KR102189266B1 - 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선을 조사하는 에너지원부 및 적외선을 조사하는 열원부를 구비한 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 박막 형성 장치를 이용하여 제조된 박막은 균일도가 향상되고, 박막의 오염도가 감소되는 효과를 나타낸다.

Description

박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법{Apparatus for forming a thin film and method of forming a thin film using the same}
본 발명은 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선을 조사하는 에너지원부 및 적외선을 조사하는 열원부를 구비한 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
다양한 재질을 갖는 기판의 변형 방지 목적이나 장기적인 보존 목적 또는 새로운 기능을 부여하기 위한 목적으로 다양한 물질의 코팅이 이루어진다. 따라서 재질의 특성이나 코팅하고자 하는 물질의 물성에 따라서 혹은 코팅 방법의 경제성에 따라 코팅 방법을 달리 선택하여 사용하고 있다. 주로 이용되는 코팅 방법으로는 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 또는 딥코팅 방법 등이 주로 사용되고 있으며 이외에도 다양한 방법들이 알려져 있다.
이 중 딥코팅 방법은 비교적 간단한 장치를 이용하여 표면의 질이 우수하고, 두께가 균일하며 안정적인 박막을 제조할 수 있는 이점이 있다. 딥코팅 방법이란 기판을 소정의 용액에 담근 후 일정 속도로 인출하는 방식을 이용하여 기판에 박막을 형성하는 방법으로, 상기 방법을 수회 이상 반복 수행하여 원하는 목적에 따라 소정의 두께를 갖는 박막을 형성시킬 수 있다.
그러나, 딥코팅의 경우 코팅된 기판이 액면으로부터 위로 올려질 때, 기판상의 코팅액에 중력이 작용하여 코팅액이 각 기판을 따라 늘어져서 원하는 박막 균일도를 얻지 못하거나 도포막을 정확하게 형성할 수 없다는 문제가 있다. 또한 코팅액이 도포된 기판을 열처리 장치로 옮기는 과정에서 박막이 오염되는 문제가 있다.
대한민국 특허 공개 제10-2006-0009973호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 자외선을 조사하는 에너지원부, 적외선을 조사하는 열원부, 및 딥코팅 장치를 포함한 신규한 박막 형성 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
기판 및 박막 형성용 용액을 수용하는 용기;
상기 기판을 고정시키는 고정 수단을 포함하고, 상기 기판을 상기 박막 형성용 용액 내에 침지시켰다가 들어올리기 위한 승강부;
상기 기판에 자외선을 조사하는 에너지원부; 및
상기 기판에 적외선을 조사하는 열원부; 를 구비한 박막 형성 장치를 제공한다.
본 발명은 자외선을 조사하는 에너지원부를 구비하고 있어, 기판에 자외선을 조사함으로써 기판의 표면 에너지를 증가시킬 수 있다. 상기 표면 에너지가 증가된 기판을 박막 형성용 용액에 침지한 후 액면 위로 인출하는 경우 상기 기판상의 박막 형성용 용액의 표면 장력을 감소시켜, 상기 용액에 중력이 작용함으로써 상기 용액이 기판을 따라 늘어지는 현상을 완화하는 효과를 나타낸다. 또한, 표면 에너지가 증가된 기판에 형성된 박막 전구체 물질은 저온 치밀화되므로, 소성(sintering) 온도를 낮추는 효과가 있다.
본 발명이 구비한 적외선을 조사하는 열원부는 박막 형성용 용액에 침지된 후 액면 위로 인출된 기판을 특별히 더 이동시키지 않고 상기 열원부에서 발생하는 복사열을 통해 열처리(heat treatment)가 가능하므로, 상기 기판을 열처리 장치로 옮김에 따라 발생하는 기판 오염을 감소시키는 효과를 나타낸다. 또한, 자외선이 조사된 기판을 사용함으로써 기판에 형성된 박막 전구체 물질의 소성 온도를 낮출 수 때문에 상기 복사열을 통한 열처리(heat treatment)만으로도 건조(drying) 및 소성(sintering)이 모두 가능하여 반드시 별도의 소성 단계를 포함 할 필요가 없다.
