KR100484886B1 - Evaporation System of MgO Layer Using Inductively Coupled Plasma on PDP And Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC-PDP 내의 유전체와 전극의 보호막 역할을 하는 MgO 보호막을 형성하기 위한 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an MgO protective film of a PDP substrate using an inductively coupled plasma, and more particularly, to an MgO of a PDP substrate using an inductively coupled plasma for forming an MgO protective film serving as a protective film of a dielectric and an electrode in an AC-PDP. A protective film formation method is related.
본 발명은 불활성 기체와 산소를 공급받는 챔버와; 상기 챔버 내에 설치되어 Mg을 증발시켜 주는 보트와; 상기 불활성 기체 및 산소와 Mg를 플라즈마 상태로 변환시켜 상기 챔버 내에 설치된 기판의 일면에 MgO 보호막을 형성시켜 주는 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 형성 시스템을 제공한다.The present invention is a chamber for receiving an inert gas and oxygen; A boat installed in the chamber to evaporate Mg; Forming an MgO protective film of a PDP substrate using an inductively coupled plasma, characterized in that it comprises an inductively coupled plasma generating device for converting the inert gas and oxygen and Mg into a plasma state to form an MgO protective film on one surface of the substrate installed in the chamber Provide a system.
Description
본 발명은 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 증착 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC-PDP 내의 유전체와 전극의 보호막 역할을 하는 MgO 보호막을 형성하기 위한 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 증착 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an MgO protective film deposition system and method thereof of a PDP substrate using an inductively coupled plasma, and more particularly, to a PDP using an inductively coupled plasma for forming an MgO protective film serving as a protective film of a dielectric and an electrode in an AC-PDP. An MgO protective film deposition system of a substrate and a method thereof.
일반적으로, AC-PDP는 두 전극사이에 플라즈마를 발생시킨 후 플라즈마로부터 나오는 자외선으로 형광체를 자극시켜 가시광선을 만들어 내는 평판 디스플레이이다.In general, AC-PDP is a flat panel display that generates a visible light by generating a plasma between two electrodes and then stimulating the phosphor with ultraviolet light emitted from the plasma.
그런데, 이 플라즈마는 전극 및 전극을 감싸고 있는 유전체를 심각하게 훼손시켜 AC-PDP의 수명을 감소시키므로, 이 문제점을 보완하기 위하여 스퍼터링 속도(sputtering rate)가 작으면서도 투과율이 좋은 MgO 보호막을 증착 시키는 방법이 고안되었다. MgO는 산화물 계열로 결정성이 높을 때 보호막의 특성이 극대화된다.However, since the plasma seriously damages the electrode and the dielectric covering the electrode, reducing the lifetime of the AC-PDP, a method of depositing a MgO protective film having a good sputtering rate and a good transmittance in order to compensate for this problem. This was designed. MgO is an oxide-based, the protective film is maximized when the crystallinity is high.
또한 플라즈마에 노출되었을 때 이차전자를 방출하는 특성이 있는데 이러한 특성은 AC-PDP 내부에 발생된 플라즈마를 유지시키는 데 필요한 전력을 낮춰주는 역할을 한다.In addition, there is a characteristic that emits secondary electrons when exposed to plasma, which lowers the power required to maintain the plasma generated inside the AC-PDP.
따라서, 우수한 특성을 지닌 MgO는 AC-PDP의 수명을 길게 하고 구동 전력을 낮추는데 있어서 아주 중요한 역할을 한다고 할 수 있다. 이러한 MgO 보호막의 제조에서 요구되는 조건은 높은 결정성과 높은 투과율을 지닌 박막을 저비용이면서도 대면적 증착이 가능한 방법을 통해서 이뤄야 한다는 점이다.Therefore, MgO having excellent characteristics plays an important role in prolonging the lifetime of AC-PDP and lowering driving power. A condition required for the production of such a MgO protective film is that a thin film having high crystallinity and high transmittance must be achieved through a method capable of low-cost and large-area deposition.
AC-PDP내에서 MgO 보호막의 역할과 갖추어야 할 조건을 보다 상세히 설명하기 위하여 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.In order to explain in more detail the role of the MgO protective film in AC-PDP and the conditions to be described with reference to FIG. 1 as follows.
전후면의 유리 기판(10, 20) 사이에 여러 가지 구조물들이 배치되어 있는 AC-PDP의 한 셀(cell)은 전면 유리(10)의 바로 아래와 후면 유리(20) 위에 위치하고 있는 전극(버스 전극 14, ITO 전극 16, 어드레스 전극 26)이 있다. 전면 유리(10) 아래에 위치하는 버스 전극(14) 및 ITO 전극(16)은 투명 전극이며, 이 전극의 절연을 위하여 역시 투명한 유전체(12)가 전극을 감싸고 있다. 이렇게 위치하고 있는 투명 전극(14, 16)과 유전체(12)는 플라즈마에 노출되었을 경우 부식, 훼손되는 문제가 있다. 따라서, 유전체(12) 아래층에 MgO 보호막(11)을 증착시킨다. 한편, 후면 유리(20) 위에는 격벽(22)을 쌓고, 격벽(22)사이에 전극(26)을 설치한 후, 그 위에 적, 녹, 청의 형광체(24)를 도포한다.One cell of the AC-PDP, in which various structures are disposed between the front and rear glass substrates 10 and 20, is located directly below the front glass 10 and above the rear glass 20 (bus electrode 14). , ITO electrode 16 and address electrode 26. The bus electrode 14 and the ITO electrode 16 located below the windshield 10 are transparent electrodes, and for the insulation of the electrodes, a transparent dielectric 12 also surrounds the electrodes. The transparent electrodes 14 and 16 and the dielectric 12 positioned as described above have a problem of being corroded and damaged when exposed to plasma. Thus, an MgO protective film 11 is deposited below the dielectric 12. On the other hand, the barrier ribs 22 are stacked on the rear glass 20, the electrodes 26 are provided between the barrier ribs 22, and then red, green, and blue phosphors 24 are applied thereon.
