KR101302680B1 - 산화인듐주석 타겟 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화인듐주석(ITO) 타겟 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법은 산화주석 졸을 주석의 소스로 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 산화인듐주석(ITO) 타겟으로 스퍼터링시 양질의 막을 얻을 수 있다.

Description

산화인듐주석 타겟 및 그 제조 방법{Indium tin oxide target and manufacturing method of producing the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 산화인듐주석(Indium tin oxide, ITO) 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투과율이 높고 타겟의 비저항이 낮아 우수한 투명 도전성 막의 특성을 낼 수 있는 산화인듐주석(ITO) 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescence Display) 등의 평판 디스플레이나 태양전지의 전극 재료로써 사용되는 투명 도전성 막에는 산화인듐주석(ITO) 막이 사용되고 있다. 이러한 산화인듐주석(ITO) 막은 진공증착법(vacuum deposition)이나 스퍼터링법(sputtering) 등 물리증착법이라 일컬어지는 증착 방법으로 막이 형성되는데, 일반적으로 DC 스퍼터링법을 이용하여 성막시키고 있다.

스퍼터링법에 의한 막의 형성은 음극에 설치한 타겟(target)에 아르곤(Ar) 이온 등을 물리적으로 충돌시켜 그 충돌 에너지로 타겟을 구성하는 물질을 방출시키고 방출된 물질은 기판 위에 막으로써 형성되게 된다. 스퍼터링법에 의한 성막은 시간과 전압 등의 변수를 조절하여 수 옹스트롱(Å)의 박막으로부터 수십 마이크로미터(㎛)의 후막까지 매우 안정되게 막을 형성시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 스퍼터링법은 타겟의 조성과 생성된 막의 조성이 동일한 것이 큰 장점이다.

현재 스퍼터링법에 의해 투명 전도체 산화물로써 가장 많이 사용되고 있는 산화인듐주석(ITO) 물질은 2×10^-4Ω·㎝의 비저항을 갖는 우수한 특성의 막을 얻을 수 있고 가시광선의 투과율이 매우 우수한 반면 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

산화인듐주석(ITO) 타겟을 스퍼터링하게 되면 노듈(nodule)이라고 불리는 다수의 작은 돌기가 형성되고 이것은 스퍼터링의 진행과 동시에 계속 주변으로 성장하게 된다. 이러한 현상은 산화인듐주석 타겟 내에서 산화주석 또는 주석이 균일하게 분포하지 않고 응집된 형태로 국부적인 구배 현상을 보이게 되는 경우 많이 나타난다. 이러한 노듈의 발생으로 인해 기판 위에 성막된 막의 투과율이 떨어지고 전기 저항이 높아질 뿐 아니라 이상방전(아킹)이 발생하여 기판 위에 파티클이 증가하게 된다. 따라서 노듈이 다량으로 발생하게 되면 타겟의 사용 효율이 떨어지게 되고 양질의 ITO 막을 얻기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 미세한 산화주석 입자를 산화인듐에 균일하게 분산시킴으로써 노듈 및 아킹의 발생을 감소시켜 스퍼터링시에 우수한 투명 도전성 막을 제조할 수 있는 산화인듐주석 타겟과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따른 산화인듐주석 타겟은 주석 2차상의 분포가 5% 이하이며, 상기 주석 2차상의 크기는 5㎛ 이하일 수 있다. 또한 상기 산화인듐주석 타겟은 크기가 2㎛ 이상인 주석 2차상의 분포가 5% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기와 같은 특징을 가지는 산화인듐주석 타겟의 제조 방법은 다음과 같다.

산화인듐 분말 및 산화주석 졸을 포함하는 슬러리 상태의 혼합물을 준비한다. 상기 슬러리 상태의 혼합물을 분무 건조하여 과립분말을 만든 후, 상기 과립분말을 성형하여 성형체를 제조한 다음, 상기 성형체를 소결하여 산화인듐주석 타겟을 제조한다.

슬러리 상태의 혼합물을 준비하는 슬러리 준비 단계는 다음과 같다. 산화인듐 분말, 산화주석 졸, 분산제 및 물을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하고, 상기 제1 혼합물을 습식 밀링에 의하여 분쇄하여 슬러리 상태의 제2 혼합물을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.

