KR20120016421A - 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기발광소자, 유기태양전지 등의 유기전자 소자용 수분 및 산소 기체 차단을 위한 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고특성 기체 차단막을 형성하기 위해 유기박막과 무기박막을 혼용하여 적층하는 구조의 유/무기 혼성 다층 기체 차단막을 형성함에 있어서 공정의 연속성을 유지하기 위해 하나의 공정용 진공 챔버 내에서 모든 기체 차단막을 형성하며, 이때 사용되는 무기박막의 형성은 스퍼터링 방법 기반의 중성입자 빔 처리 방법을 사용하여 나노 결정 구조의 크기를 단일 무기 박막 내에서 두께별로 연속적으로 변화시켜 고밀도 박막을 형성하며, 완충층 역할의 유기박막 형성은 고분자 유기박막용 액상 재료를 기화하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 기반으로 기판 위에 선택적으로 형성함으로써, 생산성과 저원가 특성을 모두 만족시키는 고특성 기체 차단막을 형성할 수 있는 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명인 기체 차단막 형성 장치를 이루는 구성수단은, 화학 기상 증착 공정과 스퍼터링 공정이 수행되는 공간을 제공하는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부의 하부에 배치되되, 유/무기 혼성 다층 구조의 기체 차단막이 형성되는 대상체를 장착하고 있는 홀딩 수단, 상기 진공 챔버 내부의 상부에 배치되어 중성입자 빔을 발생시키는 중성입자 빔 발생 수단, 상기 중성입자 빔 발생수단의 양 쪽에 각각 배치되되, 스퍼터링 타겟의 면이 상기 대상체의 면에 경사지도록 장착하고 있는 공동 스퍼터링 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 유기발광소자, 유기태양전지 등의 유기전자 소자용 수분 및 산소 기체 차단을 위한 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고특성 기체 차단막을 형성하기 위해 유기박막과 무기박막을 혼용하여 적층하는 구조의 유/무기 혼성 다층 기체 차단막을 형성함에 있어서 공정의 연속성을 유지하기 위해 하나의 공정용 진공 챔버 내에서 모든 기체 차단막을 형성하며, 이때 사용되는 무기박막의 형성은 스퍼터링 방법 기반의 중성입자 빔 처리 방법을 사용하여 나노 결정 구조의 크기를 단일 무기 박막 내에서 두께별로 연속적으로 변화시켜 고밀도 박막을 형성하며, 완충층 역할의 유기박막 형성은 고분자 유기박막용 액상 재료를 기화하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 기반으로 기판 위에 선택적으로 형성함으로써, 생산성과 저원가 특성을 모두 만족시키는 고특성 기체 차단막을 형성할 수 있는 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
유기발광소자 및 유기태양전지와 같은 유기전자소자는 사용되는 유기재료의 특성으로 인해 일반적으로 수분과 산소에 대단히 취약한 특성을 지니며, 이를 해결하기 위해 유기전자소자에 수분과 산소의 침투를 억제하기 위한 다양한 봉지기술들이 개발되고 있다.
현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 봉지기술로는 유리 기판을 이용한 것으로 유기전자소자가 형성되어 있는 하부 기판에 흡습제가 부착되어 있는 상부 유리 기판을 합착하여 수분과 산소를 차단하는 형태를 지닌다.
그러나 유리 기판을 사용한 봉지기술은 고가의 유리 기판이 사용된다는 점과 대형 기판에 대한 공정 한계 및 플렉시블 유기전자소자에서 요구되는 유연성의 확보가 불가능하다는 단점으로 인해 차세대 유기전자소자의 봉지기술로는 적합하지 못한 것으로 평가되고 있으며, 이에 대한 해결방법으로 다양한 박막형 봉지기술의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
박막형 봉지기술은 유기발광소자 및 유기태양전지 등이 형성된 하부 기판상에 직접 기체 차단용 봉지박막을 형성하는 방법과 고분자 필름 위에 기체 차단용 봉지 박막을 형성하고 라미네이션으로 합착하는 형태에 모두 폭 넓게 적용 가능하지만, 최근 봉지 기술 개발의 추세는 유기전자소자 상에 직접 기체 차단막을 형성하는 것보다 공정성의 확보가 용이하며, 다양한 유기전자소자에 쉽게 적용 가능한 라미네이션 필름 기반의 기체 차단막 형성 방법이 선호되고 있는 추세이다.
박막형 봉지 기술의 상용화를 위해서는 기본적으로 수분 및 산소 기체를 차단하기 위한 기체 차단막의 특성 확보가 선행되어야 한다. 최근 기체 차단막 개발 추세는 2가지 종류 이상의 단일 기체 차단막을 반복하여 적층하는 식의 다층 박막 구조 기체 차단막에 대한 연구/개발이 주류를 이루고 있는데, 이론적으로 Al2O3, 혹은 SiO2, SiNx와 같은 단일 무기 박막층을 공정상의 결함과 박막 내부의 결함이 없이 고밀도 박막으로 형성할 수만 있으면 수분 및 산소 기체를 차단하기 위한 기체 차단막으로서 단일 무기박막층으로도 충분한 특성 확보가 가능하지만, 스퍼터링 기법 및 화학 기상 증착 기법 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 등과 같은 일반적인 무기 박막 증착 방법으로는 크렉, 핀홀 등 결함 없는 무결점 박막을 형성하는 것이 불가능하며, 또한 기판의 거칠기에 따라 성막되는 박막에 발생할 수 있는 결함과 박막의 결정화에 따라서 결정간 경계에서 발생하는 빈공간(Void) 등으로 인해 수분 및 산소 기체의 침투 경로가 발생되는 문제를 해결하는 것은 현재 사용되고 있는 기존의 무기박막 형성 공정으로는 불가능한 상황이다.
이에 대한 해결방법으로 고특성 기체차단막을 형성하기 위해 유기 박막과 무기 박막을 혼용하여 적층하는 형태의 유/무기 혼성 다층 박막 구조의 기체 차단막에 대한 연구/개발이 활발하게 이루어지고 있다.
