KR101762579B1 - 레이저를 이용한 ito 결정화 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
레이저를 이용한 ITO 결정화 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 다른 측면에 따른 ITO 결정화 방법은, 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 단계와, 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 단계와, 레이저 및 마스크를 이용하여 비정질 ITO 레이어를 부분적으로 결정화하는 단계와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 레이저를 이용하여 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)을 결정화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
전자기기의 성능이 향상 되면서, 스마트폰 등과 같은 전자 기기에서 다양한 기능이 지원 되고 있고 현재도 지속적으로 성능 향상을 위한 개발이 이루어 지고 있다. 전자기기에서 그 성능이 향상되고 있는 부분 중의 하나가 터치 패널 분야이다.
터치 패널 분야는 과거 필름 및 글라스 형태의 저항막 방식에서, 애플(Apple Inc.)의 스마트폰 출시 이후 정전용량 방식의 터치 패널이 많이 사용 되고 있다. 초기에는 글라스 양면에 ITO를 증착한 후 패터닝 하는 방식에서 대중화 되었지만, 이후부터는 GFF, G2, GF1, GF2, G1F 등의 다양한 방식으로 진화 되어 왔다. 현재에는 외부에서 조달하는 터치 패널을 LCD 및 OLED 제작시 인라인(In-Line)으로 일괄 생산할 수 있는 방식이 적용되고 있으며, 이는 아웃소싱(Out Sourcing) 하던 제품을 대형 업체에서 자체 생산하는 형태로 발전하고 있는 것으로, 이로 인해 기술적인 난이도도 증가하고 있다. 이러한 형태는 특히 인셀(In-Cell) 터치 및 OCTA(On-Cell Touch AMOLED) 등의 제품으로 나타나고 있으며, 시장에서 큰 비중을 차지하고 있는 고가의 제품은 물론 온 셀(On Cell) 터치 패널의 제작에서도 적용되고 있다. 그리고 최근에는 기존의 멀티 레이어 형태에서 생산 비용 감소를 위해서 단일 레이어(one layer) 형태의 터치 패널 생산이 증가하고 있다.
기존의 메탈, 절연막, ITO의 3층을 형성하는 Tx, Rx 구조에서, 최근에는 ITO가 증착된 레이어에서 Tx, Rx를 형성하는 단일 레이어 구조로 변화하고 있다. 이와 같은 단일 레이어 구조는 셀 내부의 패턴이 복잡하게 이루어져 있으며 패턴 밀집도도 상당히 상승한다. 패턴 밀집도의 상승으로 동일한 면적 내에서 패턴의 배선 굵기(폭)를 얇게 처리해야 하는데, 이로 인해 기존의 100㎛인 ITO 라인의 폭이 50㎛로 낮아지는 결과가 발생하게 된다. 또한, 사용하는 ITO 레이어의 저항을 낮게 처리해야만 터치 패널을 동작 시킬 수 있게 된다. 일반적으로 GFF(Glass Film Film) 방식을 사용할 때는 ITO 저항이 150Ω/㎠인 필름 및 글라스를 사용 하였지만, 최근에는 배선이 밀도가 올라가면서 60 Ω/㎠ 이하의 제품을 사용하게 되었다.
특히, 단일 레이어 제품을 구현하는 패널의 크기가 커질수록 ITO 저항은 작아져야 한다. 스마트폰의 경우 6인치 제품까지 단일 레이어 터치 패널을 일반적으로 적용하고 있지만, 7인치 이상의 제품에까지 적용하기 위해서는 저항이 30 Ω/㎠ 이하까지 감소해야 한다. 저항이 낮을수록 터치 패널 구동에 유리하기 때문에 20 Ω/㎠ 이하의 제품을 요구 하기도 한다. 과거 수년 전에는 터치 패널 회로의 개선이 이루어지지 않아 단일 레이어 기능 구현이 어려웠지만, 현재는 많은 업체에서 제품을 생산하고 있으며 저저항 구현이 이루어진다면 더욱 특성이 우수한 터치 패널 제품을 생산할 수 있다.
커버 윈도우나 Add-On 형태로 터치 패널을 구성할 때에는, ITO 증착시 챔버의 온도를 증가시켜 고온에서 다결정(Poly) ITO를 형성함으로써 ITO 저항을 저저항으로 감소 시킨다.
그러나 도 1과 같은 온 셀(On-Cell) 제품의 경우 컬러 필터(14) 배면의 글라스(16) 상에 ITO(18)를 증착하여 터치 패널을 형성한다. 특히, 노트북 및 테블릿 PC와 스마트폰의 경우 제품 무게 감소 및 슬림화를 위해 TFT 레이어(10)와 컬러필터(14)가 합착된 패널에 액정(12)이 실링(Sealing) 되어 있는 상태에서 원판 글라스(2세대 ~ 8세대)를 불산 등의 글라스를 식각하는 화학 약품을 이용하여 슬리밍(slimming) 처리 한 후 ITO를 증착하여 터치 패널 제품을 제작한다.
