KR20180036950A - 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치 - Google Patents

스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치 Download PDF

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김광제
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한국화학연구원
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Abstract

본 발명은 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 전극면에 접합되는 불소계고분자 복합 타겟에 전도성을 부여함으로써 전극과의 접착력을 획기적으로 개선하였으며, 탭 가공을 통해 강한 에너지에 의해 발생되는 타겟의 변형을 최소화하여 보다 안정적으로 플라즈마 형성이 가능하고, 단시간 내에 대면적 박막의 제조가 가능한 롤투롤 공정의 구현을 가능케 한다.

Description

스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치{Adhesion method of fluoropolymer composite target for deposition and devices formed therefrom}
본 발명은 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 전극면에 접합되는 불소계고분자 복합 타겟에 전도성을 부여함으로써, 전극과의 접착력을 개선하여 안정적으로 플라즈마 형성이 가능한 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치에 관한 것이다.
최근, 디스플레이 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치 및 유기 발광 디스플레이 장치 등의 평판 디스플레이 장치가 상용화되고 있으며, 스마트폰, 디지털 TV, 테블릿 PC, 노트북, PMP, 네비게이션 등 다양한 디지털 기기가 출시되면서 평판 디스플레이 패널이나 터치 스크린의 수요가 증가하고 있다.
상기 평판 디스플레이 패널로는 LCD, PDP, OLED 등을 들 수 있다. 이들은 경량, 박형, 저전력구동, 풀-컬러 및 고해상도 구현 등의 특징으로 인해 각종 디지털 기기의 디스플레이 장치로 널리 사용되고 있다. 상기 터치 스크린은 각종 평판 표시 장치의 표시 면에 설치되어 사용자가 표시 장치를 보면서 원하는 정보를 선택하도록 하는데 이용되는 입력장치로 그 수요가 증가하고 있다.
이러한 평판 디스플레이 패널이나 터치 스크린은 전면이 외부로 노출되어 있어서 수분이나 수분을 함유한 오염물에 의해 오염되기 쉬우며, 오염물이 묻은 상태로 장시간 방치되어 고착되면 오염물을 닦아내기가 쉽지 않다는 문제점을 가진다. 더욱이, 디스플레이 패널이나 터치 스크린은 수분이 묻으면 제품의 기능에 악영향을 줄 수 있으므로 수분으로부터 보호될 필요가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 이들 디스플레이 장치 표면에 불소를 함유하는 박막을 형성하여 소수성화 시키는 방법을 도입하였다. 특히, 최근에는 탄소와 불소로 구성되어 기계적 강도와 열적/화학적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 우수한 절연성을 가지는 탄화불소 박막이 방오 및 발수 코팅 재질로 각광을 받고 있다. 이와 같은 탄화불소 박막은 증착방법, 증착조건 및 기판의 표면 상태에 따라 그 특성이 크게 달라지는 것으로 알려져 있다. 특히, 탄화불소계 고분자는 낮은 표면에너지로 인하여 기재와의 접합 특성이 좋지 못하기 때문에 부착되는 기재에 대한 다양한 표면처리(일예, 표면의 산화 또는 에칭)가 필요하다는 단점을 가진다. 또한, 이러한 표면처리를 하여 젖음성을 확보한 후 기재와 접착시킴에도 불구하고, 접착성 및/또는 밀착성이 충분하지 않아 스퍼터링시 타겟 재료의 변형에 의한 타겟 재료의 분리가 발생하여 장시간 안정적으로 스퍼터링할 수 없다. 게다가 종래에는 탄화불소계 고분자의 절연특성으로 증착율이 아주 낮거나 플라즈마 자체가 생성되지 않는 문제점으로, RF (Radio Frequency)와 같은 고 에너지의 전원 방식을 사용할 수 밖에 없었다.
