KR100736664B1 - Substrate with ITO transparent conductive film and method for producing same - Google Patents
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Abstract
이온 도금 장치를 이용하여 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 방법은 (a) 전압 경사 플라즈마 건으로부터 진공 챔버에 플라즈마 빔을 생성하는 단계, (b) 플라즈마 빔으로 ITO 소스를 조사하여, ITO 소스를 가열하고, 증발시키는 단계, (c) 플라즈마 분위기에서 증발된 ITO 소스를 이온화하는 단계, 및 (d) 이온화된 ITO 소스를 기판상에 침적시켜, 상기 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 적어도 단계(d) 동안 기판의 온도를 80 ~ 145 ℃로 조정하고, 적어도 단계(d) 동안 ITO 소스로부터 기판상에 입사되는 복사열을 단위 시간 및 단위 유니트 면적당 1.5 ~ 10.0 J/cm2.min으로 조정한다. 결과 ITO 투명 전도성 필름은 1.2 ×10-4 ~ 3.0 ×10-4Ω.cm 의 비저항을 가진다. A method of forming an ITO transparent conductive film on a substrate using an ion plating apparatus includes the steps of (a) generating a plasma beam from a voltage gradient plasma gun into a vacuum chamber, (b) irradiating the ITO source with the plasma beam, Heating and evaporating, (c) ionizing the evaporated ITO source in a plasma atmosphere, and (d) depositing the ionized ITO source on a substrate to form an ITO transparent conductive film on the substrate. It includes. Wherein the temperature of the substrate is adjusted to 80 to 145 ° C. during at least step (d), and the radiant heat incident on the substrate from the ITO source during at least step (d) is 1.5 to 10.0 J / cm 2 per unit time and unit area. Adjust to min The resulting ITO transparent conductive film has a resistivity of 1.2 × 10 −4 to 3.0 × 10 −4 Ω.cm.
ITO, 전도성 필름, 플라즈마 건 ITO, conductive film, plasma gun
Description
도 1은 전압 경사 플라즈마 건을 사용하여 이온 도금(활성 반응 침적)으로 필름을 형성하는 장치를 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for forming a film by ion plating (active reaction deposition) using a voltage gradient plasma gun.
도 2는 전압 경사 플라즈마 건을 사용하여 이온 도금(활성 반응 침적)으로 필름을 형성하는 또 다른 장치를 보여주는 개략도이다. 2 is a schematic showing another apparatus for forming a film by ion plating (active reaction deposition) using a voltage gradient plasma gun.
도 3은 유기 폴리머등으로 이루어진 기판상에 형성된 ITO 투명 전도성 필름을 보여주는 확대된 단면도이다. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an ITO transparent conductive film formed on a substrate made of an organic polymer or the like.
본 발명은 평판 디스플레이, 전기 장치, 태양 전지, 및 광학 장치 등에 사용되는 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 유기 폴리머 필름을 포함하는 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming an ITO transparent conductive film on a substrate for use in flat panel displays, electrical devices, solar cells, optical devices, and the like. In particular, it relates to a method of forming an ITO transparent conductive film on a substrate comprising an organic polymer film.
투명 전도성 필름은 빛을 통과 시키고, 전기를 도통시키는 그 고유한 특성으로 인해, 평판 디스플레이 및 태양전지에서 필수적이고 중요한 요소이다. Transparent conductive films are an essential and important element in flat panel displays and solar cells because of their inherent properties of passing light and conducting electricity.
많은 경우에서, ITO 투명 전도성 필름은 진공 필름 형성 방법에 의해 형성된다. 이렇게 ITO 투명 전도성 필름을 형성하기 위한 진공 필름 형성 방법의 예들은 이온 도금, 스퍼터링, 및 진공 증착을 포함한다. 이들 중에서 스퍼터링 방법이 가장 널리 사용된다. In many cases, ITO transparent conductive films are formed by vacuum film forming methods. Examples of vacuum film forming methods for forming an ITO transparent conductive film include ion plating, sputtering, and vacuum deposition. Of these, the sputtering method is most widely used.
스퍼터링 방법에 의한 ITO 투명 전도성 필름의 제조에 대해서는, JP-A-9-171188은 2×10-4Ω.cm의 낮은 저항을 갖는 ITO 투명 전도성 필름을 300℃ 이상의 온도에서 기판을 가열함으로서 수득하는 방법을 개시하고 있다. For the production of ITO transparent conductive films by the sputtering method, JP-A-9-171188 provides an ITO transparent conductive film having a low resistance of 2 × 10 −4 Ω.cm by heating the substrate at a temperature of 300 ° C. or higher. A method is disclosed.
JP-A-9-25575 및 JP-A-2000-17430호는 낮은 저항을 갖는 ITO 투명 전도성 필름을 약 200℃의 상대적으로 낮은 온도에서 기판을 가열하고, 전압 경사 플라즈마 건으로 이온 도금하여 수득하는 방법을 개시하고 있다. JP-A-9-25575 and JP-A-2000-17430 are methods for obtaining low resistance ITO transparent conductive films by heating the substrate at a relatively low temperature of about 200 ° C. and ion plating with a voltage gradient plasma gun. Is starting.
디스플레이 및 전기 장치의 기술 분야에서, 무게 측면에서 좀더 가볍고, 두께 측면에서 보다 얇고, 좀더 유연성을 갖는 장치를 만들기 위해, 통상적인 무기 기판(예를 들어 유리)을 유기 필름이 다수의 무기 기판사이에 샌드위치된 기판 또는 댜양한 폴리머중에서 선택된 하나의 폴리머로 이루어진 유기 기판으로 대체하는 방법이 여러가지 제안되고 있다. 요즘, 많은 장치들은 점점 복잡한 구조로 이루어지고 있다. 몇몇 경우에서, LCD 칼라 필터와 같이 무기 기판 상에 유기 장치가 형성되고 있다. In the technical field of displays and electrical devices, conventional inorganic substrates (e.g. glass) may be used between several inorganic substrates in order to make devices that are lighter in weight, thinner in thickness, and more flexible. Various proposals have been made to substitute an organic substrate composed of one polymer selected from sandwiched substrates or various polymers. Nowadays, many devices are becoming more and more complicated structures. In some cases, organic devices are being formed on inorganic substrates, such as LCD color filters.
