KR20230032360A - 수직증착용 점증발원 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직증착용 점증발원의 노즐 및 지지부재의 구성 및 더 나아가 수직 증발시스템을 구현할 수 있는 증발원과 센서, 그리고 기판의 구조를 제시하고자 한다.
상기 목적에 따라 본 발명은 점 증발원으로부터 증발물이 최소 반사 횟수를 통해 수평에 가깝게 진행할 수 있는 경로를 갖도록 굴절된 굽힘 노즐을 구비한 점 증발원을 제공한다.

Description

수직증착용 점증발원{Vertical Evaporation Point Nozzle Source}

본 발명은 물질을 증발시켜 박막을 만드는 증발원에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 기판을 수직으로 배치한 상태에서 물질을 증착할 수 있는 점증발원과 그 시스템에 관한 것이다.

진공 증착 공정이란 금속이나 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 기판 표면에 부착시키는 공정을 말한다. 상기 공정에서 가열하기 위한 장치를 증발원이라 한다.

증발원은 크게 재료를 가열하기 위한 히터부, 히터부의 내측에 위치하며 재료를 담기 위한 도가니부, 증발 물질이 상기 도가니에서 외부로 토출되는 노즐부, 상기 히터부 외부에 위치하여 히터부에서 발생한 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하기 위한 열 반사판부 등으로 구분된다. 증착공정은 증발시키고자 하는 물질을 도가니에 담고 히터를 통해 열을 전달하여 도가니 내부의 물질을 증발 시키고 이렇게 증발된 물질이 일정한 형태의 노즐을 통해 분출되어 기판에 증착되어 이루어진다. 물질이 도가니 내부에서 증발되어 외부로 토출되는 방향과 증발되는 물질의 토출 분포가 노즐의 형상과 구조에 따라 결정된다.

차세대 디스플레이로 주목 받고 있는 OLED는 상기 증착공정을 통하여 제작된다. 상기 디스플레이의 응용분야가 핸드폰 등의 소형 디스플레이에서 점차 테블릿, 노트북 등의 중형 IT 제품, TV등의 대형 제품으로 확대될 것으로 보고 있다.

상기 중형 IT제품 및 대형 제품에 OLED 디스플레이를 적용하기 위해서는 기판의 대형화가 필요하다, 소형 OLED 디스플레이를 생산하는 시스템은 기판을 지면에 수평하게 이송하면서 OLED 재료를 상향 증착하는 방식을 적용하고 있다. 기판의 대형화에 있어서, 기존의 수평 이송 상향 증착 방식(수평 증착방식)은 기판의 중력에 의한 처짐 현상으로 인해 그 한계가 있다. 기판 처짐 현상을 극복하는 방법 중 한 가지로 기판을 지면에 대해 수직으로 세워서 이용하면서 측면 증착하는(수직 증착 방식) 증착 방법이 제시되고 있다.

공개특허 10-2020-0061751호는 수직 기판에 박막을 형성하는 클러스터 시스템을 공개한다. 공개특허 10-2015-0139222호의 경우, 수직 증발원에 있어서 균일한 박막 증착공정을 공개하며, 증착 방향 및 구동 방식에 대한 방법을 제시한다.

본 발명은 수직증착용 점증발원 및 이에 포함 된 노즐 및 지지부재의 구성과 수직 증발시스템을 구현하기 위한 센싱 방식, 기판의 구조 및 재현성 확보를 위한 로딩 방식을 제시하고자 한다.

또한, 본 발명은 대면적 기판및 마스크의 처짐 현상을 방지하며, 균일한 유기박막을 증착 가능한, 인라인 구조의 수직 증발 시스템을 제시하는 것에 있다. 자세하게는 증발 물질의 경로를 설계, 여 물질 튐 현상 문제점을 해결하고자 하고, 증발원의 위치를 안정되게 지지할 수 있는 지지대를 제공, 수직증착에 따른 증착률 센서의 위치 배정을 제공, 도가니와 노즐의 위치, 방향을 고정할 수 있는 구조를 제공하는 등 안정적인 수직 증착을 위한자세한 실행 방법을 제시하고자 한다.

또한, 도가니 무게에 의해 열선이 손상되지 않도록 도가니를 열선과 소정 거리를 두도록 지지하는 지지부재를 제공하고자 한다.

상기 목적에 따라 본 발명은 점 증발원으로부터 발사되는 증발물이 최소 굴절 횟수를 통해 수평에 가깝게 진행할 수 있는 경로를 갖도록 굽힘 노즐을 구비한 점 증발원을 제공한다.

