KR102497241B1 - 산화물 스퍼터링 타겟 제조방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법 - Google Patents

산화물 스퍼터링 타겟 제조방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법 및 그 스퍼터링 타겟을 이용하여 증착된 반사방지막에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 반사방지막을 증착시키는 스퍼터링 타겟으로, 스퍼터링을 통해 성막된 박막은 금속과 접합면에서 반사율이 10%이하(@550nm) 수준을 나타내는 반사방지막에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, W, Cu, La, O로 이루어지거나 Cu, Ca, In, O로 이루어진다. W, Cu, La, O로 이루어지는 소결체를 제조하기 위한 방법은, WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 여기서, CuO의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 25원자%이하, 상기 La2O3의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 10원자%이하일 수 있다. 또한 Cu, Ca, In, O로 이루어지는 소결체를 제조하기 위한 방법은, CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 여기서, CaCO3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C 원자 및 O 원자의 함유율 합계 대비 20원자% 이하고, In2O3의 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C 원자 및 O 원자의 함유율 합계 대비 50원자% 이하일 수 있다.

Description

산화물 스퍼터링 타겟 제조방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법{METHOD OF FABRICATING AN OXIDE SPUTTERING TARGET AND METHOD OF FORMING A THIN FILM USING THE SAME}
본 발명은 산화물 스퍼터링 타겟 제조방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 W, Cu, La 및 O 또는 Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반사방지막은 고흡광계수를 가지고 있는 산화물을 활용하여 박막을 형성하여, 일반적으로 금속박막처럼 반사가 잘 이루어지는 박막에서 반사되어 나오는 빛을 최소화하여 관찰자의 눈에 도달하는 빛을 막아주는 것을 목적으로 한다. 이러한 반사방지막은 최첨단 디스플레이 기술, 모바일 디스플레이 기술 등에 적용될 수 있다.
디스플레이 분야에서 전극으로 사용되는 금속은 빛을 반사하는 성질이 강하여 이를 막기 위해 블랙 매트릭스 층을 사용하게 된다. 하지만 블랙 매트릭스 층을 사용하게 되면 개구율이 낮아지고 막간의 정렬이 틀어지는 등 다양한 문제를 유발하게 된다.
본 발명의 목적은 반사방지막을 증착시키는 스퍼터링 타겟으로, 하부 금속막의 반사를 10%(550nm) 이하로 낮출 수 있는 반사방지막을 성막할 있는 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 산화물 스퍼터링 타겟은 흡광계수가 높은 산화물 형태의 W, Cu, La, O로 이루어지거나 Cu, Ca, In, O로 이루어질 수 있다.
W, Cu, La, O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법은, WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 은 CuO의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 25원자% 이하고, 상기 La2O3의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 10원자% 이하일 수 있다.
또한 Cu, Ca, In, O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법은, CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 여기서, CaCO3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C원자 및 O원자의 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 20원자% 이하고, In2O3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C원자 및 O원자의 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 50원자% 이하일 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 산화물 스퍼터링 타겟은 백킹 플레이트 또는 백킹 튜브에 의하여 지지될 수 있다. 백킹 플레이트 또는 백킹 튜브는, 산화물 스퍼터링 타겟의 후면에 접합되어 산화물 스퍼러팅 타겟을 지지할 수 있다.
어떠한 실시예들에서, 상기 스퍼터링 타겟은, DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 적용되는 스퍼터링 타겟일 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기의 타겟을 이용한 스퍼터링 공정을 통해 금속 표면에 증착되어 형성되고, 550nm 파장의 광에 대하여 10% 이하의 반사율을 구현하는 것을 특징으로 하는 반사방지막을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소정의 비율로 각각 함유되어 있는 W, Cu, La, O로 이루어지거나, Cu, Ca, In, O로 이루어지는 소결체를 스퍼터링 타겟으로 사용하여, 스퍼터링을 통해 성막되어 금속면의 반사율을 10%(@550nm) 이하로 낮출 수 있는 반사방지막을 증착시킬 수 있다. 또한 타겟 자체의 전도성이 있어 DC sputter가 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 타겟을 이용하면, DC sputter 방식으로 반사방지막을 증착시킬 수 있고, 이와 같이 본 발명에 따라 증착되어진 반사방지막은 고전도성의 터치패널 및 액정표시소자 내부 금속 전극의 반사를 막아주는 반사방지막으로의 사용이 가능해진다.
도 1은 W, Cu, La 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 CuO 함량 비율에 따른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 W, Cu, La 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 La2O3 함량 비율에 따른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 CaCO3 함량 비율에 다른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 In2O3 함량 비율에 다른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 스퍼터링 타겟 및 이에 의해 증착된 반사방지막에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예에 따른 타겟은, 터치패널 및 액정표시소자의 금속 전극의 반사를 낮추는 반사방지막을 성막시키기 위한, 예컨대, DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 적용되는 스퍼터링 타겟일 수 있다. 이러한 산화물 타겟은 백킹 플레이트(backing plate) 혹은 백킹 튜브(backing tube)에 의하여 지지될 수 있다.
