KR102233750B1 - Method of forming metal oxide thin film and metal oxide thin film printing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기상 제트 프린팅을 이용한 금속 산화물 박막의 형성 방법 및 금속 산화물 박막 프린팅 장치에 관한 것으로, 상기 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것; 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 제1 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시키는 것; 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 기판 상에 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The present invention relates to a method of forming a metal oxide thin film and an apparatus for printing a metal oxide thin film using gas phase jet printing, wherein the method of forming the metal oxide thin film comprises: vaporizing a first metal oxide precursor; Introducing the vaporized first metal oxide precursor into a mixing chamber using a first carrier gas; Spraying the introduced first metal oxide precursor onto a substrate through a micronozzle connected to a lower end of the mixing chamber to form a first metal oxide precursor layer on the substrate; And forming a first metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the first metal oxide precursor layer.
Description
본 발명은 금속 산화물 박막의 형성 방법 및 금속 산화물 박막 프린팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기상 제트 프린팅을 이용한 금속 산화물 박막의 형성 방법 및 금속 산화물 박막 프린팅 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a metal oxide thin film forming method and a metal oxide thin film printing apparatus, and more particularly, to a metal oxide thin film forming method and a metal oxide thin film printing apparatus using vapor jet printing.
금속 산화물 박막은, 대표적인 부도체로서는 MOSFET의 게이트 절연막으로, 반대로 전도체로서는 디스플레이 및 에너지 소자의 투명전극으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근에는 실리콘을 대체하기 위한 반도체로서 많이 개발되고 있으며, 예를 들어 OLED 또는 UD 디스플레이의 백플레인용 박막 트랜지스터(TFT) 또는 투명전자소자 박막 트렌지스터(TFT)의 전하수송층으로 사용되고 있다. 특히, 금속 산화물 소재 중 아연 산화물(ZnO) 박막은 산소 함량에 따라 또는 도핑물질에 따라 전도성 및 반도체성의 제어가 가능한 물질로, 이를 전하수송층으로 적용한 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.The metal oxide thin film is widely used as a gate insulating film of a MOSFET as a typical non-conductor, and as a conductor as a transparent electrode for displays and energy devices. Recently, it has been developed a lot as a semiconductor to replace silicon, and is used as a charge transport layer of, for example, a thin film transistor (TFT) for a backplane of an OLED or UD display or a thin film transistor (TFT) of a transparent electronic device. In particular, a zinc oxide (ZnO) thin film among metal oxide materials is a material capable of controlling conductivity and semiconductor properties according to oxygen content or doping material, and thin film transistors using this as a charge transport layer include liquid crystal displays and organic electroluminescent displays. It can be applied to a large area display.
일반적으로 사용되고 있는 금속 산화물 박막은 주로 스퍼터링, e-beam 등과 같은 진공 증착 공정으로 제조되고 있다. 이들 공정은 양질의 산화막을 제공할 수 있으나, 고온의 조건 또는 높은 운동에너지를 갖는 입자를 사용하므로, 사용 가능한 하부 물질 또는 기판에 큰 제약이 있다. 또한, 금속 산화물 박막의 미세패턴을 형성하기 위해서 고가의 광식각공정이 필요한 문제가 있다. Generally used metal oxide thin films are mainly manufactured by vacuum deposition processes such as sputtering and e-beam. These processes can provide a high-quality oxide film, but since particles having high kinetic energy or high temperature conditions are used, there is a great limitation on a usable lower material or substrate. In addition, there is a problem that an expensive optical etching process is required to form a fine pattern of a metal oxide thin film.
한편, CVD 공정 또는 PECVD 공정의 경우, 비교적 낮은 진공에서도 수행될 수 있으나, 샤워 헤드(shower head)를 이용하여 전구체를 기판 상에 전체적으로 증착시켜 금속 산화물 박막을 형성한다. 즉, 상기 CVD 공정 또는 PECVD 공정 역시 별도의 패터닝 공정을 필요로 한다. 또한 상기 CVD 공정 또는 PECVD 공정은 고에너지 반응으로 인하여 기판 상에 손상이 이루어질 수 있기 때문에 유연 기판에 적용하기 어려운 문제가 있다.On the other hand, in the case of a CVD process or a PECVD process, it can be performed even in a relatively low vacuum, but a metal oxide thin film is formed by depositing the precursor entirely on the substrate using a shower head. That is, the CVD process or PECVD process also requires a separate patterning process. In addition, since the CVD process or the PECVD process may damage the substrate due to a high energy reaction, it is difficult to apply it to a flexible substrate.
한편, 직접 미세 패터닝이 가능한 프린팅 기술 중에는 대표적으로 습식 기반의 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 오프셋 프린링 등이 활용되고 있는데, 유기물 기반 소재의 경우 양산을 위한 공정으로 개발되고 있다. 습식 공정의 경우 사용하는 용매에 의한 기판 침해가 크고, 적층 구조에서는 층간 소재간의 간섭이 존재하여 다층 구조를 활용하는 소자에서는 활용이 제한된다. 이러한 단점을 개선한 유기 기상 제트 프린팅(Organic Vapor-Jet Printing; OVJP) 공정은 유기반도체를 가열하여 기화시키고, 이를 불활성 캐리어 가스를 사용하여 노즐로 이동시키고, 이어서 이를 제트 분사하는 공정이다. 기상젯 방식의 경우 용매를 사용하지 않으므로, 소재와 기판의 제약이 덜하고, 잉크젯에서 발생하는 용매효과에 의한 패터닝 정밀도의 감소가 없는 장점이 있다. 하지만, 유기반도체를 제외한 금속 산화물의 경우에는, 상기 금속 산화물의 기화 온도가 1000℃ 이상으로 매우 높아 기판에 손상을 가할 수 있다는 점에서, 상기 유기 기상 제트 프린팅 공정을 금속 산화물 박막 형성에 적용하기 어려운 문제가 있다.
Meanwhile, among printing technologies capable of direct fine patterning, wet-based screen printing, inkjet printing, and offset printing are typically used, and organic materials-based materials are being developed as a process for mass production. In the case of a wet process, the invasion of the substrate by the solvent used is large, and the interference between interlayer materials exists in the laminated structure, so its utilization is limited in a device using a multilayer structure. The organic vapor-jet printing (OVJP) process, which has improved these disadvantages, is a process of heating an organic semiconductor to vaporize it, moving it to a nozzle using an inert carrier gas, and then jetting it. In the case of the gaseous jet method, since a solvent is not used, there are less restrictions on the material and the substrate, and there is no reduction in patterning precision due to the solvent effect generated in the ink jet. However, in the case of metal oxides excluding organic semiconductors, the vaporization temperature of the metal oxides is very high above 1000° C., which can damage the substrate, making it difficult to apply the organic vapor jet printing process to metal oxide thin film formation there is a problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 패터닝 공정이 필요 없는 금속 산화물 박막의 형성 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of forming a metal oxide thin film that does not require a separate patterning process.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 금속 산화물 박막의 형성 방법을 구현하기 위한 금속 산화물 박막 프린팅 장치를 제공하는 것이다.
Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a metal oxide thin film printing apparatus for implementing the method of forming the metal oxide thin film.
본 발명의 개념에 따른, 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것; 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 제1 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시키는 것; 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 기판 상에 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to the concept of the present invention, a method of forming a metal oxide thin film includes vaporizing a first metal oxide precursor; Introducing the vaporized first metal oxide precursor into a mixing chamber using a first carrier gas; Spraying the introduced first metal oxide precursor onto a substrate through a micronozzle connected to a lower end of the mixing chamber to form a first metal oxide precursor layer on the substrate; And forming a first metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the first metal oxide precursor layer.
상기 제1 금속 산화물 전구체는, 상기 제1 금속 산화물 전구체와 동일한 금속 원소를 포함하는 제1 금속 산화물보다 더 높은 압력 및 더 낮은 온도에서 기화 가능한 유기 금속 화합물일 수 있다.The first metal oxide precursor may be an organometallic compound capable of vaporizing at a higher pressure and lower temperature than the first metal oxide including the same metal element as the first metal oxide precursor.
상기 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것은, 용매가 존재하지 않는 조건에서 상기 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것을 포함할 수 있다.Vaporizing the first metal oxide precursor may include vaporizing the first metal oxide precursor under a condition in which a solvent is not present.
상기 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것은, 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 기판 상의 제1 영역으로 분사하여, 상기 제1 영역 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 제1 영역에 인접하는 제2 영역으로 분사하여, 소정의 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 소정의 패턴은 상기 제1 영역 상의 제1 금속 산화물 전구체층 및 이와 연결되는 상기 제2 영역 상의 제1 금속 산화물 전구체층을 포함할 수 있다.Forming the first metal oxide precursor layer may include spraying the introduced first metal oxide precursor to a first region on the substrate to form the first metal oxide precursor layer on the first region; And spraying the introduced first metal oxide precursor to a second region adjacent to the first region to form a predetermined pattern. In this case, the predetermined pattern may include a first metal oxide precursor layer on the first region and a first metal oxide precursor layer on the second region connected thereto.
상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양은 상기 제1 캐리어 가스의 유량에 의해 조절될 수 있다.The amount of the first metal oxide precursor introduced into the mixing chamber may be adjusted by the flow rate of the first carrier gas.
상기 전자기파의 조사는 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 형성과 동시에 또는 상기 제1 금속 산화물 전구체층 형성 후에 수행되는 것일 수 있다.The electromagnetic wave irradiation may be performed simultaneously with the formation of the first metal oxide precursor layer or after the formation of the first metal oxide precursor layer.
상기 제1 금속 산화물층을 형성하는 것은, 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 소정의 영역에 전자기파를 조사하여, 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 일부를 상기 제1 금속 산화물층으로 전환시키는 것을 포함할 수 있다.Forming the first metal oxide layer includes irradiating an electromagnetic wave to a predetermined region of the first metal oxide precursor layer to convert a part of the first metal oxide precursor layer into the first metal oxide layer. I can.
상기 전자기파는 자외선, 적외선, 가시광선, 마이크로웨이브, 감마선 및 X선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electromagnetic wave may include at least one of ultraviolet rays, infrared rays, visible rays, microwaves, gamma rays, and X rays.
상기 제1 금속 산화물층을 형성하는 것은, 전자기파 조사 후 후열처리를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.Forming the first metal oxide layer may further include performing post-heat treatment after irradiation with electromagnetic waves.
한편, 본 발명의 개념에 따른 상기 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 제2 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것; 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 제2 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시키는 것; 유입된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 또는 상기 제1 금속 산화물층 상에 제2 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및 상기 제2 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제2 금속 산화물층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the method of forming the metal oxide thin film according to the concept of the present invention includes vaporizing a second metal oxide precursor; Introducing the vaporized second metal oxide precursor into a mixing chamber using a second carrier gas; The introduced second metal oxide precursor is sprayed onto the substrate through a micronozzle connected to the lower end of the mixing chamber to form a second metal oxide precursor layer on the first metal oxide precursor layer or the first metal oxide layer. To do; And forming a second metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the second metal oxide precursor layer.
나아가, 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제1 금속 산화물층 및 상기 제2 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제2 금속 산화물층은 순차적으로 적층될 수 있다.Further, the first metal oxide layer formed using the first metal oxide precursor layer and the second metal oxide layer formed using the second metal oxide precursor layer may be sequentially stacked.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 상기 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체를 각각 기화시키는 것; 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 각각 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시켜, 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체의 혼합물을 형성하는 것; 상기 혼합물을 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 기판 상에 복합 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및 상기 복합 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 복합 금속 산화물층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to another concept of the present invention, a method of forming the metal oxide thin film includes vaporizing a first metal oxide precursor and a second metal oxide precursor, respectively; The vaporized first metal oxide precursor and the vaporized second metal oxide precursor are introduced into a mixing chamber using a first carrier gas and a second carrier gas, respectively, so that the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor are Forming a mixture; Spraying the mixture onto a substrate through a micro nozzle connected to a lower end of the mixing chamber to form a composite metal oxide precursor layer on the substrate; And forming a composite metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the composite metal oxide precursor layer.
상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양 및 상기 제2 금속 산화물 전구체의 양은, 각각 상기 제1 캐리어 가스의 유량 및 상기 제2 캐리어 가스의 유량에 의해 조절될 수 있고, 상기 복합 금속 산화물층의 조성은, 상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양 및 상기 제2 금속 산화물 전구체의 양에 의해 조절될 수 있다.The amount of the first metal oxide precursor and the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber may be adjusted by a flow rate of the first carrier gas and a flow rate of the second carrier gas, respectively, and the composite metal The composition of the oxide layer may be adjusted by the amount of the first metal oxide precursor and the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber.
