KR101464663B1 - 박막 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판상에 금속 박막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 금속 박막 패턴 표면에 전기도금 방식으로 유기 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 박막 패턴 형성 방법을 제공한다.
본 발명은 전기도금 방법을 이용하여 기판상에 형성된 금속 박막 패턴 표면에 유기물 박막 패턴을 형성하여, 상기 금속 박막 패턴 표면에만 선택적으로 유기물 박막 패턴을 형성함으로써, 박막 제조 후 패턴 제조를 위한 별도의 공정 장치와 공정 단계를 줄여 공정을 단순화시키고 생산 단가를 줄일 수 있다.
또한, 금속 마스크를 사용하지 않고 박막을 패터닝 할 수 있으므로 상기 마스크에 의한 미스 얼라인 및 불순물에 의한 박막의 오염을 방지할 수 있다.
선택적 패터닝, 전기 도금
Description
본 발명은 박막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 전기도금 방법을 이용하여 기판상에 형성된 금속 박막 패턴 표면에 유기물 박막 패턴을 형성하는 박막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기물 박막을 패터닝하기 형성하기 위해서는 증착기 내에 배치된 금속 마스크를 이용한다. 즉, 기판을 증착기 내에 반입하고 오토 얼라이너(Auto aligner)를 이용하여 상기 기판과 금속 마스크를 얼라인한 후 증착공정을 실행한다. 상기와 같이 금속 마스크를 이용하여 박막을 형성하는 경우, 금속 마스크가 늘어지거나 오토 얼라이너의 오류로 인해 미스 패터닝(miss patterning) 되는 문제가 발생한다. 또한, 금속 마스크 표면에 잔류하는 파티클이 기판 표면에 떨어져, 소자의 불량을 발생시키는 주원인이 된다. 그리고 주기적으로 금속 마스크를 세정하거나 교체하는 공정을 반복함으로써 이로 인한 추가적인 비용 상승과 생산성 저하가 발생 된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전기도금 방법을 이용하여 기판상에 형성된 금속 박막 패턴 표면에 유기물 박막 패턴을 형성함으로써, 상기 금속 박막 패턴 표면에만 선택적으로 유기물 박막 패턴을 형성하는 박막 패턴 형성 방법 을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 박막 패턴 형성 방법은 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상에 금속 박막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 금속 박막 패턴 표면에 전기도금 방식으로 유기물 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 금속 박막 패턴은 복수의 제 1 금속 박막 패턴과, 각각의 제 1 금속 박막 패 턴을 전기적으로 연결하는 제 2 금속 박막 패턴을 포함한다.
상기 형성된 유기물 박막 패턴을 건조시키는 단계를 더 포함한다.
상기 제 2 금속 박막 패턴 및 상기 제 2 금속 박막 패턴 표면에 형성된 유기물 박막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기 금속 박막 패턴은 Al, Ag 및 Ag:Mg 중 어느 하나를 사용하여 형성하는 것이 효과적이다.
상기 제 2 금속 박막 패턴은 상기 제 1 금속 박막 패턴의 제작과 동시에 제작된다.
상기 금속 박막 패턴 표면에 전기도금 방식으로 유기물 박막 패턴을 형성하는 단계는, 유기물을 포함하는 전해액에 상기 금속 박막 패턴이 형성된 기판과 상대전극을 인입시키는 단계와, 상기 금속 박막 패턴에 전원 공급 장치의 음극을, 상 기 상대전극에 양극을 연결하는 단계와, 상기 음극과 양극에 전원 공급 장치를 이용하여 전원을 공급하는 단계를 포함한다.
상기 상대전극은 탄소(C) 및 백금(Pt) 중 어느 하나를 사용한다.
상기 유기물은 폴리티오펜(PT), 폴리피롤(PPY), 폴리에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT), 폴리파라페닐렌 비닐렌(PPV) 및 폴리파라페닐렌(PPP) 중 어느 하나를 사용한다.
본 발명은 전기도금 방법을 이용하여 기판상에 형성된 금속 박막 패턴 표면에 유기물 박막 패턴을 형성하여, 상기 금속 박막 패턴 표면에만 선택적으로 유기물 박막 패턴을 형성함으로써, 박막 제조 후 패턴 제조를 위한 별도의 공정 장치와 공정 단계를 줄여 공정을 단순화시키고 생산 단가를 줄일 수 있다.
