KR100870838B1 - 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명전극이 코팅된 기판의 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분을 제거하는 방법은 (a)세정기 내에서 투명전극이 코팅된 기판을 세정하고, 상기 세정기 내에서 상기 기판을 반출하여 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)상기 적외선 오븐 내에서 상기 기판에 열을 가하는 단계, (c)상기 기판을 상기 적외선 오븐에서 반출하는 단계, (d)상기 기판을 챔버 내로 로딩하는 단계 및 (e)상기 챔버 내의 압력을 감압하며 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
투명전극, 산화아연, 산화주석, 열처리, 챔버
Description
본 발명은 투명전극이 코팅된 기판의 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 각종 소자의 제조에서 사용되는 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다.
투명전극은 박막 태양 전지(thin film solar cell), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; TFT LCD), 유기 전계 발광(Organic Electro Luminescence; OEL) 소자, 청색광 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 및 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 소자의 제조 시 사용된다.
투명전극이 기판 상에 코팅되고 상기 나열된 소자의 제조 공정에서 각 공정의 필요에 따라 투명전극이 패터닝된다. 패터닝 시에는 식각공정이 수반되는데, 이 경우 식각 부수물이 투명전극이나 기판을 오염시킨다. 이러한 오염은 소자의 특성을 매우 저하시키기 때문에, 식각공정 후 투명전극 및 기판을 세정하는 공정을 수행한다. 일반적으로, 이러한 세정공정으로는 초순수(deionized water)를 사용한 습 식(wet) 세정방법이 널리 쓰인다.
상기에 나열된 소자 중에서 박막태양전지의 경우를 예로 들면, 박막태양전지의 양산 라인에서 투명전극이 코팅된 유리기판 상에 실리콘 박막을 증착하기 전에 투명전극이나 기판의 표면에 존재하는 식각 부수물인 미진(particle)을 제거하기 위해 초순수를 사용한 습식 세정공정이 반드시 수행된다.
이 경우, 일반적으로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로 코팅된 투명전극은 다결정(polycrystalline) 박막으로서 표면이나 결정간의 입자경계에 수분이 흡착되기 쉬운 구조를 갖는다. 이에 의해 세정공정에서 사용된 초순수가 투명전극의 표면이나 결정간의 입자경계에 흡착된다.
만약 투명전극이나 기판에 초순수와 같은 수분이 잔존하게 되면, 상기 나열한 박막 소자를 형성하기 위해 투명전극이나 기판 상에 박막을 증착할 때, 박막간에 점착성(adhesion)이 저하된다. 이에 의해, 투명전극이나 기판 상에 증착된 박막이 투명전극이나 기판으로부터 벗겨지는 현상(peel off)이 자주 발생한다. 이는 상기 나열된 소자의 특성 및 수율(yield)과 직결되는 문제이다.
특히, 상기 나열된 소자 중에서 박막태양전지의 경우를 예로 들면, 투명전극에 남아있는 수분이 투명전극 상에 박막으로 코팅된 실리콘 층에 확산되어 개방전압(open-circuit voltage)을 낮춤으로써, 박막 태양 전지의 광-전변환 효율(conversion efficiency)을 저하시키는 원인이 된다. 이에 따라, 고효율 및 고수율의 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 투명전극 이나 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 것이 매우 중요하다.
또한, 유기 전계 발광소자의 경우를 예로 들면, 발광층을 형성하는 유기막층이 투명전극이나 기판에 잔존하는 수분에 의하여 열화(劣化) 되는 문제가 발생한다. 이에 의해 유기 발광 소자의 수명이 단축되며, 발광효율도 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 투명전극을 사용하는 박막 소자에 있어서, 투명전극이나 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 것은 박막 소자의 특성 향상시키기 위하여 매우 중요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 초순수를 사용한 세정공정 후, 에어 나이프(air knife)와 같은 수분제거 유닛으로 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 공정을 수행하나, 이러한 공정에 의해서도 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 만족할 만큼 제거하지 못했다.
