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KR20060080481A - 물질증착용 증착원 및 이를 구비한 증착시스템 - Google Patents

물질증착용 증착원 및 이를 구비한 증착시스템 Download PDF

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KR20060080481A
KR20060080481A KR1020050000963A KR20050000963A KR20060080481A KR 20060080481 A KR20060080481 A KR 20060080481A KR 1020050000963 A KR1020050000963 A KR 1020050000963A KR 20050000963 A KR20050000963 A KR 20050000963A KR 20060080481 A KR20060080481 A KR 20060080481A
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heating
heating body
organic
deposition
crucible
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황민정
이성호
강희철
조원석
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 물질증착용 증착원 및 이를 구비한 증착시스템에 관한 것으로서, 진공챔버; 상기 진공챔버의 일측에 설치되는 기판과 마스크를 정렬된 상태로 지지하는 척을 갖는 스테이지; 상기 진공챔버의 타측에 설치되는 구동축; 및 상기 구동축을 따라서 이동가능하도록 설치되는 증착원으로 구성되고, 상기 증착원은 유기물질이 저장되어 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열하는 제1가열체와, 상기 제1가열체의 가열작용에 의해서 상기 유기물질이 증발하여 형성되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부와, 상기 분사노즐부를 가열하고 상기 제1가열체에 비하여 고온으로 유지되어 있는 제2가열체로 이루어진 것을 특징으로 하므로 노즐막힘현상 및 스플래시 현상을 방지하여 기판에 유기물질을 균일하게 증착하여 대면적 디스플레이를 효율적으로 수행할 수 있다.
가열체, 열효율, 유기기상물질

Description

물질증착용 증착원 및 이를 구비한 증착시스템{EFFUSION CELL FOR DEPOSITING MATERIAL AND DEPOSITION SYSTEM HAVING IT}
도 1은 본 발명에 따른 가열장치가 내장된 증착원이 버퍼영역에 위치하고 있는 진공증착 시스템을 나타내는 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 가열장치가 내장된 증착원이 성막영역에 위치하고 있는 진공증착 시스템을 나타내는 개략도;
도 3은 본 발명에 따른 가열장치가 증착원에 설치되어 있는 상태를 도시한 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 진공챔버
20 : 증착원
22 : 도가니
24 : 분사노즐부
30 : 기판
40 : 마스크
50 : 척
100 : 진공증착 시스템
본 발명은 저장되어 있는 유기물질을 증발시켜서 형성되는 유기기상물질을 분사하는 증착원 및 이를 구비한 증착시스템에 관한 것이고, 더 상세하게는 분사되는 유기기상물질의 응축현상에 의한 분사노즐부에서의 노즐막힘 및 스플래시 현상을 방지하고 유기기상물질이 기판에 균일하게 증착될 수 있도록 유기물질이 저장되어 있는 도가니를 가열하는 가열체의 가열작용에 비하여 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부를 가열하는 가열체의 가열작용을 증대시킬 수 있는 증착원 및 이를 구비한 증착시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 디스플레이 중의 하나인 전계발광 디스플레이 장치는 발광층으로 사용하는 물질에 따라서 무기전계발광 디스플레이 장치와, 유기전계발광 디스플레이 장치로 구분되고, 유기전계발광 디스플레이 장치는 저전압으로 구동이 가능하고, 경량의 박형이면서 시야각이 넓을 뿐만 아니라 응답속도 또한 빠르다는 장점을 구비하고 있기 때문에 각광을 받고 있다.
이러한 유기전계발광 디스플레이 장치의 유기전계 발광소자는 기판 상에 적층식으로 형성되는 양극, 유기물층 및 음극으로 구성된다. 상기 유기물층은 정공과 전자가 재결합하여 여기자를 형성하고 빛을 방출하는 유기 발광층의 유기물층을 포함하고, 또한 정공과 전자를 유기 발광층으로 원활하게 수송하여 발광효율을 향상시키기 위하여 상기 음극과 유기 발광층 사이에 전자 주입층과 전자 수송층의 유기물층을 개재시키면서 양극과 유기 발광층 사이에 정공 주입층과 전자 수송층의 유기물층을 개재시킨다.
상술된 구조로 이루어진 유기전계 발광소자는 일반적으로, 진공증착법, 이온 플레이팅법 및 스퍼터링법 등과 같은 물리기상 증착법 또는 가스 반응에 의한 화학기상 증착법으로 제작된다. 특히, 유기전계 발광소자의 유기물층을 형성하기 위해서는 진공중에서 증발시킨 유기물질을 기판에 증착시키는 진공증착법이 널리 사용되고 있으며, 이러한 진공증착법에는 진공챔버 내에서 증발되는 유기물질을 기판에 분사시키는 증착원(effusion cell)이 사용된다.