유/무기 혼성 다층 박막 구조의 기체 차단막은 무기 박막 내에 일정 수준 이하의 결함이 존재하여도 수분 및 산소 기체의 침투 경로를 연장시켜 투습률을 대폭 감소시키는 것이 가능하며, 플렉시블 유기전자소자에 적용하기 위한 유연성 확보 측면에서도 많은 이점을 지니고 있어 차세대 유기전자소자의 상용화를 위한 매우 적합한 봉지 기술로 평가되고 있다.
이러한 유/무기 혼성 다층 구조 기체 차단막 분야의 대표적인 기술로는 미국 Vitex사의 기체 차단막을 들 수 있으며, 상기 기체 차단막은 현재까지 상용화 가능한 박막형 봉지기술로는 고효율 유기발광소자와 같은 차세대 고성능 유기전자소자의 수명을 보장할 수 있는 유일한 기술로 평가되고 있다.
그러나 기존의 유/무기 혼성 다층 구조 기체 차단막은 무기박막의 결함발생 문제를 근본적으로 해결하지 못한 상태에서는 5층 이상의 적층 수를 가져야만 수분 및 산소에 대한 침투 억제 특성 확보가 가능하고, 더불어 완충용 유기 박막과 무기 기체 차단막을 각각 형성하는 과정에서 상압 코팅 공정과 진공 증착 공정을 번갈아가며 거쳐야하기 때문에 생산성의 저하와 생산 원가의 상승에 대한 문제점을 초래하게 된다.
특히, 기존 진공증착 공정과 상압 코팅법에 의해 형성된 기체 차단용 유/무기 박막의 특성으로는 충분한 수분 및 산소의 침투 억제 특성 확보가 어렵기 때문에 유/무기 다층구조의 적층 횟수가 최소 5회 이상 반복되어야 고성능 유기발광소자에 적용이 가능하며, 이로 인해 차단막 전체의 공정 단가는 더욱 상승하고, 생산성은 더욱 낮아지는 치명적인 단점을 지니게 된다.
상기 문제점의 해결을 위해 유/무기 다층 박막의 적층 횟수를 줄이기 위한 방법으로 최근 다양한 증착 방법 및 재료를 사용하여 고특성 기체 차단막을 형성하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, ALD(Atomic Layer Deposition) 기법 등을 사용한 일부 연구 결과에서 고특성 기체 차단막 형성에 대한 성과가 보고되고 있으나, ALD 공정은 대면적화, 생산성 확보와 저원가 측면에서 상용화 기술로는 적용하기 어려운 한계를 지니며, 스퍼터 기법 및 화학 기상 증착 기법 기반의 기체 차단막 형성 공정에 대한 연구는 생산성 및 저원가 측면을 보다 쉽게 만족시킬 수 있으나 기체 차단막 차체의 특성 확보 측면에서는 아직 상용화에 대응 가능한 수준의 박막 특성을 기대하기 어려운 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 고특성 기체 차단막을 형성하기 위해 유기박막과 무기박막을 혼용하여 적층하는 구조의 유/무기 혼성 다층 기체 차단막을 형성함에 있어서 공정의 연속성을 유지하기 위해 하나의 공정용 진공 챔버 내에서 모든 기체 차단막을 형성하며, 이때 사용되는 무기박막의 형성은 스퍼터링 방법 기반의 중성입자 빔 처리 방법을 사용하여 나노 결정 구조의 크기를 단일 무기 박막 내에서 두께별로 연속적으로 변화시켜 고밀도 박막을 형성하며, 완충층 역할의 유기박막 형성은 고분자 유기박막용 액상 재료를 기화하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 기반으로 기판 위에 선택적으로 형성함으로써, 생산성과 저원가 특성을 모두 만족시키는 고특성 기체 차단막을 형성할 수 있는 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 기체 차단막 형성 장치를 이루는 구성수단은, 화학 기상 증착 공정과 스퍼터링 공정이 수행되는 공간을 제공하는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내부의 하부에 배치되되, 유/무기 혼성 다층 구조의 기체 차단막이 형성되는 대상체를 장착하고 있는 홀딩 수단, 상기 진공 챔버 내부의 상부에 배치되어 중성입자 빔을 발생시키는 중성입자 빔 발생 수단, 상기 중성입자 빔 발생수단의 양 쪽에 각각 배치되되, 스퍼터링 타겟의 면이 상기 대상체의 면에 경사지도록 장착하고 있는 공동 스퍼터링 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀딩 수단과, 상기 중성입자 빔 발생 수단 및 공동 스퍼터링 수단 사이에 배치되되, 플라즈마 내의 전자를 구속하여 음이온들이 상기 대상체로 이동하지 못하도록 하기 위하여 수평 방향으로 자기장을 발생시키는 플라즈마 리미터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 플라즈마 리미터는, N극 자석과 S극 자석이 결합되어 형성되는 자석 페어들이 상호 이격 배치되어 슬릿을 형성시키는 자석 어레이, 상기 자석 어레이를 고정시키고 상기 챔버 내부에 부착되는 고정틀을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 홀딩 수단은 상기 챔버 내에서 왕복운동이 가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 홀딩 수단의 왕복 운동 방향은 상기 슬릿의 장축과 수직한 방향인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 홀딩 수단은 상기 대상체를 가열 및 냉각할 수 있는 온도 조절 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대상체는 플라스틱 기판 또는 상부에 기능성 코팅층이 형성된 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대상체는 상부에 유기발광소자 또는 유기태양전지가 형성된 기판인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 기체 차단막 형성 방법을 이루는 구성수단은, 하나의 진공 챔버에서 대상체 상에 무기 박막 형성 후 그 상부에 유기 박막을 형성하거나, 유기 박막 형성 후 그 상부에 무기 박막을 형성하는 유/무기 박막 형성 단계, 상기 유/무기 박막 형성 단계를 반복 수행하는 유/무기 혼성 다층 박막 형성 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유기 박막은 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유기 박막은, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 플라즈마를 이용하여 형성되거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 중성입자 빔을 이용하여 형성되거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 대상체를 가열 또는 냉각시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기 박막은 스퍼터링 방법 및 중성입자 빔 처리 