또한, 투명전극이 코팅된 기판을 챔버 내에 로딩한 후, 진공분위기에서 열처리하는 방법으로 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 방법을 사용하였으나, 잔존하는 수분을 충분히 제거하기 위해서는 적지 않은 공정시간이 소요되었다. 이 경우 공정시간이 대략 20 내지 60분 가량 소요되었다. 양산라인에서는 공정시간이 생산성(throughput)과 직결되는바, 상기의 방법에 의할 경우, 공정시간에 상대적으로 장시간이 소요되어, 양산라인에서 만족할만한 생산성을 갖추기 어려웠다.
본 발명은 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하기 위한 공정시간을 단축하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법은 (a)세정기 내에서 투명전극이 코팅된 기판을 세정하고, 상기 세정기 내에서 상기 기판을 반출하여 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)상기 적외선 오븐 내에서 상기 기판에 열을 가하는 단계, (c)상기 기판을 상기 적외선 오븐에서 반출하는 단계, (d)상기 기판을 챔버 내로 로딩하는 단계 및 (e)상기 챔버 내의 압력을 감압하며 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계에서 상기 적외선 오븐 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
상기 (e)단계에서 상기 챔버 내의 압력을 10-7 내지 10-3 Torr로 감압하는 것이 바람직하다.
상기 (e)단계에서 상기 챔버 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
상기 (a)단계 중 상기 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)단계 및 (c)단계로 이루어지는 공정의 소요시간은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다.
상기 (e)단계의 열처리 시간은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법은 (a)세정기 내에서 투명전극이 코팅된 기판을 세정하고, 상기 세정기 내에서 상기 기판을 반출하여 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)상기 적외선 오븐 내에서 상기 기판에 열을 가하는 단계, (c)상기 기판을 상기 적외선 오븐에서 반출하는 단계, (d)상기 기판을 챔버 내로 로딩하는 단계, (e)상기 챔버 내로 반응가스를 유입하는 단계, (f)상기 챔버 내의 압력을 고정시키는 단계 및 (g)상기 (f)단계에 의한 상기 챔버 내에서 상기 기판을 상기 반응가스로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계에서 상기 적외선 오븐 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
상기 (b)단계에서 상기 적외선 오븐 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
삭제
상기 (g)단계 이후에 상기 챔버 내를 감압하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 (d)단계에서 상기 챔버 내의 압력은 10-7 내지 10-3 Torr인 것이 바람직하다.
상기 (g)단계 이후에 상기 챔버 내의 압력은 10-7 내지 10-3 Torr로 감압하는 것이 바람직하다.
상기 (e)단계에서 반응가스는 10 내지 500sccm의 유량으로 상기 챔버 내로 유입되는 것이 바람직하다.
상기 (f)단계에서 상기 챔버 내의 압력은 0.3 내지 5 Torr로 고정되는 것이 바람직하다.
상기 (g)단계에서 챔버 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
상기 반응가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 수소(H2)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 (a)단계 중 상기 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)단계 및 (c)단계로 이루어지는 공정의 소요시간은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다.
상기 (g)단계의 열처리 시간은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분이 충분히 제거되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하기 위한 공정시간이 단축되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[
실시예
1]
도1a 내지 도1c는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법을 나타내는 도면들이다.
도1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법을 간략히 나타낸 공정도이다.
도1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정을 간략히 도시한 것이다. 도1b의 도면부호는 각각 열처리가 수행되는 챔버(100), 적외선 오븐(101), 초순수(deionized water) 세정기(102), 내열사양 컨베이어(103), 일반 컨베이어(104), 투명전극이 코팅된 기판(110)을 나타낸다.
도1c는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정에서 열처리가 수행되는 챔버(100)를 간략히 도시한 것이다. 도1c의 도면부호는 각각 내열사양 컨베이어(103), 투명전극이 코팅된 기판(110), 기판 지지대(120), 압력 조절을 위한 앵글밸브(130), 진공펌프(140)를 나타낸다.
먼저, 도1a 및 도1b를 참조하면, 투명전극이 코팅된 기판(110)을 적외선 오븐(101)에 인입(1-a단계)한다.
