KR20080079924A - 기판제조장치의 원료공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판을 처리하는 챔버의 내부로 분말형태의 원료물질을 공급하는 원료공급장치에 있어서, 상기 원료물질을 저장하는 캐니스터; 상기 캐니스터와 상기 챔버를 연결하는 원료물질공급관; 상기 캐니스터의 내부로 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급관; 상기 원료물질이 상기 캐리어가스공급관의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 설치되는 역류방지수단을 포함하는 원료공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 챔버 내부에 분말형태의 원료물질을 기화시키는 증발기를 설치하지 않고 챔버 외부에서 원료물질을 지속적으로 공급할 수 있게 된다. 따라서 고온의 증발기에 담긴 원료물질에 열적 변성이 발생하는 문제가 해결되므로 원료의 사용효율을 높일 수 있고, 증발기에 원료물질을 리필하기 위하여 장치의 가동을 중단시킬 필요가 없어지므로 기판제조장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
원료공급장치, 분말원료

Description

기판제조장치의 원료공급장치{Source supply device of substrate manufacturing apparatus}
도 1은 유기발광다이오드 소자의 개략적인 단면 구성도
도 2는 종래의 상향식 유기발광다이오드소자 제조용 증착장치의 구성도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원료공급장치의 개략 단면도
도 4 및 도 5는 각각 메쉬플레이트의 평면도 및 측단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원료공급장치의 개략 단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 원료공급장치 110: 캐니스터
120: 원료물질공급관 130: 캐리어가스공급관
140: 메쉬플레이트 150: 레벨센서
160: 히터 170: 온도센서
180: 입경조절수단
본 발명은 기판제조장치에 원료물질을 공급하는 원료공급장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode Device, OLED)의 제조장치와 같이 분말형태의 원료물질을 기화시켜 기판을 처리하는 기판제조장치의 원료공급장치에 관한 것이다.
평판디스플레이 중에서 많이 사용되는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display)는 가볍고 전력소모가 적은 장점이 있으나, 자체 발광소자가 아니고 수광소자이기 때문에 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 일정한 한계를 가진다.
이러한 단점들을 극복할 수 있는 대안으로 모색되고 있는 것이 유기발광다이오드소자를 이용하는 평판디스플레이로서, 유기발광다이오드소자는 자체 발광형 이어서 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하고, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 보다 가볍고 얇게 제작하는 것이 가능하며, 소비전력 측면에서도 유리한 장점을 가진다.
특히, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와는 달리 유기발광다이오드소자는 증착 및 봉지(encapsulation) 공정이 전부라고 할 수 있기 때문에 제조공정도 상대적으로 단순하다는 장점이 있다.
도 1은 유기발광다이오드소자(10)의 단면구조를 단순화하여 도시한 것으로 서, 애노드(11)와 캐소드(15)의 사이에 유기화합물로 이루어진 정공수송층(12), 유기발광층(13) 및 전자수송층(14)이 순차적으로 형성되며, 통상적으로 애노드(11)에는 ITO(indiun-tin-oxide)가 이용되고, 캐소드(15)에는 Al이 이용된다.
이와 같은 유기발광다이오드소자(10)에서 애노드(11) 및 캐소드(15) 사이에 전압을 인가하면, 애노드(11)로부터 주입된 정공이 정공수송층(12)을 경유하여 유기발광층(13)으로 이동하고, 전자가 캐소드(15)로부터 전자수송층(14)을 경유하여 유기발광층(13)으로 주입되므로, 유기발광층(13) 영역에서 전자와 정공이 재결합하여 중성의 엑시톤(exciton)이 형성된다.
이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변화되면서 유기발광층(13)의 분자가 발광하게 되어 화상을 형성하게 되는 것이다.
유기발광층은 적(R),녹(G),청(B)의 색상을 표현하는 영역으로서, 일반적으로는 각 화소마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 증착하여 사용한다. 현재 유기발광다이오드소자의 제조에 사용되는 유기물질에는 Alq3, CuPc, TDP, NPB 등이 있으며, 다양한 도펀트(dopant)를 사용하여 색상을 표현한다.