또한, 금속 마스크를 사용하지 않고 박막을 패터닝 할 수 있으므로 상기 마스크에 의한 미스 얼라인 및 불순물에 의한 박막의 오염을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 패터닝 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 1(a) 내지 도 1(c)를 참조하면, 기판(100) 상면에 스크린 프린팅 방법으로 금속 박막 패턴(300)을 형성한다. 여기서, 기판(100)은 광 투과율이 80% 이상인 유리 기판, 플라스틱 기판(PE, PES, PEN 등) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 실리콘 기판 또는 사파이어 기판 등 다양한 기판을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 유리 기판을 사용한다.
도 1(a)를 참조하면, 기판(100) 상면에 스탠실 마스크를 배치한 후, 페이스트 혹은 용액 형태의 금속 박막 형성 물질(310)을 스탠실 마스크 상에 도포한다. 그리고, 스퀴지(202)를 이용하여 스텐실 마스크(201) 상의 금속 박막 형성 물질(310)을 이동시켜 스텐실 마스크(201)의 개방 영역에 의해 노출된 기판(100) 상면에 상기 금속 박막 형성 물질(310)을 도포한다. 여기서 페이스트 또는 용액 형태의 금속 박막 형성 물질(310)은 약 3~6nm의 입자 크기를 갖는 금속 나노 파티클과 유기 용매를 혼합하여 제조한다. 금속 나노 파티클은 Al, Ag 및 Ag: Mg 중 어느 하나를 사용한다. 또한, 금속 나노 파티클과 혼합되는 유기 용매는 에탄올, 프로판올, 메톡시 프로판올, 에톡시 프로판올, 프로폭시 프로판올, 부톡시 프로판올, 프로판디올, 도데칸글리콜 및 벤질 알코올 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 용매들이 사용될 수 있다. 또한, 유기 용매에는 스크린 프린팅이 가능하고, 패터닝된 후 흘러내리지 않고 그 형상을 유지할 수 있도록 하는 점도를 갖을 수 있도록 계면활성제가 더 첨가될 수 있다.
이어서, 기판(100) 상면에 형성된 금속 박막 형성 물질(310)을 소정의 온도 로 열처리하여 건조시킨다. 이때, 금속 나노 파티클과 혼합된 유기 용매는 기화되어 제거되고 금속만이 기판(100) 상면에 접착된다. 이를 통해, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상면에 금속 박막 패턴(300)이 형성된다. 열처리 조건은 사용되는 유기 용매 및 금속 나노 파티클의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 100℃ 이하의 온도에서 20~30분 동안 열처리하는 것이 바람직하다.
제 1 실시예에서는 스크린 프린팅 방식으로 페이스트 또는 용액 형태의 금속 박막 형성 물질(310)을 도포하여 금속 박막 패턴(300)을 형성하였으나 이에 한정되지 않고 상기 금속 박막 패턴(300)은 열증착방법, 물리적증착법 및 전자빔증착 방법 등 다양한 박막 제조 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 1(d) 및 도 1(e)를 참조하면, 전기 도금 방법을 이용하여 기판(100)상에 형성된 금속 박막 패턴(300) 표면에 유기물 박막 패턴(500)을 형성한다. 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 금속 박막 패턴(300)이 형성된 기판(100)을 전해액(510)이 충진된 전해조(600)에 인입시킨다. 여기서, 전해액(510)은 극성 유기 용매에 유기물을 용해하여 제조한다. 유기물은 폴리티오펜(polythiophene: PT), 폴리피롤(polypyrrole:PPY), 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxythiophene: PEDOT), 폴리파라페닐렌 비닐렌(polyparaphenylene vinylene:PPV) 및 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene: PPP)등과 같은 고분자 유기물 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기와 같은 유기물은 완성품 및 아직 완성품으로 제조되기 전 단계인 전구체(precursor) 상태의 유기물 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 그리고, 유기물과 혼합되는 극성 유기 용매는 클로로포름, 에틸아세트산, 에테르 및 디클로로메탄 등 다양한 용매를 사용할 수 있다. 또한, 전해액(510)이 충진된 전해조(600)에 상대전극(400)을 인입시킨다. 이때, 상대전극(400)은 화학적 반응성이 거의 없는 탄소(c) 및 백금(pt) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 상대전극(400)으로 백금(pt)를 사용한다. 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치(700)의 음극을 기판(100)상에 형성된 금속 박막 패턴(300)에 양극을 상대전극(400)에 연결한다. 그리고, 전원 공급 장치(700)를 이용하여 전원을 공급하면, 금속 박막 패턴(300)으로부터 전자가 방출되고, 전해액(510)의 유기물 양이온은 음극 즉, 상기 금속 박막 패턴(300)으로 이동한다. 그리고, 금속 박막 패턴(300)이 배치된 방향으로 이동한 양이온과 전자가 결합하여 원자 또는 분자 형태의 유기물을 석출한다. 이때, 석출된 유기물은 금속 박막 패턴(300)의 표면에 흡착되고, 반응이 연속적으로 진행되면 석출된 유기물이 금속 박막 패턴(300)의 표면 전체에 소정 두께로 흡착된다. 이를 통해, 금속 박막 패턴(300)의 표면에만 석택적으로 유기물이 흡착된다.
