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KR101678056B1 - 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치 - Google Patents

박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101678056B1
KR101678056B1 KR1020100091091A KR20100091091A KR101678056B1 KR 101678056 B1 KR101678056 B1 KR 101678056B1 KR 1020100091091 A KR1020100091091 A KR 1020100091091A KR 20100091091 A KR20100091091 A KR 20100091091A KR 101678056 B1 KR101678056 B1 KR 101678056B1
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성운철
최범락
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

대형 기판의 양산 공정에 더욱 적합하고, 고정세의 패터닝이 가능하도록 하는 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 제공하기 위하여, 본 발명은 기판상에 박막을 형성하기 위한 박막 증착 장치에 있어서, 진공으로 유지되는 제2 챔버; 상기 제2 챔버 내에 서로 나란하게 구비되며, 그 상부에 기판이 고정되는 두 개의 스테이지들; 상기 각각의 스테이지 상에 고정된 기판에 결합하는 마스크들; 및 상기 스테이지 상부에 이동가능하도록 형성되어, 상기 기판측으로 증착 물질을 방사하는 제1 증착원 및 제2 증착원;을 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.

Description

박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치{Apparatus for thin layer deposition, method for manufacturing of organic light emitting display apparatus using the same, and organic light emitting display apparatus manufactured by the method}
본 발명은 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 대형 기판의 양산 공정에 더욱 적합하고, 고정세의 패터닝이 가능하도록 하는 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치들 중, 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
유기 발광 표시 장치는 서로 대향된 제1 전극 및 제2 전극 사이에 발광층 및 이를 포함하는 중간층을 구비한다. 이때 상기 전극들 및 중간층은 여러 방법으로 형성될 수 있는데, 그 중 한 방법이 독립 증착 방식이다. 증착 방법을 이용하여 유기 발광 표시 장치를 제작하기 위해서는, 박막 등이 형성될 기판 면에, 형성될 박막 등의 패턴과 동일한 패턴을 가지는 파인 메탈 마스크(fine metal mask: FMM)를 밀착시키고 박막 등의 재료를 증착하여 소정 패턴의 박막을 형성한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 대형 기판의 양산 공정에 더욱 적합하고, 고정세의 패터닝이 가능하도록 하는 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판상에 박막을 형성하기 위한 박막 증착 장치에 있어서, 진공으로 유지되는 제2 챔버; 상기 제2 챔버 내에 서로 나란하게 구비되며, 그 상부에 기판이 고정되는 두 개의 스테이지들; 상기 각각의 스테이지 상에 고정된 기판에 결합하는 마스크들; 및 상기 스테이지 상부에 이동가능하도록 형성되어, 상기 기판측으로 증착 물질을 방사하는 제1 증착원 및 제2 증착원;을 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 동일한 궤적을 따라 동일한 속도로 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 증착원이 상기 제1 증착원의 궤적을 따라 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 순환하며 연속적으로 증착을 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마스크는 FMM(fine metal mask)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 어느 일 측의 상기 스테이지 상의 기판에 증착이 수행되고 있는 동안, 타 측의 스테이지 상으로 기판이 이송되어 기판과 상기 마스크가 얼라인 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원에는 적색 보조층(R') 재료가 구비되고, 제2 증착원에는 적색 발광층(R) 재료가 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원에는 녹색 보조층(G') 재료가 구비되고, 제2 증착원에는 녹색 발광층(G) 재료가 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 박막 증착 장치는, 상기 제2 챔버의 일 측에 배치되는 제1 챔버; 및 상기 제1 챔버 내에 배치되는 박막 증착 어셈블리;를 더 구비하고, 상기 박막 증착 어셈블리는, 증착 물질을 방사하는 증착원; 상기 증착원의 일 측에 배치되며, 제1 방향을 따라 복수 개의 증착원 노즐들이 형성되는 증착원 노즐부; 상기 증착원 노즐부와 대향되게 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 복수 개의 패터닝 슬릿들이 형성되는 패터닝 슬릿 시트; 및 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이에 상기 제1 방향을 따라 배치되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획하는 복수 개의 차단판들을 구비하는 차단판 어셈블리;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 박막 증착 어셈블리는 상기 기판과 소정 정도 이격되도록 형성되며, 상기 박막 증착 어셈블리와 상기 기판은, 어느 일 측이 타 측에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 차단판들 각각은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 제2 방향으로 형성되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획할 수 있다.
여기서, 상기 패터닝 슬릿 시트는 상기 기판보다 작게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버를 관통하여 형성된 이송 가이드부를 더 구비하고, 상기 기판은 상기 이송 가이드부를 따라 이송될 수 있다.
다른 측면에 관한 본 발명은 기판상에 박막을 형성하는 박막 증착 장치를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 제2 챔버 내로 제1 기판이 이송되어 제1 스테이지 상에 고정되고, 상기 제1 기판과 제1 마스크가 얼라인 되는 단계; 제1 증착원 및 제2 증착원이 상기 제1 기판에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에서 방사되는 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계; 상기 제1 기판상에 증착이 수행되는 동안, 상기 제2 챔버 내로 제2 기판이 이송되어 제2 스테이지 상에 고정되고, 상기 제2 기판과 제2 마스크가 얼라인 되는 단계; 및 상기 제1 증착원 및 제2 증착원이 상기 제2 기판에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에서 방사되는 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계;를 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계 및 상기 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계는, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에 구비된 적색 보조층 재료 및 적색 발광층 재료가 차례로 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판상에 증착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계 및 상기 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계는, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에 구비된 녹색 보조층 재료 및 녹색 발광층 재료가 차례로 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판상에 증착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 동일한 궤적을 따라 동일한 속도로 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 증착원이 상기 제1 증착원의 궤적을 따라 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 순환하며 연속적으로 증착을 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증착이 완료된 상기 제1 기판 또는 제2 기판은 상기 제1 마스크 또는 상기 제2 마스크와 분리되어 상기 제2 챔버 외부로 이송되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 챔버의 일 측에 배치되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버 내에 배치되며 증착 물질을 방사하는 증착원; 상기 증착원의 일 측에 배치되며, 제1 방향을 따라 복수 개의 증착원 노즐들이 형성되는 증착원 노즐부; 상기 증착원 노즐부와 대향되게 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 복수 개의 패터닝 슬릿들이 형성되는 패터닝 슬릿 시트; 및 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이에 상기 제1 방향을 따라 배치되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획하는 복수 개의 차단판들을 구비하는 차단판 어셈블리;를 포함하는 박막 증착 장치를, 척에 고정된 피증착용 기판과 이격되도록 배치하여, 증착이 진행되는 동안 상기 박막 증착 장치와 상기 척에 고정된 기판이 서로 상대적으로 이동됨으로써 기판에 대한 증착이 이뤄질 수 있다.
