KR20190017502A - 입자 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

입자 코팅 장치는 액체를 담기 위한 제1 용기 및 제2 용기와, 제1 용기의 내부와 제2 용기의 내부를 연결하는 연결 배관과, 연결 배관에 설치된 양방향 펌프와, 제1 용기와 제2 용기 각각의 내부에서 경사지게 위치하는 두 개의 기판 지지대와, 두 개의 기판 지지대 각각에 결합되어 기판 지지대의 각도를 조절하는 두 개의 각도 조절부와, 제1 용기와 제2 용기 각각의 상측에 위치하는 두 개의 선형 디스펜서를 포함한다.

Description

입자 코팅 장치 및 방법 {DEPOSITION DEVICE AND METHOD FOR PARTICLES}

본 발명은 입자 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기-물 계면에서의 박막 형성법을 이용한 입자 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

마이크로미터 또는 나노미터 크기의 미세 입자들로 이루어진 막을 형성하는 방법으로 스핀 코팅(spin coating)법, 랭뮤어-블로젯(Langmuir Biogett)법, 바 코팅(bar coating)법 등이 알려져 있다.

스핀 코팅법은 고속으로 회전하는 회전판 위에 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 부으면 코팅 용액이 회전판 위에서 방사형으로 얇게 퍼지면서 막을 형성하는 방법이다. 그런데 회전축을 중심으로 회전축과의 거리에 따라 코팅 용액의 퍼짐 속도가 다르기 때문에 대면적 막을 형성할 때 막의 두께와 입자 분포의 균일도가 저하될 수 있다.

랭뮤어-블로젯법은 코팅 용액이 얇고 넓게 퍼져 있는 수면에 코팅 대상물을 수직으로 꽂으면 수면에 떠 있던 미세 입자들이 코팅 대상물의 표면에 달라 붙으면서 막을 형성하는 방법이다. 그런데 이 방법은 코팅 시간이 오래 걸리고, 코팅 대상물의 최대 크기가 대략 4인치(inch) 정도로 작으며, 장치 가격이 고가이다.

바 코팅법은 바의 길이 방향을 따라 코팅 용액을 뿌린 다음 기판 위로 바를 움직여 막을 형성하는 방법이다. 이 방법 또한 대면적으로 갈수록 막의 두께와 입자 분포의 균일도가 낮아지며, 장치 가격이 고가이다.

본 발명은 미세 입자들로 이루어진 막을 형성하기 위한 입자 코팅 장치 및 방법에 있어서, 비교적 짧은 시간에 대면적의 막을 형성할 수 있고, 막의 두께와 미세 입자 분포의 균일도를 높일 수 있으며, 장치 가격을 낮출 수 있는 입자 코팅 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 장치는, 액체를 담기 위한 제1 용기 및 제2 용기와, 제1 용기의 내부와 제2 용기의 내부를 연결하는 연결 배관과, 연결 배관에 설치된 양방향 펌프와, 제1 용기와 제2 용기 각각의 내부에서 경사지게 위치하는 두 개의 기판 지지대와, 두 개의 기판 지지대 각각에 결합되어 기판 지지대의 각도를 조절하는 두 개의 각도 조절부와, 제1 용기와 제2 용기 각각의 상측에 위치하는 두 개의 선형 디스펜서를 포함한다.

제1 용기와 제2 용기 각각은 기판 지지대보다 낮은 곳에 위치하는 관통 홀을 포함할 수 있고, 연결 배관의 양단은 두 개의 관통 홀에 접속될 수 있다.

두 개의 각도 조절부 각각은 기판 지지대의 하측 단부에 대응하는 하나의 축을 중심으로 기판 지지대의 상측 단부에 대응하는 반대측의 길이를 가변할 수 있는 부채꼴 주름관 형태의 구조물로 이루어질 수 있다.

두 개의 각도 조절부 각각은 한 쌍의 부채꼴 주름부와 하나의 사각 주름부를 포함할 수 있다. 한 쌍의 부채꼴 주름부는 뾰족한 제1 단부 및 가변 길이의 제2 단부를 포함하며, 지그재그로 접힌 복수의 삼각판으로 구성될 수 있다. 사각 주름부는 한 쌍의 부채꼴 주름부의 제2 단부를 연결하며, 지그재그로 접힌 복수의 사각판으로 구성될 수 있다.

