KR102113581B1 - 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법 - Google Patents

증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법 Download PDF

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Abstract

증착 장치는 진공 챔버, 복수의 증착원들 및 복수의 노즐들을 포함하며, 동일 챔버 내에서 특성이 다른 물질을 차례로 또는 동시에 증착할 수 있다. 증착 장치를 이용하여 유기물과 무기물을 교번 증착하는 방식으로 양자점층을 형성하여 양자점 디스플레이를 제조할 수 있다.

Description

증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법{APPARATUS FOR DEPOSITION, METHOD THEREOF AND METHOD FOR FORMING QUNTUM-DOT LAYER USING THE SAME}
본 발명은 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 두 가지 물질을 증착하는 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법에 관한 것이다.
양자점 발광 소자는 발광층의 재료로 양자점을 사용하는 표시 소자이며, 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 색재현율이 좋고 휘도 또한 발광 다이오드에 뒤쳐지지 않아 차세대 광원으로 주목 받는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)의 단점을 보완할 수 있는 소재로 각광받고 있다.
양자점은 보어(Bohr) 엑시톤 반경보다 더 작은 크기 즉, 수 나노미터 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 양자점 내에 많은 수의 전자를 가지지만, 자유 전자의 수는 1 내지 100개 정도로 제한된다. 이 경우, 전자들이 가지는 에너지 준위가 불연속적으로 제한되어 연속적인 밴드를 형성하는 벌크(bulk) 상태의 반도체와는 다른 전기적 및 광학적 특성을 나타낸다. 양자점은 그 크기에 따라 에너지 준위가 달라지기 때문에 단순히 크기를 바꾸어 줌으로써 밴드 갭을 조절할 수 있다. 즉 양자점은 크기 조절만으로 발광 파장을 조절할 수 있다.
현재 이러한 양자점을 형성하기 위하여 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 스핀 코팅(Spin Coating), 노즐 코팅(nozzle Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating) 및 슬릿 코팅(Slit coating)등의 방법이 사용되고 있다.
프린팅이나 코팅 방법을 이용하면 균일하고 순도 높은 막 형성이 어렵고, 별도의 설비를 추가로 제작하여야 하므로 비용이 증가되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 순도 높은 막을 형성하면서도 기존 양산에서 사용하는 설비를 이용할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 열증발법을 이용하여 두 가지 물질을 증착할 수 있는 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열증발법을 이용하여 두 가지 물질을 증착할 수 있는 증착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 열증발법을 이용하여 양자점층을 형성할 수 있는 양자점층 형성 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제들이 전술한 과제들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 증착 장치는 기판에 대향하여 배치되어 상기 기판을 향하여 제 1증착 물질을 분사하는 제 1 노즐 및 상기 제 1 노즐과 일렬로 배치되며 제 2 증착 물질을 분사하는 제 2 노즐, 상기 제 1 노즐에 상기 제 1 증착 물질을 제공하는 제 1 증착원 및 상기 제 1 증착원과 일렬로 배치되어 상기 제 2 노즐에 상기 제 2 증착 물질을 제공하는 제 2 증착원, 상기 제 1 노즐과 상기 제 2 노즐의 사이에 배치되어 상기 제 1 노즐을 통해 증발되는 상기 제 1 증착 물질과 상기 제 2 노즐을 통해 증발되는 상기 제 2 증착 물질이 혼합되지 않도록 막아주는 차단 부재 및 상기 제 1 및 제 2 노즐들, 상기 제 1 및 제 2 증착원들 및 상기 차단 부재를 포위하는 진공 챔버를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 기판을 이동할 수 있는 이동 장치를 더 포함하고, 상기 기판은 상기 이동 장치에 의하여 상기 제 1 노즐이 배치되는 제 1 방향 또는 상기 제 2 노즐이 배치되는 제 2 방향으로 이동할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 기판이 상기 제 1 방향으로 이동하여, 제 1 노즐 상부에 위치할 때 상기 제 1 증착 물질이 증발하여 상기 기판에 증착되고, 상기 기판이 상기 제 2 방향으로 이동하여, 상기 제 2 노즐 상부에 위치할 때 상기 제 2 증착 물질이 증발하여 상기 기판에 증착될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 노즐 및 상기 제 2 노즐은 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 선형 소스(linear source)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 포인트 소스(point source)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 열증발법을 이용하여 증착될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 챔버는 상기 제 1 증착원을 가열하는 제 1 