상기 언급한 바와 같은 유기 폴리머 기판, 무기 물질 표면 또는 무기 물질 사이에 형성된 유기 물질을 포함하는 기판을 사용하는 경우에 있어서, 이러한 기판 들은 무기 물질(예를 들어 유리)으로 이루어진 기판에 비교하여 열 저항성이 부족한 문제가 있다. 따라서, 상기 기판들은 불량하거나, 그 융점 근처까지 기판이 가열될 때, 그 기계 및 전기 특성(예를 들어, 탄성율, 굴절률, 확산 계수, 및 유전상수)이 크게 변형되는 문제를 야기할 수 있다. In the case of using an organic polymer substrate as mentioned above, a substrate containing an organic material formed on or between inorganic materials, these substrates are heat resistant compared to a substrate made of an inorganic material (for example, glass). There is a lack of this problem. Thus, the substrates may be poor, or may cause a problem that when the substrate is heated to near its melting point, its mechanical and electrical properties (eg, modulus of elasticity, refractive index, diffusion coefficient, and dielectric constant) are greatly deformed.
그러므로, 유기 폴리머를 갖는 기판을 사용하는 경우에, 기판을 200℃ 이하의 온도로 낮추어야 하는 필요가 있었다. 이 때문에, 스퍼터링 방법에 의한 필름 형성 중에 ITO 투명 전도성 필름의 저항을 낮추기가 어려웠다. Therefore, when using a substrate having an organic polymer, it was necessary to lower the substrate to a temperature of 200 ° C or lower. For this reason, it was difficult to lower the resistance of an ITO transparent conductive film during film formation by the sputtering method.
전압 경사 플라즈마 건을 사용하는 이온 도금은 기판 온도가 상대적으로 낮은 경우라도 낮은 저항성의 필름을 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, ITO 투명 전도성 필름 제조 중에 기판 온도는 전압 경사 플라즈마건으로부터 방사되는 고밀도의 플라즈마 빔 및 ITO 증발원으로부터의 복사열로 인하여 빠르게 증가한다. 이러한 온도 증가를 막기 위해, 기판의 운반 속도를 증가시킬 수 있다(JP-A-10313810 참조). 이경우에, 목적하는 필름 두께를 갖는 ITO 투명 전도성 필름을 생산하기 위해, 매우 빠른 필름 형성 속도를 갖는 것이 필요하다. 그러므로, 전압 경사 플라즈마 건을 사용하는 경우 양극과 음극사이에 인가되는 전력을 증가시키는 것이 필요하다. 그러므로 기판상의 열 투사 량은 고밀도 플라즈마 빔 및 ITO 증발원으로부터의 복사에 따라 증가한다. 따라서, 필름 형성 동안 기판 온도는 유기 폴리머의 녹는 점까지 빠르게 증가할 수 있다. 이는 기판의 원래 모양에 손상을 야기시킬 수 있다. 게다가, 예를 들어, 기판으로부터 분해 가스가 생성될 수 있다. 또한, ITO 투명 전도성 필름의 전도성을 극도로 낮게 할 수 있다. It is known that ion plating using voltage gradient plasma guns can produce low resistive films even when the substrate temperature is relatively low. However, during fabrication of the ITO transparent conductive film, the substrate temperature increases rapidly due to the dense plasma beam emitted from the voltage gradient plasma gun and the radiant heat from the ITO evaporation source. To prevent this increase in temperature, the transport speed of the substrate can be increased (see JP-A-10313810). In this case, to produce an ITO transparent conductive film having a desired film thickness, it is necessary to have a very fast film formation rate. Therefore, it is necessary to increase the power applied between the anode and the cathode when using a voltage gradient plasma gun. Therefore, the amount of thermal projection on the substrate increases with radiation from the high density plasma beam and the ITO evaporation source. Thus, during film formation, the substrate temperature can quickly increase to the melting point of the organic polymer. This can cause damage to the original shape of the substrate. In addition, cracking gas can be produced, for example, from the substrate. In addition, the conductivity of the ITO transparent conductive film can be extremely low.
상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 유기 폴리머를 갖는 기판 상에 ITO 투명 전도성 필름을 효과적을 형성하는 방법을 제공한다. In order to solve the above problems of the prior art, the present invention provides a method of effectively forming an ITO transparent conductive film on a substrate having an organic polymer.
상기와 같은 기술적 과제의 해결을 위한, 본 발명의 한 특징에 따른 이온 도금 장치를 이용하여 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 방법은 Method for forming an ITO transparent conductive film on a substrate using an ion plating apparatus according to one feature of the present invention for solving the above technical problem is
(a) 전압 경사 플라즈마 건으로부터 진공 챔버에 플라즈마 빔을 생성하는 단계;(a) generating a plasma beam from the voltage gradient plasma gun into the vacuum chamber;
(b) 상기 플라즈마 빔으로 ITO 소스를 조사하여, ITO 소스를 가열하고, 증발시키는 단계;(b) irradiating an ITO source with the plasma beam to heat and evaporate the ITO source;
(c) 플라즈마 분위기에서 증발된 ITO 소스를 이온화하는 단계; 및(c) ionizing the evaporated ITO source in a plasma atmosphere; And
(d) 상기 이온화된 ITO 소스를 기판상에 침적시켜, 상기 기판상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하는 단계를 포함한다. (d) depositing the ionized ITO source onto a substrate to form an ITO transparent conductive film on the substrate.