기판(112)은 박막태양전지의 경우 빛이 일차적으로 입사되는 부분으로서, 빛의 투과율이 우수하며, 박막태양전지 내에서의 내부 단락을 방지할 수 있도록 투명절연성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; TFT LCD), 유기 전계 발광(Organic Electro Luminescence; OEL) 소자, 청색광 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)와 같은 소자의 경우도 기판(112)을 통해 소자 내부에서 발생한 광이 외부로 취출되고, 소자 내에서의 내부 단락을 방지할 수 있도록 투명절연성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 소다석회 유리, 일반 유리 또는 강화 유리 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 폴리머재질의 폴리머기판을 사용할 수 있다. 이외에도, 실리콘 기판 또는 사파이어 기판 등이 사용될 수 있으며, 상기 열거된 물질들에 한정되는 것은 아니다.
투명전극(111)은 박막태양전지의 경우 기판(112)을 통해 태양광이 태양전지층으로 입사될 수 있도록 투명도전성 물질로 형성된다. 한편, 액정 표시 장치, 유기 전계 발광 소자, 청색광 발광 다이오드와 같은 소자의 경우도 기판(112) 및 투명전극(111)을 통해 소자 내부에서 발생한 광이 외부로 취출되도록 투명도전성 물질로 형성된다.
여기서, 투명전극(111)을 형성하는 물질로는 산화아연(Zinc Oxide; ZnO), 산화주석(Tin Oxide; SnO2), 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide; IZO) 또는 산화인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO)등이 있다.
투명전극(111)은 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐아연(IZO) 또는 산화인듐주석(ITO)등을 사용하여 공지의 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법이나 스퍼터(sputter)방법으로 기판(112) 상에 형성한다. 또한, 투명전극(111)은 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐아연(IZO) 또는 산화인듐주 석(ITO)물질을 함유한 졸-겔(sol-gel) 용액을 잉크처럼 사용하는 프린팅(pronting)법으로 기판(112) 상에 코팅될 수 있다. 다만, 투명전극(111)을 기판(112) 상에 코팅하는 방법은 상기 나열된 방법에 의해 한정되는 것은 아니다.
상술한 바에 의하여, 투명전극이 코팅된 기판(110)이 완성된다.
박막태양전지, 액정 표시 장치, 유기 전계 발광 소자, 청색광 발광 다이오드와 같은 소자 등에 쓰이는 투명전극(111)은 각 소자의 필요에 따라 패터닝된다.
투명전극(111)을 패터닝하는 식각 방법으로는 공지의 레이저 스크라이빙 법이나 사진 식각법 등이 있다. 투명전극(111)을 상기 나열된 방법으로 식각하여 패터닝하는 경우, 식각 부수물이 발생한다. 이러한 식각 부수물은 기판(112)이나 투명전극(111)의 표면을 오염시킨다.
이에 따라, 식각 부수물을 제거하기 위해 초순수(deionized water) 세정기(102) 내에서 초순수를 사용하여 투명전극(111) 및 기판(112)을 세정한다. 투명전극(111) 및 기판(112)의 세정 후, 투명전극(111) 및 기판(112)에 존재하는 수분을 제거하기 위하여 초순수 세정기(102) 내에 에어 나이프(air knife; 미도시)를 설치한다. 에어 나이프는 투명전극(111) 및 기판(112)의 표면에 기체를 분사한다. 분사된 기체는 세정 후 투명전극(111) 및 기판(112)의 표면에 잔존하는 초순수를 제거하여 투명전극(111) 및 기판(112)을 건조시킨다. 이러한 에어 나이프의 예로는 드릴 파이프(Drilled Pipe) 방식, 에어 노즐(Flat Air Nozzle) 방식 또는 블로워(Blower Air) 방식의 에어 나이프를 들 수 있다. 에어 나이프로부터 분사되는 기체는, 예들 들어, 공기 또는 질소이다.