이에 본 출원인은 불소계고분자 증착 공정시, 안정적으로 스퍼터링이 가능하도록 타겟 재료(일예, 불소계고분자 포함)와 기재 사이의 접착성 및/또는 밀착성을 향상시켜, 타겟의 손상 및 분리 현상을 효과적으로 억제함과 동시에 종래 RF 전원보다 낮은 인가 전압으로도 높은 증착율의 구현이 가능하도록 하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치를 제공하고자 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 대표적인 절연체로서 전기에너지를 쉽게 인가할 수 없는 단점을 가지는 탄화불소 박막 증착 공정인 고에너지가 필요한 탄화불소 박막을 형성하는 스퍼터링 공정에서, 고주파수인 라디오주파수 (Radio Frequency, RF)를 사용함에 따른 불소계고분자의 열화현상으로 인한 불소계고분자 타겟의 손상, 불소계고분자와 전압을 인가하는 금속 전극 사이에서 아크 등의 발생으로, 인가 전압에 비해 낮은 효율의 플라즈마 발생으로 증착율 또한 낮은 문제가 발생하고 있는 점을 개선하기 위한 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 스퍼터링 챔버 내 전극 상에 놓이는 불소계고분자 복합 타겟에 대한 접착력을 현저하게 향상시켜, 안정적인 스퍼터링 공정이 가능하여 불소계고분자의 절연파괴 방지 및 피착체에 대한 높은 증착율로의 증착이 가능하다.
또한 본 발명은 전술한 RF 스퍼터링 공정에서의 문제점뿐만 아니라 이보다 낮은 에너지를 가지는 전원 방식인 MF 및/또는 DC 전원방식에서 조차도 안정적으로 스퍼터링 가능한 새로운 불소계고분자 복합 타겟을 간단한 형태 가공으로 기재에 대한 높은 접착력으로 부착하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 초발수성 및 고절연성의 탄화불소 박막을 낮은 에너지에서도 스퍼터링 공정이 가능한 새로운 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타켓 고정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법은 불소계고분자 복합 타겟에 도전성을 부여함으로써, 스퍼터링용 챔버의 전극과 접합이 원활하게 되어, 고에너지를 인가하여 플라즈마를 발생시킴에 의해서도 변형이 되지 않을 뿐 아니라, MF 또는 DC 전원방식에서도 피착체에 높은 증착률로 증착이 가능하도록 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법은 지지부재(전극)의 상부에 도전성의 기능화제(performing dopant)를 포함하는 불소계고분자 복합 타겟부재를 부착하는 단계; 및 상기 불소계고분자 복합 타겟부재의 양측 끝단에 고정핀을 이용하여 끼움 고정하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 기능화제는 도전성을 가지는 물질이라면 한정되지 않으며, 전도성입자, 전도성 고분자 및/또는 금속성분(metal) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 불소계고분자 복합 타겟은 MF 또는 DC 스퍼터링을 위한 스퍼터링 챔버 내부의 지지부재에 대한 불소계고분자 복합 타겟의 표면 접착력을 현저하게 향상시킴으로써, 에너지 인가에 의해 플라즈마가 발생하여 증착하는 과정에서 지지부재와 불소계고분자 복합 타겟의 접착면이 탈리되어 불소계고분자 복합 타겟의 변형이 일어나지 않도록 단단히 고정하는 역할을 하므로, 증착되는 불소계고분자 성분이 피착체에 고르고 균일하게 증착될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 불소계고분자 복합 타겟은 타겟 내 도전성을 부여함으로써, 지지부재에 대한 접착력 및/또는 밀착력을 현저하게 향상시킴과 동시에 RF 뿐 아니라 이보다 낮은 전압인 MF 및 DC에서도 불소계고분자 성분을 안정적으로 피착체에 스퍼터링 증착을 가능케 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법에 있어서, 상기 불소계고분자 복합 타겟은 전도성입자, 전도성 고분자 및 금속성분 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 도전성의 기능화제를 포함하되, 금속유기물, 금속산화물, 금속탄소체, 금속수산화물, 금속카보네이트, 금속바이카보네이트, 금속질화물 및 금속불화물 등에서 선택되는 하나 이상의 금속화합물(metallic compound)을 더 포함하여, 이로부터 제조되는 성형체에 다양한 기능성을 부여할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법에 있어서, 상기 불소계고분자 복합 타겟은 먼저 상기 지지부재의 상부에 용융 접합되는 인듐 및 접착용 엘라스토머 등에서 선택되는 하나 