이렇게 만든 PDP의 발광 원리는 도 2에 나타낸 바와 같다.The light emission principle of the PDP thus made is as shown in FIG. 2.
발광 절차 : 버스 전극(14)에 AC 전압 인가 → 전극(14) 사이에 플라즈마 발생 → 플라즈마로부터 자외선 발생 → 자외선이 형광체(24)를 자극하여 적, 청, 녹의 가시광선 발생 → 가시광선이 전면 유리(10)를 통과.Light emission procedure: AC voltage is applied to the bus electrode 14 → plasma is generated between the electrodes 14 → ultraviolet light is generated from the plasma → ultraviolet light stimulates the phosphor 24 to generate visible light of red, blue, and green color → visible light is applied to the front glass Pass 10.
위의 발광 절차와 견주어 MgO 보호막의 역할은 첫 번째가 전면 유리(10) 아래에 위치한 전극(14, 16)과 전극을 감싸고 있는 유전체(12)의 보호이다.In contrast to the light emission procedure above, the role of the MgO passivation layer is to first protect the electrodes 14, 16 located below the windshield 10 and the dielectric 12 surrounding the electrodes.
AC-PDP의 발생되는 플라즈마는 전극과 유전체를 심각하게 훼손시키기 때문에 플라즈마 환경에 직접 노출시키면 AC-PDP의 발광을 위한 전압을 가해 줄 수 없어져 AC-PDP의 수명은 극단적으로 줄어든다. 이 때문에 플라즈마에 대한 식각에 대한 보호를 위하여 Sputtering rate이 매우 작은 MgO 보호막(11)이 필요하다. MgO 보호막(11)을 만듦으로써 얻을 수 있는 또 다른 이점은 MgO 보호막(11)이 플라즈마에 노출되었을 경우 산화막의 특성상 이차전자 방출률이 높다는 점이다.Since the generated plasma of the AC-PDP seriously damages the electrode and the dielectric, the direct exposure to the plasma environment cannot apply a voltage for emitting the AC-PDP, and thus the life of the AC-PDP is extremely shortened. For this reason, the MgO protective film 11 having a very small sputtering rate is required to protect the etching against the plasma. Another advantage obtained by making the MgO protective film 11 is that the secondary electron emission rate is high due to the characteristics of the oxide film when the MgO protective film 11 is exposed to the plasma.
높은 이차전자 방출률은 플라즈마를 계속해서 유지되도록 하는데 필요한 전자들의 공급에 직접적인 변수가 된다. 즉, 이차전자 방출률이 높다는 것은 플라즈마를 구동시키고 유지시키는데 필요한 전압이 낮아도 충분하다는 것을 의미하므로 전력 소비 감소나 구동에 따른 회로의 가열 문제에 있어서 근본적인 이점이 될 수 있다.High secondary electron emission rates are a direct variable to the supply of electrons needed to keep the plasma constant. In other words, the high secondary electron emission rate means that the voltage required to drive and maintain the plasma is low enough, which may be a fundamental advantage in reducing power consumption or heating of the circuit due to driving.
한편 발광 절차를 거쳐서 만들어진 가시광선은 선명한 상태로 전면 유리(10)를 거쳐나와야 한다. MgO 보호막(11)의 투광성이 낮다면 MgO 보호막(11)을 만들어야 할 이유가 없다.On the other hand, visible light produced through the light emission procedure should pass through the front glass 10 in a clear state. If the light transmittance of the MgO protective film 11 is low, there is no reason to make the MgO protective film 11.
위와 같은 이유로 MgO 보호막(11)은 Sputtering rate이 작고, 이차전자 방출 계수가 크며, 투과율이 높아야 한다. 이러한 특성은 MgO 물질 자체의 고유한 성질이므로 제작해야 할 MgO 보호막의 화학양론적 비가 잘 맞으면서 결정성이 높다면 MgO 보호막(11)이 요구하는 특성을 충족시키는 것이다.For the above reason, the MgO protective film 11 should have a small sputtering rate, a large secondary electron emission coefficient, and a high transmittance. Since these properties are inherent in the MgO material itself, if the stoichiometric ratio of the MgO protective film to be manufactured is well matched and the crystallinity is high, the MgO protective film 11 satisfies the properties required.