상기 증착원은 유기물질이 수용되어 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열시키는 가열수단과, 상기 가열수단에 의해서 증발되는 유기기상물질을 분사하는 분사노즐부와, 상기 도가니로부터 상기 분사노즐까지 유기기상물질을 안내하는 유도로가 포함된다.
따라서, 기판이 진공챔버 내에 장착된 상태에서, 가열수단에 의해서 가열되어 증발되는 유기물질은 유도로를 경유하여 분사노즐을 통해서 기판으로 분사되어 증착된다. 이때, 진공증착법의 취급자는 기판에 형성되는 유기물층의 스텝 커버리지 및 균일도를 향상시키기 위한 노력을 경주하고 있다.
특히, 기판이 대형화되는 추세하에서, 양호한 스텝 커버리지와 균일도를 갖는 유기물층을 기판에 형성하기 위하여 증착원이 진공챔버 내에서 수직 상하방향으 로 이동하면서 정지되어 있는 기판에 유기물질을 증발시킴으로써 형성되는 유기기상물질을 분사하는 수직 이동형 유기물 증착장치가 개발되었다.
그러나, 이러한 수직 이동형 유기물 증착장치에 있어서, 유기물층의 성막면적을 증대시키기 위하여 증착원의 분사노즐의 개구를 확대하였으며, 이는 유기기상물질의 응축현상 등에 의한 분사노즐의 막힘, 스플래시 현상 등의 문제점을 수반하였다. 결과적으로, 분사노즐을 통한 유기기상물질의 불균일한 분사를 유발시켜 기판에 형성되는 유기물층의 균일성을 저하시키는 원인으로 작용하였다.
또한, 유기기상물질을 도가니로부터 분사노즐부로 안내하기 위한 유도로에 의해서 증착원의 크기를 소형화시키는 것이 불가능하였다.
따라서, 수직 이동형 유기물 증착장치에 있어서, 증착원의 크기를 소형화시키면서 상대적으로 양호한 균일도를 갖는 유기물층을 기판에 형성하기 위한 방안이 요구되었다. 또한, 분사노즐부에서 유기기상물질의 응축현상에 의한 분사노즐부의 막힘현상 및 스플래시 현상을 방지할 수 있는 방안이 요구되었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기판의 대형화에 대응하기 위한 수직 이동형 유기물 증착장치에 있어서 증착원의 크기를 소형화시키면서 도가니에서 유기물질이 증발되어 형성되는 유기기상물질에 의한 분사노즐의 노즐막힘 현상 또는 스플래시 현상을 방지하여 기판에 형성되는 유기물층의 균일도를 향상시킬 수 있는 증착원 및 이를 구비한 증착시스템을 제 공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 물질증착용 증착원은 유기물질이 저장되어 있는 도가니와; 상기 도가니를 가열하는 제1가열체와; 상기 제1가열체의 가열작용에 의해서 상기 유기물질이 증발하여 형성되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부와; 상기 분사노즐부를 가열하는 제2가열체로 이루어지고, 상기 제2가열체는 상기 제1가열체에 비하여 고온으로 유지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 증착시스템은 진공챔버; 상기 진공챔버의 일측에 설치되는 기판과 마스크를 정렬된 상태로 지지하는 척을 갖는 스테이지; 상기 진공챔버의 타측에 설치되는 구동축; 및 상기 구동축을 따라서 이동가능하도록 설치되는 증착원으로 구성되고, 상기 증착원은 유기물질이 저장되어 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열하는 제1가열체와, 상기 제1가열체의 가열작용에 의해서 상기 유기물질이 증발하여 형성되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부와, 상기 분사노즐부를 가열하고 상기 제1가열체에 비하여 고온으로 유지되어 있는 제2가열체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2가열체의 열선의 권취수는 상기 제1가열체의 권취수보다 높게 하여 상기 분사노즐부에 더 많은 발열이 이루어지도록 한다.
더 바람직하게, 상기 제1가열체와 제2가열체에 대한 가열제어를 개별적으로 수행할 수 있는 제어부를 더 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그리고, 용어 '유기물질'은 기판에 유기물층을 형성하기 위하여 도가니에 액체상태 또는 고체상태로 저장되어 있는 물질을 의미하고, 용어 '유기기상물질'은 도가니를 가열할 때 유기물질이 증발함으로써 형성되는 기체상태의 물질을 의미한다. 이와 같이, 본 발명을 설명함에 있어서 사용되는 특정용어는 설명의 편리성을 위하여 정의된 것이므로 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고 또한 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니될 것이다.
먼저, 유기전계 발광소자의 유기물층을 형성하기 위한 진공증착법은 진공챔버를 포함하는 진공증착 시스템에서 수행된다.