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기 박막은 결정 크기가 서로 다른 나노 결정 구조 층들이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노 결정 구조 층들은, 스퍼터링 방법에 의하여 나노 사이즈 두께의 박막을 형성하는 제1 과정, 상기 박막에 대하여 중성입자 빔 처리를 수행하는 제2 과정 및 상기 제1 과정과 제2 과정을 반복 수행하는 제3 과정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3 과정을 수행한 후, 상기 무기 박막의 목표 두께를 만들기 위하여 상기 제1 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 나노 결정 구조 층들은, 스퍼터링 방법에 의하여 무기 박막을 형성하면서, 동시에 중성입자 빔 처리를 수행함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 의하면, 고특성 기체 차단막을 형성하기 위해 유기박막과 무기박막을 혼용하여 적층하는 구조의 유/무기 혼성 다층 기체 차단막을 형성함에 있어서 공정의 연속성을 유지하기 위해 하나의 공정용 진공 챔버 내에서 모든 기체 차단막을 형성하며, 이때 사용되는 무기박막의 형성은 스퍼터링 방법 기반의 중성입자 빔 처리 방법을 사용하여 나노 결정 구조의 크기를 단일 무기 박막 내에서 두께별로 연속적으로 변화시켜 고밀도 박막을 형성하며, 완충층 역할의 유기박막 형성은 고분자 유기박막용 액상 재료를 기화하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법 기반으로 기판 위에 선택적으로 형성함으로써, 생산성과 저원가 특성을 모두 만족시키는 고특성 기체 차단막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유/무기 혼성 다층구조 기체 차단막의 형성 장치에 대한 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 플라즈마 리미터의 개략적 구성을 보이는 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기체 차단막을 형성하는 공정을 보이는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 인듐 주석 산화물 박막의 나노 결정구조를 보이는 사진이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 플라즈마 리미터의 개략적 구성을 보이는 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기체 차단막을 형성하는 공정을 보이는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 인듐 주석 산화물 박막의 나노 결정구조를 보이는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결 수단 및 효과를 가지는 본 발명인 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기체 차단막 형성 장치(100)의 전체 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기체 차단막 형성 장치(100)는 공정이 수행되는 진공 챔버(50), 유/무기 혼성 다층 구조의 기체 차단막이 형성되는 대상체(31)를 장착하고 있는 홀딩 수단(30), 중성 입자 빔을 발생시키는 중성입자 발생 수단(10) 및 공동 스퍼터링 수단(20)을 포함하여 구성된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 기체 차단막 형성 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 홀딩 수단(30)과 상기 중성 입자 빔 발생 수단(10) 및 공동 스퍼터링 수단(20) 사이에 배치되는 플라즈마 리미터(40)를 선택적으로 더 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 진공 챔버(50)는 화학 기상 증착 공정과 스퍼터링 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 즉, 상기 진공 챔버(50) 내에서는 화학 기상 증착 공정뿐만 아니라 스퍼터링 공정도 함께 수행된다. 구체적으로, 상기 진공 챔버(50) 내에서는 대상체(31) 상에 유기 박막을 형성하기 위한 공정인 화학 기상 증착 공정과 무기 박막을 형성하기 위한 공정인 스퍼터링 공정이 함께 수행된다.
상기 진공 챔버(50) 내부의 하부에는 상기 홀딩 수단(30)이 배치된다. 상기 진공 챔버(50) 내부의 하부에 배치되는 상기 홀딩 수단(30)은 본 발명에 따라 유/무기 혼성 다층 구조의 기체 차단막이 형성되는 대상체(31)를 장착하고 있다. 후술하겠지만, 상기 홀딩 수단(30)은 상기 진공 챔버(50) 내부에 서 왕복 운동이 가능하게 설치되며, 박막의 균일도가 확보되는 모든 방향의 운동을 포함 할 수 있고, 상기 플라즈마 리미터(40)가 선택적으로 배치되는 경우에는 플라즈마 리미터 슬릿의 장축과 수직한 방향으로 왕복 운동이 가능하게 설치될 수 있다.
상기 진공 챔버(50)의 내부 하부에는 상기 홀딩 수단(30)이 배치됨과 아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(50)의 내부 상부에는 중성 입자 빔 발생 수단(10)이 배치된다. 상기 중성 입자 빔 발생 수단(10)은 상기 진공 챔버(50) 내부의 상부에 배치되어 상기 대상체(31)에 무기 박막을 형성하는 과정에서 중성입자 빔을 발생시키는 기능을 수행한다.
상기 중성 입자 빔 발생 수단(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 중성 입자 빔 발생을 위한 도체 리플렉터(11)를 포함하여 구성되고, 중성 입자 빔을 발생하기 위한 플라즈마 소스(미도시)를 포함하여 구성되는 것은 당연한다.
한편, 상기 진공 챔버(50)의 내부 상부에는 상기 중성 입자 빔 발생 수단(10)과 함께 공동 스퍼터링 수단(20)이 배치된다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공동 스퍼터링 수단(20)은 상기 중성 입자 빔 발생 수단(10)의 양 쪽에 각각 하나씩 배치된다.
상기 공동 스퍼터링 수단(20)은 무기 박막을 형성하기 위한 스퍼터 건과 이 스퍼터 건 상부에 올려지는 스퍼터링 타겟(21)을 포함하여 형성된다. 상기 공동 스퍼터링 수단(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(50)의 내부 상부측 양 사이드 쪽에 각각 배치되기 때문에, 상기 스퍼터링 타겟(21)의 면이 상기 대상체(31)의 면에 경사지도록 장착하고 있다.