현재 주로 사용되는 MgO 증착법은 기본적으로 MgO 자체를 소스로 사용하는 것이 일반적이다. 즉, MgO 소스를 E-Beam법에 의해 녹여서 증발시키거나(E-Beam Evaporation) 또는 MgO를 스퍼터링(sputtering)시켜 기판에 증착 시키는 법(Sputtering method)이 있다.The MgO deposition method currently used mainly uses MgO itself as a source. That is, there is a method of melting the MgO source by E-Beam method to evaporate (E-Beam Evaporation) or sputtering MgO and depositing it on a substrate (Sputtering method).
이 방법들은 기본적으로 MgO 소스를 사용하므로 원료 자체의 비용이 많이 들 뿐만 아니라 두 가지 방법 모두 소스 물질의 수%만이 증착되는 비효율을 갖는다. 이러한 비효율성 이외에도 증착된 MgO 보호막의 낮은 결정성, 대면적 증착의 어려움, 낮은 증착속도가 문제시되고 있다. 전자빔 증발법(E-beam evaporation)은 기판의 가열이나 열처리에 의해 비교적 높은 결정성을 확보할 수 있지만 낮은 증착속도와 대면적 증착에 어려움이 있다.These methods basically use MgO sources, which makes the raw material itself expensive and in both cases inefficiencies in which only a few percent of the source material is deposited. In addition to such inefficiency, low crystallinity of the deposited MgO protective film, difficulty in large-area deposition, and low deposition rate have been problematic. E-beam evaporation can secure relatively high crystallinity by heating or heat-treating the substrate, but it has difficulty in low deposition rate and large area deposition.
기본적으로 MgO 보호막을 증착하는 기판은 비정질 유리이므로 300∼400℃의 열에서 변형되는 문제를 낳기 때문이다. 한편 스퍼터링법에 의한 MgO 보호막 제조는 기판을 수직으로 세워 증착할 수 있기 때문에 대면적 증착이 가능하다는 면에서는 유리하나 박막의 결정성이 떨어지며, 증착속도가 느리다는 단점 때문에 실제 공정에서는 외면되고 있는 제조법이다. 스퍼터링법에 의해 MgO 보호막을 제작할 때, Mg 타겟(target)을 써서 산소와 반응시켜 MgO 보호막을 얻는 방법도 있으나 스퍼터링법의 일반적인 특성상 수율이 저조하며, 제조된 MgO 보호막의 AC-PDP 내에서 방전 특성이 열악하다고 보고되고 있다.This is because the substrate on which the MgO protective film is deposited is amorphous glass, which causes a problem of deformation in heat of 300 to 400 ° C. On the other hand, the production of MgO protective film by sputtering method is advantageous in that large area deposition is possible because the substrate can be deposited vertically, but the crystallinity of the thin film is inferior, and the manufacturing method that is disregarded in the actual process due to the slow deposition rate to be. When manufacturing MgO protective film by sputtering method, there is also a method of obtaining MgO protective film by reacting with oxygen using Mg target, but the yield is low due to the general characteristics of sputtering method, and discharge characteristics in AC-PDP of manufactured MgO protective film This is reported to be poor.
그밖에도 MgO 보호막을 제조하는 비진공 증착법으로 스크린(screen) 인쇄법, 스프레이 열분해(spray pyrolysis)법 등이 개발된 바 있다.In addition, screen printing, spray pyrolysis, and the like have been developed as non-vacuum deposition methods for manufacturing MgO protective films.
스크린 인쇄법은 MgO를 접착제에 개어서 도포한 후 600℃ 내외의 열처리를 통해 MgO 결정을 얻는 방법으로, 공정이 복잡하고 결정성이 저조할 뿐만 아니라, 박막 내에 불순물이 많이 함유되어 AC-PDP 내의 방전 특성에 악영향을 미치는 것으로 알려졌다.The screen printing method is a method of obtaining MgO crystals by applying MgO to an adhesive and then applying a heat treatment at around 600 ° C. The process is complicated and poor in crystallinity, and contains a large amount of impurities in the thin film to discharge the AC-PDP. It is known to adversely affect the properties.
스프레이 열분해법은 용매에 MgO를 용해시킨 뒤 열처리를 통해 용매를 제거하여 결정을 얻는 방법으로 상기 스크린 인쇄법과 유사한 문제점을 갖고 있다.Spray pyrolysis is a method of dissolving MgO in a solvent and then removing the solvent through heat treatment to obtain crystals.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 PDP에서 유전체와 전극을 보호하기 위하여 유도 결합 플라즈마를 이용하여 결정성과 투광성이 우수한 MgO 보호막을 형성할 수 있는 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 증착 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to provide an inductively coupled plasma capable of forming an MgO protective film having excellent crystallinity and light transmittance using an inductively coupled plasma to protect a dielectric and an electrode in a PDP. To provide a MgO protective film deposition system and a method of a PDP substrate using.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 불활성 기체와 산소를 공급받는 챔버와; 상기 챔버 내에 설치되어 Mg을 증발시켜 주는 보트와; 상기 불활성 기체 및 산소와 Mg를 플라즈마 상태로 변환시켜 상기 챔버 내에 설치된 기판의 일면에 MgO 보호막을 형성시켜 주는 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 증착 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a chamber for receiving an inert gas and oxygen; A boat installed in the chamber to evaporate Mg; MgO protective film deposition of a PDP substrate using an inductively coupled plasma, comprising an inductively coupled plasma generating device for converting the inert gas and oxygen and Mg into a plasma state to form an MgO protective film on one surface of the substrate installed in the chamber Provide a system.