그리고, 기판(100)을 전해조(600)로부터 꺼내어 소정의 온도로 열처리하여 건조시킨다. 이때, 잔류하는 용매는 기화되어 제거되고 석출된 유기물만이 금속 박막 패턴(300) 표면에 접착된다. 이를 통해, 도 1(e)에 도시된 바와 같이, 금속 박막 패턴(300) 표면에만 유기물 박막 패턴(500)이 형성된다. 여기서, 유기물 박막 패턴(500)의 두께 및 막질은 전원 공급 장치(700)로부터 공급된 전기량과 시간을 제어하여 조절할 수 있으며, 상기 유기물과 혼합되는 극성 유기 용매의 농도 및 종류에 의해 변화될 수 있다.
하기에서는 도 2(a) 내지 도 2(e)를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 패터닝 방법을 설명한다. 이하에서는 본 발명의 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
제 2 실시예에서는 단일 기판(100) 상면에 소자가 형성되는 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)과 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)을 전기적으로 연결하는 제 2 금속 박막 패턴(310)을 형성한다. 이때, 본 실시예에 따른 제 2 금속 박막 패턴(320)은 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)의 단변부의 끝단에 연결되어 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)을 상호 연결한다. 여기서, 제 2 금속 박막 패턴(320)은 전기도금 공정 단계에서 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 각각에 개별적으로 전원을 공급하지 않고, 제 2 금속 박막 패턴(320)에만 전원을 인가함으로써 상기 제 2 금속 박막 패턴(320)에 연결된 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 각각에 전원을 공급할 수 있도록 한다. 이러한 제 2 금속 박막 패턴(320)은 제 1 금속 박막 패턴(300)을 형성하는 금속 박막 형성 물질(310)을 이용하여 제작될 수 있으며, 상기 금속 박막 패턴(300)을 형성하는 공정 중에 같이 제작될 수 있다.
도 2(a)를 참조하면, 기판(100) 상면에 상기 기판(100) 상면에 형성될 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)을 연결하는 제 2 금속 박막 패턴(320) 영역을 대응 개방하는 스텐실 마스크(201)를 배치한다. 그리고 도시되지는 않았지만, 금속 박막 형성 물질(310)을 스탠실 마스크 상에 도포한 후, 스퀴지(202)를 이용하여 스텐실 마스크(201) 상의 금속 박막 형성 물질(310)을 이동시켜, 스텐실 마스크(201)의 개방 영역에 노출된 기판(100) 상면에 금속 박막 형성 물질(310)을 도포한다. 그리고, 상기 기판(100) 상면에 형성된 금속 박막 형성 물질(310)을 소정의 온도로 열처리하여 건조시킨다. 이때, 금속 나노 파티클과 혼합된 유기 용매는 기화되어 제거되고, 금속만이 기판(100) 표면에 접착된다. 이를 통해, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상면에는 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)의 단변부의 끝단을 연결하는 제 2 금속 박막 패턴(320)이 형성된다.
도 2(c)를 참조하면, 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)이 형성된 기판(100)과 상대전극(400)을 전해액(510)이 충진된 전해조(600)에 인입시킨다. 여기서, 상대전극(400)으로는 백금(Pt)을 사용한다. 그리고, 전원 공급 장치(700)의 음극을 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)을 연결하는 제 2 금속 박막 패턴(320)에, 양극을 상대전극(400)에 각각 연결한다. 그리고 전원 공급 장치(700)를 이용하여 전원을 공급하면, 상기 전원은 상대전극, 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320)에 공급된다. 이때, 제 2 금속 박막 패턴(320)에 전원을 공급함으로써, 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)에 개별적으로 전원을 인가하지 않고도 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)에 전원을 인가할 수 있다.
이로 인해, 전원 공급 장치(700)를 이용하여 전원을 공급하면, 복수의 제 1금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320)로부터 전자가 방출되고, 전해액(510)의 유기물 양이온은 음극 즉, 상기 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)으로 이동한다. 그리고 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320)으로 이동한 양이온과 전자가 결합하여 원자 또는 분자 형태의 유기물을 석출한다. 이때 석출된 유기물은 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320)의 표면에 흡착되고, 반응이 연속적으로 진행되면 석출된 유기물이 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320) 표면 전체에 소정 두께로 흡착된다. 이를 통해, 기판(100) 상에 형성된 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320)의 표면에만 선택적으로 유기물이 흡착된다.