입자 코팅 장치는 제1 용기와 제2 용기 각각의 내부에 위치하는 두 개의 직선 레일과, 두 개의 직선 레일 각각에 결합된 두 개의 높이 조절부를 더 포함할 수 있다. 두 개의 각도 조절부 각각은 두 개의 높이 조절부 각각의 상측에 결합될 수 있다.

두 개의 선형 디스펜서 각각은, 서로간 거리를 두고 사선으로 배치된 제1 고정판 및 제2 고정판과, 제2 고정판의 하측에 결합되며 제2 고정판을 따라 슬라이딩하여 제1 고정판과의 거리가 변하는 게이트를 포함할 수 있다.

두 개의 선형 디스펜서 각각은, 게이트가 제1 고정판과 접촉할 때 닫힌 상태를 유지할 수 있고, 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 저장할 수 있으며, 게이트가 제1 고정판으로부터 이격 시 열린 상태가 되어 코팅 용액을 배출할 수 있다. 코팅 용액이 배출되는 선형 디스펜서의 개구는 직선형일 수 있다.

입자 코팅 장치는 제1 용기와 제2 용기 각각에 담긴 액체의 계면 상에 위치하는 부표를 더 포함할 수 있다. 부표는 액체의 계면 가장자리를 한 바퀴 둘러싸는 프레임 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 방법은, 두 개의 기판 지지대 각각에 기판을 위치시키고, 제1 용기에 액체를 채워 제1 용기 내부의 기판이 액체에 잠기도록 하는 제1 단계와, 제1 용기에 제공된 선형 디스펜서를 개방하여 액체의 계면 위로 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 확산시키는 제2 단계와, 양방향 펌프를 가동하여 제1 용기의 액체를 제2 용기로 이송하는 제3 단계를 포함한다. 제3 단계에서 액체의 계면이 하강함에 따라 미세 입자들이 기판의 표면에 붙어 막을 형성한다.

입자 코팅 방법은, 제2 용기에 제공된 선형 디스펜서를 개방하여 제2 용기에 담긴 액체의 계면 위로 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 확산시키는 제4 단계와, 양방향 펌프를 가동하여 제2 용기의 액체를 제1 용기로 이송하는 제5 단계를 더 포함할 수 있다. 제5 단계에서 액체의 계면이 하강함에 따라 미세 입자들이 기판의 표면에 붙어 막을 형성할 수 있다.

코팅 용액은 미세 입자들과 분산 용액을 포함할 수 있다. 미세 입자들은 나노미터 내지 마이크로미터 스케일의 크기를 가질 수 있으며, 고분자, 반도체, 금속, 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 분산 용액은 1-부탄올, 에탄올, 및 이소프로필 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제2 단계와 제4 단계에서 코팅 용액은 선형 디스펜서로부터 선형으로 방출된 후 면을 이루며 확산될 수 있고, 선형 디스펜서의 코팅 용액 배출 속도는 코팅 용액이 액체의 계면 위로 퍼지는 속도와 동일할 수 있다.

제1 용기와 제2 용기 각각에 담긴 액체의 계면 상에 프레임 형상의 부표가 위치할 수 있다. 제2 단계와 제4 단계에서 부표는 내측 공간으로 코팅 용액을 가두어 코팅 용액이 제1 용기와 제2 용기의 측벽에 붙는 것을 차단할 수 있다. 제3 단계와 제5 단계에서 기판 상에 형성된 막은 미세 입자들의 단층막으로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 비교적 단시간에 대면적의 막, 특히 미세 입자들로 이루어진 단층막을 용이하게 형성할 수 있고, 막의 두께와 입자 분포의 균일도를 높일 수 있다. 또한, 입자 코팅 장치는 단순한 기계 부품들의 조합으로 이루어지므로, 종래의 랭뮤어-블로젯 장치 및 바 코팅 장치 대비 장치 가격을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 기판 지지대와 각도 조절부의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 선형 디스펜서의 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 부표의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 제1 단계 내지 제5 단계의 입자 코팅 장치를 도시한 개략도이다.
도 7은 기판 지지대의 하측이 개방된 형태를 이루는 비교예의 구성을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 장치의 구성도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 입자 코팅 장치(100)는 제1 용기(10) 및 제2 용기(20), 제1 용기(10)와 제2 용기(20)를 연결하는 연결 배관(31), 연결 배관(31)에 설치된 양방향 펌프(32), 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 각각에 제공된 기판 지지대(40), 각도 조절부(50), 및 선형 디스펜서(60)를 포함한다.

