KR101252127B1 - 투명전도막 및 그의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명전도막 및 그의 형성방법에 관한 것으로, 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정을 포함한 증착 공정으로 투명전도막을 형성함으로써, 200℃ 이하의 저온 공정에서 투명전도막의 형성이 가능하고, 얇은 두께의 박막을 갖는 투명전도막을 얻을 수 있다. 따라서, 대면적 스크린 터치패널의 적용에 부응하는 고 투과율과 전도도를 갖는 투명전도막 및 그 형성방법을 제공하게 된다.
Description
본 발명은 투명전도막 및 그의 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정을 포함한 증착 공정을 통하여 200℃ 이하의 저온 공정에서 그 형성이 가능하고, 얇은 두께의 박막을 가질 수 있는 투명전극으로 사용되는 투명전도막 및 그의 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 투명 전자소란, Si,GaAs와 같은 불투명 반도체 화합물로 이루어진 일반적인 전자소자와는 달리 투명 산화물 반도체막을 기반으로 구성된 광학적 투명한 전자소자를 통칭하고 있다. 상기 투명 전자소자는 투명반도체, 투명전극, 투명유전체를 기판으로 제조된 전자소자로 정보 인식, 정보 처리, 정보 표시의 기능을 투명한 전자기기로 구현함으로써 기존 전자기기의 공간적, 시각적 제약을 해소할 수 있다. 이러한, 투명 전자소자는 투명센서, 투명 RFID 태그, 투명 보안전 자기기 등 정보 인식용 부품, 투명 디지털/아날로그 IC 등의 정보처리용 부품, 스마트 창, 투명 정보표시기의 정보표시용 부품 등 투명한 특성이 요구되는 다양한 투명 전자부품으로 응용 가능한 미래형 IT 소자이다.
특히, 투명 전자소자의 투명전극은 디스플레이나 태양 광 분야에 많이 사용되고 있으며, 특히 스마트폰이나 태블렛 PC가 빠른 속도로 확산됨에 따라 터치스크린의 터치패널 분야에서 대면적 스크린의 적용을 위한 저 저항 고 투과율을 가지는 투명전극의 확보가 필수적이다. 상기 터치스크린의 터치패널 구현방법은 저항막 방법, 정전용량 방법, SAW 방법, IR 방법 등으로 구분되며, 이 중에서 현재 상기 정전용량 방법이 주로 사용되고 있다. 상기 정전용량 방법은 사람의 몸에서 발생하는 정전기를 감지해 구동하는 방법으로, 내구성이 강하고 반응시간이 짧으며 투과성이 좋아서 일부 산업용, 카지노 게임기로부터 최근 휴대폰으로 적용범위가 확대되고 있다. 반면, 펜을 이용하거나 장갑 낀 손으로는 작동되지 않고 비교적 고가인 단점을 지니고 있다.
상기 정전용량 방법에서 터치패널의 투명 전극으로 사용되는 투명전도막은 전도성과 투명성을 나타내기 위해 저 저항값과 고 가시광선 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 대체로, 전기적으로 전도체이면서 동시에 가시광선에서 투명한 성질을 갖는 ITO(indium Tin Oxide) 물질을 투명전극 물질로 널리 사용하고 있다. 상기 ITO 물질로 이루어진 투명전극은 주로 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스프레이(spray pyrolysis), 진공증착, 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성한다.
상기 스프레이나 CVD 방법과 같은 화학적 방법으로 투명전극을 형성하는 경우에는, 진공증착법이나 스퍼터링 방법에 비해 간단한 공정을 갖게 되고, 굴곡이 있는 기판에 대한 증착이 우수하며, 증착온도가 350∼500℃로서 기판 상에 직접 투명전도막을 증착시키기에 적합하다. 그리고, 상기 진공증착이나 스퍼터링과 같은 물리적 방법으로 투명전극을 형성하는 경우에는, 150∼300℃ 저온의 증착온도로 기판 상에 직접 전극물질을 증착하는 것은 물론 기판 상에 증착된 다른 박막 상에 투명전도막을 증착하는 것도 가능하다.
