KR100374894B1

KR100374894B1 - 이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에투명 아이티오 도전박막을 형성하는 방법

Info

Publication number: KR100374894B1
Application number: KR10-2000-0034606A
Authority: KR
Inventors: 이영춘
Original assignee: 이영춘
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2003-03-06
Also published as: KR20020000295A

Abstract

본 발명은 100℃ 이하의 저온에서 플라스틱 기판에 투명 ITO 도전막을 형성하는 방법에 관한 것으로,

진공조(진공챔버)내에 ITO, SnO2, ZnO등의 산화물을 증발시킬수 있는 전자빔과 상기의 증발원들이 정확한 화학적 조성을 위해 이온조(ion beam source)와 동일한 진공조내에서 상기의 전자빔과 특정한 위치에 위치하게 하여 진공조 내에서 전자빔과 대향되게 위치한 수지계상의 기판상에 이온빔을 보조하여 PMMA, PC, PET등의 수지가 변형되지 않은 저온에서 10Ω/□ - 1KΩ/□ 의 면 저항과 80% 이상의 광 투과율을 갖는 투명도전막을 형성함으로써 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 투명도전막의 제조에 주류를 이루는 스퍼터링 방식에 비하여 저렴한 가격으로 우수한 특성의 투명전도막을 제조할 수 있는 것임.

Description

이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 아이티오 도전박막을 형성하는 방법{Ion beam assisted e-beam evaporator and Ion beam evaporator}

본 발명은 이온빔 증착기(Ion beam evaporator) 장비에 아르곤, 산소 등과 같은 가스를 이온화시킬 수 있는 이온건을 설치한 이온빔 보조 전자빔 증착기(Ion beam assisted e-beam evaporator)를 통하여 100℃ 이하의 저온에서도 PMMA, PC, PET필름 등의 수지계상에 85% 이상의 투과율과 10Ω/□ - 1KΩ/□ 의 면 저항을 갖는 투명도전막을 형성할 수 있게한 것이다.

또한 본 발명에서는 진공조(진공챔버)내에 ITO, SnO2, ZnO등의 산화물을 증발시킬수 있는 전자빔과 상기의 증발원들이 정확한 화학적 조성을 위해 이온조(ion beam source)와 동일한 진공조내에서 상기의 전자빔과 특정한 위치에 위치하게 하여 진공조 내에서 전자빔과 대향되게 위치한 수지계상의 기판상에 이온빔을 보조하여 PMMA, PC, PET등의 수지가 병형되지 않은 저온에서 10Ω/□ - 1KΩ/□ 의 면 저항과 80% 이상의 광 투과율을 갖는 투명도전막을 형성할 수 있도록 개선한 것이다.

최근 플라스틱 기판 위에 기능성 화학 물질을 박막 증착한 재료 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그중 산화물질과 질화물에 대한 중요성이 증가되고 있다.

특히 그 동안 유리 기판 위에 투명전극(인듐틴옥사이드:ITO), SnO2 등 투명전도성 박막을 코팅하여 터치 패널 스크린, 디스플레이용 투명 전극재료, 표면발열체, 열선반사재료, 성애 방지막 등으로 개발되어 각종 전자재료, 건축재료, 운송수단의 창문재료 등에 이용되어왔다.

그러나 유리기판의 경우 특성상 파손될 우려가 크고 유연성이 없어 평면이외의 형상을 가진 제품에 적용하여 활용하기가 곤란하다는 단점과 함께 기판의 두께를 줄이는데 한계가 있어 활용도가 낮다.

이를 극복하기 위해 유리기판 대신 플라스틱 필름을 기판으로 사용하여 그 위에 투명 전도성 박막을 증착하는 방법이 이용되기도 하였다.

현재 폴리에스터(Polyester) 필름, PMMA, 폴리카보나이트(Polycarbonate) 등과 같은 투명 플라스틱상에 투명 도전막을 코팅한 제품이 제안되었으나 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.

투명 도전막의 제조방법으로는 스프레이법, 도포법 등과 같은 화학적 방법과 스퍼터링이나 진공 증착을 이용한 물리기상증착법이 있으며 최근에는 투과율 및 도전성이 우수하고 재현성도 용이한 물리적 방법이 주로 이용되고 있다.

상기한 것에 있어 진공 증착의 경우 산소 분위기에서 전자빔을 통하여 인듐이나 인듐-주석의 합금을 증발시키는 방법이 주를 이루고 있으며, 스퍼터링에서는 산화물을 직접 증착시키는 방법이 주종을 이루고 있고 현재 국내에서는 스퍼터링 방식이 주로 사용되고 있다.

