KR100532984B1 - 스퍼터링을 이용한 투명 도전성 복합 박막 구조물 및 그형성 방법 - Google Patents

스퍼터링을 이용한 투명 도전성 복합 박막 구조물 및 그형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링을 이용하여 경사 조성 층을 갖는 ITO-Zn 또는 ZnO-Al의 복합 박막 구조를 갖는 투명 도전 박막을 제안함으로써 종래 기술의 ITO 단독 조성으로 형성되어 있는 투명 도전 박막의 경우에 비하여 표면 거칠기가 월등히 개선된 투명 도전 박막을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 한 측면에 의한 투명 박막 구조물은, ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)과 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)을 함께 함유하며, 박막 상부로부터 박막 하부로 갈수록 상기 제1 성분의 성분비가 감소하고 그와 동시에 상기 제2 성분의 성분비가 증가하는 경사 조성을 갖는 것인 경사 조성 층을 포함한다.

Description

스퍼터링을 이용한 투명 도전성 복합 박막 구조물 및 그 형성 방법{COMPOSITE STRUCTURE OF TRANSPARENT CONDUCTING FILMS USING SPUTTERING AND METHOD FOR FORMING THE SAME}
본 발명은 디스플레이 소자 및 터치 패널 등에 사용되는 투명 도전 박막에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 투명 도전 박막의 표면 거칠기를 개선하기 위하여, ITO 또는 ZnO와 같은 TCO(Transparent Conducting Oxide) 재료로 이루어진 타겟(target)과, Zn 또는 Al과 같은 금속 재료로 이루어진 타겟을 사용하여 스퍼터링 방법에 의해 형성된 경사 조성 층을 갖는 복합 박막 구조를 제공하기 위한 것이며, 또한 인라인 스퍼터링 방법을 사용하여 이러한 복합 박막 구조를 형성하기 위한 효율적인 제조방법을 제공한다.
1907년에 글로우 방전(glow discharge) 장치의 챔버에서 증착된 카드뮴(Cd) 금속막을 산화시킴으로써 투명한 전기 전도막이 얻어질 수 있음을 보인 최초의 보고 이후 투명도전산화물(transparent conducting oxide, 이하 'TCO'라 약술함)의 상업적 이용 가능성이 대두되었다.
TCO 박막재료에 관한 본격적인 연구개발 및 상용화는 1960년대에 시작되었으며 열분해 스프레이 법(pyrolysis spray) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의한 SnO2 조성의 TCO 박막이 개발되어 에너지 절감을 위한 건축용 창(window)이나 광전 셀(photovoltaic cell)에 적용이 되어 왔다. 한편, 졸-겔(sol-gel)법, 증발(evaporation) 및 스퍼터링(sputtering) 등을 주로 사용한 Sn doped In2O3계(ITO) 고품위 TCO 박막은 평판 디스플레이 장치를 위주로 그 활용범위를 구축하여 현재 가장 널리 사용되는 TCO로 자리를 잡아왔다.