제1 용기(10)와 제2 용기(20)는 물 등의 액체를 담기 위한 것으로, 상부가 개방된 형태로 이루어진다. 제1 용기(10)와 제2 용기(20)는 같은 크기로 제작될 수 있으며, 같은 용량의 액체를 담을 수 있다. 제1 용기(10)와 제2 용기(20)는 직육면체 형상일 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다.

제1 용기(10)와 제2 용기(20) 각각에 관통 홀(11, 21)이 위치하고, 연결 배관(31)의 양단이 두 개의 관통 홀(11, 21)에 접속된다. 제1 용기(10)의 내부와 제2 용기(20)의 내부는 연결 배관(31)에 의해 서로 이어지며, 연결 배관(31)을 통해 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 사이의 액체 이동이 가능하다.

관통 홀(11, 21)은 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 각각의 바닥부에 위치하거나, 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 각각의 측벽 아래 부분에 위치할 수 있다. 후자의 경우, 측벽의 관통 홀은 기판 지지대(40)보다 낮은 곳에 위치한다. 도면에서는 바닥부에 관통 홀(11, 21)이 위치하는 경우를 도시하였으나, 관통 홀(11, 21)의 위치는 도시한 예시로 한정되지 않는다.

양방향 펌프(32)는 작동 방향에 따라 어느 한 용기에 저장된 액체를 다른 용기로 이송한다. 예를 들어, 양방향 펌프(32)의 정방향 작동 시 제1 용기(10)의 액체가 제2 용기(20)로 이동할 수 있고, 역방향 작동 시 제2 용기(20)의 액체가 제1 용기(10)로 이동할 수 있다.

양방향 펌프(32)는 다음에 설명하는 입자 코팅 과정에서 주기적으로 액체를 이동시키며, 액체는 제1 용기(10)와 제2 용기(20)를 반복으로 오가면서 입자 코팅에 지속적으로 사용된다. 따라서 입자 코팅 장치(100)는 액체를 보충하지 않고도 한번 채워진 액체를 이용하여 입자 코팅을 연속으로 수행할 수 있다.

기판 지지대(40)와 각도 조절부(50)는 제1 용기(10)와 제2 용기(20)각각의 내부에 위치한다. 기판 지지대(40)는 코팅 대상물인 기판(S)을 받치는 지지대로서, 경사지게 위치한다. 각도 조절부(50)는 기판 지지대(40)의 하측에 결합되어 기판 지지대(40)의 각도를 조절한다. 기판 지지대(40)의 하측 단부(도면을 기준으로 좌측 단부)에는 기판(S)의 이탈을 방지하는 돌출 턱(41)이 위치할 수 있다.

각도 조절부(50)는 기판 지지대(40)의 각도 조절뿐만 아니라 기판 지지대(40)의 아래 부분에 액체가 유입되는 것을 차단하는 기능을 한다. 이를 위해 각도 조절부(50)는 하나의 축을 중심으로 반대측의 길이를 늘였다 줄였다 할 수 있는 부채꼴 주름관 형태의 구조물로 이루어질 수 있다. 이때 하나의 축은 기판 지지대(40)의 하측 단부에 대응하고, 반대측은 기판 지지대(40)의 상측 단부(도면을 기준으로 우측 단부)에 대응한다.

도 2는 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 기판 지지대와 각도 조절부의 사시도이다.