다른 측면에 관한 본 발명은, 상술한 방법에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 제공한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치에 따르면, 대형 기판의 양산 공정에 더욱 적합하고, 고정세의 패터닝이 가능하도록 하는 박막 증착 장치, 이를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1의 정전척의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1의 박막 증착 장치의 박막 증착 어셈블리를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 박막 증착 어셈블리의 개략적인 측단면도이다.
도 5는 도 3의 박막 증착 어셈블리의 개략적인 평단면도이다.
도 6은 도 1의 박막 증착 장치의 챔버 내에 구비된 박막 증착 어셈블리들, 증착원들 및 기판들을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 제2 챔버 내에서 기판상에 박막을 증착하는 과정을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 박막 증착 장치를 이용하여 제조된 액티브 매트릭스형 유기 발광 표시 장치의 단면을 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 로딩부(710), 증착부(730), 언로딩부(720), 제1 순환부(610) 및 제2 순환부(620)를 포함한다.
로딩부(710)는 제1 래크(712)와, 도입로봇(714)과, 도입실(716)과, 제1 반전실(718)을 포함할 수 있다.
제1 래크(712)에는 증착이 이루어지기 전의 기판(500)이 다수 적재되어 있고, 도입로봇(714)은 상기 제1 래크(712)로부터 기판(500)을 잡아 제2 순환부(620)로부터 이송되어 온 정전척(600)에 기판(500)을 얹은 후, 기판(500)이 부착된 정전척(600)을 도입실(716)로 옮긴다.
도입실(716)에 인접하게는 제1 반전실(718)이 구비되며, 제1 반전실(718)에 위치한 제1 반전 로봇(719)이 정전척(600)을 반전시켜 정전척(600)을 증착부(730)의 제1 순환부(610)에 장착한다.
정전척(Electro Static Chuck, 600)은 도 2에서 볼 수 있듯이, 세라믹으로 구비된 본체(601)의 내부에 전원이 인가되는 전극(602)이 매립된 것으로, 이 전극(602)에 고전압이 인가됨으로써 본체(601)의 표면에 기판(500)을 부착시키는 것이다.
도 1에서 볼 때, 도입 로봇(714)은 정전척(600)의 상면에 기판(500)을 얹게 되고, 이 상태에서 정전척(600)은 도입실(716)로 이송되며, 제1 반전 로봇(719)이 정전척(600)을 반전시킴에 따라 증착부(730)에서는 기판(500)이 아래를 향하도록 위치하게 된다.
언로딩부(720)의 구성은 위에서 설명한 로딩부(710)의 구성과 반대로 구성된다. 즉, 증착부(730)를 거친 기판(500) 및 정전척(600)을 제2 반전실(728)에서 제2 반전로봇(729)이 반전시켜 반출실(726)로 이송하고, 반출로봇(724)이 반출실(726)에서 기판(500) 및 정전척(600)을 꺼낸 다음 기판(500)을 정전척(600)에서 분리하여 제2 래크(722)에 적재한다. 기판(500)과 분리된 정전척(600)은 제2 순환부(620)를 통해 로딩부(710)로 회송된다.
그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(500)이 정전척(600)에 최초 고정될 때부터 정전척(600)의 하면에 기판(500)을 고정시켜 그대로 증착부(730)로 이송시킬 수도 있다. 이 경우, 예컨대 제1 반전실(718) 및 제1 반전로봇(719)과 제2 반전실(728) 및 제2 반전로봇(729)은 필요 없게 된다.
증착부(730)는 적어도 하나의 증착용 챔버를 구비한다. 상기 챔버(731)는 증착이 진행되는 동안 진공으로 유지된다. 도 1에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 증착부(730)는 챔버(731)를 구비하며, 이 챔버(731) 내에 복수의 박막 증착 어셈블리들(100)(202)(203)(204)이 배치된다. 도 1에는 챔버(731)가 하나로 구성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 챔버(731)는 실제로 여러 개의 챔버들(도 6의 731a, 731b, 731c, 731d 참조)을 포함할 수 있으며, 이에 대하여는 도 6 및 도 7에서 상세히 설명하도록 한다. 또한, 도 1에는 상기 챔버(731) 내에 제1 박막 증착 어셈블리(100), 제2 박막 증착 어셈블리(202), 제3 박막 증착 어셈블리(203) 및 제4 박막 증착 어셈블리(204)의 네 개의 박막 증착 어셈블리들이 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 그 숫자는 증착 물질 및 증착 조건에 따라 가변할 수 있으며, 이 또한 도 6 및 도 7에서 상세히 설명하도록 한다. 그리고, 각각의 박막 증착 어셈블리의 구성에 대해서는 도 3 내지 도 5에서 상세히 설명하도록 한다.
한편, 도 1에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 기판(500)이 고정된 정전척(600)은 제1 순환부(610)에 의해 적어도 증착부(730)로, 바람직하게는 상기 로딩부(710), 증착부(730) 및 언로딩부(720)로 순차 이동되고, 상기 언로딩부(720)에서 기판(500)과 분리된 정전척(600)은 제2 순환부(620)에 의해 상기 로딩부(710)로 환송된다.
상기 제1 순환부(610)는 상기 증착부(730)를 통과할 때에 상기 챔버(731)를 관통하도록 구비되고, 상기 제2 순환부(620)는 정전 척이 이송되도록 구비된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 박막 증착 어셈블리(100)를 설명한다. 도 3은 도 1의 박막 증착 장치의 박막 증착 어셈블리를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 박막 증착 어셈블리의 개략적인 측단면도이고, 도 5는 도 3의 박막 증착 어셈블리의 개략적인 평단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)는 증착원(110), 증착원 노즐부(120), 차단판 어셈블리(130) 및 패터닝 슬릿 시트(150)를 포함한다.
여기서, 도 3 내지 도 5에는 설명의 편의를 위해 챔버를 도시하지 않았지만, 도 3 내지 도 5의 모든 구성은 적절한 진공도가 유지되는 챔버 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 증착 물질의 직진성을 확보하기 위함이다.