이렇게 제작된 TFT 패널은 그 내부에 액정(12)이 주입되어 있기 때문에 다결정 ITO를 형성하기 위해 필요한 고온(150℃ 이상)에서 증착을 진행하지 못하게 된다. 이는, 고온에서 증착시 액정을 실링(sealing)하고 있는 실링 라인에서 기포 불량이 발생하기 때문이다.
고온 공정에서의 증착을 진행하지 못하면 100℃ 이하의 낮은 온도에서 ITO 증착을 진행해야 하지만, ITO층을 너무 두껍게 증착하게 되면 제품의 투과율이 떨어져서 스마트폰 등에서 요구하는 투과율 특성을 만족하지 못하게 된다. 따라서 20 Ω/㎠ 이하의 ITO 박막 특성을 온 셀 제품에서 생산하기에는 기술적인 곤란함이 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서 대한민국 등록특허공보 제1506734호에는 비정질(amorphous) ITO를 상온에서 증착한 후 KrF(248nm) 레이저 및 광학 마스크를 이용하여 레이저빔이 마스크를 통과한 일부 영역을 다결정 ITO로 처리하는 결정화 방법이 개시되어 있다. 상기 선행기술문헌에서 레이저빔이 마스크에 의해서 반사된 영역은 레이저빔이 도달하지 않아서 초기 상태인 비정질 ITO이므로, ITO 에칭액에 의해서 선택적으로 비정질 ITO만 제거하여 다결정 ITO 패턴만 형성할 수 있는 것이다.
그런데 비정질 ITO의 경우 증착되는 분위기에 따라서 추후 레이저에 대한 결정화 정도 및 결정화 전후의 투과율이 변화한다. 따라서 상기 선행기술문헌에는 비정질 ITO를 증착할 때 물 및 산소의 함량을 제어함으로써, 비정질 ITO의 레이저에 대한 결정화 정도 및 투과율을 변화시킬 수 있고 이를 통해서 추후 레이저에 대한 결정화를 더욱 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 결정화 후의 투과율도 높일 수 있다는 내용이 개시되어 있다.
그러나 일반적인 터치 패널 생산 라인에서는 비정질 ITO를 증착하는 과정에서 그 증착 조건을 변경하는 것은 다양한 증착 조건에 쉽게 대응할 수 없어서 작업 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 유발된다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 비정질 ITO의 증착을 용이하게 할 수 있는 레이저를 이용한 ITO 결정화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 ITO 결정화 방법은, 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 단계와, 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 단계와, 레이저를 이용하여 비정질 ITO 레이어의 전면을 결정화하는 단계와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 ITO 결정화 방법은, 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 단계와, 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 단계와, 레이저 및 마스크를 이용하여 비정질 ITO 레이어를 부분적으로 결정화하는 단계와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 ITO 결정화 방법은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 메탈 레이어의 두께는 1~50Å일 수 있다. 레이저는 파장이 157nm 이상 및 248nm 이하일 수 있다. 또한, 레이저의 에너지는 60~100 mJ/㎠일 수 있다. 그리고 레이저빔은 라인빔에 해당할 수 있다.
메탈 레이어는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 플래티늄(Pt), 구리(Cu), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 하나 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 또한, 메탈 레이어는 메탈 파우더 또는 ITO 파우더를 코팅함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 ITO 결정화 장치는, 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 ITO 레이어 형성부와, 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 메탈 레이어 형성부와, 레이저 및 마스크를 이용하여 비정질 ITO 레이어를 부분적으로 결정화하는 레이저 결정화부와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 에칭부를 포함한다.
본 발명은 비정질 ITO의 증착 조건을 용이하게 설정할 수 있는 레이저를 이용한 ITO 결정화 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 비정질 ITO 레이어의 결정화 정도가 증가하여 다결정 ITO 레이어의 저항값을 감소시킬 수 있는 ITO 결정화 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 온 셀 터치 패널에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 6은 메탈 레이어 증착 후 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 메탈 레이어의 두께가 30 Å인 경우 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 결정화 장치를 예시하는 도면이다.
도 9는 도 8에 예시된 ITO 결정화 장치에서 레이저 결정화부를 예시하는 도면이다.
도 10은 도 9에 예시된 레이저 결정화부에 사용되는 마스크를 예시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 6은 메탈 레이어 증착 후 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 메탈 레이어의 두께가 30 Å인 경우 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 결정화 장치를 예시하는 도면이다.
도 9는 도 8에 예시된 ITO 결정화 장치에서 레이저 결정화부를 예시하는 도면이다.
도 10은 도 9에 예시된 레이저 결정화부에 사용되는 마스크를 예시하는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 2 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법은 필름 또는 글라스(102)에 비정질 ITO 레이어(104)를 상온에서 형성하는 단계와, 비정질 ITO 레이어(104)상에 메탈 레이어(106)를 형성하는 단계와, 레이저를 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)의 전면(全面)을 결정화하는 단계와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어(106)를 제거하는 단계를 포함한다.