도 2를 참고하면, 각도 조절부(50)는 지그재그로 접힌 복수의 삼각판으로 이루어진 한 쌍의 부채꼴 주름부(51)와, 한 쌍의 부채꼴 주름부(51)의 단부를 연결하며 지그재그로 접힌 복수의 사각판으로 이루어진 사각 주름부(52)와, 한 쌍의 부채꼴 주름부(51) 및 사각 주름부(52)와 연결된 바닥판(53)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 부채꼴 주름부(51)는 기판 지지대(40)의 양측 아래에 위치하며, 일 방향을 따라 서로 마주한다. 부채꼴 주름부(51)는 뾰족한 제1 단부(511)와, 펴질 때 길이가 늘어나고 접힐 때 길이가 줄어드는 가변 길이의 제2 단부(512)를 포함한다. 사각 주름부(52)는 한 쌍의 제2 단부(512)를 연결하며, 제2 단부(512)와 같이 펴지거나 접히면서 그 길이가 변한다.

부채꼴 주름부(51)와 사각 주름부(52)가 접힌 상태일 때 기판 지지대(40)는 최소의 각도로 위치하고, 부채꼴 주름부(51)와 사각 주름부(52)가 펴진 상태일 때 기판 지지대(40)는 최대의 각도로 위치한다. 각도 조절부(50)는 플라스틱 판으로 제작될 수 있고, 제1 용기(10)와 제2 용기(20)에 액체가 보충되기 전, 작업자에 의해 특정 상태로 조작될 수 있다.

각도 조절부(50)는 기판 지지대(40)의 아래에서 일정한 부피를 차지하며, 그 결과 기판 지지대(40) 아래로 액체가 유입되는 것을 차단한다. 각도 조절부(50)의 액체 유입 차단에 따른 작용 효과에 대해서는 후술하는 입자 코팅 과정에서 상세하게 설명한다.

다시 도 1을 참고하면, 입자 코팅 장치(100)는 기판(S)의 위치 조절을 위한 직선 레일(71)과 높이 조절부(72)를 포함할 수 있다. 직선 레일(71)은 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 각각의 바닥부 위에 설치되며, 높이 조절부(72)가 직선 레일(71)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 그리고 각도 조절부(50)가 높이 조절부(72)의 상측에 결합될 수 있다.

높이 조절부(72)는 직선 레일(71)에 결합된 하측 실린더(73)와, 높이 조절이 가능한 상측 실린더(74)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하측 실린더(73)와 상측 실린더(74)의 중첩 부위에 높이 방향을 따라 복수의 핀 구멍(도시하지 않음)이 형성되고, 위치 결정 핀(도시하지 않음)이 특정 핀 구멍에 체결되는 방식으로 상측 실린더(74)의 높이를 조절할 수 있다. 높이 조절부(72)의 구성은 전술한 예시로 한정되지 않으며, 다양하게 변형 가능하다.

기판 지지대(40)는 직선 레일(71)을 따라 이동함으로써 수평 위치 조절이 가능하고, 높이 조절부(72)의 작동에 의해 수직 높이 조절이 가능하다. 또한, 기판 지지대(40)는 각도 조절부(50)의 접힘과 펼침 상태에 따라 각도 조절이 가능하다. 이러한 구성에 의해 코팅 대상인 기판(S)의 위치와 각도를 용이하게 최적으로 설정할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 선형 디스펜서의 부분 절개 사시도이다.

도 1과 도 3을 참고하면, 선형 디스펜서(60)는 제1 용기(10)와 제2 용기(20)의 개방된 상측에 위치하며, 일 방향을 따라 길게 뻗은 선형 구조로 이루어진다. 선형 디스펜서(60)는 제1 용기(10) 또는 제2 용기(20)에 담긴 액체의 계면 위로 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 2차원 직선 형태로 방출하는 기능을 한다.

선형 디스펜서(60)는, 서로간 거리를 두고 대략 브이자(V) 형태를 이루도록 사선으로 배치된 제1 고정판(61) 및 제2 고정판(62)과, 제2 고정판(62)의 하측에 결합되며 제2 고정판(62)을 따라 슬라이딩하여 제1 고정판(61)과의 거리가 변하는 게이트(63)를 포함할 수 있다. 제1 고정판(61)과 제2 고정판(62) 및 게이트(63) 모두 일 방향을 따라 길게 뻗은 판형으로 이루어진다.