그리고 상기 기판(100)을 전해조(600)로부터 꺼내어 소정의 온도로 열처리하여 건조시킨다. 이때, 유기물과 혼합된 유기 용매는 기화되어 제거된다. 이를 통해, 도 2(d)에 도시된 바와 같이 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 및 제 2 금속 박막 패턴(320) 표면에 유기물 박막 패턴(500)이 형성된다.
이어서, 도시되지는 않았지만, 레이저를 이용하여 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300)의 단변부의 끝단을 연결하는 제 2 금속 박막 패턴(320) 및 상기 제 2 금속 박막 패턴(320)상에 형성된 유기물 박막 패턴(300)을 제거한다. 이를 통해, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 금속 박막 패턴(300) 상면에만 유기물 박막 패턴(500)이 형성된다.
하기에서는 전기도금 방법을 통해 제작된 유기물 박막의 패턴을 이용한 유기 발광 소자의 제조 방법에 관해 설명한다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3(a)를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 투광성 기판(1000) 상면에 금속 박막 패턴(2000)을 형성한다. 이때, 금속 박막 패턴(2000)은 열증착방법, 물리적증 착법, 전자빔증작방법 혹은 스크린 프린팅 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 이어서, 전기도금 방법을 이용하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 금속 박막 패턴(2000) 상에 유기물 박막 패턴(3000)을 선택적으로 형성한다. 그리고, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 유기물 박막 패턴(3000)상에 투명 전극(4000)을 형성한다. 여기서 투명 전극(4000)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 및 In2O3 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 투명 전극(4000)으로 ITO를 사용한다. 이때, 투명 전극(4000)은 화학적 기상 증착법(CVD), 물리적 기상 증착법(PVD) 혹은 전자빔증착법(E-beam) 등 여러가지 박막 제조 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만 투명 전극(4000) 상측에 봉지층을 형성한다. 이때, 봉지층은 광 투광성 물질 예를 들어, 유리로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술 즉, 전기도금을 이용한 박막 패터닝 방법은 상술한 전기 광학 소자들에 한정되지 않고, 다양한 전기 광학 소자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 태양 전지와 같은 전기 광학 소자에도 적용될 수 있다.
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 패터닝 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.
도 2(a) 내지 도 1(e)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 패터닝 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도면.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요부분의 부호에 대한 설명>
100 : 기판 200: 스텐실 마스크
300 : 유기물 박막 패턴 310 : 금속 박막 형성 물질
320 : 제 2 금속 박막 패턴 400 : 상대전극
500 : 유기물 박막 패턴 510 : 전해액
600 : 전해조 700 : 전원 공급 장치
Claims (9)
- 기판을 마련하는 단계;상기 기판 상에 금속 박막 패턴을 형성하는 단계;전기도금 방식으로 상기 금속 박막 패턴 표면에 유기물을 흡착시켜, 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 박막 패턴 표면에 유기물 박막 패턴을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 박막 패턴 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 박막 패턴은 복수의 제 1 금속 박막 패턴과, 각각의 제 1 금속 박막 패턴을 전기적으로 연결하는 제 2 금속 박막 패턴을 포함하는 박막 패턴 형성 방법.
- 삭제
- 청구항 2에 있어서,상기 제 2 금속 박막 패턴 및 상기 제 2 금속 박막 패턴 표면에 형성된 유기물 박막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 박막 패턴 형성 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 박막 패턴은 Al, Ag 및 Ag:Mg 중 어느 하나를 사용하여 형성하는 박막 패턴 형성 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 박막 패턴 표면에 전기도금 방식으로 유기물 박막 패턴을 형성하는 단계는, 유기물을 포함하는 전해액에 상기 금속 박막 패턴이 형성된 기판과 상대전극을 인입시키는 단계;상기 금속 박막 패턴에 전원 공급 장치의 음극을, 상기 상대전극에 양극을 연결하는 단계;상기 음극과 양극에 전원 공급 장치를 이용하여 전원을 공급하는 단계를 포함하는 박막 패턴 형성 방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 상대전극은 탄소(C) 및 백금(Pt) 중 어느 하나를 사용하는 박막 패턴 형성 방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 유기물은 폴리티오펜(PT), 폴리피롤(PPY), 폴리에틸렌 디옥시티오펜(PEDOT), 폴리파라페닐렌 비닐렌(PPV) 및 폴리파라페닐렌(PPP) 중 어느 하나를 사용하는 박막 패턴 형성 방법.
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