그러나 SnO2계 TCO의 경우에는 지난 20여 년간 3~5×10-4Ωcm, ITO의 경우에는 1~2×10-4Ωcm를 한계로 더 이상 비저항의 개선이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
특히 ITO의 주원료인 In은 세계적으로 매장량이 적어 현재와 같은 추세로 평판 디스플레이 장치 시장이 증가될 경우 In의 급격한 고갈이 예상되고 있으며, 이에 따른 수급의 불안정성 요인이 내재하고 있어 ITO를 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 한편, 앞서 언급한 바와 같이 많은 연구에도 불구하고 지난 20여 년간 ITO의 전기적 특성의 향상에 한계가 보이는 가운데, 산화물 초전도 재료의 급격한 연구발전 결과에 힘입어 투명전도 산화물 재료의 연구에 대한 새로운 시각을 여는 계기를 제공하여 최근에는 2원(binary) 산화물 재료 뿐 아니라 Cd+2, In+3, Ga+3, Sn+4 중 둘 또는 세 가지 이상의 다중 카티온(multi-cation)을 함유하는 3원(ternary) 또는 4원(quaternary) 산화물에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
이와는 방향을 달리하여 ITO의 사용량을 절감하며 동시에 우수한 투과도와 전기 전도도를 가지는 TCO/금속층/TCO의 다층구조를 갖는 투명도전막에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 금속층에는 주로 Ag 또는 Ag 합금이 사용되는데 이는 Ag가 다른 금속들에 비하여 가시광 영역에서의 흡수가 대단히 작기 때문이다. 그러나 Ag 박막도 일반적인 금속 박막과 마찬가지로 박막의 두께가 두꺼워지게 되면 광의 투과도가 급격히 감소하게 된다. 따라서 상기 3층 구조 투명도전막에 사용되는 Ag 박막의 두께는 10nm 내외의 얇은 막을 사용하여야 한다. 10nm 내외의 Ag 박막을 TCO층에 삽입하여도, 동일한 두께의 단일 TCO 박막을 사용한 경우에 비하여 약 50%나 감소된 면저항을 얻을 수 있다고 보고되고 있다.
또한 1998년도에는, Ag 박막과 유전체 박막이 4층 이상 교번하여 적층된 다층막에 있어서는 Ag 박막의 전체 두께가 금속막 단일층으로 되어 있을 때에는 광을 투과하지 못하는 두께라 하더라도 공명 터널링(resonant tunneling) 효과에 의하여 특정 파장 대역에서 투과도가 커지는 현상에 의하여 일차원적 광 밴드갭(photonic band-gap: PBG)을 형성시킬 수 있다는 이론적, 실험적인 보고가 있었다. 이러한 현상을 이용하여 건물 유리용 저 방사 계수(low-emissivity) 코팅 및 PDP용 필터에 사용하기 위하여 TCO 박막과 Ag 박막을 교번하여 4층 이상의 다층구조를 적층시켜 가시광 영역에서의 높은 투과도를 유지시키면서도 다층구조에 포함된 Ag 박막에 의한 낮은 면 저항을 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
그런데 이와 같은 다층구조의 투명 도전막에 있어서는 다층구조에 포함되는 각각의 금속막 두께가 10nm 내외로서 대단히 얇기 때문에, 적층 시에 각 박막층 사이의 계면 상태, 즉 계면 거칠기가 다층구조의 전기적, 광학적 특성에 큰 영향을 미친다. 기판 위에 성막된 투명막의 표면 거칠기가 크게 되면 상기 투명막 위에 적층되는 얇은 금속막 층의 표면 거칠기 또한 나빠지게 되고 그 위에 적층되는 투명막의 박막층 또한 큰 표면 거칠기를 가지게 된다. 금속의 비저항은 투명도전산화물에 비하여 약 100배 정도 작기 때문에, 투명도전산화물을 사용하는 다층구조에 있어서도 전기 전도도는 투명막층 사이에 삽입된 금속막 층에 의하여 결정된다. 그러나 박막 층 사이의 계면의 거칠기가 나쁘게 되면 금속 층을 통하여 움직이는 전자의 평균자유행로(mean free path)가 작아지게 되고 이에 따라 전기적 저항이 증가하게 된다.
도 1에서는 종래 기술의 이러한 계면 거칠기의 효과를 모식도로 나타내었다. 광 밴드 갭을 형성하기 위한 ITO 또는 ZnO 등의 투명 도전막(20)과 Ag 등 금속막(30)의 다층구조의 박막이 기판(10) 위에 형성되어 있는 경우에, 금속막(30) 하부의 투명 도전막(20) 표면(IS)의 거칠기는 도 1에 나타낸 바와 같이 금속막(30)에 그대로 반영되게 된다. 따라서 금속막(20) 내의 전자의 이동(40) 경로가 도 1에 나타낸 바와 같이 계면에 의하여 제한 받게 되어 전자의 이동도(mobility)가 낮아짐에 따라 저항이 증가하게 된다.