상세히, 증착원(110)에서 방출된 증착 물질(115)이 증착원 노즐부(120) 및 패터닝 슬릿 시트(150)를 통과하여 기판(500)에 원하는 패턴으로 증착되게 하려면, 기본적으로 챔버(도 1의 731 참조) 내부는 고진공 상태를 유지해야 한다. 또한 차단판 어셈블리(130) 및 패터닝 슬릿 시트(150)의 온도가 증착원(110) 온도보다 충분히 낮아야(약 100°이하) 증착원 노즐부(120)와 패터닝 슬릿 시트(150) 사이의 공간을 고진공 상태로 유지할 수 있다. 이와 같이, 차단판 어셈블리(130)와 패터닝 슬릿 시트(150)의 온도가 충분히 낮으면, 원하지 않는 방향으로 방사되는 증착 물질(115)은 모두 차단판 어셈블리(130) 면에 흡착되어서 고진공을 유지할 수 있기 때문에, 증착 물질 간의 충돌이 발생하지 않아서 증착 물질의 직진성을 확보할 수 있게 되는 것이다. 이때 차단판 어셈블리(130)는 고온의 증착원(110)을 향하고 있고, 증착원(110)과 가까운 곳은 최대 167° 가량 온도가 상승하기 때문에, 필요할 경우 부분 냉각 장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이러한 챔버 내에는 피 증착체인 기판(500)이 정전척(600)에 의해 이송된다. 상기 기판(500)은 평판 표시 장치용 기판이 될 수 있는 데, 다수의 평판 표시 장치를 형성할 수 있는 마더 글라스(mother glass)와 같은 대면적 기판이 적용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서는, 기판(500)이 박막 증착 어셈블리(100)에 대하여 상대적으로 이동하는데, 바람직하게는 박막 증착 어셈블리(100)에 대하여 기판(500)이 화살표 A 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
상세히, 기존 FMM 증착 방법에서는 마스크의 크기가 기판 크기와 동일하거나 이보다 커야 했다. 따라서, 기판 사이즈가 증가할수록 마스크도 대형화되어야 하며, 따라서 이러한 대형의 마스크의 제작이 용이하지 않고, 마스크를 인장하여 정밀한 패턴으로 얼라인(align) 하기도 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)는, 박막 증착 어셈블리(100)와 기판(500)이 서로 상대적으로 이동하면서 증착이 이루어지는 것을 일 특징으로 한다. 다시 말하면, 박막 증착 어셈블리(100)와 마주보도록 배치된 기판(500)이 Y축 방향을 따라 이동하면서 연속적으로 증착을 수행하게 된다. 즉, 기판(500)이 도 5의 화살표 A 방향으로 이동하면서 스캐닝(scanning) 방식으로 증착이 수행되는 것이다. 여기서, 도면에는 기판(500)이 챔버(도 1의 731 참조) 내에서 Y축 방향으로 이동하면서 증착이 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 기판(500)은 고정되어 있고 박막 증착 어셈블리(100) 자체가 Y축 방향으로 이동하면서 증착을 수행하는 것도 가능하다 할 것이다.
따라서, 본 발명의 박막 증착 어셈블리(100)에서는 종래의 FMM에 비하여 훨씬 작게 패터닝 슬릿 시트(150)를 만들 수 있다. 즉, 본 발명의 박막 증착 어셈블리(100)의 경우, 기판(500)이 Y축 방향을 따라 이동하면서 연속적으로, 즉 스캐닝(scanning) 방식으로 증착을 수행하기 때문에, 패터닝 슬릿 시트(150)의 X축 방향으로의 폭과 기판(500)의 X축 방향으로의 폭만 실질적으로 동일하게 형성되면, 패터닝 슬릿 시트(150)의 Y축 방향의 길이는 기판(500)의 길이보다 훨씬 작게 형성되어도 무방하게 된다. 물론, 패터닝 슬릿 시트(150)의 X축 방향으로의 폭이 기판(500)의 X축 방향으로의 폭보다 작게 형성되더라도, 기판(500)과 박막 증착 어셈블리(100)의 상대적 이동에 의한 스캐닝 방식에 의해 충분히 기판(500) 전체에 대하여 증착을 할 수 있게 된다.
이와 같이, 종래의 FMM에 비하여 훨씬 작게 패터닝 슬릿 시트(150)를 만들 수 있기 때문에, 본 발명의 패터닝 슬릿 시트(150)는 그 제조가 용이하다. 즉, 패터닝 슬릿 시트(150)의 에칭 작업이나, 그 이후의 정밀 인장 및 용접 작업, 이동 및 세정 작업 등 모든 공정에서, 작은 크기의 패터닝 슬릿 시트(150)가 FMM 증착 방법에 비해 유리하다. 또한, 이는 디스플레이 장치가 대형화될수록 더욱 유리하게 된다.
이와 같이, 박막 증착 어셈블리(100)와 기판(500)이 서로 상대적으로 이동하면서 증착이 이루어지기 위해서는, 박막 증착 어셈블리(100)와 기판(500)이 일정 정도 이격되는 것이 바람직하다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 기술하기로 한다.
한편, 챔버 내에서 상기 기판(500)과 대향하는 측에는, 증착 물질(115)이 수납 및 가열되는 증착원(110)이 배치된다.
상기 증착원(110)은 그 내부에 증착 물질(115)이 채워지는 도가니(112)와, 이 도가니(112)를 둘러싸는 냉각 블록(111)이 구비된다. 냉각 블록(111)은 도가니(112)로부터의 열이 외부, 즉, 챔버 내부로 발산되는 것을 최대한 억제하기 위한 것으로, 이 냉각 블록(111)에는 도가니(112)를 가열시키는 히터(미도시)가 포함되어 있다.
증착원(110)의 일 측, 상세하게는 증착원(110)에서 기판(500)을 향하는 측에는 증착원 노즐부(120)가 배치된다. 그리고, 증착원 노즐부(120)에는, X축 방향을 따라서 복수 개의 증착원 노즐(121)들이 형성된다. 여기서, 상기 복수 개의 증착원 노즐(121)들은 등 간격으로 형성될 수 있다. 증착원(110) 내에서 기화된 증착 물질(115)은 이와 같은 증착원 노즐부(120)의 증착원 노즐(121)들을 통과하여 피 증착체인 기판(500) 쪽으로 향하게 되는 것이다.
증착원 노즐부(120)의 일 측에는 차단판 어셈블리(130)가 구비된다. 상기 차단판 어셈블리(130)는 복수 개의 차단판(131)들과, 차단판(131)들 외측에 구비되는 차단판 프레임(132)을 포함한다. 상기 복수 개의 차단판(131)들은 X축 방향을 따라서 서로 나란하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 차단판(131)들은 등 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 차단판(131)들은 도면에서 보았을 때 YZ평면을 따라 연장되어 있고, 바람직하게는 직사각형으로 구비될 수 있다. 이와 같이 배치된 복수 개의 차단판(131)들은 증착원 노즐부(120)와 패터닝 슬릿(150) 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간(S)으로 구획한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)는 상기 차단판(131)들에 의하여, 도 5에서 볼 수 있듯이, 증착 물질이 분사되는 각각의 증착원 노즐(121) 별로 증착 공간(S)이 분리된다.