또한, 상기 승강부는 구동모터를 포함할 수 있고, 상기 구동모터가 작동함으로써 고정 수단에 의해 고정된 기판이 박막 형성용 용액에 침지되고 그 액면으로부터 인출될 수 있다.
본 발명의 박막 형성 장치에 있어서, 상기 적외선을 조사하는 열원부는 적외선 램프를 포함할 수 있으며, 상기 적외선 램프는 할로겐 램프일 수 있다.
본 발명의 박막 형성 장치에 있어서, 상기 박막 형성 장치는 박막 형성용 용액을 교반하는 교반 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 교반 수단을 통해 보다 균일한 박막 형성용 용액을 제조할 수 있다.
본 발명의 박막 형성 장치에 있어서, 상기 박막 형성 장치는 박막 형성용 용액의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 형성 장치에 있어서, 상기 온도 조절 수단은 상기 박막 형성용 용액의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한,
기판에 자외선을 조사하여 에너지를 가하는 제 1 단계;
상기 자외선이 조사된 기판을 박막 형성용 용액에 침지하는 제 2 단계;
상기 박막 형성용 용액에 침지된 기판을 들어 올리는 제 3 단계; 및
상기 들어 올린 기판에 적외선을 조사하여 열을 가하는 제 4 단계; 를 포함하는 본 발명의 박막 형성 장치를 이용한 박막 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 박막 형성 방법에 있어서, 상기 기판으로는 실리콘 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판, 금속 기판, 석영, 금속 산화물 기판 또는 금속 질화물 기판을 사용할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 또한 상기 자외선 조사 시간, 적외선 조사 시간, 박막 형성용 용액에 침지된 기판을 들어 올리는 속도 및 방법은 형성되는 박막의 종류 및 기판 종류에 따라 통상의 기술자가 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명의 박막 형성 방법에 있어서, 상기 제 1 단계 내지 제 3 단계를 n 회(n≥2) 수행한 후 제 4 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 형성 방법에 있어서, 상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 n 회(n≥2) 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 형성 방법에 있어서, 상기 제 4 단계 이후 상기 기판을 추가로 소성하는 제 5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제 4 단계를 통해 1차 소성이 가능하나, 목적하는 바에 따라 보다 고온의 소성 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 추가 소성 단계의 소성 온도 및 방법은 형성되는 박막의 종류 및 기판 종류에 따라 통상의 기술자가 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명의 박막 형성 장치는 자외선을 조사하는 에너지원부 및 적외선을 조사하는 열원부를 포함함으로써 상기 박막 형성 장치를 이용하여 제조된 박막은 균일도가 향상되고, 박막의 오염도가 감소되는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 에너지원부 및 열원부를 포함한 박막 형성 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치에서 기판에 자외선 조사가 이루어지는 것을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치에서 기판이 박막 형성용용액에 침지되는 것을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 장치에서 기판에 적외선 조사가 이루어지는 것을 보여주는 단면도이다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 형성 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 박막 형성 장치는, 기판(B) 및 박막 형성용 용액(A)을 수용하는 용기(120), 상기 기판(B)을 고정시키는 고정 수단(115)을 포함하고, 상기 기판을 상기 박막 형성용 용액 내에 침지시켰다가 들어올리기 위한 승강부(110), 상기 기판에 자외선을 조사하는 에너지원부(130) 및 상기 기판에 적외선을 조사하는 열원부(140)를 포함할 수 있다. 상기 승강부(110)는 구동모터(114)와 고정 수단(115)을 연결하는 연결 부재(113)를 포함할 수 있다. 상기 구동모터(114)는 직류 전동기 또는 교류 전동기일 수 있다. 또한 상기 구동모터(114)는 회전 부재(rotating machine)를 더 포함할 수 있으며, 상기 회전 부재의 외부에는 상기 연결 부재(113)가 감길 수 있으며, 상기 회전 부재의 작동으로 상기 연결 부재(113)의 길이가 신축될 수 있다.