또한, 본 발명은 도가니 자체를 소정 각도로 기울어지게 배치할 수 있는 경사 지지대를 제공하고, 기울어진 도가니의 무게가 열선을 손상시키지 않도록 히터부에 도가니를 지지하는 지지부재를 제공한다.

상기에서 도가니를 안착하는 경사 지지대는 일측 단부로부터 연장된 센서 안착부를 구비하여 증착률 센서가 상기 굽힘 노즐의 아래 쪽에 배치될 수 있는 자리를 제공한다.

상기에서 도가니와 노즐의 위치를 틀어짐 없이 정렬 시킬 수 있도록 도와주는 장치를 히터 탑 절연부 혹은 냉각장치 상부에 설치하여, 도가니 장착 시 노즐의 방향이 일관될 수 있게 하는 방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 도가니 자체의 경사와 굽힘 노즐의 굴절각의 조합으로 증발물은 1 내지 2회의 반사를 거쳐 거의 수평으로 수직 기판을 향해 직진하는 경로를 나타낼 수 있다. 이러한 증발물의 반사는 물질 튐 현상을 방지하며, 노즐의 굽힘 각도로 인해 수직 기판에 대해 수평 경로로 직진할 수 있는 추진력을 얻을 수 있다.

본 발명에서 도가니 자체의 기울임 각도는 굽힘 노즐의 굴절각의 도움으로 과도하지 않을 정도로서 경사진 도가니 무게에 의한 열선 파손 염려가 없다.

또한, 본 발명의 도가니 지지대에 일체화된 증착률 센서 안착부는 굽힘 노즐의 아래쪽에 증착률 센서를 고정시켜 수직 기판에 대한 물질 증착을 간섭하지 않고 증착률을 센싱할 수 있다.

도 1은 종래의 점 증발원을 보여준다.
도 2는 본 발명의 굽힘 노즐을 구비한 점 증발원을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 굽힘 노즐에 따른 증발물의 경로를 보여주는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 점 증발원이 지지대에 안착되어 수직 기판에 물질을 증착하는 모습과 상기 지지대에 일체로 구성된 증착률 센서를 보여주는 등각도, 도 4b는 평면도, 도 4c는 증착률 센서가 챔버 벽면에 설치된 것을 보여주는 평면도 이다.
도 5a는 증착률 센서 위치를 달리한 실시예의 측면도이고 도 5b는 그 평면도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 굽힘 노즐을 구비한 도가니의 고정 방식을 설명하는 도면이다.

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

도 1은 종래의 점 증발원을 보여준다.

진공 증착 방법을 통한 OLED 및 반도체 생산에서는 정확한 두께를 균일하게 증착하는 것이 디스플레이 및 소자의 품질을 결정짓는 큰 역할을 하고있다. 기존에는 기판 위에 물질을 증착할 때, 도 1과 같은 직선형 노즐을 사용하는데, 이러한 직선형 노즐은 수직형 점증발원에 적용하기 위해서는 증발원 각도가 변경 되어야한다. 본 발명은 증발원 배치 각도에 제한을 주고 직선형 노즐을 굽힘 노즐로 대체 함으로써 수직 증착 시스템을 구현한다.

그에 따라 본 발명은 도 2와 같은 관형의 굽힘 노즐을 구비한 점 증발원을 제공하였다. 도가니(100) 상부에 설치된 노즐은 도가니 무게중심을 지나는 연직선을 기준으로 θ1의 입사각과 θ2의 굴절각과 같은 형태의 굽힘 노즐(200)을 구성한다. 즉, 굽힘 노즐(200)은 연직선을 향해 경사진 각도(θ1)를 갖는 하부와 연직선으로부터 굴절된 각도(θ2)를 갖는 상부를 갖는다. θ1과 θ2는 도가니를 포함한 증발원 자체를 기울여 배치할 수 있어, 증발원 기울기와 조합하여 결정될 수 있다. 이러한 굽힘 노즐은 증발물이 노즐을 통과할 때 1회 이상 노즐 벽과 충돌하고 반사되면서 물질 튐 현상을 제거하게 된다. 또한, 수직 배치된 기판에 대해 도가니 기울기와 굽힘 노즐의 굴절각은 전체적으로 증발물이 기판면에 수직(공간상에서는 수평)으로 진행할 수 있는 설계가 된다.

도가니를 가열하는 히터(300)가 도가니 주변에 배열되고, 도가니 측면과 저면에 대해 도가니를 지지하는 지지부재(150, 155)가 설치된다. 증발원의 최외측은 냉각부(400)로 구성된다.

