KR19990073223A - 유기발광소자제조용박막증착장치및증착공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기발광소자 제조용 박막 증착장치와 증착공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기발광 물질을 용매에 용해시켜 만든 유기물 용액과 전극 형성용 금속재료를 사용하여 증기응축과 진공기화를 동일 챔버(chamber) 내에서 진행시켜 기판의 특정 부분에 다층 박막을 형성시킬 수 있도록 하는 유기발광소자 제조용 박막증착장치와 증착공정에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 유기발광물질과 금속 전극재료의 증기응축 및 진공기화를 위한 챔버를 제작하며, 제작된 챔버 내에서 유기발광물질의 증기응축과 금속 전극의진공기화를 진행하게 된다. 이 모든 과정이 동일 챔버 안에서 효율적으로 이루어짐으로써 유기발광물질의 증기응축 후 공기에의 노출 시 발생되는 유기박막의 산화를 방지할 수 있다. 또한 유기 발광물질을 증기응축을 통해 균일하게 증착시켜 기존 기술의 한계인 두께 불균일성으로 야기되어지는 유기발광소자의 밝기문제를 해결하기 위한 것이다.

Description

유기발광소자 제조용 박막 증착장치 및 증착공정{Thin film deposition system and process for fabrication of organic light-emitting devices}

본 발명은 유기발광소자 제조용 박막 증착장치와 증착공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기발광물질을 용매에 용해시켜 만든 유기물 용액과 전극 형성용 금속재료를 사용하여 증기응축과 진공기화를 동일 챔버 내에서 진행시켜 기판의 특정부분에 다층 박막을 형성시킬 수 있도록 하는 유기발광소자 제조용 박막 증착 장치와 증착공정에 관한 것이다.

일반적으로 유기발광소자의 제조에 있어, 유기물 박막의 증착방법은 용매에 용해된 유기물 용액을 투명금속(예: ITO 즉, indium tin oxide)이 코팅되어 있는 기판 위에 스핀코팅(spin coating)한 후 진공건조 및 열처리를 통해 유기박막을 형성하거나, 유기재료를 직접 진공기화하여 박막을 증착하는 방법을 사용하고 있다. 이렇게 형성된 유기 박막 위에 다시 금속전극을 진공기화법으로 증착시켜 유기발광소자를 제조한다. 이때 기판의 특정 부분에 선택적으로 코팅하기 위해서는 진공기화 시 마스크를 1개 또는 2개 사용하여 코팅하거나 증착된 박막의 특정부분을사진 식각공정(photolithography와 etching)을 통해 제거하는 방법을 사용한다.

그러나 이와 같은 공정에 의해 제조되는 유기발광소자는 ① 스핀코팅법을 적용하는 경우, 유기 용액을 코팅한 후 수행되는 열처리 과정에서 박막 내에 핀홀(pin hole) 등의 박막결함이 생성되는 단점과 더불어 산화성이 강한 유기물질의 취급이 어려운 단점을 가지고 있으며, ② 진공 기화법을 사용하는 경우, 대면적 기판 위에 균일한 유기박막을 형성하기 어려운 단점이 있다. 이러한 문제점들은 궁극적으로 소자의 성능을 떨어뜨리며 수명을 단축시키게 된다. 또한 사진식각공정을 이용하여 특정부분의 선택적 증착을 수행하는 경우, 여러 공정을 사용해야 하는 생산성 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 유기물 용액을 증기응축법로 박막 코팅한 후 연이어 금속전극의 진공기화 증착을 진행시키고 이때, 증기응축 및 진공기화 증착을 같은 진공 챔버 안에서 효과적으로 수행함으로써, 기존의 스핀코팅공정에서 문제가 되고 있는 공기에의 노출 시 발생되는 유기박막의 산화를 방지할수 있다. 증기응축 공정 시 기판을 가열함으로써 용매를 기체상태로 유지하며 이렇게 하여 유기물 박막만을 코팅할 수 있고 이러한 방법으로 유기박막 내의 핀홀의 발생 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 또한 주입 노즐의 형태와 운반기체의 유속을 조절함으로써 주입되는 유기물 용액 증기를 기판 위에 균일한 박막 두께로 형성시킬 수 있으므로, 진공기화법에 의해 유기박막을 직접 코팅하는 경우에 비해 대면적 기판 위에 균일한 유기박막을 형성할 수 있다. 이는 또한 두께의 불균일성에 의하여 생길 수 있는 유기발광소자의 밝기 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방법이기도 하다

도 1은 유기발광소자 제조용 박막 증착장치의 내부 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 운반기체 주입구 2 : 질량유속조절기(mass now controller)

3 : 버블러(bubbler) 4,5,6,7 : 수동밸브(manual valve)

8 : 노즐(nozzle) 9 : 텅스텐 보트(W-boat)

1O : 셔터(shutter) 11 : 마스크(mask)

12 : 기판 13 : 히터, 열전쌍(heater, thermocouple)

14 : 샘플홀더(sample holder) 15 : 이동축(moving shaft)

16 : 이동자석(moving magnet) 17 : 배기(vent)

18 : 진공 챔버

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 앞서 설명되어진 공정을 위한 진공장치의 챔버 내부 구조를 보여주고 있다.