비정질 ITO는 상온에서 글라스 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 등과 같은 투명 필름(102) 상에 일정한 두께를 갖고 형성되어 비정질 ITO 레이어(104)를 형성한다(도 3(a) 참고). 비정질 ITO 레이어(104)를 형성하는 방법은, 스프레이(spray), 화학증착(chemical evaporation), 디핑(dipping) 등과 같은 화학적 방법 또는 진공증착(vacuum evaporation) 및 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 물리적 방법 등이 있다. 일반적으로, 스퍼터링 방법이 저항값을 줄이고 두께가 균일한 ITO 레이어(104)를 형성할 수 있다.
비정질 ITO 레이어(104) 상에 메탈 레이어(106)를 형성한다(도 3(b) 참고). 메탈 레이어(106)는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 플래티늄(Pt), 구리(Cu), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 하나 또는 이들의 조합에 의해서 형성될 수 있고, 순수 금속 또는 그 합금을 사용할 수 있다. 메탈 레이어(106)의 증착 방법은 스퍼터링 뿐만 아니라 증착 등의 방법을 이용할 수 있다.
메탈 레이어(106)는 메탈 파우더(powder) 및 ITO 파우더를 코팅하여 형성할 수 있다. 메탈 파우더나 ITO 파우더의 경우 입자 크기가 10nm 이하의 제품을 사용할 수 있다. ITO 상면에 메탈 증착은 생산 라인 운영시 별도의 증착 설비가 추가되므로 생산 공정의 단순화를 위해 ITO 파우더 또는 메탈 파우더를 사용하여 메탈 레이어(106)를 용이하게 형성할 수 있다. 메탈 파우더 또는 ITO 파우더는 메탈 증착의 결과와 같이 촉매 역할을 한다. 촉매 역할은 하는 파우더의 입자 크기가 큰 경우에도 248nm 레이저의 입사에 영향을 주어 레이저 빔의 흡수가 이루어져 ITO 층까지 레이저 빔이 도달하지 못하는 결과가 초래될 수 있다. 따라서 10nm 이하의 파우더 입자를 용액 형태로 분산한 후 슬릿 다이(Slit Die) 코팅 설비 및 스프레이(spray) 설비 등을 이용하여 코팅한 후 1차로 80℃ 미만에서 가경화한 후 레이저 결정화를 진행할 수 있다.
메탈 레이어(106)는 추후 레이저를 조사하는 경우 비정질 ITO의 결정화를 유도하는 촉매 역할을 한다. 따라서 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법에서 비정질 ITO 레이어(104)를 형성하는 과정에서 레이저에 의한 결정화를 용이하게 하기 위해서 물 및 산소의 함량을 제어할 필요가 없게 되는데, 이로 인해 작업 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 메탈 레이어(106)는 비정질 ITO 레이어(104)의 상부에 보호층을 형성하여 레이저 결정화 과정에서 이물질의 유입을 방지하는데, 이로 인해 패턴 형성 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 예방할 수 있다.
메탈 레이어(106)의 두께는 레이저빔의 투과에 영향을 미치게 된다. 메탈 레이어(106)의 두께가 50Å을 초과하는 경우 메탈 레이어(106)의 자체 두께에 의해서 그 하부에 위치하는 비정질 ITO 레이어(104)에 도달하는 레이저빔의 에너지가 감소하여 저항이 증가하는 문제점이 발생한다. 특히, 메탈 레이어(106)의 두께가 80Å 이상인 경우, 메탈 레이어(106)가 촉매 역할을 하는 것이 아니라 오히려 레이저 조사를 방해하고 그 자체가 레이저에 의해서 식각(ablation)될 수 있다.
메탈 레이어(106)를 형성한 후 레이저를 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)에 패턴(pattern)을 형성하지 않고 그 전면(全面)을 결정화 할 수 있다(도 3(c) 참고). 이는 전면 결정화 방법으로서, 태양전지, LED, 터치 패널, OLED, LCD 제조 등에서 사용될 수 있고 특히, 터치 패널 분야 중에서 온 셀(On Cell) 방식의 터치 패널 생산에 사용될 수 있다.
ITO 결정화를 위해서 사용되는 레이저의 파장이 248nm를 초과하는 경우(예를 들면, 266nm, 308nm, 355nm, 532nm, 1064nm), 레이저빔이 온 셀 방식의 터치 패널의 글라스(102) 반대 면에 형성된 컬러필터(도시하지 않음)에 도달하여 손상시키게 된다. 따라서 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법에서 사용되는 레이저빔의 파장은 248nm 이하, 예를 들면 248nm, 213nm, 193nm 등을 이용할 수 있다.
레이저는 스폿(spot) 형상의 빔뿐만 아니라 라인빔(line beam)을 이용할 수 있다. 라인빔은 폭에 비해서 길이가 긴 형상을 갖는 빔에 해당하는데, 예를 들면 길이가 60mm이고 폭이 1mm에 해당할 수 있다.
본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법은 레이저빔을 비정질 ITO 레이어(104)에 다수 번 반복하여 조사함으로써 추후 형성되는 다결정 ITO의 저항을 줄일 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법은, 메탈 레이어(106)를 형성하지 않는 종래의 경우와 비교할 때, 레이저의 조사 횟수를 줄이더라도 원하는 저항값을 얻는 것이 가능하게 된다.