가열 장치 및 상기 제 2 증착원을 가열하는 제 2 가열 장치를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 방법은, 제 1 증착원에 제 1 증착 물질을 공급하고, 제 2 증착원에 상기 제 1 증착 물질과 다른 종류의 제 2 증착 물질을 공급하는 단계, 상기 제 1증착원에 연결되는 제 1 노즐 및 상기 제 2 증착원에 연결되는 제 2 노즐에 대향되게 기판을 배치하는 단계, 상기 기판을 상기 제 1 노즐이 배치된 제 1 방향으로 이동시켜 상기 제 1 노즐 상부에 위치 시키는 단계, 상기 제 1 노즐을 통하여 상기 제 1 증착원에 저장된 상기 제 1 증착 물질을 상기 기판에 증착시키는 단계, 상기 기판을 상기 제 2 노즐이 배치된 제 2 방향으로 이동시켜 상기 제 2 노즐 상부에 위치시키는 단계 및 상기 제 2 노즐을 통하여 상기 제 2 증착원에 저장된 상기 제 2 증착 물질을 상기 기판에 증착시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질이 증착되는 단계는 하나의 진공 챔버 내에서 진행될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 노즐 및 상기 제 2 노즐은 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 선형 소스(linear source)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 포인트 소스(point source)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 열증발법을 이용하여 증착될 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 방법은, 기판에 제 1 증착 물질을 증착하는 단계, 상기 제 1 증착 물질 상에 상기 제 1 증착 물질보다 얇은 두께로 제 2 증착 물질을 증착하는 단계, 상기 제 2 증착 물질 상에 상기 제 1 증착 물질과 동일한 두께로 제 1 증착 물질을 다시 한번 증착하여 상기 제 2 증착 물질을 고립시키는 단계, 상기 제 1 증착 물질 사이의 상기 제 2 증착 물질이 응집하여 양자점층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 기판 상에는 제 1 전극 및 정공 주입층이 순차적으로 적층될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 기판 상에는 제 2 전극 및 전자 수송층이 순차적으로 적층될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질은 유기 물질이고, 상기 제 2 증착 물질은 무기 물질일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 2 증착 물질은 상기 제 1 증착 물질 사이에 증착되고, 상기 제 2 증착 물질의 적층 두께는 상기 제 1 증착 물질의 두께보다 얇을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 열증발법을 이용하여 증착될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 양자점층의 양자점 크기는 상기 제 1 증착 물질과 상기 제 2 증착 물질의 표면 에너지 차이 및 상기 제 2 증착 물질의 두께에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 양자점층은 동일 파장 대역의 광을 발광할 수 있는 크기를 갖는 복수 개의 양자점을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 양자점층은 상기 복수 개의 양자점층이 상하로 적층된 다층 구조일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법은 동일 챔버 내에서 두 가지 물질을 증착할 수 있다. 또한, 기존 양산 설비를 이용함으로써 설비 추가로 인한 비용을 절감하면서도 순도 높은 양자점층을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 증착 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 증착 방법을 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 1에 도시된 증착 장치를 이용하여 양자점층 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6a 내지 도 6e에 도시된 양자점층 형성방법에 의하여 양자점층이 형성된 양자점 디스플레이의 단면도이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법을 포함하는 양자점 디스플레이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태들로 구현할 수 있을 것이다.
본 명세서에 있어서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이고, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접촉되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접촉되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접촉되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다.
제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들이 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 증착 장치(100)는 진공 챔버(10), 차단 부재(20), 이동 장치(30), 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50), 제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52), 제 1 가열 장치(44) 및 제 2 가열 장치(54)등을 포함할 수 있다.