도 1을 참조하면, 진공증착 시스템(100)의 진공챔버(10)에는 유기물층을 형성하고자 하는 기판(30)과, 기판(30)의 전면에 설치되는 마스크(40)와, 마스크(40)로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 증착원(20)이 설치된다. 마스크(40)와 기판(30)은 얼라인먼트 시스템(미도시)에 의해서 정렬된 상태로 척(50)에 서로 밀착된 상태로 고정된다. 마스크(40)는 기판(30)에 형성하고자 하는 유기물층에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 패턴형성부(가상선으로 표시됨)와, 마스크 프레임(미도시)에 용접을 통해서 고정되는 고정부로 구성된다. 이때, 진공챔버(10)는 마스크(40) 및 기판(30)의 설치위치에 대응하는 성막영역(B)과 상기 성막영역(B) 이외의 위치에 대응하는 버퍼영역(A)으로 구분된다.
증착원(20)은 이동수단(미도시)의 작동에 의해서 진공챔버(10) 내에서 수직 상하방향으로 이동한다.
도 3을 참조하면, 증착원(20)은 유기물질이 저장되어 있는 도가니(22)와, 도가니를 가열하기 위한 제1가열체(20a)와, 제1가열체(20a)의 가열작용에 의해서 증발되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부(24)와, 분사노즐부(24)를 가열하기 위한 제2가열체(20b)로 구성된다.
제1가열체(20a)의 가열작용에 의해 도가니(22)가 가열됨으로써 도가니(22)에 저장되어 있는 유기물질은 증발한다. 그리고, 제2가열체(20b)의 가열작용에 의해 분사노즐부(24)가 가열됨으로써 도가니(22)에서 증발한 유기기상물질은 응축현상없이 분사노즐부(24)를 기체상태로 통과하여 기판에서 응축된다.
이때, 제1가열체(20a)와 제2가열체(20b)는 열선과 같이 통전 등에 의해서 열을 발산시키는 부재를 의미하지만 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따르면, 제1가열체(20a)에 의한 열효율에 비하여 제2가열체(20b)에 의한 열효율이 크게 유지되도록 한다. 이는 후술하는 바와 같이 제1가열체(20a)의 가열작용에 의해서 유기물질이 증발됨으로써 형성되는 유기기상물질이 분사노즐부(24)를 통과할 때 응축되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 상술된 가열작용은 도가니(22)와 분사노즐부(24)에 설치되는 열발산부재의 권취횟수, 예를 들어 열선의 권취횟수에 비례한다. 즉, 열선의 권취횟수가 많을수록 가열작용이 증가한다. 따라서, 분사노즐부(24)의 주위에 설치되는 열선 의 권취횟수를 도가니(22)의 주위에 설치되는 열선의 권취횟수에 비하여 증가시킴으로써 별도의 제어변수 없이 동일 파워를 상기 열선에 인가하면 분사노즐부(24)는 도가니(22)에 비하여 신속하게 가열된다.
특히, 제1가열체(20a)와 제2가열체(20b)에 대한 가열제어는 개별적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 개별 제어는 분사노즐부(24)가 도가니(22)에 비하여 상대적으로 신속하게 가열될 수 있도록 제어부(미도시)에 의해서 수행된다.
한편, 열선의 권취횟수가 증가함에 따라 열보유량이 증가하므로, 유기물층 형성작업을 중지할 필요성이 있는 경우, 예를 들어 도가니(22)에 저장되어 있는 유기물질이 전부 소모된 경우에는 가열체(20a, 20b)에 인가되는 동력을 차단하여도 분사노즐부(24)는 도가니(22)에 비하여 장시간 열을 보유하게 된다.
도 1을 다시 참조하면, 상술된 구조로 이루어진 진공증착 시스템(100)에 있어서, 진공챔버(10)의 일측에는 기판(30)과 마스크(40)를 정렬된 상태로 지지하는 척(50)이 제공된다. 진공챔버(10)의 타측에는 구동축이 제공되고, 상기 구동축에는 유기기상물질을 분사하는 증착원(20)이 수직 상하방향으로 이동가능하게 설치된다.
증착원(20)은 진공챔버(10) 내에서 버퍼영역(A)에 위치한다. 마스크(40)와 기판은 증착원(20)으로부터 이격해서 위치하고, 이들은 서로 정렬된 상태로 얼라인먼트 시스템(미도시)의 척(50)에 밀착된다.
그리고, 기판(30) 상에 유기물층을 형성하기 위하여 제어부(미도시)에 의해서 가열체(20a, 20b; 도 3 참조)에 동력이 인가되면, 제1가열체(20a)와 제2가열체 (20b)의 가열작용에 의해서 도가니(22)와 및 분사노즐부(24)는 가열된다. 이때, 상기 제어부는 제1가열체(20a)와 제2가열체(20b)에 대한 가열제어를 개별적으로 수행할 수도 있다. 결과적으로, 열선이 상대적으로 많이 설치되어 있는 분사노즐부(24)는 도가니(22)에 비하여 신속하게 가열된다.