상기 보트는 저항열을 이용하여 상기 Mg를 기화시켜 주며, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 상기 기판과 보트 사이에 수직으로 설치되는 유도 결합 플라즈마 코일로 구성되고, 상기 기판은 상기 유도 결합 플라즈마 코일 옆에 수직으로 설치된다.The boat vaporizes the Mg by using resistance heat, and the inductively coupled plasma generator includes an inductively coupled plasma coil installed vertically between the substrate and the boat, and the substrate is next to the inductively coupled plasma coil. It is installed vertically.
그리고, 본 발명은 챔버 내에 설치된 보트를 가열하여 Mg를 기화시키는 단계; 및 상기 챔버 내에 불활성 기체와 산소를 공급하는 단계와; 상기 보트의 옆에 설치된 유도 결합 플라즈마 코일에 RF 신호를 인가하여 상기 Mg와 산소를 플라즈마 상태로 변환시키는 단계; 및 상기 유도 결합 플라즈마 코일 옆에 설치된 기판의 일면에 MgO 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마를 이용한 PDP 기판의 MgO 보호막 증착 방법을 아울러 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of vaporizing Mg by heating a boat installed in the chamber; Supplying an inert gas and oxygen into the chamber; Converting the Mg and oxygen into a plasma state by applying an RF signal to an inductively coupled plasma coil installed next to the boat; And forming an MgO protective film on one surface of the substrate installed next to the inductively coupled plasma coil.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 AC-PDP 기판의 유전체와 전극을 보호하기 위한 보호막으로 고가의 MgO 화합물을 이용하는 대신에 Mg와 산소를 플라즈마 상태로 변환하여 수직으로 설치된 기판에 증착시킴으로써, 결정성과 투광성이 우수한 증착막을 제공한다.As described above, in the present invention, instead of using an expensive MgO compound as a protective film for protecting the dielectric and the electrode of the AC-PDP substrate, by converting Mg and oxygen into a plasma state and depositing it on a vertically installed substrate, crystallinity and translucency It provides an excellent vapor deposition film.
(실시예)(Example)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention described above in more detail.
첨부한 도면, 도 1은 AC-PDP의 구조를 설명하기 위한 모식도, 도 2는 AC-PDP의 발광 원리를 설명하기 위한 예시도, 도 3은 유도결합 플라즈마 승화장치의 구조를 설명하기 위한 개략도, 도 4는 XRD 결과를 나타낸 그래프, 도 5는 XRD 결과를 나타낸 그래프, 도 6은 투과율 측정 결과를 나타낸 그래프, 도 7은 RBS 측정결과와 시뮬레이션 비교 그래프이다.1 is a schematic diagram for explaining the structure of the AC-PDP, Figure 2 is an exemplary view for explaining the light emission principle of the AC-PDP, Figure 3 is a schematic diagram for explaining the structure of the inductively coupled plasma sublimation apparatus, 4 is a graph showing an XRD result, FIG. 5 is a graph showing an XRD result, FIG. 6 is a graph showing a measurement result of transmittance, and FIG. 7 is a graph comparing a RBS measurement result and a simulation.
본 발명은 종래의 MgO 증착 방법과는 다르게 Mg와 산소를 반응시켜 MgO를 얻는 방법으로, 반응성이 큰 금속인 Mg과 산소의 폭발적인 반응을 배제하면서도, 화학 양론적 비율과 높은 결정성이 확보된 우수한 특성의 MgO 보호막을 저비용이면서도, 대면적에 빠른 속도로 증착시킬 수 있는 기술을 이뤄내는 것이다.The present invention is a method of obtaining MgO by reacting Mg with oxygen, unlike the conventional MgO deposition method, while excluding the explosive reaction of Mg, which is a highly reactive metal, with oxygen, it has excellent stoichiometric ratio and high crystallinity. It is possible to achieve a low-cost, high-speed deposition of a high-performance MgO protective film.
Mg과 산소의 반응을 안정적이면서도 활발한 상태로 유지하기 위하여 고밀도 플라즈마 분위기 속에서 증착이 이뤄지도록 하였다. 즉, 높은 이온밀도를 제공하는 유도결합 플라즈마 발생 코일을 장착한 증발장치를 개발하였으며, 고밀도 플라즈마를 통해 Mg과 산소의 반응을 제어하고 반응속도를 높이는 한편, 기판을 별도로 가열하지 않고도 증착된 박막의 결정성이 우수하도록 하여 열에 의한 기판의 왜곡을 막을 수 있는 기술을 개발하였다.In order to keep the reaction of Mg and oxygen in a stable and active state, the deposition was performed in a high density plasma atmosphere. In other words, we developed an evaporation device equipped with an inductively coupled plasma generating coil that provides high ion density, controls the reaction of Mg and oxygen through high density plasma, increases the reaction speed, To improve the crystallinity has been developed a technology that can prevent the distortion of the substrate by the heat.