진공 챔버(10)는 증착 물질(46, 56)이 증착 될 공정 공간을 제공하는 것으로서, 소정의 진공 펌프(미도시)와 연결되어 그 내부를 진공으로 유지할 수 있고, 진공 챔버(10)의 일측에는 공정을 위해 기판(S)이 투입되며 증착 공정이 이루어진 기판(S)이 반출될 수 있도록 도어(미도시)가 마련될 수 있다.
또한, 진공 챔버(10)는 증착 물질(46, 56)이 증착 될 기판(S)을 지지하고 이동할 수 있는 이동 장치(30) 및 증착 물질(46, 56)을 공급하는 증착원(40, 50)을 가열하여 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)이 증발할 수 있게 하는 제 1 가열 장치(44) 및 제 2 가열 장치(54)를 포함할 수 있다.
이동 장치(30)는 진공 챔버(10) 상부에 위치하며, 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)이 증착 될 기판(S) 면이 하부, 즉, 노즐(42, 52)들과 대향되게 위치할 수 있도록 기판(S)을 지지할 수 있다. 또한, 이동 장치(30)는 이동 수단(미도시)을 구비하여 기판(S)을 제 1 노즐이 배치되는 제 1 방향 또는 제 2 노즐이 배치되는 제 2 방향으로 이동할 수 있다. 제 1 방향으로 이동한 기판(S)은 제 1 노즐(42) 상부에 위치하여 제 1 증착 물질(46)을 증착할 수 있고, 제 2 방향으로 이동한 기판(S)은 제 2 노즐(52) 상부에 위치 하여 제 2 증착 물질(56)을 증착할 수 있다.
제 1 가열 장치(44) 및 제 2 가열 장치(54)는 진공 챔버(10) 하부에 위치하여, 증착 물질(46, 56)이 포함된 증착원(40, 50)을 가열하여 증착 물질(46, 56)이 증발할 수 있도록 한다. 제 1 가열 장치(44)는 제 1 증착원(40)을 가열하며 제 1 증착 물질(46)을 증발시키고, 제 2 가열 장치(54)는 제 2 증착원(50)을 가열하여 제 2 증착 물질(56)을 증발시킨다. 이러한 제 1 가열 장치(44) 및 제 2 가열 장치(54)는 외부 전원(미도시)으로부터 공급되는 전력에 의해 발생되는 열을 이용해 증착원(40, 50)을 가열하는 열선, 가열된 물 또는 가스가 순환하는 파이프 등으로 구성될 수 있다.
제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)은 기판(S)과 대향되도록 진공 챔버(10) 바닥면에 설치된다. 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)은 기판(S)에 대향되는 개구부를 가지는 상자 형태로 형성되어, 기판(S)에 증착될 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)을 증발시킨다.
제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)에는 기판(S)에 증착될 증착 물질에 대응되는 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)이 저장된다. 여기서, 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)은 열 전도율이 뛰어난 물질로 형성될 수 있다. 이 때, 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)은 텅스텐(W), 알루미나(Al2O3), PBN(Pyrolytic Boron Nitride), 그파이트(Graphite) 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
다만, 증발 물질이 유기 물질일 경우, 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)의 재질은 상기와 같은 재질로 형성될 수 있지만, 증발 물질이 알루미늄과 같은 금속 물질일 경우, 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)의 재질은 알루미늄과의 반응성을 고려하여 선택되어야 한다.
한편, 제 1 증착원(40)과 제 2 증착원(50)은 일렬로 배열된다. 제 1 증착원(40)과 제 2 증착원(50)의 위치는 고정되어 있고, 기판(S)이 제 1 증착원(40) 상부에 위치할 때 제 1 증착 물질(46)을 증착시킬 수 있고, 기판(S)이 제 2 증착원(50) 상부에 위치할 때 제 2 증착 물질(56)을 증착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 두 개의 증착원(40, 50)을 갖는 증착 장치(100)에 대해 설명하였으나, 증착하고자 하는 물질의 수에 따라 두 개 이상의 증착원을 포함할 수 있다.
제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)은 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)을 둘러싼 제 1 가열 장치(44) 및 제 2 가열 장치(54) 상부에 위치할 수 있다. 제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)은 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)에서 증발되어 기판(S) 쪽으로 진행하는 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)의 진행 방향을 변경하여 기판(S)에 증착되는 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)의 증착률을 제어할 수 있다.