여기서, 각각의 차단판(131)들은 서로 이웃하고 있는 증착원 노즐(121)들 사이에 배치될 수 있다. 이는 다시 말하면, 서로 이웃하고 있는 차단판(131)들 사이에 하나의 증착원 노즐(121)이 배치되는 것이다. 바람직하게, 증착원 노즐(121)은 서로 이웃하고 있는 차단판(131) 사이의 정 중앙에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 서로 이웃하고 있는 차단판(131)들 사이에 복수의 증착원 노즐(121)이 배치하여도 무방하다. 다만, 이 경우에도 복수의 증착원 노즐(121)들이 서로 이웃하고 있는 차단판(131) 사이의 정 중앙에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 차단판(131)이 증착원 노즐부(120)와 패터닝 슬릿 시트(150) 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간(S)으로 구획함으로써, 하나의 증착원 노즐(121)로부터 배출되는 증착 물질은 다른 증착원 노즐(121)로부터 배출된 증착 물질들과 혼합되지 않고, 패터닝 슬릿(151)을 통과하여 기판(500)에 증착되는 것이다. 즉, 상기 차단판(131)들은 각 증착원 노즐(121)을 통해 배출되는 증착 물질이 분산되지 않고 Y축 방향으로 직진하도록 증착 물질의 이동 경로를 가이드 하는 역할을 수행한다.
이와 같이, 차단판(131)들을 구비하여 증착 물질의 직진성을 확보함으로써, 기판에 형성되는 음영(shadow)의 크기를 대폭적으로 줄일 수 있으며, 따라서 박막 증착 어셈블리(100)와 기판(500)을 일정 정도 이격시키는 것이 가능해진다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 기술하기로 한다.
한편, 상기 복수 개의 차단판(131)들의 외측으로는 차단판 프레임(132)이 더 구비될 수 있다. 차단판 프레임(132)은, 복수 개의 차단판(131)들의 측면에 각각 구비되어, 복수 개의 차단판(131)들의 위치를 고정하는 동시에, 증착원 노즐(121)을 통해 배출되는 증착 물질이 Y축 방향으로 분산되지 않도록 증착 물질의 Y축 방향의 이동 경로를 가이드 하는 역할을 수행한다.
상기 증착원 노즐부(120)와 차단판 어셈블리(130)는 일정 정도 이격된 것이 바람직하다. 이에 따라, 증착원(110)으로부터 발산되는 열이 차단판 어셈블리(130)에 전도되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 증착원 노즐부(120)와 차단판 어셈블리(130) 사이에 적절한 단열 수단이 구비될 경우 증착원 노즐부(120)와 차단판 어셈블리(130)가 결합하여 접촉할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 차단판 어셈블리(130)는 박막 증착 어셈블리(100)로부터 착탈 가능하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)에서는 차단판 어셈블리(130)를 이용하여 증착 공간을 외부 공간과 분리하였기 때문에, 기판(500)에 증착되지 않은 증착 물질은 대부분 차단판 어셈블리(130) 내에 증착된다. 따라서, 차단판 어셈블리(130)를 박막 증착 어셈블리(100)로부터 착탈가능하도록 형성하여, 장시간 증착 후 차단판 어셈블리(130)에 증착 물질이 많이 쌓이게 되면, 차단판 어셈블리(130)를 박막 증착 어셈블리(100)로부터 분리하여 별도의 증착 물질 재활용 장치에 넣어서 증착 물질을 회수할 수 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 증착 물질 재활용률을 높임으로써 증착 효율이 향상되고 제조 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 증착원(110)과 기판(500) 사이에는 패터닝 슬릿 시트(150) 및 프레임(155)이 더 구비된다. 상기 프레임(155)은 대략 창문 틀과 같은 형태로 형성되며, 그 내측에 패터닝 슬릿 시트(150)가 결합된다. 그리고, 패터닝 슬릿 시트(150)에는 X축 방향을 따라서 복수 개의 패터닝 슬릿(151)들이 형성된다. 각 패터닝 슬릿(151)들은 Y축 방향을 따라 연장되어 있다. 증착원(110) 내에서 기화되어 증착원 노즐(121)을 통과한 증착 물질(115)은 패터닝 슬릿(151)들을 통과하여 피 증착체인 기판(500) 쪽으로 향하게 된다.
상기 패터닝 슬릿 시트(150)는 금속 박판으로 형성되고, 인장된 상태에서 프레임(155)에 고정된다. 상기 패터닝 슬릿(151)은 스트라이프 타입(stripe type)으로 패터닝 슬릿 시트(150)에 에칭을 통해 형성된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)는 증착원 노즐(121)들의 총 개수보다 패터닝 슬릿(151)들의 총 개수가 더 많게 형성된다. 또한, 서로 이웃하고 있는 두 개의 차단판(131) 사이에 배치된 증착원 노즐(121)의 개수보다 패터닝 슬릿(151)들의 개수가 더 많게 형성된다. 상기 패터닝 슬릿(151)의 개수는 기판(500)에 형성될 증착 패턴의 개수에 대응되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 차단판 어셈블리(130)와 패터닝 슬릿 시트(150)는 서로 일정 정도 이격되도록 형성될 수 있으며, 차단판 어셈블리(130)와 패터닝 슬릿 시트(150)는 별도의 연결 부재(135)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 상세히, 고온 상태의 증착원(110)에 의해 차단판 어셈블리(130)의 온도는 최대 100℃ 이상 상승하기 때문에, 상승된 차단판 어셈블리(130)의 온도가 패터닝 슬릿 시트(150)로 전도되지 않도록 차단판 어셈블리(130)와 패터닝 슬릿 시트(150)를 일정 정도 이격시키는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)는 기판(500)에 대하여 상대적으로 이동하면서 증착을 수행하며, 이와 같이 박막 증착 어셈블리(100)가 기판(500)에 대하여 상대적으로 이동하기 위해서 패터닝 슬릿 시트(150)는 기판(500)으로부터 일정 정도 이격되도록 형성된다. 그리고, 패터닝 슬릿 시트(150)와 기판(500)을 이격시킬 경우 발생하는 음영(shadow) 문제를 해결하기 위하여, 증착원 노즐부(120)와 패터닝 슬릿 시트(150) 사이에 차단판(131)들을 구비하여 증착 물질의 직진성을 확보함으로써, 기판에 형성되는 음영(shadow)의 크기를 대폭적으로 감소시킨 것이다.