또는 상기 슬러리 준비 단계는 산화인듐 분말, 분산제 및 물을 혼합하여 제3 혼합물을 준비하고, 상기 제3 혼합물을 습식 밀링에 의하여 분쇄하여 슬러리 상태의 제4 혼합물을 준비한 다음, 상기 제4 혼합물에 산화주석 졸을 첨가하여 제5 혼합물을 준비하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화인듐주석 타겟의 제조 공정의 흐름도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 산화인듐주석 타겟의 제조 공정은 i) 산화인듐, 분산제 및 물을 혼합하여 혼합액을 준비하는 단계(S11), ii) 상기 혼합액을 습식 밀링하여 분쇄하는 단계(S12), iii) 상기 혼합액에 산화주석 졸을 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계(S13), iv) 상기 혼합물을 습식 밀링하여 슬러리 상태의 혼합물을 준비하는 단계(S14), v) 상기 슬러리 상태의 혼합물을 분무 건조하여 과립분말을 제조하는 단계(S15), vi) 상기 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 단계(S16), vii) 상기 성형체를 소정의 온도로 소결하여 산화인듐주석 타겟을 제조하는 단계(S17)을 포함한다.

본 발명에 있어서 산화인듐 분말 및 산화주석 졸을 포함하는 슬러리 상태의 혼합물을 준비하는 슬러리 준비 단계는 S11 내지 S14 단계를 포함한다. 또는 슬러리 준비 단계에서 S12 단계가 생략되고 S11, S13, S14 단계를 포함할 수 있다.

상기 슬러리 상태의 혼합물은 산화인듐 분말과 산화주석 졸과 물을 적절한 비율로 혼합하여 혼합액을 제조하며, 상기 혼합액에 분산제를 포함한 바인더, 소포제 등의 기타 첨가제를 혼합할 수 있다.

상기 혼합액 내의 산화인듐과 산화주석의 함량비는 9:1의 중량비율이며, 이 는 산화주석 졸 내에 존재하는 고형분 산화주석을 기준으로 한다. 다만, 본 발명은 상기 중량비율에 한정되지 않으며, 산화인듐주석 타겟 내에서의 산화주석과 산화인듐의 비율에 따라 상기 중량비율은 이와 달라질 수 있다.

상기 분산제는 분쇄된 원료 입자가 용액 내에 고르게 분산되기 위해 첨가되는 것으로서, 상기 분산제로는 시트르산(citric acid, CA)과 같은 카르복실기(carboxyl group)가 붙은 유기산 계열, 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA) 또는 그 염, 공중합체(copolymer) 등을 사용할 수 있다. 분산제의 첨가량은 산화인듐과 산화주석 분말 입자 대비 0.01 내지 20%의 질량 분율, 바람직하게는 슬러리 내의 산화인듐과 산화주석 입자의 평균 입경에 따라 0.5 내지 5%의 질량 분율이 되도록 첨가한다.

본 발명에 있어서, 상기 슬러리 준비 단계는 산화인듐 분말, 산화주석 졸, 분산제 및 물을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 단계(S11과 S13) 및 상기 제1 혼합물을 습식 밀링에 의하여 분쇄하여 슬러리 상태의 제2 혼합물을 준비하는 단계(S14)를 포함할 수 있다.

또는 상기 슬러리 준비 단계는 산화인듐 분말, 분산제 및 물을 혼합하여 제3 혼합물을 준비하는 단계(S11), 상기 제3 혼합물을 습식 밀링에 의하여 분쇄하여 슬러리 상태의 제4 혼합물을 준비하는 단계(S12) 및 상기 제4 혼합물에 산화주석 졸을 첨가하여 제5 혼합물을 준비하는 단계(S13)를 포함할 수 있다. 상기 제5 혼합물은 습식 밀링에 의하여 분쇄하는 단계(S14)를 거칠 수도 있고, 상기 분쇄 단계(S14)는 생략될 수도 있다.

상기 슬러리 준비 단계에서 분쇄 단계는 S11 내지 S14 단계 내에서 필요에 따라 1회 이상 더 추가될 수도 있다.

