성 액체는 다양한 무기물, 유기물, 고분자 물질을 용해시킬 수 있고, 소수성, 용해도, 점도, 밀도 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있어서 "Designer Solvent"로도 불리우며, 이론상으로 1018 가지 이상의 합성이 가능하여 용매로서의 무한한 잠재력을 지니고 있다. 즉, 이온성 액체는 기존의 유기용매가 지니지 못하는 다양한 특성을 나타낼 뿐만 아니라 사용자의 목적에 맞는 용매를 선택하고 합성할 수 있다는 큰 장점이 있다(이온성 액체의 최신 연구동향 1 - Overview, 인하대학교 초정밀생물분리기술연구소, 이상현, 하성호).
한편, 이온성 액체는 양이온과 음이온의 구조 변화를 통하여 비휘발성, 비가연성, 열적 안정성, 높은 이온전도도, 전기화학적 안정성, 높은 끓는점 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있어서 다기능성 '디자이너 용매'로 각광받고 있다. 이러한 이온성 액체는 효소의 활성과 안정성을 증대시킬 수 있고, 분리과정도 쉽게 실현할 수 있고, 환경적/경제적인 측면에서도 바람직하여 향후, 이온성 액체는 여러 분야에 걸쳐서 널리 사용될 수 있을 것이다(Thi Phuong Thuy Pham, Chul-Woong Cho, Yeoung-Sang Yun, "Environmental fate and toxicity of ionic liquids: A review", Water Research, 44, 2010, pp.352~372).
이 발명은 상기와 같은 특성을 갖는 이온성 액체를 이용하는 것으로서, 아래에서는 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이 발명의 방착방법은 증착장치의 챔버 내에서 증착재료의 박막을 기판에 형성함에 있어서, 증착 공정 중에 대상 기판에 증착되지 않고 비산하는 증착재료가 챔버 내벽에 붙거나 기타 챔버 내부의 부품에 부착되어 오염되는 것을 방지함과 더불어, 이온성 액체에 흡착 또는 포집된 증착재료를 이온성 액체와 함께 유동시켜 회수하도록 구성한 것이다.
한편, 이 발명의 방착방법은 CVD, PVD 방식 이외의 다양한 증착기술이 적용되는 진공증착장치에 모두 적용이 가능하다. 한편, 이 발명에서 언급하는 "증착"이라는 용어는 진공상태에서 승화 또는 기화되어 기판의 표면 등에 박막을 형성하거나 박막을 형성하기 위해 비산하는 상태를 포함하는 포괄적인 의미로 정의된다.
도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법의 흐름도이고, 도 2는 이 발명의 다른 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법의 흐름도이다.
이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계(S110)와, 챔버 내부의 방착대상의 표면에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계(S120), 및 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계(S130)를 포함하여 구성된다.
또한, 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계(S210)와, 증착재료의 증발원 둘레에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계(S220), 및 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계(S230)를 포함하여 구성된다.
또한, 이 발명에 따른 방착방법은, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 챔버에서 수집하는 단계(S140, S240)와, 챔버에 수집된 혼합액체를 챔버의 외부로 배출하는 단계(S150, S250)를 더 포함하도록 구성된다.
한편, 상기 방착대상은 증착재료의 박막이 형성되는 기판 이외에 방착이 필요한 모든 부분을 포함하며, 예를 들면 챔버의 내벽 또는 방착판을 포함한다. 그리고, 이온성 액체의 유동은 중력에 의해 흘러내리거나 외부의 힘에 의해 강제 이동하는 것을 포함한다.
또한, 이 발명에 따른 방착방법은, 증착재료로 반도체재료, 금속재료, 산화물재료 또는 유기재료를 이용할 수가 있는데, 유기재료로는 OLED용 유기발광소재(전하수송층과 발광층 등의 증착에 사용되는 재료)를 이용하고, 금속재료로는 금, 백금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 구리, 인듐 중 어느 하나를 이용할 수가 있다.
한편, 액체 실드층을 형성함에 있어서는, 이온성 액체를 챔버의 외부에서 실온 또는 일정온도로 냉각시킨 상태에서 공급해 액체 실드층을 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 필요에 따라 챔버 내부의 증착분위기에 맞추어 예열된 이온성 액체가 주입될 수도 있다.
아래에서는 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 방착방법이 적용되는 다양한 증착방식 중에서 PVD 방식을 일례로 하여 이 발명에 따른 액체방착설비를 구비한 진공증착장치에 대해 설명한다.