여기서, 적어도 단계 (d) 동안 기판의 온도를 80 ~ 145 ℃로 조정하고, 적어도 단계 (d) 동안 ITO 소스로부터 기판상에 입사되는 복사열을 단위 시간 및 단위 유니트 면적당 1.5 ~ 10.0 J/cm2.min으로 조정한다. Wherein the temperature of the substrate is adjusted to 80-145 ° C. during at least step (d), and the radiant heat incident on the substrate from the ITO source during at least step (d) is 1.5-10.0 J / cm 2 per unit time and unit unit area. Adjust to min
여기서, 상기 방법에 의해 형성된 결과 ITO 투명 전도성 필름은 5 ~ 10 중량 %의 산화 형태의 주석으로 도핑된 산화 인듐을 포함하고, 상기 ITO 투명 전도성 필름이 1.2 ×10-4 ~ 3.0 ×10-4Ω.cm 의 비저항을 갖는다. Wherein the resultant ITO transparent conductive film formed by the method comprises indium oxide doped with 5-10 wt% tin in the form of oxide, wherein the ITO transparent conductive film is 1.2 × 10 −4 to 3.0 × 10 −4 Ω has a resistivity of .cm.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1 에 도시된, 필름 형성 용 이온 도금 장치는 본 발명의 방법을 수행하기 위해 사용된다. 본 발명의 실시예에 따른 이온 도금 장치는 진공 챔버(1), 진공 챔버(1)의 측벽에 연결된 전압 경사 플라즈마 건(pressure gradient type plasma gun)(2), 진공 챔버(1) 중 바닥에 배치된 도가니(3), 진공 챔버(1) 중 상부에 배치된 기판 홀더(4), 및 진공 배기 장치(17)를 포함한다. The ion plating apparatus for film formation, shown in FIG. 1, is used to carry out the method of the present invention. The ion plating apparatus according to the embodiment of the present invention is disposed on the bottom of the
도가니(3)의 내부는 ITO 소스(19)(예를 들어, ITO 덩어리)로 채워져 있다. 이 ITO(indium tin oxide)는 주석으로 도핑된 산화 인듐으로 정의될 수 있다. 여기서 주석은 산화 형태이며, 그 함량은 전체 ITO 100 중량 %에 대하여 5 ~ 10 중량 %일 수 있다. 플라즈마 빔(12)을 편향시키거나 집중시키는 영구 자석(22)은 도가니(3)의 바닥에 배치된다. 게다가, 진공 배기 장치(17)는 컨덕턴스 밸브(16)를 통해 진공 챔버(1)와 연결되어, 진공 챔버(1)를 배기시킨다. 본 발명의 실시예에서, 진공 챔버(1)의 압력을 진공 챔버(1)에 부착된 진공 게이지(18)의 측정값에 기초하여 컨턱턴스 밸브(16)의 특정 개구를 획득하기 위해, 배기 속도를 조정하여 0.05 ~ 0.3 Pa로 조절하는 것이 바람직하다. The interior of the
진공 배기 장치(17)에 지나친 부담을 야기하고, 진공 챔버(1)가 불필요한 용적을 갖도록 구비되어야 하기 때문에, 진공 챔버(1)의 압력을 0.05 Pa 이하로 유지 하는 것은 경제적으로 바람직하지 않다. 진공 챔버(1) 중 압력이 단계 (d) 중에 0.3 Pa을 초과하면, 증발된 ITO 소스는 기판에 도달할 때까지 매우 많은 아르곤 가스 분자와 매우 많은 산소 가스 분자들과 충돌하게 된다. 따라서, 증발된 ITO 소스는 실질적으로 에너지를 상실하게 된다. 이는 기판(25)에 침적된 ITO 투명 전도성 필름의 전도성을 극도로 낮게 할 수 있다. 그러므로, 압력은 적어도 단계(d) 중에서 바람직하게는 단계 (b), (c) 및 (d) 중에서 0.3 Pa 이하, 더욱 바람직하게는 0.15 Pa 이하인 것이 바람직하다. It is economically undesirable to maintain the pressure of the
전압 경사 플라즈마 건(2)은 일단이 캐소드 (8)로 밀봉된 실린더 튜브(9)를 구비한다. 몰리브덴으로 이루어진 실린더(7)가 캐소드(8)에 고정된다. 실린더(70)는 축 중심에 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 파이프(5), 및 내부 말단에 LaB6로 이루어진 디스크(6)를 갖는다. 이들 파이프(5) 및 디스크(6)는 실린더(7)에 장착된다. 캐소드(8)는 방전을 위해 전원(10)의 음극에 연결된다. 진공 챔버(1)의 바닥의 도가니(3)는 전원(10)의 양극과 연결되고, 애노드 역할을 한다. ITO 투명 전도성 필름의 형성 중, 아르곤 가스(20)는 파이프(5)를 통해 도입되고, 전압 경사 플라즈마 건의 캐소드(8)와 진공 챔버 중의 도가니(30)(애노드) 사이에 방전이 이루어져 플라즈마 빔(12)을 형성한다. The voltage
형성된 플라즈마 빔(12)은 플라즈마 빔의 절단면을 수축시키기 위한 링 포커싱 코일(21), 및 플라즈마 빔(12)을 ITO 소스(19)로 굴절시키고 집중시키기 위한 영구 자석에 의해, 도가니(3)의 ITO 소스(19)로 집중된다. 그리고 집중된 플라즈 마 빔(12)은 ITO 소스(19)를 가열하고 증발시킨다. The plasma beam 12 is formed by a ring focusing coil 21 for contracting the cutting plane of the plasma beam, and a permanent magnet for refracting and concentrating the plasma beam 12 with the
도 1 에서 볼 수 있는 기판 홀더(4)는 모터(도시 되지 않음)에 의해 회전 가능하도록 구비된다. 기판 홀더(4) 상부에, 기판(25)을 가열하기 위한 히터(11) 및 온도계(13)가 구비된다. 히터(11)는 기판(25)을 기설정된 온도(예를 들어 80 ~ 145 ℃)로 유지시킨다. 히터(11)의 출력은 온도계(13)에 의해 측정된 온도에 기초하여 조절된다. 히터(11)는 텅스텐 할로겐 램프, 제온 아크 램프, 및 그래파이트 히터와 같은 램프 히터일 수 있다. The