이상의 접합용제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 접합용제는 당업계에 사용되는 물질이라면 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명은 불소계고분자 복합 타겟이 고정되는 지지부재; 및 상기 지지부재의 상부에 위치하고, 도전성의 기능화제의 함량 구배를 가지는 불소계고분자 복합 타겟부재;를 포함하고, 나사 결합을 통해 지지부재에 상기 불소계고분자 복합 타겟부재가 체결 고정되는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 상기 불소계고분자 복합 타겟부재 길이방향의 양측 끝단에 위치하는 고정부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 고정부재는 형태에 제한되는 것은 아니나 상기 불소계고분자 복합 타겟부재의 양측 끝단에 “
Figure pat00001
” 형태로 형성되어, 지지부재에 대한 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있어 바람직하며, 이의 고정부재를 일정 압력으로 눌러주기 위한 쉴드부재를 더 구비하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치의 고정부재는 상기 불소계고분자 복합 타겟부재 길이방향의 양측 끝단에 일정 간격으로 복수개의 삽입홀을 포함하고, 상기 삽입홀을 관통하여 나사 결합을 통해 지지부재에 체결 고정되는 것 일 수 있다. 또한 상기 고정부재가 도전성을 가지는 경우, 고정부재의 상부 또는 가장자리부에 절연부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 MF 또는 DC 스퍼터링을 위한 롤투롤 장치의 스퍼터링 챔버, 상기 챔버 내부에 형성되는 제 1전극 인가부, 상기 제 1전극 인가부 상부에 위치하는 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치, 제 2전극 인가부 및 상기 제 1전극 인가부와 제 2전극 인가부 사이에 위치하는 피착체를 포함하는 스퍼터링 증착 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 지지부재와 불소계고분자 복합 타겟부재 사이의 표면 접촉각을 낮추어 젖음성을 향상시킴으로써, 우수한 접착력을 구현할 수 있으며, 강한 에너지에 의해 발생되는 휨 발생을 억제하여 불소계고분자와의 접합 결함 발생을 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 지지부재에 안정적으로 부착된 상기 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟부재는 도전성이 부여되어, RF보다 낮은 전압인 MF 및 DC에서도 스퍼터링이 가능하며, 높은 증착율과 절연파괴를 방지할 수 있음과 동시에 단시간 내에 대면적 탄화불소 박막의 제조가 가능한 롤투롤 공정의 구현을 가능케 한다.
따라서 본 발명에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치를 이용한다면, 기존의 롤투롤 장비에서 별도의 개조 비용 없이 바로 적용이 가능하여 상업성 또한 우수하고, 공정의 단순화 및 제조 원가 절감이 가능한 장점을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치의 접합 모식도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따르면, 불소계고분자 복합 타겟의 형태 가공 및/또는 탭 가공을 통하여 타겟 재료의 재질 및/또는 형태에 상관없이 높은 접착력 및/또는 밀착력으로 지지부재에 부착할 수 있다. 이는 기존의 용융 접합용 납이나 인듐 등을 이용한 부착이나 엘라스토머를 이용한 부착시, 지지부재에 대한 불량한 접착력 및/또는 밀착력의 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다.
본 발명에서의 “형태 가공”은 불소계고분자 복합 타겟의 재료 및/또는 함량 등을 다양하게 변형하는 가공을 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 형태 가공은 도전성의 기능화제의 종류 및 이들의 함량 및 구배 형태 등을 변형하는 가공을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명에서의 “탭 가공”은 나사를 내는 가공을 의미하는 것으로, 피어싱(piercing) 또는 펀칭(punching) 가공 후 나사 결합을 통해 체결 고정되는 것 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서의 “지지부재”는 본 명세서에서의 용어 전극, 금속 전극, 제 1전극 인가부, 백킹플레이트 등과 동일한 의미로 해석될 수 있다.