따라서, 제 1 노즐(42)과 제 2 노즐(52)을 이용하여 제 1 증착원(40) 및 제 2 증착원(50)과 기판(S) 간의 거리 차이에 따라 기판(S)에 증착되는 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)은 회전 장치(미도시)를 구비할 수 있다. 보다 균일한 증착을 위하여 제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)은 상기 회전 장치에 의해 일정 각도 틸트(tilt)되어 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)의 진행 방향을 변경할 수 있다.
제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)은 각각의 가열 수단(미도시)을 구비하여 배출되는 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)의 온도를 높게 유지함으로써 기판(S)과의 온도 차를 크게 유지하여 증착 밀도 및 증착률을 향상시킬 수 있다.
제 1 증착 물질(46)과 제 2 증착 물질(56)은 유기물 및 무기물 등 열증발법을 통해 증착 과정을 진행할 수 있는 모든 물질이 포함될 수 있으며, 증착 물질은 선형 소스(linear source) 또는 포인트 소스(point source)일 수 있다.
차단 부재(20)는 제 1 노즐과 제 2 노즐 사이에 배치되어 제 1 증착 물질(46)과 제 2 증착 물질(56)이 혼합되지 않도록 벽을 형성하여 차단한다.
예를 들어, 제 1 증착 물질(46)이 기판(S) 상으로 증착되는 동안 제 1 증착 물질(46)이 제 2 노즐(52) 입구 방향으로 진행할 수 있다. 제 2 노즐(52) 입구에 위치한 상기 제 1 증착 물질(46)은 제 2 노즐(52)로부터 제 2 증착 물질(56)이 증발될 때 제 2 증착 물질과 함께 섞여 순도 높은 증착막이 형성되는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 차단 부재(20)를 형성하여 제 1 증착 물질(46)과 제 2 증착 물질(56)이 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
차단 부재(20)는 제어 장치(미도시)를 구비하여 기판(S)의 크기 및 두께 등에 의하여 그 높이를 조절할 수 있다.
예를 들어, 기판(S)이 제 1 방향 또는 제 2 방향으로 이동하는 동안에는 차단 부재(20)를 기판(S)의 위치보다 낮게 형성하여 기판(S)의 이동 경로를 확보할 수 있고, 제 1 증착 물질(46) 또는 제 2 증착 물질(56)이 증착되는 동안에는 차단 부재(20)를 기판(S)의 위치보다 높게 형성하여 각각의 증착 물질들이 다른 증착 물질과 섞이는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 증착 장치(100)를 이용하여 제 1 증착 물질(46)과 제 2 증착 물질(56)을 교번 증착하는 방법에 대해 설명하고 있다. 다른 실시예로서, 상기 차단 부재(20)의 높이를 노즐보다 낮게 형성할 수 있다. 상기 차단 부재(20)의 높이를 노즐보다 낮게 형성한다면, 기판(S)을 제 1 노즐과 제 2 노즐 사이에 배치시키고, 제 1 노즐(42) 및 제 2 노즐(52)을 기판(S) 방향으로 향하게 일정 각도 틸트(tilt) 시킬 수 있다. 따라서, 제 1 증착 물질(46) 및 제 2 증착 물질(56)을 동시에 증착하는 혼합 증착도 진행할 수 있을 것이다.
도 3a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증착 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제 1 노즐(42)과 제 2 노즐(52)은 적어도 한 개 이상 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2와 같이 제 1 노즐(42) 또는 제 2 노즐(52)을 제 1 증착원(40) 또는 제 2 증착원(50) 상부에 하나만 배치할 수도 있지만, 기판(S)의 크기와 종류 또는 증착 물질의 종류와 성질에 따라 노즐을 한 개 이상 설치할 수 있다.