한편, 이들 유기물질을 기판에 증착하기 위해 주로 사용하는 방법은 고체상태의 소스유기물질을 챔버내부에서 기화(증발)시킴으로써 기화된 유기물질이 확산하여 기판에 증착되도록 하는 것이다.
도 2는 종래의 유기발광다이오드소자용 증착장치(20)의 개략적인 구성을 나타낸 단면도로서, 챔버(21)와, 상기 챔버(21)의 내부에 위치하며 원료물질을 기화 시키는 증발기(24), 상기 증발기(24)의 상부에 위치하며 기판(s)의 표면이 하부의 증발기(24)를 향하도록 지지하는 기판안치대(22)를 포함한다.
기판(s)의 직하부에는 소정 패턴의 관통부를 가지는 마스크(23)가 설치된다. 따라서 증발기(24)에서 기화된 원료물질은 확산을 통해 마스크(23)의 패턴을 통해 노출되는 기판의 표면에 증착된다.
증발기(24)는 열선에 의해 히팅되는 세라믹 도가니가 이용되며, 기판의 크기가 큰 경우에는 여러 개의 증발기를 설치하기도 하고 일자 형태의 선형 증발기가 이용되기도 한다.
그런데 이와 같이 증발기(24)를 이용하여 원료물질을 기화시키는 방식에 의하면, 증발기에 담긴 원료물질이 장시간 가열상태에 놓여지기 때문에 열적 변형이 초래될 위험이 매우 높다는 문제가 있다.
또한 원료물질이 모두 소진되면, 새로운 증발기(24)로 교체하거나 원료물질을 새로이 충진하기 위해서 증착장치의 가동을 중단하여야 하는데 이로 인해 생산성의 저하가 초래된다.
본 발명은 유기발광다이오드소자의 제조장치와 같이 분말형태의 원료물질을 기화시켜 기판을 처리하는 기판제조장치에서 챔버 내부에 증발기를 설치함으로써 발생하는 원료물질의 열적 변성이나 생산성 저하를 방지할 수 있는 원료공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 기판을 처리하는 챔버의 내부로 분말형태의 원료물질을 공급하는 원료공급장치에 있어서, 상기 원료물질을 저장하는 캐니스터; 상기 캐니스터와 상기 챔버를 연결하는 원료물질공급관; 상기 캐니스터의 내부로 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급관; 상기 원료물질이 상기 캐리어가스공급관의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 설치되는 역류방지수단을 포함하는 원료공급장치를 제공한다.
상기 원료물질공급관은 상기 캐니스터에 저장된 상기 원료물질의 상면보다 높은 위치에서 상기 캐니스터를 관통하여 설치될 수 있다.
상기 역류방지수단은 상기 캐리어가스공급관의 출구에 설치되고, 상기 캐니스터에 고정될 수 있다.
상기 역류방지수단은 상기 캐니스터의 내부에 설치되어 상기 캐니스터를 상부공간과 하부공간으로 구획하며, 상기 캐리어가스공급관은 상기 하부공간과 연통되는 위치에서 상기 캐니스트를 관통하여 설치될 수 있다.
상기 역류방지수단은 다수의 홀을 가지는 메쉬 플레이트일 수 있으며, 이때 상기 메쉬플레이트의 상기 홀은 0.1 내지 100μm의 직경을 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 메쉬플레이트의 상기 홀은 상기 캐니스터를 향하는 출구쪽의 직경이 입구쪽의 직경에 비하여 더 큰 것이 바람직하다.
또한 상기 원료공급장치는 상기 챔버로 공급되는 분말형태의 상기 원료물질의 입경을 조절할 수 있는 입경조절수단을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 입경조절수단은 상기 원료물질공급관의 내부나 입구 또는 상기 캐니스터의 내부에 설치될 수 있다.