기 설정된 온도로 기판(25)을 가열하기 위해, 예를 들어 하기에 설명되는 바와 같이 필름 형성 이전에 측정 커브를 만드는 것이 가능하다. 단계(a) 이전에, 기판(25)을 예열한다. 예열 중에, 기판(25)의 온도(실제 온도)는 일시적으로 기판(25)에 부착된 임시 온도계(예를 들어 열전대)에 의해 측정된다. 이러한 측정과 동시에, 기판(25)의 근사 온도는 또한 기판(25)에 근접하여 위치하고 있는 온도계(13)에 의해 측정된다. 그리고, 측정 커브를 실제 및 근사 온도로부터 구한다. 그후, 임시 온도계를 기판(25)로부터 제거한다. 측정 커브는 근사 온도로부터 실제 온도를 제공한다. 적어도 단계 (d)에서, 단지 근사 온도만이 온도계(13)로부터 측정된다. 따라서, 기판의 온도는 실제 온도의 추정치로서 측정 커브로부터 결정된다. 이러한 추정 실제 온도는 히터(11)의 출력을 조절함으로써 80 ~ 145 ℃로 조절된다. In order to heat the
산소 가스 도입 노즐(14)은 진공 챔버(1)의 측벽에 부착된다. 필요에 따라, 산소 가스(15)는 매스 플로우 컨트롤러(도시 하지 않음)을 사용하여 산소 가스 도 입 노즐(14)을 통해 진공 챔버(1)로 공급된다. The oxygen gas introduction nozzle 14 is attached to the side wall of the
전압 경사 플라즈마 건(2)은 진공 챔버(1)보다 높은 수준으로 전압 경사 플라즈마 건(2)의 내부 압력을 항상 유지하고, 플라즈마 건(2)의 내부를 항상 아르곤 가스로 채우기 위해 산소 가스(15)에 의해 유발되는 압력 하락을 방지하는 구조를 갖는다. 이러한 구조로 인해, 고온 노출 환경에서 산소 가스(15)가 플라즈마 건(2)의 탄탈륨으로 이루어진 파이프(5)와 LaB6로 이루어진 디스크(6)을 산화시키고, 열화시키는 것을 방지하는 것이 가능하다. The voltage
도 3에서 보여지는 바와 같이, 도 1의 이온 도금 장치를 사용하여 기판(25)의 표면상에 ITO 투명 전도성 필름(24)을 형성하는 것이 가능하다. 기판(25)은 전체로서 유기 폴리머로 구성되거나, 기초 구성으로서 무기 물질 및 미소 구성으로서 유기 폴리머를 포함하는 복합물일 수 있다.As shown in FIG. 3, it is possible to form the ITO transparent conductive film 24 on the surface of the
위에서 유기 폴리머는 특별히 제한되지 않는다. 그 예들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르 술폰, 나일론, 폴리알릴레이트, 또는 시클로올레핀 폴리머와 같은 폴리머 플라스틱 수지를 포함한다. 이러한 유기 폴리머는 기판(25)과 같이 기초 필름 및 플레이트로 사용될 수 있다. In the above, the organic polymer is not particularly limited. Examples include polymer plastic resins such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, nylon, polyallylate, or cycloolefin polymers. Such organic polymers can be used as base films and plates, such as
기판(25)을 구성하는 유기 폴리머의 표면은 코로나 방전 처리, 앵커(anchor) 코팅 처리, 또는 유연 처리될 수 있다. The surface of the organic polymer constituting the
한편, 기판(25)의 예들은 무기 재료(예를 들어, SiO2, SiOX, SiON, SiN, SiOCN, 및 SiAlON)의 박막 또는 가스 배리어 필름이 유기 폴리머 상에 형성된 것, 무기 재료(유리, 세라믹 또는 금속)가 열 저항성이 없는 유기 재료로 코팅된 것, 전자 장치(예를 들어, 유기 EL(electroluminescence) 장치)가 기재 상에 형성된 것을 포함한다. On the other hand, examples of the
기판(25) 상에 형성되는 ITO 투명 전도성 필름은 주석으로 토핑된 산화 인듐으로 정의될 수 있다. 이러한 주석은 산화 형태이고, ITO 필름의 전체 중량을 100 중량 %로 할 때, 5 ~ 10 중량 %이다. 즉, 산화 인듐과 산화 형태의 주석의 전체 중량은 100 중량 %가 된다. The ITO transparent conductive film formed on the
주석(산화 주석의 형태로)의 함량이 5 중량 % 미만일 경우, ITO 투명 전도성 필름에서 캐리어의 농도가 지나치게 낮게 된다. 주석(산화 주석의 형태로)의 함량이 10 중량 % 를 초과하는 경우, 캐리어의 이동성이 지나치게 낮게된다. 두 경우 모두 ITO 필름은 전도성이 지나치게 낮게된다. 따라서, 주석(산화 주석의 형태로)의 함량은 5 ~ 10 중량 %가 바람직하다. If the content of tin (in the form of tin oxide) is less than 5% by weight, the concentration of the carrier in the ITO transparent conductive film becomes too low. If the content of tin (in the form of tin oxide) exceeds 10% by weight, the mobility of the carrier becomes too low. In both cases, the ITO film becomes too low in conductivity. Therefore, the content of tin (in the form of tin oxide) is preferably 5 to 10% by weight.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따라, 도 1의 필름 형성 장치를 사용하여, ITO 투명 전도성 필름(24)을 기판(25)상에 형성하는 방법을 설명한다. Hereinafter, according to one embodiment of the present invention, a method of forming the ITO transparent conductive film 24 on the