한편, 대면적 스크린 터치패널 디스플레이의 적용에 부응하기 위하여 투명전극의 전도도를 향상시키고, 광 투과도를 증가시키기 위해서 투명전극을 형성한 후에, 후 공정으로 고온의 열처리 공정을 수행하게 된다. 그러나, 이러한 열처리 공정은 기판이 유리인 경우에는 열 불균형에 의한 기판의 파괴를 가져올 뿐만 아니라 기판이 PET(polyethylence terephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같이 열에 약한 경우에는 고온 열처리에 의하여 기판 자체가 열적 손상이 발생하거나 기판 온도가 상승함에 따라 폴리머 재료와 ITO 물질과의 높은 열팽창계수의 차이에 의하여 응력이 발생하여 박막의 격리(peeling)가 발생하는 문제가 나타날 수 있다.
점차적으로, 20 인치(inch)급 이상의 대면적 스크린 터치패널 디스플레이의 적용을 위해서는 현재보다 저 저항의 투명전극이 필요하므로, 약 10∼100㎚ 정도의 얇은 박막의 고 투과율과 저 저항의 특성을 보이는 투명전극, 즉, 투명전도막 기술 개발은 필수적이다. 이러한 고 투과도, 저 저항의 특성을 갖는 투명전도막 기술은 향후 터치스크린 패널용 투명전도막 기술에 핵심 기술이라 할 수 있다.
한국공개번호 제10-2010-0038520는 투명성 산화 전극 제조방법에 관한 것으로, (a) 기판 상에 투명성 산화 전극용 박막을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 투명성 산화 전극용 박막의 표면에 전자빔을 조사하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 한국공개번호 제10-2010-0038520는 전자빔 후처리를 이용한 투명성 산화 전극 제조방법에 관한 것으로, 투명성 산화 전극의 표면에 전자빔을 조사하는 후처리 공정을 수행하여 별도로 고온의 후처리 공정을 수행하지 않는 투명성 산화 전극 제조방법에 관한 것이다. 상기 한국공개번호 제10-2010-0038520는 투명성 산화 전극을 제조하는 과정에서 전자빔 조사 공정을 수행하여 특성이 우수한 투명전도막을 형성한다는 점에서 본 발명과 유사한 부분이 있다.
그러나, 본 발명은 투명전도막 형성방법에 관한 것으로, 스퍼터링과 같은 증착 공정과 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정을 수행하는 투명전도막의 제조 공정에 대해 개시하고 있는 반면, 상기 한국공개번호 제10-2010-0038520는 전자빔 조사를 이용한 후처리 공정에 대해 개시하고 있다.
즉, 상기 한국공개번호 제10-2010-0038520는 투명전도막을 형성한 후에 진행되는 후처리 공정에 관한 것으로, 전자빔 조사를 이용한 후처리 공정에 대해 개시하고 있는 반면, 본 발명은 투명전도막 제조 과정에 관한 것으로, 전자빔 조사 공정을 포함한 증착 공정을 수행하여 저 저항 및 고 투과율을 갖는 투명전도막의 제조 공정에 대해 개시한다는 점에서 상기 한국공개번호 제10-2010-0038520와 공정 과정에서 그 차이가 있다.
그리고, 상기 한국공개번호 제10-2010-0038520에 의한 전자빔 조사를 이용한 후처리 공정은 장시간 전자빔 조사가 필수적이고, 이로 인한 온도 상승으로 200℃ 이하의 저온 공정이 불가능하다는 문제점이 있다.