상기 캐니스터에는 원료물질을 가열하기 위한 히터가 설치될 수 있고, 상기 캐니스터의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 설치될 수 있으며, 원료물질의 잔량을 감지하기 위한 레벨센서가 설치될 수 있다.
본 발명은 원료물질을 증발기에 담아두는 종래의 원료공급방식에서 탈피하여 분말형태의 원료물질을 진공챔버의 내부로 지속적으로 공급해주고, 진공챔버 내부에 위치하는 기화수단에서 상기 원료물질을 기화시켜서 기판에 증착시키는 방식의 기판제조장치에 사용하는 원료공급장치에 관한 것이다.
챔버 내부에 설치되어 외부에서 주입되는 원료물질을 기화시키는 기화수단에 대해서는 본 발명의 출원인이 별도로 출원할 예정이므로 여기서는 본 발명의 범위를 원료공급장치에 한정하여 설명하기로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에 따른 원료공급장치(100)는 도 3의 개략 단면도에 도 시된 바와 같이, 분말형태의 원료물질을 저장하는 캐니스터(110), 상기 캐니스터(110)의 리드(112)를 관통하여 설치되는 원료물질공급관(120), 상기 캐니스터(110)의 리드(112)을 관통하여 설치되는 캐리어가스공급관(130)을 포함한다.
캐니스터(110)는 SUS 등의 재질로 제조되며, 내부에 저장되는 원료를 보호하기 위하여 내벽면에 습기나 금속이온이 침투를 방지할 수 있는 소재를 이용하여 코팅처리하는 것이 바람직하다.
상기 원료물질공급관(120)은 기판에 대한 공정이 이루어지는 진공챔버(미도시)와 연결되며, 캐리어가스공급관(130)은 캐니스터(110)의 내부로 N2나 비활성가스와 같은 캐리어가스를 공급한다.
원료물질공급관(120)은 캐니스터(110)에 저장된 원료물질의 상면보다 높은 위치에서 상기 캐니스터(110)에 연결되어야 하며, 따라서 캐니스터(110)의 리드(112)에 연결하는 것이 바람직하다. 캐리어가스공급관(130)에는 유량조절 및 개폐를 위하여 밸브(132)가 설치될 수 있다.
캐리어가스는 캐니스터(110) 내부의 분말원료를 비산시켜서 비산된 원료물질을 진공챔버까지 이송하는 역할을 한다. 이때 캐니스터(110)와 진공챔버 사이의 압력차로 인하여 캐리어가스와 분말원료가 진공챔버의 내부로 함께 휩쓸려 들어가게 된다.
캐리어가스공급관(130)의 캐니스터측 출구에는 원료물질이 캐리어가스공급관(130) 쪽으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 메쉬 플레이트(140)를 설치한다. 메쉬 플레이트(140)는 캐니스터(110)의 리드 또는 내측벽에 고정하면 된다.
상기 메쉬플레이트(140)는 다수의 홀을 가지는 판상구조물일 수도 있고, 다공성의 피막(membrane) 형태일 수도 있고, 그물망 형태일 수도 있다.
도 4 및 도 5는 판상 메쉬플레이트(140)의 평면도 및 단면도를 각각 나타낸 도면으로서, 다수의 홀(142)을 가지되 상기 홀(142)의 입구쪽 직경(d1)보다 출구쪽 직경(d2)이 더 큰 것을 알 수 있다. 이와 같이 출구쪽 직경을 더 크게 형성하면 캐리어가스가 캐니스터(110)의 내부로 넓게 확산되면서 분사되기 때문에 원료물질을 충분히 비산시킬 수 있게 된다.