현재 가장 널리 사용되어지는 투명 도전막인 ITO는 표면 거칠기가 통상 2~3nm 정도로서 그다지 좋지 않은 편이며 플라즈마 프로세싱 등을 통하여 표면 처리를 하는 방법에 의하여 표면 거칠기를 일부 개선할 수는 있으나, 이 경우라도 1nm 이하의 우수한 표면 거칠기를 구현하기는 어렵다. ITO 성막 시 우수한 투과도와 안정된 전기적 특성을 얻기 위해서는 결정상의 구조를 가지는 ITO 박막을 만들어야 하며 이를 위하여 성막을 보통 200℃ 이상에서 수행하는 것이 보통이다. 이러한 정도의 고온을 사용하지 않고 상온에서 ITO를 합성하여 비정질상의 구조를 가지는 ITO를 제조할 수는 있지만 비정질 ITO는 불안정하기 때문에 이후 결정화가 진행되어 그 특성이 시간에 따라 변화하는 단점이 있다. 따라서 ITO막은 안정된 전기적 특성을 얻기 위하여 위와 같이 고온에서 결정구조를 갖도록 하여 형성하는 것이 보통이며 이러한 결정 구조를 갖는 막은 비정질 막의 경우에 비하여 일반적으로 표면 거칠기가 좋지 않은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디스플레이 소자 및 터치 패널 등에 사용되는 투명 도전 박막의 표면 거칠기를 개선하기 위하여, ITO 또는 ZnO와 같은 TCO(Transparent Conducting Oxide) 재료로 이루어진 타겟과, Zn 또는 Al과 같은 금속 재료로 이루어진 타겟을 사용하여 스퍼터링 방법에 의해 형성된 경사 조성 층을 갖는 복합 박막 구조를 제공하기 위한 것이며, 또한 인라인 스퍼터링 방법을 사용하여 이러한 복합 박막 구조를 형성하기 위한 효율적인 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 의한 투명 도전 박막 구조물은, 투명 기판; 및 상기 투명 기판 상부에 형성되며, ZnO 및 ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)과 함께, Zn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)을 함유하며, 박막 상부로부터 박막 하부로 갈수록 상기 제1 성분의 성분비가 연속적으로 감소하고 그와 동시에 상기 제2 성분의 성분비가 연속적으로 증가하는 경사 조성을 갖는 것인 경사 조성 층을 포함한다.
또한, 본 발명의 투명 도전 박막 구조물은, 상기 경사 조성 층 하단에 형성되며, 상기 제2 성분만으로 이루어진 제2 성분 박막 층을 더 포함할 수 있다.나아가서, 본 발명의 투명 도전 박막 구조물은, 상기 경사 조성 층 상단에 형성되며, 상기 제1 성분만으로 이루어진 제1 성분 박막 층을 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 경사 조성 층은 스퍼터링에 의하여 형성되며, 적어도 하나의 제1 타겟으로부터 제공되는 상기 제1 성분 물질의 플럭스와, 적어도 하나의 제2 타겟으로부터 제공되는 상기 제2 성분 물질의 플럭스가 공간적으로 중첩되도록 상기 제1 타겟 및 제2 타겟을 스퍼터링 장치 내에 배치하고, 상기 투명 기판을 상기 제1 성분 물질의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 중첩된 영역에 위치시켜 형성된 것임을 특징으로 한다.또한, 경사 조성층의 표면에서의 RMS 거칠기는 1nm 이하이고, 경사 조성 층의 두께는 1nm 이상 5000nm 이하로 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 한 측면에 의한 스퍼터링 장치는, 진공 챔버; 소정의 제어된 기계적 구동에 의하여 상기 진공 챔버 내를 진행하는 기판 지지대; 상기 기판 지지대 위에 탑재되는 하나 이상의 기판; 상기 진공 챔버 내에 배치되며 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)의 플럭스(flux)를 제공하는 적어도 하나의 제1 타겟; 및 상기 진공 챔버 내에서 상기 제1 타겟과 인접 배치되며 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)의 플럭스를 제공하는 적어도 하나의 제2 타겟을 포함하며,