종래의 FMM 증착 방법에서는 기판에 음영(shadow)이 생기지 않도록 하기 위하여 기판에 마스크를 밀착시켜서 증착 공정을 진행하였다. 그러나, 이와 같이 기판에 마스크를 밀착시킬 경우, 기판과 마스크 간의 접촉에 의해 기판에 이미 형성되어 있던 패턴들이 긁히는 등 불량 문제가 발생한다는 문제점이 존재하였다. 또한, 마스크를 기판에 대하여 이동시킬 수 없기 때문에, 마스크가 기판과 동일한 크기로 형성되어야 한다. 따라서, 디스플레이 장치가 대형화됨에 따라 마스크의 크기도 커져야 하는데, 이와 같은 대형 마스크를 형성하는 것이 용이하지 아니하다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 박막 증착 어셈블리(100)에서는 패터닝 슬릿 시트(150)가 피 증착체인 기판(500)과 소정 간격을 두고 이격되도록 배치되도록 한다. 이것은 차단판(131)을 구비하여, 기판(500)에 생성되는 음영(shadow)이 작아지게 됨으로써 실현 가능해진다.
이와 같은 박막 증착 어셈블리를 적용하여, 패터닝 슬릿 시트를 기판보다 작게 형성한 후, 이 패터닝 슬릿 시트가 기판에 대하여 상대 이동되도록 하여 증착을 수행하는 공정을 SMS(small mask scanning) 라고 정의한다.
이하에서는 박막 증착 장치의 챔버 내부에서의 박막 증착 어셈블리와 각 증착원들의 배치 및 박막의 증착 공정에 대하여 상세히 설명한다.
도 6은 도 1의 박막 증착 장치의 챔버 내에 구비된 박막 증착 어셈블리들, 증착원들 및 기판들을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 챔버(731)는 제1 챔버(731a), 제2 챔버(731b), 제3 챔버(731c) 및 제4 챔버(731d)를 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 챔버들(731a)(731b)(731c)(731d)을 관통하여 하나 이상의 이송 가이드부(201a)(201b)가 형성되고, 기판(도 1의 500 참조)이 탑재된 정전척(도 1의 600 참조)은 상기 이송 가이드부(201a)(201b)를 따라 이동하면서 증착이 수행된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 챔버 내에 박막 증착 어셈블리와 증착원들을 적절히 배치하여, SMS(small mask scanning) 방식과 FMM(fine metal mask) 방식을 적절히 혼용하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 그리고, FMM(fine metal mask) 방식을 사용할 경우, 하나의 챔버 내에 두 개의 스테이지와 두 개의 증착원을 구비하여, 시간 손실 없이 연속적으로 증착이 수행되는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 종래 파인 메탈 마스크(fine metal mask: FMM)를 사용한 박막 증착 방법의 경우, 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 적색 보조층(R'), 녹색 보조층(G'), 적색 발광층(R), 녹색 발광층(G), 청색 발광층(B), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer)을 차례로 적층하는 방식이 사용되었다. 이 경우, 적색 보조층(R'), 녹색 보조층(G'), 적색 발광층(R), 녹색 발광층(G), 청색 발광층(B)을 각각 형성하기 위하여, 최소한 5회의 FMM 공정이 수행되어야 하였다. 그런데, 1회의 FMM 공정을 수행하기 위해서는, 기판과 마스크를 얼라인하여 밀착시키고 증착을 수행한 후 기판과 마스크를 분리하는 일련의 공정이 수행되어야 하며, 이와 같은 FMM 공정을 5번 이상 수행하는 것은 생산 효율을 저하시키는 큰 원인이 되었다. 또한, 기판과 마스크를 얼라인하는 동안 증착이 중단되기 때문에, 이 또한, 생산 효율을 저하시키는 원인이 되었다.
한편, 도 3 내지 도 5에서 기술한 박막 증착 어셈블리를 이용한 SMS(small mask scanning) 방식을 적용할 경우, 기판과 마스크가 일정 정도 이격됨으로 인하여, 일정 정도나마 음영(shadow)이 발생하는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 음영(shadow)이 발생할 염려가 없는 공통층을 형성할 때는 SMS(small mask scanning) 방식을 적용하고, 정밀한 패터닝이 필요한 발광층 및 보조층을 형성할 때는 FMM(fine metal mask) 방식을 적용한다. 그리고 FMM(fine metal mask) 방식을 적용함에 있어서, 적색 보조층과 적색 발광층을 한 챔버(제2 챔버) 내에서 증착하고, 녹색 보조층과 녹색 발광층을 한 챔버(제3 챔버) 내에서 증착할 수 있도록, 각 챔버(제2 챔버와 제3 챔버) 내에 두 개의 스테이지와 두 개의 증착원이 형성되는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 제1 챔버(731a)에는 제1 박막 증착 어셈블리(100), 제2 박막 증착 어셈블리(202), 제3 박막 증착 어셈블리(203)가 배치되고, 제2 챔버(731b)에는 제1 증착원(301)과 제2 증착원(302)이 배치되고, 제3 챔버(731c)에는 제3 증착원(303)과 제4 증착원(304)이 배치되고, 제4 챔버(731d)에는 제4 박막 증착 어셈블리(204)와 제5 박막 증착 어셈블리(205)가 배치될 수 있다.
이때, 각각의 박막 증착 어셈블리들의 증착원에는 서로 다른 증착 물질들이 구비될 수 있다.
예를 들어, 제1 박막 증착 어셈블리(100)에는 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer)의 재료가 되는 증착 물질이 구비되고, 제2 박막 증착 어셈블리(202)에는 중간층(IL: inter-layer)의 재료가 되는 증착 물질이 구비되고, 제3 박막 증착 어셈블리(203)에는 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer)의 재료가 되는 증착 물질이 구비될 수 있다. 또한, 제1 증착원(301)에는 적색 보조층(R')의 재료가 되는 증착 물질이 구비되고, 제2 증착원(302)에는 적색 발광층(R)의 재료가 되는 증착 물질이 구비될 수 있다. 또한, 제3 증착원(303)에는 녹색 보조층(G')의 재료가 되는 증착 물질이 구비되고, 제4 증착원(304)에는 녹색 발광층(G)의 재료가 되는 증착 물질이 구비될 수 있다. 또한, 제4 박막 증착 어셈블리(204)에는 청색 발광층(B)의 재료가 되는 증착 물질이 구비되고, 제5 박막 증착 어셈블리(205)에는 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer)의 재료가 되는 증착 물질이 구비될 수 있다.
