KR20220114702A - 플럭스 조절 가능한 노즐을 구비한 증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 대면적 기판용 선형증발원의 재료 효율을 향상시키면서 박막 균일도(Uniformity)를 극대화 하는 노즐 설계를 제공함에 있다.
상기 목적에 따라 본 발명은 선형 증발원에 배열되는 노즐을 메인 노즐과 서브 노즐이 하나의 세트 내지 하나의 그룹으로 배열되어 전체적인 노즐 수는 감소되면서 박막 균일도는 우수하게 유지할 수 있는 선형증발원을 제공한다.

Description

플럭스 조절 가능한 노즐을 구비한 증발원{Evaporation source with Flux adjustable nozzle}

본 발명은 증발원에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 증발물의 분사노즐의 배열 설계에 관한 것이다.

대면적 기판에 박막을 형성하는 증발원의 길이는 기판 사이즈에 맞추어 길어지고 그에 따라 기판 전체에 박막 두께를 균일하게 만들 수 있는 증발원 노즐 배열과 노즐 기울기, 형상 설계 등 다양한 방안이 제안되어 왔었다. 등록특허 10-2012-0047161호는 증발원 노즐의 내경, 단면 형상, 기울기 또는 높이를 조절할 수 있는 선형 증발형의 설계를 제안하며, 등록특허 10-2011-0005722는 증발원 양단부에 위치한 분출구를 바같쪽을 향해 기울어지도록 형성하여 대면적 기판의 박막 두께를 균일하게 만드는 방식을 제안한다.

이와 같이 대면적 기판(10)에서 균일한 박막을 만들기 위해 증발원(20)에 다수의 노즐(30)을 배열하여 노즐의 내경을 조절하지만, 기판(10)에는 각각의 노즐에서 분사된 증발물이 중첩되어 박막의 균일도를 조정하는데 어려움이 있다(도1 참조).

또한, 양단부에 있는 노즐(35)의 경우, 마스크 쉐도우 효과를 최소화하기 위해 노즐 간 간격(Nozzle to Nozzle)을 좁히고 경사각을 갖도록 하여 증발원(20)에서 재료가 분사되는 방향이 바깥쪽을 향하도록 구성하는데(도2 참조), 이로 인해 물질(40)이 기판(10)의 유효 영역(Effective Area) 바깥으로 분사되어 실제 도가니 내에서 증발되는 재료 대비 기판의 유효 재료 효율이 감소하고, 증발원 및 챔버 부품에 재료가 쌓여 노즐 막힘 등 추가 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은 대면적 기판용 선형증발원의 재료 효율을 향상시키면서 박막 균일도(Uniformity)를 극대화 하는 노즐 구성을 제공함에 있다.

기존에 사용하던 노즐 배열은 OLED 패널 생산에 요구되는 ±2%(Min-Max 방식) 이하의 박막 균일도를 만족하지만, 마스크 쉐도우를 최소화 하기 위해 증발원 양단부에 있는 노즐(35)을 경사지게 만들게 되면서 박막의 형태가 “M(45)”, “W(50)”와 같이 평평하지 않은 분포를 갖게 된다. 이는 OLED의 핵심 유기반도체층의 미세한 두께 차이를 발생시켜 위치 별 특성 차이를 만들게 된다.

따라서 Nozzle 분포를 제어하여 ±1% 이하를 만족하면서 OLED 성능에 영향을 주지 않는 증착원이 요구된다.

상기 목적에 따라 본 발명은 선형 증발원에 배열되는 노즐에 있어서, 메인 노즐과 서브 노즐로 하여금 하나의 세트 내지 하나의 그룹을 이루도록 하여 전체적인 노즐 수는 감소되면서 박막 균일도는 우수하게 유지할 수 있는 선형증발원을 제공한다.

즉, 본 발명은 균일한 박막을 형성하기 위한 불연속적인 노즐을 갖는 선형 증발원을 구성함에 있어,

증발 물질 방출과 Edge drop을 보상하기 위한 다양한 Aspect Ratio을 갖는 노즐의 배치를 제공하며,

메인 노즐과 플럭스 분포를 조절하기 위한 서브 노즐이 적용된 선형 증발원을 제공한다.

즉, 본 발명은,

선형 증발원에 있어서,

메인 노즐; 및

플럭스 분포를 조절하기 위한 서브 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 서브 노즐은 상기 메인 노즐에 인접 배치되어 하나의 그룹을 이루며, 상기 선형 증발원은 상기 노즐 그룹을 하나 이상 포함하고, 상기 서브 노즐의 구경 또는 종횡비(Aspect Ratio)는 노즐 그룹 마다 서로 같거나 달리 한 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

상기에 있어서, 노즐 그룹의 배열 형태는 증발원의 중심에서 좌우대칭형을 이루는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

상기에 있어서, 노즐 그룹에 있어서, 메인 노즐은 노즐 그룹 안에서 상대적으로 선형증발원의 단부쪽에 배열되고 서브 노즐은 안쪽에 놓이거나,

메인 노즐은 노즐 그룹 안에서 상대적으로 선형증발원의 안쪽에 배열되고 서브 노즐은 단부쪽에 놓이거나,

메인 노즐을 중심으로 서브 노즐은 방사상으로 놓이는 것을 특징으로 하는 선형 증발원을 제공한다.