본 발명의 개념에 따른, 금속 산화물 박막 프린팅 장치는, 제1 금속 산화물 전구체를 수용하고, 상기 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키기 위한 제1 가열기를 구비한 제1 저장 챔버; 상기 제1 저장 챔버와 연결되어, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체가 제1 캐리어 가스와 함께 유입되고, 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 상기 제1 캐리어 가스가 하단에 연결된 마이크로 노즐로 이동하는 혼합 챔버; 상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양을 조절하는 제1 캐리어 가스 밸브; 상기 제1 금속 산화물 전구체를 분사하는 마이크로 노즐; 상기 제1 금속 산화물 전구체를 제1 금속 산화물로 전환시키기 위한 전자기파를 조사하는 제1 전자기파 조사기; 기판을 로딩하고, 상기 기판 상에 제1 금속 산화물 전구체층이 형성되는 제1 스테이지; 상기 제1 스테이지로부터 이동된 상기 기판을 로딩하고, 상기 기판 상에 상기 전자기파가 조사되어 상기 제1 금속 산화물 전구체층으로부터 제1 금속 산화물층이 형성되는 제2 스테이지를 포함할 수 있다.According to the concept of the present invention, a metal oxide thin film printing apparatus includes: a first storage chamber including a first heater for receiving a first metal oxide precursor and vaporizing the first metal oxide precursor; A mixing chamber connected to the first storage chamber, wherein the vaporized first metal oxide precursor is introduced together with a first carrier gas, and the first metal oxide precursor and the first carrier gas move to a micro nozzle connected to the lower end ; A first carrier gas valve controlling an amount of the first metal oxide precursor introduced into the mixing chamber; A micro nozzle spraying the first metal oxide precursor; A first electromagnetic wave irradiator for irradiating an electromagnetic wave for converting the first metal oxide precursor into a first metal oxide; A first stage in which a substrate is loaded and a first metal oxide precursor layer is formed on the substrate; And a second stage in which a first metal oxide layer is formed from the first metal oxide precursor layer by loading the substrate moved from the first stage and irradiating the electromagnetic wave on the substrate.
이때, 상기 기판은 유연 기판일 수 있고, 상기 유연 기판은 롤에 의해 상기 제1 스테이지로부터 상기 제2 스테이지로 이동할 수 있다.In this case, the substrate may be a flexible substrate, and the flexible substrate may be moved from the first stage to the second stage by a roll.
나아가, 이의 내부에 상기 제1 저장 챔버, 상기 혼합 챔버, 상기 마이크로 노즐, 상기 제1 전자기파 조사기, 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지를 구비하는 증착 챔버를 더 포함할 수 있다.Further, a deposition chamber including the first storage chamber, the mixing chamber, the micro nozzle, the first electromagnetic wave irradiator, the first stage and the second stage may be further included therein.
또한, 상기 제2 스테이지 상에서, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 또는 상기 제1 금속 산화물층을 선택적으로 가열하기 위한 전자기파를 조사하는 제2 전자기파 조사기를 더 포함할 수 있다.In addition, on the second stage, a second electromagnetic wave irradiator for irradiating electromagnetic waves for selectively heating the first metal oxide precursor layer or the first metal oxide layer may be further included.
본 발명의 개념에 따른 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치는, 제2 금속 산화물 전구체를 수용하고, 상기 제2 금속 산화물 전구체를 기화시키기 위한 제2 가열기를 구비한 제2 저장 챔버; 및 상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제2 금속 산화물 전구체의 양을 조절하는 제2 캐리어 가스 밸브를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 혼합 챔버는 상기 제2 저장 챔버와 연결되어, 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체가 제2 캐리어 가스와 함께 유입될 수 있고, 상기 마이크로 노즐은 제1 금속 산화물 전구체, 제2 금속 산화물 전구체 또는 이들의 혼합물을 분사할 수 있다.The metal oxide thin film printing apparatus according to the concept of the present invention includes: a second storage chamber containing a second metal oxide precursor and having a second heater for vaporizing the second metal oxide precursor; And a second carrier gas valve that adjusts the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber. In this case, the mixing chamber is connected to the second storage chamber so that the vaporized second metal oxide precursor may be introduced together with a second carrier gas, and the micronozzle is a first metal oxide precursor and a second metal oxide precursor. Alternatively, a mixture of these can be sprayed.
상기 혼합 챔버는 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체가 혼합될 수 있고, 상기 마이크로 노즐은 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체의 혼합물을 분사할 수 있다.In the mixing chamber, the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor may be mixed, and the micro nozzle may spray a mixture of the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor.
상기 제1 캐리어 가스 밸브 및 제2 캐리어 가스 밸브를 개별적으로 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
It may further include a controller for individually controlling the first carrier gas valve and the second carrier gas valve.
본 발명은 유기 금속 화합물과 같은 금속 산화물 전구체를 사용하여 기상 제트 프린팅 공정을 수행함으로써, 직접 금속 산화물을 사용하는 경우와 비교하여 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 금속 산화물 박막을 형성할 수 있다. 따라서 공정 조건에 민감한 기판이나 다른 박막들을 특별한 제약 없이 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 별도의 패터닝 공정 없이도 금속 산화물 박막을 프린팅하여 바로 패턴을 형성할 수 있다. 나아가, 상기 낮은 증착 조건을 이용하여 유연 기판이 적용되는 롤-투-롤 공정을 구현할 수 있으며, 여기에 대면적 전자기파 조사를 수행하여 생산성을 높일 수 있다.In the present invention, by performing a vapor phase jet printing process using a metal oxide precursor such as an organometallic compound, a metal oxide thin film can be formed under relatively low deposition conditions compared to the case of using a metal oxide directly. Therefore, substrates or other thin films that are sensitive to process conditions can be used without special restrictions. In addition, according to the present invention, a pattern can be formed immediately by printing a metal oxide thin film without a separate patterning process. Further, it is possible to implement a roll-to-roll process in which a flexible substrate is applied using the low deposition conditions, and increase productivity by performing large-area electromagnetic wave irradiation thereon.
나아가 본 발명은 2개 이상의 서로 다른 금속 산화물 전구체를 사용함으로써, 다층 구조를 갖는 금속 산화물 박막 또는 2개 이상의 금속 성분을 포함하는 복합 금속 산화물 박막을 하나의 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 복합 금속 산화물 박막의 경우, 이의 조성을 용이하게 조절할 수 있다.
Further, according to the present invention, by using two or more different metal oxide precursors, a metal oxide thin film having a multilayer structure or a composite metal oxide thin film including two or more metal components can be formed in one process. In addition, in the case of the composite metal oxide thin film, its composition can be easily adjusted.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치를 도시한 개요도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 가스 공급기를 도시한 개요도이다.
도 1c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치를 도시한 개요도이다.
도 2a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치를 도시한 개요도이다.
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치를 도시한 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝된 금속 산화물 전구체층의 형성 방법을 도시한 개요도이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 방법을 도시한 개요도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 금속 산화물층 및 제2 금속 산화물층이 순차적으로 적층된 다층 구조물(SS)을 형성하는 방법 방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 금속 산화물층을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트렌지스터의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따른 비교예 1의 박막 및 실시예 1의 박막 각각의 굴절률을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따른 비교예 1의 박막 및 실시예 1의 박막 각각의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 따른 실시예 1의 박막의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.1A is a schematic diagram illustrating an apparatus for printing a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
1B is a schematic diagram showing a carrier gas supplier according to an embodiment of the present invention.
1C is a schematic diagram showing an apparatus for printing a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
2A is a schematic diagram illustrating an apparatus for printing a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
2B is a schematic diagram showing an apparatus for printing a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are schematic diagrams illustrating a method of forming a patterned metal oxide precursor layer according to an embodiment of the present invention.
5A to 5C are schematic diagrams illustrating a patterning method according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
7A to 7C are cross-sectional views illustrating a method of forming a multilayer structure SS in which a first metal oxide layer and a second metal oxide layer are sequentially stacked according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
9A and 9B are cross-sectional views illustrating a method of forming a composite metal oxide layer according to another embodiment of the present invention.
10A to 10C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the refractive index of each of the thin film of Comparative Example 1 and the thin film of Example 1 according to an experimental example of the present invention.
12 is a graph showing X-ray diffraction analysis results of the thin film of Comparative Example 1 and the thin film of Example 1 according to an experimental example of the present invention.
13 is a graph showing electrical characteristics of the thin film of Example 1 according to an experimental example of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when it is mentioned that a film (or layer) is on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on the other film (or layer) or substrate, or a third film between them (Or a layer) may be interposed. In addition, in the drawings, the size and thickness of components are exaggerated for clarity. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions and films are limited by these terms. It shouldn't be. These terms are only used to distinguish one region or film (or layer) from another region or film (or layer). Accordingly, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In the present specification, the expression'and/or' is used as a meaning including at least one of the elements listed before and after. Parts indicated by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.
이하, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법, 금속 산화물 박막 프린팅 장치 및 박막 트렌지스터의 제조 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of forming a metal oxide thin film, an apparatus for printing a metal oxide thin film, and a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성을 위한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)를 도시한 개요도이다.1A is a schematic diagram showing a metal oxide thin
