KR20190090414A - 증착 장치 - Google Patents

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KR20190090414A
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한상진
허명수
강유진
박준하
정성호
정지영
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

증착 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 증착 장치는, 서로 다른 증착 물질을 기화시키는 복수의 기화부; 복수의 기화부에서 공급된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부; 혼합 챔버부로부터 공급된 증착 물질을 기판에 분사하는 노즐부; 및 증착 공정이 수행되는 진공 챔버부 내에서 기판을 지지하는 기판 지지대;를 포함하며, 노즐부는 복수의 열로 배치된 복수개의 노즐들을 갖는다.

Description

증착 장치{DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면증착 공법을 이용한 증착 장치에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)는 음극과 양극을 통하여 주입된 전자와 정공이 유기물로 형성된 발광층에서 결합하면서 특정 파장의 빛이 발생하는 발광 소자이다. OLED는 유기물의 종류에 따라서 발생하는 광의 파장이 달라질 수 있다. 유기 발광 디스플레이 장치는 이러한 OLED의 어레이를 광원으로 이용하는 자체 발광형 디스플레이 장치의 하나이다.
유기 소자(OLED: Organic Light Emitted Device)를 제작하는데 있어서, 가장 중요한 공정은 유기박막을 형성하는 공정이며, 이러한 유기 박막을 형성하기 위해서는 진공 증착이 주로 사용된다.
이러한 진공 증착은 챔버 내에 글라스(glass)와 같은 기판과 파우더(powder) 형태의 증착 물질이 담긴 포인트 소스(point source) 또는 점 증발원과 같은 증발원을 대향 배치하고, 증발원 내에 담긴 파우더 형태의 증착 물질을 증발시켜 증발된 증착 물질을 분사함으로써 기판의 일면에 유기 박막을 형성한다.
최근에는 기판이 대면적화됨에 따라, 포인트 소스 또는 점 증발원으로 알려진 증발원 대신 대면적 기판의 박막 균일도가 확보되는 선형 증발원이 사용된다. 이러한 선형 증발원을 사용하는 종래의 증착 장치는, 도가니 내에 증착 물질을 저장하고, 저장된 증착 물질을 증발시켜 기판을 향해 분사하는 서로 이격된 복수의 증발홀을 구비한다.
하지만, 기판이 더욱 대면적화 됨에 따라 더욱 많은 양의 증착 물질이 필요하게 되었고, 장시간 증착공정을 수행하기 위해서는 증착 공정 중 도가니를 교체해야 한다.
이러한 진공 증착 공정 중 도가니 교체 작업이 수반될 때마다 진공화 작업에 따르는 부수적인 작업이 뒤따르게 되어 여러 가지 노력과 에너지를 소모하게 되며, 챔버를 재 진공화하는 데 상당한 시간이 걸려 전체적인 생산성을 낮춘다.
또한, 상기 종래의 증착 장치는, 다수의 증발원이 진공 챔버 내에 설치되어 있으므로 한정된 개수의 증발원만이 설치될 수 있고, 이에 따라 한정된 양의 증착 물질만을 기판에 공급할 수 있는 단점이 있다.
또한, 상기 종래의 증착 장치는, 선형 증착원 또는 기판의 이동거리를 확보하고 복합막 형성을 위한 각도제한 영역과 성막 회피 영역을 확보하기 위해 시스템의 크기가 증가해야 하고, 하나의 노즐이 하나의 증착 물질에 대응하는 구조를 가지므로 다수의 연속되는 막을 형성하기 위해 다수의 공정 챔버를 필요로 한다.
또한, 상기 종래의 증착장치는, 기판의 존재 유무와 상관없이 증착 물질을 기화하고 있으므로, 실제 기판에 성막되는 증착 물질 외에도 사용되지 못하고 낭비되는 재료가 많으며, 기화부의 크기가 고정되어 재료의 변성 없이 성막 속도를 증가시키는데 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0112293호(2016.09.28.)
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 진공 챔버 내에 노즐부가 면형으로 형성되고, 노즐부가 진공 챔버 외부에 배치된 다수의 기화부와 연결되도록 함으로써 하나의 진공 챔버에서 다수의 증착물질의 증착이 가능하며 고속으로 성막을 수행할 수 있는, 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치는, 서로 다른 증착 물질을 기화시키는 복수의 기화부; 상기 복수의 기화부에서 공급된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부; 상기 혼합 챔버부로부터 공급된 증착 물질을 기판에 분사하는 노즐부; 및 증착 공정이 수행되는 진공 챔버부 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지대;를 포함하며, 상기 노즐부는 복수의 열로 배치된 복수개의 노즐들을 갖는다.