<제1 실시예 - 열증착법(Thermal Evaporation)>
도 3은 이 발명의 방착방법이 적용되는 제1 실시예에 따른 열증발 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다. 즉, 도 3은 증착재료로 기판 표면에 발광층(유기물층)을 형성하는 증착장치를 도시한 것으로서, 증착장치의 챔버(130) 내부에 장착된 증발원(110) 및 증발원(110) 상부에 장착된 기판(120)을 도시하고 있다.
발광층이 증착되는 기판(120)은 챔버(130)의 상부 플레이트(131)에 장착된다. 이때, 기판(120)은 상부 플레이트(131)에 고정된 상태로 장착될 수도 있으나, 그 폭 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 증발원(110)은 챔버(130)의 바닥면(132)에 고정된 절연 구조체 위에 장착되어 있으며, 증발원(110)에는 전원을 공급하기 위한 케이블이 연결되어 있다.
증발원(110)에 전류가 인가되면, 그 내부의 증착재료는 증발원(110)의 벽으로부터의 방사열 및 벽과의 접촉으로부터의 전도열에 의하여 가열되어 증기화되며, 증착재료의 기화 증기는 증발원(110)의 상부 절개부를 통하여 외부로 배출된다. 이와 같이 증발원(110) 외부로 배출된 증착재료의 기화 증기는 기판(120)으로 큰 화살표 방향으로 유동하여 기판(120) 표면에서 응축됨으로써 소정 두께의 막이 형성된다.
이상과 같은 구조의 증착장치 내에서, 증발원(110)으로부터 배출된 증착재료의 증기가 기판(120)으로 비산하는 과정에서 그 일부가 챔버(130)의 내벽 또는 방착판(150)으로 비산하게 된다.
이 실시예에서는 챔버(130)의 내벽 등에 증착재료층인 유기물층이 형성되지 않도록 챔버(130)의 내벽 등을 따라 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하도록 구성한 것이다. 즉, 이 실시예에서는 챔버(130)의 내부로 이온성 액체를 공급하는 공급수단(180)과, 공급수단(180)에서 공급되는 이온성 액체를 챔버(130) 내부의 방착대상(챔버(130)의 내벽과 방착판(150))의 표면을 따라 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 실드층 형성수단과, 액체 실드층의 이온성 액체의 표면에 포집된 채 챔버(130)의 하부로 유동하는 유기소재를 함유하는 혼합액체를 챔버(130)의 하부에서 수집하는 수집수단(160)과, 이 혼합액체를 챔버(130)의 외부로 배출시키는 배출수단(170)을 갖도록 구성된다.
이 실시예에서 실드층 형성수단은 챔버(130)의 내벽과 방착판(150)의 표면을 따라 이온성 액체가 흘러내리도록 이온성 액체를 분사하는 분사수단(140)으로 구성한 것이다. 즉, 이 실시예에서는 이온성 액체가 중력에 의해 챔버(130)의 내벽과 방착판(150)의 표면을 따라 흘러내리면서 액체 실드층을 형성하도록 구성한 것이다. 그러나, 이 발명의 실드층 형성수단은 중력이 아닌 외부의 힘을 이용해 챔버(130)의 내벽 및 방착판(150)의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성할 수도 있다.
한편, 이 실시예의 분사수단(140)은 챔버(130)의 내벽을 따라 이온성 액체가 유동하도록 이온성 액체를 분사하는 제1 분사수단(141)과, 방착판(150)의 표면을 따라 이온성 액체가 유동하도록 이온성 액체를 분사하는 제2 분사수단(142)으로 구성된다. 한편, 제1 분사수단(141)은 기판홀더의 높이에서 기판홀더를 둘러싸는 형태로 챔버(130)의 내벽에 고정되어 챔버(130) 외부의 공급수단(180)으로부터 이온성 액체를 공급받는다. 그리고, 제2 분사수단(142)은 기판홀더의 높이에서 기판홀더를 둘러싸는 형태로 방착판(150)의 상단에 고정되어 챔버(130) 외부의 공급수단(180)으로부터 이온성 액체를 공급받는다.
따라서, 이온성 액체는 제1, 제2 분사수단(141, 142)에 의해 챔버(130)의 상부 쪽에서 분사되며, 분사된 이온성 액체는 챔버(130)의 내벽 및 방착판(150)의 내측면을 따라 흘러내려 그 내벽 및 내측면을 전체적으로 코팅해 액체 실드층을 형성함으로써, 챔버(130)의 내벽 및 방착판(150)의 내측면에 증착재료층인 유기물층이 형성되지 않게 된다. 이때, 제2 분사수단(142)은 방착판(150)의 내외측면을 따라 동시에 이온성 액체가 흘러내리도록 이온성 액체를 분사할 수도 있다.