상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟의 상대적 배치는, 상기 기판 지지대의 이동에 의하여 상기 기판이 상기 제2 타겟의 정면을 상기 제1 타겟의 정면보다 먼저 지나가고, 상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 갖도록 배치된 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 양 전극으로 하여 상대적으로 극성이 교번하는 양방향 펄스 전압을 인가하는 바이폴라 펄스 전원을 더 포함하며, 상기 양방향 펄스 전압의 양의 펄스 및 음의 펄스의 상대적 주기를 제어함으로써 상기 제1 성분의 플럭스의 밀도와 상기 제2 성분의 플럭스의 밀도를 각각 제어 가능한 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 한 측면에 의한 투명 도전 박막 형성 방법은, 진공 챔버, 제어된 기계적 구동에 의하여 상기 진공 챔버 내를 진행하는 기판 지지대, 상기 기판 지지대 위에 탑재되는 하나 이상의 기판을 구비하는 스퍼터링 장치를 사용하는 투명 도전 박막 형성 방법이며,
스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 상기 기판 표면에 ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)의 플럭스(flux)를 제공하는 적어도 하나의 제1 타겟 및 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)의 플럭스를 제공하는 적어도 하나의 제2 타겟을 준비하고, 상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 상기 챔버 내에서 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 갖도록 배치하는 단계; 및 상기 기판 지지대를 이동시켜 상기 기판이 상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 상기 챔버 내에서 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 지나가도록 하여 상기 기판 위에 박막을 증착하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 공간적으로 중첩된 구간을 지나가는 단계는 상기 기판 위에서, 상기 제1 성분과 상기 제2 성분을 함께 함유하며, 박막 상부로부터 하부로 갈수록 상기 제1 성분의 성분비가 연속적으로 감소하고 그와 동시에 상기 제2 성분의 성분비가 연속적으로 증가하는 경사 조성 층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 박막 구조를 도시한다. 투명 도전 박막 구조물(100)은 하부 층(110) 위에 형성된다. 하부 층(110)은 유리나 플라스틱 기판일 수 있으며, 또는 금속 막 등의 다른 박막 일 수 있다.
도 2의 투명 도전 박막 구조물(100)은 경사 조성 층(130)을 갖는 것을 특징으로 한다. 경사 조성 층(130)은 ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)과 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)을 함께 함유하며, 상부에서 하부로 갈수록 제1 성분의 성분비가 감소하고 그와 동시에 제2 성분의 성분비가 증가한다. 경사 조성 층(130)의 하부에는 위의 제2 성분을 주성분으로 하는 제2 성분 박막 층(120)이 증착될 수 있다. 이 때 경사 조성 층(130)의 최하단의 상기 제2 성분의 밀도는 그 하부의 제2 성분 박막 층(120)을 구성하는 상기 제2 성분의 밀도와 연속되는 관계를 가지게 된다. 따라서 상기 경사 조성 층(130)과 상기 제2 성분 박막 층(120)의 경계는 물리적으로 엄밀히 구분될 수 있는 것은 아니다.
또한, 경사 조성 층(130)의 상부에는 상기 제1 성분을 주성분으로 하는 제1 성분 박막 층(140)이 형성될 수 있다. 이 경우, 위와 마찬가지로, 경사 조성 층(130)의 최상단에서의 상기 제1 성분의 밀도는 그 상부의 제1 성분 박막 층(140)의 밀도와 연속되는 관계를 가지게 된다. 따라서 위의 경사 조성 층(130)과 상기 제1 성분 박막 층(140)의 경계는 물리적으로 엄밀히 구분될 수 있는 것은 아니다.