게이트(63)가 제1 고정판(61)과 접촉할 때 선형 디스펜서(60)는 닫힌 상태가 되고, 제1 고정판(61)과 제2 고정판(62) 및 게이트(63) 위로 코팅 용액을 담아 저장할 수 있다. 게이트(63)가 슬라이딩하여 제1 고정판(61)으로부터 이격될 때 선형 디스펜서(60)는 열린 상태가 되며, 코팅 용액이 선형 디스펜서(60)로부터 액체의 계면을 향해 방출된다. 방출된 코팅 용액은 액체의 계면 위로 넓게 퍼진다.

제1 고정판(61)에 대한 게이트(63)의 슬라이딩 거리에 따라 코팅 용액의 배출 유량과 배출 속도가 조절된다. 선형 디스펜서(60)로부터 방출된 코팅 용액이 액체의 계면 위로 퍼지는 속도를 제1 속도라 하면, 제1 고정판(61)에 대한 게이트(63)의 슬라이딩 거리는 코팅 용액의 배출 속도가 제1 속도와 같아지는 거리로 설정될 수 있다.

선형 디스펜서(60)의 게이트(63)는 액츄에이터(도시하지 않음)에 결합되어 액츄에이터 작동에 의해 슬라이딩하거나, 작업자의 수동 조작에 의해 슬라이딩할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 입자 코팅 장치(100)는 제1 용기(10) 및 제2 용기(20)에 담긴 액체의 계면 위에 떠 있는 부표(80)를 포함할 수 있다. 도 4는 도 1에 도시한 입자 코팅 장치 중 부표의 사시도이다.

도 1과 도 4를 참고하면, 부표(80)는 액체의 계면 가장자리를 한바퀴 둘러싸도록 프레임 형상으로 이루어지며, 스티로폼이나 속이 빈 플라스틱 프레임 등으로 제작될 수 있다. 부표(80)는 그 내측의 공간으로 선형 디스펜서(60)에서 방출된 코팅 용액을 가두어 코팅 용액이 제1 용기(10) 및 제2 용기(20)의 측벽 내면에 들러 붙는 것을 방지한다.

전술한 구성의 입자 코팅 장치(100)에서 제1 용기(10) 및 제2 용기(20)에 담기는 액체는 물일 수 있고, 코팅 용액은 마이크로미터 또는 나노미터 크기의 미세 입자들과 분산 용액을 포함한다. 미세 입자는 폴리스티렌(PS) 등의 고분자 입자, 실리콘(Si) 등의 반도체 입자, 금(Au) 등의 금속 입자, 실리콘산화물(SiO₂) 등의 금속산화물 입자 등 다양한 물질을 포함할 수 있다. 분산 용액은 1-부탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올 등을 포함할 수 있다.

다음으로, 전술한 입자 코팅 장치(100)를 이용한 입자 코팅 방법에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 코팅 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예의 입자 코팅 방법은 두 개의 기판 지지대 위에 기판을 위치시키고 제1 용기에 액체를 채우는 제1 단계(S10)와, 제1 용기에 담긴 액체의 계면 위로 코팅 용액을 확산시키는 제2 단계(S20)와, 양방향 펌프를 가동하여 제1 용기의 액체를 제2 용기로 이송하는 제3 단계(S30)를 포함한다. 제3 단계(S30)에서 액체의 수위가 내려감에 따라 미세 입자들이 기판의 표면에 붙어 막을 형성한다.

본 실시예의 입자 코팅 방법은 제2 용기에 담긴 액체의 계면 위로 코팅 용액을 확산시키는 제4 단계(S40)와, 양방향 펌프를 가동하여 제2 용기의 액체를 제1 용기로 이송하는 제5 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 제5 단계(S50)에서 액체의 수위가 내려감에 따라 미세 입자들이 기판의 표면에 붙어 막을 형성한다.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 제1 단계 내지 제5 단계의 입자 코팅 장치를 도시한 개략도이다.

도 6a를 참고하면, 제1 단계(S10)에서 제1 용기(10)에 액체를 채우기 전, 직선 레일(71)을 따라 기판 지지대(40)의 수평 위치를 조절할 수 있고, 높이 조절부(72)를 이용하여 기판 지지대(40)의 수직 높이를 조절할 수 있다. 또한, 각도 조절부(50)를 이용하여 기판 지지대(40)의 각도를 조절할 수 있다.

