KR100815265B1 - 마이크로 히터 및 도가니 제조 방법, 그리고 이들을 구비한유기물 진공 증착 장치 - Google Patents

마이크로 히터 및 도가니 제조 방법, 그리고 이들을 구비한유기물 진공 증착 장치 Download PDF

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Abstract

유기물 증착 공정 시 유기물을 기판에 균일한 두께로 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유기물의 대부분이 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수 있으며, 마스크의 열팽창을 방지하여 정밀한 얼라인먼트가 가능하도록 하는 마이크로 히터 및 도가니 제조 방법, 그리고 이들을 구비한 유기물 진공 증착 장치가 제공된다. 본 발명에 의한 유기물 진공 증착 장치는, 진공 챔버; 진공 챔버 내의 하부에 배치되고, 기판의 픽셀 영역의 크기 및 간격에 상응하는 패턴을 가지며, 그 내부에 유기물이 채워지는 도가니; 패턴의 상면을 제외한 도가니 전면에 형성되며, 도가니를 가열시켜 도가니 내부에 채워진 유기물을 패턴의 상면으로 증발시키기 위한 마이크로 히터; 도가니 상부에 배치되며, 마이크로 히터에 의해 가열되어 증발되는 유기물을 투과시키기 위한 투과부와, 유기물을 차단시키기 위한 차단부로 구성되는 마스크; 및 마이크로 히터가 형성된 도가니 하부에 설치되며, 마스크의 투과부를 통해 증발되는 유기물이 기판의 픽셀 영역에 정확하게 얼라인먼트될 수 있도록 도가니를 정밀하게 시프트시켜 주는 나노 스테이지를 포함한다.
유기물 증착, 얼라인먼트, 마이크로 히터, 도가니, 마스크, 나노 스테이지

Description

마이크로 히터 및 도가니 제조 방법, 그리고 이들을 구비한 유기물 진공 증착 장치{Method for manufacturing micro heater and crucible, and vacuum deposition apparatus of organic substances having the micro heater and crucible}
도 1 및 도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 유기물 진공 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 마이크로 히터의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 제조 공정도들이다.
도 5a 내지 도 5g는 도 3의 도가니의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 제조 공정도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 진공 챔버 120: 도가니
122: 패턴 124: 유기물
130: 마이크로 히터 140: 마스크
150: 나노 스테이지 160: 단열층
170: 질소 가스
본 발명은 유기물 진공 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기물 증착 공정 시 유기물을 기판에 균일한 두께로 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유기물의 대부분이 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수 있으며, 마스크의 열팽창을 방지하여 정밀한 얼라인먼트가 가능하도록 한 마이크로 히터 및 도가니 제조 방법, 그리고 이들을 구비한 유기물 진공 증착 장치에 관한 것이다.
오엘이디(OLED: Organic Light Emitting Diode) 소자는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 박형화, 광시야각, 빠른 응답속도 등 LCD에서 문제로 지적되고 있는 결점을 해소할 수 있으며, 다른 디스플레이 소자에 비해 중형 이하에서는 TFT-LCD와 동등하거나 그 이상의 화질을 가질 수 있다는 점과 제조 공정이 단순하여 향후 가격 경쟁에서 유리하다는 등의 장점을 가진 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.
이러한 오엘이디 소자를 제작하기 위해서는, 양극과 음극 사이에 발광층 등을 포함하는 발광유기물층을 형성시켜야 하며, 이러한 발광유기물층은 기판 위에 R-G-B 각각의 픽셀(Pixel) 단위로 유기물을 증착하는 공정을 통해 형성된다.