카본으로 형성된 도가니(3)를 ITO 소스(19)로 충전한다. 충전된 도가니(3)를 진공 챔버(1)의 바닥에 위치시킨다. ITO 소스(19)는 덩어리 형태가 바람직하나, 그 형태는 특별히 제한되지 않는다. The
기판(25) 상에 ITO 투명 전도성 필름을 형성하기 위해, 기판(25)를 기판 홀 더(4)에 부착시키고, 진공 챔버(1)를 약 2×10-4 Pa의 압력이 되도록 배기시킨다. 진공 챔버(1) 위에서, 기판을 기 설정된 온도로 가열하여 기판(25)의 표면에 흡착된 가스 및 기판(25)의 내부로부터 방출된 가스를 제거한다. To form an ITO transparent conductive film on the
배기 단계 후, 아르곤 가스(20)를 전압 경사 플라즈마 건(2)을 통해 진공 챔버(1)에 공급한다. 이때, 아르곤 가스의 유속을 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음)를 이용하여 10 ~ 40 cm3/min (sccm)로 조절한다. After the evacuation step,
그 후, 산소 가스(15)를 산소 가스 공급 노즐(14)을 통해 진공 챔버(1)에 공급한다. 적어도 단계(d) 중, 바람직하게는 단계(b), (c), 및 (d) 중, 안정적으로 필름 형성을 수행하기 위해서는 진공 챔버(1)의 압력을 0.05 ~ 0.3 Pa로 조정한다. 이러한 진공 챔버(1)의 압력 조정은 진공 배기 장치(17)과 진공 챔버(1) 사이에 배치된 컨덕턴스 밸브(16)의 개구로 배기 속도를 조절하여 수행된다. Thereafter, the oxygen gas 15 is supplied to the
산소 가스(15)의 유속은 필름 형성 속도, 전압 경사 플라즈마 건의 출력, 진공 챔버 중 압력, 및 기판(25)의 온도에 기초하여 최적 값으로 설정된다. The flow rate of the oxygen gas 15 is set to an optimum value based on the film formation speed, the output of the voltage gradient plasma gun, the pressure in the vacuum chamber, and the temperature of the
그 후, 전압 경사 플라즈마 건(2)에 전력이 가하여져 플라즈마 빔(12)을 생성한다. 결과 플라즈마 빔(12)은 포커싱 코일(21) 및 영구 자석(22)으로 인해 도가니(3) 내부의 ITO 소스로 집중되고, ITO 소스(19)는 가열되어, ITO 소스를 증발 시킨다. 그 후, 증발된 ITO 소스 및 도입된 산소 가스(15)는 플라즈마 환경(23)에서 이온화된다. 그 후, 이온화된 ITO 소스는 기판 (25) 아래에 설치된 셔터(도시하지 않음)를 오픈할 때 기판 (25) 상에 침적된다. Thereafter, power is applied to the voltage
이온화된 ITO 소스는 대기 중 플라즈마의 플라즈마 전압(potential) 및 기판(25)의 플로팅 전압(potential) 사이의 전압(potential) 차이에 의해 기판(25)으로 가속된다. 따라서, 약 20 eV의 큰 에너지를 갖는 이온화된 ITO 소스는 기판(25)의 바닥 표면에 도달하여 침적되어, 낮은 저항 그리고 치밀한(compact) ITO 투명 전도성 필름을 형성한다. The ionized ITO source is accelerated to the
상기 방법 중 단계 (d) 중 기판 (25)의 온도가 50 ℃ 미만일 경우, 결과 ITO 투명 전도성 필름은 저항이 지나치게 높게 된다. 그러한 ITO 필름은 장치로서 사용하기 어렵다. If the temperature of the
기판(25)이 약 80 ℃로 가열되는 경우, ITO 투명 전도성 필름(24)은 저항이 낮아지고, 그에 따라 전도성이 향상된다. 그러므로, 기판(25)을 단계 (d)에서 80 ℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 기판(25)의 온도가 히터(11)에 의해 145 ℃ 이상으로 설정되는 경우, 기판 (25) 상 이온화된 ITO의 적층 및 ITO 소스로부터 복사열으로 기판 (25)의 온도가 200℃를 초과할 수 있다. 그러므로, 기판(25)의 온도를 145 ℃ 이하로 조절하는 것이 바람직하다. When the
ITO 투명 전도성 필름(24)을 기판(25)상에 형성하는 동안, 기판 (25)의 온도는 고밀도 플라즈마 빔(12) 및 ITO 소스(19)로부터 방사되는 복사열으로 인해 빠르게 증가하는 경향이 있다. 이러한 빠른 온도 증가를 방지하기 위해, 기판(25)에 가해지는 열량(복사열)을 10.0 J/cm2.min 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 이러한 열량의 조절은 예를 들어 전압 경사 플라즈마 건(2)에 에너지를 공급하기 위해 캐소드(8) 및 도가니(3)(애노드)에 인가되는 전원(10)의 전력을 조절하여 달성될 수 있다. 전도성이 우수한 ITO 투명 전도성 필름을 달성하기 위해, 열량(복사열)을 1.5 J/cm2.min 이상으로 조절하는 것이 바람직하다. While forming the ITO transparent conductive film 24 on the
일반적으로, 진공 챔버에 설치된 배기 장치의 배기 속도를 조절하거나, 진공 챔버에 도입된 가스의 양(속도)를 조절함으로써, 진공 챔버 내 압력을 조정하는 것이 가능하다. 그러나 본 발명에서는 하기 설명되는 바와 같이, 전자(즉 배기 속도 조절)가 후자(가스 도입 속도 조절) 보다 바람직하다. In general, it is possible to adjust the pressure in the vacuum chamber by adjusting the exhaust speed of the exhaust device provided in the vacuum chamber, or by adjusting the amount (speed) of the gas introduced into the vacuum chamber. However, in the present invention, as described below, the former (ie exhaust rate control) is preferred to the latter (gas introduction rate control).