도 1a를 참조하면, 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는, 제1 금속 산화물 전구체(2)를 수용하는 제1 저장 챔버(140), 상기 제1 저장 챔버(140)와 연결되는 혼합 챔버(130), 제1 캐리어 가스(3)의 유량을 조절하는 제1 캐리어 가스 밸브(160), 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 분사하는 마이크로 노즐(120), 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 금속 산화물로 전환시키기 위하여 전자기파를 조사하는 전자기파 조사기(180) 및 기판(1)을 로딩하는 스테이지(110)를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는 상기 제1 저장 챔버(140) 및 혼합 챔버(130)을 둘러싸는 외피(135)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1A, the metal oxide thin
상기 제1 저장 챔버(140)는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시키기 위한 제1 가열기(145)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가열기(145)는 상기 제1 저장 챔버(140) 내의 온도를 약 500℃까지 가열할 수 있으며, 일례로 상기 제1 저장 챔버(140) 내의 온도를 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 기화 가능한 온도로 조절할 수 있다. 나아가 상기 제1 저장 챔버(140)는 복수로 형성될 수 있다. 상기 제1 저장 챔버들(140)의 각각은 내부에 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 수용할 수 있다.The
상기 혼합 챔버(130)로, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 제1 캐리어 가스(3)와 함께 유입될 수 있다. 상기 제1 저장 챔버(140)와 상기 혼합 챔버(130)는 이동 통로(150)로 연결될 수 있으며, 상기 이동 통로(150)를 통해 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 상기 혼합 챔버(130)로 유입될 수 있다. 상기 혼합 챔버(130)의 일 축 말단(상단)은 제1 캐리어 가스 이동 통로(155)와 연결될 수 있으며, 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(155)를 통해 상기 제1 캐리어 가스(3)가 상기 혼합 챔버(130)로 유입될 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(155) 상에는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)가 위치할 수 있으며, 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)를 통해 상기 혼합 챔버(130)로 유입되는 제1 캐리어 가스(3)의 유량을 조절할 수 있다. 상기 혼합 챔버(130)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 양은 상기 제1 캐리어 가스(3)의 유량에 의해 조절될 수 있기 때문에, 결과적으로 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)를 이용하여 상기 혼합 챔버(130)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 양을 조절할 수 있다.The vaporized first
상기 혼합 챔버(130)의 다른 일 축 말단(하단)은 상기 마이크로 노즐(120)과 연결될 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 상기 제1 캐리어 가스(3)에 의해 상기 혼합 챔버(130)를 따라 상기 마이크로 노즐(120)로 이동하며, 상기 마이크로 노즐(120)을 통하여 상기 기판(1) 상으로 제트(jet) 분사될 수 있다. 상기 마이크로 노즐(120)은 제3 가열기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제3 가열기는 상기 마이크로 노즐(120) 내의 온도를 상기 제1 저장 챔버(140) 내의 온도와 동일 또는 더 높은 온도로 가열할 수 있다. 이로써 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 상기 혼합 챔버(130)를 이동하면서 냉각되어 상기 마이크로 노즐(120) 내에서 응축되는 문제를 방지할 수 있다. 상기 마이크로 노즐(120)의 구경은 형성하고자 하는 제1 금속 산화물 전구체층 또는 제1 금속 산화물층(4)의 선폭에 따라 변경될 수 있다.The other axial end (lower end) of the mixing
상기 전자기파 조사기(180)는 상기 외피(135) 및 마이크로 노즐(120)과 이격되어 위치할 수 있으며, 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 제1 금속 산화물로 전환시킬 수 있는 전자기파를 조사할 수 있다. 상기 전자기파는 자외선, 적외선, 가시광선, 마이크로웨이브, 감마선 및 X선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전자기파 조사기(180)는 램프 방식의 대면적 광원 또는 LED, 레이저 등의 직접 광원을 포함할 수 있다.The
상기 스테이지(110)는 상기 마이크로 노즐(120) 아래에 위치할 수 있으며, 상기 스테이지(110)의 상부 상에는 상기 기판(1)이 로딩될 수 있다. 상기 기판(1)은 상기 마이크로 노즐(120)과 소정의 거리만큼 이격될 수 있으며, 상기 마이크로 노즐(120)과 상기 스테이지(110) 사이에 위치할 수 있다. 상기 기판(1) 상에는 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)로부터 형성된 제1 금속 산화물 전구체층(미도시), 또는 전자기파가 조사되어 상기 제1 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 제1 금속 산화물층(4)이 위치할 수 있다.The
상기 스테이지(110)는 제1 방향(D1), 상기 제1 방향(D1)에 교차하는 제2 방향(D2) 및 상기 상기 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 모두에 수직하는 제3 방향(D3)으로 선택적으로 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 기판(1) 상에 형성된 상기 제1 금속 산화물층(4)의 패턴 형태가 결정될 수 있다. 상기 제1 금속 산화물층(4)으로 이루어진 패턴 형성에 관해서는 후술한다.The
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(155)와 연결되는 캐리어 가스 공급기(170)를 포함할 수 있다. 상기 캐리어 가스 공급기(170)는 상기 혼합 챔버(130) 내부로 상기 제1 캐리어 가스(3)를 유입시킬 수 있다.The metal oxide thin
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캐리어 가스 공급기(170)를 도시한 개요도이다.1B is a schematic diagram showing the
도 1b를 참조하면, 상기 캐리어 가스 공급기(170)는 유량계(171) 및 예열기(172)를 포함할 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스(3)는 상기 유량계(171) 및 예열기(172)를 통과하여 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(155)에 유입될 수 있다. 상기 유량계(171)는 상기 제1 캐리어 가스(3)의 유량을 모니터링할 수 있으며, 상기 예열기(172)는 상기 제1 캐리어 가스(3)를 적정 온도까지 승온할 수 있다.Referring to FIG. 1B, the
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어기(190)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제어기(190)는 펄스 제너레이터를 통해 디지털 신호로 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)를 제어할 수 있다. 이로써 상기 제1 캐리어 가스 밸브(160)는 고속으로 제어될 수 있다.The metal oxide thin
상기 제어기(190)는 상기 제1 저장 챔버(140)에 구비된 상기 제1 가열기(145) 및 상기 마이크로 노즐(120)에 구비된 상기 제3 가열기(미도시)를 제어할 수 있으며, 이로써 상기 제1 저장 챔버(140) 내의 온도 및 상기 마이크로 노즐(120) 내의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제1 저장 챔버(140) 내의 온도 및 상기 마이크로 노즐(120) 내의 온도가 서로 다를 수 있도록 상기 제1 가열기(145) 및 상기 제3 가열기를 개별적으로 제어할 수 있다.The
상기 제어기(190)는 상기 전자기파 조사기(180)를 제어할 수 있으며, 이로써 상기 전자기파 조사기(180)에서 방출되는 전자기파의 주파수, 강도, 조사 시간, 조사 면적 등을 제어할 수 있다.The
상기 제어기(190)는 상기 스테이지(110)를 제어할 수 있으며, 이로써 상기 스테이지(110)의 이동 방향 등을 제어할 수 있다.The
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는 증착 챔버(300)를 더 포함할 수 있으며, 상기 증착 챔버(300)의 내부에는 상기 제1 저장 챔버(140), 상기 혼합 챔버(130), 상기 마이크로 노즐(120), 상기 전자기파 조사기(180) 및 상기 스테이지(110)가 위치할 수 있다. 즉 상기 증착 챔버(300) 내부에서, 상기 기판(1) 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층 및/또는 상기 제1 금속 산화물층(4)이 형성될 수 있다. 상기 증착 챔버(300)는 이의 내부 공간을 외부 환경과 이격시켜 상기 외부 환경으로부터 단절시킴으로써, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 및/또는 상기 제1 금속 산화물 전구체층 형성을 위한 환경을 제공할 수 있다. 한편, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 쉽게 기화 가능하기 때문에, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 및/또는 상기 제1 금속 산화물층(4)의 형성은 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서도 가능할 수 있다. 상기 상대적으로 낮은 증착 조건은, 대기압에 가까운 높은 압력 및 약 200℃ 이하의 낮은 온도일 수 있다. 상기 전자기파 조사기(180)는 진공 또는 고온 조건 하에 위치하기 어렵다는 문제가 있다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)는 상기 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 박막을 형성할 수 있기 때문에, 상기 전자기파 조사기(180)는 상기 증착 챔버(300) 내부에 위치할 수 있다. 이로써 상기 전자기파 조사기(180)가 상기 마이크로 노즐(120)과 연동하여, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 분사 및 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 전환을 하나의 장치 내에서 효과적으로 수행할 수 있다.The metal oxide thin
상기 증착 챔버(300)는 진공 펌프(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 진공 펌프를 이용하여 이의 내부 공간 내의 압력을 조절할 수 있다. 이로써, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 기화 및 증착을 위한 압력 조건, 예를 들어 10mmHg 내지 760mmHg의 저진공 조건을 형성할 수 있다.
The
도 1c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성을 위한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')를 도시한 개요도이다. 여기에서는 도 1a를 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)와 구별되는 구성만을 설명한다.1C is a schematic diagram showing a metal oxide thin
도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')의 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로의 응용예가 나타나 있다. 구체적으로, 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는 기판(1)을 로딩하는 제1 스테이지(110a), 이동된 상기 기판(1)을 로딩하는 제2 스테이지(110b), 상기 제2 스테이지(110b)에 로딩된 상기 기판(1) 상에 전자기파를 조사하는 제1 전자기파 조사기(180a)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 기판(1)은 유연 기판일 수 있고, 이 경우 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는 상기 유연 기판을 제1 스테이지(110a)로부터 상기 제2 스테이지(110b)로 이동시키기 위한 롤(195)을 더 포함할 수 있다. 이로써, 제1 금속 산화물 전구체의 증착 및 제1 금속 산화물 전구체로부터 제1 금속 산화물로의 전환이 연속적 및 순차적으로 이루어지는 롤-투-롤 공정을 구현할 수 있다.Referring to FIG. 1C, an application example of a metal oxide thin film printing apparatus 100' according to an embodiment of the present invention to a roll-to-roll process is shown. Specifically, the metal oxide thin film printing apparatus 100' includes a
앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)와 달리, 상기 제1 스테이지(110a) 및 제2 스테이지(110b)는 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 선택적으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 스테이지(110a) 및 제2 스테이지(110b)는 일체화될 수 있다. 상기 기판(1)은 상기 롤(195)에 의해 제1 방향(D1)으로 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 기판(1) 상에 형성된 상기 제1 금속 산화물층(4)의 패턴 형태가 결정될 수 있다. 또는, 상기 제1 금속 산화물 전구체를 분사하는 마이크로 노즐(120) 자체가 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 선택적으로 이동하면서 상기 제1 금속 산화물층(4)의 패턴 형태가 결정될 수 있으며, 이는 특별히 제한되는 것은 아니다.Unlike the metal oxide thin
상기 제1 스테이지(110a) 상에서는, 로딩된 상기 기판(1) 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체가 분사되어, 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 형성될 수 있다. 이후, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 형성된 기판(1)은 상기 제2 스테이지(110b) 상으로 이동될 수 있다.On the
상기 제2 스테이지(110b) 상에서는, 로딩된 상기 기판(1) 상에 전자기파가 조사되어, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')으로부터 제1 금속 산화물층(4)이 형성될 수 있다. 상기 전자기파는 상기 제1 전자기파 조사기(180a)를 통해 조사될 수 있다.On the
상기 제1 전자기파 조사기(180a)는 상기 기판(1) 상에 대면적으로 전자기파를 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 스테이지(110a)상에서 형성된 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 패턴을 일괄적으로 제1 금속 산화물층(4) 패턴으로 전환시킬 수 있다. 이로써 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.The first
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는, 상기 제2 스테이지(110b) 상에서, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 또는 상기 제1 금속 산화물층(4)을 선택적으로 가열하기 위한 전자기파를 조사하는 제2 전자기파 조사기(180b)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 상기 제1 전자기파 조사기(180a)보다 전단에 배치되어, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')을 선택적으로 가열할 수 있다. 또는, 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 상기 제1 전자기파 조사기(180a)보다 후단에 배치되어, 상기 제1 금속 산화물층(4)을 선택적으로 가열할 수 있다. 이로써 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')으로부터 상기 제1 금속 산화물층(4)으로의 전환율을 더 높일 수 있다. 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 상기 제1 전자기파 조사기(180a)와 마찬가지로, 상기 기판(1) 상에 대면적으로 전자기파를 조사할 수 있다. 상기 제2 전자기파 조사기(180b)로부터 조사되는 전자기파는 상기 기판(1) 상의 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 및/또는 제1 금속 산화물층(4)의 온도를 선택적으로 올릴 수 있는 가시광선 또는 적외선 영역의 광일 수 있다. 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 플래시 램프(flash lamp) 또는 펄스 레이저(pulse laser) 등을 포함할 수 있다.The metal oxide thin
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는 증착 챔버(300)를 더 포함할 수 있으며, 상기 증착 챔버(300)의 내부에는 상기 제1 저장 챔버(140), 상기 혼합 챔버(130), 상기 마이크로 노즐(120), 상기 제1 전자기파 조사기(180a), 상기 제2 전자기파 조사기(180b), 상기 제1 스테이지(110a) 및 상기 제2 스테이지(110b)가 위치할 수 있다. 상기 증착 챔버(300)는 앞서 도 1a를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100)와 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 박막을 형성할 수 있기 때문에, 상기 제1 전자기파 조사기(180a) 및 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 상기 증착 챔버(300) 내부에 위치할 수 있다. 이로써, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 증착 및 전환을 하나의 장치 내에서 수행하는 연속적인 롤-투-롤 공정 구현이 가능하다.The metal oxide thin
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')는 상기 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 박막을 형성할 수 있기 때문에, 제1 금속 산화물 전구체의 증착 및 제1 금속 산화물 전구체로부터 제1 금속 산화물로의 전환을 별개의 스테이지에서 수행할 수 있다. 이로써, 제1 금속 산화물 전구체층(4') 패턴이 제2 스테이지(110b) 상에서 대면적 전자기파 조사로 인하여 일괄적으로 제1 금속 산화물층(4) 패턴으로 전환될 수 있다.