본원 발명은 대면적 스크린 터치패널 디스플레이의 적용에 부응하도록 저온의 공정에서 얇은 두께를 갖는 투명전도막을 형성하여 저 저항과 고 광 투과율을 갖는 투명전도막을 제공하는 것으로, 투명전도막의 전기적, 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 투명전도막 및 그의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 일정한 투과도를 갖는 투명전도막을 제공하여 투과도 특성을 극대화시킬 수 있는 투명전도막 및 그의 형성방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 투명전도막 및 그의 형성방법은, 투명전도막에 있어서, 상기 투명전도막은 제1투명전도막과 제2투명전도막의 적층구조로 형성되고, 상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되는 어느 하나의 투명전도막은 증착 공정과 동시에 인시튜(in-situ)로 전자빔(Electron beam)이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 투명전도막은 증착 공정으로 형성되고,
상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법 중에서 어느 하나를 포함하며,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어지며,
상기 적층구조는 10㎚∼100㎚의 두께를 가지며,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 상온∼200℃의 온도에서 형성되고,
오산화니오븀(Nb2O5), 이산화타이타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 및 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나이거나 이들의 적층으로 형성되는 버퍼막을 더 포함하며,
상기 버퍼막은 1㎚∼1000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하고,
상기 버퍼막은 RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 투명전도막 형성방법은, 기판 상에 제1투명전도막을 형성하는 제1단계; 및 상기 제1투명전도막 상에 제2투명전도막을 형성하는 제2단계;를 포함하며, 상기 제1단계 및 제2단계 중 선택되는 어느 하나의 단계에서는, 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정을 수행하여 투명전도막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 단계에서는 증착 공정을 수행하여 투명전도막을 형성하고,
상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법 중에서 어느 하나로 수행하고,
상기 기판은 유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 폴리머 중 어느 하나이고,
상기 폴리머는 PET(polyethylence terephthalate), PEN(pilyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide)), PC(polycarbonate), PTFE 중 어느 하나이고,
상기 전자빔 조사는 별도의 가스 주입 없이 전자빔만을 조사하거나, 산소 분위기하에서 조사하고,
상기 투명전도막은 상온∼200℃의 온도에서 형성하고,
상기 인시튜 전자빔 도움 증착 공정은 동일한 챔버 내에서 순차적으로 이루어지거나, 연속적으로 이어지는 챔버 내에서 기판을 이동시키며 이루어지고,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합으로 이루어지고,
상기 투명전도막은 10㎚∼100㎚의 두께를 갖고,
상기 기판과 투명전도막 사이 또는 상기 기판의 하면에 오산화니오븀(Nb2O5), 이산화타이타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 및 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나이거나 이들의 적층으로 이루어진 버퍼막을 1㎚∼1000㎚의 두께로 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 버퍼막은 RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성하고,
상기 제2투명전도막을 형성하는 단계; 후 상기 제2투명전도막이 형성된 기판 상에 후 공정으로 전자빔 조사 공정을 수행하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명은 투명전도막 및 그의 형성방법에 관한 것으로, 본 발명은 인시튜 전자빔 도움 증착 공정을 포함한 증착 공정으로 투명전도막을 형성함으로써, 200℃ 이하의 저온 공정으로 투명전도막을 형성할 수 있고, 더불어, 얇은 두께를 갖는 투명전도막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 저 저항과 고 광 투과율을 갖는 투명전도막을 얻을 수 있게 된다.
결과적으로, 본 발명은 전기적, 광학적 특성이 향상된 투명전도막을 형성할 수 있고, 나아가, 본 발명은 대면적 스크린 터치패널 디스플레이의 적용에 부응하는 고 투과도, 저 저항의 특성을 갖는 투명전도막 기술을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 투명전도막을 나타낸 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 인시튜 전자빔 도움 증착 공정에 의해 형성된 투명전도막을 나타낸 단면 사진.
도 2b는 본 발명에 따른 증착 공정에 의해 형성된 투명전도막을 나타낸 단면 사진.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 투명전도막을 형성하는 과정을 보여주는 공정 모식도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 또 다른 버퍼막을 더 포함하는 투명전도막을 나타낸 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 인시튜 전자빔 도움 증착 공정에 의해 형성된 투명전도막을 나타낸 단면 사진.
도 2b는 본 발명에 따른 증착 공정에 의해 형성된 투명전도막을 나타낸 단면 사진.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 투명전도막을 형성하는 과정을 보여주는 공정 모식도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 또 다른 버퍼막을 더 포함하는 투명전도막을 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명전도막을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(110)이 형성되고, 상기 기판(110) 상에 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130)의 적층구조로 이루어진 투명전도막이 형성된다.
여기서, 상기 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130) 중에서 선택되는 어느 하나의 투명전도막은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 중 어느 하나의 방법에 따른 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 (electron beam-assisted deposition)공정으로 형성되고, 상기 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130) 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 투명전도막은 증착 공정만으로 형성된다.