그러나 스퍼터 장비는 진공 증착 장비에 비하여 고가이고 산화물을 소결하여 타겟의 형상으로 만들어야하는 공정상의 어려움으로 인하여 ITO의 타겟의 가격이 비싸지고 낮은 증착률은 결국 제품의 가격 상승 요인으로 직결되었다.

또한, 타겟을 여러 번 반복 사용할 경우 타겟의 성분비가 원래의 성분비와 달라질 수 있어 박막특성이 변할 수 있다는 문제점을 안고 있다.

한편, 진공 증착의 경우 인듐, 인듐-주석을 산소 분위기에서 증착시피막의 특성이 우수한 투명도전막을 얻기 위해서는 300℃이상의 고온이 필요하기 때문에 플라스틱과 같이 열변형 온도가 낮은 기판에 투명도전막을 성막하기가 불가능하다는 단점이 있다.

또한 ITO를 직접 진공 증착하는 경우에는 전자빔으로 ITO를 증발시 산소의 분해로 인하여 산소결핍현상이 발생하기 때문에 고온의 산소분위기가 필요하기 때문에 역시 프라스틱 기판에 적용하는 것은 불가능하다.

따라서 현재 국내에서는 플라스틱에 도전성과 광투과율이 우수한 투명도전막이 형성된 제품은 전무한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해 스퍼터 장비보다 저가인 이온빔 증착기(Ion beam evaporator) 장비에 아르곤, 산소 등과 같은 가스를 이온화시킬 수 있는 이온건을 설치한 이온빔 보조 전자빔 증착기(Ion beam assisted e-beam evaporator)를 통하여 100℃ 이하의 저온에서도 PMMA, PC, PET필름 등의 수지계상에 85% 이상의 투과율과 10Ω/□ - 1KΩ/□ 의 면 저항을 갖는 투명도전막을 형성이 가능하게 하여 현재 전량 수입에 의존하고 있는 스퍼터링에 의하여 제조된 수지계상의 ITO 투명도전막 제품을 보다 저렴한 가격으로 생산 제공하는데 있는 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면을 참조하여 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 ITO 도전박막 을 형성하는 방법의 구성을 나타낸 예시도,

도 2는 본 발명의 증착방법을 통해 제조되는 ITO 박막의 면저항과 가시광선 투과율 측정 결과치를 나타낸 도표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1; 전자빔 증발원 3; 유량조절기

5; 셔터 6; 보정판

7; 두께측정기 8;기판지지대

9; 진공펌 10; 진공조

본 발명은 100℃ 이하의 저온에서 플라스틱 기판에 투명도전막을 제조하는 기존 진공증착 장비를 개선하여 ITO 투명도전막을 제조함에 그 특징이 있다.

도 1은 전자빔 진공증착기(e-beam evaporator)에 본 발명에 의한 이온조를 설치한 이온빔 보조 전자빔 증착기를 도시하고 있다.

본 발명은 ITO 투명도전막을 형성하기 위해 일정한 크기의 진공조(10)에 투명도전막을 형성할 수지계 기판을 지지하면서 회전할 수 있는 기판 지지대(8)를 전자빔 증발원(1)과 대향되게 설치한다.

이때 전자빔 증발원(1)과 기판 지지대(8)사이의 거리는 기판의 면적과 진공조의 크기 및 증착률에 따라 유동적이며 사전에 상기 사항에 맞추어 미리 설정한다.

기판에 증착되는 박막 두께를 균일하게 하기 위하여 보정판(6)을 설치하며, 일정한 증착율을 유지하기 위하여 두께 측정기(7)을 기판 지지대(8)의 중앙부위에 설치한다. 이때 두께 측정기(7)에 의하여 측정된 두께와 실제 박막두께를 비교하여 미리 보정하고, 100℃ 이하 이온건(2)에 가스를 공급하는 우량조절기(3)를 설치한다.

전자빔 증발원(1)의 도가니에 ITO을 넣고 이온건(2)을 미리 설정된 적절한 위치에 배치한 후, 기판(4)을 정착시킨다.

진공펌프(9)를 이용하여 진공조(10)의 내부압력이 1×10-⁵토르 이하의 압력이 되도록으로 배기한다.

기판은 중성세제, 탈이온수, 알콜 등으로 초음파 세척을 하고 필요에 따라서는 질소가스를 사용하여 수분을 완전히 제거하여 장착하는 것이 바람직하다.