비정질 ITO 레이어(104)를 결정화 한 후 에칭액을 이용하여 메탈 레이어(106)를 제거하여 다결정 ITO 레이어(108)를 형성할 수 있다. 에칭액으로는 옥살산, 초산, 제이염화철, 왕수 등이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 예시하는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법을 순차적으로 예시하는 단면도이다.
도 4 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법은, 필름 또는 글라스(102)에 비정질 ITO 레이어(104)를 상온에서 형성하는 단계(도 5(a) 참고)와, 비정질 ITO 레이어(104) 상에 메탈 레이어(106)를 형성하는 단계(도 5(b) 참고)와, 레이저 및 마스크(140)를 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)를 부분적으로 결정화하는 단계(도 5(c) 참고)와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어(106)와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 단계(도 5(d) 참고)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 ITO 결정화 방법에서, 필름 또는 글라스(102)에 비정질 ITO 레이어(104)를 상온에서 형성하는 단계와, 비정질 ITO 레이어(104) 상에 메탈 레이어(106)를 형성하는 단계는 제1 실시예에 따른 ITO 결정화 방법과 동일하거나 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
레이저를 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)를 결정화 하는 과정에서 마스크(mask)(140)를 이용할 수 있다. 마스크(mask)는 레이저빔을 선택적으로 투과시켜 비정질 ITO 레이어(104)의 일부만 결정화 해서 다결정 ITO 패턴이 형성될 수 있게 한다. 마스크(140)의 구조에 대해서는 아래에서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
레이저를 이용하여 결정화 공정을 수행한 후 에칭액을 이용하여 메탈 레이어(106)와, 비정질 ITO 레이어(104)에서 결정화 되지 않은 부분(즉, 비정질 ITO로 잔존하는 부분)을 제거한다. 이때 사용되는 에칭액은 제1 실시예에서 설명한 에칭액과 동일할 수 있으며, 메탈 레이어(106) 뿐만 아니라 마스크(140)에 의해서 결정화 되지 않은 비정질 ITO도 일괄적으로 제거할 수 있다.
도 6은 메탈 레이어(106) 증착 후 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이고, 도 7은 메탈 레이어(106)의 두께가 30 Å인 경우 레이저의 조건 변경에 따른 저항 감소율을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7에서 메탈 레이어는 알루미늄(Al)으로 형성하였으며 그 두께는 각각 80Å, 50Å 및 30Å이다. 사용된 레이저는 Kr 레이저이고 파장은 248nm, 에너지는 80mj/㎠이며, 비정질 ITO 레이어(104)에 대한 조사 횟수가 4회, 8회, 12회 및 16회인 경우의 저항값(Ω/㎠) 감소율을 측정하였다. 그 측정 결과는 아래 표1 내지 표3과 같다.
| Al-80Å | ||||
| 에너지 | 반복 조사 횟수 | 조사전(Ω/㎠) | 조사후(Ω/㎠) | 감소율(%) |
| 80mj/㎠ | 4 | 41 | 30.5 | 25.6 |
| 80mj/㎠ | 8 | 41 | 29.1 | 29.0 |
| 80mj/㎠ | 12 | 41 | 26.8 | 34.6 |
| 80mj/㎠ | 16 | 41 | 26.1 | 36.3 |
| Al-50Å | ||||
| 에너지 | 반복 조사 횟수 | 조사전(Ω/㎠) | 조사후(Ω/㎠) | 감소율(%) |
| 80mj/㎠ | 4 | 38 | 23.8 | 37.4 |
| 80mj/㎠ | 8 | 38 | 21.2 | 44.2 |
| 80mj/㎠ | 12 | 38 | 20.1 | 47.1 |
| 80mj/㎠ | 16 | 38 | 19.1 | 49.7 |
| Al-30Å | ||||
| 에너지 | 반복 조사 횟수 | 조사전(Ω/㎠) | 조사후(Ω/㎠) | 감소율(%) |
| 80mj/㎠ | 4 | 38 | 21.5 | 43.4 |
| 80mj/㎠ | 8 | 38 | 19.6 | 48.4 |
| 80mj/㎠ | 12 | 38 | 17.8 | 53.2 |
| 80mj/㎠ | 16 | 38 | 15.2 | 60.0 |
도 6 및 도 7 그리고 상기 표1 내지 표3에서 알 수 있는 바와 같이, 메탈 레이어(106)의 두께는 비정질 ITO 레이어(102)의 결정화 정도에 영향을 줌을 알 수 있다. 즉, 레이저빔의 파장 및 에너지량이 동일한 경우, 메탈 레이어(106)의 두께가 80Å으로 두꺼운 경우, 메탈 레이어(106)가 존재하지 않은 경우에 비해서 저항값의 감소율이 떨어져서 결정화에 악영향을 나타냄을 알 수 있다.
메탈 레이어(106)의 두께가 감소할수록 저항값의 감소율이 증가함을 알 수 있다. 즉, 메탈 레이어(106)의 두께가 80Å인 경우에 비해 50Å인 경우 동일한 조건에서 저항값의 감소율이 더욱 크게 나타남을 알 수 있고, 두께가 50Å인 경우에 비해 30Å인 경우 저항값의 감소율이 더욱 크게 나타남을 알 수 있다.