자세하게는, 상기 제1투명전도막(120)이 스퍼터링과 같은 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 형성되는 경우에는, 상기 제2투명전도막(130)은 스퍼터링과 같은 증착 공정만으로 형성된다. 반면에, 상기 제1투명전도막(120)이 스퍼터링과 같은 증착 공정으로 형성되는 경우에는, 상기 제2투명전도막(130)은 스퍼터링과 같은 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 형성된다.
여기서, 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130)은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합 물질로 이루어지며, 상온∼200℃의 저온에서 10㎚∼100㎚의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 두께 범위보다 얇게 되면 20인치(inch)급 이상의 대면적 스크린 터치패털 디스플레이의 적용을 위해서 요구되는 저 저항을 달성하는 것이 어렵고, 그 보다 두꺼운 경우에는 요구되는 고 투과율을 달성하는 것이 어려워진다.
도 2a는 스퍼터링 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 형성된 투명전도막을 나타낸 도면으로서, 상기 전자빔 도움 증착 공정에서는 상기 투명전도막이 빠르게 결정화가 된다는 것을 알 수 있고, 도 2b는 스퍼터링 증착 공정으로 형성된 투명전도막을 나타낸 도면으로서, 상기 스퍼터링 증착 공정에서는 상기 투명전도막이 비정질 상태를 갖게 되는 것을 알 수 있다.
이처럼, 본 발명은 전자빔 조사 공정이 수반된 전자빔 도움 증착 공정에 의해 투명전도막이 형성됨으로써, 200℃ 이하의 저온 공정에서 투명전도막이 형성되어 기판으로 사용되는 강화유리의 칼륨 용출 현상을 억제시키고, 래티스 미스매치(lattice mismatch)를 최소화하며, 얇은 두께의 박막을 갖는 투명전도막을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따른 투명전도막의 형성방법을 살펴보면, 기판 상에 제1투명전도막을 형성하는 제1단계, 상기 제1투명전도막 상에 제2투명전도막을 형성하는 제2단계를 포함하며, 상기 제1단계 및 제2단계 중에서 선택되는 어느 하나의 단계는 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 수행하고, 상기 제1단계 및 제2단계 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 단계는 증착 공정으로 수행한다. 다시 말하면, 상기 제1단계에서 스퍼터링과 같은 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착으로 제1투명전도막을 형성하는 경우에는, 상기 제2단계에서는 증착 공정으로 제2투명전도막을 형성한다. 그리고, 상기 제1단계에서 증착 공정으로 제1투명전도막을 형성하는 경우에는, 상기 제2단계에서는 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 제2투명전도막을 형성하도록 한다.
한편, 투명전도막을 형성하는 두 가지 방법 중 어떠한 방법이던지, 제1투명전도막과 제2투명전도막을 형성한 후에는 후처리 공정으로 전자빔을 조사하여 더욱 고품질의 투명전도막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 투명전도막의 형성방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 기판(110) 상에 제1투명전도막(120)을 형성하는 제1단계 증착 공정을 수행한다. 상기 제1투명전도막(120)을 형성하는 제1단계 증착 공정은 상온∼200℃ 이하의 저온 공정에서 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법을 포함하는 증착 공정과 동시에 인시튜(in-situ)로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 수행한다.
구체적으로, 도 3a에 도시된 RF 마그네트론 스퍼터링 시스템(RF magnetron sputtering system)에 전자빔이 증착된 챔버 내에 기판을 장입한 후 상온∼200℃ 이하의 온도에서 기판의 표면에 스퍼터링과 같은 증착 공정과 동시에 전자빔 작동을 가동시켜서 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정을 수행하되, 동일한 챔버 내에서 순차적으로 진행하거나, 연속적으로 이어지는 챔버 내에서 기판을 이동시키면서 별도의 가스 주입 없이 전자빔만을 조사하거나, 산소 분위기하에서 전자빔을 조사하도록 한다.
상기 기판(110)은 유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 폴리머 중 어느 하나로 사용하고, 특히, 상기 폴리머는 PET(polyethylenceterephthalate), PEN(pilyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PTFE(polytetrafluoroethylene)를 포함한다. 상기 제1투명전도막(120)은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합 중의 어느 하나일 수 있다.