진공조(10)의 압력이 10-⁵토르 이하가 되면 이온조(ion beam source)에 유량조절기를 통하여 50㎧ 정도의 아르곤 가스를 공급하여 150V, 900 ㎃정도의 동력을 이온건에 공급하여 아르곤 플라즈마를 형성한 후, 기판의 청정도 및 기판과 박막간의 결합력을 향상시키기 위하여 기판 표면을 에칭 시킨다.

이러한 기판의 전처리 시간은 3∼5분 정도가 적당하다. 이때 너무 과도하게 전처리를 하면 이온건에서 발생하는 열에 의한 온도상승과 아르곤 이온의 에너지에 의하여 열 변형온도가 낮은 수지 기판을 상승시킬 우려가 있으므로 상기의 조건으로 하는 것이 바람직하다.

아르곤 이온을 통한 기판의 전처리가 끝나면 유량조절기(3)를 통하여 산소가스를 이온건의 양극("+"단)에 50V∼300V의 전압을 인가하고, 음극("-"단)에 300mA∼1000mA의 전류를 공급하여 산소이온을 발생시킨다.

전자빔 증발원에 동력(Power)을 공급하여 이온건이 전자빔 증발원과 90°±10°또는 180°±10°의 사이각을 갖는 위치에서 이온건의 증착률이 초당 1.0∼10Å의 증착률을 유지하도록 셔터(5)를 열어 ITO박막을 형성한다. 이때 ITO의 증발률과 이온건은 상기의 조건을 유지하게 한다.

한편 이온건으로 공급되는 산소의 양이 모자라게 되면 화학적으로 완전한 인듐틴 산화물이 형성되지 못하여 투과율이 현격하게 떨어지게 되며 반대로 이온건으로 공급되는 산소의 양이 과도하게 되면 투과율은 상승하나 산소공이 적게 생성되어 도전성이 떨어져 마치 부도체의 특성을 나타내게 된다.

상기와 같은 방법으로 원하는 두께의 ITO 박막을 형성한 뒤 셔터를 다시 닫고 전자빔과 이온건에 공급하였던 동력를 차단하고 진공조의 진공을 해지한다. 이때 너무 급한 진공조의 진공해지는 수지계상에 형성된 ITO 박막에 균열을 발생시켜 도전성을 떨어뜨리게 되므로 3-5분 정도의 시간을 두고 진공을 해지하는 것이 바람직하다.

실시예 1

PMMA, Polycarbonate, Poltester등의 수지계기판에 In-O, Zn-O, Sn-O계를 기본구성 원소로 하고, 필요에 따라서 도너원소를 도핑한 투명 전도막을 100℃ 이하의 저온에서 이온빔 보조 전자빔 증착기를 이용하여 10Ω/□-1KΩ/□까지의 면저항과 ITO 필름 시트(Film Sheet)의 80%이상의 광투과율을 갖는 투명도전막 시트와 필름을 제조한다.

실시예 2

이온빔 보조 전자빔 증착기를 통하여 In-O, Zn-O, Sn-O계를 기본구성 원소로 형성하여 100℃ 이하의 저온에서 PMMA, Polycarbonate, Poltester등의 수지계기판상에 10Ω/□-1KΩ/□까지의 면저항을 갖는 투명도전막 시트 와 필름을 제조한다.

실시예 3

진공실내에 기판을 조정하면서 회전하는 기판지지대와 전자빔 증발원의 전자빔은 In-O, Zn-O, Sn-O계를 기본구성 원소로 하고 필요에 따라서 도너원소를 도핑한 산화물을 증착하면서 이온건의 양극에 50V∼300V의 전압을 인가하고 음극에 500mA∼900mA의 전류를 공급하여 산소 이온을 발생시켜 이온건이 전자빔 증발원과 90°±10°또는 180°±10°의 사이각을 갖는 위치에서 이온건의 증착률이 초당 1.0∼10Å의 증착률을 유지하도록 하여 투명도전막을 제조한다.

실시예 4

수지계상에 투명도전막은 ITO박막과 PMMA, PC-폴리에스터(PC-Polyester) 등의 수지기판과의 밀착력을 향상시키기 위하여 SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂등의 산화물을 500Å이하의 두께를 형성한 뒤 ITO 투명전극을 제조한다.

실시예 5

수지계상에 투명도전막은 ITO와 밀착력의 향상을 위해서 PMMA, 폴리카보나이트(Polycarbonate), PET 등에 UV 경화(UV Curing)실시한 후 투명도전막을 제조한다.

도 2는 상기한 실시 예에 따른 증착방법을 통해 제조되는 ITO 박막의 면저항과 가시광선 투과율 측정 결과를 나타내고 있다.