이후, 투명전극이 코팅된 기판(100)을 초순수 세정기(102) 내에서 반출한다. 반출된 기판(100)은 컨베이어(103)를 통해 이송된다. 컨베이어(103)는 초순수 세정기(102), 적외선 오븐(101) 및 챔버(100)를 인라인(in-line)으로 연결해준다. 컨베이어(104)는 적외선 오븐(101)에 기판을 이송해주도록 설계된다.
초순수 세정기(102)에서 반출된 기판(110)은 일반 컨베이어(104)를 통해 적외선 오븐(101) 내로 인입된다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 적외선 오븐(101) 내에서 투명전극이 코팅된 기판(110)에 열을 가한다(1-b단계).
적외선 오븐(101)은 투명전극이 코팅된 기판(110)이 적외선 오븐(101) 내에 설치된 컨베이어(103)에 의해 이동되는 과정에서 투명전극이 코팅된 기판(110)에 열을 가한다. 이 경우 투명전극이 코팅된 기판(110)에 잔존하는 수분은 열 에너지를 공급받게 되어 증발된다. 이에 의해, 초순수 세정기(102) 내의 에어 나이프로 미처 제거하지 못한 잔존하는 수분은 투명전극이 코팅된 기판(110)에서 제거된다. 이때, 수분 제거 공정이 수행되는 적외선 오븐(101) 내의 온도는 대기압 하에서 수분이 증발할 수 있는 온도인 100℃이상이면 된다. 바람직하게는 150 내지 200℃의 범위로 유지되는 것이 좋다.
적외선 오븐(101) 내의 온도가 150℃ 미만일 경우, 투명전극(111)이나 기판(112)의 표면에 잔존하는 수분을 증발시킬 수는 있으나, 다결정(polycrystalline)으로 코팅된 투명전극(111)의 입자경계에 잔존하는 수분을 증 발시키기 어렵다. 한편, 적외선 오븐(101) 내의 온도가 200℃ 초과일 경우, 투명전극(111)이나 기판(112)의 표면에 잔존하는 수분 및 입자경계에 잔존하는 수분도 증발시킬 수는 있으나, 투명전극(111)의 특성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 적외선 오븐(101) 내의 온도는 상기의 온도 범위로 유지시키는 것이 바람직하다. 기판(110)은 적외선 오븐(101) 내에서 컨베이어(103)에 의하여 이동된다. 여기서 적외선 오븐(101) 내의 컨베이어(103)는 내열사양 컨베이어(103)로써 열에 견딜 수 있도록 내열재질로 형성된다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 투명전극이 코팅된 기판(110)을 적외선 오븐(101) 내에서 반출한다(1-c단계).
적외선 오븐(101) 내에 설치된 내열사양 컨베이어(103)에 의해 투명전극이 코팅된 기판(110)은 적외선 오븐(101)의 외부로 반출된다. 한편, 투명전극이 코팅된 기판(110)이 상술한 일련의 공정을 통해 적외선 오븐(101)을 통과하는 시간은 필요에 따라 설정된다. 바람직하게는, 적외선 오븐(101)을 통과하는 소요시간(tact time)은 60 내지 180sec로 설정되는 것이 좋다.
이 경우, 적외선 오븐(101) 내를 통과하는 시간이 60sec 미만이면 투명전극이 코팅된 기판(110)에 잔존하는 수분이 충분히 제거되지 않는다. 적외선 오븐(101) 내를 통과하는 시간이 180sec 초과이면, 적외선 오븐(101)을 통과하는데 소요되는 공정시간(tact time)이 불필요하게 길어져, 대량생산 공정에서 생산성(throughput)이 저하될 수 있다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 적외선 오븐(101)을 통과한 투명전극이 코팅된 기판(110)을 내열사양 컨베이어(103)에 의하여 투명전극이 코팅된 기판(110)을 챔버(100) 내로 로딩(loading)한다(1-d단계).
이어, 도1a 내지 도1c를 참조하면, 챔버(100) 내의 압력을 감압하며 투명전극이 코팅된 기판(110)을 열처리한다(1-e단계).