한편, 소스를 고가의 MgO 화합물에서 Mg로 대체함으로써 저가의 소스 원료를 이용한다는 측면뿐만 아니라 소스의 가열 방법에 있어서도 획기적인 전환이 이뤄졌다. 녹는 온도가 2827(±30)℃인 MgO를 증기상태로 만들기 위해서는 전자빔(e-beam)이나 레이저를 이용하는 방법 정도만 있을 뿐이다.On the other hand, by replacing the source with Mg in the expensive MgO compound, not only the use of inexpensive source raw materials, but also a revolutionary conversion in the method of heating the source was made. The only way to vaporize MgO, which has a melting temperature of 2827 (± 30) ℃, is to use an electron beam or laser.
그러나 Mg의 녹는 온도는 650℃이므로 증기 상태로 만드는데 저항 가열법으로도 충분하다. 뿐만 아니라 Mg는 승화성 물질이므로 300℃ 정도에서 이미 승화가 활발히 일어나므로 사실상 공정에 필요한 Mg 증기를 얻는 방법이 간단하다.However, since the melting temperature of Mg is 650 ℃, the resistance heating method is sufficient to make it vapor. In addition, since Mg is a sublimable material, the sublimation is actively active at about 300 ° C., so the method of obtaining Mg vapor required for the process is simple.
유도 결합 플라즈마 발생 코일을 사용하여 고밀도 플라즈마를 사용하고 Mg을 소스로 대체함으로써 기판의 가열이 필요 없어졌으며 유리 기판을 수직으로 세우는 것도 가능하게 되었다.Using inductively coupled plasma generating coils to use high density plasma and replacing Mg with a source eliminates the need for heating the substrate and allows the glass substrate to stand vertically.
유도 결합 플라즈마는 높은 이온 밀도와 함께 기판으로의 입자 충돌 효과를 극대화시켜 막 표면에 도달한 입자의 운동을 활발하게 해 주는데 이러한 효과는 별도의 기판 가열 없이도 막의 결정성을 높여준다.Inductively coupled plasmas, together with high ionic densities, maximize the effect of particle collisions on the substrate, activating the movement of particles that reach the surface of the membrane, which enhances the crystallinity of the membrane without additional substrate heating.
한편, 유리 기판을 수평으로 눕혀 놓은 후 기판의 아래쪽에서 MgO 소스를 전자총(e-beam gun)으로 증발시키는 방법은 현재 적용되고 있는 공정이나, 대면적 유리 기판이 사용되는 경우 기판의 변형 문제가 발생하며, 기판 가열을 할 경우 그 문제는 더욱 심각해진다.Meanwhile, the method of evaporating the MgO source with an e-beam gun at the bottom of the substrate after laying the glass substrate horizontally is presently applied, but there is a problem of deformation of the substrate when a large-area glass substrate is used. In case of heating the substrate, the problem becomes more serious.
기판이 되는 유리를 수직으로 세우면 기판의 변형은 막을 수 있으나 전자빔에 의해 국부적인 용융 상태가 된 MgO가 흘러내리게 되므로 올바른 해결책이 되지 못한다. 그러나 본 발명의 경우 소스가 승화성을 지닌 Mg이므로 옆으로 세워서 승화시켜도 소스는 고체상태를 유지하면서 공정에 필요한 Mg 증기를 만들어 내므로 별 문제가 없다.If the glass serving as the substrate is placed vertically, deformation of the substrate can be prevented, but MgO, which is locally melted by the electron beam, flows down, which is not a correct solution. However, in the case of the present invention, since the source is Mg having sublimation, even if the source is sublimated to the side, the source does not have any problem because Mg vapor is required for the process while maintaining the solid state.
이와 같이 본 발명은 Mg 소스와 유도 결합 플라즈마를 병용하여 증착 공정에서 기판의 수직화를 가능하게 한다. 즉, 수직으로 세워진 Mg 소스로부터 승화하기 시작한 Mg 입자들은 고밀도 유도결합 플라즈마에 의해 활성화되어 산소와 효과적으로 반응을 하며 기판에 충돌하게 된다. 이 때, 충돌하는 입자들은 상기한 바와 같이 높은 이동성을 갖게 되므로 기판의 별도 가열이 필요 없다.As such, the present invention enables the verticalization of the substrate in the deposition process by using an Mg source and an inductively coupled plasma. In other words, Mg particles that start to sublime from a vertically oriented Mg source are activated by a high density inductively coupled plasma to effectively react with oxygen and impinge on the substrate. At this time, the colliding particles have a high mobility as described above, so no separate heating of the substrate is required.
이 방법을 이용하면 유리 기판의 변형을 막으면서 우수한 특성을 지닌 MgO 보호막의 제작을 저비용으로 할 수 있다.By using this method, the MgO protective film having excellent characteristics can be produced at low cost while preventing the deformation of the glass substrate.
본 발명은 저항 가열 방식의 Mg 증착 장치(Mg evaporation)에 반응 가스인 산소와 고밀도 플라즈마 발생을 위한 아르곤 가스를 함께 유입시키고 장치 내부에 유도 결합 플라즈마 발생장치(코일) 즉, RFI(Radio Frequency Inductively coupled) 코일을 내부에 설치하여 수직으로 세워진 유리 기판에 목적하는 MgO 보호막을 증착시키는 형태로써, 도 3에 나타낸 바와 같은 구조로 이루어진다.The present invention introduces oxygen, which is a reaction gas, and argon gas for generating high-density plasma together in a resistive heating Mg evaporation system, and inductively coupled plasma generator (coil), that is, RFI (Radio Frequency Inductively coupled) The coil is provided inside to deposit a desired MgO protective film on a vertically oriented glass substrate, and has a structure as shown in FIG.