레이저빔의 반복 조사 횟수가 증가할수록 저항값의 감소율도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 표3에서 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄 메탈 레이어(106)의 두께가 30Å이고 파장이 248nm인 KrF 레이저를 16회 반복하여 조사한 경우 가장 낮은 저항값(15.2 Ω/㎠)을 얻을 수 있다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 메탈 레이어(106)를 증착하지 않은 경우에 비해서, 메탈 레이어(106)를 증착한 경우, 레이저빔의 반복 조사 횟수가 작더라도 동일하거나 더 나은 저항값을 얻을 수 있다. 예를 들면, 메탈 레이어(106)를 증착하지 않은 경우 레이저빔을 12회 반복해야 형성되는 저항값의 변화(51(Ω/㎠에서 24Ω/㎠)는, 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법에 의해서 메탈 레이어(106)를 형성한 경우 8회 반복하더라도 더 나은 저항값(51(Ω/㎠에서 18Ω/㎠)을 얻을 수 있게 된다. 따라서 본 실시예에 따른 ITO 결정화 방법은 레이저를 이용하여 결정화를 하는 경우 레이저빔의 반복 조사 횟수를 줄일 수 있어서 생산성을 높일 수 있게 된다.
레이저빔의 조사 횟수가 증가할수록 저항값은 감소하지만, 레이저빔의 에너지가 100mJ/㎠ 이상에서 수십 회 이상 반복 조사하는 경우, 비정질 ITO 레이어(102)에 크랙(crack)을 유발하여 오히려 저항이 증가할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 결정화 장치(200)를 예시하는 도면이다. 그리고 도 9는 도 8에 예시된 ITO 결정화 장치(200)에서 레이저 결정화부(230)를 예시하는 도면이고, 도 10은 도 9에 예시된 레이저 결정화부(230)에 사용되는 마스크(140)를 예시하는 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ITO 결정화 장치(200)는, 필름 또는 글라스(102)에 비정질 ITO 레이어(104)를 상온에서 형성하는 ITO 레이어 형성부(210)와, 비정질 ITO 레이어(104) 상에 메탈 레이어(106)를 형성하는 메탈 레이어 형성부(220)와, 레이저 및 마스크(140)를 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)를 부분적으로 결정화하는 레이저 결정화부(230)와, 에칭액을 이용하여 메탈 레이어(106)와 결정화되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 에칭부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
ITO 레이어 형성부(210)는 PET(Polyethylene Terephthalate) 등과 같은 필름(film) 또는 글라스(glass) 상에 비정질 ITO(Indium Tin Oxide)를 적층하여 비정질 ITO 레이어(104)를 형성한다. 비정질 ITO는 다결정 ITO에 비해 상온(예를 들면, 약 25℃)에서 적층이 용이하다.
비정질 ITO 레이어(104)를 형성하는 방법은, 스프레이(spray), 화학증착(chemical evaporation), 디핑(dipping) 등과 같은 화학적 방법 또는 진공증착(vacuum evaporation) 및 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 물리적 방법 등이 있다. 일반적으로, 스퍼터링 방법이 저항값을 줄이고 두께가 균일한 비정질 ITO 레이어(104)를 형성할 수 있다.
메탈 레이어 형성부(220)는 비정질 ITO 레이어(104)의 상부에 메탈 레이어(106)를 일정한 두께로 형성한다. 메탈 레이어 형성부(220)는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 플래티늄(Pt), 구리(Cu), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 하나 또는 이들의 조합을 이용하여 스퍼터링 뿐만 아니라 증착 등의 방법에 의해서 메탈 레이어(106)를 형성할 수 있다. 또한, 메탈 레이어 형성부(220)는 메탈 레이어(106)를 형성한 후 선택적으로 메탈 파우더(powder)를 코팅하여 박막으로 구성할 수도 있다.
레이저 결정화부(230)는 레이저빔을 이용하여 비정질 ITO 레이어(104)를 결정화하여 다결정 ITO 레이어 또는 결정화된 ITO 패턴(108)로 형성한다. 본 실시예에 따른 레이저 결정화부(230)는, 레이저광원(110), 어테뉴에이터(120), 빔 콜리메이션 유닛(텔레스코프), 빔호모지나이저 및 쉐이핑 유닛(beam homogenizing and shaping unit)(130), ITO 패턴이 1:1로 형성되어 있는 마스크(140), 프로젝션 렌즈(150)를 포함한다.
도 9에 예시된 레이저 결정화부(230)는 라인빔(line beam)을 이용하여 1:1 사이즈로 결정화 할 수 있다. 즉, 마스크(140)에 형성되어 있는 패턴(도시하지 않음)의 크기는, 비정질 ITO 레이어(104)에 형성하고자 하는 ITO 패턴의 크기와 동일하다. 이와 같이, 형성하고자 하는 ITO 패턴과 1:1 사이즈의 패턴을 갖는 마스크(140) 그리고 라인빔을 이용함으로써, 본 실시예에 따른 레이저 결정화부(230)는 라인빔이 마스크(140)를 한 번 스캔(scan)하여 대면적에 대한 결정화를 수행할 수 있기 때문에, 종래의 스폿 빔을 이용하는 경우에 비해서 공정 시간을 대폭 줄일 수 있고 레이저빔의 중첩으로 인한 문제점을 해결할 수 있다.