도 1은 W, Cu, La 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 CuO 함량 비율에 따른 반사율 특성을 보여주는 그래프이고, 도 2는 W, Cu, La 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 La2O3 함량 비율에 따른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
어떠한 실시예들에서, 산화물 스퍼터링 타겟은 W, Cu, La, O로 이루어질 수 있다. 이러한 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법은 WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 이때, CuO 원자의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 0% 초과, 25원자% 이하, 상기 La2O3 원자의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자 및 O원자 함유율 합계 대비 0% 초과, 10원자% 이하인 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방법을 이용하여 제조된 스퍼터링 타겟은 WO3, CuO, Cu2O, La2O3, La6WO12, La10W2O21 중 최소 3개 이상의 상을 포함한다. 이러한 산화물 스퍼터링 타겟을 이용하여 얻어진 박막은 550nm에서 10% 이하의 반사율을 구현할 수 있다.
도 3은 Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 CaCO3 함량 비율에 다른 반사율 특성을 보여주는 그래프이고, 도 4는 Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟의 In2O3 함량 비율에 다른 반사율 특성을 보여주는 그래프이다.
어떠한 실시예들에서, 산화물 스퍼터링 타겟은 Cu, Ca, In 및 O로 이루어질 수 있다. 이러한 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법은, CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과, 상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함할 수 있다. 이때, CaCO3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C 원자 및 O원자의 함유율 합계 대비 0% 초과, 20원자% 이하고, In2O3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C원자 및 O원자의 함유율 합계 대비 0% 초과, 50원자% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 방법으로 제조된 스퍼터링 타겟은, CuO, Cu2O, CaO, In2O3, Ca2CuO3, Ca3In2Cu4O15, Ca9In14Cu2O32 중 최소 3개 이상의 상을 포함한다. 이러한 산화물 스퍼터링 타겟을 이용하여 얻어진 박막은 550nm에서 10% 이하의 반사율을 구현할 수 있다.
이러한 타겟은 분말 야금법에 의해 제조될 수 있다. 예컨대, WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 함량비에 맞게 혼합하거나, CuO 분말, CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 함량비에 맞게 혼합한 다음, 건식가압성형(cold press), 슬립 캐스팅(slip casting), 필터 프레스(filter press), 정수압 성형(cold isostatic press), 겔 캐스팅(gel casting), 강제침강(centrifugal sedimentation), 자연침강(gravimetric sedimentation) 등의 성형법을 통해 성형한 후 이에 대한 소결을 통해 제조될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 타겟은 마그네트론 스퍼터링 장치에 적용될 수 있는데, 일반적으로 마그네트론 스퍼터링은 대면적 산화물 박막 증착에 사용되므로, 본 발명의 실시 예에 따른 타겟은 상기와 같이 제작된 소결체가 타일 형태 혹은 튜브 형태로 복수 개 구비될 수 있다.
백킹 플레이트 혹은 백킹 튜브는 하나 또는 복수개의 소결체를 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 백킹 플레이트는 소결체의 후방에 배치되고, 백킹 튜브는 튜브 형태의 소결체 내부에서 본딩재를 매개로 소결체와 접합된다. 이러한 백킹 플레이트 혹은 백킹 튜브는 도전성 및 열전도성이 우수한 구리, 바람직하게는 무산소 구리, 티탄, 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다. 이때, 소결체와 백킹 플레이트 사이에 배치되어 이들을 서로 접합시키는 본딩재는 예컨대, 인듐으로 이루어질 수 있다. 그리고 이러한 본딩재는 페이스트 형태로 이루어져 백킹 플레이트 전면에 도포될 수 있다.
한편, 소결체와 백킹 플레이트를 접합시키기 위해서는 이러한 본딩재를 핫 플레이트, 저항 가열, 고주파, 전기코일 또는 레이저 등의 가열 수단을 발열시켜 용융시킨 후 냉각시킬 수 있는데, 이때, 본딩재 용융을 위해 가해지는 열은 170±10℃로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기와 같은 소정의 비율로 각각 함유되어 있는 W, Cu, La, O로 이루어지는 타겟 혹은 Cu, Ca, In, O로 이루어지는 산화물 타겟을 사용하여, 금속 표면에 증착하게 되면 반사율이 10%(@550nm) 이하인 반사방지막의 특성을 가지게 된다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 타겟을 통해 증착된 반사방지막은 저반사가 요구되는 터치패널 및 액정표시소자에 사용이 가능해진다.
실시 예1
CuO의 함유율이 W, Cu, La, O 원자의 함유율 합계 대비 10원자%이고, La2O3의 함유율이, W, Cu, La, O 원자의 함유율 합계 대비 1원자%가 되도록 WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻고, 이를 소결하여 소결체를 제작하였다. 제작된 소결체의 면저항은
Figure 112020111517350-pat00001
로 측정되었다.