상기 제1 혼합물 또는 제3 혼합물에는 바인더, 소포제 등이 혼합될 수도 있다. 상기 바인더는 슬러리 상태의 혼합물을 분말로 건조시킨 후 성형하는 과정에서 성형체의 성형 강도를 유지하기 위하여 첨가되는 것으로 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 등이 사용될 수 있다. 상기 바인더의 첨가량은 슬러리 상태의 혼합물 내에서 파우더 대비 0.01 내지 5wt%, 바람직하게는 0.5 내지 3wt%가 사용될 수 있다. 상기 소포제는 혼합액 내의 거품을 제거하기 위한 것으로서, 통상적으로 실리콘유, 옥틸알콜, 붕초 등을 이용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

상기 슬러리 상태의 혼합물을 분쇄, 분산시키는 과정에서 산화인듐의 평균 입경을 제어할 수 있다. 본 발명은 산화인듐과 산화주석의 입경비를 조절하여 산화인듐에 산화주석이 균일하게 분산되게 함으로써 타겟 제조시에 산화주석의 응집으로 인해 타겟에 전도도의 불균일을 초래하여 발생하는 노듈을 억제하여 타겟의 사용 효율을 높일 수 있다.

본 발명에서 혼합물 제조시 사용되는 산화인듐 분말의 평균 입경은 0.1 내지 5㎛이나, 분쇄 과정을 거친 이후에는 산화인듐 입자의 평균 입경이 0.05 내지 1㎛, 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎛이 되도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에서 산화주석 졸의 입자 크기는 0.01 내지 0.5㎛, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.2㎛로 제어하여 산화인듐 내에 산화주석 또는 주석의 고용 효과를 극대화시킬 수 있다.

산화인듐주석 타겟의 제조에 있어서, 산화주석의 소스로 산화주석 분말을 사용할 경우에는 산화주석 졸을 사용하는 경우보다 산화주석 입자 크기가 커지므로 산화인듐주석 타겟 내에 산화주석 또는 주석입자의 뭉침 현상이 일어나게 되어 산화주석 또는 주석의 고용 효과가 크지 않게 된다.

산화주석 졸 내의 산화주석 입자의 평균 입경은 산화인듐 입자의 입경 대비 0.1 내지 0.5배 수준으로 제어할 수 있다. 상기 수치 범위는 산화인듐 내에 산화주석 또는 주석의 고용 효과를 극대화하기 위한 것으로, 상기 수치 범위 밖이라도 산화주석 또는 주석의 고용 효과가 높아지는 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.

주석이 산화인듐 내에서 고용이 잘 되지 않은 경우, 타겟을 스퍼터링할 때 주석의 국부적인 뭉침에 의한 노듈(nodule) 및 아킹 현상이 일어나게 되어 타겟의 사용 효율이 감소되고 양질의 ITO 막 특성을 얻을 수 없다.

본 발명에서 주석의 소스로 산화주석 분말이 아닌 산화주석 졸을 사용함으로써, 산화주석의 분쇄 작업을 할 필요가 없어 슬러리 상태의 혼합물을 제조하는 공정을 단순화시킬 수 있고 전구체로부터 합성된 수 나노 크기의 산화주석 입자가 산화인듐에 분산됨으로써 산화인듐에 산화주석 또는 주석의 고용 효과를 극대화시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 분쇄가 완료된 슬러리 상태의 혼합물은 분무건조를 통하여 건조되면서 과립분말로 제조(S15)된다. 분무건조는 혼합액을 노즐을 통하여 열 풍 또는 대기 중에 고압으로 분사하여 미립화하면서 건조하는 것이다.

본 발명은 분무건조를 통하여 과립분말을 만들고, 이를 냉간 압축(cold press)과 냉간 등방압 성형(CIP)을 통해 성형체를 제조하는 성형 단계(S16)를 포함하며, 상기 성형체를 소정의 온도로 소결하는 소결 단계(S17)를 거쳐 산화인듐주석 타겟을 제조할 수 있다. 상기 소결 단계에서 소결 온도와 소결 시간에 따라 산화인듐주석 타겟의 소결 밀도가 달라진다. 일반적으로 산화인듐주석의 소결시 1400℃ 내외의 온도에서 1시간 내지 2시간 정도 소결하나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다.