그런 다음, 상기 제1투명전도막(120)이 형성된 기판(110) 상에 제2투명전도막(130)을 형성하는 제2단계 증착 공정을 수행하여, 상기 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130)의 적층막으로 이루어진 10∼100㎚ 두께를 갖는 투명전도막을 형성한다. 상기 제2투명전도막(130)을 형성하는 제2단계 증착 공정은 상온∼200℃ 이하의 저온에서 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법을 포함하는 증착 공정으로 수행한다. 구체적으로, 상기 전자빔 도움 증착 공정에 의해 빠르게 결정화 상태가 된 제1투명전도막(120)이 형성된 챔버내에서 도 3b에서와 같이, 상기 전자빔 작동을 끈 상태로 상온∼200℃ 이하의 온도에서 스터터링 증착 공정만을 수행하여 상기 제2투명전도막(130)을 형성한다.
상기 제2투명전도막(130)은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합 중의 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
그런 다음, 상기 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130)으로 이루어진 투명전도막을 형성한 후에, 후 공정으로 전자빔 조사 공정을 더 수행하여 투명전도막의 전기적, 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기에 전술한 바와 같이, 본 발명은 스퍼터링과 같은 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 제1투명전도막(120)을 형성하고, 상기 스퍼터링과 같은 증착 공정만으로 상기 제2투명전도막(130)을 형성함으로써, 단시간 내에 투명전도막의 형성 공정이 가능하고, 이로 인해, 200℃ 이하의 저온 공정에서 투명전도막을 형성할 수 있다. 아울러, 저온 공정에서 투명전도막을 형성함에 따라 기판으로 사용되는 강화유리의 칼륨 용출 현상을 억제시킬 수 있다.
한편, 종래의 발명에서는 투명전도막의 박막 개선을 위하여 전자빔 조사 공정을 수행하는 방법에 대해 개시하고 있지만, 상기 전자빔 조사 공정은 장시간 전자빔 조사가 필수적이고, 이로 인한 온도 상승으로 200℃ 이하의 저온 공정이 불가능하다는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 소자의 데미지나 패턴 공정을 하기 위해 감광액(photo resist) 사용시 그을림이나 타버리는 현상을 발생시킬 수 있고, PET 또는 폴리이미드(polymid)와 같은 플렉시블(flexible) 기판에 사용할 수 없게 된다.
그러나, 본 발명은, 상기 전자빔 도움 증착 공정시 스퍼터링 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔 조사가 이루어지고, 상기 전자빔 도움 증착 공정 후에, 스퍼터링과 같은 증착 공정이 추가되기 때문에, 전자빔 조사 공정으로 투명전도막을 형성하는 경우보다, 장시간 동안 전자빔 조사가 이루어지지 않게 되므로, 단시간 내에 투명전도막을 형성할 수 있다. 이처럼, 본 발명은 단시간 사용으로 투명전도막을 형성시킬 수 있어, 200℃ 이하의 저온 공정 공정이 가능하고, 이로 인한 투명전도막의 박막 개선을 이룰 수 있다.
또한, 본 발명은 전자빔 도움 증착 공정으로 제1투명전도막을 형성시킨 상태에서 스퍼터링 공정만으로 제2투명전도막을 형성하는 것으로, 스퍼터링 공정은 계속 진행되면서 전자빔만 작동시켰다가 멈추는 형태이므로 제1투명전도막과 제2투명전도막 사이에 계면 발생을 억제시킬 수 있고, 래티스 미스매치(lattice mismatch)를 최소화할 수 있으므로, 이로 인해, 고품질의 투명전도막을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명전도막 형성방법을 설명하도록 한다.
먼저, 기판 상에 제1투명전도막을 형성하는 제1단계 증착 공정을 수행한다. 상기 제1투명전도막을 형성하는 제1단계 증착 공정은 상온∼200℃ 이하의 저온 공정에서 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법으로 수행한다. 구체적으로, 도 3b에서와 같이, 전자 빔이 증착된 챔버 내에 기판을 장입한 후 전자빔 작동이 꺼진 상태로 상온∼200℃ 이하의 온도에서 기판의 표면에 스퍼터링과 같은 증착 공정만을 수행하여 제1투명전도막을 형성한다.