이러한 조정 작업이 완료된 후 기판 지지대(40) 위에 기판(S)을 거치시키고, 제1 용기(10)에 액체를 채워 제1 용기(10) 내부의 기판(S)이 액체에 완전히 잠기도록 한다.

도 6b를 참고하면, 제2 단계(S20)에서 제1 용기(10)에 제공된 선형 디스펜서(60)가 개방되어 액체의 계면 위로 코팅 용액을 방출한다. 선형 디스펜서(60)는 미세 입자들(90)과 분산 용액으로 이루어진 코팅 용액을 담고 있으며, 게이트(63)의 슬라이딩에 의해 게이트(63)가 제1 고정판(61)으로부터 이격될 때 개방되어 코팅 용액을 방출한다.

선형 디스펜서(60)의 개구(코팅 용액이 방출되는 열린 부분)는 직선형이므로 코팅 용액은 제1 용기(10)의 일 방향과 나란한 직선상에서 동시에 방출되며, 방출된 코팅 용액은 액체의 계면 위에서 일 방향과 직교하는 방향을 따라 면을 이루며 신속하게 확산된다.

이때 제1 용기(10)에 채워진 액체 계면의 가장자리에 부표(80)가 위치할 수 있다. 부표(80)는 그 내측 공간으로 코팅 용액을 가두어 코팅 용액이 제1 용기(10)의 측벽 내면에 들러 붙지 않도록 한다.

만일 제1 용기(10)의 중앙에 주사기 디스펜서가 위치하는 경우를 가정하면, 주사기 디스펜서에서 방출된 코팅 용액은 방사형으로 퍼진다. 이 경우 코팅 용액의 확산에 오랜 시간이 걸리고, 액체의 가장자리에 코팅 용액이 도달하지 않을 수 있으며, 제1 용기(10)의 중앙부와 주변부에서 미세 입자의 분포에 차이가 발생한다.

반면, 본 실시예에서는 전술한 선형 디스펜서(60)로 인해 코팅 용액을 빠르게 확산시킬 수 있고, 액체의 계면 위에 미세 입자들(90)을 균일하게 분포시킬 수 있다. 미세 입자들(90)의 균일한 분포는 막의 균일성 향상으로 이어진다.

도 6c를 참고하면, 제3 단계(S30)에서 양방향 펌프(32)가 작동하여 제1 용기(10)의 액체를 제2 용기(20)로 이송한다. 그러면 제1 용기(10)에 담긴 액체의 계면이 서서히 내려가면서 기판(S)의 윗부분부터 차례로 공기 중에 노출되며, 액체의 계면에 떠 있던 미세 입자들(90)이 기판(S)의 표면에 부착되어 미세 입자들(90)의 단층막을 형성한다.

즉 제1 용기(10)의 액체가 배수되면서 기판(S)의 윗부분부터 차례로 입자 코팅이 이루어진다. 이때 부채꼴 주름관 형태의 구조물로 이루어진 각도 조절부(50)는 미세 입자들(90)의 유동을 최소화하여 균일한 입자 코팅을 가능하게 한다.

도 7은 기판 지지대의 하측이 개방된 형태를 이루는 비교예의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 7을 참고하면, 기판 지지대(40)의 하측이 개방된 형태를 이루는 경우, 제1 용기(10)의 액체가 서서히 배수되는 과정에서 기판 지지대(40)의 아래에 액체의 계면이 존재하게 된다. 이 경우 액체의 계면에 떠 있는 미세 입자들(90)이 액체의 유동에 의해 기판 지지대(40)의 아래로 흘러 들어갈 수 있다.

이러한 액체의 유동 및 미세 입자들의 유입에 의해 균일한 코팅이 저해되며, 기판(S) 상에 미세 입자들(90)이 부착되지 않은 영역이 발생하여 코팅 불량이 생길 수 있다.

반면, 도 6c를 참고하면, 본 실시예에서는 부채꼴 주름관 형태의 각도 조절부(50)가 기판 지지대(40)의 아래 부분을 완전히 채우고 있으므로, 제1 용기(10)의 액체가 서서히 배수되는 과정에서 액체의 유동과 이로 인한 미세 입자들(90)의 이동을 방지할 수 있다. 그 결과 박막의 균일도와 품질을 높일 수 있다.