상기 기화부는, 적어도 하나 이상의 증착 물질을 가열하여 기화시키는 제1 기화부; 및 공급된 증착 물질을 증발하는 제2 기화부;를 포함한다.
상기 제1 기화부는 다수의 도가니를 포함한다.
상기 기화부는 상기 진공 챔버부 외부에 배치된다.
상기 혼합 챔버부는 상기 진공 챔버부의 외부에 배치된다.
상기 진공 챔버부의 내부에는 핫월(hot wall)이 배치된다.
상기 기화부와 상기 혼합 챔버부를 연결하는 제1 배관; 및 상기 혼합 챔버부와 상기 노즐부를 연결하는 제2 배관;를 포함한다.
상기 노즐부에 설치된 제1 가열부와 상기 제1 배관 및 제2 배관에 설치된 제2 가열부를 더 포함하는 증착 장치.
상기 제1 배관 및 제2 배관에 설치되어 이동하는 증착 물질의 양과 압력을 감지하는 증착 센서를 더 포함한다.
상기 노즐부는 상기 기판과 대응하는 형상을 갖는다.
상기 노즐부는 제1 배플과 제2 배플을 포함한다.
상기 제1 배플과 제2 배플은 각각 판상이고, 제1 배플과 제2 배플의 각각은 두께 방향으로 관통된 복수 개의 노즐을 갖는다.
상기 복수 개의 노즐은 상기 노즐부의 중심부에서 멀어질수록 더 작은 간격을 갖거나, 더 큰 직경을 갖는다.
상기 제1 배플의 노즐의 간격과 직경은 상기 제2 배플의 노즐 간격과 직경과 상이하다.
상기 제1 배플의 노즐은 상기 제2 배플의 노즐과 서로 어긋나게 배열된다.
상기 기판과 노즐부가 정지된 상태에서 증착이 진행된다.
상기 기판 지지대를 승강시키고 상기 기판 지지대를 미리 설정된 위치에 안착시키는 이송부를 포함한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치는, 증착 물질을 기화시키는 기화부와 상기 기화부로부터 기화된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부가 연결되며, 상기 혼합 챔버부로부터 공급된 증착 물질을 기판에 분사하는 노즐부를 갖는 다수 개의 진공 챔버;를 포함하며, 증착 공정이 진행됨에 따라 상기 다수 개의 진공 챔버 중 어느 하나의 진공 챔버는 순차적으로 예비 챔버로 이용된다.
상기 기화부는 상기 진공 챔버 외부에 배치된다.
상기 기판과 노즐부가 정지된 상태에서 증착이 진행된다.
본 발명에 따른 증착 장치는 종래의 선형 증착원과는 달리 기판 전체에 균일한 성막을 형성시키기 위한 성막 회피 영역 또는 성막 영역 제한판이 필요 없으므로, 상대적으로 높은 재료 이용 효율(소모된 증착 물질 중 기판에 성막되는 비율)을 가진다.
본 발명에 따른 증착 장치는 하나의 노즐부가 다수의 기화부와 연결되어, 하나의 공정 챔버로부터 다수의 막을 연속적으로 형성할 수 있어 1 진공 챔버당 하나의 컬러의 증착이 가능하여, 종래의 선형 증착 장치에 비해 진공 챔버의 수를 획기적으로 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 증착 장치는 무정지 증착을 행할 수 있으며, 이송을 위한 추가 장치 및 증착 대기를 위한 시간이 현저하게 줄어들게 되고 클러스터당 짧은 시간 안에 다수 개의 기판을 성막할 수 있어 생산성이 현저하게 상승하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예 따른 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 하는 공정을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치(100)는 진공 증착 공정을 수행하기 위한 장치로서, 증착 물질의 종류에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 증착 장치(100)는 유기물을 증착 물질로 사용하여 OLED의 발광층을 형성하기 위한 장치이거나 또는 모노머를 증착 물질로 사용하여 봉지층을 구성하는 박막을 형성하기 위한 장치일 수 있다. 또한, 본 실시예는 OLED를 위한 증착 장치에 한정되지 않고 다른 반도체 소자를 구성하는 박막을 형성하거나 무기 박막을 형성하는 장치일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조할 때, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치(100)는 진공 챔버부(110), 기화부(120), 혼합 챔버부(130), 노즐부(140), 기판 지지대(150), 이송부(160), 배기부(170), 핫월(hot wall)(180)을 포함한다.