증발원으로부터 증발되는 물질 분포의 균일화를 위한 노즐 모듈로서,

프레임에 배열되는 노즐은,

메인 노즐과 상기 메인 노즐에 인접 배치되는 서브 노즐을 포함하는 노즐 그룹을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원용 노즐 모듈을 제공한다.

증발원 상단에 설치되는 노즐 모듈 설계 방법으로서,

메인 노즐; 및

상기 메인 노즐에 인접배치되는 서브 노즐;을 포함하는 노즐 그룹;을 하나 이상 배열하고, 상기 서브 노즐의 구경을 조절하여 메인 노즐로부터 분사되는 물질 분포를 쉬프트 시켜 전체 노즐에 의한 물질 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 노즐 모듈 설계 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 서브 노즐의 구경을 증가시켜 메인 노즐에 의한 분사물질의 분포를 서브 노즐 쪽으로 쉬프트시키는 정도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 노즐 모듈 설계 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 메인 노즐과 서브 노즐이 그룹을 이루어 물질 분포를 조절하기 때문에 길이가 긴 선형증발원에서 비교적 적은 수의 노즐로도 균일성이 좋은 박막을 만들 수 있어 노즐 관리가 쉬워진다.

본 발명에 따라 구성된 메인 노즐과 서브 노즐은 증발 물질 방출과 Edge drop을 보상하기 위한 다양한 Aspect Ratio을 갖는 노즐의 배치를 가능하게 한다.

또한, 그룹을 이루는 노즐의 배열로 선형증발원 양단부에서도 노즐의 경사각을 심하게 기울일 필요가 없어 기판 단부 밖으로 분사되는 물질이 줄어 물질 효율이 향상된다.

또한, 메인 노즐과 서브 노즐로 된 노즐 그룹의 분사물질 분포는 서브 노즐의 존재로 인해 쉬프트가 일어나며, 그에 따라 서브 노즐의 구경 사이즈를 조절하여 분사물질 분포를 미세조정할 수 있다.

즉, 기존에 사용하던 노즐 배열은 OLED 패널 생산에 요구되는 ±2%(Min-Max 방식) 이하의 박막 균일도를 만족하지만, 마스크 쉐도우를 최소화 하기 위해 증발원 양단부에 있는 노즐(35)을 경사지게 만들게 되면서 박막의 형태가 “M(45)”, “W(50)”와 같이 평평하지 않은 분포를 갖게 된다. 이는 OLED의 핵심 유기반도체층의 미세한 두께 차이를 발생시켜 위치 별 특성 차이를 만들게 된다.

따라서 본 발명은 노즐(Nozzle) 분포를 제어하여 균일도 ±1%(Min-Max 방식) 이하를 만족하면서 OLED 성능에 영향을 주지 않는 증착원을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 노즐 분포에 따른 물질 분포를 보여주는 단면도.
도 2는 종래 양단부 노즐 경사각에 의해 연출되는 물질분포를 보여주는 단면도.
도 3은 양단부 노즐에 의해 연출되는 “M”, “W” 형태의 물질 분포 단면도.
도 4은 본 발명에 따른 메인 노즐과 메인 노즐을 돕는 서브 노즐로 구성된 그룹에 의한 물질 분포를 보여주는 단면도.
도 5 및 도 6는 본 발명의 노즐 그룹 중 서브 노즐 구경 변화에 따른 물질 분포 쉬프트를 보여주는 그래프.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 메인 노즐과 서브 노즐로 된 노즐 그룹에 의한 물질 분포를 보여주는 단면도이다.

증발원(400)의 상단부에 설치 배열된 노즐은 메인 노즐(100)과 서브 노즐(200)을 포함한 노즐 그룹(300) 단위로 이루어진다. 메인 노즐과 서브 노즐은 서로 인접하여 마치 쌍을 이룬 것 처럼 보이며, 이러한 노즐 그룹(300)은 종래 선형증발원의 노즐 수에 비해 더 적은 수로 구성될 수 있다. 전체적으로 노즐 수는 종래 것에 비해 줄어들지만, 물질의 분포 균등성과 그에 따른 박막 균일도는 매우 우수하다. 이유는 메인 노즐과 서브 노즐이 물질 분포에 서로 영향을 미쳐 전체적인 물질 분포를 균일화하기 때문이다. 메인 노즐(100)은 상대적으로 바깥쪽(선형증발원의 단부쪽)에 배열되고 서브 노즐(200)은 안쪽(선형증발원의 중심부쪽)에 놓인다. 또한, 박막 조건에 따라 Main peak의 안/밖 위치는 서로 바뀔 수 있어 메인 노즐(100)과 서브 노즐(200)의 상대 위치는 서로 바뀔 수 있지만 배열 형태는 선형증발원 중심에 대해 좌우대칭형으로 된다. 즉, 노즐 그룹(300)의 배열 형태는 증발원의 중심에서 좌우대칭형으로 된다.