도 2에 있어 면 저항은 4점식 저항 측정장치(4 Point probe)를 통하여 특정한 값이고 투과율은 190nm ∼ 900nm의 파장대역을 1nm 단위로 측정할 수 있는 분광기로 측정한 값이다.

이처럼 본 발명에 의하여 제조된 투명도전막의 경우 가시광선 투과율이 80% 이상, 비저항이 3.0 × 10-⁴Ω㎝이하로서 우수한 투과율 및 비저항을 나타내고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 진공조(진공챔버)내에 ITO, SnO2, ZnO등의 산화물을 증발시킬수 있는 전자빔과 상기의 증발원들이 정확한 화학적 조성을 위해 이온조(ion beam source)와 동일한 진공조내에서 상기의 전자빔과 특정한 위치에 위치하게 하여 진공조 내에서 전자빔과 대향되게 위치한 수지계상의 기판상에 이온빔을 보조하여 PMMA, PC, PET등의 수지가 변형되지 않은 100℃ 저온에서 10Ω/□ - 1KΩ/□ 의 면 저항과 80% 이상의 광 투과율을 갖는 투명도전막을 형성하므로써 제조공정이 단순할 뿐만 아니라 투명도전막의 제조에 주류를 이루는 스퍼터링 방식에 비하여 저렴한 가격으로 우수한 특성의 투명전도막을 제조할 수 있는 것이다.

Claims

삭제
ITO 투명도전막을 형성하기 위해 일정한 크기의 진공조(10)에 투명도전막을 형성할 수지계 기판을 지지하며 회전하도록 된 기판 지지대(8)가 전자빔 증발원(1)과 대향되게 설치하는 단계와,

기판에 증착되는 박막 두께를 균일하게 하기 위한 보정판(6)을 설치하는 단계와,

기판 지지대(8)의 중앙부위에 일정한 증착율을 유지하기 위한 두께 측정기(7) 및 이온건(2)에 가스를 공급하는 우량조절기(3)를 설치하여 진공조(10)의 압력이 10-⁵토르 이하가 되면 이온조에 50㎧ 정도의 아르곤 가스와 150V, 900 ㎃정도의 동력을 공급하여 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계와,

기판의 청정도 및 기판과 박막간의 결합력을 향상시키기 위하여 기판 표면을3∼5분 정도 에칭하는 단계와,

유량조절기(3)를 통하여 산소가스를 이온건의 양극("+"단)에 50V∼300A, 음극("-"단)에 300mA∼1000mA의 전류를 공급하여 산소이온을 발생시켜 이온건이 전자빔 증발원과 90°±10°또는 180°±10°의 사이각을 갖는 위치에서 이온건의 증착률이 초당 1.0∼10Å의 증착률을 유지하도록 셔터(5)를 열어 ITO박막을 형성하는 단계와,

셔터를 닫고 전자빔과 이온건에 공급하였던 동력를 차단후 진공조의 진공을 해지하는 단계로 되는 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 ITO 도전박막을 형성하는 방법.
제 2항에 있어서, 전자빔 증발원(1)과 기판 지지대(8)사이의 거리는 기판의 면적과 진공조의 크기 및 증착률과 비례하고, 상기 기판은 중성세제, 탈이온수, 알콜 등으로 초음파 세척 또는 질소가스를 사용하여 수분을 완전히 제거하도록 됨을 특징으로 하는 이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 ITO 도전박막을 형성하는 방법.
제 2항에 있어서, 진공실내의 기판지지대와 전자빔 증발원의 전자빔은 In-O, Zn-O, Sn-O계를 기본구성 원소로 하고, 도너원소를 도핑한 산화물을 증착하면서 이온건의 양극에 50V∼300V의 전압을 인가하고 음극에 500mA∼900mA의 전류를 공급하여 산소 이온을 발생시켜 이온건이 전자빔 증발원과 90°±10°또는 180°±10°의 사이각을 갖는 위치에서 이온건의 증착률이 초당 1.0∼10Å의 증착률을 유지하도록 하여 투명도전막을 제조하는 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 ITO 도전박막을 형성하는 방법.
제 2항에 있어서, 수지계상에 투명도전막은 ITO박막과 PMMA, PC-폴리에스터(PC-Polyester) 등의 수지기판과의 밀착력을 향상시키기 위하여 SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂등의 산화물을 500Å이하의 두께되는 ITO 투명전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 이온빔 보조 전자빔 진공증착기를 이용하여 수지계기판에 투명 ITO 도전박막을 형성하는 방법.