도 3a를 참조하면 다수의 제 1 노즐(42) 또는 제 2 노즐(52)은 일렬로 배치될 수도 있다. 한편, 도 3b를 참조하면 다수의 제 1 노즐(42) 또는 제 2 노즐(52)은 바둑판과 같은 매트릭스 형태로 배치될 수도 있다. 이때, 기판(S)에 증착 물질을 균일하게 배치하기 위하여 각 노즐 간의 간격은 일정하게 배치하는 것이 바람직할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 방법을 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 제 1 증착원에 제 1 증착 물질을 공급하고, 제 2 증착원에 제 2 증착 물질을 공급한다(Step 200).
제 1 증착 물질 및 제 2 증착 물질은 서로 다른 종류의 물질일 수 있으며, 각각의 물질의 열적 특성에 따라 제 1 가열 장치와 제 2 가열 장치의 온도를 다르게 설정할 수 있을 것이다.
또한, 제 1 증착 물질 및 제 2 증착 물질은 유기물 및 무기물 등 열증발법을 통해 증착 과정을 진행할 수 있는 모든 물질이 포함될 수 있으며, 선형 소스(linear source) 또는 포인트 소스(point source)일 수 있다.
다음으로, 기판을 진공 챔버 내부로 로딩하여 제 1 노즐 및 제 2 노즐과 대향되도록 이동 장치에 안착시킨다(Step 210).
상술한 바와 같이, 기판이 투입 또는 반출될 수 있도록 마련된 도어를 통하여 기판을 챔버 내부로 투입하여 이동 장치에 안착시킬 수 있다.
다음으로, 기판을 제 1 노즐이 배치된 제 1 방향으로 이동시켜 상기 제 1 노즐 상부에 위치 시킨다(Step 220).
기판(S)을 지지하는 이동 장치(30)를 이용하여 기판을 이동시킨다. 이때, 기판(S)이 원활하게 이동할 수 있도록 차단 부재(20)는 기판(S)보다 낮게 형성하여 기판(S)의 이동 경로를 확보한다.
이어서, 제 1 노즐을 통하여 제 1 증착원에 저장된 제 1 증착 물질을 증착한다(Step 230).
도 5a를 참조하면, 기판(S)을 제 1 노즐(42) 상부에 위치시킨 후, 제 1 증착 물질(46)이 제 2 노즐(52) 방향으로 진행하는 것을 막기 위하여 차단 부재(20)를 기판(S)보다 높게 형성한다. 이후, 제 1 증착원(40)을 가열하여 제 1 증착원(40)에 저장된 제 1 증착 물질(46)을 증발시킴으로써 기판(S) 상에 증착시킬 수 있다.
다음으로, 기판을 제 2 노즐이 배치된 제 2 방향으로 이동시켜 상기 제 2 노즐 상부에 위치 시킨다(Step 240).
제 1 증착 물질(46)이 증착된 기판(S)을 제 2 방향으로 이동하기 위하여 상기 차단 부재(20)를 기판(S)보다 낮게 형성하고, 이동 장치(30)를 이용하여 상기 기판(S)을 제 2 방향으로 이동시킨다.
이어서, 제 2 노즐을 통하여 제 2 증착원에 저장된 제 2 증착 물질을 증착한다(Step 250).
도 5b를 참조하면, 제 1 증착 물질(46)이 증착된 기판(S)을 제 2 노즐(52) 상부에 위치시킨 후, 제 2 증착 물질(56)이 제 1 노즐(42) 방향으로 진행하는 것을 막기 위하여 차단 부재(20)를 기판(S) 보다 높게 형성한다. 제 2 증착원(50)을 가열하여 제 2 증착원(50)에 저장된 제 2 증착 물질(56)을 증발시킴으로써 상기 제 1 증착 물질(46) 상에 제 2 증착 물질(56)을 증착시킬 수 있다.
이상으로 증착 장치를 이용하여 제 1 증착 물질과 제 2 증착 물질을 번갈아 증착하는 방법에 대해 서술하였다. 상기와 같은 교번 증착은 1회 진행될 수도 있지만, 1회 이상 진행하여 다층의 구조를 형성할 수도 있을 것이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층 형성 방법을 나타내는 단면도이다.