서브노즐은 도면에 예시한 바와 같이 각 메인 노즐 하나 당 1개일 수도 있지만 1개 이상의 어시스트 노즐로 배치될 수 있다. 서브노즐은 각각의 메인노즐에 대해 좌우, 전후좌우, 그외 메인노즐 주변에 방사상으로 다수 배열될 수 있다.

이와 같은 노즐 그룹식 배열은 기존의 선형증발원에 배열되던 노즐 수에 비해 40 내지 50% 정도 감소될 수 있다. 노즐 수는 감소되지만, 메인 노즐(100)로부터 분사되는 물질과 서브 노즐(200)로부터 분사되는 물질이 서로 영향을 미쳐 물질 분포를 군일화한다.

즉, 서브 노즐(200)의 존재로 인해 메인 노즐(100)로부터 분사되는 물질은 서브 노즐(200) 쪽으로 쉬프트되면서 전체적으로 물질 분포를 안쪽으로 당겨주는 효과가 나타난다. 이러한 현상은 종래, 거의 등간격으로 배열된 동일 노즐들에 의한 개별 물질 분포로 인해 나타나는 굴곡을 완화한다.

또한, 증발원의 양단부에 배열된 노즐에 대해 경사각을 주지 않고 비교적 증발원 단부에 근접한 위치에 노즐 그룹을 배치함으로써 기판 단부 근처에 박막을 형성할 물질 분포를 형성하며, 이때 증발원 바깥쪽 내지 기판 단부 외측으로 분사되는 물질분포가 크게 감소하여 물질의 낭비를 줄일 수 있다. 이로써 종래 쉐도 효과를 없애기 위해 경사각을 주었던 노즐이 기판 외측으로 분사되어 물질의 낭비를 가져왔던 점을 해소한다.

도 5와 도 6은 본 발명의 노즐 그룹 중 서브 노즐 구경 변화에 따른 물질 분포 쉬프트를 보여주는 본래(로:raw) 데이터 그래프이다.

도 5는 메인 노즐(100)에 대해 서브 노즐(200)의 구경을 0 부터 12mm까지 1.5mm 간격으로 변화시켜 가며 메인 노즐의 물질 분포를 시뮬레이션 한 것이다. 서브 노즐 구경이 증가할수록 메인 노즐의 물질 분포가 서브 노즐 쪽으로 쉬프트하는 것을 볼 수 있다. 그에 따라 서브 노즐 구경 크기를 조절하여 증발원 길이에 따른 전체 물질 분포를 조절할 수 있다. 상기 그래프를 정규화하여 쉬프트량을 좀 더 알기 쉽게 도 6에 나타내었다.

기존에 일정한 간격으로 여러 노즐이 배치되어 있는 형태에서 소량의 노즐들을 그룹화하여 배치함으로써 구조적으로 환경이 달라진다. 그룹 노즐의 메인 노즐은 기존 노즐보다 컨덕턴스가 증가하고, 노즐의 내경이 증가된 상태이다. 이에 따라 노즐에서 분사되는 플럭스(Flux) 형태가 기존 보다 샤프한 모양으로 변경될 수 있다. 또한, 메인 노즐에 인접한 서브 노즐을 조율함으로써 메인 노즐의 플럭스 특성(Flux Properties)를 컨트롤 할 수 있게 된다. 플럭스(Flux) 형태는 메인 노즐과 서브 노즐의 플럭스가 합쳐져 하나의 그룹 플럭스(Group Flux)를 형성하고 상대적으로 노즐 내경이 작은 서브 노즐을 미세하게 조절함으로써 그룹 플럭스 피크 위치(Group Flux의 Peak Position)를 원하는 방향으로 쉬프트(Shift) 시킬 수 있다.

이와 같은 원리로 서브 노즐을 이용한 물질 분포제어는 미세한 수준으로 이루어질 수 있다.