일반적으로 박막 증착용 타겟은 전압을 인가하는 금속 전극에 고정하여 사용하게 된다. 상기 고정의 방법으로 종래에는 납땜, 브레이징, 확산 접착, 기계적인 채결 또는 에폭시 접착 등의 방법을 사용하였으나, 타겟과 금속 전극 사이의 열팽창율의 차이로 인해 접착 계면의 가장자리 엣지에서 전단 결함을 보이거나 접착부가 분리되는 문제점을 가질 수 있다. 이러한 문제점이 발생됨에 따라 금속 전극과 타겟 사이에서 아크 등이 발생되어, 인가되는 전압에 비해 낮은 효율의 플라즈마를 발생시킴으로써, 낮은 증착 효율을 나타낸다.
더구나 불소계고분자 타겟의 경우, 소수성의 특성 및 절연 특성을 가짐에 따라 금속 전극과 타겟의 표면 접촉각이 높아 이들을 고정화하기 위해서는 다양한 화학적 처리가 수반되어야만 한다. 이와 같은 특성으로 인해, 상기 불소계고분자 타겟을 스퍼터링하기 위해서는 RF(radio-frequency)의 고주파 에너지가 인가되어야 한다. 이에 따라, 불소계고분자 타겟은 그자체로서 변형되거나 전극면과의 접합부위에 필연적으로 변형이 발생하거나 접합부위의 결함이 발생될 수 밖에 없었으며, 피착체의 표면에 균일하게 증착되지 않기도 하거니와 증착효율이 매우 열악할 수 밖에 없었다.
이에, 본 출원인은 스퍼터링용 불소계고분자 타겟에 대한 연구를 심화한 결과, 불소계고분자 타겟 내에 전도성입자, 전도성 고분자 및 금속성분 등에서 선택되는 하나 이상의 도전성 기능화제를 함유시킴으로써, 전극에 대한 높은 접착력을 부여하여 RF를 이용한 종래의 증착시에도 변형이 발생하지 않고 피착체에 균일하게 증착이 가능하며, MF나 DC와 같은 보다 산업적으로 유용한 전원방식에서도 우수한 증착효율의 구현이 가능함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
또한 본 발명에 따르면 불소계고분자 복합 타겟의 가장자리를 효과적으로 잡아주어 열에 취약한 불소계고분자 복합 타겟의 열변형을 억제 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법은 지지부재의 상부에 도전성의 기능화제를 포함하는 불소계고분자 복합 타겟부재을 부착하는 단계; 및 상기 불소계고분자 복합 타겟부재의 양측 끝단에 고정핀을 이용하여 끼움 고정하는 단계;를 포함하는 것 일 수 있다. 이때, 상기 불소계고분자 복합 타겟부재는 양측 끝단에 일정 간격으로 복수개의 삽입홀을 이용하여 나사 결합을 통해 지지부재에 끼움 고정될 수 있으며, 추가적으로 동일 간격으로 복수개의 삽입홀을 가지는 지지부재를 더 포함하여 나사 결합을 통해 지지부재에 끼움 고정될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법에 의해 고정된 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟은 열 변형이 억제됨과 동시에 추가적인 전처리 없이도 특정위치에 우수한 접착력 및/또는 밀착력으로 고정되어, 높은 정밀도로 스퍼터링을 가능케 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 불소계고분자 복합 타겟의 형태 가공은 일측 표면으로부터 타측 표면으로 상기 기능화제의 함량을 증가 또는 감소시켜 연속적으로 기능화제의 함량 구배를 주는 형태 일 수 있다. 또한 상기 구배는 면과 면사이의 두께 방향으로 상기 기능화제의 함량을 연속적으로 달리하는 형태 일 수 있으며, 2 이상의 단계로 함량을 변화시켜 구배를 주는 형태일 수도 있는데 이는 다양한 목적이나 기능에 따라 적절하게 변형 및 조절 가능함은 물론이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 불소계고분자는 불소를 함유한 수지류 라면 한정되는 것은 아니나 바람직하게는 불소를 함유하는 올레핀을 중합시킨 합성수지인 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoroethylene), 폴리비닐리덴디플루오라이드(PVDF, polyvinylidenedifluoride), 플로린화 에틸렌 프로필렌 공중합체 (FEP, fluorinated ethylene propylene copolymer), 폴리 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 (ETFE, poly ethylene-co-tetra fluoro ethylene), 폴리 에틸렌-클로로 트리플루오로 에틸렌 (ECTFE, poly ethylene-co-chloro trifluoro ethylene), 폴리 테트라 플루오로 에틸렌-플로오로 알킬 비닐 에테르 (PFA, poly tetra fluoro ethylene-co-fluoro alkyl vinyl