진공 챔버(1)에 설치된 진공 배기 장치(17)의 배기 속도를 조절하여 진공 챔버(1) 내의 압력을 조절하는 경우에, 산소 가스 분압을 실질적으로 일정한 수준으로 유지하는 것이 가능하다. 반대로, 가스 도입 속도를 조절하여 진공 챔버(1) 내 압력을 조절하는 경우에는 진공 챔버(1) 내 산소 분압이 변동될 수 있다. When the pressure in the
ITO 투명 전도성 필름 내 산소의 양이 감소하면, 필름의 전도성도 낮아진다. 게다가, ITO 투명 전도성 필름을 통과하여 투과되는 빛은 갈색을 띠게 된다. 따라서, 필름의 광투과도 역시 낮아진다. ITO 투명 전도성 필름 내 산소의 양이 증가하면, 투과된 빛이 무색이 되나, 전도성이 낮아진다. 따라서 ITO 투명 전도성 필름 내 산소의 양을 최적 값으로 조절하는 것이 바람직하다. When the amount of oxygen in the ITO transparent conductive film is reduced, the conductivity of the film is also lowered. In addition, the light transmitted through the ITO transparent conductive film becomes brown. Thus, the light transmission of the film is also lowered. As the amount of oxygen in the ITO transparent conductive film increases, the transmitted light becomes colorless, but the conductivity becomes low. Therefore, it is desirable to adjust the amount of oxygen in the ITO transparent conductive film to an optimum value.
ITO 투명 전도성 필름 내 산소의 양을 최적 값으로 조절하기 위해, 필름 형성 중 진공 챔버 내 산소 분압을 가능한 일정한 수준으로 유지하는 것이 바람직하다. 산소 분압을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다는 점에서, 진공 챔버(1)에 설 치된 진공 배기 장치(17)의 배기 속도를 조절하여 진공 챔버(1) 내 압력을 조절하는 것이 바람직하다. In order to control the amount of oxygen in the ITO transparent conductive film to an optimum value, it is desirable to maintain the oxygen partial pressure in the vacuum chamber as constant as possible during film formation. Since the oxygen partial pressure can be maintained at a constant level, it is preferable to control the pressure in the
필름의 두께가 증가하면 필름 스트레스가 증가한다는 점, 제조 단가, 및 광 투과도를 고려하여, ITO 투명 전도성 필름의 두께는 바람직하게는 300 nm 이하, 좀더 바람직하게는 200nm 이하로 한다. In consideration of the fact that the film stress increases as the thickness of the film increases, the manufacturing cost, and the light transmittance, the thickness of the ITO transparent conductive film is preferably 300 nm or less, more preferably 200 nm or less.
본 발명의 한 구현예에 따른 ITO 투명 전도성 필름은 ITO 투명 전도성 필름 형성 이전의 기판의 산술 평균 거칠기 보다 2nm 이내에서 초과하는 산술 평균 거칠기를 가질 수 있다. 반대로, 스퍼터링에 의해 수득되는 ITO 투명 전도성 필름은 ITO 투명 전도성 필름 형성 이전의 기판의 산술 평균 거칠기를 약 5nm 이상으로 초과하는 산술 평균 거칠기를 가질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 한 구현예에 따른 ITO 투명 전도성 필름은 표면 부드러움이 우수하다. The ITO transparent conductive film according to one embodiment of the present invention may have an arithmetic mean roughness exceeding within 2 nm of the arithmetic mean roughness of the substrate before formation of the ITO transparent conductive film. In contrast, an ITO transparent conductive film obtained by sputtering may have an arithmetic mean roughness that exceeds the arithmetic mean roughness of the substrate prior to ITO transparent conductive film formation to about 5 nm or more. Therefore, the ITO transparent conductive film according to one embodiment of the present invention is excellent in surface smoothness.
그러므로, 표면을 부드럽게 하기 위해, ITO 투명 전도성 필름의 표면을 연마하는 과정이 필요 없을 수 있다. 본 발명의 한 구현예에 따른 ITO 투명 전도성 필름을 갖는 기판은 부드러움을 요구하는 장치(예를 들어 유기 EL 장치)에 바람직하게 사용될 수 있다. Therefore, in order to smooth the surface, a process of polishing the surface of the ITO transparent conductive film may be unnecessary. The substrate having the ITO transparent conductive film according to one embodiment of the present invention can be preferably used for a device requiring softness (for example, an organic EL device).
도 2는 도 1의 장치와 유사한 이온 도금 장치를 보여준다. 도 2의 장치는 기판 홀더를 갖지 않고, 다른 위치에서 기판을 가열한다는 점에서 도 1의 장치와 구별된다. 도 2의 장치에서 히터(11)에 의해 가열되는 기판 (25)는 이송 트레이(도시하지 않음)에 의해 진공 챔버(1)로 이송된다. 기판 (25)가 도가니(3)의 ITO 소스 상부로 이송되기 때문에, 필름 형성 조건이 안정적으로 되는 상태에서, ITO 투 명 전도성 필름이 기판(25) 상에 형성된다. FIG. 2 shows an ion plating apparatus similar to the apparatus of FIG. 1. The device of FIG. 2 is distinguished from the device of FIG. 1 in that it does not have a substrate holder and heats the substrate at another location. In the apparatus of FIG. 2, the
이하 하기 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
실시예 1Example 1
투명 전도성 필름을 도 1의 장치를 사용하여 하기와 같은 방법으로 기판 상에 형성하였다. A transparent conductive film was formed on the substrate in the following manner using the apparatus of FIG. 1.