진공 챔버부(110)는 기판(S)에 대한 박막 증착 공정 시 진공이 유지되는 것으로, 사각 박스 형상이나 원통형을 가질 수 있다. 진공 챔버부(110)는 사각 박스 형상이나 원통형으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.
진공 챔버부(110)는 상부 진공 챔버부(111)와 하부 진공 챔버부(113)를 포함하나, 이에 한정되지 않고 일체형으로 이루어질 수 있다.
진공 챔버부(110)는 일측에 챔버 내부의 공정 가스 내지 유기물을 배출하는 배기부(170)에 연결된다. 압력 센서(미도시)가 진공 챔버부(110) 내부에 배치되어 가스 압력을 측정할 수 있다.
진공 챔버부(110)의 내부에는 기판(S), 증착 물질을 기판(S)에 분사하는 노즐부(140), 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(150), 기판 지지대(150)를 이송하는 이송부(160), 핫월(hot wall)(180)이 설치된다.
또한, 진공 챔버부(110)의 내부에는 쉐도우 마스크(shadow mask)를 지지하기 위한 마스크 지지부(미도시)가 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝(color patterning)을 위해 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 경우, 소정의 패턴을 갖는 쉐도우 마스크(shadow mask)가 기판(S)의 증착되는 면에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 위해 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하지 않는 경우, R, G, B 컬러를 구현하기 위해 금속 재질의 쉐도우 마스크(shadow mask) 대신 PR(photo resist) 물질 및 노광 공정을 이용하여 기판 상에 직접 쉐도우 마스크(shadow mask)가 형성될 수 있다. 이 경우에 쉐도우 마스크(shadow mask)를 세팅하고 교체 할 필요 없으므로, 설비 가동률이 극대화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하지 않고서 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 하는 공정은 후술하기로 한다.
기화부(120)는 재료 공급부(10)에서 공급된 증착 물질을 기화시키는 것으로, 고상 혹은 액상의 재료를 기화시키는 것이다.
재료 공급부(10)는 증착 물질 배출 밸브(미도시)를 구비하여, 증착 물질을 기화부(120)로 소정의 양으로 공급할 수 있다.
기화부(120)는 적어도 하나 이상의 증착 물질을 가열하여 기화시키는 제1 기화부(121) 및 공급된 증착 물질을 증발하는 제2 기화부(123)를 포함한다.
제1 기화부(121)는 다수의 서로 다른 증착 물질을 가열하여 기화하기 위해 다수 개의 도가니(121a, 121b, 121c, 121d)를 포함한다.
다수 개의 도가니(121a, 121b, 121c, 121d)는 도가니(121a, 121b, 121c, 121d)에 열을 공급하기 위한 다수 개의 히터(미도시)가 구비될 수 있으며, 히터(미도시)는 공급된 각각의 증착 물질을 가열하여 기화시킨다.
다수 개의 도가니(121a, 121b, 121c, 121d)는 선형으로 1열로 배치될 수 있으나, 2열 또는 2열 이상으로 배치될 수 있다.
도가니(121a, 121b, 121c, 121d)는 4 개로 도시되었으나, 적어도 8 개 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 1 개의 컬러(color)를 구현하기 위해서는 최소 8 개 이상의 유기물질이 필요하므로, 1 개의 컬러(color)를 순차적으로 성막하는데 필요한 증착 물질을 기화시키기 위해 도가니 또한 적어도 8 개 이상으로 형성됨이 바람직하다.
제2 기화부(123)는 공급된 증착 물질을 증발하는 것으로, 제1 기화부(121)에 비해 소량의 증착 물질을 기화시키기 위한 것이다.
제2 기화부(123)는 고상 파우더를 형성하여 공급된 증착 물질을 기화시키는 것으로, 예를 들어 에어로졸 증착 방법을 사용할 수 있다. 에어로졸 증착 방법은 압축기체를 고상 파우더가 담긴 에어로졸 챔버로 수송하고, 압력차를 이용하여 에어로졸 챔버 내에 부유하는 파우더를 압축기체가 수송하여, 진공 챔버부(110) 내에 있는 노즐부(140)를 통하여 분사하여 증착하는 방법이다.
본 실시예의 제2 기화부(123)는 에어로졸 증착 방법을 통하여 증착하는 것을 예시하였으나, 소량의 증착 물질을 기화시키기 위한 방법이면 다른 방법도 채용하여 적용할 수 있음은 물론이다.