상기 승강부(110)에는 상기 연결 부재(113)가 신축될 수 있는 지지대(111)가 형성될 수 있다. 상기 지지대(111)는 직육면체의 형상으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 지지대(111)의 일단에는 제 1 도르래(112a)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 도르래(112a)는 원판 형상일 수 있다. 상기 제1 도르래(112a)는 상기 지지대(111)를 관통하는 제1 중심축(112c)을 통해서 상기 지지대(111)에 고정될 수 있다. 상기 제1 도르래(112a)의 측면으로 수평 유지대(116)가 형성될 수 있다. 상기 수평 유지대(116)는 상기 지지대(111)에 대하여 수직 방향으로 연장된 형상일 수 있다. 상기 수평 유지대(116)의 일측에는 제2 도르래(112b)가 형성될 수 있다. 상기 제2 도르래(112b)도 원판 형상 일 수 있다. 상기 제2 도르래(112b)는 상기 수평 유지대(116)를 관통하는 제2 중심축(112d)를 통해서 상기 수평 유지대(116)에 고정될 수 있다. 상기 제1, 2 도르래는 원판 형상의 중앙 부위에 홈(groove)이 형성될 수 있다. 상기 홈을 통해서 상기 연결 부재(113)가 배치될 수 있다. 상기 연결 부재(113)는 상기 제1, 2 도르래(112a, b)의 회전에 따라 길이가 신장되거나 축소될 수 있다.
상기 연결 부재(113)의 일단에는 고정 수단(115) 및 상기 고정 수단에 의해 고정된 기판(B)이 형성될 수 있다. 상기 고정 수단(115)의 일단은 상기 연결 부재(113)에 고정되고, 상기 고정 수단(115)의 타단에는 기판(B)이 고정될 수 있다.
상기 기판(B)은 실리콘 기판, 플라스틱 기판, 유리 기판, 금속 기판, 석영, 금속 산화물 기판 또는 금속 질화물 기판일 수 있으며 이에 제한되지 않는다.
상기 수평 유지대(116)의 아래 면으로 자외선을 조사하는 에너지원부(130)가 형성될 수 있다. 상기 에너지원부(130)는 자외선 램프(131)와 자외선 램프 지지대(132)를 포함할 수 있다. 상기 자외선 램프(131)는 자외선을 상기 기판(B)에 수직으로 조사할 수 있도록 배치될 수 있다. 상기 기판(B)은 상기 승강부(110)의 작동으로 상기 자외선 램프(131)가 조사되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 에너지원부(130)의 아래 쪽에는 적외선을 조사하는 열원부(140)가 형성될 수 있다. 상기 열원부(140)에는 적외선 램프(141)와 적외선 램프 지지대(142)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 적외선 램프(141)에는 할로겐 램프를 포함할 수 있다.
상기 적외선 램프를 이용한 가열 방식은 적외선 복사 광선(infrared radiation)을 이용하여 상기 적외선 램프(141)의 입력 전력만을 조절하여 100 ?/sec의 속도까지 상승시킬 수 있다. 상기 적외선 램프를 이용하여 상기 기판(B)의 표면 온도를 쉽게 조절할 수 있다. 상기 적외선 램프(141)는 격자 별 광원을 구비하여 국소적으로 차별적인 가열을 수행하는 것이 가능할 수 있다.
상기 열원부(140)의 아래쪽에는 박막 형성용 용액(A)을 수용하는 용기(120) 가 형성될 수 있다. 상기 용기(120)는 상기 기판(B)이 전부 잠길 수 있는 높이를 가질 수 있다. 상기 용기(120)는 상기 기판(B)이 수직하게 입사될 수 있는 폭을 가질 수 있다. 상기 용기(120)에는 박막 형성용 용액(A)을 포함할 수 있다. 상기 박막 형성용 용액(A)은 목적하는 박막의 종류에 따라 통상의 기술자가 자유롭게 선택할 수 있다.
도 1에 도시하지는 않았으나 본 발명의 박막 형성 장치는 균일한 박막 형성용 용액의 제조를 위해 박막 형성용 용액을 교반하는 교반 수단을 더 포함할 수 있다. 또한 박막 형성용 용액의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단을 더 포함할 수 있으며, 상기 온도 조절 수단은 상기 박막 형성용 용액의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 박막 형성 장치를 이용한 박막 형성 방법을 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법을 박막 형성 장치의 작동 순서대로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 형성 방법은 기판(B)을 박막 형성용 용액(A)에 침지하기 전에 기판의 불순물을 제거하기 위해 자외선을 조사하는 에너지원부(130)에 배치할 수 있다. 상기 기판(B)이 에너지원부(130)에 배치되면 상기 자외선 램프(131)를 사용해서 자외선을 조사할 수 있다. 상기 자외선의 조사로 상기 기판(B)의 표면 에너지는 증가되고 기판(B)의 유기물은 제거될 수 있다.