투명전극이 코팅된 기판(110)이 로딩된 챔버(100) 내의 압력을 진공펌프(140)로 감압한다. 이 경우 챔버(100) 내의 압력을 10-7 내지 10-3 Torr의 범위로 감압하는 것이 바람직하다. 감압시간을 단축하기 위하여 챔버(100)와 진공펌프(140) 사이에 연결된 앵글밸브(130)는 완전히 개방한다.
이때, 챔버(100) 내의 온도를 150 내지 200℃의 범위로 유지시킨다. 이러한 진공 분위기에서 투명전극이 코팅된 기판(110)을 열처리 한다. 이와 같이, 투명전극이 코팅된 기판(110)이 로딩된 챔버(100) 내의 압력을 감압하며 열처리가 되어 투명전극이 코팅된 기판(110)에 잔존하는 수분이 추가로 제거된다.
한편, 챔버(100) 내에서 열처리를 수행하는 공정시간(tact time)은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다. 열처리 시간이 60sec 미만이면 투명전극이 코팅된 기판(110)에 잔존하는 수분이 충분히 제거되지 않는다. 열처리 시간이 180sec 초과이면, 열처리 시간에 소요되는 공정시간(tact time)이 불필요하게 길어져, 대량생산 공정에서 생산성(throughput)이 저하될 수 있다.
상술한 일련의 공정을 통해, 투명전극의 패터닝을 위한 식각 공정 후 세정 공정으로 인해 투명전극이 코팅된 기판(110)에 잔존하는 수분이 실질적으로 완전히 제거된다. 수분이 제거된 후, 투명전극이 코팅된 기판(110) 상에 지정된 공정별로 박막을 증착하는 공정을 진행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극이 코팅된 기판(110)의 수분 제거방법은 박막 태양 전지(thin film solar cell), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; TFT LCD), 유기 전계 발광(Organic Electro Luminescence; OEL) 소자, 청색광 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 및 레이저 다이오드(Laser Diode; LD) 등의 제조공정에서 사용될 수 있다. 다만 상기에 열거된 사항은 본 발명에 따른 일 실시예가 사용될 수 있는 비제한적인 예시로써, 상기에 열거된 소자 이외의 소자 등을 제조하는 공정에서도 사용될 수 있다.
[
실시예
2]
도2a 내지 도2c는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법을 나타내는 도면들이다.
도2a는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법 을 간략히 나타낸 공정도이다.
도2b는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정을 간략히 도시한 것이다. 도2b의 도면부호는 각각 열처리가 수행되는 챔버(200), 적외선 오븐(201), 초순수(deionized water) 세정기(202), 내열사양 컨베이어(203), 일반 컨베이어(204), 투명전극이 코팅된 기판(210)을 나타낸다.
도2c는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정에서 열처리가 수행되는 챔버(200)를 간략히 도시한 것이다. 도2c의 도면부호는 각각 내열사양 컨베이어(203), 투명전극이 코팅된 기판(210), 기판 지지대(220), 압력 조절을 위한 앵글밸브(230), 진공펌프(240), 챔버(200)로 공급되는 반응가스(251), 조절밸브(252), 반응가스 공급라인(253), 반응가스 노즐(254), 챔버(200) 내로 유입된 반응가스(255)를 나타낸다.
도2a 및 도2b를 참조하면, 투명전극이 코팅된 기판(210)을 적외선 오븐(201)에 인입하는 단계, 적외선 오븐(201) 내에서 투명전극이 코팅된 기판(210)에 열을 가하고 적외선 오븐(201)오븐에서 투명전극이 코팅된 기판(210)을 반출하는 단계(도 2a의 2-a, 2-b, 2-c단계)는 실시예 1과 실질적으로 동일하게 수행되는 단계이다. 또한, 실시예 2에서 사용되는 투명전극이 코팅된 기판(210)은 실시예 1과 동일한 재료 및 동일한 방법으로 형성된다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도2a 내지 도 2c를 참조하면, 투명전극이 코팅된 기판(210)을 챔버(200) 내로 로딩(loading)한다(2-d단계).