레이저는 파장이 248nm 이하이며 파장이 157nm, 193nm, 248nm인 엑시머 또는 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저를 이용할 수 있다. 또한 레이저는 그 에너지량이 60mJ/㎠ 이상 및 100mJ/㎠ 이하일 수 있는데, 이는 레이저 에너지량이 100mJ/㎠를 초과하는 경우에는 비정질 ITO 레이어의 결정화 정도가 심해서 마이크로 크랙(micro crack)이 발생하여서 다결정 ITO의 저항값이 증가하고, 레이저 에너지량이 60 mJ/㎠ 미만의 경우에는 결정화 정도가 약해서 ITO 결정화가 약하게 이루어져서 생산성이 저하되기 때문이다.
어테뉴에이터(attenuator)(120)는 레이저광원(110)에서 출력된 레이저빔의 에너지를 원하는 값으로 조절한다. 어테뉴에이터(120)에 의해 레이저빔의 에너지는 레이저 출력의 10~90% 사이에서 조절될 수 있다.
빔호모지나이저 및 쉐이핑 유닛(130)은 빔의 균일도를 향상하고 라인빔 형상을 갖도록 한다. 빔호모지나이저는, 에너지 분포를 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(flat top) 형태로 변환한다. 그리고 쉐이핑 유닛은 스폿 형상의 레이저빔을 라인빔 형상으로 변경한다.
라인빔은 마스크(140)의 상부에서 스캐닝(scanning)에 의해 이동함으로써, 비정질 ITO 레이어(104)에 대한 결정화를 실시한다. 본 실시예에 따른 레이저 결정화부(230)는 라인빔을 이용하기 때문에, 대면적의 ITO 레이어를 신속하게 결정화할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저빔이 중첩되는 오버랩(overlap) 구간을 최소화 또는 제거하여 비정질 ITO 레이어(104)의 하부층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
일반 TFT 글라스 패턴을 형성하는 스캐너(scanner) 노광 장비의 경우, 노광용 마스크와 기판 패턴간의 광학계가 1:1 구조로 제작되고 있지만, 이때 사용하는 에너지량은 30mJ/㎠ 이하 정도이기 때문에, 통상적인 포토 마스크를 사용할 수 있다.
포토 마스크를 사용하는 경우의 문제점을 개선 하기 위해, 1:1 패터닝이 가능한 유전체 레이어(dielectric layer) 구조의 마스크를 이용하여 KrF 레이저 결정화에서 필요한 100mJ/㎠에서 손상을 받지 않는 형태로 마스크 사용이 가능하다. 특히, 이러한 마스크의 사용으로 레이저 빔을 라인빔 형태로 제작하면 고 생산성의 패턴 형성이 가능하다. 라인빔을 최대 100mm x 1mm까지 제작할 경우, 10인치 패널을 12초 만에 레이저 결정화 시켜 패터닝 할 수 있다.
이러한 방법으로 생산할 수 있는 터치패널은, 필름 베이스(film base)의 GFF, GF1, GF2 제품뿐만 아니라 G2, G1, GG2, On Cell 제품 등에 적용 될 수 있다. 특히 공정 특성상 ITO 증착시 열을 가하여 다결정 ITO를 제작할 수 없는 제품의 경우에도 적용될 수 있다. 도 10을 통해 설명하는 마스크(140)는 이와 같은 유전체 레이어 구조의 마스크로서, KrF 레이저 결정화에서 필요한 100mJ/㎠ 에너지량에서 손상을 받지 않고 라인빔 형태의 레이저빔을 이용하여 결정화를 실시할 수 있다.
도 10을 참조하면, 마스크(140)에는 형성하고자 하는 ITO 패턴과 동일한 형상 및 크기의 투과부(145)가 형성되어 있다. 즉, 마스크(140)에 형성된 투과부(145)는 비정질 ITO 레이어(104)에 형성하고자 하는 ITO 패턴과 1:1의 크기를 갖는다. 마스크(140)에 형성된 투과부(145)를 통해서 레이저빔이 투과하여 비정질 ITO 레이어(104)를 부분적으로 결정화한다. 그리고 마스크(140)의 반사부(146)에서는 레이저빔이 반사된다.
마스크(140)는 베이스기판(142)에 형성된 매립홈(144)에 제1반사막(148) 및 제2반사막(152)을 교대로 수 내지 수십층 적층하여 형성된 반사부(146)를 포함한다. 그리고 반사부(146)가 형성되지 않은 베이스기판(142)의 나머지 부분은 빛이 투과하는 투과부(145)에 해당한다.