즉, 각각의 박막 증착 어셈블리(100)(202)(203)(204)(205)에는 공통층(HIL, IL, HTL, B, ETL)을 형성하기 위한 증착 물질이 구비되고, 각각의 증착원(301)(302)(303)(304)에는 패턴층(R', R, G', G)을 형성하기 위한 증착 물질이 구비되는 것이다. 그리고 박막 증착 어셈블리가 구비된 제1 챔버(731a) 및 제4 챔버(731d)에서는 SMS(small mask scanning) 방식을 적용하고, 증착원이 구비된 제2 챔버(731b) 및 제3 챔버(731c)에서는 FMM(fine metal mask) 방식을 적용한다.
한편, 기판들은 상기 챔버들(731a)(731b)(731c)(731d)을 관통하여 형성된 이송 가이드부(201a)(201b)를 따라 이동한다. 여기서, 이송 가이드부(201a)(201b) 각각은 한 쌍의 서로 평행하게 형성된 가이드 레일일 수 있다. 즉 제1 기판(502)은 제1 이송 가이드부(201a)를 따라 상기 챔버들(731a)(731b)(731c)(731d)을 차례로 통과하면서 증착이 수행되고, 마찬가지로 제2 기판(503)은 제2 이송 가이드부(201b)를 따라 상기 챔버들(731a)(731b)(731c)(731d)을 차례로 통과하면서 증착이 수행될 수 있다.
이때, 제1 챔버(731a)와 제4 챔버(731d), 즉 공통층을 증착하는 챔버에서는 SMS(small mask scanning) 방식을 적용하여 증착이 진행된다. 즉, 기판(501)(502)이 이송 가이드부(201a)(201b)를 따라 이동하는 동안, 각각의 박막 증착 어셈블리(100)(202)(203)(204)(205)에서 방사되는 증착 물질들이 기판(501)(502) 상에 증착된다.
한편, 제2 챔버(731b)와 제3 챔버(731c), 즉 패턴층을 증착하는 챔버에서는 FMM(fine metal mask) 방식을 적용하여 증착이 진행된다. 즉, 기판(501)(502)이 스테이지에 고정되어 있는 상태에서 증착원(301)(302)(303)(304)이 기판(501)(502)을 따라 이동하면서 기판(501)(502) 상에 증착이 수행된다. 이때, 상기 증착원(301)(302)(303)(304)들은 상기 제2 챔버(731b) 또는 제3 챔버(731c) 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 순환하며 연속적으로 증착을 수행한다.
이하에서는 제2 챔버(731b)에서 박막이 증착되는 과정을 더욱 상세히 살펴본다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6에 도시된 제2 챔버 내에서 기판상에 박막을 증착하는 과정을 나타내는 평면도이다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1 기판(501)이 제1 이송 가이드부(도 6의 201a 참조)를 따라 제1 챔버(도 6의 731a 참조)로부터 제2 챔버(731b) 내로 이송되어 제1 스테이지(401) 상에 고정된다. 그리고 제1 기판(501) 위에 적색 보조층(R')과 적색 발광층(R)을 패터닝하기 위한 제1 FMM(fine metal mask)(미도시)이 얼라인 된 후, 제1 기판(501)과 제1 FMM(미도시)이 밀착 결합하게 된다.
이 상태에서 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)은 각각 도 7a의 화살표 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 제1 기판(501) 상부를 이동하는 제1 증착원(301)으로부터 증발된 적색 보조층의 재료가 되는 증착 물질이 제1 기판(501) 상에 증착된다. 여기서, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)은 동일한 궤적을 따라 이동할 수 있다.(도 6의 점선 참조) 즉, 제1 증착원(301)이 이동한 경로를 그대로 따라서 제2 증착원(302)이 이동한다고 볼 수도 있는 것이다.
다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)이 각각 도 7b의 화살표 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 제1 증착원(301)으로부터 증발된 적색 보조층의 재료가 되는 증착 물질과, 제2 증착원(302)으로부터 증발된 적색 발광층의 재료가 되는 증착 물질이 차례로 제1 기판(501) 상에 증착된다. 이와 같이, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)이 차례로 제1 기판(501) 상부를 지나가면서, 적색 보조층(R')과 적색 발광층(R)이 형성되는 것이다. 이와 같이 한번의 FMM 공정으로 적색 보조층(R')과 적색 발광층(R)을 동시에 형성할 수 있게 됨으로써, FMM 공정 횟수가 절반으로 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 제1 증착원(301)과 제2 증착원(302) 사이의 간격을 조절함으로써, 적색 보조층의 재료가 되는 증착 물질과 적색 발광층의 재료가 되는 증착 물질이 서로 섞이게 또는 섞이지 않게 증착되도록 제어하는 것이 가능해진다.
한편, 이와 동시에, 제2 기판(502)이 제2 이송 가이드부(도 6의 201b 참조)를 따라 제1 챔버(도 6의 731a 참조)로부터 제2 챔버(731b) 내로 이송되어 제2 스테이지(402) 상에 고정된다. 그리고 제2 기판(502) 위에 적색 보조층 및 적색 발광층을 패터닝하기 위한 제2 FMM(fine metal mask)(미도시)이 얼라인 된 후, 제2 기판(502)과 제2 FMM(미도시)이 밀착 결합하게 된다.
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)이 각각 도 7c의 화살표 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 제2 기판(502) 상부를 이동하는 제1 증착원(301)으로부터 증발된 적색 보조층의 재료가 되는 증착 물질이 제2 기판(502) 상에 증착된다.
이와 동시에, 증착이 완료된 제1 기판(도 7b의 501 참조)은 제1 스테이지(401)로부터 분리되어 제1 이송 가이드부(도 6의 201a 참조)를 따라 제3 챔버(도 6의 731c)쪽으로 이송된다.
다음으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)이 각각 도 7d의 화살표 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 제1 증착원(301)으로부터 증발된 적색 보조층의 재료가 되는 증착 물질과, 제2 증착원(302)으로부터 증발된 적색 발광층의 재료가 되는 증착 물질이 차례로 제2 기판(502) 상에 증착된다. 이와 같이, 제1 증착원(301) 및 제2 증착원(302)이 차례로 제2 기판(502) 상부를 지나가면서, 적색 보조층(R')과 적색 발광층(R)이 형성되는 것이다.