따라서, 도가니(22)의 유기물질이 증발함으로써 형성되는 유기기상물질은 응축현상없이 분사노즐부(24)를 통해서 분사되므로 분사노즐부(24)에서의 노즐막힘현상 및 스플래시 현상이 방지된다.
이 후에, 도 2에 도시한 바와 같이, 증착원(20)이 진공챔버(10)의 성막영역(B)에서 상기 구동축을 따라 수직 상하방향으로 이동하는 동안, 제1가열체(20a)의 가열작용에 의해서 도가니(22)에 저장되어 있는 유기물질이 증발하여 발생되는 유기기상물질은 분사노즐부(24)를 통해서 분사된다. 그리고, 분사되는 유기기상물질이 기판(30)에서 응축함으로써 기판(30) 상에 유기물층을 형성하는 성막공정을 수행한다.
상술된 성막공정을 중지할 필요성이 있는 경우, 예를 들어 도가니(22)에 저장되어 있는 유기물질이 전부 소모된 경우에는 증착원(20)을 진공챔버(10)의 버퍼영역(A)으로 이동시킨다. 그리고, 상기 제어부의 제어동작에 의해서 가열체(20a, 20b)에 인가되는 동력을 차단한다.
결과적으로, 도가니(22)에 대한 제1가열체(20a)의 가열작용과 분사노즐부(24)에 대한 제2가열체(20b)의 가열작용이 정지되어 유기기상물질이 분사노즐부(24)를 통해 분사되는 것을 중지시킨다.
상술된 바와 같이 열선이 상대적으로 많이 설치되어 있는 분사노즐부(24)는 도가니(22)에 비하여 상대적으로 많은 열량을 보유하고 있으므로, 가열체(20a, 20b)에 인가되는 동력을 차단하는 경우에 도가니(22)가 분사노즐부(24)에 비해서 빨리 냉각된다. 이는 증착원(20)의 내부에 유기기상물질이 존재하는 것을 방지하여 유기기상물질의 응축에 의한 노즐막힘현상 및 스플래시 현상을 방지한다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
본 발명에 따르면, 유기물질이 저장되어 있는 도가니와 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부를 각각 가열하는 가열체의 열용량을 다르게 설정하고 특히 분사노즐부를 가열하는 가열체를 도가니를 가열하는 가열체에 비해 고온으로 유지함으로써 분사노즐부에서 유기기상물질이 응축되는 것을 방지하여 노즐막힘현상 및 스플래시 현상을 방지하고 또한 기판에 유기물질을 균일하게 증착하여 대면적 디스플레이를 효율적으로 제작할 수 있다.

Claims (8)

  1. 유기물질이 저장되어 있는 도가니와;
    상기 도가니를 가열하는 제1가열체와;
    상기 제1가열체의 가열작용에 의해서 상기 유기물질이 증발하여 형성되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부와;
    상기 분사노즐부를 가열하는 제2가열체로 이루어지고,
    상기 제2가열체는 상기 제1가열체에 비하여 고온으로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 물질증착용 증착원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1가열체와 제2가열체는 열선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 물질증착용 증착원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2가열체의 열선의 권취수는 상기 제1가열체의 권취수보다 높게 하여 상기 분사노즐부에 더 많은 발열이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 물질증착용 증착원.
  4. 진공챔버;
    상기 진공챔버의 일측에 설치되는 기판과 마스크를 정렬된 상태로 지지하는 척을 갖는 스테이지;
    상기 진공챔버의 타측에 설치되는 구동축; 및
    상기 구동축을 따라서 이동가능하도록 설치되는 증착원으로 구성되고,
    상기 증착원은 유기물질이 저장되어 있는 도가니와, 상기 도가니를 가열하는 제1가열체와, 상기 제1가열체의 가열작용에 의해서 상기 유기물질이 증발하여 형성되는 유기기상물질이 분사되는 분사노즐부와, 상기 분사노즐부를 가열하고 상기 제1가열체에 비하여 고온으로 유지되어 있는 제2가열체로 이루어진 것을 특징으로 하는 증착시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1가열체와 제2가열체는 열선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2가열체의 열선의 권취수는 상기 제1가열체의 권취수보다 높게 하여 상기 분사노즐부에 더 많은 발열이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1가열체와 제2가열체에 대한 가열제어를 개별적으로 수행할 수 있는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1가열체와 제2가열체에는 동일 파워가 인가되는 것을 특징으로 하는 증착시스템.
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