한편, 상기 진공 챔버(50)에는 공정 가스 유입구 및 배출구가 형성되는 것은 당연하고, 이와 더불어 상기 대상체(31)에 유기 박막을 형성하기 위한 유기 고분자 기체가 유입될 수 있는 유기 고분자 기체 유입구(미도시)가 형성되어 있다. 이와 같은 유기 고분자 기체 유입구(미도시)의 형성 위치는 상기 진공 챔버(50)의 어느 곳에 있어도 무방하나, 대상체(31)에 가까이 있는 것이 바람직하다.
상기 대상체(31) 상에 형성되는 유기 박막을 위한 상기 유기 고분자 기체는 진공 챔버(50)의 외부에 배치되는 기화 장치(미도시)에서 기화 상태의 가스 기체로 형성된 후, 상기 유기 고분자 기체 유입구(미도시)를 통하여 상기 진공 챔버(50) 내부로 유입된다. 상기와 같은 공정 가스 유입 및 배출 및 상기 유기 고분자 기체 유입 과정에서 상기 진공 챔버(50)는 진공 상태를 유지하는 것은 당연하다.
이상에서 설명한 기체 차단막 형성 장치(100)를 통하여, 스퍼터링 공정 및 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있고, 이들 공정을 통하여 상기 대상체(31) 상에 유기 박막 및 무기 박막을 형성할 수 있다.
즉, 상기 공동 스퍼터링 수단(20)과 상기 중성입자 빔 발생 수단(10)을 이용하여 상기 대상체(31) 상에 무기 박막을 형성할 수 있고, 상기 진공 챔버(50) 내부로 유입되는 유기 고분자 기체를 화학 기상 증착 공정을 통하여 상기 대상체(31) 상에 증착시켜 유기 박막을 상기 대상체(31) 상에 형성할 수 있다.
이 때, 상기 대상체(31) 상에 형성되는 상기 유기 박막 및 무기 박막의 형성 순서는 고정되는 것이 아니라, 상기 대상체(31)의 성질에 따라 유기 박막이 먼저 상기 대상체(31)에 형성될 수도 있고, 무기 박막이 먼저 상기 대상체(31) 상에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 대상체(31) 상에 형성되는 유기 박막 및 무기 박막은 서로 교대로 적층되어 복수층을 형성할 수 있다. 그 적층 수는 고정되는 것이 아니고, 고특성의 기체 차단막으로 기능을 수행할 수 있을 정도의 적층 수를 가지면 된다.
한편, 상기 진공 챔버(50) 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 리미터(40)가 선택적으로 더 형성될 수도 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마 리미터(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 홀딩 수단(30)과, 상기 중성입자 빔 발생 수단(10) 및 공동 스퍼터링 수단(20) 사이에 배치되되, 플라즈마 내의 전자를 구속하여 음이온들이 상기 대상체로 이동하지 못하도록 하기 위하여 수평 방향으로 자기장을 발생시킨다.
상기 플라즈마 리미터(40)가 스퍼터링 공정에서 수평 방향으로 자기장을 발생시키는 이유는, 상기 대상체(31)에 형성되는 박막에 손상을 입히는 높은 에너지의 음이온들은 차단하고, 상기 박막의 활성화를 위한 양이온들은 가속 통과시키기 위해서이다.
상기 플라즈마 리미터(40)는 자기장을 발생시키기 위하여 일정한 규칙에 따라 배열되는 자석들을 포함한다. 이에 대하여 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 상기 플라즈마 리미터(40)의 구성을 보여주는 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 리미터(40)는 자석 어레이(42)와 이 자석 어레이(42)를 고정시키고 상기 진공 챔버(50) 내부에 부착되는 고정틀(41)을 포함하여 구성된다.
상기 플라즈마 리미터(40)를 구성하는 자석 어레이(42)는 도 2에 도시된 바와 같이, S극 자석(42a)과 N극 자석(42b)이 결합되어 형성되는 자석 페어들이 상호 이격 배치되어 슬릿(각 자석 페어들 사이의 공간)을 형성시킨다.
구체적으로, S극 자석(42a)과 N극 자석(42b)을 맞붙여서 자석 페어를 구성하고, 이 자석 페어를 서로 이격시켜 배치함으로써, 자석 어레이(42)를 형성한다. 상기 자석 페어를 서로 이격시킴으로써, 슬릿을 형성할 수 있다. 상기 자석 어레이(42)는 상기 고정틀(41)에 의하여 고정된다. 즉, 상기 고정틀(41)은 상기 자석 어레이(42)를 고정시킴과 아울러 상기 진공 챔버(50) 내부에 부착 고정되어 설치된다.
한편, 상기 자석 어레이(42)는 S극 자석(42a)과 N극 자석(42b)이 결합되어 형성된 자석 페어를 소정 간격 이격시켜 배치함으로써 형성되지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 양 쪽 가장자리에 배치되는 자석은 N극 자석과 S극 자석이 결합되어 형성된 자석 페어가 아닌, 각각 N극 자석과 S극 자석이 배치되어 형성된다.
이와 같이 상기 진공 챔버(50) 내부에 상기 플라즈마 리미터(40)를 구비한 경우에, 상기 스퍼터링 타겟(21)에서 스퍼터링된 타겟 물질들은 상기 플라즈마 리미터(40)에 형성된 슬릿을 통하여 상기 홀딩 수단(30)이 장착하고 있는 대상체(31) 상에 증착된다.
한편, 상기 플라즈마 리미터(40)에 자석 어레이(42)가 포함되어 있기 때문에, 타겟 물질들이 상기 대상체(31)에 균일하게 증착되지 못한다. 따라서, 본 발명에서는 상기 대상체(31)가 왕복 이동을 할 수 있도록 구성함으로써, 대상체(31) 상에 타겟 물질(무기 박막)이 균일하게 증착될 수 있도록 하며, 플라즈마 리미터(40)를 사용하지 않는 경우에도 대상체(31)의 크기 및 용도에 따라서 왕복운동을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 대상체(31)를 장착하고 있는 홀딩 수단(30)은 상기 진공 챔버(50) 내에서 왕복 운동이 가능하도록 형성된다. 상기 홀딩 수단(30)의 왕복 운동은 추가적인 구성요소들(모터, 레일 등)을 조합함으로써 가능해진다.