As described above, since the metal oxide thin
도 2a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성을 위한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)를 도시한 개요도이다.2A is a schematic diagram showing a metal oxide thin
도 2a를 참조하면, 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)는, 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 수용하는 제1 저장 챔버(240a), 제2 금속 산화물 전구체(2b) 를 수용하는 제2 저장 챔버(240b), 상기 제1 저장 챔버(240a) 및 제2 저장 챔버(240b)와 연결되는 혼합 챔버(230), 제1 캐리어 가스(3a)의 유량을 조절하는 제1 캐리어 가스 밸브(260a), 제2 캐리어 가스(3b)의 유량을 조절하는 제2 캐리어 가스 밸브(260b), 금속 산화물 전구체(2a, 2b)를 분사하는 마이크로 노즐(220), 분사된 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)를 금속 산화물로 전환시키기 위하여 전자기파를 조사하는 전자기파 조사기(280) 및 기판(1)을 로딩하는 스테이지(210)를 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)는 제1 금속 산화물 전구체(2a), 제2 금속 산화물 전구체(2b) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 금속 산화물은 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 이용하여 형성된 제1 금속 산화물, 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 이용하여 형성된 제2 금속 산화물 또는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물을 이용하여 형성된 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the metal oxide thin
상기 제1 저장 챔버(240a)는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 기화시키기 위한 제1 가열기(245a)를 포함할 수 있고, 상기 제2 저장 챔버(240b)는 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 기화시키기 위한 제2 가열기(245b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가열기(245a) 및 제2 가열기(245b)는 각각 상기 제1 저장 챔버(240a) 및 상기 제2 저장 챔버(240b) 내의 온도를 약 500℃까지 가열할 수 있다. 일례로, 상기 제1 가열기(245a)는 상기 제1 저장 챔버(240a) 내의 온도를 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)가 기화 가능한 온도로 조절할 수 있으며, 상기 제2 가열기(245b) 역시 상기 제2 저장 챔버(240b) 내의 온도를 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)가 기화 가능한 온도로 조절할 수 있다. 상기 제1 저장 챔버(240a)는 제1 캐리어 가스 이동 통로(255a)와 연결될 수 있고, 상기 제2 저장 챔버(240b)는 제2 캐리어 가스 이동 통로(255b)와 연결될 수 있다. The
상기 혼합 챔버(230)로, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)가 제1 캐리어 가스(3a)와 함께 유입될 수 있고, 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)가 제2 캐리어 가스(3b)와 함께 유입될 수 있다. 상기 제1 저장 챔버(240a)와 상기 혼합 챔버(230)는 제1 이동 통로(250a)로 연결될 수 있으며, 상기 제2 저장 챔버(240b)와 상기 혼합 챔버(230)는 제2 이동 통로(250b)로 연결될 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(255a)를 통해 상기 제1 캐리어 가스(3a)가 상기 제1 저장 챔버(240a)로 유입될 수 있고, 유입된 상기 제1 캐리어 가스(3a)는 상기 제1 저장 챔버(240a) 내에서 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)와 함께 상기 제1 이동 통로(250a)를 통하여 상기 혼합 챔버(230)로 유입될 수 있다. 상기 제2 캐리어 가스 이동 통로(255b)를 통해 상기 제2 캐리어 가스(3b)가 상기 제2 저장 챔버(240b)로 유입될 수 있고, 유입된 상기 제2 캐리어 가스(3b)는 상기 제2 저장 챔버(240b) 내에서 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)와 함께 상기 제2 이동 통로(250b)를 통하여 상기 혼합 챔버(230)로 유입될 수 있다.Into the mixing
상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(255a) 상에는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a)가 위치할 수 있으며, 상기 제2 캐리어 가스 이동 통로(255b) 상에는 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)가 위치할 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a)를 통해 상기 제1 저장 챔버(240a) 및 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제1 캐리어 가스(3a)의 유량을 조절할 수 있으며, 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 통해 상기 제2 저장 챔버(240b) 및 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제2 캐리어 가스(3b)의 유량을 조절할 수 있다. 일례로, 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양은 상기 제1 캐리어 가스(3a)의 유량에 의해 조절될 수 있기 때문에, 결과적으로 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a)를 이용하여 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양을 조절할 수 있다. 이와 동일한 원리로, 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 이용하여 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 조절할 수 있다.The first
상기 혼합 챔버(230)의 일 축 말단(상단)은 제3 캐리어 가스 이동 통로(255c)와 연결될 수 있으며, 상기 제3 캐리어 가스 이동 통로(255c)를 통해 제3 캐리어 가스(3c)가 상기 혼합 챔버(230)로 유입될 수 있다. 상기 제3 캐리어 가스 이동 통로(255c) 상에는 상기 제3 캐리어 가스 밸브(260c)가 위치할 수 있으며, 상기 제3 캐리어 가스 밸브(260c)를 통해 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제3 캐리어 가스(3c)의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제3 캐리어 가스(3c)는 혼합 챔버(230)로 유입된 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)와 함께 상기 혼합 챔버(230)를 따라 이동할 수 있다. 일례로, 상기 제3 캐리어 가스(3c)의 유량을 조절하여, 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)의 상기 혼합 챔버(230) 내에서의 유속 및 상기 마이크로 노즐(220)에서의 분사 속도 등을 조절할 수 있다. One axial end (upper end) of the mixing
상기 혼합 챔버(230)의 다른 일 축 말단(하단)은 상기 마이크로 노즐(220)과 연결될 수 있다. 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)는 상기 제3 캐리어 가스(3c)에 의해 상기 혼합 챔버(230)를 따라 상기 마이크로 노즐(220)로 이동하며, 상기 마이크로 노즐(220)을 통하여 상기 기판(1) 상으로 제트 분사 될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 캐리어 가스 밸브(260a)로 제어되는 제1 캐리어 가스(3a)의 유량 및 제2 캐리어 가스 밸브(260b)로 제어되는 제2 캐리어 가스(3b)의 유량에 의해, 상기 마이크로 노즐(220)을 통하여 분사되는 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)는 제1 금속 산화물 전구체(2a), 제2 금속 산화물 전구체(2b) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 제1 캐리어 가스 밸브(260a)가 개방되고 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)가 폐쇄되는 경우, 상기 마이크로 노즐(220)을 통하여 제1 금속 산화물 전구체(2a)가 분사될 수 있다. 제1 캐리어 가스 밸브(260a)가 개방되고 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)가 개방되는 경우, 상기 마이크로 노즐(220)을 통하여 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물이 분사될 수 있다.The other axial end (lower end) of the mixing
상기 마이크로 노즐(220)은 제3 가열기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제3 가열기는 상기 마이크로 노즐(220) 내의 온도를 상기 제1 저장 챔버(240a) 내의 온도 또는 상기 제2 저장 챔버(240b) 내의 온도와 동일 또는 더 높은 온도로 가열할 수 있다. 이로써 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)가 상기 혼합 챔버(230)를 통하여 냉각되어, 상기 마이크로 노즐(220) 내에서 응축되는 문제를 방지할 수 있다. 상기 마이크로 노즐(220)의 구경은 형성하고자 하는 금속 산화물 전구체층 또는 금속 산화물층(4a, 4b)의 선폭에 따라 변경될 수 있다.The
상기 전자기파 조사기(280)는 상기 혼합 챔버(230) 및 마이크로 노즐(220)과 이격되어 위치할 수 있으며, 분사된 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)를 금속 산화물로 전환시킬 수 있는 전자기파를 조사할 수 있다. 이는 앞서 도 1a를 통해 설명한 바와 같다.The
상기 스테이지(210)는 상기 마이크로 노즐(220) 아래에 위치할 수 있으며, 상기 스테이지(210) 상에는 상기 기판(1)이 로딩될 수 있다. 상기 기판(1)은 상기 마이크로 노즐(220)과 소정의 거리만큼 이격될 수 있으며, 상기 마이크로 노즐(220)과 상기 스테이지(210) 사이에 위치할 수 있다. 상기 기판(1) 상에는 분사된 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)로부터 형성된 금속 산화물 전구체층, 또는 전자기파가 조사되어 상기 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 금속 산화물층(4a, 4b)이 위치할 수 있다. 상기 금속 산화물 전구체층은 제1 금속 산화물 전구체(2a)로부터 형성된 제1 금속 산화물 전구체층, 제2 금속 산화물 전구체(2b)로부터 형성된 제2 금속 산화물 전구체층, 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물로부터 형성된 복합 금속 산화물 전구체층을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물층(4a, 4b)은 상기 제1 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 제1 금속 산화물층(4a), 상기 제2 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 제2 금속 산화물층(4b) 및 상기 복합 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 복합 금속 산화물층을 포함할 수 있다.The
상기 스테이지(210)는 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 선택적으로 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 기판(1) 상에 형성된 상기 금속 산화물층(4a, 4b)의 패턴 형태가 결정될 수 있다.The
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)는 상기 제1 캐리어 가스 이동 통로(255a)와 연결되는 제1 캐리어 가스 공급기(270a), 상기 제2 캐리어 가스 이동 통로(255b)와 연결되는 제2 캐리어 가스 공급기(270b), 상기 제3 캐리어 가스 이동 통로(255c)와 연결되는 제3 캐리어 가스 공급기(270c)를 포함할 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스 공급기(270a), 제2 캐리어 가스 공급기(270b) 및 제3 캐리어 가스 공급기(270c)의 각각은 앞서 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 캐리어 가스 공급기(170)와 동일하다.The metal oxide thin
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a), 제2 캐리어 가스 밸브(260b) 및 제3 캐리어 가스 밸브(260c) 각각의 개방 및 폐쇄를 제어하는 제어기(290)를 포함할 수 있다. 상기 제어기(290)는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a), 제2 캐리어 가스 밸브(260b) 및 제3 캐리어 가스 밸브(260c)를 각각 개별적으로 제어할 수 있으며, 따라서 마이크로 노즐(220)을 통하여 분사되는 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)의 조성을 제어할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제어기(290)는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a)를 개방하여 제1 금속 산화물 전구체(2a)가 분사되도록 할 수 있고, 또는 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a) 및 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 모두 개방하여 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물이 분사되도록 할 수 있다. 나아가, 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a) 및 상기 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 제어하여 상기 제1 캐리어 가스(3a) 및 상기 제2 캐리어 가스(3b)의 유량을 제어하고, 결과적으로 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물의 조성을 제어할 수 있다. 일례로, 상기 제어기(290)는 펄스 제너레이터를 통해 디지털 신호로 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a), 제2 캐리어 가스 밸브(260b) 및 제3 캐리어 가스 밸브(260c)를 각각 고속으로 제어할 수 있다.The metal oxide thin
상기 제어기(290)는 상기 제1 저장 챔버(240a)에 구비된 상기 제1 가열기(245a), 제2 저장 챔버(240b)에 구비된 상기 제2 가열기(245b) 및 상기 마이크로 노즐(220)에 구비된 상기 제3 가열기(미도시) 각각을 제어할 수 있다. 이는 앞서 도 1a를 통해 설명한 바와 같다.The
상기 제어기(290)는 상기 전자기파 조사기(280)를 제어할 수 있으며, 이는 앞서 도 1a를 통해 설명한 바와 같다.The
상기 제어기(290)는 상기 스테이지(210)를 제어할 수 있으며, 이는 앞서 도 1a를 통해 설명한 바와 같다.The
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)는 증착 챔버(400)를 더 포함할 수 있으며, 이는 앞서 도 1a를 통해 설명한 바와 같다. 상기 증착 챔버(400)의 내부에는 상기 제1 저장 챔버(240a), 제2 저장 챔버(240b), 혼합 챔버(230), 마이크로 노즐(220), 전자기파 조사기(280) 및 스테이지(210)가 위치할 수 있다. 나아가 상기 증착 챔버(400)는 이의 내부 공간 내의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프(미도시)를 구비할 수 있다.
The metal oxide thin
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성을 위한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')를 도시한 개요도이다. 여기에서는 도 2a를 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)와 구별되는 구성만을 설명한다.2B is a schematic diagram showing a metal oxide thin
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')의 롤-투-롤 공정으로의 응용예가 나타나 있다. 구체적으로, 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')는 기판(1)을 로딩하는 제1 스테이지(210a), 이동된 상기 기판(1)을 로딩하는 제2 스테이지(210b), 상기 제2 스테이지(210b)에 로딩된 상기 기판(1) 상에 전자기파를 조사하는 제1 전자기파 조사기(280a)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 기판(1)은 유연 기판일 수 있고, 이 경우 상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')는 상기 유연 기판을 제1 스테이지(210a)로부터 상기 제2 스테이지(210b)로 이동시키기 위한 롤(295)을 더 포함할 수 있다. 이로써, 금속 산화물 전구체의 증착 및 금속 산화물 전구체로부터 금속 산화물로의 전환이 연속적 및 순차적으로 이루어지는 롤-투-롤 공정을 구현할 수 있다. 상기 제1 스테이지(210a), 상기 제2 스테이지(210b), 상기 제1 전자기파 조사기(280a) 및 상기 롤(295)은 앞서 도 1c를 참조하여 설명한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')의 경우와 동일하다.Referring to FIG. 2B, an application example of a metal oxide thin film printing apparatus 200' according to an embodiment of the present invention to a roll-to-roll process is shown. Specifically, the metal oxide thin
상기 제1 스테이지(210a) 상에서는, 로딩된 상기 기판(1) 상에 상기 금속 산화물 전구체가 분사되어, 금속 산화물 전구체층(4a', 4b')이 형성될 수 있다. 이후, 상기 금속 산화물 전구체층(4a', 4b')이 형성된 기판(1)은 상기 제2 스테이지(110b) 상으로 이동될 수 있다. 상기 금속 산화물 전구체층(4a', 4b')은 제1 금속 산화물 전구체(2a)로부터 형성된 제1 금속 산화물 전구체층(4a'), 제2 금속 산화물 전구체(2b)로부터 형성된 제2 금속 산화물 전구체층(4b'), 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물로부터 형성된 복합 금속 산화물 전구체층을 포함할 수 있다.On the
상기 제2 스테이지(210b) 상에서는, 로딩된 상기 기판(1) 상에 전자기파가 조사되어, 상기 금속 산화물 전구체층(4a', 4b')으로부터 금속 산화물층(4a, 4b)이 형성될 수 있다. 상기 전자기파는 상기 제1 전자기파 조사기(280a)를 통해 조사될 수 있다. 상기 금속 산화물층(4a, 4b)은 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4a')으로부터 형성된 제1 금속 산화물층(4a), 상기 제2 금속 산화물 전구체층(4b')으로부터 형성된 제2 금속 산화물층(4b) 및 상기 복합 금속 산화물 전구체층으로부터 형성된 복합 금속 산화물층을 포함할 수 있다.On the
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')는, 상기 제2 스테이지(210b) 상에서, 상기 금속 산화물 전구체층(4a', 4b') 또는 상기 금속 산화물층(4a, 4b)을 선택적으로 가열하기 위한 전자기파를 조사하는 제2 전자기파 조사기(280b)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 전자기파 조사기(280b)는 앞서 도 1c를 참조하여 설명한 금속 산화물 박막 프린팅 장치(100')의 경우와 동일하다.The metal oxide thin
상기 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200')는 증착 챔버(400)를 더 포함할 수 있으며, 상기 증착 챔버(400)의 내부에는 상기 제1 저장 챔버(240a), 상기 제2 저장 챔버(240b), 상기 혼합 챔버(230), 상기 마이크로 노즐(220), 상기 제1 전자기파 조사기(280a), 상기 제2 전자기파 조사기(280b), 상기 제1 스테이지(210a) 및 상기 제2 스테이지(210b)가 위치할 수 있다. 상기 증착 챔버(400)는 앞서 도 2a를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(200)와 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막 프린팅 장치(400')는 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 박막을 형성할 수 있기 때문에, 상기 제1 전자기파 조사기(280a) 및 상기 제2 전자기파 조사기(280b)는 상기 증착 챔버(400) 내부에 위치할 수 있다. 이로써, 상기 금속 산화물 전구체(2a, 2b)의 증착 및 전환을 하나의 장치 내에서 수행하는 연속적인 롤-투-롤 공정 구현이 가능하다.