여기서, 상기 상부 제1 성분 박막 층(140) 및 하부 제2 성분 박막 층(120)은 필수적인 것은 아니다. 그러나 하부 제2 성분 박막 층(120)의 추가에 의하여 외부에서 볼 때 금속색이 나타나게 되어 장식적인 효과가 높아지게 되고, 투명 전도 박막 구조 전체의 전도성이 개선될 수 있으며, 반 투광성을 갖는 반 거울 막을 제공할 수 있으므로, 가전 제품 등의 표시창이나 외함 등에 응용될 수 있다. 이러한 반 거울 박막의 응용 분야나 응용 예들에 관하여는 본 출원인의 다른 특허출원인 제2003-18228호("반 거울 층을 갖는 터치 패널 장치")의 내용을 여기서 인용하며, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 투명 도전 박막 구조물을 얻기 위해 사용된 스퍼터링 장치의 한 예를 나타낸 블록도이며, 도 4는 도 3의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 개념적으로 예시한다. 스퍼터링 장치의 챔버(51) 내부에는, ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)의 플럭스(flux)를 제공하기 위한 제1 타겟을 갖는 제1 스퍼터 소스(S1)와, Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)의 플럭스를 제공하기 위한 제2 타겟을 갖는 제2 스퍼터 소스(S2)가 위치되는데, 두 개의 소스로부터 도달되는 코팅 물질의 플럭스(flux)(Z1, Z2)가 서로 중첩되는 영역(Z12)이 형성되도록 배치되어 있다.
챔버(51)는 진공밸브(54)와 진공펌프(55)에 의하여 진공이 유지된다. 장치 내부에서는 기판(57)이 두 개의 소스(S1, S2) 전방을 통과하여 이동(58)하게 된다. 전방 소스(S1)에는 제1 성분의 타겟이 설치되며, 후방 소스(S2)에는 제2 성분의 타겟이 설치된다. 미도시된 가스투입장치로 챔버(51)에 Ar과 같은 불활성가스를 투입하고 스퍼터 전원을 동작시킨다.
이러한 장치를 사용한 코팅의 결과로, 기판(57) 상에는 도 4와 같이 기판표면으로부터의 위치에 따라 서로 다른 조성을 갖는 적층 구조의 박막이 형성된다.
여기서, 두 개의 타겟(S1, S2)의 설치 각도나 타겟 간의 거리를 조절하면 두 개의 타겟으로부터 기판으로 제공되는 플럭스(Z1, Z2)가 중첩되는 영역(Z12)의 범위를 제어하는 것이 가능하다. 경우에 따라서는 각각의 타겟으로부터 제공되는 플럭스(Z1, Z2)가 완전히 중첩되도록 할 수도 있으며, 이러한 조절에 의하여 박막의 상부 제1 성분 박막 층(140), 경사 조성 층(130), 하부 제2 성분 박막 층(120)의 상대적인 두께를 조절할 수 있게 된다.
두 개의 소스(S1, S2)로부터 제공되는 코팅 물질의 플럭스(Z1, Z2)가 서로 중첩되는 영역(Z12)이 형성될 수 있도록 하기 위해서는 반드시 타겟의 각도를 조절하지 않더라도 가능하며, 두 개의 소스(S1, S2) 사이에 격벽을 설치하지 않거나, 상호간 이격거리를 최소화하거나, 또는 기판과의 거리를 충분히 이격시키는 등의 구성을 사용할 수도 있다. 이와 같은 방식에 의하여서도 기판(57)상에는 도 4에 나타낸 바와 같이 경사 조성을 갖는 중간층이 형성된다.
도 5에서는 이와 같은 스퍼터 장치에 양극성 펄스 전원을 사용한 경우를 나타낸다. 양극성 펄스 전원(Bipolar Pulse Power Supply)이란 두 개의 스퍼터 타겟(S1, S2)과 접속하여 그 각각을 양 전극으로 하고, 도 6에 도시된 파형을 갖는 극성이 교번하는 펄스 전압을 제공하는 전원을 말한다.