상기 기판(110)은 유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 폴리머 중 어느 하나로 사용하고, 특히, 상기 폴리머는 PET, PEN, PES, PI, PC, PTFE를 포함한다. 상기 제1투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합 중의 어느 하나의 물질로 형성한다.
그런다음, 상기 제1투명전도막이 형성된 기판 상에 제2투명전도막을 형성하는 제2단계 증착 공정을 수행하여, 상기 제1투명전도막과 제2투명전도막의 적층막으로 이루어진 10∼100㎚ 두께를 갖는 투명전도막을 형성한다. 상기 제2단계 증착 공정은 상온∼200℃ 이하의 저온 공정에서 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법을 포함하는 증착 공정과 동시에 인시튜(in-situ)로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 수행한다.
구체적으로, 상기 제1투명전도막을 형성하기 위한 스퍼터링 증착 공정이 진행된 챔버내에서, 도 3a에서와 같이, 상온∼200℃ 이하의 온도로 스퍼터링 증착 공정은 유지하면서 동시에 전자빔 작동을 가동시켜서 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정을 수행하되, 동일한 챔버 내에서 순차적으로 진행하거나, 연속적으로 이어지는 챔버 내에서 기판을 이동시키면서 별도의 가스 주입 없이 전자빔만을 조사하거나, 산소 분위기하에서 전자빔을 조사하도록 한다. 이러한 전자빔 도움 증착 공정은 고품질의 투명전도막을 형성하고, 동시에 비정질 상태의 제1투명전도막에 전자빔 에너지를 가함으로써 수 나노미터의 두께에서도 우수한 투명전도막을 형성할 수 있다.
상기 제2투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합 중의 어느 하나의 물질로 이루어진다.
그런 다음, 상기 제1투명전도막과 제2투명전도막으로 이루어진 투명전도막을 형성한 후에, 후 공정으로 전자빔 조사 공정을 더 수행하여 투명전도막의 전기적, 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기에 전술한 바와 같이 본 발명은, 스퍼터링과 같은 증착 공정으로 제1투명전도막을 형성하고, 상기 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 제2투명전도막을 형성함으로써, 고품질의 얇은 박막을 갖는 투명전도막을 형성할 수 있고, 이를 통해, 투과도와 전도도 특성이 향상된 투명전도막을 형성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버퍼막(buffer layer)을 더 포함한 투명전도막을 나타낸 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 상기 기판(110)과 제1투명전도막(120) 사이에 개재되도록 1㎚∼1000㎚의 두께를 갖는 버퍼막(140)이 형성된다. 상기 버퍼막(140)은 RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 방법에 따라 고 굴절률을 지닌 오산화니오븀(Nb2O55), 산화타이타늄(TiO2) 및 저 굴절률을 가진 이산화규소(SiO2), 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나의 물질, 또는, 이들의 적층으로 형성된다. 한편, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 버퍼막(140)은 기판(110)의 하면에 형성되기도 한다.
본 발명에 따른 버퍼막을 더 포함한 투명전도막 형성방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(110) 표면 상에 굴절율을 갖는 버퍼막(140)을 형성한다. 상기 버퍼막(140)은 오산화니오븀(Nb2O55), 산화타이타늄(TiO), 이산화규소(SiO2) 및 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나이거나 이들의 적층 물질을 사용하며, RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 등 다양한 방법으로 형성하고, 1㎚∼1000㎚의 두께를 갖도록 형성한다. 한편, 상기 버퍼막(140)은 상기 기판(110)의 하면 부분에 형성할 수 있다.
그런다음, 상기 버퍼막(140) 상에 제1투명전도막(120)과 제2투명전도막(130)을 적층막으로 이루어진 투명전도막을 형성한다. 상기 투명전도막은 스퍼터링 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정을 수행한 후, 전자빔 작동을 끈 상태에서 스퍼터링 증착 공정만을 진행하는 방법으로 형성하거나, 또는, 스퍼터링 증착 공정을 실행하고, 연이어, 전자빔 작동을 가동하면서 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착 공정으로 형성할 수 있다.