베이스기판(142)은 레이저빔을 투과시키는 재질에 의해 형성된다. 베이스기판(142)으로는 유리기판, 용융 실리카(fused silica) 기판, 석영(Quartz) 기판, 합성 석영(Synthetic Quartz) 기판 또는 CaF2 기판 등이 사용될 수 있다. 또한, 베이스기판(142)의 저면, 즉 레이저빔이 입사되는 면에는 반사방지막(Anti-Refection Coating; ARC)(도시하지 않음)이 추가로 형성될 수 있으며, 이를 통해 베이스기판(142)의 투과부(145)에서 레이저빔의 투과율을 향상시킴으로써 결정화 효율을 높일 수 있다.
베이스기판(142)에서, ITO 패턴을 형성하고자 하는 이외의 부분에는 매립홈(144)이 형성되고, 매립홈(144)에는 레이저빔을 반사시키는 반사부(146)가 형성된다. 매립홈(144)은 일정한 깊이를 가진 홈으로서, 포토레지스트 패터닝 공정이나 레이저를 이용한 패터닝 공정을 통해서 형성될 수 있다.
베이스기판(142)에 형성되는 매립홈(144)에는 레이저빔을 반사하는 반사부(146)가 형성된다. 반사부(146)는 상이한 반사율을 갖는 제1반사막(148) 및 제2반사막(152)을 교대로 수 내지 수십층 적층함으로써 형성된다. 제1반사막(148) 및 제2반사막(152)의 적층에 의해서 매립홈(144)이 완전히 매립된다.
제1반사막(148)은 굴절율이 상대적으로 낮은 SiO2막 또는 MgF2막이 사용될 수 있으며, 제2반사막(152)은 제1반사막(148)에 비해 굴절율이 높은 TiO2막, Al2O3막, Ta2O5막, Cerium fluoride막, Zinc sulfide막, AlF3막, Halfnium oxide막 또는 Zirconium oxide막 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 반사부(146)는 HfO2막/SiO2막, Ta2O5막/SiO2막 등의 적층 구조를 반복적으로 수 내지 수십층 적층함으로써 형성될 수 있으며, HfO2막/SiO2막의 경우에는 5J/cm2~8J/cm2, Ta2O5막/SiO2막의 경우에는 10 J/cm2 정도의 에너지를 갖는 레이저빔에 견딜 수 있도록 형성될 수 있다.
제1반사막(148) 및 제2반사막(152)은 각각 기상증착(evaporative deposition), 이온보조증착(ion beam assisted deposition), 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD), 이온증착(ion beam deposition), 분자선 결정성장법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 스퍼터 증착(sputter deposition) 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
마스크(140)의 투과부(145)는 비정질 ITO 레이어(104)에 형성하고자 하는 ITO 패턴의 형상 및 크기와 동일하다. 따라서 투과부(145)를 투과한 라인빔 형태의 레이저빔은 비정질 ITO 레이어(104)에 조사되어서 결정화에 의해서 비정질 ITO(105)를 다결정 ITO로 변환시킨다. 라인빔에 의해 결정화되어 형성된 다결정 ITO(105)는 추후 에칭액에 의해 식각되지 않고 잔존하여서 ITO 패턴으로 된다.
마스크(140)의 반사부(146)는 비정질 ITO 레이어(104)에 형성하고자 하는 ITO 패턴 이외의 부분에 대응한다. 따라서 레이저빔은 반사부(146)에 의해 반사되기 때문에, 반사부(146)에 대응하는 비정질 ITO(103) 부분에는 레이저빔이 도달하지 않게 된다. 레이저빔에 의해 결정화되지 않은 비정질 ITO(103)는 추후 에칭액에 의해 식각된다.
프로젝션 렌즈(150)는 마스크(140)를 통과한 라인빔(152)이 마스크(140)와 동일한 크기 및 형상으로 비정질 ITO 레이어(104)에 입사하도록 한다.
레이저 결정화부(230)에 의해 결정화된 비정질 ITO 레이어(162) 부분에는 다결정 ITO(105)가 형성되어 있다. 그리고 레이저 결정화부(230)에 의해 결정화되지 않은 부분에는 비정질 ITO(103)가 그대로 남게 된다.
에칭부(240)는, 이와 같이 부분적으로 결정화된 비정질 ITO 레이어(104)에 에칭액을 이용하여 비정질 ITO(103)와 함께 메탈 레이어(106)를 동시에 제거한다. 에칭액은 옥살산(oxalic acid) 또는 초산 등이 사용될 수 있으며, 결정화된 다결정 ITO(105)는 식각하지 않고 결정화되지 않은 비정질 ITO만을 식각한다. 이로 인해, 에칭액에 의해 식각되지 않은 다결정 ITO(105)에 의해서 형성하고자 하는 ITO 패턴이 형성된다.
화학적인 에칭에 의해서 결정화되지 않은 비정질 ITO(103)를 제거한 후 크리닝(cleaning) 공정에 의해서 잔존하는 에칭액 등을 제거할 수 있다.
마스크(140)는 유전체 마스크뿐만 아니라, 고반사 메탈 박막 마스크(high refractive metal thin film mask), 디퓨징 마스크(diffusing mask), 포토 마스크(photo mask), 세라믹 마스크(ceramic mask) 또는 메탈 마스크(metal mask) 중 어느 하나일 수 있다.