제1 기화부(121)는 제1 배관(125)에 의해 혼합 챔버부(130)와 연결될 수 있고, 제2 기화부(123)는 제2 배관(127)에 의해 혼합 챔버부(130)에 연결될 수 있다.
제1 배관(125) 및 제2 배관(127)은 기화된 증착 물질의 응축을 방지하기 위해 소정의 온도로 제1 배관(125) 및 제2 배관(127)을 가열시킬 수 있는 제2 가열부(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 배관(125)과 제2 배관(127)에는 제1 및 제2 배관(125, 127)의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정부(미도시)가 구비되어 온도를 측정한 다음, 측정된 온도에 기초하여 제2 가열부(미도시)를 제어할 수 있다.
또한, 제1 배관(125)과 제2 배관(127)에는 개폐밸브(126, 128)가 각각 구비되어 증착 물질의 종류와 양에 대응하여 증착되도록 제어부(미도시)를 통해 제어할 수 있다.
재료 공급부(10)는 증착 물질 배출 밸브(미도시)를 구비하여, 증착 물질을 기화부(120)로 소정의 양으로 공급할 수 있다.
적어도 하나의 증착 센서(122, 124)는 제1 배관(125)과 제2 배관(127)에 각각 배치되어 제1 배관(125)과 제2 배관(127)의 내부를 이동하는 기화된 증착 물질의 양과 압력을 감지한다. 증착 센서(122, 124)는 크리스탈 센서일 수 있다.
증착 센서(122, 124)에서 감지한 증착 물질의 양과 압력을 기초로, 기판(S)에 형성되는 증착 두께가 산출될 수 있다.
또한, 또 다른 증착 센서(115)가 진공 챔버부(110)의 내부에 배치되어, 진공 챔버부(110) 내부에 존재하는 증착 물질의 압력과 양을 감지한다.
본 발명의 실시예에 따른 기화부(120)는 노즐부(140)와 분리되어, 진공 챔버부(110)의 외부에 배치된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 증착 장치는 성막 공정 중에도 유기 재료를 재 충진하거나 교체할 수 있으므로 전체적인 증착 공정이 빠르게 진행된다.
일반적으로 선형 증착 장치는 하나의 증착 챔버에 배치된 적어도 하나의 선형 증착원을 포함하고, 선형 증착원은 기화된 증착 물질을 선형으로 배열된 복수개의 노즐에 의하여 기판에 선형으로 도포한다. 이 경우, 다수의 연속되는 막을 성막하기 위하여 각각의 증착 물질에 대응하여 복수의 공정 챔버가 필요하다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예에 따른 기화부(120)는 진공 챔버부(110)내에 기판이 존재하는 경우에만, 다수의 증착물질을 순차적으로 공급하므로, 서로 다른 증착 물질을 각각 공급하는 복수의 챔버를 포함하는 일반적인 선형 증착장치에 비하여 증착 물질의 낭비와 변성을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 증착 장치는 각각 서로 다른 증착 물질을 기화하는 복수의 기화부와 연결되어, 하나의 공정 챔버에서 하나의 기판상에 복수의 막을 연속적으로 형성할 수 있다.
혼합 챔버부(130)는 기화부(120)와 연결되어, 제 1 기화부(121)와 제 2 기화부(123)에서 선택적으로 공급된 증착 물질을 혼합한다. 혼합 챔버부(130)는 제1 배관(125)에 의해 제1 기화부(121)에, 제2 배관(127)에 의해 제2 기화부(123)에 각각 연결된다.
혼합 챔버부(130)는 제1 기화부(121)에서 기화된 증착 물질과 제2 기화부(123)에서 기화된 증착 물질을 균일하게 혼합하여 노즐부(140)로 공급된다. 혼합 챔버부(130)는 예를 들어 제1 기화부(121)에서 기화된 증착 물질과 제2 기화부(123)에서 기화된 증착 물질을 99:1의 비율로 혼합할 수 있으나, 혼합 비율을 변경할 수 있음은 당연하다.
혼합 챔버부(130)는 제3 배관(131)에 의해 후술할 노즐부(140)에 연결될 수 있다.
혼합 챔버부(130)는 진공 챔버부(110)의 외부에 배치되는 것으로 도시되었으나, 진공 챔버부(110)의 내부에 배치될 수도 있다.
노즐부(140)는 혼합 챔버부(140)로부터 공급된 증착 물질을 기판(S)에 분사하는 것이다.