제1 용기(10) 내부에서 입자 코팅이 완료된 기판(S)은 기판 지지대(40)로부터 분리되며, 새로운 기판(S)이 기판 지지대(40)에 안착된다.

도 6d를 참고하면, 제4 단계(S40)에서 제2 용기(20)에 제공된 선형 디스펜서(60)가 개방되어 액체의 계면 위로 코팅 용액을 방출한다. 방출된 코팅 용액은 액체의 계면 위에서 면을 이루며 신속하게 확산된다. 제2 용기(20)에 담긴 액체의 계면 위로 부표(80)가 위치할 수 있으며, 부표(80)는 그 내측 공간으로 코팅 용액을 가두어 코팅 용액이 제2 용기(20)의 측벽 내면에 들러 붙지 않도록 한다.

도 6e를 참고하면, 제5 단계(S50)에서 양방향 펌프(32)가 제3 단계(S30)와 반대 방향으로 작동하여 제2 용기(20)의 액체를 제1 용기(10)로 이송한다. 그러면 제2 용기(20)에 담긴 액체의 계면이 서서히 내려가면서 액체의 계면에 떠 있던 미세 입자들(90)이 기판(S)의 표면에 부착되어 미세 입자들(90)의 단층막을 형성한다.

제2 용기(20) 내부에서 입자 코팅이 완료된 기판(S)은 기판 지지대(40)로부터 분리되며, 새로운 기판(S)이 기판 지지대(40)에 안착된다. 이후, 전술한 제2 단계(S20)부터 반복 수행될 수 있다.

액체는 연결 배관(31)과 양방향 펌프(32)에 의해 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 사이를 오가며 기판(S)의 입자 코팅에 연속으로 사용된다. 따라서 본 실시예의 입자 코팅 방법에서는 기판(S)의 입자 코팅 후 액체를 새로 보충하지 않고 연속으로 입자 코팅을 수행할 수 있다.

전술한 구성의 입자 코팅 장치(100) 및 방법에 따르면, 비교적 단시간에 대면적 기판 상에 미세 입자들을 용이하게 코팅할 수 있고, 막의 두께와 입자 분포의 균일도를 높일 수 있다. 또한, 전술한 입자 코팅 장치(100)는 단순한 기계 부품들의 조합으로 이루어지므로, 종래의 랭뮤어-블로젯 장치 및 바 코팅 장치 대비 장치 가격을 낮출 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 입자 코팅 장치 10: 제1 용기
20: 제2 용기 31: 연결 배관
32: 양방향 펌프 40: 기판 지지대
50: 각도 조절부 60: 선형 디스펜서
71: 직선 레일 72: 높이 조절부
80: 부표 90: 미세 입자들

Claims (14)