투명전극이 코팅된 기판(210)을 챔버(200) 내에 로딩(loading)한 후, 챔버(200)와 진공펌프(240) 사이에 연결된 앵글밸브(230)을 조절하여, 진공펌프(240)에 의해 챔버(210) 내의 압력을 10-7 내지 10-3 Torr로 조절한다.
도2a 및 도2c를 참조하면, 챔버(200) 내로 반응가스를 유입한다(2-e단계).
반응가스(251)는 챔버(200)와 연결된 반응가스 공급라인(253)을 통해 챔버(200)로 공급된다. 공급된 반응가스(251)는 챔버(200) 내에 설치되어 있는 반응가스 공급 노즐(254)을 통해 챔버(200) 내로 유입된다. 반응가스 공급라인(253)에는 챔버(200)로 공급되는 반응가스(251)의 유량을 제어하기 위한 조절밸브(252)가 설치되어 있다.
조절밸브(252)를 통해 챔버(200)로 공급되는 반응가스의 유량은 10 내지 500sccm이 되도록 제어된다. 이에 의해, 챔버(200) 내로 유입되는 반응가스(255)의 유량도 10 내지 500sccm이 되도록 한다. 챔버(200) 내로 유입된 반응가스(255)는 이후의 열처리 단계에서 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 제거하는 기능을 한다.
여기서, 챔버(200) 내로 유입되는 반응가스(255)의 유량이 10sccm 미만이면, 반응가스가 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 효과적으로 제거하지 못하고, 만족할 만한 효과를 얻기 위해 열처리 시간이 늘어나게 된다.
한편, 챔버(200) 내로 유입되는 반응가스(255)의 유량이 500sccm을 초과하게 되면, 반응가스가 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 제거하는 효과를 얻을 수 있지만, 500sccm이하로도 만족할 만한 효과를 얻을 수 있고, 불필요한 반응가스가 더 공급되어 제조원가를 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 챔버(200) 내로 유입되는 반응가스의 유량은 10 내지 500sccm으로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 반응가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 수소(H2)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도2a 및 도2c를 참조하면, 챔버(200) 내의 압력을 고정시킨다(2-f단계).
(d)단계에 의해 챔버(200) 내의 압력이 10-7 내지 10-3 Torr로 조절되었으나, (e)단계에 의해 반응가스가 챔버(200) 내로 유입되므로, 챔버(200) 내의 압력은 불가피하게 증가하게 된다. 이 경우, 챔버(200) 내의 압력을 일정 수치 범위로 고정시키지 않으면 챔버(200) 내로 유입된 반응가스(255)의 분자들끼리 충돌할 가능성이 높아져, 반응가스를 이용한 열처리 과정을 통해 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 효과적으로 제거 하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이에 의해, 챔버(200) 내의 압력을 일정범위 내에서 고정시키는 것이다.
여기서 챔버(200) 내의 압력은 압력 조절기(pressure controller, 미도시)를 사용하여 고정된다. 압력 조절기는 챔버(200)로 공급되는 반응가스(251)의 유량을 제어하는 조절밸브(252)와 챔버(200)와 진공펌프(240) 사이에 연결된 앵글밸브(230)를 조절하여 챔버(200) 내의 압력이 일정범위 내로 고정될 수 있도록 한다.
압력 조절기에 의해 고정되는 챔버(200) 내의 압력은 0.3 내지 5Torr인 것이 바람직하다.
압력 조절기가 작동되는 일례로, 만약 챔버(200)의 압력이 0.3Torr 미만인 경우, 앵글밸브(230)를 일정하게 유지시키고, 조절밸브(252)를 통해 챔버(200)로 공급되는 반응가스(251)의 유량을 증가시킨다. 또는, 조절밸브(252)를 일정하게 유지시키고, 앵글밸브(230)를 조절하여 진공펌프(240)에 의해 챔버(200) 내에서 배출되는 양을 감소시킨다.
만약 챔버(200)의 압력이 5Torr 초과인 경우라면, 상술한 것과 반대로 조절밸브(252) 및 앵글밸브(230)를 작동시키게 될 것이다.