우선 샘플의 가열을 위한 히터가 부착된 샘플홀더가 챔버 안의 상단부에 위치하고 있으며, 이 샘플홀더 바로 밑에는 마스크들이 위치되어 있다. 이 마스크들은 진공을 유지한 상태에서 원하는 방향으로 회전할 수 있도록 고안되었기 때문에 진공 내에서 증기응축에 의한 유기박막 증착과 진공기화에 의한 금속 전극 코팅이 연속적으로 진행될 수 있다. 또한 증기응축과 진공기화 공정 시 노즐 및 금속 보트(boat)로부터 샘플홀더까지의 거리를 조절하기 위하여 홀더와 마스크들 전체가 진공 내에서 상하로 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 샘플홀더의 진공 챔버 내 이동은 챔버 외부에 위치하는 이동자석(moving magnet)과 챔버 내의 이동축(moving shaft)에 의해 가능하도록 구성되어 있으며 샘플홀더 상에는 기판의 온도 측정을 위한 온도센서가 부착되어 있다. 챔버 하단에는 금속 보트 장치가 셔터와 함께 비대칭(asymmetric)하게 구성되어 있으며 중앙부 하단에는 증기응축 공정을 위한 노즐이 위치한다. 이 노즐은 챔버 외부에 있는 유기 용액을 담고있는 버블러(bubbler)와 직접 연결되어 있어서 증기응축 공정을 효과적으로 이루어지도록 고안된 설계이다. 유기물 증기의 수송은 운반기체를 사용하도록 설계하였으며 질량유속조절기(mass flow controller)에 의해 유량을 조절할 수 있도록 하였다.

위에서 설명되어진 진공장치를 사용하여 본 발명의 핵심인 유기발광소자의 제작을 위한 공정절차는 다음과 같다.

1) 진공 챔버 안에 미리 세척되어진 보트를 연결하고 진공기화 증착을 위한 적당량의 금속을 각각 보트에 위치시킨다. 또한 챔버 외부에 노즐과 연결되어 있는 버블러(bubbler)에 유기물 용액을 채워 넣는다. 이어서 온도 센서와 히터가 부착된 샘플홀더 하단에 미리 준비된 투명기판을 고정시키고 1차 마스크를 씌운다.

2) 버블러의 바이패스 밸브(bubbler bypass valve)와 노즐을 열어 운반기체(주로 고순도 질소)를 주입하여 진공 챔버 외부의 공기를 뽑아낸다.

3) 운반기체의 흐름을 차단하고 챔버 내의 진공도가 원하는 수준(10^-5Torr 이하)으로 될 때까지 펌핑(pumping)을 계속한다.

4) 원하는 진공도에서 노즐을 열고 증기응축에 의한 유기박막 코팅을 진행한다. 이때 코팅된 박막의 두께는 노즐의 열린 시간에 따른 함수이므로 타이머(timer)를 사용하여 미리 노즐의 열림 시간을 지정하여 준다. 지정된 시간 후 노즐은 자동으로 닫혀지며 챔버 내를 다시 펌핑한다. 이때 샘플홀더로부터 1차 마스크를 풀어내고 2차 마스크를 씌운다.

5) 계속 진공 상태를 유지하면서 사용하는 유기백막의 특성에 따라 열처리 과정이 필요한 경우 샘플홀더 내의 히터를 사용하여 열처리를 마무리한다.

6) 열처리 과정이 끝난 후 곧 이이 금속 기화증착을 하여 유기박막-금속 접합 공정을 동일 진공 챔버 내에서 연속적으로 수행한다.

발명의 효과 누락

Claims (2)

1. 용액상태의 유기발광물질의 박막제조를 위해서 진공 챔버 내에 노즐을 사용.
2. 유기박막의 증기응축 코팅, 코팅된 박막의 열처리 및 금속의 기화증착을 동일한 진공 챔버 내에서 연속적으로 수행하는 유기박막-금속 접합공정.