노즐부(140)는 복수의 열로 배치된 복수개의 노즐들을 갖는다.
노즐부(140)는 기판(S)과 대응하는 형상을 가진다. 예를 들어, 기판(S)이 사각형의 형상을 갖는 경우, 노즐부(140)는 사각형의 형상을 가지며, 기판(S)이 원형의 형상을 갖는 경우, 노즐부(140) 역시 원형의 형상을 가진다.
노즐부(140)의 면적은 기판(S)과 대응되는 면적을 가질 수 있으며, 노즐부(140)의 면적은 기판(S)의 면적보다 더 클 수 있다.
노즐부(140)는 소정의 간격으로 인접하여 배열된 복수 개의 노즐을 갖는 적어도 하나의 배플(baffle)(143, 144)을 포함한다.
제 1 배플(143)과 제 2 배플(144)의 각각은 판상이고 두께 방향으로 복수 개의 관통된 노즐을 갖는다. 제 1 배플(143)과 제 2 배플(144)의 각각은 서로 다른 이격 거리와 직경을 갖는 노즐을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 노즐들은 제 1 배플(143)과 제 2 배플(144)에 매트릭스 형태로 배치될 수 있으나, 증착 물질을 기판(S) 상에 균일하게 도포하기 위한 구조라면 매트릭스 형태 이외의 배치도 가능하다. 일예로, 복수의 노즐은 증착 물질을 균일하게 도포하기 위해 중심부에서 멀어질수록 그 간격이 좁아지도록 배치된다. 또 다른 일예로, 복수의 노즐은 증착 물질을 균일하게 도포하기 위해 중심부에서 멀어질수록 상기 노즐의 직경이 커지도록 배치된다.
또한, 제 1 배플(143)의 노즐 간격과 직경은 제 2 배플(144)의 노즐 간격과 직경은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 배플(143)과 제 2 배플(144)의 노즐 간격이 서로 다른 경우, 제 1 배플(143)의 노즐은 제 2 배플(144)의 노즐은 서로 어긋나게 배열된다.
여기서 미도시하였지만, 노즐은 도 1에서 표현된 제1 베플(143)과 제2 배플(144)의 점선 사이사이에 대응하는 부분이다.
이에 따라, 노즐부(140)는 진공 챔버부(110) 내부에 배치된 기판(S)에 균일하게 증착 물질을 공급할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치(100)는 면 증착 방식을 사용하며, 성막 중 기판(S) 및 노즐부(140)가 정지된 상태에서 성막을 진행하는 정지성막 방식을 사용한다.
이에 본 발명에 따른 증착 장치는 종래의 선형 증착원과는 달리 기판 전체에 균일한 성막을 형성시키기 위한 성막 회피 영역 또는 성막 영역 제한판이 필요 없으므로, 상대적으로 높은 재료 이용 효율(소모된 증착 물질 중 기판에 성막되는 비율)을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 증착 장치는, 1 컬러(color)당 하나의 진공 챔버에서 성막하므로, 1 컬러(color)당 다수 개의 진공 챔버에서 성막하는 종래의 선형 증착원 보다 최소 3배 이상의 고속 성막이 가능하므로, 생산성이 획기적으로 증가하고, 동일한 생산 능력을 구현하기 위한 증착 챔버의 수도 기존의 선형 증착원 방식 대비 1/3~1/4 이하로 감소될 수 있다.
노즐부(140)는 증착 물질의 응축을 방지하는 제1 가열부(141)를 포함한다. 제1 가열부(141)는 노즐부(140)의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정부(미도시)가 구비되어 온도를 측정한 다음, 측정된 온도에 기초하여 제1 가열부(141)를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐부(140)는 면형으로 형성되어, 노즐부(140) 1 개에 다수의 유기물 재료를 순차적으로 성막할 경우, 제1 및 제2 배관(125, 127) 및 노즐부(140)에 잔존하는 증착 물질 간의 반응이 발생할 수 있다.
서로 다른 증착 물질이 진공 챔버부(110)내로 순차적으로 공급될 경우, 흡착 방지물질(미도시)이 노즐부(140)와 제1 및 제2 배관(125, 127)의 내면에 도포될 수 있다.
흡착 방지물질은 다른 재료와 반응성이 적은 금속(예를 들어, Au) 또는 금속산화물(예를 들어, Al2O3, TiO2, Cr2O3)이나, 유전물질(예를 들어, SiC, SiOC, SiOx, SiNx)로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 배관(125, 127)과 노즐부(140)에 흡착된 물질을 제거하기 위하여 퍼지(purge)공정이 노즐부(140)에 공급되는 증착 물질을 변경할 때마다 수행될 수 있다.