카본 도가니(3)를 ITO 소스, 즉 고준도 케미칼 연구소(Kojundo Chemical Lab, Co.,Ltd)에서 제조된 ITO 덩어리(산화 형태의 Sn 함량: 5 중량%)로 충전하였다. 충전된 도가니(3)를 진공 챔버(1)의 기 설정된 장소에 위치시켰다. The
기판(25)로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(폭: 20cm, 두께: 100㎛; 상표: 폴리에스테르 필름 E5101(TOYOBO., LTD 사))를 준비하고, 세척하고, 기판 홀더(4)에 장착하였다. A polyethylene terephthalate (PET) film (width: 20 cm, thickness: 100 μm; trademark: polyester film E5101 (TOYOBO., LTD.)) Was prepared as the
그 후, 진공 챔버(1)를 진공 배기 장치(17)을 이용하여 진공 챔버(1) 내 압력이 2.0 × 10-4 Pa에 도달할 때까지, 약 2 시간 동안에 걸쳐 배기시켰다. 이 배기 조작 동안, PET 필름은 100 ℃까지 가열되었다. Thereafter, the
아르곤 가스를 20 sccm 유속으로 전압 경사 플라즈마 건(2)에 도입하고, 산소 가스(15)를 20 sccm 유속으로 진공 챔버(1)에 도입하였다. 그후, 전력을 전압 경사 플라즈마 건(2)의 출력이 2.5 kW에 도달할 때까지 점차적으로 인가하였다. 플라즈마 빔(12)이 전압 경사 플라즈마 건(2)으로부터 생성되고, 생성된 플라즈마 빔(12)은 ITO 소스(19)에 집중되어 ITO 소스(19)를 가열하고 증발시켰다. 전압 경 사 공동 캐소드 플라즈마 건이 전압 경사 플라즈마 건(2)으로서 사용되었다. Argon gas was introduced into the voltage
이와 동시에, 컨턱턴스 밸브(16)로 진공 배기 장치(17)의 배기 속도를 조절하여 진공 챔버(1) 내 압력을 0.1 Pa로 조정하였다. At the same time, the exhaust speed of the vacuum exhaust device 17 was adjusted by the conductance valve 16 to adjust the pressure in the
방전후, 압력 및 ITO 소스 증발을 안정시키고, 셔터를 약 60 초간 개방함으로써, ITO 필름을 PET 필름 상에 형성하였다. After discharge, the pressure and ITO source evaporation were stabilized and the shutter was opened for about 60 seconds, thereby forming an ITO film on the PET film.
그 결과, ITO 필름(두께: 150 nm)이 매우 높은 필름 형성 속도 2.5nm/s로 형성되었다. 기판에 가해진 열의 양은 3.3 J/cm2.min 이었다. 수득된 ITO 투명 전도성 필름은 10Ω/□ 의 면저항 및 1.5 ×10-4Ω.cm 의 매우 낮은 비저항을 나타내었다. As a result, an ITO film (thickness: 150 nm) was formed at a very high film formation rate of 2.5 nm / s. The amount of heat applied to the substrate was 3.3 J / cm 2 min. The obtained ITO transparent conductive film showed a sheet resistance of 10 Ω / □ and a very low specific resistance of 1.5 × 10 −4 Ω.cm.
ITO를 갖는 수득된 기판은 일본 공업 기준(JIS) R 3220의 단면 절단 접착성 테스트를 수행하였다. 이 테스트에서, ITO 필름은 기판 상에서 벗겨지지 않았다. 그러므로, 접착성이 우수한 것으로 판단되었다.The obtained substrate with ITO was subjected to the cross-sectional cut adhesion test of Japanese Industrial Standard (JIS) R 3220. In this test, the ITO film did not peel off on the substrate. Therefore, it was judged that adhesiveness was excellent.
PET 필름은 그 위에서의 ITO 필름 형성으로 인해 감기지 않았다. ITO 필름은 거의 내부 스트레스를 가지지 않았다. 필름은 투명하고, 550 nm의 파장의 빛에서 그 투과도는 83% 로 측정되었다. ITO 필름의 산술 평균 거칠기(Ra)는 ITO 형성 전의 기판에 비해 0.5nm 차이로 더 컸다. 따라서, ITO 필름은 매우 부드러운 표면을 갖는 것으로 판단되었다. The PET film was not wound due to the formation of ITO film thereon. ITO films had little internal stress. The film was transparent and its transmittance was measured at 83% in light of a wavelength of 550 nm. The arithmetic mean roughness Ra of the ITO film was greater by 0.5 nm compared to the substrate before ITO formation. Thus, the ITO film was judged to have a very smooth surface.
실시예 2Example 2
투명 전도성 필름을 도 2의 장치를 사용하여 하기와 같은 방법으로 기판 상 에 형성하였다. A transparent conductive film was formed on the substrate in the following manner using the apparatus of FIG.
실시예 1과 같이, 카본 도가니(3)를 ITO 소스(19), 즉 고준도 케미칼 연구소(Chemical Lab, Co.,Ltd)에서 제조된 ITO 덩어리(산화 형태의 Sn 함량: 5 중량%)로 충전하였다. 충전된 도가니(3)를 진공 챔버(1)의 기 설정된 장소에 위치시켰다. As in Example 1, the
기판(25)으로서 PET 필름(폭: 20cm, 두께: 100㎛; 상표: 폴리에스테르 필름 E5101(TOYOBO., LTD 사))를 준비하고, 세척하고, 이송 트레이(도시하지 않음)상에 위치시켰다. PET 필름을 100 ℃의 온도로 가열하였다. ITO 소스 (19)를 실시예 1과 동일한 조건하에서 증발시켰다. 방전후, 압력 및 ITO 소스 증발을 안정시키고, PET 필름이 3.3mm/s의 속도로 이송되는 동안, ITO 필름이 PET 필름 상에 형성되었다. As a
그 결과, 수득된 ITO 필름은 150 nm의 두께를 가졌다. 기판에 가해진 열의 양은 3.3 J/cm2.min 이었다. 수득된 ITO 투명 전도성 필름은 11Ω/□ 의 면저항 및 1.7 ×10-4Ω.cm 의 매우 낮은 비저항을 나타내었다. As a result, the obtained ITO film had a thickness of 150 nm. The amount of heat applied to the substrate was 3.3 J / cm 2 min. The obtained ITO transparent conductive film exhibited sheet resistance of 11 Ω / □ and very low specific resistance of 1.7 × 10 −4 Ω.cm.