전압이 도 6과 같이 교번하기 때문에 상대적으로 음의 전압이 걸리는 구간 동안에 해당 음의 전압이 걸리는 타겟에 대해서만 스퍼터링이 이루어지게 된다. 그러므로 도 6의 펄스에 대해 양의 주기와 음의 주기의 듀티 비를 각각 제어하거나 양의 펄스와 음의 펄스의 크기를 각각 독립적으로 제어하면 스퍼터링 되는 플럭스(flux)의 농도를 상대적으로 제어하여 막 중의 ZnO와 ITO의 조성비를 제어하는 것이 가능하다.
예를 들어, 양극성 펄스 전원의 출력을 3kW로 하고, 출력 파형은 도 6에 나타난 바와 같이 (-) 펄스:(+) 펄스 = 45: 45로 세팅하여, 제1 타겟과 제2 타겟에 인가되는 펄스폭을 동일하도록 설정하는 등의 다양한 제어가 가능하게 된다.
또한 상술한 바와 같이 종래 기술의 ITO 단일 막의 경우에는 낮은 온도에서 비정질 막을 형성하는 경우 결정화의 진행에 따라 안정된 특성을 갖는 박막을 얻지 못하는 문제점이 있었으나, 본원 발명과 같이 경사 조성을 갖는 복합 박막의 경우는 낮은 온도에서 비정질로 형성한 경우에도 지속적으로 안정된 특성을 얻을 수 있었다. 이는 Zn의 농도가 상부로 갈수록 점차 감소하도록 된 본 발명의 경사 조성 구조가 ITO의 결정화를 저지하는 역할을 하기 때문인 것으로 해석된다.
또한, 박막의 하부에 Zn 층을 사용하는 경우, 버퍼(buffer) 층의 역할을 수행하여 박막 전체의 표면 거칠기를 더욱 개선할 수 있도록 하며, 박막 상부에 ITO 층을 사용하는 경우, 박막이 우수한 전기 전도성을 갖게 해준다. 또한 상술한 바와 같이, 양극성 펄스 전원이 사용되는 경우 (+)펄스와 (-)펄스의 폭을 조절하여 박막에 포함되는 ITO와 Zn의 상대적 양을 마음대로 조절할 수 있는 추가적인 장점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 의하여 제안된 경사 조성을 갖는 복합막 구조를 적용하여 종래 기술의 ITO 단독 조성으로 형성되어 있는 투명 도전 박막의 경우에 비하여 표면 거칠기가 월등히 개선되고, 안정된 전기적 및 광학적 특성을 갖는 투명 도전 박막 구조물을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하여 제공되는 스퍼터링 방식을 이용한 투명 도전 박막 형성 장치 및 방법에 의하여 경사 조성에 의하여 양호한 특성을 갖는 박막을 생산성 및 신뢰성 높게 제조하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하여 제공되는 투명 도전 박막 구조물은 경사 조성 층 내부에 함유되는 금속의 밀도를 조절하거나 하부 박막층의 두께를 제어하여 적절한 반 투광성을 가지는 반 거울 막으로 전자 제품의 표시창이나 외함 등에 다양하게 응용될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 ITO 단일 박막을 사용한 경우의 계면 거칠기의 효과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 경사 조성 층을 갖는 투명 도전 박막 구조물을 예시한다.
도 3은 본 발명의 투명 도전 박막 구조물을 얻기 위해 사용되는 스퍼터링 장치의 한 예를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 개념적으로 예시한다.
도 5에서는 양극성 펄스 전원을 사용한 스퍼터 장치를 예시한다.