챔버(30)는 적정 압력을 유지하면서 아르곤 가스와 산소 가스를 공급해 주는 가스 라인(31)에 연결되어 있다.The chamber 30 is connected to a gas line 31 which supplies argon gas and oxygen gas while maintaining a proper pressure.
그리고, 내부 일측에는 MgO 보호막이 증착되는 기판(38)이 설치되어 있으며, 타측에는 소스인 Mg(36)를 증발시켜 주는 보트(34)가 설치되고, 상기 기판(38)과 보트(34)의 중간에는 내부 가스를 플라즈마 상태로 활성화시켜 주는 자기장을 형성하는 유도 결합 플라즈마 코일(32)이 설치된다.In addition, a substrate 38 on which an MgO protective film is deposited is provided at one inner side thereof, and a boat 34 for evaporating Mg 36 serving as a source is provided at the other side, and the substrate 38 and the boat 34 have a substrate 38. In the middle, an inductively coupled plasma coil 32 is formed which forms a magnetic field for activating the internal gas in a plasma state.
상기 보트(34)에는 상기 소스인 Mg(36)을 가열시켜 기화시켜 주는 히터가 내장되어 있으며, 상기 히터는 저항 가열부(35)로부터 전류를 공급받아 열을 발생한다.The boat 34 includes a heater for heating and vaporizing the source Mg 36, and the heater generates heat by receiving current from the resistance heater 35.
그리고, 상기 저항 가열부(35)는 상기 보트(34)에 부착된 열센서(37)를 통하여 보트(34)의 온도를 감지하여 온도의 고저에 따라 공급되는 전류량을 제어하여 적절한 온도를 유지한다.In addition, the resistance heating unit 35 senses the temperature of the boat 34 through the heat sensor 37 attached to the boat 34 to control the amount of current supplied according to the elevation of the temperature to maintain an appropriate temperature. .
상기 유도 결합 플라즈마 코일(32)에 RF 파워를 공급해 주는 RF 파워 공급부(33)는 13.56MHz의 RF-펄스를 발생한다.The RF power supply 33 supplying RF power to the inductively coupled plasma coil 32 generates an RF pulse of 13.56 MHz.
가스 라인(31)을 통해 산소와 아르곤이 챔버(31)에 유입되어 적정 압력으로 안정되면, 상기 RF 파워 공급부(33)로부터 13.56MHz의 RF-펄스가 유도 결합 플라즈마 코일(32)에 인가된다.When oxygen and argon flow into the chamber 31 through the gas line 31 and stabilize at an appropriate pressure, an RF pulse of 13.56 MHz is applied from the RF power supply 33 to the inductively coupled plasma coil 32.
유도 결합 플라즈마 코일(32)에서는 전자기 유도 현상에 의하여 그 주변의 전자들이 가속되어 플라즈마가 발생된다. 이 때, 플라즈마의 효율과 안정성을 높이기 위해서 RF 파워 공급부(33)와 유도 결합 플라즈마 코일(32) 사이에 임피던스 정합부를 연결해 준다.In the inductively coupled plasma coil 32, the electrons around it are accelerated by the electromagnetic induction phenomenon to generate plasma. In this case, in order to increase the efficiency and stability of the plasma, the impedance matching unit is connected between the RF power supply 33 and the inductively coupled plasma coil 32.
플라즈마 발생 후 마그네슘(36)의 증기압을 얻기 위하여 저항 가열부(35)를 이용하여 보트(34)에 전류를 공급하여 가열시킨다.In order to obtain a vapor pressure of the magnesium 36 after the plasma generation, the resistance is heated by supplying a current to the boat 34 using the resistance heating part 35.
기존의 "유도 결합 플라즈마를 이용한 이온 플레이팅 시스템(본 출원인이 2002년 4월 17일에 출원번호 10-2002-0021014호로 출원)"과 같이 수평으로 배치된 구조와 특징적인 차이는 플라즈마를 발생시키는 유도 결합 플라즈마 코일(32)이 수직으로 설치되었다는 점이다. 그 밖에도 기판(38)과 소스(36)를 가열시키는 보트(34)가 모두 수직으로 설치되었다. 보트(34)와 기판(38)간 거리는 약 11cm이며, 그 중간에 유도 결합 플라즈마 코일(32)이 위치한다. 유도 결합 플라즈마 코일(32) 내부에는 냉각수가 흐르며, 코일 외부에는 절연물질로 감싸서 플라즈마 전위(VP)를 낮추고자 하였다.The characteristic difference from the horizontally arranged structure, such as the existing "ion plating system using inductively coupled plasma (filed by the applicant No. 10-2002-0021014 on April 17, 2002), generates a plasma. The inductively coupled plasma coil 32 is installed vertically. In addition, the boat 34 for heating the substrate 38 and the source 36 was all installed vertically. The distance between the boat 34 and the substrate 38 is about 11 cm, with the inductively coupled plasma coil 32 in between. Cooling water flows inside the inductively coupled plasma coil 32, and the outside of the coil is wrapped with an insulating material to lower the plasma potential V P.