도 2에서는 상기 홀딩 수단(30)의 왕복 운동 방향을 보여주는 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 홀딩 수단(30)의 왕복 운동 방향(화살표 방향)은 상기 슬릿(자석 페어들 사이의 공간)의 장축과 수직한 방향이다. 이와 같은 방향으로 상기 홀딩 수단(30)이 왕복 운동을 하게 되면, 상기 자석 어레이의 방해로 인하여 증착되지 못한 대상체의 상부 부분도 박막이 증착될 수 있기 때문에, 균일한 박막을 상기 대상체(31)에 형성시킬 수 있다.
한편, 상기 홀딩 수단(30)은 상기 진공 챔버(50) 내부에 플라즈마 리미터(40)의 구비 여부와 무관하게, 상기 대상체(31)를 가열 및 냉각할 수 있는 온도 조절 유닛(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 홀딩 수단(30)에 상기 온도 조절 유닛(미도시)을 구비하는 이유는 상기 진공 챔버(50) 내부로 유입되는 유기 고분자 기체를 상기 대상체(31) 상에 효율적으로 증착시키기 위함이다. 상기 유기 고분자 기체가 상기 대상체(31) 상에만 증착되고, 상기 진공 챔버(50)의 내부 벽면 등에는 증착되지 않도록, 상기 홀딩 수단(30)에 온도 조절 유닛(미도시)을 구비할 수 있고, 이와 아울러 상기 진공 챔버(50)도 가열 또는 냉각시킬 수 있는 유닛을 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 유기 박막 및 무기 박막이 증착되는 상기 대상체(31)는 다양한 기판이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 대상체(31)는 플라스틱 기판 또는 상부에 기능성 코팅이 형성된 기판이 될 수 있다. 따라서, 상기 플라스틱 기판 또는 상부에 기능성 코팅이 형성된 기판 상에 상기 유기 박막 및 무기 박막이 복수층으로 형성되어 기체 차단막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 대상체(31)는 상부에 유기발광소자 또는 유기태양전지와 같은 유기 전자 소자가 형성된 기판일 수도 있다. 따라서, 상기 상부에 유기발광소자 또는 유기태양전지가 형성된 기판 상에 유기 박막 및 무기 박막이 복수층으로 형성되어 기체 차단막을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 기체 차단막 형성 장치(100)의 구성에 대하여 정리하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기체 차단막 형성 장치(100)는 중성입자 빔 발생 수단(10)과 공동 스퍼터링 수단(20) 및 홀딩 수단(30)을 진공 챔버(50) 내부에 구비하고 있다. 이 진공 챔버(50) 내부에서 스퍼터링 공정 및 화학 기상 증착 공정이 함께 수행된다.
상기 중성입자 빔 발생 수단(10)은 도 1에는 도식되어 있지 않으나 중성입자 빔 발생용 플라즈마 소스가 포함되며, 중성입자 빔 발생을 위한 도체 리플렉터(11)가 중성입자 빔 발생 수단(10) 상부에 위치하고, 공동 스퍼터링 수단(20)은 무기 기체 차단막 형성을 위한 스퍼터 건 및 스퍼터링 타겟(21)을 구비하고 있다.
그러나 본 발명은 공동 스퍼터링 방식을 이용한 무기 박막 형성 방법에 국한되지 않으며, 본 발명에 적합한 다른 형태의 스퍼터링 방식도 모두 포함할 수 있으며, 공동 스퍼터링 방식을 사용하는 경우, 양쪽 스퍼터 건 및 스퍼터링 타겟(21)의 각도는 본 발명인 기체 차단막 형성 장치를 활용함에 있어 다양하게 변경될 수 있다.
상기 진공 챔버(50)의 내부 하부 쪽에는 유/무기 혼성 다층 기체 차단막이 형성되는 대상체(31)를 지지하는 홀딩 수단(30)이 배치된다. 이때 홀딩 수단(30)은 대상체(31)를 냉각 및 가열할 수 있는 온도 조절 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 또한 상기 홀딩 수단(30)은 필요시 플라즈마 리미터(40)를 사용하거나 대면적 공정에 대응할 수 있도록 왕복 운동할 수 있으며, 혹은 롤 투 롤(Roll to Roll) 기판 공정이 포함될 수 있다.
상기 플라즈마 리미터(40) 사용 시 기판 혹은 롤 투 롤 기판의 운동방향은 플라즈마 리미터(40)의 자석 어레이(42)와 플라즈마 리미터(40)의 두께로 인해 박막이 불균일하게 증착되는 것을 방지하기 위해 자석 어레이에서 형성되는 슬릿의 장축과 수직한 방향으로 왕복 운동하는 것이 바람직하며, 플라즈마 리미터(40)를 사용하지 않는 경우에는 박막의 균일도가 확보될 수 있는 모든 방향의 왕복운동을 포함할 수 있다.
유기 박막 및 무기 박막 형성용 플라즈마 가스는 진공 챔버(50) 내부의 어느 곳에 위치해도 무방하나, 중성입자 빔 발생 수단(10) 및 공동 스퍼터링 수단(20)과 가까운 곳에 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 유기 박막 형성용 유기 고분자 기체의 공급은 진공 챔버(50) 내부의 어느 곳에 위치해도 무방하나, 홀딩 수단(30)의 상부, 즉 플라즈마 리미터(40)가 구비되는 경우, 그 상부 공간에 공급하는 것이 바람직하다.