The metal oxide thin
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 3을 참조하면, 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시킬 수 있다(S100). 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 자외선과 같은 전자기파가 인가되는 경우, 제1 금속 산화물로 전환될 수 있는 물질이며, 구체적으로 제1 금속 산화물보다 더 높은 압력 및 더 낮은 온도에서 기화 가능한 유기 금속 화합물일 수 있다. 여기서, 상기 제1 금속 산화물은 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)와 동일한 금속 원소를 포함하는 금속 산화물일 수 있다. 일반적으로 금속 산화물을 기화시키기 위해서는 10mmHg 이하의 고진공 조건 및 1000℃ 이상의 고온 조건이 필요하다. 따라서, 상기 금속 산화물을 직접 이용하여 기상 제트 프린팅을 수행할 경우, 분사된 상기 금속 산화물의 높은 온도로 인해 기판 또는 박막이 손상을 입을 수 있는 문제가 있다. 그러나, 분자 내에 C, H, O 등을 포함하는 유기 금속 화합물을 기화시키기 위해서는 10mmHg 이하의 고진공 조건뿐만 아니라, 10mmHg 내지 760mmHg의 저진공 조건 및 400℃이하의 저온 조건 하에서도 가능하다. 따라서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 제1 금속 산화물을 직접 기화시키는 경우와 비교하여, 더 높은 압력 및 더 낮은 온도에서 기화 가능할 수 있다. 또한, 기상 제트 프린팅에 있어, 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 온도는 비교적 저온이기 때문에 기판 또는 박막에 손상을 주지 않을 수 있다.1A and 3, the first
일례로, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 아연 아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate)일 수 있으며, 상기 아연 아세틸아세토네이트에 자외선을 조사하는 경우 아연 산화물(ZnO)로 전환될 수 있다.For example, the first
상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 제1 저장 챔버(140) 내에 수용될 수 있으며, 상기 제1 저장 챔버(140) 내에 구비된 제1 가열기(145)를 통해 가열될 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 이의 기화 온도 이상으로 가열되는 경우, 상기 제1 저장 챔버(140) 내에서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 기화될 수 있다.The first
상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시키는 것은, 용매가 존재하지 않는 조건에서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시키는 것을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 용매가 첨가된 용액 상태로 상기 제1 저장 챔버(140) 내에 수용되는 것이 아니라, 용매 없이 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)만이 상기 제1 저장 챔버(140) 내에 수용될 수 있다. 추가적인 용매 없이 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시키는 경우, 후술할 제1 금속 산화물층(4) 형성에 있어서 불순물이 추가적으로 포함되지 않을 수 있다. 또한, 기상 제트 프린팅 공정에서는 분사된 액적이 건조되면서 중심부보다 주변 테두리가 두꺼운 패턴이 형성되는 커피스테인 효과가 발생할 수 있는데, 추가적인 용매가 없기 때문에 상기 커피스테인 효과를 방지할 수 있다.Vaporizing the first
도 1a 및 도 3을 참조하면, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 제1 캐리어 가스(3)를 이용하여 혼합 챔버(130) 로 유입시킬 수 있다(S110). 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 상기 제1 저장 챔버(140)와 상기 혼합 챔버(130) 사이에 위치한 이동 통로(150)를 통해 상기 혼합 챔버(130)로 이동할 수 있다. 이때, 상기 제1 캐리어 가스(3)는 상기 혼합 챔버(130)에 유입되어 흐르면서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 이동시킬 수 있다. 이러한 원리로, 상기 혼합 챔버(130)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 양은 상기 제1 캐리어 가스(3)의 유량에 의해 조절될 수 있다. 상기 혼합 챔버(130)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 양은 후술할 제1 금속 산화물 전구체(2)의 분사량 및 기판(1) 상의 제1 금속 산화물 전구체(2)의 증착량과 대응하기 때문에, 상기 분사량 및 상기 증착량을 제1 캐리어 가스(3)의 유량으로 조절할 수 있다. 추가적으로, 제1 저장 챔버(140) 내의 온도를 높이거나 공정 압력을 낮춰 제1 금속 산화물 전구체(2)의 기화량을 증가시킴으로써, 상기 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2)의 양을 증가시킬 수도 있다.1A and 3, the vaporized first
상기 제1 캐리어 가스(3)는 불활성 기체일 수 있으며, 예를 들어, 헬륨, 질소 및 아르곤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
도 1a 및 도 3을 참조하면, 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 상기 혼합 챔버(130)의 하단에 연결된 마이크로 노즐(120)을 통해 기판(1) 상으로 분사할 수 있다(S120). 이어서, 상기 기판(1) 상에 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)로부터 제1 금속 산화물 전구체층이 형성될 수 있다(S130).1A and 3, the introduced first
상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 상기 제1 캐리어 가스(3)에 의해 상기 혼합 챔버(130)를 따라 상기 마이크로 노즐(120)로 이동할 수 있다. 이어서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 상기 제1 캐리어 가스(3)에 의해 상기 마이크로 노즐(120)을 통하여 기판(1) 상으로 제트 분사 될 수 있다. 상기 마이크로 노즐(120)은 제3 가열기(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 제3 가열기를 사용하여 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 응축을 방지할 수 있다.The first
상기 마이크로 노즐(120)에서 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 냉각되어 응축됨으로써, 상기 기판(1) 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 형성할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체층은 아연 아세틸아세토네이트(zinc acetylacetonate)층일 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체층은 기판(1) 상에 추가적인 열처리 없이, 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 스스로 냉각되어 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 승화 온도는 제1 금속 산화물의 승화 온도에 비해 상당히 낮으므로, 기판(1) 상에 열손상을 주지 않으면서 상기 제1 금속 산화물 전구체층이 형성될 수 있다.The first
도 4a 내지 4c는 패터닝된 제1 금속 산화물 전구체층의 형성 방법을 나타낸 개요도이다.4A to 4C are schematic diagrams illustrating a method of forming a patterned first metal oxide precursor layer.
도 4a를 참조하면, 형성하고자 하는 제1 금속 산화물 전구체층의 패턴 영역(P)을 정의할 수 있다. 상기 패턴 영역(P)은 상기 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)으로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 패턴 영역(P)을 기판(1) 상에 L 형태로 정의할 수 있고, 상기 패턴 영역(P)은 제1 방향(D1)으로 연장되는 상기 제1 영역(A1) 및 상기 제1 영역(A1)과 접하면서 제2 방향(D2)으로 연장되는 상기 제2 영역(A2)을 포함한다.Referring to FIG. 4A, a pattern region P of a first metal oxide precursor layer to be formed may be defined. The pattern area P may include the first area A1 and the second area A2. As an example, the pattern region P may be defined in an L shape on the
도 4b를 참조하면, 상기 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 각각 상에, 순차적으로 제1 금속 산화물 전구체층(4')을 형성할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')은, 상기 마이크로 노즐(120)로부터 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 기판(1) 표면에 증착됨으로써 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제1 영역(A1) 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')을 제1 방향(D1)으로 형성하는 경우, 상기 기판(1)을 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 이동시키면서 형성할 수 있다. 이어서 상기 제2 영역(A2) 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')을 제2 방향(D2)으로 형성하는 경우, 상기 기판(1)을 제2 방향(D2)의 반대 방향으로 이동시키면서 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4B, a first metal
도 4c를 참조하면, 상기 패턴 영역(P) 상에 상기 소정의 패턴(4'P)의 형성될 수 있다. 일례로 도 4b를 다시 참조하면, 상기 소정의 패턴(4'P)은 상기 제1 영역(A1) 상에 형성된 제1 금속 산화물 전구체층(4') 및 상기 제2 영역(A2) 상에 형성된 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 연결된 형태일 수 있다.Referring to FIG. 4C, the predetermined pattern 4'P may be formed on the pattern area P. For example, referring again to FIG. 4B, the predetermined pattern 4'P is formed on the first metal oxide precursor layer 4'and the second area A2. The first metal
본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 상기와 같이 마이크로 노즐(120)에서 제1 금속 산화물 전구체(2)가 분사되기 때문에, 상기 기판(1) 상에 제1 금속 산화물 전구체층을 국소적으로 형성할 수 있다. 따라서, 별도의 패터닝 공정이 없이도 패터닝된 제1 금속 산화물 전구체층을 형성할 수 있고, 이로부터 패터닝된 제1 금속 산화물층을 형성할 수 있다. In the method of forming a metal oxide thin film according to the present invention, since the first
도 1a 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층(4)을 형성할 수 있다(S140). 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하는 경우, 이의 내부의 C, H가 이탈하면서 상기 제1 금속 산화물층(4)이 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제1 금속 산화물 전구체층이 아연 아세틸아세토네이트층인 경우, 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이, 상기 아연 아세틸아세토네이트층에 자외선을 조사하여 아연 산화물층을 형성할 수 있다.1A and 3, the first
[반응식 1][Scheme 1]
Zn(C5H7O2)2(S)·H2O → ZnO(S)+2C5H8O2(g)Zn(C 5 H 7 O 2 ) 2 (S) H 2 O → ZnO(S)+2C 5 H 8 O 2 (g)
상기 전자기파는 자외선, 적외선, 가시광선, 마이크로웨이브, 감마선 및 X선 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)의 종류에 따라 당업자가 적절히 선택하여 사용할 수 있다.The electromagnetic wave may include at least one of ultraviolet rays, infrared rays, visible rays, microwaves, gamma rays, and X rays, and may be appropriately selected and used by a person skilled in the art according to the type of the first
상기 전자기파의 조사는 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 형성과 동시에 또는 상기 제1 금속 산화물 전구체층 형성 후에 조사할 수 있다. 일례로, 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 형성과 동시에 상기 전자기파를 조사하는 경우, 상기 제1 금속 산화물 전구체층이 증착되면서, 동시에 제1 금속 산화물층(4)으로 전환될 수 있다. 다른 예로, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 형성 후에 상기 전자기파를 조사하는 경우, 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 원하는 영역에 형성한 후에 후처리로 상기 전자기파를 조사할 수 있다. 이 경우, 기판(1) 상에 적층된 다층 구조의 금속 산화물 전구체층들 중에서, 어느 한 금속 산화물 전구체층만을 선택적으로 금속 산화물층으로 전환시킬 수 있다. 또는 평면적 관점에서, 형성된 금속 산화물 전구체층의 일부 영역만을 금속 산화물층으로 전환시킬 수 있다. 후자의 경우를 보다 구체적으로 아래와 같이 설명한다.The electromagnetic wave may be irradiated simultaneously with the formation of the first metal oxide precursor layer or after the formation of the first metal oxide precursor layer. For example, when the electromagnetic wave is irradiated with the formation of the first metal oxide precursor layer, the first metal oxide precursor layer may be deposited and simultaneously converted to the first
도 5a 내지 5c는 형성된 금속 산화물 전구체층의 일부 영역만을 제1 금속 산화물층으로 전환시키는 패터닝 방법을 나타낸 개요도이다.5A to 5C are schematic diagrams illustrating a patterning method in which only a partial region of the formed metal oxide precursor layer is converted into a first metal oxide layer.
도 5a를 참조하면, 기판(1) 상에 제1 금속 산화물 전구체층(4')을 형성할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')은, 상기 마이크로 노즐(120)로부터 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)가 기판(1) 표면에 증착됨으로써 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5A, a first metal
도 5b를 참조하면, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 형성된 후, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')의 소정의 영역(A3)에 전자기파를 조사할 수 있다. 상기 소정의 영역(A3)은 원하는 제1 금속 산화물층(4)의 패턴 형태에 따라 정의될 수 있다. 상기 전자기파는 전자기파 조사기(180)를 통해 조사될 수 있다. 일례로, 제1 방향(D1)으로 연장된 상기 소정의 영역(A3)에 전자기파를 조사하는 경우, 상기 기판(1)을 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 이동시키면서 조사할 수 있다.Referring to FIG. 5B, after the first metal
도 5c를 참조하면, 상기 소정의 영역(A3)과 대응하는 패턴(P3)이 형성될 수 있다. 상기 패턴(P3)은 상기 소정의 영역(A3) 상에 전자기파가 조사됨으로써, 상기 소정의 영역(A3) 상의 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 제1 금속 산화물층(4)으로 전환된 것일 수 있다. 전자기파가 조사되지 않은 영역 상의 제1 금속 산화물 전구체층(4')은 그대로 유지되므로, 상기 소정의 영역(A3)을 제외한 다른 영역은 미전환된 제1 금속 산화물 전구체층(4')일 수 있다.Referring to FIG. 5C, a pattern P3 corresponding to the predetermined area A3 may be formed. The pattern P3 is irradiated with an electromagnetic wave on the predetermined area A3, so that the first metal
본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은, 상기와 같이 전자기파를 후처리하는 것만으로도 원하는 금속 산화물 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 마스크를 사용하는 포토리소그라피 공정과 같은 식각 공정을 추가적으로 거칠 필요 없이 복잡한 패턴을 효과적으로 형성할 수 있다.In the method of forming a metal oxide thin film according to the present invention, a desired metal oxide pattern can be formed only by post-treating the electromagnetic wave as described above. Therefore, it is possible to effectively form a complex pattern without additionally undergoing an etching process such as a photolithography process using a mask.
상기 제1 금속 산화물층(4)을 형성하는 것은, 전자기파 조사 후 후열처리를 수행하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 후열처리를 통해 상기 제1 금속 산화물 전구체층으로부터 상기 제1 금속 산화물층(4)으로의 전환률을 더 높일 수 있다.