이때 원료물질의 입경을 감안하면, 홀(142)의 입구쪽 직경(d1)은 0.1 내지 75μm, 출구쪽 직경(d2)은 0.6 내지 100μm의 범위내에서 설계되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3에는 원료물질공급관(120)과 캐리어가스공급관(130)이 모두 캐니스터(110)의 리드(112)에 설치된 것으로 도시되었으나, 캐리어가스는 캐니스터(110)에 내장된 원료물질을 비산시키기 위한 것이므로 전술한 메쉬플레이트(140)를 설치하여 원료물질의 유입을 방지할 수 있다면 캐니스터(110)의 측벽이나 저면을 관통하여 설치할 수도 있다.
한편, 캐니스터(110)에는 저장된 원료물질의 양을 감지하는 레벨센서(150)와 저장된 원료물질을 적당한 온도로 예열하는 히터(160)가 설치되는 것이 바람직하 다.
이때 도면에는 캐니스터(110)의 저면(114)에 히터(160)가 매설된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로, 캐니스터(110)의 하부에 히터(160)를 부착할 수도 있고, 캐니스터(110)의 측벽에 히터를 매설하거나 결합시킬 수도 있다.
또한 히터(160)로 인하여 캐니스터(110)가가열되는 것을 방지하기 위하여 온도센서(170)를 설치하는 것이 바람직하다. 도면에는 온도센서(170)가 캐니스터(110)의 측벽 내부에 설치된 것으로 도시되었으나 그 설치위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 챔버로 공급되는 원료물질의 입경은 균일한 것이 바람직하므로 캐리어가스에 의해 비산된 원료물질이 챔버 내부로 유입되기 전에 원료물질의 입경을 적절히 조절할 필요가 있다.
이를 위해 도시된 바와 같이 원료물질공급관(120)의 내부에 소정 입경 이하의 원료물질만 통과시키는 입경조절수단(180)을 설치할 수 있다. 상기 입경조절수단(180)은 다수의 홀을 가지는 판상구조물, 다공성 피막 또는 그물망 등의 형태로 제공될 수 있으며, 역류방지를 위해 설치되는 전술한 메쉬플레이트(140)와는 목적이 다르므로 홀의 크기도 다를 수 있다.
이러한 입경조절수단(180)은 원료물질공급관(120)의 내부나 입구에 설치될 수도 있고, 캐니스터(110)의 내부에 설치되어 원료물질공급관(120)의 입구를 커버 할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원료공급장치(100)에서 분말형태의 원료물질이 진공챔버(미도시)의 내부로 공급되는 과정을 설명한다.
먼저 캐리어가스공급관(130)에 설치된 밸브(132)를 열어서 캐리어가스를 캐니스터(110)의 내부로 공급하면, 캐리어가스는 캐리어가스공급관(130)의 출구측에 설치된 메쉬플레이트(140)를 통과하면서 캐니스터(110)의 내부로 분사된다.
캐니스터(110)의 내부에는 분말형태의 원료물질이 저장되어 있으므로 내부로 분사되는 캐리어가스는 원료물질을 비산시킨다.
이어서 진공챔버의 공정주기에 따라 원료물질을 공급하는 시점이 되면 진공챔버와 캐니스터의 내부가 서로 연통되므로, 이때 발생하는 압력차로 인하여 캐니스터(110)의 내부에서 비산된 원료물질이 캐리어가스와 함께 진공챔버의 내부로 휩쓸려 들어가게 된다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 원료공급장치(100)는 도 6의 개략 단면도에 도시된 바와 같이, 분말형태의 원료물질을 저장하는 캐니스터(110), 상기 캐니스터(110)의 리드(112)를 관통하여 설치되는 원료물질공급관(120), 상기 캐니스터(110)의 저면(114)을 관통하여 설치되는 캐리어가스공급관(130)을 포함한다.
그리고 캐리어가스공급관(130)으로 원료물질이 유입되는 것을 방지하는 메쉬 플레이트(140)를 캐니스터(110)의 내부에 횡설함으로써 캐니스터(110)의 내부를 2개의 공간으로 분할하는 점에 특징이 있다.