이하 본 발명에 따라 제조된 산화인듐주석 타겟에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 산화인듐주석(ITO) 타겟은 주석 2차상의 분포가 적고 응집이 작다. 상기 ITO 타겟은 주석 2차상의 분포가 5% 이하일 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 산화인듐주석 타겟은 상기 주석 2차상의 크기가 5㎛ 이하인 경우를 포함한다. 또한, 상기 산화인듐주석 타겟은 크기가 2㎛ 이상인 주석 2차상의 분포가 5% 이하인 경우를 포함한다. 따라서, 산화인듐주석 타겟 내에 산화주석 또는 주석 입자의 뭉침이 적어 타겟의 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 산화인듐주석 타겟은 산화주석 또는 주석이 산화인듐주석 타겟 내에 잘 고용되어 있어 스퍼터링시에 노듈(nodule)과 아킹(arcing)의 발생이 적다.

이하 실시예를 통하여 본 발명에 따른 산화인듐주석 타겟의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명에 따른 제조 방법을 보다 더 구체적 으로 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

평균 입경이 2㎛인 산화인듐 분말과 산화인듐의 중량 대비 5wt%가 되도록 분산제가 첨가된 증류수를 혼합하였다. 상기 분산제로는 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)를 사용하였다. 그 다음으로 혼합물을 습식 밀링법에 의해 평균입경이 0.5㎛이 되도록 분쇄, 분산시켰다. 산화인듐의 습식 분쇄가 완료된 후 0.5㎛의 평균입경을 갖는 산화주석 졸을 혼합한 후 습식 밀링을 1회 실시하여 고르게 분산시켰다. 여기에 전체 파우더 대비 1wt%의 폴리비닐 알콜(Polyvinyl alcohol, PVA)와 0.2wt%의 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG)를 첨가하고 습식 밀링을 1회 더 실시하여 균일한 슬러리 상태의 혼합물을 준비하였다.

상기 슬러리 상태의 혼합물을 분무건조하여 과립분말로 제조한 후, 과립분말을 냉간 압축(cold press)에 의해 일차 성형을 하고 소결 밀도를 높이기 위하여 냉간 등방압 성형(CIP)을 실시하여 성형체를 제조하였다. 상기 성형체를 산소 가스 분위기 하에서 온도를 1400℃로 하여 2시간 동안 소결시켜 산화인듐주석(ITO) 타겟을 제조하였다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 산화주석 분말 대신 산화주석 졸을 사용하여 산화인듐주석 타겟을 제조함으로써, 산화인듐 내에 산화주석의 고용 효과를 극대화시키고 산화주석의 응집에 의한 타겟 내의 전도도 구배를 최소화시켜 스퍼터링시에 발생하는 노듈 및 아킹을 억제할 수 있다. 따라서, 산화인듐주석 타겟의 사용 효율을 높일 수 있으며, 산화인듐주석 타겟의 제조 공정을 간소화시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

1. 산화인듐 분말 및 산화주석 졸을 포함하는 슬러리 상태의 혼합물을 준비하는 슬러리 준비 단계;

   상기 슬러리 상태의 혼합물을 분무 건조하여 과립분말을 만드는 과립화 단계;

   상기 과립분말을 성형하여 성형체를 제조하는 성형 단계; 및

   상기 성형체를 소결하는 소결 단계를 포함하되,

   상기 슬러리 준비 단계는,

   산화인듐 분말, 분산제 및 물을 혼합하여 제3 혼합물을 준비하는 단계;

   상기 제3 혼합물을 습식 밀링에 의하여 분쇄하여 슬러리 상태의 제4 혼합물을 준비하는 단계; 및

   상기 제4 혼합물에 산화주석 졸을 첨가하여 제5 혼합물을 준비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 산화인듐 분말의 평균 입경은 0.05 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 산화인듐 분말의 평균 입경은 0.1 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 산화주석 졸 내의 산화주석 입자의 평균 입경은 0.01 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 산화주석 졸 내의 산화주석 입자의 평균 입경은 0.05 내지 0.2㎛인 것 을 특징으로 하는 산화인듐주석(ITO) 타겟의 제조 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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