ITO 필름을 갖는 수득된 기판은 JIS R 3220의 단면 절단 접착성 테스트를 수행하였다. 이 테스트에서, ITO 필름은 기판 상에서 벗겨지지 않았다. 그러므로, 접착성이 우수한 것으로 판단되었다.The obtained substrate with ITO film was subjected to the cross-sectional cut adhesion test of JIS R 3220. In this test, the ITO film did not peel off on the substrate. Therefore, it was judged that adhesiveness was excellent.
PET 필름은 그 위에서의 ITO 필름 형성으로 인해 감기지 않았다. ITO 필름은 거의 내부 스트레스를 가지지 않았다. 필름은 투명하고, 550 nm의 파장의 빛에서 그 투과도는 83% 로 측정되었다. ITO 필름의 산술 평균 거칠기(Ra)는 ITO 형성 전의 기판에 비해 0.7nm 차이로 더 컸다. 따라서, ITO 필름은 매우 부드러운 표면을 갖는 것으로 판단되었다. The PET film was not wound due to the formation of ITO film thereon. ITO films had little internal stress. The film was transparent and its transmittance was measured at 83% in light of a wavelength of 550 nm. The arithmetic mean roughness (Ra) of the ITO film was larger by 0.7 nm compared to the substrate before ITO formation. Thus, the ITO film was judged to have a very smooth surface.
비교예 1Comparative Example 1
7.5 kW의 전력을 전압 경사 플라즈마 건(2)에 인가하고, 셔터를 30 초 동안 개방하여 ITO 필름을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 ITO 필름을 형성하였다. 수득된 ITO 필름은 150 nm의 두께를 가졌다. 기판에 가해진 열의 양은 10.2 J/cm2.min 이었다. 수득된 ITO 필름은 전 표면상에서 크랙을 포함하였다. 즉, 수득된 ITO 필름은 부서지고, 전도성을 갖지 않았다. 그러므로, 면 저항이 무한하였다. An ITO film was formed in the same manner as in Example 1 except that an electric power of 7.5 kW was applied to the voltage
비교예2Comparative Example 2
기판(25)을 50 ℃까지 가열하고, 7.5 kW의 전력을 전압 경사 플라즈마 건(2)에 인가하고, 셔터를 30 초 동안 개방하여 ITO 필름을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 ITO 필름을 형성하였다. In the same manner as in Example 1 except that the
수득된 ITO 필름은 150 nm의 두께를 가졌다. 기판에 가해진 열의 양은 10.2 J/cm2.min 이었다. 면 저항은 ITO 기판상의 다른 측정 위치에 따라 현저히 변경되었다. 그러므로, ITO 필름은 열등한 것으로 판단되었다. The obtained ITO film had a thickness of 150 nm. The amount of heat applied to the substrate was 10.2 J / cm 2 .min. The sheet resistance changed significantly with different measurement positions on the ITO substrate. Therefore, the ITO film was judged to be inferior.
비교예3Comparative Example 3
진공 배기 장치(17)의 배기 속도를 조절하여 진공 챔버(1) 내 압력을 0.4 Pa로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 ITO 필름을 형성하였다. 수 득된 ITO 필름은 145 nm의 두께를 가졌다. 기판에 가해진 열의 양은 3.3 J/cm2.min 이었다. An ITO film was formed in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the
수득된 ITO 투명 전도성 필름은 24Ω/□ 의 면저항 및 3.5 ×10-4Ω.cm 의 비저항을 나타내었다. 비저항이 실시예 1 보다 높았다. The obtained ITO transparent conductive film showed a sheet resistance of 24 Ω / □ and a specific resistance of 3.5 × 10 −4 Ω.cm. The specific resistance was higher than that in Example 1.
550 nm의 파장의 빛에서의 ITO 필름의 투과도는 82% 로 측정되었다. ITO 필름의 산술 평균 거칠기(Ra)는 ITO 형성 전의 기판에 비해 1.0nm 차이로 더 컸다. The transmittance of the ITO film in light at a wavelength of 550 nm was measured to be 82%. The arithmetic mean roughness (Ra) of the ITO film was larger by 1.0 nm compared to the substrate before ITO formation.
비교예4Comparative Example 4
진공 챔버(1)로 도입되는 아르곤 가스의 양을 조절하여 진공 챔버(1) 내 압력을 0.1 Pa로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 ITO 필름을 형성하였다. An ITO film was formed in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the
ITO 필름(두께: 150 nm)이 매우 빠른 필름 형성 속도인 1.5 nm/s로 형성되었다. 그러나, 수득된 ITO 투명 전도성 필름은 매우 높은 면저항 180Ω/□ 및 매우 높은 비저항 2.7 ×10-3Ω.cm 의 비저항을 나타내었다. 투과된 빛은 갈색이었다. An ITO film (thickness: 150 nm) was formed at 1.5 nm / s, which is a very fast film formation rate. However, the obtained ITO transparent conductive film showed a very high sheet resistance of 180 Ω / □ and a very high specific resistance of 2.7 × 10 −3 Ω.cm. The transmitted light was brown.
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
상술한 바와 같이, 본 발명의 ITO 투명 전도성 필름 제조 방법에 의해 제조 되는 ITO 투명 전도성 필름은 매우 높은 필름 형성 속도로 형성되고, 면저항 및 비저항이 매우 낮고, 접착성이 우수하였다. 또한, 본 발명의 ITO 투명 전도성 필름은 ITO 필름 형성으로 인해 기판이 감기지 않으며, 내주 스트레스를 갖지 않고, 투명하고, 광 투과도 및 표면 부드러움이 우수하였다. As described above, the ITO transparent conductive film produced by the ITO transparent conductive film production method of the present invention was formed at a very high film formation rate, very low sheet resistance and specific resistance, and excellent adhesion. In addition, the ITO transparent conductive film of the present invention is not wound around the substrate due to the formation of the ITO film, has no internal stress, transparent, and excellent light transmittance and surface smoothness.
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