다음으로, 도2a 및 도2c를 참조하면, (f)단계에 의한 챔버(200) 내에서 투명전극이 코팅된 기판(210)을 반응가스로 열처리한다(2-g단계).
상기 나열된 반응가스 중에서 수소(H2)가스에 의해 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 제거하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
수소(H2)가스는 챔버(200), 투명전극(211) 및 기판(212) 내에서 확산 속도가 상당히 빨라서 일정한 온도에서 소정시간 노출되어도 수 ㎛ 깊이까지 도달한다. 챔 버(200) 내의 열에 의해 활성화된(activated) 수소(H2)가 투명전극(211) 및 기판(212)의 표면 및 입자경계를 통해 투명전극(211) 및 기판(212) 내로 확산된다. 투명전극(211) 및 기판(212) 내로 확산된 수소(H2)는 투명전극(211) 및 기판(212) 내를 돌아다니며 투명전극(211) 및 기판(212) 내에 함유된 수분(H2O)과 충돌한다. 이에 의해, 투명전극(211) 및 기판(212) 내에 함유된 수분(H2O)을 탈리(脫離)시키거나 수분(H2O)에 열을 전달하여 수분(H2O)이 자발적으로 산화아연 박막 내에서 탈리(脫離)되도록 한다.
또한, 상기 나열된 반응가스인 질소(N2) 및 아르곤(Ar)가스도 상술한 수소(H2)가스와 동일한 작용으로 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분이 제거된다.
열처리가 수행되는 동안 챔버(200) 내의 온도는 150 내지 200℃인 것이 바람직하다.
여기서, 챔버(200) 내의 온도가 150℃ 미만인 경우 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분(H2O)을 제거하는 효과가 미미하다. 또는 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분(H2O)을 제거하는 속도가 느려서 시간이 오래 걸린다. 챔버(200) 내의 온도가 200℃ 초과인 경우 투명전극을 형성하는 물질인 산화아연(ZnO) 또는 산화인듐아연(IZO)의 광학적 전기적 특성을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.
예를 들어, 투명전극을 형성하는 물질로 산화아연(ZnO)을 사용하는 경우 다음과 같은 문제가 발생될 수 있다. 산화아연(ZnO) 중 전기적 특성을 향상시키기 위해 도펀트로 보론(B)을 사용하는 산화아연(ZnO:B)의 경우 노랗게 변색되어 가시광 영역에서 광투과도가 저하된다. 이는, 박박태양전지의 경우 태양광을 전기로 변환시키는 태양전지층으로 입사되는 태양광의 파장범위를 변조시킬 수 있어 박막태양전지의 효율이 저하될 수 있는 문제가 발생된다. 또한, 디스플레이 소자의 경우 디스플레이 소자에서 취출되는 광을 왜곡시킬 수 있는 문제가 발생된다. 따라서 상기의 온도범위에서 투명전극이 코팅된 기판에 잔존하는 수분을 제거하는 것이 좋다.
한편, 챔버(200) 내에서 열처리를 수행하는 공정시간(tact time)은 60 내지 180sec 인 것이 바람직하다. 열처리 시간이 60sec 미만이면 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분이 충분히 제거되지 않는다. 열처리 시간이 180sec 초과이면, 열처리 시간에 소요되는 공정시간(tact time)이 불필요하게 길어져, 대량생산 공정에서 생산성(throughput)이 저하될 수 있다.
한편, 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분을 제거하기 위한 효과를 더욱 극대화 하기 위해 다음과 같은 단계를 추가적으로 실시할 수 있다. (g)단계의 열처리 공정 후, 챔버(200)를 다시 한번 감압한다(미도시). 앵글밸브(230)를 완전히 개방하고 진공펌프(240)를 사용하여 챔버(200) 내의 압력을 10-7 내지 10-3 Torr로 조절한다. 이에 의해, 상술한 열처리 공정 후, 챔버(200)내에 잔존하는 수 분을 실질적으로 완전히 제거할 수 있다. 그 후, 후속 공정을 위하여 챔버(200) 내에서 투명전극이 코팅된 기판(210)을 반출한다.