도 3은 본 발명의 굽힘 노즐(200)에 따른 증발물의 경로를 보여주는 단면도이다.

증발원 자체를 기울일 경우, 무게중심이 달라져 열선의 파손 가능성이 있다. 즉, 기울어진 도가니(100) 무게에 의한 열선 손상이 일어날 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 도가니(100)를 열선 고정부재에 대해 지지하여 약간의 간격을 유지하게 하는 지지부재(150, 155)를 적용한다. 도가니(100) 자체가 연직선(20)으로부터 소정 각도 θ3 기울어진 상태에서 굽힘 노즐(200)은 도가니 중심연직선(30)에 대해 입사각 θ1, 굴절각 θ2만큼 굽힘각으로 구성되어, 도가니 내에서 증발된 증발물은 굽힘 노즐(200)에서 최소 1회 이상 노즐 벽면에 의해 반사되어 경로가 굴절된다. 도 3의 예는 굽힘 노즐(200)의 입사각 θ1에 해당하는 부분에서 1회 굴절되고, 다시 굴절각 θ2 부분에서 2회 굴절되어 거의 수평한 방향으로 진행하는 경로를 보인다. 이와 같은 증발물의 경로는 물질 튐 방지 효과가 있으며, 수직 배치된 기판면에 거의 직교 상태로 물질이 도달하여 쉐도우 효과 없이 증착될 수 있다.

한편, 수직 증착의 경우도 증착률 센서는 증착을 간섭하지 않는 자리이자 증발물의 분사량을 적절히 감지할 수 있는 자리에 배치되어야 한다. 그에 따라 본 발명은 증발원을 기울인 상태로 안착시키는 지지대와 일체로 된 증착률 센서 안착부를 구성하였다.

도 4a는 본 발명의 점 증발원이 지지대에 안착되어 수직 기판에 물질을 증착하는 모습과 상기 지지대에 일체로 구성된 증착률 센서를 보여주는 등각도, 도 4b는 평면도, 도 4c는 증착률 센서가 챔버 벽면에 설치된 것을 보여주는 평면도 이다. 도 4a와 도 4b는 센서가 노즐 측방 상부에 자리잡고 있는 것을 보여주며, 도 4c는 증착률 센서를 챔버 벽면(35) 등, 별도의 구조물에 설치한 것을 보여준다.

점 증발원을 다수 배열하여 마치 선형 증발원과 같은 형태를 이루게 할 수 있다.

도 5a는 증착률 센서 위치를 달리한 실시예의 측면도이고 도 5b는 그 평면도이다. 증착률 센서는 굽힘 노즐 아래 쪽에 배치되며, 수직 기판이 아닌 증발원 모듈이 기판에 대해 스캔된다. 점 증발원들은 정지된 수직 기판의 가로 방향(수평 방향)을 따라 배치된다.

증발원을 탑재하는 지지대(500)는 증발원 저면이 안착되는 경사면을 구비하고, 지지대 저면부에서 연장된 곳에 증착률 센서 안착부(550)를 구비한다. 증착률 센서 안착부(550)에 탑재된 증착률 센서(600)는 굽힘 노즐로부터 분사 되는 물질 중 낙하는 것을 감지하여 증착률을 측정한다. 따라서 굽힘 노즐에서 기판을 향해 진행하는 물질 경로를 간섭함이 없이 증착률을 센싱할 수 있다.

평면도에서 굽힘 노즐의 연직 하부로부터 연장된 곳에 증착률 센서가 배치된 것을 보여준다. 증착률 센서는 굽힘 노즐로부터 분사되는 물질을 감지하여 증착률을 산출하며 수직 기판과의 거리가 멀어 박막 증착에 간섭하지 않는다.

도 6과 도 7은 본 발명의 굽힘 노즐을 구비한 도가니 고정 방식을 설명한다.

굽힘 노즐(200)의 각도와 배치를 일정하게 유지할 수 있도록 노즐 위치를 잡아주는 가이드 부재(700)를 구성하였고, 상기 가이드 부재(700)는 노즐 후방을 억지끼움식으로 고정할 수 있는 홈(730)을 구비한다. 가이드 부재(700)는 도가니 상부를 안착시킬 수 있는 고리형으로 구성되고, 고리의 일부에 노즐 후방부를 끼울 수 있도록 돌출부(750)를 구성하여 홈(730)이 형성되게 한다. 이러한 구성에 대해 굽힘 노즐(200)은 상기 홈(730)에 끼워지는 키(key) 형태로 돌출된 후방을 구비하여 노즐과 도가니는 가이드 부재의 일정 위치에 장착된다. 가이드 부재는 히터 상부 또는 냉각부(워터 자켓) 상부 안쪽에 배열될 수 있다. 가이드 부재로 인해 노즐과 도가니는 탈착과 장착을 반복하여도 항상 같은 위치에 정렬될 수 있다.