도 6은 양극성 펄스 전원에서 제공되는 극성이 교번하는 펄스 전압을 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 투명 도전 박막 구조물 110: 하부 층
120: 제2 성분 박막 층 130: 경사 조성 층
140: 제1 성분 박막 층

Claims (9)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상부에 형성되며, ZnO 및 ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)과 함께, Zn 및 Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)을 함유하며, 박막 상부로부터 박막 하부로 갈수록 상기 제1 성분의 성분비가 연속적으로 감소하고 그와 동시에 상기 제2 성분의 성분비가 연속적으로 증가하는 경사 조성을 갖는 것인 경사 조성 층을 포함하는 투명 도전 박막 구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 진공 챔버;
    소정의 제어된 기계적 구동에 의하여 상기 진공 챔버 내를 진행하는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대 위에 탑재되는 하나 이상의 기판;
    상기 진공 챔버 내에 배치되며 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)의 플럭스(flux)를 제공하는 적어도 하나의 제1 타겟; 및
    상기 진공 챔버 내에서 상기 제1 타겟과 인접 배치되며 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)의 플럭스를 제공하는 적어도 하나의 제2 타겟을 포함하며,
    상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟의 상대적 배치는,
    상기 기판 지지대의 이동에 의하여 상기 기판이 상기 제2 타겟의 정면을 상기 제1 타겟의 정면보다 먼저 지나가고,
    상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 갖도록 배치된 것인 스퍼터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 양 전극으로 하여 상대적으로 극성이 교번하는 양방향 펄스 전압을 인가하는 바이폴라 펄스 전원을 더 포함하며,
    상기 양방향 펄스 전압의 양의 펄스 및 음의 펄스의 상대적 주기를 제어함으로써 상기 제1 성분의 플럭스의 밀도와 상기 제2 성분의 플럭스의 밀도를 각각 제어 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 진공 챔버, 제어된 기계적 구동에 의하여 상기 진공 챔버 내를 진행하는 기판 지지대, 상기 기판 지지대 위에 탑재되는 하나 이상의 기판을 구비하는 스퍼터링 장치를 사용하는 투명 도전 박막 형성 방법에 있어서,
    스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 상기 기판 표면에 ZnO, ITO로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제1 성분)의 플럭스(flux)를 제공하는 적어도 하나의 제1 타겟 및 스퍼터링에 의하여 상기 기판 표면에 Zn, Al으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분(제2 성분)의 플럭스를 제공하는 적어도 하나의 제2 타겟을 준비하고, 상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 상기 챔버 내에서 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 갖도록 배치하는 단계; 및
    상기 기판 지지대를 이동시켜 상기 기판이 상기 제1 성분의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 상기 챔버 내에서 서로 공간적으로 중첩되는 구간을 지나가도록 하여 상기 기판 위에 박막을 증착하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 공간적으로 중첩된 구간을 지나가는 단계는 상기 기판 위에서, 상기 제1 성분과 상기 제2 성분을 함께 함유하며, 박막 상부로부터 하부로 갈수록 상기 제1 성분의 성분비가 연속적으로 감소하고 그와 동시에 상기 제2 성분의 성분비가 연속적으로 증가하는 경사 조성 층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 투명 도전 박막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경사 조성 층 하단에 형성되며, 상기 제2 성분만으로 이루어진 제2 성분 박막 층을 더 포함하는 투명 도전 박막 구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경사 조성 층 상단에 형성되며, 상기 제1 성분만으로 이루어진 제1 성분 박막 층을 더 포함하는 투명 도전 박막 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경사 조성 층은 스퍼터링에 의하여 형성되며, 적어도 하나의 제1 타겟으로부터 제공되는 상기 제1 성분 물질의 플럭스와, 적어도 하나의 제2 타겟으로부터 제공되는 상기 제2 성분 물질의 플럭스가 공간적으로 중첩되도록 상기 제1 타겟 및 제2 타겟을 스퍼터링 장치 내에 배치하고, 상기 투명 기판을 상기 제1 성분 물질의 플럭스와 상기 제2 성분의 플럭스가 중첩된 영역에 위치시켜 형성된 것임을 특징으로 하는 투명 도전 박막 구조물.
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