이처럼, 상기 기판 표면 상에 서로 다른 굴절률을 가지고 있는 버퍼막을 형성함으로써, 상기 투명전도막의 박막 두께가 두꺼워도 가시광선 영역에서의 투과도를 일정하게 가져갈 수 있고, 투명전도막의 투과율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명은 굴절률 차이에 의해 투과도를 향상시키는 인덱스 매칭(index matching) 기술에 부응하여 투과율이 향상된 터치스크린의 터치패널용 투명전도막으로 사용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
110: 기판
120: 제1투명전도막
130: 제2투명전도막
140: 버퍼막
120: 제1투명전도막
130: 제2투명전도막
140: 버퍼막
Claims (22)
- 투명전도막에 있어서,
상기 투명전도막은 제1투명전도막과 제2투명전도막의 적층구조로 형성되고,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되는 어느 하나의 투명전도막은 증착 공정과 동시에 인시튜(in-situ)로 전자빔(electron beam)이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 투명전도막은 증착 공정으로 형성된 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항에 있어서,
상기 적층구조는 10㎚∼100㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 상온∼200℃의 온도에서 형성된 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 1 항에 있어서,
오산화니오븀(Nb2O5), 이산화타이타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 및 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나이거나 이들의 적층으로 형성되는 버퍼막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 7 항에 있어서,
상기 버퍼막은 1㎚∼1000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 제 7 항에 있어서,
상기 버퍼막은 RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 투명전도막. - 투명전도막 형성방법에 있어서,
기판 상에 제1투명전도막을 형성하는 제1단계; 및
상기 제1투명전도막 상에 제2투명전도막을 형성하는 제2단계;를 포함하며,
상기 제1단계 및 제2단계 중 선택되는 어느 하나의 단계에서는, 증착 공정과 동시에 인시튜로 전자빔이 조사되는 전자빔 도움 증착(electron beam-assisted deposition) 공정을 수행하여 투명전도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막 중에서 선택되지 않은 어느 하나의 단계에서는 증착 공정을 수행하여 투명전도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 증착 공정은 RF/DC 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링, 화학기상증착(CVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 이온 플레이팅(ion plating) 방법 중에서 어느 하나로 수행하는 것을 특징으로 하는 투명전도막을 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 기판은 유리, 석영, 파이렉스, 실리콘, 폴리머 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 폴리머는 PET(polyethylence terephthalate), PEN(pilyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide)), PC(polycarbonate), PTFE 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 전자빔 조사는 별도의 가스 주입 없이 전자빔만을 조사하거나, 산소 분위기하에서 조사하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 투명전도막은 상온∼200℃의 온도에서 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 인시튜 전자빔 도움 증착 공정은 동일한 챔버 내에서 순차적으로 이루어지거나, 연속적으로 이어지는 챔버 내에서 기판을 이동시키며 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제1투명전도막과 제2투명전도막은 ITO, IZO, SnO2, ATO, FTO, 산화인듐, 산화아연, GZO, IGZO, 산화카드뮴, 인 도핑-산화 주석, 산화루데늄, 알루미늄 도핑-산화아연 중 어느 하나이거나 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 투명전도막은 10㎚∼100㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 기판과 투명전도막 사이 또는 상기 기판의 하면에 오산화니오븀(Nb2O5), 이산화타이타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 및 플루오르화마그네슘(MgF2) 물질 중에서 어느 하나이거나 이들의 적층으로 이루어진 버퍼막을 1㎚∼1000㎚의 두께로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 버퍼막은 RF/DC 스퍼터링, 전자빔 증착(Electron-beam Evaporation) 및 열 증착(thermal deposition) 중에서 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제2투명전도막을 형성하는 단계; 후 상기 제2투명전도막이 형성된 기판 상에 후 공정으로 전자빔 조사 공정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전도막 형성방법.
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| KR20150114891A (ko) * | 2014-04-02 | 2015-10-13 | (주)비엠씨 | 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널 |
| KR20160111807A (ko) * | 2015-03-17 | 2016-09-27 | 주식회사 피치 | 고경도 박막형 투명 박판 글라스, 이의 제조 방법, 고경도 박막형 투명 박판 도전성 글라스 및 이를 포함하는 터치 패널 |
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| KR20090112140A (ko) * | 2008-04-23 | 2009-10-28 | 재단법인 구미전자정보기술원 | 플렉서블 기판에 투명 전도성 패턴을 형성하는 방법 |
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