바람직하게, 이온성 액체는 챔버(130)의 외부에서 실온 또는 일정온도로 냉각된 상태로 공급될 수 있고, 챔버(130)의 내벽 및 방착판(150)의 표면을 따라 흘러내리는 동안 유기소재가 증착되더라도 용해되지 않은 상태로 이온성 액체와 함께 내벽 및 표면을 따라 수집수단(160) 쪽으로 흘러내리게 된다.
배출수단(170)은 챔버(130)의 내벽 및 방착판(150)의 표면에 증착되지 않고 액체 실드층의 이온성 액체에 포집된 유기소재를 함유한 혼합액체를 챔버(130) 하부의 수집수단(160)에서 수집하여 어느 정도 수위가 차오르면 밸브를 열어 챔버(130)의 외부로 배출할 수 있도록 다양한 방식으로 구성하면 된다.
대안으로서, 상기 혼합액체는 시스템 내의 별도 공간에서 유기소재가 이온성 액체로부터 분리추출되어 공정에 재투입될 수 있도록 처리될 수도 있다.
한편, 이 실시예는 상술한 바와 같이 기존의 방착판(150)을 그대로 설치하고, 그 방착판(150)의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하도록 구성할 수도 있으나, 기존의 방착판(150)을 제거하고 챔버(130)의 내벽에만 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하도록 구성할 수도 있다.
상기와 같이 이 실시예의 장치는 이온성 액체를 유동시켜 챔버의 내벽 및 부품(방착판 포함)에 유기소재의 승화기체 등이 증착되지 아니하고, 이온성 액체에 포집된 채 챔버의 하부로 수집되어 외부로 반출시킴으로써, 방착판을 교체하기 위해 시스템을 중단시킬 일이 없어 증착장치의 가동율을 높일 수가 있다.
한편, 배출수단(170)에 의해 이온성 액체와 함께 배출된 유기소재는 원심분리기나 여과기를 통해 이온성 액체와 분리된 후 재활용되고, 이온성 액체는 이온성 액체의 공급수단(180)으로 회수되어 공정에 재투입될 수 있다. 이로써, 기판에 증착되지 않고 비산되는 유기소재를 곧바로 회수하여 공정에 재활용함으로써, 진공증착장치에서 유기소재의 공정내 사용비율을 높일 수가 있다.
<제2 실시예 - 스퍼터링법(Sputtering)>
도 4는 이 발명의 방착방법이 적용되는 제2 실시예에 따른 스퍼터링 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스퍼터링은 챔버(230) 내에 공급되는 작업가스와 캐소드에서 발생되는 전자 사이의 충돌로부터 시작된다. 애노드에는 기판(220)이 파지되어 있고, 캐소드에는 기판(220)에 증착될 타겟(210)이 부착되어 있다. 스퍼터링 과정을 보면, 진공챔버 내에 Ar과 같은 불활성기체를 넣고(약 2∼15mTorr 정도), 캐소드에 (-)전압을 가하면 캐소드로부터 방출된 전자들이 Ar 기체원자와 충돌하여, Ar을 이온화시킨다.
Ar이 여기되면서 전자를 방출하면 에너지가 방출되며, 이때 글로우방전이 발생하여 이온과 전자가 공존하는 보라색의 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 내의 Ar+ 이온이 큰 전위차에 의해 캐소드(즉, 타겟) 쪽으로 가속되어 타겟의 표면과 충돌하면, 중성의 타겟 원자들이 튀어나와 기판에 박막을 형성한다. RF 스퍼터링은 금속 이외에도 비금속, 절연체, 산화물, 유전체 등의 스퍼터링이 가능하며 주로 13.56MHz의 고주파 전원 또는 DC전원을 사용한다.
타겟 원자들이 비산하면서 챔버(230)의 내벽에 쌓이게 되면 박막의 품질을 저하시키는 오염의 원인이 된다. 따라서, 제1 실시예와 동일 개념으로 챔버(230)의 내벽이나 방착판(250)의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시켜 비산하는 타겟소재가 증착하지 않도록 할 수 있다. 여기서, 타겟소재는 금, 백금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 구리, 인듐 등 고가 귀금속일 수 있다.