도 3을 참조하면 상기 에너지원부(130)에서 표면 에너지가 증가한 기판(B)이 박막 형성용 용액(A)에 침지될 수 있다. 상기 기판을 박막 형성용 용액에 침지시키는 속도는 상기 구동모터(114)의 회전 부재의 동작으로 조절할 수 있다. 상기 구동모터(114)의 회전 동작은 상기 기판(B)과 상기 기판(B)과 연결된 연결 부재(113)의 상하 운동으로 전환될 수 있다.
상기 박막 형성용 용액(A)에 침지된 기판(B)은 상기 박막 형성용 용액(A)과 반응을 일으킬 수 있다. 상기 박막 형성용 용액과 상기 기판의 반응으로 기판의 표면에는 반응 생성물이 형성될 수 있다.
소정 시간 경과 후 상기 반응 생성물이 형성된 기판(B)을 상기 박막 형성용 용액에서 인출할 수 있다. 상기 인출 속도 또한 구동모터(114)의 회전 운동으로 조절될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 박막 형성용 용액에서 인출된 상기 반응 생성물이 형성된 기판(B)은 적외선을 조사하는 열원부(140)로 이동될 수 있다. 상기 열원부(140)에서 적외선의 조사로 상기 기판(B) 상에 형성된 반응 생성물에 대한 열처리 과정(heat treatment)이 진행될 수 있다.
상기 열처리 과정에서의 열처리 온도는 적외선 램프에 대한 제어로 조절될 수 있으며, 상기 열처리를 통해 상기 기판 상에 형성된 반응 생성물에 대한 건조 및 소성이 이루어지게 된다.
상기 과정은 목적하는 박막을 형성하기 위해 n회 이상 반복 수행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판 및 박막 형성용 용액을 수용하는 용기;
    상기 기판을 고정시키는 고정 수단을 포함하고, 상기 기판을 상기 박막 형성용 용액 내에 침지시켰다가 들어올리기 위한 승강부;
    상기 기판에 자외선을 조사하는 에너지원부; 및
    상기 기판에 적외선을 조사하는 열원부; 를 포함하고,
    상기 열원부는 상기 기판과 박막 형성용 용액의 반응으로 기판의 표면에 생성된 반응 생성물에 대한 건조 및 소성을 수행하는 것을 특징으로 하는 것인 박막 형성 장치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적외선을 조사하는 열원부는 할로겐 램프를 포함하는 것인 박막 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 형성 장치는 박막 형성용 용액을 교반하는 교반 수단을 더 포함하는 것인 박막 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막 형성 장치는 박막 형성용 용액의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단을 더 포함하는 것인 박막 형성 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 온도 조절 수단은 상기 박막 형성용 용액의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서를 더 포함하는 것인 하는 박막 형성 장치.
  6. 제1항에 따른 박막 형성 장치를 이용한 박막 형성 방법으로, 상기 방법은:
    기판에 자외선을 조사하여 에너지를 가하는 제 1 단계;
    상기 자외선이 조사된 기판을 박막 형성용 용액에 침지하는 제 2 단계;
    상기 박막 형성용 용액에 침지된 기판을 들어 올리는 제 3 단계; 및
    상기 들어 올린 기판에 적외선을 조사하여 열을 가하는 제 4 단계; 를 포함하고,
    상기 제 4 단계는 상기 기판과 박막 형성용 용액의 반응으로 기판의 표면에 생성된 반응 생성물에 대한 건조 및 소성을 수행하는 것을 특징으로 하는 것인, 박막 형성 방법.

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 내지 제 3 단계를 n 회(n≥2) 수행한 후 제 4 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 내지 제 4 단계를 n 회(n≥2) 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
  9. 삭제
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