본 소결체로 제작된 타겟을 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 장착하여, 구리금속이 증착된 유리 기판에 반사방지막을 증착시켰다. 이때, 스퍼터링은 아르곤 가스를 사용하였으며 상온에서 진행하였다. 그 결과, 안정적 DC 스퍼터 방전이 이루어졌으며, 약
Figure 112020111517350-pat00002
두께를 가지는 반사방지막을 얻을 수 있었다.
반사방지막이 성막되자 기존 노란빛을 띄던 구리가 증착된 박막의 색상이 어두운 색상으로 바뀌었으며, 반사율을 측정한 결과 550nm 파장대에서 5.6%로 측정되었다.
실시 예2
CuO의 함유율이 W, Cu, La, O 원자의 함유율 합계 대비 1원자%이고, La2O3의 함유율이, W, Cu, La, O 원자의 함유율 합계 대비 5원자%가 되도록 WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻고, 이를 소결하여 소결체를 제작하였다. 제작된 소결체의 면저항은
Figure 112020111517350-pat00003
로 측정되었다.
본 소결체로 제작된 타겟을 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 장착하여, 구리금속이 증착된 유리 기판에 반사방지막을 증착시켰다. 이때, 스퍼터링은 아르곤 가스를 사용하였으며 상온에서 진행하였다. 그 결과, 안정적 DC 스퍼터 방전이 이루어졌으며, 약
Figure 112020111517350-pat00004
두께를 가지는 반사방지막을 얻을 수 있었다.
반사방지막이 성막되자 기존 노란빛을 띄던 구리가 증착된 박막의 색상이 어두운 색상으로 바뀌었으며, 반사율을 측정한 결과 550nm 파장대에서 5.8%로 측정되었다.
실시 예3
CaCO3의 함유율이 Cu, Ca, In, C, O 원자의 함유율 합계 대비 18원자%이고, In2O3의 함유율이 Cu, Ca, In, C, O 원자의 함유율 합계 대비 25원자%가 되도록 CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻고, 이를 소결하여 소결체를 제작하고, CaCO3 원자의 함유율이 Cu, Ca, In, C, O 원자의 함유율 합계 대비 18원자%이고, In2O3의 함유율이 Cu, Ca, In, C, O 원자의 함유율 합계 대비 50원자%가 되도록 CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻고, 이를 소결하여 소결체를 제작하였다. 제작된 소결체의 면저항은
Figure 112020111517350-pat00005
수준으로 비슷하게 측정되었다.
본 소결체로 제작된 타겟을 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 장착하여, 구리금속이 증착된 유리 기판에 반사방지막을 증착시켰다. 이때, 스퍼터링은 아르곤 가스를 사용하였으며 상온에서 진행하였다. 그 결과, 안정적 DC 스퍼터 방전이 이루어졌으며, 약
Figure 112020111517350-pat00006
두께를 가지는 반사방지막을 얻을 수 있었다.
반사방지막이 성막되자 기존 노란빛을 띄던 구리가 증착된 박막의 색상이 어두운 색상으로 바뀌었으며, 반사율을 측정한 결과 550nm 파장대에서 In2O3의 함유량이 25원자%인 박막은 6.2%, In2O3의 함유량이 50원자%인 박막은 9.8%로 각각 측정되었다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. W, Cu, La 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법으로서,
    WO3 분말, CuO 분말 및 La2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과,
    상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함하고,
    상기 CuO의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자, O원자 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 25원자% 이하이고, 상기 La2O3의 함유율은 W 원자, Cu 원자, La 원자, O원자 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 10원자% 이하인 것을 특징으로 하는 산화물 스퍼터링 타겟 제조방법.
  2. Cu, Ca, In 및 O로 이루어지는 산화물 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 방법으로서,
    CuO 분말. CaCO3 분말 및 In2O3 분말을 혼합하여 분말 혼합물을 얻는 것과,
    상기 분말 혼합물을 소결하여 소결체를 얻는 것을 포함하고,
    상기 CaCO3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C 원자 및 O의 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 20원자% 이하고, In2O3 함유량은 Cu 원자, Ca 원자, In 원자, C 원자 및 O 원자의 함유율 합계 대비 0원자% 초과, 50원자% 이하인 것을 특징을 하는 산화물 스퍼터링 타겟 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항의 산화물 스퍼터링 타겟 제조방법에 의하여 제조된 산화물 스퍼터링 타겟을 이용하여 박막을 DC 마그네트론 스퍼터링에 의하여 형성하는, 박막 형성방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 박막은 반사방지막인, 박막 형성방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사방지막은 금속의 표면에 형성되고, 550nm 파장의 빛에 대한 반사율이 10% 이하인, 박막 형성방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반사방지막은, 터치패널 또는 액정표시소자의 금속 전극 상에 형성되는, 박막 형성방법.
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