이러한 퍼지공정은 표면에 흡착된 유기물질을 제거하기 위한 불활성의 고온 가스 (예를 들어, He, N2, Ar 등)를 활용하여 적용될 수 있다.
기판 지지대(150)는 증착 공정이 수행되는 진공 챔버부(110)의 내부에서 기판(S)을 지지하는 것이다.
기판 지지대(150)는 진공 챔버부(110)의 상부에 마련되며, 진공 챔버부(110) 내로 인입된 기판(S)을 지지한다.
기판 지지대(150)는 기판(S)의 형상에 대응되는 형상을 가지며, 예를 들어 기판(S)이 원형일 경우 기판 지지대(150)는 이와 대응되는 원형 형상을 갖고 기판(S)이 다각형일 경우 기판 지지대(150)는 다각형의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
주변 온도를 제어하는 수단(미도시)이 기판 지지대(150)의 내부에 배치될 수 있다.
이송부(160)는 기판 지지대(150)의 하부에 연결된다.
이송부(160)는 기판 지지대(150)를 승강시키고 기판 지지대(150)를 미리 설정된 위치에 안착시키는 것이다.
이송부(160)는 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝(color patterning)을 위해 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 경우, 기판(S)과 쉐도우 마스크(shadow mask)의 정렬을 위해 기판(S)을 상/하 혹은 좌/우로 이동될 수 있다.
배기부(170)는 진공 챔버부(110)의 일측에 배치되어, 진공 챔버부(110)의 압력을 조절하거나 유지한다.
진공/대기압 조절 밸브(171)가 배기부(170)에 진공 챔버부(110) 내부를 대기압 상태/진공 상태로 조절할 수 있는 설치될 수 있다.
또한, 배기부(170)는 증착되지 않은 증착 물질과 흡착 방지 물질, 불활성 가스를 배출한다.
핫월(hot wall)(180)은 진공 챔버부(110)의 내부에 구비되며, 진공 챔버부(110) 내부를 소정의 온도 이상으로 유지시켜 진공 챔버부(110) 내부에서 유기 물질이 성막되는 것을 방지하며, 이에 진공 챔버부(110) 내부에 성막된 유기 물질에 의한 파티클(particle)의 발생을 방지하게 된다.
R, G, B 독립 픽셀(pixel) 구조의 OLED의 경우, 유기층 1 컬러(color)에 통상 8~12개의 재료가 필요하다.
종래의 선형 증착원 방식의 경우, R, G, B 3 컬러(color) 구현 및 60초 기판 당 평균 생산 소요 시간(TACT) 수준의 생산 능력을 갖추기 위해 최소 14개 이상의 챔버가 필요하다.
본 발명에 따른 증착 장치는 다수의 기화부와 연결되는 노즐부에 의하여, 하나의 공정 챔버에서 다수의 막을 연속적으로 형성하여 1 진공 챔버당 하나의 컬러(color)를 증착할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 증착 장치는, 1 컬러(color)에 대해서 진공 챔버 3개로 60초의 기판 당 평균 생산 소요 시간(TACT)을 갖는 설비의 구현이 가능하고, 3 컬러(color)에 대해서는 진공 챔버 9개로 구현이 가능하여, 진공 챔버의 수를 획기적으로 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치는 각 제조공정별로 가공처리하는 복수 개의 클러스터 중 어느 하나의 클러스터를 나타내는 것으로, 4 개의 증착 장치로 도시하였으나, 증착 장치의 개수는 이에 한정되지 않는다.
클러스터는 다수 개의 진공 챔버(110, 110a)를 포함하며, 다수 개의 진공 챔버(110, 110a)는 재료 공급부(10)와 각각 연결된다.
또한, 클러스터는 다수 개의 진공 챔버(110, 110a)와 인접하여 이동용 버퍼 챔버(300)와 기판의 회전을 담당하는 회전용 버퍼 챔버(400)를 더 포함할 수 있다.
또한, 클러스터는 다수 개의 진공 챔버(110, 110a)의 중앙 부분에 기판과 같은 피증착체를 타측 진공 챔버로 이송하는 반송 챔버(200)를 구비하며, 각 구성요소를 총괄하여 제어하는 제어부(미도시)가 구비될 수 있다.
다수 개의 진공 챔버(110, 110a)는 4 개의 진공 챔버를 포함할 수 있으나, 진공 챔버의 개수는 이에 한정되지 않는다.