상술한 증착 장치(100)를 이용하여 양자점층을 형성하기 위하여 제 1 증착원(40)에 저장되는 제 1 증착 물질(46)은 유기물일 수 있고, 제 2 증착원(50)에 저장되는 제 2 증착 물질(56)은 무기물 일 수 있다.
예를 들어, 제 1 증착 물질(46)인 유기물은 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe)와 같은 2-6족 반도체 화합물 또는, 인듐 아세나이드(InAs), 인듐 포스파이드(InP)와 같은 3-5족 반도체 화합물 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 제 2 증착 물질(56)인 무기물은 Pt(백금) 또는 Mg(마그네슘) 등과 같은 금속막 또는 MoO3(산화몰리브덴), WO3(산화텅스텐), Cs2O(산화세슘), NiO(산화니켈), CuO(산화구리), TiO2(산화티타늄), SiO2(산화규소), SiOxNy(실리콘산화질화물), V2O5(산화바나듐) 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 제 1 증착 물질(46)과 제 2 증착 물질(56)은 선형 소스(linear source) 또는 포인트 소스(point source)일 수 있다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 기판(300)은 제 1 전극(310) 및 정공 주입층(320)이 차례로 형성되어 있을 수 있다. 본 실시예에서는 제 1 전극(310) 및 정공 주입층(320)이 형성된 제 1 기판(300)상에 양자점층을 가진 발광층을 형성하는 방법에 대해 서술하고 있으나, 제 2 전극 및 전자 수송층이 형성된 제 2 기판 위에 양자점층을 가진 발광층을 형성할 수도 있을 것이다.
또한, 상기 정공 주입층과 발광층 사이에 보조층을 도입하여 전자-정공 주입 효율을 높일 수도 있을 것이다.
도 6b를 참조하면, 제 1 전극(310) 및 정공 주입층(320)이 형성된 제 1 기판(300) 상부, 즉, 정공 주입층(320) 상부에 제 1 증착 물질(유기물)을 적층할 수 있다. 상술한 증착 장치를 이용하면, 진공 챔버에 제 1 기판(300)을 로딩하여 제 1 방향으로 이동시킨 뒤, 제 1 증착원을 가열하여 제 1 증착 물질(유기물)을 증착할 수 있다. 이때, 형성된 유기막층을 제 1 유기막층(330)이라 한다.
도 6c를 참조하면, 상기 제 1 유기막층(330)이 형성된 기판(300) 상부, 즉, 상기 제 1 유기막층(330) 상부에 제 2 증착 물질(무기물)을 적층할 수 있다. 상술한 증착 장치를 이용하면, 상기 제 1 유기막층(330)이 형성된 기판(300)을 제 2 방향으로 이동시킨 뒤 제 2 증착원을 가열하여 제 2 증착 물질(무기물)을 증착할 수 있다. 이때, 무기막층(340)의 두께는 상기 제 1 유기막층(330)보다 얇게 형성된다.
도 6d를 참조하면, 상기 제 1 유기막층(330)과 무기막층(340)이 형성된 기판(300) 상부, 즉, 상기 무기막층(340) 상부에 제 1 증착물질(유기물)을 다시 적층할 수 있다. 상술한 증착 장치를 이용하면, 제 1 유기막층(330)과 무기막층(340)이 형성된 기판(300)을 다시 제 1 방향으로 이동시킨 뒤 제 1 증착원을 가열하여 다시 한번 제 1 증착 물질(유기물)을 증착할 수 있다. 이때, 형성된 유기막층을 제 2 유기막층(350)이라 하고, 제 2 유기막층(350)의 두께는 제 1 유기막층(330)과 동일하며, 상기 무기막층(340)의 두께보다는 두껍게 형성될 수 있다.
제 2 유기막층(350)이 형성됨으로써, 상기 무기막층(340)은 제 1 유기막층(330)과 제 2 유기막층(350) 사이에 고립된 형태가 된다.