이 실시예의 분사수단(240), 방착판(250), 수집수단(260), 배출수단(270), 및 이온성 액체의 공급수단(280)은 제1 실시예의 분사수단(140), 방착판(150), 수집수단(160), 배출수단(170) 및 이온성 액체의 공급수단(180)과 동일하거나 유사하게 구성되어 동일하거나 유사한 기능을 수행하므로, 그에 대한 설명을 생략한다.
<제3 실시예 - 전자빔 증착법(E-beam evaporation)>
도 5는 이 발명의 방착방법이 적용되는 제3 실시예에 따른 전자빔 진공증착장치의 내부 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전자빔을 이용한 진공증착(electron beam evaporation)은 매우 높은 전압을 가하여 필라멘트에서 방출된 열전자들을 증발원(310)에 충돌시킴으로써, 발생되는 열에 의해 증착하고자 하는 재료를 증발시켜 기판(320)에 증착시키는 방법이다. 이 방법은 고진공(10-5 torr 이하)하에서 수냉 도가니를 사용하므로 저항가열식의 단점인 오염이 비교적 적고 고에너지를 가진 열전자를 접속하기 때문에, 고융점 재료도 증착이 가능하고 또한 증착속도 조절이 용이하여 최근에 널리 사용되고 있다.
그런데, 상기와 같은 전자빔 증착의 경우에도 증착소재가 증발하는 과정에서 챔버(330)의 내벽에 비산하여 챔버(330) 내의 오염을 유발하는 원인이 된다. 따라서, 제1 실시예와 동일 개념으로 챔버(330)의 내벽이나 방착판(350)의 표면을 따라 이온성 액체를 유동시켜 비산하는 증착소재가 증착하지 않도록 할 수 있다.
이 실시예의 분사수단(340), 방착판(350), 수집수단(360), 배출수단(370), 및 이온성 액체의 공급수단(380)은 제1 실시예의 분사수단(140), 방착판(150), 수집수단(160), 배출수단(170) 및 이온성 액체의 공급수단(180)과 동일하거나 유사하게 구성되어 동일하거나 유사한 기능을 수행하므로, 그에 대한 설명을 생략한다.
PVD는 반도체 공정이나 기타 산업에 많이 이용되는데, 대개 PVD의 경우 고품질의 박막이나 나노구조를 만들 때 쓰이기 때문에 고진공이 요구되어 장비가 고가이며 증착속도가 느리지만, 고품질의 증착면을 얻을 수가 있다. 한편, 상기 실시예들에서는 PVD법을 일례로 하여 설명하였으나, 동일 개념으로 CVD법에도 적용이 가능하다.
한편, 상기 실시예들에서는 상향식 증착을 일례로 하여 설명하였으나 하향식 증착이나 수평식 증착의 경우에도 증착재료가 비산하는 것을 방지하기 위해 상기와 동일 개념으로 이온성 액체를 이용하여 증착재료를 포집하고, 이온성 액체에 포집된 증착재료를 진공챔버 내에서 수집한 다음 회수할 수가 있다.
상기 실시예들에서와 같이, 이온성 액체를 챔버의 내벽이나 방착판의 표면을 따라 직접 흐르게 하는 방식 이외에도 도 6에 도시한 바와 같이 챔버의 내벽과 일정한 간격을 두고 증발원을 중심으로 벨모양의 이온성 액체 실드층을 형성하도록 증발원의 부근에서 이온성 액체를 분사하는 실드층 형성수단을 구비할 수도 있다. 도 6의 실드층 형성수단은 이온성 액체를 상부 방향으로 분사하여 증착재료의 증발원 둘레를 따라 액체 실드층을 형성한 것이다. 도 6은 이 발명의 방착방법이 적용되는 진공증착장치에서 액체 실드층 형성수단의 일례를 나타내는 개략도이다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 증발원에서 비산하는 증착재료로부터 챔버의 내벽을 차단하는 이온성 액체 실드층을 형성하도록 기판홀더의 주위에서 삿갓모양의 처마부재를 두르고, 그 곳을 이온성 액체가 흐르도록 실드층 형성수단을 구성할 수도 있다. 도 7의 실드층 형성수단은 이온성 액체를 처마부재를 따라 중력에 의해 흘러내리게 하여 증착재료의 증발원 둘레를 따라 액체 실드층을 형성한 것이다. 도 7은 이 발명의 방착방법이 적용되는 진공증착장치에서 액체 실드층 형성수단의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
이 발명의 이온성 액체를 이용한 방착방법을 적용한 진공증착장치를 AMOLED 패널의 증착라인에 적용하는 경우 다음과 같은 현저한 효과를 나타낸다.