다음은, 상기와 같은 기체 차단막 형성 장치(100)를 이용한 기체 차단막 형성 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 기체 차단막 형성 방법은 먼저, 하나의 진공 챔버(50) 내에서 대상체(31) 상에 무기 박막을 형성한 후, 그 상부에 유기 박막을 형성하거나, 유기 박막을 먼저 형성한 후, 그 상부에 무기 박막을 형성하는 유/무기 박막 형성 단계를 수행한다.
상기 단계를 수행하면, 상기 대상체(31) 상에 유기 박막 및 무기 박막(무기 박막 및 유기 박막)이 순서대로 적층된 상태가 된다. 즉 유/무기 혼성 박막이 상기 대상체(31) 상에 형성된다.
이와 같이, 상기 유/무기 혼성 박막을 상기 대상체(31) 상에 형성한 후에는 상기 유/무기 박막 형성 단계를 반복 수행하는 유/무기 혼성 다층 박막 형성 단계를 수행한다. 결국, 상기 대상체(31) 상에 유/무기 혼성 박막이 복수층이 형성되어 기체 차단막이 완성된다.
이 때, 상기 유/무기 박막 형성 단계의 반복 수행은 상기 유/무기 혼성 다층 박막이 고특성의 기체 차단막으로 기능할 수 있을 정도의 횟수로 진행하면 된다. 한편, 상기 유/무기 혼성 박막 혹은 유기박막 혹은 무기박막만으로 고특성의 기체 차단막으로 기능할 수 있다면 상기 유/무기 혼성 다층 박막 형성 단계는 경우에 따라서 생략할 수도 있다.
한편, 상기 유/무기 혼성 박막 형성 단계는 상기 대상체(31) 상에 유기 박막을 먼저 형성할 수도 있고, 무기 박막을 먼저 형성할 수도 있다. 즉, 대상체(31)의 성질에 따라서 유기 박막을 먼저 상기 대상체 상에 형성할 수도 있고, 무기 박막을 상기 대상체 상에 형성할 수도 있다.
이하에서는 유기 박막을 상기 대상체 상에 먼저 형성하고, 이 형성된 유기 박막 상에 무기 박막을 형성함으로써, 유/무기 혼성 박막을 형성하는 과정을 일예로 설명한다.
상기 유기 박막은 기본적으로 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성된다. 더 구체적으로, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 플라즈마를 이용하여 상기 대상체 상에 유기 박막을 형성하거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 중성입자 빔을 이용하여 상기 대상체 상에 유기 박막을 형성하거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 대상체를 가열 또는 냉각시켜 상기 대상체 상에 유기 박막을 형성한다.
첨부된 도 3을 참조하여 상기 대상체 상에 유기 박막을 형성하는 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시되지 않지만, 유기 완충층 역할을 수행하는 유기 박막을 상기 대상체 상에 형성하기 위한 액상 고분자 유기 재료를 기화할 수 있는 기화 장치(미도시)가 상기 진공 챔버(50) 옆에 구비된다.
상기 기화 장치(미도시)를 이용하여 유기 박막 형성용 액상 고분자 유기 재료를 기화하여 유기 고분자 기체(1)를 가스 형태로 진공 챔버(50) 내부로 공급한다. 이때 상기 유기 고분자 기체(1)는 상기 진공 챔버(50) 내부 공간에 공급되기만 하면 무방하나, 도 3에 도시된 바와 같이, 홀딩 수단(30) 상부 쪽으로 공급되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 진공 챔버(50) 내부는 상기 고분자 유기 재료가 대상체(31) 이외의 진공 챔버 내부 벽면 등에 중합처리(Polymerization) 되어 증착되는 것을 방지하기 위해 가열 및 냉각 절차가 수행될 수 있다.
상기와 같이, 상기 진공 챔버(50) 내에 고분자 유기 재료 기체(1)가 공급되면, 이와 동시에 상기 진공 챔버(50) 내부, 더욱 구체적으로 중성입자 빔 발생 수단(10) 바로 아래 공간에 플라즈마 형성용 공정 가스를 공급한 후, 별도로 구비된 플라즈마 발생 소스를 이용하여 중성입자 빔 발생 수단(10) 바로 아래 공간에 공간적으로 균일한 고밀도 플라즈마(2)를 형성한다.
상기 고밀도 플라즈마 형성에 사용되는 플라즈마 소스의 종류나 방법 등은 특정한 것으로 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예에 적합한 다양한 CCP(Capacitively Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스들과 SLAN(Slot Antenna), Lisitano antenna 등의 다양한 마이크로파 플라즈마 발생 소스 등을 모두 포함 할 수 있으나, 플라즈마 형성 공간 내에 다른 구조물을 설치하지 않으며, 고밀도 플라즈마의 형성이 가능한 SLAN 타입 마이크로파 플라즈마 발생 소스를 사용하는 것이 선호될 수 있다.
상기와 같이 형성된 고밀도 플라즈마(2)를 이용하여 상기 고분자 유기 재료 기체(1)를 상기 대상체(31)에 증착시켜 유기 완충층 역할을 수행하는 유기 박막(32)을 형성한다.
한편, 상기와 같이 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후, 고밀도 플라즈마(2)를 이용하여 상기 고분자 유기 재료 기체(1)를 상기 대상체(31) 상에 증착시켜 유기 박막(32)을 형성하는 방법과 다르게, 중성입자 빔을 이용하여 유기 박막(32)을 형성할 수도 있다.
구체적으로, 상기 중성입자 빔 발생 수단(10) 바로 아래 공간 내에 공간적으로 균일한 고밀도 플라즈마(2)를 형성한 후, 상기 중성입자 빔 발생 수단(10) 상부에 위치한 도체 리플렉터(11)에 소정의 음의 바이어스 전압을 인가하여, 고밀도 플라즈마(2) 내의 플라즈마 이온들이 도체 리플렉터(11) 표면으로 가속되어 충돌함과 동시에 오거(Auger) 중성화 과정에 의한 중성입자 빔이 도체 리플렉터(11)에 인가된 바이어스 전압만큼의 에너지를 가지고 발생되도록 한다.