이러한 유기물 증착 시에는 증착 두께가 100~200nm의 박막으로 형성되어야 하기 때문에 핀홀(Pin-Hole)이 없는 균일한 성막이 요구된다. 하지만, 도 1과 같은 기존의 저항 가열 증착법을 이용해서는 기판(10)을 중심으로 증착원(20) 가운데 부분의 증착 두께는 두껍고, 가장자리 부분의 증착 두께는 얇아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 증착원(20)과 기판(10)과의 최적의 거리를 찾고, 기판(10) 중심에서 오프셋(Off-Set)을 시켜가며 기판(10)을 회전하는 방법이 연구되고 있다. 하지만, TV와 같은 대형 사이즈에서는 균일한 성막에 한계가 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시한 바와 같이, R, G, B 색 분리를 위해 새도우 마스크(Shadow Mask)법을 이용하게 되는데, 이것은 마스크(30)를 시프트(Shift)시켜 가면서 차례대로 증착하는 방식이다. 하지만, 이러한 방식에서도 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, RGB 색 대부분의 재료가 마스크(30) 위에 겹쳐지기 때문에 불필요한 부분이 많이 발생한다. 즉, 슬릿 마스크(Slit-Mask)(30)를 사용함으로써 R-G-B 패턴으로 증착되는 유기물보다는 마스크(30) 하부에 붙는 유기물이 거의 대부분(95% 이상)이므로, 재료 사용에 대한 효율성이 떨어지게 되고 마스크(30) 하부에 붙는 유기물들은 오염원으로 진공 챔버 내에서 작용할 가능성도 높아지게 된다.
둘째, 디스플레이가 고정세화가 되면 될수록 섀도 마스크(30) 전체의 열팽창으로 정밀한 얼라인먼트(마스크 이동시 조정공차)가 어렵게 된다.
따라서, 유기물 증착 공정 시 유기물을 기판에 균일한 두께로 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유기물의 대부분이 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수 있으며, 마스크의 열팽창을 방지하여 정밀한 얼라인먼트가 가능하도록 하는 유기물 진 공 증착 장치의 개발이 요청된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유기물 증착 공정 시 유기물을 기판에 균일한 두께로 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유기물의 대부분이 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수 있으며, 마스크의 열팽창을 방지하여 정밀한 얼라인먼트가 가능하도록 하는 유기물 진공 증착 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 유기물 진공 증착 장치에 사용되는 마이크로 히터의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 유기물 진공 증착 장치에 사용되는 도가니의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치는, 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내의 하부에 배치되고, 기판의 픽셀 영역의 크기 및 간격에 상응하는 패턴을 가지며, 그 내부에 유기물이 채워지는 도가니; 상기 패턴의 상면을 제외한 상기 도가니 전면에 형성되며, 상기 도가니를 가열시켜 상기 도가니 내부에 채워진 상기 유기물을 상기 패턴의 상면으로 증발시키기 위한 마이크로 히터; 상기 도가니 상부에 배치되며, 상기 마이크로 히터에 의해 가열되어 증발되는 상기 유기물을 투과시키기 위한 투과부와, 상기 유기물을 차단시키기 위한 차단부로 구성되는 마스크; 및 상기 마이크로 히터가 형성된 상기 도가니 하부에 설치되며, 상기 마스크의 투과부를 통해 증발되는 상기 유기물이 상기 기판의 픽셀 영역에 정확하게 얼라인먼트될 수 있도록 상기 도가니를 정밀하게 시프트시켜 주는 나노 스테이지를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도가니의 패턴은 상기 마스크의 투과부와 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치는, 상기 마이크로 히터가 형성된 상기 도가니의 측면 및 하면에 형성되어 상기 마이크로 히터에 의해 가열된 상기 도가니를 단열시켜주기 위한 단열층을 더 포함할 수 있다.
상기 단열층 안쪽에는 상기 도가니가 열에 의해 팽창 및 변형되는 것을 방지하기 위한 질소 가스가 주입될 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 히터 제조 방법은, 글래스 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 글래스 웨이퍼 상에 도포된 상기 포토레지스트를 패터닝하여 일정 간격 이격된 역테이퍼 형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 글래스 웨이퍼 상에 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 포토리소그래피 공정에 의해 진행될 수 있다.
상기 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트인 것이 바람직하다.