이와 동시에, 다음번의 제1 기판(501)이 제1 이송 가이드부(도 6의 201a 참조)를 따라 제1 챔버(도 6의 731a 참조)로부터 제2 챔버(731b) 내로 이송되어 제1 스테이지(401) 상에 고정된다. 그리고 제1 기판(501) 위에 적색 보조층 및 적색 발광층을 패터닝하기 위한 제1 FMM(fine metal mask)(미도시)가 얼라인 된 후, 제1 기판(501)과 제1 FMM(미도시)이 밀착 결합하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 하나의 챔버 내에 두 개의 스테이지를 구비하고, 증착원이 상기 챔버 내의 두 개의 스테이지 사이를 순환하면서, 제1 스테이지 상의 기판에 박막이 증착되는 동안 제2 스테이지 상에 기판을 이송 및 얼라인하고, 제2 스테이지 상의 기판에 박막이 증착되는 동안 박막이 증착된 제1 스테이지 상의 기판을 다음 챔버로 이송한 후 새로운 기판을 제1 스테이지 상에 얼라인 함으로써, 시간 손실 없이 연속적으로 박막을 증착할 수 있는 것이다. 나아가, 한 챔버 내의 두 개의 증착원에 적색 보조층 및 적색 발광층 재료를 각각 구비함으로써, 한 번의 FMM 공정만으로 두 개의 층을 동시에 성막하는 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 이로 인하여, 공정의 택트 타임(tact time)이 줄어들고, 생산 효율이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 제3 챔버(도 6의 731c 참조) 내에서는 녹색 보조층(G')과 녹색 발광층(G)이 증착될 수 있으며, 이와 같은 제3 챔버(도 6의 731c 참조) 내에서의 증착 과정은 제2 챔버(731b) 내에서의 증착 과정과 실질적으로 동일하므로, 여기서는 그 자세한 설명은 생략하도록 한다. 물론, 제2 챔버(731b) 내에서 녹색 보조층(G')과 녹색 발광층(G)이 증착되고, 제3 챔버(도 6의 731c 참조) 내에서 적색 보조층(R')과 적색 발광층(R)이 증착되는 것도 가능하다 할 것이다.
나아가, 공통층을 증착하는 제1 챔버(도 6의 731a 참조)와 제4 챔버(도 6의 731d 참조)에서도, SMS(small mask scanning) 방식을 사용하지 않고, 도 7에 개시된 FMM 방식을 사용하는 것도 가능하다 할 것이다.
도 8은 본 발명의 박막 증착 장치를 이용하여 제조된 액티브 매트릭스형 유기 발광 표시 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 상기 액티브 매트리스형의 유기 발광 표시 장치는 기판(30) 상에 형성된다. 상기 기판(30)은 투명한 소재, 예컨대 글래스재, 플라스틱재, 또는 금속재로 형성될 수 있다. 상기 기판(30)상에는 전체적으로 버퍼층과 같은 절연막(31)이 형성되어 있다.
상기 절연막(31) 상에는 도 8에서 볼 수 있는 바와 같은 TFT(40)와, 커패시터(50)와, 유기 발광 소자(60)가 형성된다.
상기 절연막(31)의 윗면에는 소정 패턴으로 배열된 반도체 활성층(41)이 형성되어 있다. 상기 반도체 활성층(41)은 게이트 절연막(32)에 의하여 매립되어 있다. 상기 활성층(41)은 p형 또는 n형의 반도체로 구비될 수 있다.
상기 게이트 절연막(32)의 윗면에는 상기 활성층(41)과 대응되는 곳에 TFT(40)의 게이트 전극(42)이 형성된다. 그리고, 상기 게이트 전극(42)을 덮도록 층간 절연막(33)이 형성된다. 상기 층간 절연막(33)이 형성된 다음에는 드라이 에칭등의 식각 공정에 의하여 상기 게이트 절연막(32)과 층간 절연막(33)을 식각하여 콘택 홀을 형성시켜서, 상기 활성층(41)의 일부를 드러나게 한다.
그 다음으로, 상기 층간 절연막(33) 상에 소스/드레인 전극(43)이 형성되는 데, 콘택 홀을 통해 노출된 활성층(41)에 접촉되도록 형성된다. 상기 소스/드레인 전극(43)을 덮도록 보호막(34)이 형성되고, 식각 공정을 통하여 상기 드레인 전극(43)의 일부가 드러나도록 한다. 상기 보호막(34) 위로는 보호막(34)의 평탄화를 위해 별도의 절연막을 더 형성할 수도 있다.
한편, 상기 유기 발광 소자(60)는 전류의 흐름에 따라 적,녹,청색의 빛을 발광하여 소정의 화상 정보를 표시하기 위한 것으로서, 상기 보호막(34)상에 제1 전극(61)을 형성한다. 상기 제1 전극(61)은 TFT(40)의 드레인 전극(43)과 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 제1 전극(61)을 덮도록 화소정의막(35)이 형성된다. 이 화소정의막(35)에 소정의 개구(64)를 형성한 후, 이 개구(64)로 한정된 영역 내에 유기 발광막(63)을 형성한다. 유기 발광막(63) 위로는 제2 전극(62)을 형성한다.
상기 화소정의막(35)은 각 화소를 구획하는 것으로, 유기물로 형성되어, 제1 전극(61)이 형성되어 있는 기판의 표면, 특히, 보호층(34)의 표면을 평탄화한다.
상기 제1 전극(61)과 제2 전극(62)은 서로 절연되어 있으며, 유기 발광막(63)에 서로 다른 극성의 전압을 가해 발광이 이뤄지도록 한다.
상기 유기 발광막(63)은 저분자 또는 고분자 유기물이 사용될 수 있는 데, 저분자 유기물을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있다. 이들 저분자 유기물은 도 1에서 볼 수 있는 박막 증착 장치를 이용하여 진공증착의 방법으로 형성될 수 있다.
이러한 유기 발광막을 형성한 후에는 제2 전극(62)을 역시 동일한 증착 공정으로 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 전극(61)은 애노드 전극의 기능을 하고, 상기 제2 전극(62)은 캐소드 전극의 기능을 할 수 있는 데, 물론, 이들 제1 전극(61)과 제2 전극(62)의 극성은 반대로 되어도 무방하다. 그리고, 제1 전극(61)은 각 화소의 영역에 대응되도록 패터닝될 수 있고, 제2 전극(62)은 모든 화소를 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(61)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사층을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3로 투명전극층을 형성할 수 있다. 이러한 제1전극(61)은 스퍼터링 방법 등에 의해 성막된 후, 포토 리소그래피법 등에 의해 패터닝된다.
한편, 상기 제2 전극(62)도 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는 데, 투명전극으로 사용될 때에는 이 제2 전극(62)이 캐소드 전극으로 사용되므로, 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물이 유기 발광막(63)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등으로 보조 전극층이나 버스 전극 라인을 형성할 수 있다. 그리고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 위 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, 및 이들의 화합물을 전면 증착하여 형성한다. 이 때, 증착은 전술한 유기 발광막(63)의 경우와 마찬가지의 방법으로 행할 수 있다.