1. 액체를 담기 위한 제1 용기 및 제2 용기;
   상기 제1 용기의 내부와 상기 제2 용기의 내부를 연결하는 연결 배관;
   상기 연결 배관에 설치된 양방향 펌프;
   상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각의 내부에서 경사지게 위치하는 두 개의 기판 지지대;
   상기 두 개의 기판 지지대 각각에 결합되어 상기 기판 지지대의 각도를 조절하는 두 개의 각도 조절부; 및
   상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각의 상측에 위치하는 두 개의 선형 디스펜서를 포함하는 입자 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각은 상기 기판 지지대보다 낮은 곳에 위치하는 관통 홀을 포함하고,
   상기 연결 배관의 양단은 상기 두 개의 관통 홀에 접속되는 입자 코팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 두 개의 각도 조절부 각각은 상기 기판 지지대의 하측 단부에 대응하는 하나의 축을 중심으로 상기 기판 지지대의 상측 단부에 대응하는 반대측의 길이를 가변할 수 있는 부채꼴 주름관 형태의 구조물로 이루어진 입자 코팅 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 두 개의 각도 조절부 각각은,
   뾰족한 제1 단부 및 가변 길이의 제2 단부를 포함하며, 지그재그로 접힌 복수의 삼각판으로 구성된 한 쌍의 부채꼴 주름부; 및
   상기 한 쌍의 부채꼴 주름부의 제2 단부를 연결하며, 지그재그로 접힌 복수의 사각판으로 구성된 사각 주름부를 포함하는 입자 코팅 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각의 내부에 위치하는 두 개의 직선 레일과, 상기 두 개의 직선 레일 각각에 결합된 두 개의 높이 조절부를 더 포함하며,
   상기 두 개의 각도 조절부 각각은 상기 두 개의 높이 조절부 각각의 상측에 결합되는 입자 코팅 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 두 개의 선형 디스펜서 각각은,
   서로간 거리를 두고 사선으로 배치된 제1 고정판 및 제2 고정판; 및
   상기 제2 고정판의 하측에 결합되며, 상기 제2 고정판을 따라 슬라이딩하여 상기 제1 고정판과의 거리가 변하는 게이트를 포함하는 입자 코팅 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 두 개의 선형 디스펜서 각각은, 상기 게이트가 상기 제1 고정판과 접촉할 때 닫힌 상태를 유지하고, 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 저장하며, 상기 게이트가 상기 제1 고정판으로부터 이격 시 열린 상태가 되어 코팅 용액을 배출하며,
   상기 코팅 용액이 배출되는 상기 선형 디스펜서의 개구는 직선형인 입자 코팅 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각에 담긴 액체의 계면 상에 위치하는 부표를 더 포함하며,
   상기 부표는 상기 액체의 계면 가장자리를 한 바퀴 둘러싸는 프레임 형상을 가지는 입자 코팅 장치.
9. 제1항에 따른 입자 코팅 장치를 이용한 입자 코팅 방법으로서,
   상기 두 개의 기판 지지대 각각에 기판을 위치시키고, 상기 제1 용기에 액체를 채워 상기 제1 용기 내부의 기판이 상기 액체에 잠기도록 하는 제1 단계;
   상기 제1 용기에 제공된 상기 선형 디스펜서를 개방하여 상기 액체의 계면 위로 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 확산시키는 제2 단계; 및
   상기 양방향 펌프를 가동하여 상기 제1 용기의 액체를 상기 제2 용기로 이송하는 제3 단계를 포함하며,
   상기 제3 단계에서 상기 액체의 계면이 하강함에 따라 상기 미세 입자들이 상기 기판의 표면에 붙어 막을 형성하는 입자 코팅 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 용기에 제공된 상기 선형 디스펜서를 개방하여 상기 제2 용기에 담긴 액체의 계면 위로 미세 입자들이 분산된 코팅 용액을 확산시키는 제4 단계; 및
    상기 양방향 펌프를 가동하여 상기 제2 용기의 액체를 상기 제1 용기로 이송하는 제5 단계를 더 포함하며,
    상기 제5 단계에서 상기 액체의 계면이 하강함에 따라 상기 미세 입자들이 상기 기판의 표면에 붙어 막을 형성하는 입자 코팅 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 코팅 용액은 상기 미세 입자들과 분산 용액을 포함하고,
    상기 미세 입자들은 나노미터 내지 마이크로미터 스케일의 크기를 가지며, 고분자, 반도체, 금속, 및 금속산화물 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 분산 용액은 1-부탄올, 에탄올, 및 이소프로필 알코올 중 적어도 하나를 포함하는 입자 코팅 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 단계와 상기 제4 단계에서 상기 코팅 용액은 상기 선형 디스펜서로부터 선형으로 방출된 후 면을 이루며 확산되고,
    상기 선형 디스펜서의 상기 코팅 용액 배출 속도는 상기 코팅 용액이 상기 액체의 계면 위로 퍼지는 속도와 동일한 입자 코팅 방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 용기와 상기 제2 용기 각각에 담긴 액체의 계면 상에 프레임 형상의 부표가 위치하며,
    상기 제2 단계와 상기 제4 단계에서 상기 부표는 내측 공간으로 상기 코팅 용액을 가두어 상기 코팅 용액이 상기 제1 용기와 상기 제2 용기의 측벽에 붙는 것을 차단하는 입자 코팅 방법.
14. 제10항에 있어서,
    상기 제3 단계와 상기 제5 단계에서 상기 기판 상에 형성된 막은 상기 미세 입자들의 단층막으로 이루어진 입자 코팅 방법.

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