ether) 등에서 선택되는 하나 이상의 불소계고분자; 비닐플루오라이드 단일중합체 고무, 비닐플루오라이드 공중합체 고무, 비닐리덴플루오라이드 단일중합체 고무 및 비닐리덴플루오라이드 공중합체 고무 등에서 선택되는 하나 이상의 불소고무; 로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)일 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 불소계고분자 복합 타겟은 전극 방향으로 고함량의 전도성입자, 전도성 고분자 및/또는 금속성분 등에서 선택되는 하나 이상의 도전성 기능화제를 순차적으로 또는 단계적으로 적층되는 형태로 구배를 가질 수 있음은 앞에서도 살펴보았다. 이때, 상기 불소계고분자 복합 타겟은 상술한 도전성 기능화제를 포함하되 금속유기물, 금속산화물, 금속탄소체, 금속수산화물, 금속카보네이트, 금속바이카보네이트, 금속질화물 및 금속불화물 등에서 선택되는 하나 이상의 금속화합물 등을 더 포함하여, 이를 이용하여 형성된 성형체에 다양한 기능성을 부여할 수도 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 전도성입자는 전도성을 가지는 물질이라면 한정되는 것은 아니며, 이의 비한정적인 일예로는 카본나노튜브(Carbon nano tube), 카본나노섬유 (carbon nano fiber), 카본블랙(Carbon black), 그래핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 탄소섬유(Carbon fiber) 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 기타 유기 전도성입자도 포함할 수 있다. 이때, 상기 전도성입자의 일예인 탄소계 전도성입자를 사용할 경우 탄화 불소 성분을 유지하면서 전도성을 부여할 수 있어 바람직하다. 또한 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리플루렌(polyfluorene), 폴리피렌(polypyrene), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리페닐렌비닐렌(poly phenylene vinylene), 폴리카르바졸(polycarbazole), 폴리인돌(polyindole), 폴리아제핀(polyazephine), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌비닐렌(polyethylene vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide),폴리퓨란(polyfuran), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene) 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 금속성분은 제한하지 않지만 예를 들면 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 크롬(Cr), 탄탈(Ta) 등 일 수 있으며, 이들 중 둘 이상의 혼합 금속일 수 있으며, 금속 전극과의 우수한 결착력을 가지는 측면에서 바람직하게는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni) 또는 이들의 혼합물, 보다 바람직하게는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 혼합물이 좋으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 불소계고분자 복합 타겟은 불소계고분자 100 중량부 기준으로, 상기 기능화제를 0.01 내지 2000 중량부로 함유할 수 있으며, 우수한 접착력을 가지기 위한 측면에서 바람직하게는 0.5 내지 1500 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 1000 중량부로 함유되는 것이 좋다.
또한 본 발명에서 구배를 가지는 불소계고분자 복합 타겟일 경우, 기능화제의 함량이 많은 부분이 지지부재와 접합하고 그 반대면이 증착되어 피착체와 결합하게 된다. 또한 단계적 구배를 주는 경우, 예를 들어 불소계고분자 복합 타겟 두께방향으로 2단계 구배를 주는 경우, 지지부재와 접하는 부분의 두께는 복합 타겟 전체 두께를 기준으로 1 내지 80 %의 두께일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 20 %의 두께를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 피착체는 불소계고분자 복합 타겟에 의해 불소계고분자가 증착되는 기재를 의미한다.