상기에서, 굽힘 노즐(200)의 굽힘 횟수는 2회 이상의 다회로 변형될 수 있다. 또한, 굽힘 부분의 각도는 직선의 실루엣이 아닌 곡선 내지 곡면으로 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 굽힘 노즐을 갖는 점 증발원이 적용되는 수직 기판은 지면에 대해 완전한 수직 각도를 이루는 수직 기판 외에, 약간의 기울기를 갖도록 배치되는 직립형 기판으로 변형 실시될 수 있다. 즉, 지면에 대해 수직으로 배치된 수직 기판을 필요에 따라 기울기를 부여하여 배치할 수 있으며, 기울기는 대략 연직면으로부터 ±20°일 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.

도가니(100)
지지부재(150, 155)
굽힘 노즐(200)
히터(300)
냉각부(400)
기판(10)
연직선(20)
챔버 벽면(35)
도가니 중심연직선(30)
지지대(500)
증착률 센서 안착부(550)
증착률 센서(600)
가이드 부재(700)
홈(730)

Claims (13)

1. 증발원으로서,
   도가니 상부에 배치되는 관형 노즐을 구비하며, 증발물로 하여금 1회 이상 노즐 벽면과 충돌하고 반사되어 노즐로부터 기판을 향해 분사되는 경로를 갖도록 굴절된 굽힘 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 증발원.
2. 제1항에 있어서, 굽힘 노즐은 도가니 무게중심을 지나는 연직선을 기준으로, 연직선을 향해 경사진 각도(θ1)를 갖는 하부와 연직선으로부터 굴절된 각도(θ2)를 갖는 상부를 갖는 것을 특징으로 하는 증발원.
3. 제1항에 있어서, 도가니를 포함한 증발원 자체를 소정 각도로 기울어지게 배치할 수 있는 경사 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
4. 제3항에 있어서, 기울어진 도가니의 무게가 도가니 주변의 열선을 손상시키지 않도록 열선 지지부에 대해 도가니를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
5. 제3항에 있어서, 상기 경사 지지대는 그 일측 단부로부터 연장된 센서 안착부를 구비하여 증착률 센서가 상기 굽힘 노즐의 아래 쪽에 배치될 수 있는 자리를 제공하는 것을 특징으로 하는 증발원.
6. 제5항에 있어서, 센서 안착부와 증착률 센서는 굽힘 노즐의 측면 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
7. 제5항에 있어서, 센서 안착부와 증착률 센서는 굽힘 노즐의 정면 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 증발원.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발원은 점 증발원인 것을 특징으로 하는 증발원.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 굽힘 노즐은 다회의 굽히는 횟수를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 굽힘 노즐은 곡선형 굽힘을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원.
11. 제1항에 있어서, 상기 증발원은, 굽힘 노즐의 후방이 끼워져 고정될 수 있는 홈을 구비한 가이드 부재를 더 구비하고, 상기 굽힘 노즐은 키(key) 형태로 구성된 후방을 구비하여, 굽힘 노즐의 위치가 도가니 또는 굽힘 노즐의 탈착의 반복 동작에서도 항상 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 증발원.
12. 제8항의 점 증발원; 및
    상기 점 증발원에 의해 물질이 증착될 기판으로서, 지면에 대해 수직 방향으로 배치된 기판;을 포함하고,
    상기 점 증발원이 경사 지지대에 의해 기울어진 각도와 점 증발원의 굽힘 노즐의 굽힘 각도의 연합에 의해 증발물이 기판면에 대해 수직 방향으로 진행하여 증착되고, 기판 또는 점 증발원이 스캔되며 기판에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 증착 시스템.
13. 제8항의 점 증발원; 및
    상기 점 증발원에 의해 물질이 증착될 기판으로서, 연직면에 대해 경사진 각도로 기울어진 직립형으로 배치된 기판;을 포함하고,
    상기 점 증발원이 경사 지지대에 의해 기울어진 각도와 점 증발원의 굽힘 노즐의 굽힘 각도의 연합에 의해 증발물이 기판면에 대해 수직 방향으로 진행하여 증착되고, 기판 또는 점 증발원이 스캔되며 기판에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 증착 시스템.
    
    
    
    
    
    

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