상기 전극층은 백금을 포함하는 전극 형성용 금속 물질인 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계는 아세톤 및 에칭 용액에 의한 습식 식각에 의해 진행될 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 도가니 제조 방법은, 기판 상에 픽셀 크기 및 간격에 상응하는 몰드 패턴을 형성하는 단계; 상기 몰드 패턴이 형성된 상기 기판 상에 프리폴리머 계열의 물질을 도포하여 큐어링한 후 상기 기판으로부터 분리하여 레플리카 몰드를 완성하는 단계; 상기 레플리카 몰드를 액체 금속 상태의 백금에 프레스하여 큐어링 한 후 상기 레플리카 몰드를 상기 백금으로부터 분리하여 도가니를 완성하는 단계; 및 상기 도가니 내부에 유기물을 주입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 몰드 패턴을 형성하는 단계는 RIE 식각에 의해 진행될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
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 형 태로 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 층과 막 또는 영역들의 크기 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 막 또는 층이 다른 막 또는 층의 "상에" 형성된다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막 또는 층이 상기 다른 막 또는 층의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막 또는 층이 개재될 수도 있다.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수도 있고, 그 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치는 진공 챔버(110)와, 진공 챔버(110) 내의 하부에 배치되고, 기판(10)의 픽셀 영역의 크기 및 간격에 상응하는 패턴(122)을 가지며, 그 내부에 유기물(124)이 채워지는 도가니(120)와, 도가니(120)의 패턴(122)의 상면을 제외한 도가니(120) 전면에 형성되며, 도가니(120)를 가열시켜 도가니(120) 내부에 채워진 유기물(124)을 도가니(120)의 패턴(122)의 상면으로 증발시키기 위한 마이크로 히터(130)와, 도가니(120) 상부에 배치되며, 마이크로 히터(130)에 의해 가열되어 증발되는 유기물(124)을 투과시키기 위한 투과부(142)와, 유기물(124)을 차단시키기 위한 차단부(144)로 구성되는 마스크(140)와, 마이크로 히터(130)가 형성된 도가니(120) 하부에 설치되며, 마스크(140)의 투과부(142)를 통해 증발되는 유기물(124)이 기판(10)의 픽셀 영역에 정확하게 얼라인먼트(Alignment)될 수 있도록 도가니(120)를 정밀하게 시프트(Shift)시켜 주는 나노 스테이지(150)를 포함한다.
여기서, 상기 도가니(120)의 패턴(122)은 마스크(140)의 투과부(142)와 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
추가하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치는 마이크로 히터(130)가 형성된 도가니(120)의 측면 및 하면에 형성되어 마이크로 히터(130)에 의해 가열된 도가니(120)를 단열시켜주기 위한 단열층(160)을 더 포함한다.
이러한 단열층(160)의 안쪽에는 도가니(120)가 마이크로 히터(130)의 열에 의해 팽창 및 변형되는 것을 방지하기 위한 질소(N2) 가스(170)가 주입된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치의 마이크로 히터를 제조하는 방법에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3의 마이크로 히터의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 제조 공정도들이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 글래스 웨이퍼(Glass Wafer)(210) 상에 포토레지스트(Photo Resist)(220)를 콘포말(Conformal)하게 도포한다. 이때, 포토레지스트(220)로는 네거티브(Negative) 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.
참고로, 포토레지스트(220)는 포지티브 포토레지스트와 네거티브 포토레지스트로 구분되는데, 포지티브(Positive) 포토레지스트는 빛이 조사되는 부분을 패터닝하기 위해 사용되고, 네거티브 포토레지스트는 빛이 조사되지 않은 부분을 패터닝하기 위해 사용된다.
다음에, 도 4b를 참조하면, 글래스 웨이퍼(210) 상에 도포된 포토레지스트(220)를 패터닝(Patterning)하여 일정 간격 이격된 역테이퍼(Reverse Taper) 형상의 포토레지스트 패턴(230)을 형성한다. 이때, 포토레지스트 패턴(230)은 포토리소그래피(Photo lithography) 공정에 의해 형성될 수 있다.