(1) 기판 이외의 챔버의 내벽에 증착되는 고가의 유기소재를 간단히 회수할 수 있어서, 고가의 유기소재 사용율을 기존의 최대 20%에서 50~60% 까지 향상시켜 패널 제조 단가를 낮출 수 있다.
(2) 기존 고체 방착판 기술은 방착판의 오염으로 인해 주기적인 장비가동의 중단, 방착판의 교체, 장비 재가동의 손실이 발생한다. 이는 결과적으로 각 생산라인에서 단위 기간당(예, 1개월) 패널 제조 매수의 저하를 초래한다. 그런데, 이 발명의 액체 방착기술은 기존의 고체 방착판 교체로 인해 발생하는 생산차질을 없애고, 방착판에 부착된 고가의 유기소재(흔히, 현장에서는 '누룽지'라 부름)를 회수하기 위해 복잡한 공정(상압화 → 방착판 분리 → 유기소재 용해 → 건조 → 재정제)을 없애고, 제조라인이 있는 현장에서 유기소재의 회수 처리가 가능해진다.
(3) AMOLED 제조 라인에서는 유기소재가 수분에 노출되면 소자 특성에 치명적인 영향을 주게 되는데, 장비를 대기에 노출시키는 주기가 없어질수록 챔버 내에 잔류하는 수분의 영향을 없앨 수 있고 이는 불량률을 점감시킬 수 있게 된다.
(4) 또한, 챔버의 내벽을 이온성 액체로 도포함으로 인해 챔버의 내벽에서 발생하는 잔류가스, 수증기 등의 Degasing 현상을 막을 수 있어, 챔버를 대기중에 오픈한 다음 고진공에 도달하기까지의 시간이 훨씬 짧아져 패널 제조의 조업개시 시간을 획기적으로 단축시킬 수가 있다.
한편, 이 발명의 액체 방착기술을 이용하면 반도체, 금속 박막 제조 공정에서도 AMOLED 제조장비에서와 동일한 효과가 기대된다. 스퍼터 장비의 경우 대부분의 공정이 저온상태에서 이루어지기 때문에, 이온성 액체를 방착응용에 용이하게 적용이 가능하다.
이상에서 이 발명의 이온성 액체를 이용한 방착방법 및 액체방착설비를 구비한 진공증착장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (18)

  1. 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계와,
    상기 챔버 내부의 방착대상의 표면에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계, 및
    상기 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계를 포함하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  2. 진공증착장치의 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 단계와,
    증착재료의 증발원 둘레에 이온성 액체를 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 단계, 및
    상기 액체 실드층에 비산하는 증착재료를 포집하는 단계를 포함하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방착대상은 상기 챔버의 내벽 또는 방착판인 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버에 수집된 혼합액체를 상기 챔버의 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 증착재료는 반도체재료, 금속재료, 산화물재료, 유기재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이온성 액체는 상기 챔버의 외부에서 실온 또는 일정온도로 냉각된 상태로 공급되는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기재료는 OLED용 유기발광소재인 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속재료는 금, 백금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 구리, 인듐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 방착방법.
  10. 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 공급수단과,
    상기 공급수단에서 공급되는 이온성 액체를 상기 챔버 내부의 방착대상의 표면을 따라 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 실드층 형성수단, 및
    상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 수집수단을 포함하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  11. 챔버 내부로 이온성 액체를 공급하는 공급수단과,
    상기 공급수단에서 공급되는 이온성 액체를 증착재료의 증발원 둘레를 따라 유동시켜 액체 실드층을 형성하는 실드층 형성수단, 및
    상기 액체 실드층의 이온성 액체에 포집되어 잔류하는 증착재료를 함유하는 혼합액체를 상기 챔버에서 수집하는 수집수단을 포함하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 방착대상은 상기 챔버의 내벽 또는 방착판인 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 챔버의 하부에 설치되어 상기 수집수단에 고인 이온성 액체와 증착재료를 상기 챔버의 외부로 배출하는 배출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  14. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 증착재료는 반도체재료, 금속재료, 산화물재료, 유기재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  15. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 이온성 액체는 상기 챔버의 외부에서 실온 또는 일정온도로 냉각된 상태로 공급되는 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 유기재료는 OLED용 유기발광소재인 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 금속재료는 금, 백금, 은, 팔라듐, 텅스텐, 구리, 인듐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 실드층 형성수단은 기판홀더 주위를 둘러싸고 배치된 삿갓모양의 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체방착설비를 구비한 진공증착장치.
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