그러면, 진공 챔버(50) 내부에 위치한 대상체(31)는 중성입자 빔에 노출되고 진공 챔버(50) 내부에 공급된 고분자 유기 재료 가스(1)가 대상체(31) 상에서 선택적으로 화학 기상 증착되어 유기 완충층 역할을 수행하는 유기 박막(32)을 형성하게 된다.
한편, 상술한 고밀도 플라즈마 형성 단계 및(또는) 중성입자 빔 발생 단계를 사용하지 않고, 상기 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후, 상기 대상체(31)를 가열 또는 냉각시켜 상기 대상체 상에 유기 박막(32)을 형성할 수도 있다. 또한 상술한 고밀도 플라즈마 형성 단계 및(또는) 중성입자 빔 발생 단계와 함께 상기 대상체를 가열 또는 냉각시켜 상기 대상체 상에 유기 박막을 형성할 수도 있다.
이상에서 설명한 공정들에 의하여 상기 대상체 상에 유기 완충층 역할을 수행하는 유기 박막(32)을 형성한 후에는 상기 유기 박막(32) 상에 무기 박막을 형성하는 공정을 수행한다.
상기 유기 박막(32)이 형성된 대상체(31) 상에 상기 무기 박막을 형성하는 공정은 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 무기 박막은 스퍼터링 방법 및 중성입자 빔 처리 방법을 이용하여 형성한다. 상기 무기 박막은 단일 박막이지만, 결정 크기가 서로 다른 나로 결정 구조층들이 복수개 적층되어 형성된다.
이 때, 상기 나노 결정 구조층들에 의하여 형성되는 무기 박막은 스퍼터링 방법에 의하여 나노 사이즈 두께의 박막을 상기 유기 박막 상에 형성하는 제1 과정, 상기 박막에 대하여 중성입자 빔 처리를 수행하는 제2 과정, 상기 제1 과정 및 제2 과정을 반복 수행하는 제3 과정을 통하여 서로 다른 결정 크기를 가지는 복수개의 나노 결정 구조층들을 형성할 수 있다.
경우에 따라서 상기와 같이 제3 과정까지의 과정을 목표로 하는 무기 박막의 두께까지 진행 할 수 있으며, 필요시 적정 두께까지만 제3 과정까지를 수행한 후 나머지 두께는 제1 과정만을 이용하여 무기 박막의 목표 두께까지 무기 박막을 형성할 수도 있다.
한편, 상기 나노 결정 구조층들에 의하여 형성되는 무기 박막은 스퍼터링 방법에 의하여 나노 사이즈 두께의 박막을 형성하면서, 동시에 중성입자 빔 처리를 중성입자 빔 에너지를 연속적으로 조절하여 수행함으로써, 상기 유기 박막 상에 무기 박막을 형성할 수도 있다. 즉, 스퍼터링 공정과 중성입자 빔 처리 공정을 동시에 수행하여 상기 유기 박막 상에 무기 박막을 형성할 수도 있다.
상기와 같이 스퍼터링 공정과 중성입자 빔 처리 공정을 동시에 수행하는 경우에도 필요에 따라서 적정한 무기 박막의 두께까지 스퍼터링 공정과 중성입자 빔 처리 공정을 함께 사용하고, 나머지 목표로 하는 무기 박막의 두께까지는 스퍼터링 공정만 사용하여 복수개의 나노 결정 구조층들을 갖는 무기박막을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한, 무기 박막을 형성하는 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 상기 유기 완충층 역할을 수행하는 유기 박막(32)을 상기 대상체(31) 상에 형성하고 그 위에 무기 기체 차단막인 무기 박막(33)을 형성하기 위해 Ar 등과 같은 비활성 기체인 공정 가스를 상기 공동 스퍼터링 수단의 각 스퍼터링 타겟(21) 아래에 공급한다.
그런 후, 스퍼터링 타겟(21)에 소정의 음의 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마(30)를 형성하고 스퍼터링 된 타겟 원소들이 대상체(31) 상에 형성된 유기 박막(32) 상부에 증착되어 목표로 하는 두께까지 무기 기체 박막을 형성한다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정 가스를 상기 중성입자 빔 발생 수단(10) 바로 아래에 공급하여 고밀도 플라즈마(4)를 형성 후, 중성입자 빔을 발생하여, 상기 유기 박막 상에 증착된 무기 기체 박막에 중성입자 빔을 지속적으로 처리하여 상기 유기 박막(32) 상에 고밀도 무기 박막(33)을 형성한다.
이 때, 도체 리플렉터(11)에 인가되는 소정의 바이어스 전압을 조절하여 중성입자 빔의 에너지를 조절하거나, 스퍼터링 타겟(21)에 인가되는 소정의 바이어스 전압을 조절하거나, 운전 압력을 조절하는 등의 공정 조건을 변화하여 성막되는 무기 기체 박막(33)의 나노 결정 구조의 크기를 연속적으로 조절하여 고밀도 무기 기체 차단막인 무기 박막(33)을 형성한다.
한편, 상기 무기 기체 차단막인 무기 박막(33)을 형성하는 단계는 무기 기체 차단막 스퍼터링 증착 과정을 수 나노 미터 정도의 원자층 단위로 증착한 후 스퍼터링 공정을 정지하고, 중성입자 빔 발생 수단(10)을 이용하여 수 나노 미터 두께의 무기 기체 차단용 박막을 적절한 시간 동안 중성입자 빔으로 처리한 후, 목표로 하는 무기 박막 두께가 될 때까지 상기 방법들(스퍼터링 공정 및 중성입자 빔 처리 공정)을 반복하여 무기 박막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 무기 기체 차단막인 무기 박막(33)을 형성하는 단계는 무기 기체 차단막 스퍼터링 증착 과정을 수 나노 미터 정도의 원자층 단위로 증착한 후 스퍼터링 공정을 정지하고, 중성입자 빔 발생 수단(10)을 이용하여 수 나노 미터 두께의 무기 기체 차단용 박막을 적절한 시간 동안 중성입자 빔으로 처리한 후, 스퍼터링 공정만을 이용하여 목표로 하는 무기 박막 두께를 도달할 수도 있다.