본 발명은 이 외에도, 유기 TFT의 유기막 또는 무기막 등의 증착에도 사용할 수 있으며, 기타, 다양한 소재의 성막 공정에 적용 가능하다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 박막 증착 어셈블리 110: 증착원
120: 증착원 노즐부 130: 차단판 어셈블리
150: 패터닝 슬릿 시트

Claims (23)

  1. 제1 기판 및 제2 기판상에 박막을 형성하기 위한 박막 증착 장치에 있어서,
    진공으로 유지되는 제2 챔버;
    상기 제2 챔버 내에 서로 나란하게 구비되며, 그 상부에 기판들이 고정되는 제1 스테이지 및 제2 스테이지;
    상기 각각의 스테이지 상에 고정된 기판들에 결합하는 마스크들; 및
    상기 스테이지들 상부에 이동가능하도록 형성되어, 상기 기판들 측으로 증착 물질을 방사하는 제1 증착원 및 제2 증착원;을 포함하고,
    상기 제1 기판에의 증착과 상기 제2 기판에의 증착이 모두 상기 제2 챔버 내에서 수행되고,
    상기 제1 기판에 증착이 수행되는 동안 상기 제1 기판은 상기 제1 스테이지에 고정되어 있고, 상기 제2 기판에 증착이 수행되는 동안 상기 제2 기판은 상기 제2 스테이지에 고정되고,
    상기 제1 증착원과 제2 증착원 자체가 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 이동하면서 순차적으로 증착을 수행하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 동일한 궤적을 따라 동일한 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 증착원이 상기 제1 증착원의 궤적을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 순환하며 연속적으로 증착을 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 FMM(fine metal mask)인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    어느 일 측의 상기 스테이지 상의 기판에 증착이 수행되고 있는 동안, 타 측의 스테이지 상으로 기판이 이송되어 기판과 상기 마스크가 얼라인 되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증착원에는 적색 보조층(R') 재료가 구비되고, 제2 증착원에는 적색 발광층(R) 재료가 구비되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증착원에는 녹색 보조층(G') 재료가 구비되고, 제2 증착원에는 녹색 발광층(G) 재료가 구비되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 증착 장치는,
    상기 제2 챔버의 일 측에 배치되는 제1 챔버; 및
    상기 제1 챔버 내에 배치되는 박막 증착 어셈블리;를 더 구비하고,
    상기 박막 증착 어셈블리는,
    증착 물질을 방사하는 증착원;
    상기 증착원의 일 측에 배치되며, 제1 방향을 따라 복수 개의 증착원 노즐들이 형성되는 증착원 노즐부;
    상기 증착원 노즐부와 대향되게 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 복수 개의 패터닝 슬릿들이 형성되는 패터닝 슬릿 시트; 및
    상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이에 상기 제1 방향을 따라 배치되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획하는 복수 개의 차단판들을 구비하는 차단판 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 박막 증착 어셈블리는 상기 기판과 소정 정도 이격되도록 형성되며,
    상기 박막 증착 어셈블리와 상기 기판은, 어느 일 측이 타 측에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 차단판들 각각은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 제2 방향으로 형성되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 패터닝 슬릿 시트는 상기 기판보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 챔버 및 제2 챔버를 관통하여 형성된 이송 가이드부를 더 구비하고, 상기 기판은 상기 이송 가이드부를 따라 이송되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  14. 기판상에 박막을 형성하는 박막 증착 장치를 이용한 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    제2 챔버 내로 제1 기판이 이송되어 제1 스테이지 상에 고정되고, 상기 제1 기판과 제1 마스크가 얼라인 되는 단계;
    제1 증착원 및 제2 증착원이 상기 제1 기판에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에서 방사되는 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계;
    상기 제1 기판상에 증착이 수행되는 동안, 상기 제2 챔버 내로 제2 기판이 이송되어 제2 스테이지 상에 고정되고, 상기 제2 기판과 제2 마스크가 얼라인 되는 단계; 및
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원이 상기 제2 기판에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 제1 증착원 및 제2 증착원에서 방사되는 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 기판에의 증착과 상기 제2 기판에의 증착이 모두 상기 제2 챔버 내에서 수행되고,
    상기 제1 기판에 증착이 수행되는 동안 상기 제1 기판은 상기 제1 스테이지에 고정되어 있고, 상기 제2 기판에 증착이 수행되는 동안 상기 제2 기판은 상기 제2 스테이지에 고정되어 있고,
    상기 제1 증착원과 상기 제2 증착원 자체가 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 이동하면서 순차적으로 증착을 수행하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계 및 상기 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계는,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원에 구비된 적색 보조층 재료 및 적색 발광층 재료가 차례로 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판상에 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 증착 물질이 상기 제1 기판상에 증착되는 단계 및 상기 증착 물질이 상기 제2 기판상에 증착되는 단계는,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원에 구비된 녹색 보조층 재료 및 녹색 발광층 재료가 차례로 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판상에 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 동일한 궤적을 따라 동일한 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 증착원이 상기 제1 증착원의 궤적을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 증착원 및 제2 증착원은 상기 제2 챔버 내에서 폐루프(closed-loop)를 따라 순환하며 연속적으로 증착을 수행하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    증착이 완료된 상기 제1 기판 또는 제2 기판은 상기 제1 마스크 또는 상기 제2 마스크와 분리되어 상기 제2 챔버 외부로 이송되는 단계를 더 포함하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계들은 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 챔버의 일 측에 배치되는 제1 챔버;
    상기 제1 챔버 내에 배치되며 증착 물질을 방사하는 증착원;
    상기 증착원의 일 측에 배치되며, 제1 방향을 따라 복수 개의 증착원 노즐들이 형성되는 증착원 노즐부;
    상기 증착원 노즐부와 대향되게 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 복수 개의 패터닝 슬릿들이 형성되는 패터닝 슬릿 시트; 및
    상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이에 상기 제1 방향을 따라 배치되어, 상기 증착원 노즐부와 상기 패터닝 슬릿 시트 사이의 공간을 복수 개의 증착 공간들로 구획하는 복수 개의 차단판들을 구비하는 차단판 어셈블리;를 포함하는 박막 증착 장치를,
    척에 고정된 피증착용 기판과 이격되도록 배치하여, 증착이 진행되는 동안 상기 박막 증착 장치와 상기 척에 고정된 기판이 서로 상대적으로 이동됨으로써 기판에 대한 증착이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치의 제조방법.
  23. 제 14 항에 따라 제조된 유기 발광 디스플레이 장치.
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