상술한 일련의 공정을 통해, 투명전극의 패터닝을 위한 식각 공정 후 세정 공정으로 인해 투명전극이 코팅된 기판(210)에 잔존하는 수분이 실질적으로 완전히 제거된다. 수분이 제거된 후, 투명전극이 코팅된 기판(210) 상에 지정된 공정별로 박막을 증착하는 공정을 진행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극이 코팅된 기판(210)의 수분 제거방법은 박막 태양 전지(thin film solar cell), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display; TFT LCD), 유기 전계 발광(Organic Electro Luminescence; OEL) 소자, 청색광 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 및 레이저 다이오드(Laser Diode; LD) 등의 제조공정에서 사용될 수 있다. 다만 상기에 열거된 사항은 본 발명에 따른 일 실시예가 사용될 수 있는 비제한적인 예시로써, 상기에 열거된 소자 이외의 소자 등을 제조하는 공정에서도 사용될 수 있다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법을 간략히 나타낸 공정도이다.
도1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정을 간략히 도시한 것이다.
도1c는 본 발명의 실시예 1에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정에서 열처리가 수행되는 챔버를 간략히 도시한 것이다.
도2a는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법을 간략히 나타낸 공정도이다.
도2b는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정을 간략히 도시한 것이다.
도2c는 본 발명의 실시예 2에 따른 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거 공정에서 열처리가 수행되는 챔버를 간략히 도시한 것이다.
Claims (17)
- (a)세정기 내에서 투명전극이 코팅된 기판을 세정하고, 상기 세정기 내에서 상기 기판을 반출하여 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계;(b)상기 적외선 오븐 내에서 상기 기판에 열을 가하는 단계;(c)상기 기판을 상기 적외선 오븐에서 반출하는 단계;(d)상기 기판을 챔버 내로 로딩하는 단계; 및(e)상기 챔버 내의 압력을 감압하며 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (b)단계에서 상기 적외선 오븐 내의 온도는 150 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (e)단계에서 상기 챔버 내의 압력을 10-7 내지 10-3 Torr로 감압하는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (e)단계에서 상기 챔버 내의 온도는 150 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (a)단계 중 상기 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)단계 및 (c)단계로 이루어지는 공정의 소요시간은 60 내지 180sec 인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 (e)단계의 열처리 시간은 60 내지 180sec 인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- (a)세정기 내에서 투명전극이 코팅된 기판을 세정하고, 상기 세정기 내에서 상기 기판을 반출하여 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계;(b)상기 적외선 오븐 내에서 상기 기판에 열을 가하는 단계;(c)상기 기판을 상기 적외선 오븐에서 반출하는 단계;(d)상기 기판을 챔버 내로 로딩하는 단계;(e)상기 챔버 내로 반응가스를 유입하는 단계;(f)상기 챔버 내의 압력을 고정시키는 단계; 및(g)상기 (f)단계에 의한 상기 챔버 내에서 상기 기판을 상기 반응가스로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (b)단계에서 상기 적외선 오븐 내의 온도는 150 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (g)단계 이후에 상기 챔버 내를 감압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (d)단계에서 상기 챔버 내의 압력은 10-7 내지 10-3 Torr인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 챔버 내의 압력은 10-7 내지 10-3 Torr로 감압하는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (e)단계에서 반응가스는 10 내지 500sccm의 유량으로 상기 챔버 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (f)단계에서 상기 챔버 내의 압력은 0.3 내지 5 Torr로 고정되는 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (g)단계에서 챔버 내의 온도는 150 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서상기 반응가스는 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 수소(H2)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (a)단계 중 상기 적외선 오븐에 상기 기판을 인입하는 단계, (b)단계 및 (c)단계로 이루어지는 공정의 소요시간은 60 내지 180sec 인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 (g)단계의 열처리 시간은 60 내지 180sec 인 것을 특징으로 하는 투명전극이 코팅된 기판의 수분 제거방법.
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