다수 개의 진공 챔버(110, 110a)는 인접하여 배치되며, 증착 공정이 진행됨에 따라 다수 개의 진공 챔버(110, 110a) 중 어느 하나의 진공 챔버는 순차적으로 예비 챔버(110a)로 이용될 수 있다.
도 2의 (a)를 살펴보면, 1 번 진공 챔버(110a)는 예비 챔버로 운용되며, 2 내지 4번 진공 챔버에서(110)는 증착 공정이 진행된다.
도 2의 (b) 내지 (d)를 살펴보면, 순차적으로 2 내지 4번 진공 챔버(110a)가 예비 챔버로 운용되며, 나머지 진공 챔버(110)에서는 증착 공정이 진행된다.
진공 챔버(110)는 증착 물질을 기화시키는 다수 개의 기화 챔버를 포함하는 기화부(120)와 기화부(120)로부터 기화된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부(130)가 연결되며, 혼합 챔버부(130)로부터 공급된 증착 물질을 기판(S)에 분사하는 노즐부(140)를 포함한다.
기화부(120)는 진공 챔버(110)와 예비 챔버(110a) 외부에 배치되며, 기판(S)과 노즐부(140)가 정지된 상태에서 증착이 진행된다.
각 진공 챔버(110)는 동일한 구조 및 기능을 가진다.
예비 챔버(110a)는 진공 챔버(110)와 동일한 구조 및 기능을 가지며 클러스터당 적어도 하나씩 구비될 수 있다.
종래의 증착 장치는 하나의 증착층을 형성하기 위한 진공 챔버가 하나씩만 구비되어 있어 진공 챔버가 오작동하는 경우 또는 진공 챔버에 투입되는 기판의 정렬 상태 또는 속도가 불안정한 경우 등 진공 챔버를 사용할 수 없을 때에는 해당 클라스터 또는 증착 장치 전체를 중단하여야 하는 문제점을 가진다.
이에 반해, 본 발명에 의한 증착 장치는 한 클러스터당 하나 이상의 예비 챔버를 구비함으로써 사용할 수 없는 진공 챔버를 대체하여 무정지 증착을 행할 수 있다.
또한, 종래의 증착 장치는 여러 개의 진공 챔버를 통해 하나의 컬러(color)를 성막하므로, 택트 타임(tact time) 동안 생산할 수 있는 OLED 패널의 개수에 한계가 있다.
그러나, 본 발명은 하나의 챔버에서 하나의 컬러(color)를 성막할 수 있고, 다른 진공 챔버에서 다른 컬러(color)를 성막할 수 있으며, 예비 챔버에서 다른 증착 물질을 성막할 수 있다. 이에 본 발명은 이송을 위한 추가 장치 및 증착 대기를 위한 시간이 현저하게 줄어들게 되고 클러스터당 짧은 시간 안에 다수 개의 기판을 성막할 수 있어 생산성이 현저하게 상승하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 하는 공정을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 위해 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하지 않는 경우, R, G, B 컬러를 구현하기 위해 금속 재질의 쉐도우 마스크(shadow mask) 대신 PR(photo resist) 물질 및 노광 공정을 이용하여 기판 상에 직접 쉐도우 마스크(shadow mask)가 형성될 수 있다. 이 경우에 쉐도우 마스크(shadow mask)를 세팅하고 교체 할 필요 없으므로, 설비 가동률이 극대화될 수 있다.
쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하지 않고 OLED 소자의 R, G, B 컬러 패터닝을 하는 공정은, 우선 도 3(a)와 같이 기판(S) 상에 리프트 오프 레이어(L, Lift off layer)을 형성하고 포토 리지스트(PR, Photo resist) 코팅을 실시한다.
이후, 도 3(b)와 같이 포토 리소그라피(Photo Lithography) 및 현상(Developing) 공정으로 포토 리지스트(PR) 패너닝을 실시하게 된다.
다음으로, 도 3(c)와 같이 에칭(Etching) 공정으로 리프트 오프 레이어(L, Lift off layer) 패터닝을 실시하게 된다.
에칭(Etching) 공정은 건식 에칭이나 습식 에칭공정이 적용될 수 있다.
이후, 도 3(d)와 같이 RED 발광층(REL)과 보호 층(PL, Passivation Layer)을 형성한 후, 도 3(e)와 같이 습식 공정을 통해 리프트 오프 레이어(L, Lift off layer)를 제거함으로써 R 독립 픽셀을 형성하게 된다.