또한, 그에 따라 다양한 서브 노즐 배열의 변형실시예가 나올 수 있다. 예를 들면, 서브 노즐의 갯수, 메인 노즐과 서브 노즐 간의 간격 조절, 메인 노즐과 서브 노즐을 포함한 노즐 그룹 간의 간격 조절, 서브 노즐의 구경 조절, "메인 노즐/서브 노즐/간격/서브 노즐/메인 노즐"과 같은 배열 단위를 하나의 그룹으로 구성하는 노즐 그룹 구성 방식 등이 있을 수 있고, 중심부에는 메인 노즐과 서브 노즐로 된 노즐 그룹을 배열하고, 양 단부 쪽에는 메인 노즐 또는 서브 노즐을 두 개로 한 노즐 그룹을 배열할 수 있다.

상기와 같이하여 노즐 갯수를 줄이면서도 물질 분포를 최적화하고, 노즐 관리 편의성을 향상시킨 증발원을 구현할 수 있다.

한편, 노즐 그룹을 포함한 노즐 모듈은 프레임에 노즐이 설치되어 구성되며, 노즐 모듈은 증발원 상단에 결합되며, 하향식 증발원이나 측향식 증발원의 경우, 증발원 하단이나 측단에 결합될 수 있다. 그 외에, 노즐을 포함한 증발원 상단과 이격된 상태로 증발원 위에 별도로 설치될 가능성도 있다. 즉, 메인 노즐과 서브 노즐을 포함한 노즐 그룹을 프레임에 설치한 노즐 모듈을 증착챔버 내이자 증발원 위에 별도 설치할 수 있다.

메인 노즐과 서브 노즐 간격은 서로 접촉된 상태에서부터 100mm까지 이격된 상태로 조절이 가능하며, 경우에 따라 100mm 이상으로 변경이 가능하다. 노즐 그룹 간 간격은 메인 노즐과 서브 노즐의 간격보다 크고, 증착원의 길이에 따라 달라질 수 있다.

또한, 본 실시예에서 노즐 그룹의 수량은 좌우 대칭으로 4개씩 구성하여 총 8개의 그룹으로 구성하였으며, 증착원의 길이에 따라 그룹 수는 변경이 가능하다.

메인 노즐의 구경은 1mm~노즐 프레임으로 할 수 있고, 서브 노즐은 0mm~메인노즐의 구경 이하로 구성된다. 양 단부에 배치되는 메인 노즐의 위치는 기판 단부로부터 120 내지 180mm, 바람직하게는, 150mm 정도 안쪽으로 들어간 지점에 배열될 수 있으며, 상기 수치는 기판과 증착원의 환경에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

기판(10)
증발원(20)
노즐(30)
양단부에 있는 노즐(35)
일반 박막 분포(40)
M형태 박막 분포(45)
W형태 박막 분포(50)
메인 노즐(100)
서브 노즐(200)
노즐 그룹(300)
증발원(400)

Claims (7)

1. 선형 증발원에 있어서,
   메인 노즐; 및
   플럭스 분포를 조절하기 위한 서브 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
2. 제1항에 있어서, 상기 서브 노즐은 상기 메인 노즐에 인접 배치되어 하나의 그룹을 이루며, 상기 선형 증발원은 상기 노즐 그룹을 하나 이상 포함하고, 상기 서브 노즐의 구경 또는 종횡비(Aspect Ratio)는 노즐 그룹 마다 서로 같거나 달리 한 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
3. 제1항에 있어서, 노즐 그룹의 배열 형태는 증발원의 중심에서 좌우대칭형을 이루는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
4. 제3항에 있어서, 노즐 그룹에 있어서, 메인 노즐은 노즐 그룹 안에서 상대적으로 선형증발원의 단부쪽에 배열되고 서브 노즐은 안쪽에 놓이거나,
   메인 노즐은 노즐 그룹 안에서 상대적으로 선형증발원의 안쪽에 배열되고 서브 노즐은 단부쪽에 놓이거나,
   메인 노즐을 중심으로 서브 노즐은 방사상으로 놓이는 것을 특징으로 하는 선형 증발원.
5. 증발원으로부터 증발되는 물질 분포의 균일화를 위한 노즐 모듈로서,
   프레임에 배열되는 노즐은,
   메인 노즐과 상기 메인 노즐에 인접 배치되는 서브 노즐을 포함하는 노즐 그룹을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원용 노즐 모듈.
6. 증발원 상단에 설치되는 노즐 모듈 설계 방법으로서,
   메인 노즐; 및
   상기 메인 노즐에 인접배치되는 서브 노즐;을 포함하는 노즐 그룹;을 하나 이상 배열하고, 상기 서브 노즐의 구경을 조절하여 메인 노즐로부터 분사되는 물질 분포를 쉬프트 시켜 전체 노즐에 의한 물질 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 노즐 모듈 설계 방법.
7. 제6항에 있어서, 서브 노즐의 구경을 증가시켜 메인 노즐에 의한 분사물질의 분포를 서브 노즐 쪽으로 쉬프트시키는 정도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 노즐 모듈 설계 방법.
   
   
   
   
   
   

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