메탈 마스크를 이용 하는 경우에는 인바(invar) 등의 열변형이 적은 소재를 이용하게 되며, 습식 에칭(wet etching) 등의 방법으로 에칭을 할 경우 등방성의 문제로 인해 미세 패턴을 형성하는 것이 어렵다. 또한, 대면적화의 경우 인바의 자연 처짐이 발생하기 때문에, 인바의 두께를 증가시켜 제작 하여야 하지만 두께가 증가 할수록 미세 패턴 형성은 더욱 곤란하게 된다.
디퓨징 마스크의 경우에는 석영 플레이트에 희생막을 포함한 리소그라피 패턴을 형성 후 드라이 에칭(dry etching)을 진행하거나 마스킹을 한 후 샌드 블라스트 처리를 통해 디퓨징(diffusing) 패턴을 형성할 수 있다. 하지만 일반적인 샌드 블라스트 처리의 경우 미세 패턴을 형성할 수 없으므로, 마이크로 블라스트 처리를 하여야 하지만 이 또한 20㎛ 수준에서 패턴 형성이 가능한 상황이다. 드라이 에칭의 경우도 대면적으로 생산 하기 위해서 반도체 드라이 에칭 장비를 이용하기 때문에 300mm x 300mm 정도 에칭할 수 있는 수준이다.
일반적인 포토 마스크의 경우에는 크롬과 산화 크롬 층을 형성하여 패턴을 형성 하지만, 248nm 기준 엑시머 레이저의 공정 범위 내에서는 크롬 층의 어블레이션이 발생 한다. 따라서 알루미늄(Al) 등의 고반사(high refractive)층을 증착하여 공정 범위 보다 약간 높은 에너지에서도 사용 할 수 있는 마스크를 제작 할 수 있다.
마스크(140)를 이용한 레이저 결정화부(230)는 도 9와 같이 마스크(140)를 프로젝션 렌즈(150)의 상부에 위치시키는 프로젝션 패터닝 타입(projection patterning type)은 물론 렌즈가 마스크 상부에 위치하는 프록시머티(proximity) 타입도 이용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
102: 글라스 104: 비정질 ITO 레이어
106: 메탈 레이어 108: 다결정 ITO 레이어
140: 마스크 200: 레이저 결정화 장치
106: 메탈 레이어 108: 다결정 ITO 레이어
140: 마스크 200: 레이저 결정화 장치
Claims (9)
- 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 단계;
상기 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 단계;
상기 메탈레이어를 향해서 파장이 157~248nm인 레이저를 다수 번 반복적으로 조사함으로써 상기 비정질 ITO 레이어의 전면을 결정화하는 단계; 및
에칭액을 이용하여 상기 메탈 레이어를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 메탈 레이어는 상기 비정질 ITO 레이어 상에 5nm 이하의 입자를 갖는 메탈 파우더를 코팅한 후 가경화 함으로써 형성되고 그 두께는 1~50Å이며,
상기 메탈 레이어는 레이저의 조사에 의해서 제거되지 않는 레이저를 이용한 ITO 결정화 방법. - 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 단계;
상기 비정질 ITO 레이어 상에 메탈 레이어를 형성하는 단계;
마스크를 개재시킨 상태에서 상기 메탈 레이어를 향해 파장이 157~248nm인 레이저를 다수 번 반복적으로 조사함으로써 상기 비정질 ITO를 부분적으로 결정화 하는 단계; 및
에칭액을 이용하여 상기 메탈 레이어와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 메탈 레이어는 상기 비정질 ITO 레이어 상에 5nm 이하의 입자를 갖는 메탈 파우더를 코팅한 후 가경화 함으로써 형성되고 그 두께는 1~50Å이며,
상기 메탈 레이어는 레이저의 조사에 의해서 제거되지 않는 레이저를 이용한 ITO 결정화 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 레이저는 에너지가 60~100 mJ/㎠인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 ITO 결정화 방법. - 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 메탈 레이어는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 플래티늄(Pt), 구리(Cu), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 하나 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 ITO 결정화 방법. - 삭제
- 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 레이저빔은 라인빔인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 ITO 결정화 방법. - 필름 또는 글라스에 비정질 ITO 레이어를 상온에서 형성하는 ITO 레이어 형성부;
상기 비정질 ITO 레이어 상에 5nm 이하의 입자를 갖는 메탈 파우더를 코팅한 후 가경화 함으로써 두께 1~50Å의 메탈 레이어를 형성하는 메탈 레이어 형성부;
마스크를 개재시킨 상태에서 파장이 157~248nm인 레이저를 상기 메탈 레이어를 향해 다수 번 반복적으로 조사함으로써 상기 비정질 ITO 레이어를 부분적으로 결정화 하는 레이저 결정화부; 및
에칭액을 이용하여 상기 메탈 레이어와 결정화 되지 않은 비정질 ITO를 제거하는 에칭부를 포함하고,
상기 메탈 레이어는 레이저의 조사에 의해서 제거되지 않는 레이저를 이용한 ITO 결정화 장치.
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