도 6e를 참조하면, 상기 제 1 유기막층(330) 및 제 2 유기막층(350) 사이에 형성된 무기막층(340)은 양자점(360)을 형성한다. 즉, 무기물은 표면 에너지가 유기물에 비해 상대적으로 높아 유기물과 섞이지 않고 뭉치게 되므로, 제 1 및 제 2 유기막층(330, 350) 사이에 형성된 무기막층(340)이 표면 에너지 차이로 인해 볼(ball) 형태로 양자점(360)을 형성하게 된다. 이때, 동일 파장 대역의 광을 발광할 수 있는 크기를 갖는 다수의 양자점(360)이 유기막 사이에서 양자점층을 형성되게 된다.
양자점(360)은 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생한다. 따라서 양자점(360)의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선을 표현하고, 여러 크기의 양자점(360)과 양자점(360)을 형성하는 물질을 달리하여 다양한 색을 동시에 구현할 수 있다. 이때, 형성되는 양자점(360)의 크기는 적층되는 무기물의 두께 및 사용하는 유기물과 무기물의 표면 에너지 특성 등에 의해 결정될 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층이 형성된 양자점 디스플레이의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 양자점 디스플레이는 제 1 기판(400), 제 1 전극(410), 정공 주입층(420), 발광층(430), 전자 수송층(440), 제 2 전극(450) 및 제 2 기판(460)이 순서대로 적층되어 형성되고, 상기 발광층(430)은 유기막(434) 사이에 다수의 양자점(432)으로 이루어진 다층의 양자점층을 포함할 수 있다.
도 6b 내지 도 6e와 같이 유기물 사이에 무기물을 얇게 형성하는 과정을 반복하여 다수의 양자점층을 상하로 적층할 수 있으며, 상기 정공 주입층과 발광층, 발광층과 전자 수송층 사이에는 보조층이 삽입되어 정공 및 전자 수송을 원활히 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 증착 장치, 그 방법 및 이를 이용한 양자점층 형성 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.
본 발명은 증착 공정을 진행하는 반도체 소자 및 디스플레이 디바이스를 제조하는데 이용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 증착 장치
10: 진공 챔버 20: 차단 부재
30: 이동 장치 40: 제 1 증착원
42: 제 1 노즐 44: 제 1 가열 장치
46: 제 1 증착 물질 50: 제 2 증착원
52: 제 2 노즐 54: 제 2 가열 장치
56: 제 2 증착 물질
300, 400: 제 1 기판 310, 410: 제 1 전극
320, 420: 정공 주입층 330: 제 1 유기막
340: 무기막 350: 제 2 유기막
360, 432: 양자점 434: 유기 물질
430: 발광층 440: 전자 수송층
450: 제 2 전극 460: 제 2 기판

Claims (23)

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  15. 기판에 유기물인 제 1 증착 물질을 증착하는 단계;
    상기 제 1 증착 물질 상에 상기 제 1 증착 물질보다 얇은 두께로 무기물인 제 2 증착 물질을 증착하는 단계;
    상기 제 2 증착 물질 상에 상기 제 1 증착 물질과 동일한 두께로 상기 제 1 증착 물질을 다시 한번 증착하여 상기 제 2 증착 물질을 고립시키는 단계; 및
    상기 제 1 증착 물질들 사이의 상기 제 2 증착 물질을 응집시켜 동일 파장 대역의 광을 발광할 수 있는 크기를 갖는 복수 개의 양자점들을 포함하는 양자점층을 형성하는 단계를 포함하는 양자점층 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 기판 상에는 제 1 전극 및 정공 주입층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 양자점층 형성 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 기판 상에는 제 2 전극 및 전자 수송층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 양자점층 형성 방법.
  18. 삭제
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 증착 물질은 상기 제 1 증착 물질 사이에 증착되고 상기 제 2 증착 물질의 적층 두께는 상기 제 1 증착 물질의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 양자점층 형성 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 증착 물질 및 상기 제 2 증착 물질은 열증발법을 이용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 양자점층 형성 방법.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 양자점층의 양자점 크기는 상기 제 1 증착 물질과 상기 제 2 증착 물질의 표면 에너지 차이 및 상기 제 2 증착 물질의 두께에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 양자점층 형성 방법.
  22. 삭제
  23. 제 15항에 있어서, 상기 양자점층은 상기 복수 개의 양자점들이 상하로 적층된 다층 구조인 양자점층 형성 방법.
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