다음으로, 도 3(a) 내지 도 3(d)의 공정을 반복하여 GREEN 발광층(GEL)과 보호 층(PL, Passivation Layer)을 형성한 후, 도 3(f)와 같이 습식 공정을 통해 리프트 오프 레이어(L, Lift off layer)를 제거함으로써 G 독립 픽셀을 형성하게 된다.
또한, 도 3(a) 내지 도 3(d)의 공정을 반복하여 BLUE 발광층(BEL)과 보호 층(PL, Passivation Layer)을 형성한 후 도 3(g), 도 3(h)와 같이 습식 공정을 통해 리프트 오프 레이어(L, Lift off layer)를 제거함으로써 B 독립 픽셀을 형성하여, R, G, B 독립 픽셀 구조를 완성하게 된다.
이에 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 적용하지 않는 OLED 소자 제작 공정에 본 발명의 일 실시예에 따른 면증착 공법을 적용하는 경우, 쉐도우 마스크(shadow mask) 교체, 유기 재료 충진/교체 및 주기적 방착판 교환 등과 같은 생산 손실 요소가 전혀 발생하지 않으므로, 설비 가동률을 극대화 할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 재료 공급부
100: 증착 장치
110: 진공 챔버부, 진공 챔버
120: 기화부
130: 혼합 챔버부
140: 노즐부
150: 기판 지지대
160: 이송부
170: 배기부
180: hot wall
200: 반송 챔버
300: 이동용 버퍼 챔버
400: 회전용 버퍼 챔버

Claims (20)

  1. 서로 다른 증착 물질을 기화시키는 복수의 기화부;
    상기 복수의 기화부에서 공급된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부;
    상기 혼합 챔버부로부터 공급된 증착 물질을 기판에 분사하는 노즐부; 및
    증착 공정이 수행되는 진공 챔버부 내에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지대;를 포함하며,
    상기 노즐부는 복수의 열로 배치된 복수개의 노즐들을 갖는 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기화부는,
    적어도 하나 이상의 증착 물질을 가열하여 기화시키는 제1 기화부; 및
    공급된 증착 물질을 증발하는 제2 기화부;를 포함하는 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기화부는 다수의 도가니를 포함하는 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기화부는 상기 진공 챔버부 외부에 배치되는 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 챔버부는 상기 진공 챔버부의 외부에 배치되는 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버부의 내부에는 핫월(hot wall)이 배치된 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기화부와 상기 혼합 챔버부를 연결하는 제1 배관; 및
    상기 혼합 챔버부와 상기 노즐부를 연결하는 제2 배관;를 포함하는 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노즐부에 설치된 제1 가열부와 상기 제1 배관 및 제2 배관에 설치된 제2 가열부를 더 포함하는 증착 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 배관 및 제2 배관에 설치되어 이동하는 증착 물질의 양과 압력을 감지하는 증착 센서를 더 포함하는 증착 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는 상기 기판과 대응하는 형상을 갖는 증착 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는 제1 배플과 제2 배플을 포함하는 증착 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 배플과 제2 배플은 각각 판상이고, 제1 배플과 제2 배플의 각각은 두께 방향으로 관통된 복수 개의 노즐을 갖는 증착 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 노즐은 상기 노즐부의 중심부에서 멀어질수록 더 작은 간격을 갖거나, 더 큰 직경을 갖는 증착 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 배플의 노즐의 간격과 직경은 상기 제2 배플의 노즐 간격과 직경과 상이한 증착 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 배플의 노즐은 상기 제2 배플의 노즐과 서로 어긋나게 배열되는 증착 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 노즐부가 정지된 상태에서 증착이 진행되는 증착 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지대를 승강시키고 상기 기판 지지대를 미리 설정된 위치에 안착시키는 이송부를 포함하는 증착 장치.
  18. 증착 물질을 기화시키는 기화부와 상기 기화부로부터 기화된 증착 물질을 혼합하는 혼합 챔버부가 연결되며, 상기 혼합 챔버부로부터 공급된 증착 물질을 기판에 분사하는 노즐부를 갖는 다수 개의 진공 챔버;를 포함하며,
    증착 공정이 진행됨에 따라 상기 다수 개의 진공 챔버 중 어느 하나의 진공 챔버는 순차적으로 예비 챔버로 이용되는 증착 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기화부는 상기 진공 챔버 외부에 배치되는 증착 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 기판과 노즐부가 정지된 상태에서 증착이 진행되는 증착 장치.
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