한편, 생성된 플라즈마와 저항 가열부(35)에 흐르는 전류가 서로 상호 작용하는 문제를 막기 위하여 플라즈마에 노출되는 상기 히터와 상기 저항 가열부(35) 사이의 배선을 절연처리 하였다. 덧붙여 증착이 고르게 이뤄지기 위해 Mg 소스의 증기압이 일정하게 유지되어야 한다. 따라서, 보트(34) 측면에 온도 측정을 할 수 있는 써머커플(thermocouple)로 된 온도 센서(37)를 보트(34)와 절연이 되도록 처리하여 설치하였으며, 이를 통하여 보트(34)의 온도를 측정하여 전류량을 제어하도록 하였다.Meanwhile, in order to prevent the generated plasma and the current flowing through the resistance heating unit 35 from interacting with each other, the wiring between the heater exposed to the plasma and the resistance heating unit 35 is insulated. In addition, the vapor pressure of the Mg source must be kept constant for the deposition to be even. Therefore, the temperature sensor 37 made of a thermocouple capable of measuring the temperature on the side of the boat 34 was installed to be insulated from the boat 34, thereby measuring the temperature of the boat 34. To control the amount of current.
본 발명에 따른 MgO 보호막의 특성을 설명하면 다음과 같다.Referring to the characteristics of the MgO protective film according to the present invention.
1) 결정성1) Crystallinity
A. XRD 결과 A(도 4 참조)A. XRD Results A (see Figure 4)
공정압력 : 10mTorProcess pressure: 10mTor
(111)면 : 2θ=36.937도(111) plane: 2θ = 36.937 degrees
(222)면 : 2θ=78.630도(222) plane: 2θ = 78.630 degrees
B. XRD 결과 B(도 5 참조)B. XRD Results B (see Figure 5)
공정압력 : 25mTorrProcess pressure: 25mTorr
(200)면 : 2θ=42.917도(200) plane: 2θ = 42.917 degrees
기존의 MgO 보호막 제조법 중 가장 우수한 결정성을 나타낸 전자빔 증착법과 대등한 결정성을 보였다. 또한 공정 압력의 변화에 따라 결정의 우선 방위를 제어 할 수 있는 특성도 갖고 있다. 보고된 바에 의하면 서로 다른 결정면에 따라 이차전자 방출 계수가 다르다는 결과가 있으나 아직까지 논란의 여지가 남아 있는 부분이다.The crystallinity is comparable to that of the electron beam deposition method which shows the best crystallinity among the existing MgO protective film manufacturing methods. It also has the property of controlling the preferred orientation of the crystal in response to changes in process pressure. Reported results indicate that the secondary electron emission coefficients differ depending on the different crystal planes, but it remains controversial.
한편, 현재 실제 공정에서 사용되고 있는 MgO 보호막의 제조법인 전자빔 증착법은 기판의 온도가 300℃ 이하의 경우 보통 (200)면이 우선 방위가 되며, 공정 중에 플라즈마나 기판 바이어스의 변수에 의하여 (111)면이 우선 방위가 될 수도 있다.On the other hand, in the electron beam deposition method, which is a manufacturing method of MgO protective film currently used in the actual process, when the substrate temperature is 300 ° C. or less, the (200) plane is usually oriented first, and the (111) plane is changed by plasma or substrate bias during the process. This may be a preferred orientation.
본 발명에 의한 MgO 보호막의 제작 방법은 별도의 기판 가열 장치나 기판 바이어스 장치의 도움 없이 우선 방향을 제어할 수 있다는 것이 또 하나의 장점이기도 하다.Another advantage of the method of manufacturing the MgO protective film according to the present invention is that the direction can be controlled first without the aid of a separate substrate heating apparatus or a substrate biasing apparatus.
또한, 본 발명에 의한 장치로 MgO 보호막을 제작하는 경우 기판의 가열이 없이 이러한 공정이 이루어진다. AC-PDP의 보호막으로 쓰이는 MgO 보호막의 요구되는 두께가 약 3000Å이다. 이 정도의 두께를 이루는데 본 발명에 의한 장비는 대략 4분 정도의 시간이 소요되며, 평균 증착 속도는 800Å/min이다. 실제 박막을 제작하기 전 Mg 소스를 승화시키기 위하여 Mg 보트를 저항 가열하는 데 걸리는 시간은 약 7분 정도 소요되는데, 요구 온도에 도달하는 동안 플라즈마를 형성시켜 놓는다. 플라즈마의 이온 충돌 효과로 인해 플라즈마에 노출된 부분이 가열될 수 있는 총시간은 약 10∼12분이 된다. 이 시간동안 기판은 별도의 냉각을 하지 않으며 상온에서 공정이 시작된 후 한번의 공정이 끝나고 플라즈마의 이온 충돌 효과에 의한 기판의 온도 상승을 확인하기 위하여 써머커플을 통해 온도를 측정한 결과 100∼150℃의 승온 결과를 확인하였다.In addition, when the MgO protective film is manufactured by the apparatus according to the present invention, this process is performed without heating the substrate. The required thickness of the MgO protective film used as the protective film of AC-PDP is about 3000Å. In order to achieve this thickness, the equipment according to the present invention takes about four minutes, and the average deposition rate is 800 mW / min. The resistive heating of the Mg boat takes about seven minutes to sublimate the Mg source before the actual thin film is produced. Plasma is formed while reaching the required temperature. Due to the ion bombardment effect of the plasma, the total time that the portion exposed to the plasma can be heated is about 10 to 12 minutes. During this time, the substrate is not cooled separately. After the process is started at room temperature, the temperature is measured through the thermocouple to check the temperature rise of the substrate due to the ion collision effect of plasma. The temperature rising result of was confirmed.