Forming the first
나아가, 도 1c 및 도 3을 참조하면, 상기 기판(1)은 유연 기판일 수 있다. 상기 기판(1)이 유연 기판일 경우, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 롤-투-롤 공정에 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은 상대적으로 낮은 증착 조건 하에서 박막이 형성되기 때문에 유연 기판에 적용할 수 있으며, 나아가 하나의 공정으로 패터닝된 금속 산화물 박막 형성이 가능하기 때문에, 상기 롤-투-롤 공정에 적합할 수 있다. 먼저, 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 상기 마이크로 노즐(120)을 통해 제1 스테이지(110a)의 기판(1) 상으로 분사할 수 있다(S120). 이어서, 상기 기판(1) 상에 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)로부터 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 형성될 수 있다(S130). Further, referring to FIGS. 1C and 3, the
상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 형성된 기판(1)은 롤(195)의 회전에 의해 상기 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이동된 상기 기판(1)은 제2 스테이지(110b) 상에 로딩될 수 있다. 이어서, 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층(4)을 형성할 수 있다(S140). 즉, 상기 전자기파의 조사는 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 형성 후에 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전자기파의 조사는 상기 기판(1) 상의 전면에 대면적으로 수행될 수 있다. 이로써, 상기 기판(1) 상의 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 일괄적으로 제1 금속 산화물층(4)으로 전환될 수 있다. 상기 전자기파는 제1 전자기파 조사기(180a)에 의해 조사될 수 있다.The
나아가, 또 다른 전자기파를 이용하여, 상기 제2 스테이지(110b) 상에서, 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 또는 상기 제1 금속 산화물층(4)을 선택적으로 가열할 수 있다. 이로써 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')으로부터 상기 제1 금속 산화물층(4)으로의 전환율을 더 높일 수 있다. 상기 또 다른 전자기파는 제2 전자기파 조사기(180b)를 통해 조사될 수 있으며, 상기 기판(1) 상에 대면적으로 조사될 수 있다. 상기 제2 전자기파 조사기(180b)로부터 조사되는 전자기파는 제 1전자기파와 달리, 상기 기판(1) 상의 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 및/또는 제1 금속 산화물층(4)의 온도를 선택적으로 올릴 수 있는 가시광선 또는 적외선 영역의 광일 수 있다. 특히, 상기 제2 전자기파 조사기(180b)는 플래시 램프(flash lamp) 또는 펄스 레이저(pulse laser) 등을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4') 및/또는 제1 금속 산화물층(4)의 온도를 효율적 및 순간적으로 제어함으로써 상기 기판(1) 전체에 가해지는 열효과를 최소화할 수 있다. 이와 더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은 상압 공정이므로, 상기 마이크로 노즐(120)이 위치한 상기 제1 스테이지(110a) 상의 영역과는 달리, 전자기파 조사기들(180a, 180b)이 위치한 상기 제2 스테이지(110b) 상의 영역은 단계적으로 기상분위기를 조절할 수 있다. 이로써, 증착된 상기 제1 금속 산화물 전구체층(4')이 화학적으로 상기 제1 금속 산화물층(4)으로 변환하는 것을 더 효과적으로 유도할 수 있다. 예를 들어, 산화를 촉진할 수 있는 산소, 이산화질소 또는 오존 등의 산화성 가스를 상기 제2 스테이지(110b) 상의 영역으로 통과시키면, 보다 낮은 온도 분위기에서 금속 산화물로의 효율적인 전환이 가능할 수 있다.
Further, by using another electromagnetic wave, the first metal
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 6을 참조하면, 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 기화시킬 수 있다(S200). 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 제1 캐리어 가스(3a)를 이용하여 혼합 챔버(230)로 유입시킬 수 있다(S210). 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 상기 혼합 챔버(230)의 하단에 연결된 마이크로 노즐(220)을 통해 기판(1) 상으로 분사할 수 있다(S220). 이어서, 상기 기판(1) 상에 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)로부터 제1 금속 산화물 전구체층이 형성될 수 있다(S230). 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층(4a)을 형성할 수 있다(S240). 상기 S200 내지 S240은 앞서 도 1a 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법과 같다.2A and 6, the first
제2 금속 산화물 전구체층을 기화시킬 수 있다(S250). 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 제2 캐리어 가스(3b)를 이용하여 혼합 챔버(230)로 유입시킬 수 있다(S260). 유입된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 상기 혼합 챔버(230)의 하단에 연결된 마이크로 노즐(220)을 통해 상기 제1 금속 산화물층(4a) 상으로 분사할 수 있다(S270). 상기 분사된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)로부터, 상기 제1 금속 산화물층(4a) 상에 제1 금속 산화물 전구체층이 형성될 수 있다(S280). 상기 제2 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 수 있다(S290). 상기 S250 내지 S290은 앞서 도 1a 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법과 같다.The second metal oxide precursor layer may be vaporized (S250). The vaporized second
상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 앞서 본 발명의 일 실시예에서 설명한 제1 금속 산화물 전구체(2a)와 같다. 다만, 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)와 서로 다른 물질일 수 있으며, 일례로 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)는 아연 아세틸아세토네이트일 수 있고, 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 인듐 아세틸아세토네이트(indium acetylacetonate)일 수 있다. 상기 인듐 아세틸아세토네이트에 자외선을 조사하는 경우 인듐 산화물(In2O3)로 전환될 수 있다.The second
상기 S200 내지 S240을 통하여, 기판(1) 상에 먼저 제1 금속 산화물층(4a)을 형성하고, 이어서 상기 S250 내지 S290을 통하여, 상기 제1 금속 산화물층(4a) 상에 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제1 금속 산화물층(4a) 및 상기 제2 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제2 금속 산화물층(4b)은 순차적으로 적층된 다층 구조를 형성할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 아래와 같이 설명한다.Through the S200 to S240, the first
도 7a 내지 도 7c는 제1 금속 산화물층(4a) 및 제2 금속 산화물층(4b)이 순차적으로 적층된 다층 구조물(SS)을 형성하는 방법을 나타낸 단면도이다.7A to 7C are cross-sectional views illustrating a method of forming a multilayer structure SS in which a first
도 2a 및 도 7a를 참조하면, 기판(1) 상에 제1 금속 산화물층(4a)을 형성할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물층(4a)을 형성하는 것은, 상기 S200 내지 S240을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 산화물층(4a)을 형성할 때, 마이크로 노즐(220)로부터 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)만이 분사되도록 할 수 있다. 구체적으로, 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 폐쇄하여, 제2 금속 산화물 전구체(2b)가 혼합 챔버(230)로 유입되는 것을 차단함으로써, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)만이 상기 마이크로 노즐(220)을 통해 분사될 수 있다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 기판(1) 상으로 분사한 뒤, 별도의 전자기파 처리를 수행하지 않음으로써 제1 금속 산화물 전구체층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 상에 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 수 있다.2A and 7A, a first
도 2a 및 도 7b를 참조하면, 상기 제1 금속 산화물층(4a) 상에 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 수 있다. 상기 제2 금속 산화물층(4b)을 형성하는 것은, 상기 S250 내지 S290을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 때, 마이크로 노즐(220)로부터 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)만이 분사되도록 할 수 있다. 구체적으로, 제1 캐리어 가스 밸브(260a)를 폐쇄하여, 제1 금속 산화물 전구체(2a)가 혼합 챔버(230)로 유입되는 것을 차단함으로써, 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)만이 상기 마이크로 노즐(220)을 통해 분사될 수 있다.2A and 7B, a second
도 2a 및 도 7c를 참조하면, 상기 제1 금속 산화물층(4a) 및 상기 제2 금속 산화물층(4b)이 순차적으로 적층된 다층 구조물(SS)이 형성될 수 있다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만, 상기 제1 금속 산화물층(4a)과 상기 제2 금속 산화물층(4b) 사이에 다른 층들이 개재될 수 있다. 이 경우엔 상기 제1 금속 산화물층(4a)을 형성하고, 상기 다른 층들을 형성한 뒤, 상기 제1 금속 산화물층(4a)과 이격하여 상기 제2 금속 산화물층(4b)을 형성할 수 있다.2A and 7C, a multilayer structure SS in which the first
나아가, 도 2b 및 도 6을 참조하면, 상기 기판(1)은 유연 기판일 수 있다. 상기 기판(1)이 유연 기판일 경우, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 롤-투-롤 공정에 적용할 수 있다. 이는 앞서 도 1c 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법과 같다.
Further, referring to FIGS. 2B and 6, the
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide thin film according to another embodiment of the present invention.
도 9a 및 도 9b는 기판(1) 상에 복합 금속 산화물층(14)을 형성하는 방법을 나타낸 단면도이다.9A and 9B are cross-sectional views illustrating a method of forming the composite
도 2a 및 도 8을 참조하면, 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 각각 기화시킬 수 있다(S300). 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 앞서 본 발명의 다른 실시예에서 설명한 바와 같다. 일례로, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)는 아연 아세틸아세토네이트일 수 있고, 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 인듐 아세틸아세토네이트일 수 있다.Referring to FIGS. 2A and 8, each of the first
상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 각각 제1 저장 챔버(240a) 및 제2 저장 챔버(240b) 내에 수용될 수 있다. 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)는 상기 제1 저장 챔버(240a) 내에 구비된 제1 가열기(245a)를 통해 가열될 수 있고, 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 상기 제2 저장 챔버(240b) 내에 구비된 제2 가열기(245b)를 통해 가열될 수 있다.The first
상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 기화시키는 것은, 각각 용매가 존재하지 않는 조건에서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 기화시키는 것을 포함할 수 있다.Vaporizing the first metal oxide precursor (2a) and the second metal oxide precursor (2b) is, respectively, the first metal oxide precursor (2a) and the second metal oxide precursor (2b) in the absence of a solvent. It may include vaporizing.
도 2a 및 도 8을 참조하면, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 각각 제1 캐리어 가스(3a) 및 제2 캐리어 가스(3b)를 이용하여 혼합 챔버(230)로 유입시킬 수 있다(S310). 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)는 상기 제1 저장 챔버(240a)와 상기 혼합 챔버(230) 사이에 위치한 제1 이동 통로(250a)를 통해 상기 혼합 챔버(230)로 이동할 수 있으며, 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)는 상기 제2 저장 챔버(240b)와 상기 혼합 챔버(230) 사이에 위치한 제2 이동 통로(250b)를 통해 상기 혼합 챔버(230)로 이동할 수 있다. 이때, 상기 제1 캐리어 가스(3a)는 상기 제1 저장 챔버(240a)와 상기 혼합 챔버(230)를 순차적으로 따라 흐르면서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)를 이동시킬 수 있고, 상기 제2 캐리어 가스(3b)는 상기 제2 저장 챔버(240b)와 상기 혼합 챔버(230)를 순차적으로 따라 흐르면서 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)를 이동시킬 수 있다.2A and 8, the vaporized first metal oxide precursor (2a) and the vaporized second metal oxide precursor (2b) are respectively used as a first carrier gas (3a) and a second carrier gas (3b). It can be introduced into the mixing
상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양은 다음과 같은 방법으로 조절될 수 있다.The amount of the first
일례로, 제1 캐리어 가스 밸브(260a) 및 제2 캐리어 가스 밸브(260b) 각각의 단위시간당 개폐 주기, 개폐 반복 횟수 또는 개폐 시간비를 제어하여, 제1 캐리어 가스(3a) 및 제2 캐리어 가스(3b) 각각의 유속 및 이동을 제어할 수 있다. 이로써 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 선택적으로 조절할 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스 밸브(260a) 및 제2 캐리어 가스 밸브(260b)는 제어기(290)를 사용하여 각각 개별적으로 제어될 수 있다.For example, the first
다른 예로, 상기 제1 저장 챔버(240a)로 유입되는 제1 캐리어 가스(3a) 및 상기 제2 저장 챔버(240b)로 유입되는 제2 캐리어 가스(3b) 각각의 유량을 조절하여, 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 선택적으로 조절할 수 있다. 상기 제1 캐리어 가스(3a) 및 제2 캐리어 가스(3b)의 유량은 제1 캐리어 가스 공급기(270a) 및 제2 캐리어 가스 공급기(270b)를 사용하여 조절할 수 있다. 또는, 제1 캐리어 가스 밸브(260a) 및 제2 캐리어 가스 밸브(260b)를 제어하여 조절할 수 있다.As another example, by adjusting the flow rates of each of the
또 다른 예로, 상기 제1 저장 챔버(240a) 및 제2 저장 챔버(240b) 각각의 내부 온도를 조절하여, 승화되는 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 승화되는 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 각각 조절할 수 있다. 또는, 상기 제1 저장 챔버(240a) 및 제2 저장 챔버(240b) 각각의 압력을 조절하여 승화되는 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 승화되는 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 각각 조절할 수 있다. 일례로, 상기 제1 저장 챔버(240a)는 제1 가열기(245a)를 구비할 수 있고, 상기 제2 저장 챔버(240b)는 제2 가열기(245b)를 구비할 수 있다. 상기 제1 가열기(245a) 및 제2 가열기(245b)의 각각은 제어기(290)가 개별적으로 제어할 수 있고, 이로써 승화되는 제1 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양을 조절할 수 있다. 상기 승화되는 제1 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양이 증가할수록 혼합 챔버(230)로 유입되는 제1 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양이 증가할 수 있다.As another example, by controlling the internal temperature of each of the