즉, 캐니스터(110)의 내부공간이 메쉬플레이트(140)를 기준으로, 원료물질이 저장되는 상부공간과 캐리어가스공급관(130)을 통해 공급된 캐리어가스가 일차 확산되는 하부공간으로 구획된다.
메쉬플레이트(140)는 제1 실시예와 마찬가지로 다수의 홀을 가지는 판상구조물일 수도 있고, 다공성의 피막(membrane) 형태일 수도 있고, 그물망 형태일 수도 있다.
다만, 본 발명의 제2 실시예에서는 상기 메쉬플레이트(140)의 위에 원료물질이 놓여지므로 원료물질의 하중을 지탱할 정도의 강성을 가져야 하며, 홀(142)의 최소직경이 원료물질의 입경보다 작아야 원료물질이 하부로 빠지지 않는다.
메쉬플레이트(140)의 하부공간으로 공급되는 캐리어가스는 일차 확산된 이후에 메쉬플레이트(140)의 홀(142)을 통하여 상부공간으로 유입되어 원료물질을 통과하면서 원료물질을 비산시키는 한편 원료물질을 지속적으로 혼합시켜 정전기 발생을 방지한다.
비산된 원료물질은 전술한 바와 마찬가지로 압력차로 인하여 진공챔버의 내부로 캐리어가스와 함께 휩쓸려 들어가 기판처리공정에 이용된다.
제2 실시예에서도 균일한 입경의 원료물질을 챔버 내부로 공급하기 위하여 입경조절수단(180)을 원료물질공급관(120)의 내부나 입구, 또는 캐니스터(110)의 내부에 설치할 수 있다.
본 발명에 따르면 챔버 내부에 분말형태의 원료물질을 기화시키는 증발기를 설치하지 않고 챔버 외부에서 원료물질을 지속적으로 공급할 수 있게 된다.
따라서 고온의 증발기에 담긴 원료물질에 열적 변성이 발생하는 문제가 해결되므로 원료의 사용효율을 높일 수 있고, 증발기에 원료물질을 리필하기 위하여 장치의 가동을 중단시킬 필요가 없어지므로 기판제조장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판을 처리하는 챔버의 내부로 분말형태의 원료물질을 공급하는 원료공급장치에 있어서,
    상기 원료물질을 저장하는 캐니스터;
    상기 캐니스터와 상기 챔버를 연결하는 원료물질공급관;
    상기 캐니스터의 내부로 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급관;
    상기 원료물질이 상기 캐리어가스공급관의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 설치되는 역류방지수단;
    을 포함하는 원료공급장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료물질공급관은 상기 캐니스터에 저장된 상기 원료물질의 상면보다 높은 위치에서 상기 캐니스터를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역류방지수단은 상기 캐리어가스공급관의 출구에 설치되고, 상기 캐니 스터에 고정되는 것을 특징으로 하는 원료물질공급장치
  4. 제1항에 있어서,
    상기 역류방지수단은 상기 캐니스터의 내부에 설치되어 상기 캐니스터를 상부공간과 하부공간으로 구획하며,
    상기 캐리어가스공급관은 상기 하부공간과 연통되는 위치에서 상기 캐니스트를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역류방지수단은 다수의 홀을 가지는 메쉬 플레이트인 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메쉬플레이트의 상기 홀은 0.1 내지 100μm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  7. 제5항에 있어서,
    상기 메쉬플레이트의 상기 홀은 상기 캐니스터를 향하는 출구쪽의 직경이 입구쪽의 직경에 비하여 더 큰 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버로 공급되는 분말형태의 상기 원료물질의 입경을 조절할 수 있는 입경조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입경조절수단은 상기 원료물질공급관의 내부나 입구 또는 상기 캐니스터의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  10. 제1항에 있어서,
    상기 캐니스터에는 원료물질을 가열하기 위한 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐니스터에는 상기 캐니스터의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캐니스터에는 원료물질의 잔량을 감지하기 위한 레벨센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 원료공급장치
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