다음에, 도 4c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(230)이 형성된 글래스 웨이퍼(210) 상에 전극층(240)을 형성한다. 이때, 전극층(240)은 백금을 포함하는 전극 형성용 금속 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 4c 및 도 4d를 참조하면, 글래스 웨이퍼(210) 상에 형성된 포토레지스트 패턴(230)을 제거하여 글래스 웨이퍼(210) 상에 전극층(240)만 남도록 한다. 이때, 글래스 웨이퍼(210) 상에 형성된 포토레지스트 패턴(230)은 아세톤 및 에칭 용액에 의한 습식 식각에 의해 제거될 수 있다.
상기와 같은 과정을 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치에 사용되는 마이크로 히터의 제조는 완료된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치의 도가니를 제조하는 방법에 대하여 도 5a 내지 도 5g를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5g는 도 3의 도가니의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 제조 공정도들이다.
먼저, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 기판(310) 상에 오엘이디 소자용 기판(도 3의 10 참조)의 픽셀 영역의 크기 및 간격에 상응하는 몰드 패턴(312)을 형성한다. 이때, 몰드 패턴(312)은 RIE(Reactive Ion Etching) 식각에 의해 형성될 수 있다.
다음에, 도 5c 및 도 5d를 참조하면, 몰드 패턴(312)이 형성된 기판(310) 상에 프리폴리머(Prepolymer) 계열의 물질(320)을 도포하고, 이어서 이 프리폴리머 계열의 물질(320)을 큐어링(Curing)하여 경화시킨 뒤, 기판(310)으로부터 분리하여 레플리카 몰드(330)를 완성한다.
이러한 레플리카 몰드(330)는 이후에 완성될 도가니를 제조하기 위한 금형으로 사용된다.
다음에, 도 5e 내지 도 5g를 참조하면, 레플리카 몰드(330)를 액체 금속 상태의 백금(340)에 프레스(Press)한 다음 큐어링하여 경화시킨다.
이후에, 액체 금속 상태의 백금(340)이 경화되면 레플리카 몰드(330)를 백금(340)으로부터 분리하여 도가니(350)를 완성한다.
이후에, 도가니(350) 내부에 유기물(360)을 주입한다.
상기와 같은 과정을 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치에 사용되는 도가니의 제조는 완료된다.
이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 실시예에 따른 유기물 진공 증착 장치에 의하면, 유기물 증착 공정 시 유기물을 기판에 균일한 두께로 증착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유기물의 대부분이 불필요하게 사용되는 것을 감소시킬 수 있으며, 마스크의 열팽창을 방지하여 정밀한 얼라인먼트가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내의 하부에 배치되고, 기판의 픽셀 영역의 크기 및 간격에 상응하는 패턴을 가지며, 그 내부에 유기물이 채워지는 도가니;
    상기 패턴의 상면을 제외한 상기 도가니 전면에 형성되며, 상기 도가니를 가열시켜 상기 도가니 내부에 채워진 상기 유기물을 상기 패턴의 상면으로 증발시키기 위한 마이크로 히터;
    상기 도가니 상부에 배치되며, 상기 마이크로 히터에 의해 가열되어 증발되는 상기 유기물을 투과시키기 위한 투과부와, 상기 유기물을 차단시키기 위한 차단부로 구성되는 마스크; 및
    상기 마이크로 히터가 형성된 상기 도가니 하부에 설치되며, 상기 마스크의 투과부를 통해 증발되는 상기 유기물이 상기 기판의 픽셀 영역에 정확하게 얼라인먼트될 수 있도록 상기 도가니를 정밀하게 시프트시켜 주는 나노 스테이지를 포함하는 유기물 진공 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니의 패턴은 상기 마스크의 투과부와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기물 진공 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 히터가 형성된 상기 도가니의 측면 및 하면에 형성되어 상기 마이크로 히터에 의해 가열된 상기 도가니를 단열시켜주기 위한 단열층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 진공 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단열층 안쪽에는 상기 도가니가 열에 의해 팽창 및 변형되는 것을 방지하기 위한 질소 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 유기물 진공 증착 장치.
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