상기 예시한 방법들을 통하여, 상기 혼합 챔버(230)로 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 비율을 조절할 수 있다.Through the above-described methods, the ratio of the first
상기 혼합 챔버(230)로 유입된 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)는, 상기 혼합 챔버(230) 내를 이동하면서 서로 균일하게 혼합될 수 있다. 그 결과, 상기 혼합 챔버(230) 내에서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물이 형성될 수 있다. 상기 혼합물의 조성은 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 비율에 따라 결정될 수 있다. 나아가, 상기 혼합 챔버(230)로 유입된 제3 캐리어 가스(3c)는, 상기 혼합 챔버(230) 내에서 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 이동을 도울 수 있다.The first
도 2a, 도 8 및 도 9a를 참조하면, 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 상기 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물을 상기 혼합 챔버(230)의 하단에 연결된 마이크로 노즐(220)을 통해 기판(1) 상으로 분사할 수 있다(S320). 이어서, 상기 기판(1) 상에 분사된 상기 혼합물로부터 복합 금속 산화물 전구체층이 형성될 수 있다(S330).2A, 8, and 9A, a
상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 혼합물은 상기 제3 캐리어 가스(3c)에 의해 상기 혼합 챔버(230)를 따라 상기 마이크로 노즐(220)로 이동할 수 있다. 이어서 상기 혼합물은 상기 제3 캐리어 가스(3c)에 의해 상기 마이크로 노즐(220)을 통하여 기판(1) 상으로 제트 분사 될 수 있다. 상기 제3 캐리어 가스(3c)를 사용하여, 분사되는 상기 혼합물의 분사 속도 및 분사량을 조절할 수 있다. 상기 마이크로 노즐(220)은 제3 가열기(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 제3 가열기를 사용하여 마이크로 노즐(220) 내의 상기 혼합물의 응축을 방지할 수 있다.The mixture of the first
상기 마이크로 노즐(220)에서 분사된 상기 혼합물은 냉각되어 응축됨으로써 상기 복합 금속 산화물 전구체층을 형성할 수 있다. 일례로, 상기 복합 금속 산화물 전구체층은 아연-인듐 아세틸아세토네이트(zinc-indium acetylacetonate)층일 수 있다. 상기 아연-인듐 아세틸아세토네이트층은 단순히 아연 아세틸아세토네이트와 인듐 아세틸아세토네이트가 혼합되어 있는 상태가 아니라, 이들이 화학적 결합을 통해 하나의 화합물 상태로 존재할 수 있다. 이는 상기 혼합물이 고온에서 저온으로 응축되면서, 또는 후처리 공정을 통해, 서로 간에 화학적 반응이 추가적으로 발생할 수 있기 때문이다.The mixture sprayed from the
도 2a, 도 8, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 복합 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 복합 금속 산화물층(14)을 형성할 수 있다(S340). 상기 복합 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하는 경우, 이의 내부의 C, H가 이탈하면서 상기 복합 금속 산화물층(14)이 형성될 수 있다. 일례로, 상기 복합 금속 산화물 전구체층이 아연-인듐 아세틸아세토네이트층인 경우, 상기 아연-인듐 아세틸아세토네이트층에 자외선을 조사하여 인듐아연 산화물(InZnxOy)층을 형성할 수 있다. 상기 전자기파는 자외선, 적외선, 가시광선, 마이크로웨이브, 감마선 및 X선 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2a) 및 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 종류에 따라 당업자가 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 2A, 8, 9A, and 9B, the composite
상기 복합 금속 산화물층(14)에 있어서, 이를 구성하는 제1 금속 및 제2 금속간의 조성비는, 분사되는 상기 혼합물의 조성에 의해 결정될 수 있다. 나아가 앞서 설명한 바와 같이, 상기 혼합물의 조성은 상기 혼합 챔버(230)에 유입되는 제1 금속 산화물 전구체(2a)의 양 및 유입되는 제2 금속 산화물 전구체(2b)의 양에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은 캐리어 가스의 유량을 제어하거나 금속 산화물 전구체(2a, 2b)의 승화 조건을 제어하여, 복합 금속 산화물층(14)의 조성을 쉽게 조절할 수 있다.In the composite
상기 복합 금속 산화물층(14)의 조성비를 변화시키는 경우, 이의 전기적 특성이 변화될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자 상에 저항이 큰 산화물층을 형성해야 하는 경우, 상기 조성비를 변화시켜 저항이 큰 복합 금속 산화물층(14)을 형성할 수 있다. 반면, 전극과 같이 조항이 작은 산화물층을 형성해야 하는 경우, 상기 조성비를 변화시켜 저항이 작은 복합 금속 산화물층(14)을 형성할 수 있다. 나아가, 상기와 같이 서로 다른 전기적 특성을 갖는 복합 금속 산화물층(14)들을 하나의 공정으로 형성할 수 있다.When the composition ratio of the composite
나아가, 도 2b 및 도 8을 참조하면, 상기 기판(1)은 유연 기판일 수 있다. 상기 기판(1)이 유연 기판일 경우, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법을 롤-투-롤 공정에 적용할 수 있다. 이는 앞서 도 1c 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법과 같다.
Further, referring to FIGS. 2B and 8, the
도 10a 내지 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트렌지스터의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 일례로, 상기 박막 트렌지스터는 도 1a에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 프린팅 장치를 사용하여 제조할 수 있다.10A to 10C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. As an example, the thin film transistor may be manufactured using the thin film printing apparatus according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A.
도 10a를 참조하면, 기판(1) 상에 게이트 전극(5)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극(5)은, 제1 도전막을 상기 기판(1) 상면에 증착한 후, 이를 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 제1 도전막은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 탄탈(Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전막은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 불투명 도전물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전막은 상기 저저항 불투명 도전물질 및 불투명 도전물질이 순차적으로 적층된 다층구조일 수 있다.Referring to FIG. 10A, a
상기 게이트 전극(5) 상에 게이트 절연막(6)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 게이트 전극(5)이 형성된 상기 기판(1) 상에, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2)과 같은 무기 절연막, 또는 하프늄(Hf) 산화막, 알루미늄 산화막과 같은 고유전성 산화막을 포함하는 게이트 절연막(6)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(6)은 상기 게이트 전극(5)을 완전히 덮도록 형성될 수 있으며, 따라서 상기 게이트 절연막(6)과 상기 기판(1) 사이에 상기 게이트 전극(5)이 위치할 수 있다. 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 게이트 절연막(6)은 화학기상증착(CVD) 또는 플라즈마 보강 화학기상증착(PECVD)을 사용하여 형성될 수 있다.A
도 10b를 참조하면, 상기 게이트 절연막(6) 상에 금속 산화물 박막(4)을 형성할 수 있다. 상기 금속 산화물 박막(4)은 액티브층으로서, 일례로 비정질 아연 산화물 반도체층일 수 있다.Referring to FIG. 10B, a metal oxide
상기 금속 산화물 박막(4)은 앞서 도 1a 및 도 3을 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법에 따라 형성될 수 있다. 도 1a, 도 3 및 도 10b를 참조하면, 상기 금속 산화물 박막을 형성하는 방법은, 제1 금속 산화물 전구체(2)를 기화시키는 것(S100), 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 제1 캐리어 가스(3)를 이용하여 혼합 챔버(130)으로 유입시키는 것(S110), 유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)를 상기 혼합 챔버(130)의 하단에 연결된 마이크로 노즐(120)을 통해 상기 게이트 절연막(6) 상으로 분사하는 것(S120), 상기 게이트 절연막(6) 상에 분사된 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)로부터 제1 금속 산화물 전구체층이 형성되는 것(S130), 상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층(4)을 형성하는 것(S140)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 금속 산화물 전구체(2)는 아연 아세틸아세토네이트일 수 있으며, 상기 제1 금속 산화물층(4)은 상기 금속 산화물 박막(4)으로서, 아연 산화물(ZnO)층일 수 있다. 상기 S100 내지 S140은 앞서 본 발명의 일 실시예에서 설명한 바와 같다.The metal oxide
다른 예로, 상기 금속 산화물 박막(4)은 앞서 도 2a 및 도 8을 참조하여 설명한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법에 따라 형성될 수 있다. 즉, 상기 금속 산화물 박막(4)은 복합 금속 산화물층일 수 있다. 여기서, 제1 금속 산화물 전구체(2)는 아연 아세틸아세토네이트일 수 있으며, 제2 금속 산화물 전구체는 인듐 아세틸아세토네이트일 수 있다. 상기 복합 금속 산화물층은 비정질 아연 산화물계 복합 반도체층일 수 있으며, 구체적으로 인듐아연 산화물(InZnxOy)층일 수 있다.As another example, the metal oxide
상기 금속 산화물 박막(4)은 상기 게이트 절연막(6)의 일부 영역 상에만 형성된 패턴일 수 있다. 구체적으로, 평면적 관점에서, 상기 금속 산화물 박막(4)은 상기 게이트 전극(5)과 겹쳐질 수 있는 형태의 패턴일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 앞서 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 소정의 패턴(4'P) 형성 방법을 사용하여, 상기 금속 산화물 박막(4)의 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 금속 산화물 박막(4)에 대한 별도의 패터닝 공정 없이도 상기 패턴을 형성할 수 있다.The metal oxide
도 10c를 참조하면, 상기 금속 산화물 박막(4) 상에 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)을 형성할 수 있다. 상기 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은, 제2 도전막을 상기 금속 산화물 박막(4) 및 노출된 상기 게이트 절연막(6) 상에 증착한 후, 이를 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 제2 도전막은 상기 금속 산화물 박막(4)의 상면 및 노출된 상기 게이트 절연막(6)의 상면을 완전히 덮도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은 상기 제2 도전막으로부터 동시에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10C, a
상기 제2 도전막은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 탄탈(Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전막은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 불투명 도전물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전막은 상기 저저항 불투명 도전물질 및 불투명 도전물질이 순차적으로 적층된 다층구조일 수 있다.The second conductive layer is aluminum (Al), aluminum alloy, tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt). ), and a low resistance opaque conductive material such as tantalum (Ta). The second conductive layer may include an opaque conductive material such as indium-tin-oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO). The second conductive layer may have a multilayer structure in which the low-resistance opaque conductive material and the opaque conductive material are sequentially stacked.
상기 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은 서로 같은 층에 존재하되, 서로 이격되어 위치할 수 있다. 나아가, 상기 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은 상기 금속 산화물 박막(4)과 전기적으로 접속될 수 있다. The
상기 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트렌지스터의 제조 방법을 통해, 박막 트렌지스터를 제공할 수 있다. 추가적으로 도시되지는 않았으나, 이후 상기 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)과 전기적으로 연결되는 컨택을 형성하고, 상기 박막 트렌지스터를 보호할 수 있는 보호층을 형성할 수 있다.
A thin film transistor may be provided through the method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 10A to 10C. Although not additionally shown, a contact electrically connected to the
<< 실험예Experimental example 1> 1>
본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법에 따라 금속 산화물 박막을 제조하고, 이에 대한 특성을 아래와 같이 살펴보았다.A metal oxide thin film was prepared according to the method of forming a metal oxide thin film according to the present invention, and characteristics thereof were examined as follows.
금속 산화물 전구체로서 유기 금속 화합물인 아연 아세틸아세토네이트를 금속 산화물 박막 프린팅 장치 내의 저장 챔버에 투입하였다. 상기 저장 챔버를 가열하여 상기 아연 아세틸아세토네이트를 기화시킨 뒤, 이를 기판 상에 분사하였다. 이때, 캐리어 가스로 헬륨을 사용하였다. 분사 후, 상기 기판 상에 아연 아세틸아세토네이트층이 형성되었다(비교예 1).Zinc acetylacetonate, which is an organometallic compound, as a metal oxide precursor was introduced into a storage chamber in a metal oxide thin film printing apparatus. After heating the storage chamber to vaporize the zinc acetylacetonate, it was sprayed onto the substrate. At this time, helium was used as a carrier gas. After spraying, a zinc acetylacetonate layer was formed on the substrate (Comparative Example 1).
상기 아연 아세틸아세토네이트층에 자외선을 조사하면서 열처리를 수행하였다. 상기 자외선은 250nm의 파장을 가졌으며, 대기(atmosphere) 중에서 이를 수 분 동안 조사하였다. 이때, 기판의 온도를 200℃로 유지시켰다. 이로써, 상기 아연 아세틸아세토네이트층으로부터 아연 산화물층이 형성되었다(실시예 1).Heat treatment was performed while irradiating ultraviolet rays to the zinc acetylacetonate layer. The ultraviolet light had a wavelength of 250 nm, and it was irradiated for several minutes in the atmosphere. At this time, the temperature of the substrate was maintained at 200°C. Thus, a zinc oxide layer was formed from the zinc acetylacetonate layer (Example 1).
아연 아세틸아세토네이트가 분사되어 증착된 상기 비교예 1과, 추가적으로 상기 비교예 1에 자외선 및 열처리를 수행한 실시예 1에 대하여 아래와 같이 실험을 실시하였다.
The experiment was conducted as follows for Comparative Example 1 in which zinc acetylacetonate was sprayed and deposited, and for Example 1 in which ultraviolet rays and heat treatment were additionally performed in Comparative Example 1.
먼저, 상기 비교예 1의 박막 및 상기 실시예 1의 박막 각각의 굴절률을 측정하여 이를 도 11에 나타내었다. 도 11의 Sample 1은 상기 비교예 1을 나타내고, Sample 5는 상기 실시예 1을 나타낸다. 그 외, 도 11의 Sample 2 내지 4는 상기 비교예 1에 자외선 및 열처리를 수행한 정도를 순차적으로 달리한 샘플들이다.First, the refractive indexes of the thin film of Comparative Example 1 and the thin film of Example 1 were measured and shown in FIG. 11.