또한, 스퍼터링 방법에 의하여 무기 박막을 형성하면서, 동시에 중성입자 빔 처리를 수행함으로써 상기 유기 박막 상에 무기 박막을 형성할 수도 있다.
이상에서 설명한 방법에 의하여 상기 대상체 상에 형성된 유/무기 혼성 박막은 고특성의 기체 차단막으로서 기능을 수행할 수 있다. 만약 기체 차단막의 특성을 더 좋게 하기 위하여 상기 유/무기 혼성 박막을 더 적층하고자 하는 경우에는 상기와 같은 공정이 반복 수행되면 된다.
한편, 상기 유/무기 기체 차단막을 형성하는 모든 공정에 있어서, 필요에 따라 대상체가 플라즈마에 노출되지 않고 중성입자 빔에만 노출되어야 하는 경우에는 선택적으로 플라즈마 리미터(40)를 사용하여 플라즈마에 대한 대상체의 노출을 방지하는 단계가 포함될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중성입자 빔 공정을 사용한 인듐 주석 산화물 (Indium Tin Oxide, ITO) 박막의 TEM 단층 촬영 사진과 X-ray Diffraction 패턴이다. 수 nm의 단일 원자층(Mono Layer) 두께 만큼 스퍼터링 증착 후 적절한 에너지를 가진 중성입자 빔 처리 공정을 거친 ITO 박막이 상온 증착 공정에서 나노 결정구조로 성막 되었음을 확인 할 수 있으며, 이와 같은 효과는 무기 기체 차단막으로 선호되는 대부분의 무기 박막 재료에 동일하게 적용 될 수 있으며, 그에 따라 고특성/고밀도 나노 결정구조의 무기 기체 차단막의 형성을 가능하게 할 수 있다.
10 : 중성입자 빔 발생 수단 11 : 도체 리플렉터
20 : 공동 스퍼터링 수단 21 : 스퍼터링 타겟
30 : 홀딩 수단 31 : 대상체
32 : 유기 박막 33 : 무기 박막
40 : 플라즈마 리미터 41 : 고정틀
42 : 자석 어레이 50 : 진공 챔버
100 : 기체 차단막 형성 장치
20 : 공동 스퍼터링 수단 21 : 스퍼터링 타겟
30 : 홀딩 수단 31 : 대상체
32 : 유기 박막 33 : 무기 박막
40 : 플라즈마 리미터 41 : 고정틀
42 : 자석 어레이 50 : 진공 챔버
100 : 기체 차단막 형성 장치
Claims (16)
- 화학 기상 증착 공정과 스퍼터링 공정이 수행되는 공간을 제공하는 진공 챔버;
상기 진공 챔버 내부의 하부에 배치되되, 유/무기 혼성 다층 구조의 기체 차단막이 형성되는 대상체를 장착하고 있는 홀딩 수단;
상기 진공 챔버 내부의 상부에 배치되어 중성입자 빔을 발생시키는 중성입자 빔 발생 수단;
상기 중성입자 빔 발생수단의 양 쪽에 각각 배치되되, 스퍼터링 타겟의 면이 상기 대상체의 면에 경사지도록 장착하고 있는 공동 스퍼터링 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 홀딩 수단과, 상기 중성입자 빔 발생 수단 및 공동 스퍼터링 수단 사이에 배치되되, 플라즈마 내의 전자를 구속하여 음이온들이 상기 대상체로 이동하지 못하도록 하기 위하여 수평 방향으로 자기장을 발생시키는 플라즈마 리미터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 플라즈마 리미터는, N극 자석과 S극 자석이 결합되어 형성되는 자석 페어들이 상호 이격 배치되어 슬릿을 형성시키는 자석 어레이, 상기 자석 어레이를 고정시키고 상기 챔버 내부에 부착되는 고정틀을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 홀딩 수단은 상기 챔버 내에서 왕복운동이 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 홀딩 수단의 왕복 운동 방향은 상기 슬릿의 장축과 수직한 방향인 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 홀딩 수단은 상기 대상체를 가열 및 냉각할 수 있는 온도 조절 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 대상체는 플라스틱 기판 또는 상부에 기능성 코팅층이 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 대상체는 상부에 유기발광소자 또는 유기태양전지가 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 장치.
- 하나의 진공 챔버에서 대상체 상에 무기 박막 형성 후 그 상부에 유기 박막을 형성하거나, 유기 박막 형성 후 그 상부에 무기 박막을 형성하는 유/무기 박막 형성 단계;
상기 유/무기 박막 형성 단계를 반복 수행하는 유/무기 혼성 다층 박막 형성 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 유기 박막은 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 유기 박막은,
액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 플라즈마를 이용하여 형성되거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 중성입자 빔을 이용하여 형성되거나, 액상 고분자 재료를 기화시켜 가스 상태로 상기 진공 챔버 내부에 공급한 후 대상체를 가열 또는 냉각시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 무기 박막은 스퍼터링 방법 및 중성입자 빔 처리 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 무기 박막은 결정 크기가 서로 다른 나노 결정 구조 층들이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법. - 청구항 13에 있어서, 상기 나노 결정 구조 층들은,
스퍼터링 방법에 의하여 나노 사이즈 두께의 박막을 형성하는 제1 과정, 상기 박막에 대하여 중성입자 빔 처리를 수행하는 제2 과정 및 상기 제1 과정과 제2 과정을 반복 수행하는 제3 과정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법
- 청구항 14에 있어서,
상기 제3 과정을 수행한 후, 상기 무기 박막의 목표 두께를 만들기 위하여 상기 제1 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 나노 결정 구조 층들은,
스퍼터링 방법에 의하여 무기 박막을 형성하면서, 동시에 중성입자 빔 처리를 수행함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 기체 차단막 형성 방법.
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