2) 투과율2) transmittance
가시광선 영역이 380∼770nm임을 감안하면 본 실험에서 제작된 MgO 보호막이 가시광선 전 영역에서 90%이상의 높은 투과율을 보이고 있다는 것을 알 수 있다(도 6 참조).Considering that the visible light region is 380 to 770 nm, it can be seen that the MgO protective film prepared in this experiment shows a high transmittance of 90% or more in the entire visible light region (see FIG. 6).
이러한 투과율 특성은 종래의 방법으로 제조되는 MgO보호막과 거의 유사한 특성이다.This transmittance characteristic is almost similar to that of the MgO protective film produced by the conventional method.
3) 화학양론 비3) stoichiometric ratio
기존의 MgO 보호막 제조법 중 소스를 MgO를 사용하는 E-beam evaporation의 경우 제조된 박막의 화학양론 비에 대해서 크게 문제될 것이 없다. 그러나 스퍼터링 법의 경우는 물질마다 스퍼터링되는 차이가 있어서 화학양론 비를 확인하는 것이 필수적이다. MgO 보호막의 제조가 Mg와 O2의 반응법에 의한 경우라면 화학양론 비가 잘 맞아야 할 것이다. 본 발명에 의해 얻은 MgO 보호막의 화학양론 비는 RBS(후방산란 전자)분석법에 의해 확인하였으며, 그 결과는 Mg : O = 1 : 1 에서 Mg : O = 1 : 1.1의 우수한 화학양론 비를 보여주었다(도 7 참조).In case of E-beam evaporation using MgO as a source of the conventional MgO protective film manufacturing method, there is no problem about the stoichiometric ratio of the manufactured thin film. However, in the case of the sputtering method, it is necessary to confirm the stoichiometric ratio because there is a difference in sputtering for each material. If the production of the MgO protective film by the reaction method of Mg and O 2 will have a good stoichiometric ratio. The stoichiometric ratio of the MgO protective film obtained by the present invention was confirmed by RBS (backscattered electron) analysis, and the results showed an excellent stoichiometric ratio of Mg: O = 1: 1 to Mg: O = 1: 1. (See FIG. 7).
위의 특성은 공정 압력을 변화 시켜가면서 얻은 결과로 위의 결과 보다 더 좋은 공정 조건을 찾기 위한 연구가 진행 중에 있다. 즉, 반응 가스의 혼합 비율을 50∼70%O2+Ar, ICP 파워를 0∼700W, Mg 가열 온도를 330∼390℃로 하여 증착하게 된다. 이에 따라 보다 높은 증착 속도와 높은 결정성을 기대할 수 있다.The above characteristics are obtained by changing the process pressure, and studies are underway to find better process conditions than the above results. That is, vapor deposition is carried out with a mixing ratio of the reaction gas of 50 to 70% O 2 + Ar, ICP power of 0 to 700 W, and Mg heating temperature of 330 to 390 ° C. Accordingly, higher deposition rates and higher crystallinity can be expected.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 유도결합 플라즈마를 장착한 증발법을 이용하여 Mg 소스를 사용하면서 기판의 별도 가열 없이 수직공법으로 AC-PDP내의 보호막으로서 중요한 역할을 하는 MgO 보호막의 제조를 가능하게 하고, 기존의 공정에 비해 획기적으로 생산 단가를 낮추면서도 우수한 특성을 갖는 MgO의 대면적 증착이 가능하다.The present invention made as described above enables the production of an MgO protective film which plays an important role as a protective film in the AC-PDP by a vertical method without using separate heating of the substrate by using an evaporation method equipped with an inductively coupled plasma. As a result, it is possible to deposit a large area of MgO having superior characteristics while significantly lowering the production cost compared to the existing process.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs does not depart from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be made by those who possess.
도 1은 AC-PDP의 구조를 설명하기 위한 모식도.1 is a schematic diagram for explaining the structure of an AC-PDP.
도 2는 AC-PDP의 발광 원리를 설명하기 위한 예시도.2 is an exemplary diagram for explaining a light emission principle of an AC-PDP.
도 3은 유도결합 플라즈마 승화장치의 구조를 설명하기 위한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram for explaining the structure of the inductively coupled plasma sublimation device.
도 4는 XRD 결과를 나타낸 그래프.4 is a graph showing the XRD results.
도 5는 XRD 결과를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the XRD results.
도 6은 투과율 측정 결과를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the results of transmittance measurement.
도 7은 RBS 측정결과와 시뮬레이션 비교 그래프.7 is a graph comparing the results of RBS measurement and simulation.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 : 챔버 31 : 가스라인30 chamber 31 gas line
32 : 유도결합플라즈마코일 33 : RF파워공급부32: inductively coupled plasma coil 33: RF power supply
34 : 보트 35 : 저항가열부34: boat 35: resistance heating unit
36 : 소스 37 : 온도센서36 source 37 temperature sensor
38 : 기판38: substrate
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