도 11에 나타난 바와 같이, 비교예 1(Sample 1)은 약 1.30의 굴절률을 가짐으로써, 탄소 성분이 함유되어 있음을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1(Sample 5)은 약 2.01의 굴절률을 가짐으로써, 아연 산화물의 굴절률과 거의 일치함을 확인할 수 있다. 11, Comparative Example 1 (Sample 1) has a refractive index of about 1.30, it can be confirmed that the carbon component is contained. On the other hand, Example 1 (Sample 5) has a refractive index of about 2.01, it can be confirmed that it is almost identical to the refractive index of the zinc oxide.
상기 비교예 1의 박막 및 상기 실시예 1의 박막 각각에 대한 X선 회절 분석을 수행하여, 그 결과를 도 12에 나타내었다.X-ray diffraction analysis was performed on each of the thin film of Comparative Example 1 and the thin film of Example 1, and the results are shown in FIG. 12.
도 12에 나타난 바와 같이, 비교예 1(As-dep)의 박막은 특별한 결정성을 보이지 않지만, 실시예 1(ZnO)의 박막은 아연 산화물의 회절 패턴을 나타내었다.As shown in FIG. 12, the thin film of Comparative Example 1 (As-dep) did not show special crystallinity, but the thin film of Example 1 (ZnO) exhibited a diffraction pattern of zinc oxide.
상기 실시예 1의 박막에 대하여 이의 전기적 특성을 분석하여, 그 결과를 도 13에 나타내었다.The electrical properties of the thin film of Example 1 were analyzed, and the results are shown in FIG. 13.
도 13에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 박막은 IV 곡선이 n-형 반도체 특성을 보임을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 13, it can be seen that the IV curve of the thin film of Example 1 exhibits n-type semiconductor characteristics.
상기의 실험들을 통하여, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막의 형성 방법은 전자기파 조사를 통해 금속 산화물 전구체가 금속 산화물로 효과적으로 전환될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 금속 산화물 박막은 반도체 특성을 가질 수 있으며, 따라서 박막 트렌지스터의 액티브층으로도 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.Through the above experiments, it can be seen that the method of forming a metal oxide thin film according to the present invention can effectively convert a metal oxide precursor into a metal oxide through electromagnetic wave irradiation. In addition, it can be seen that the metal oxide thin film according to the present invention can have semiconductor properties, and thus can be applied as an active layer of a thin film transistor.
Claims (20)
기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 제1 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시키는 것;
유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 기판 상에 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및
상기 제1 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제1 금속 산화물층을 형성하는 것을 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
Vaporizing the first metal oxide precursor;
Introducing the vaporized first metal oxide precursor into a mixing chamber using a first carrier gas;
Spraying the introduced first metal oxide precursor onto a substrate through a micronozzle connected to a lower end of the mixing chamber to form a first metal oxide precursor layer on the substrate; And
A method of forming a metal oxide thin film comprising forming a first metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the first metal oxide precursor layer.
상기 제1 금속 산화물 전구체는, 상기 제1 금속 산화물 전구체와 동일한 금속 원소를 포함하는 제1 금속 산화물보다 더 높은 압력 및 더 낮은 온도에서 기화 가능한 유기 금속 화합물인 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
The first metal oxide precursor is an organometallic compound capable of vaporizing at a higher pressure and lower temperature than the first metal oxide containing the same metal element as the first metal oxide precursor.
상기 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것은,
용매가 존재하지 않는 조건에서 상기 제1 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것을 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
Vaporizing the first metal oxide precursor,
A method of forming a metal oxide thin film, comprising vaporizing the first metal oxide precursor in the absence of a solvent.
상기 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것은:
유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 기판 상의 제1 영역으로 분사하여, 상기 제1 영역 상에 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및
유입된 상기 제1 금속 산화물 전구체를 상기 제1 영역에 인접하는 제2 영역으로 분사하여, 소정의 패턴을 형성하는 것을 포함하고,
상기 소정의 패턴은 상기 제1 영역 상의 제1 금속 산화물 전구체층 및 이와 연결되는 상기 제2 영역 상의 제1 금속 산화물 전구체층을 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
Forming the first metal oxide precursor layer:
Spraying the introduced first metal oxide precursor to a first region on the substrate to form the first metal oxide precursor layer on the first region; And
Injecting the introduced first metal oxide precursor to a second region adjacent to the first region to form a predetermined pattern,
The predetermined pattern is a method of forming a metal oxide thin film including a first metal oxide precursor layer on the first region and a first metal oxide precursor layer on the second region connected thereto.
상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양은 상기 제1 캐리어 가스의 유량에 의해 조절되는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
The method of forming a metal oxide thin film in which the amount of the first metal oxide precursor introduced into the mixing chamber is controlled by the flow rate of the first carrier gas.
제2 금속 산화물 전구체를 기화시키는 것;
기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 제2 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시키는 것;
유입된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 또는 상기 제1 금속 산화물층 상에 제2 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및
상기 제2 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 제2 금속 산화물층을 형성하는 것을 더 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
Vaporizing the second metal oxide precursor;
Introducing the vaporized second metal oxide precursor into a mixing chamber using a second carrier gas;
The introduced second metal oxide precursor is sprayed onto the substrate through a micronozzle connected to the lower end of the mixing chamber to form a second metal oxide precursor layer on the first metal oxide precursor layer or the first metal oxide layer. To do; And
The method of forming a metal oxide thin film further comprising forming a second metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the second metal oxide precursor layer.
상기 제1 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제1 금속 산화물층 및 상기 제2 금속 산화물 전구체층을 이용하여 형성된 상기 제2 금속 산화물층은 순차적으로 적층되는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 6,
The method of forming a metal oxide thin film in which the first metal oxide layer formed using the first metal oxide precursor layer and the second metal oxide layer formed using the second metal oxide precursor layer are sequentially stacked.
상기 전자기파의 조사는 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 형성과 동시에 또는 상기 제1 금속 산화물 전구체층 형성 후에 수행되는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
The electromagnetic wave irradiation is performed at the same time as the formation of the first metal oxide precursor layer or after the formation of the first metal oxide precursor layer.
상기 제1 금속 산화물층을 형성하는 것은,
상기 제1 금속 산화물 전구체층의 일부 영역에 전자기파를 조사하여, 상기 제1 금속 산화물 전구체층의 상기 일부 영역을 상기 제1 금속 산화물층으로 전환시키는 것을 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1,
Forming the first metal oxide layer,
And converting the partial region of the first metal oxide precursor layer into the first metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to a partial region of the first metal oxide precursor layer.
The method of claim 1, wherein the electromagnetic wave includes at least one of ultraviolet rays, infrared rays, visible rays, microwaves, gamma rays, and X rays.
전자기파 조사 후 후열처리를 수행하는 것을 더 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 1, wherein forming the first metal oxide layer,
A method of forming a metal oxide thin film further comprising performing a post heat treatment after irradiation of electromagnetic waves.
기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체를 각각 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스를 이용하여 혼합 챔버로 유입시켜, 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체의 혼합물을 형성하는 것;
상기 혼합물을 상기 혼합 챔버의 하단에 연결된 마이크로 노즐을 통해 기판 상으로 분사하여, 상기 기판 상에 복합 금속 산화물 전구체층을 형성하는 것; 및
상기 복합 금속 산화물 전구체층에 전자기파를 조사하여 복합 금속 산화물층을 형성하는 것을 포함하는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
Vaporizing the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor, respectively;
The vaporized first metal oxide precursor and the vaporized second metal oxide precursor are introduced into a mixing chamber using a first carrier gas and a second carrier gas, respectively, so that the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor are Forming a mixture;
Spraying the mixture onto a substrate through a micro nozzle connected to a lower end of the mixing chamber to form a composite metal oxide precursor layer on the substrate; And
A method of forming a metal oxide thin film comprising forming a composite metal oxide layer by irradiating an electromagnetic wave to the composite metal oxide precursor layer.
상기 복합 금속 산화물층의 조성은, 상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양 및 상기 제2 금속 산화물 전구체의 양에 의해 조절되는 금속 산화물 박막의 형성 방법.
The method of claim 12, wherein the amount of the first metal oxide precursor and the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber are respectively controlled by a flow rate of the first carrier gas and a flow rate of the second carrier gas, ,
The composition of the composite metal oxide layer is controlled by the amount of the first metal oxide precursor and the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber.
상기 제1 저장 챔버와 연결되어, 기화된 상기 제1 금속 산화물 전구체가 제1 캐리어 가스와 함께 유입되고, 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 상기 제1 캐리어 가스가 하단에 연결된 마이크로 노즐로 이동하는 혼합 챔버;
상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제1 금속 산화물 전구체의 양을 조절하는 제1 캐리어 가스 밸브;
상기 제1 금속 산화물 전구체를 분사하는 마이크로 노즐;
전자기파를 조사하는 제1 전자기파 조사기;
기판을 로딩하고, 상기 기판 상에 제1 금속 산화물 전구체층이 형성되는 제1 스테이지; 및
상기 제1 스테이지로부터 이동된 상기 기판을 로딩하는 제2 스테이지를 포함하되,
상기 제1 전자기파 조사기는, 상기 제2 스테이지에 로딩된 상기 기판 상에 상기 전자기파를 조사하여 상기 제1 금속 산화물 전구체층을 제1 금속 산화물층으로 전환시키는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
A first storage chamber containing a first metal oxide precursor and having a first heater for vaporizing the first metal oxide precursor;
A mixing chamber connected to the first storage chamber, wherein the vaporized first metal oxide precursor is introduced together with a first carrier gas, and the first metal oxide precursor and the first carrier gas move to a micro nozzle connected to the lower end ;
A first carrier gas valve controlling an amount of the first metal oxide precursor introduced into the mixing chamber;
A micro nozzle spraying the first metal oxide precursor;
A first electromagnetic wave irradiator for irradiating electromagnetic waves;
A first stage in which a substrate is loaded and a first metal oxide precursor layer is formed on the substrate; And
Including a second stage for loading the substrate moved from the first stage,
The first electromagnetic wave irradiator is a metal oxide thin film printing apparatus for converting the first metal oxide precursor layer into a first metal oxide layer by irradiating the electromagnetic wave onto the substrate loaded in the second stage.
상기 기판은 유연 기판이고,
상기 유연 기판은 롤에 의해 상기 제1 스테이지로부터 상기 제2 스테이지로 이동하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
The method of claim 14,
The substrate is a flexible substrate,
The flexible substrate is a metal oxide thin film printing apparatus that moves from the first stage to the second stage by a roll.
이의 내부에 상기 제1 저장 챔버, 상기 혼합 챔버, 상기 마이크로 노즐, 상기 제1 전자기파 조사기, 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지를 구비하는 증착 챔버를 더 포함하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
The method of claim 14,
Metal oxide thin film printing apparatus further comprising a deposition chamber including the first storage chamber, the mixing chamber, the micro nozzle, the first electromagnetic wave irradiator, the first stage and the second stage therein.
상기 제2 스테이지 상에서, 상기 제1 금속 산화물 전구체층 또는 상기 제1 금속 산화물층을 선택적으로 가열하기 위한 전자기파를 조사하는 제2 전자기파 조사기를 더 포함하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
The method of claim 14,
On the second stage, the metal oxide thin film printing apparatus further comprising a second electromagnetic wave irradiator for irradiating an electromagnetic wave for selectively heating the first metal oxide precursor layer or the first metal oxide layer.
제2 금속 산화물 전구체를 수용하고, 상기 제2 금속 산화물 전구체를 기화시키기 위한 제2 가열기를 구비한 제2 저장 챔버; 및
상기 혼합 챔버로 유입되는 상기 제2 금속 산화물 전구체의 양을 조절하는 제2 캐리어 가스 밸브를 더 포함하고,
상기 혼합 챔버는 상기 제2 저장 챔버와 연결되어, 기화된 상기 제2 금속 산화물 전구체가 제2 캐리어 가스와 함께 유입되고,
상기 마이크로 노즐은 제1 금속 산화물 전구체, 제2 금속 산화물 전구체 또는 이들의 혼합물을 분사하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
The method of claim 14,
A second storage chamber containing a second metal oxide precursor and having a second heater for vaporizing the second metal oxide precursor; And
Further comprising a second carrier gas valve for adjusting the amount of the second metal oxide precursor introduced into the mixing chamber,
The mixing chamber is connected to the second storage chamber, and the vaporized second metal oxide precursor is introduced together with a second carrier gas,
The micro nozzle is a metal oxide thin film printing apparatus for spraying a first metal oxide precursor, a second metal oxide precursor, or a mixture thereof.
상기 혼합 챔버는 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체가 혼합되며,
상기 마이크로 노즐은 상기 제1 금속 산화물 전구체 및 제2 금속 산화물 전구체의 혼합물을 분사하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치.
The method of claim 18,
In the mixing chamber, the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor are mixed,
The micro nozzle is a metal oxide thin film printing apparatus for spraying a mixture of the first metal oxide precursor and the second metal oxide precursor.
상기 제1 캐리어 가스 밸브 및 제2 캐리어 가스 밸브를 개별적으로 제어하는 제어기를 더 포함하는 금속 산화물 박막 프린팅 장치. The method of claim 18,
Metal oxide thin film printing apparatus further comprising a controller for individually controlling the first carrier gas valve and the second carrier gas valve.
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