물론 2단계 구배에서 전극면과 반대면의 증착되는 부분인 제 2층은 기능화제를 포함하지 않는 불소계고분자만을 가질 수도 있다. 또한 상기 제 1층과 제 2층은 동일한 성분 및 동일한 함량의 기능화제를 또한 가질 수도 있으며, 통상적으로는 전극면과 접촉하는 제 1층에 기능화제를 더 포함하는 것이 좋지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 불소계고분자 복합 타겟은 불소계고분자에 전도성입자, 전도성 고분자 및/또는 금속성분 등의 도전성 기능화제를 포함함으로써, 전압을 인가하는 전극과의 표면 접촉각을 낮추어 높은 표면 에너지를 가질 수 있어서 고에너지를 인가하는 경우에라도 불소계고분자 복합 타겟이 변형이 일어나지 않는 놀라운 효과를 가진다. 또한 MF나 DC등의 전원방식에서도 상기 기능화제의 역할에 의해서 쉽게 증착이 되고 또한 증착효율에서도 놀라운 증대를 가져온다.
본 발명의 일 양태에 따른 불소계고분자 복합 타겟은 절연 특성을 가지는 불소계고분자에 기능화제를 함유함으로써, 불소계고분자 복합 타겟에 도전성을 부여함으로써 놀랍게도 MF 및 DC 전원방식에서도 스퍼터링이 가능할 수 있을 뿐 아니라 플라즈마 형성 효율을 증가시켜 높은 증착율을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른, 상기 금속화합물은 금속유기물, 금속산화물, 금속탄소체, 금속수산화물, 금속카보네이트, 금속바이카보네이트, 금속질화물 및 금속불화물 등에서 선택되는 하나 이상 일 수 있으며, 이의 구체적인 일예로는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐-주석산화물(ITO), 인듐-갈륨-아연 산화물 (IGZO), 아연산화물(ZnO), 산화인듐(In2O3), 주석산화물(SnO2), 산화티타늄(TiO2), 안티몬-주석산화물(Antimony Tin Oxide, ATO), 안티몬-아연산화물(Antimony Zinc Oxide, AZO), 스트론튬-티타늄산화물(SrTiO3), 세륨산화물(CeO2), 마그네슘산화물(MgO), 니켈산화물(NiO), 산화칼슘(CaO), 지르코늄산화물(ZrO2), 이트륨산화물(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 규소질화물(Si3N4), 불화마그네슘(MgF2), 불화구리(CuF2) 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 전극에 대한 보다 우수한 접착력을 가지기 위한 측면에서 상기 금속화합물은 규소질화물(Si3N4), 불화마그네슘(MgF2) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이를 이용하여 제조되는 박막의 경도를 높이기 위한 측면에서 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 규소질화물(Si3N4) 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법은 도전성을 가지는 기능화제의 종류 및/또는 이들의 함량을 조절하는 형태 가공을 통하여 전극에 대한 접착력을 획기적으로 향상시킬 수 있었으며, 전극에 접합되는 접합부에 대한 기능화제의 함량이 높을수록 전극에 대한 접착력이 향상되어 본 발명에서 보다 우선된다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법의 형태 가공에 있어서, 기능화제의 함량 구배는 지지부재의 방향으로 기능화제의 함량이 높고, 그의 반대 방향으로는 기능화제의 함량이 감소되도록 지지부재 상부에 접착되는 형태이거나 또는 그 반대로 접착되는 형태일 수 있다. 또한, 2 단 이상의 불소계고분자 복합 타겟이 적층된 형태로 열성형되어 제조되거나 연속적인 함량의 구배를 가지는 형태로 열성형되어 제조되는 것일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 불소계고분자 복합 타겟은 전극면과 접촉하는 접촉면 부분은 기능화제를 포함하되 스퍼터링 되는 최외각 부분은 기능화제를 포함하지 않는 불소계고분자로 구성되는 것 또한 본 발명의 범주에 속한다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법의 접착력을 향상시키기 위한 형태 가공하는 단계 이전에, 상기 지지부재의 상부에 용융 접합되는 인듐 및 접착용 엘라스토머에서 선택되는 하나 이상의 접합용제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 접합용제는 지지부재와 불소계고분자 복합 타겟의 접촉면 상에 도포되거나 고정핀의 체결부에 도포될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 바와 같은 형태 가공을 통하여 접합력이 향상된 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟을 포함하는 스퍼터링 챔버용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치를 제공한다. 이는 열에 취약한 불소계고분자 타겟 재료의 열변형을 최소화하여 타겟과 백킹플레이트와의 분리 현상을 효과적으로 방지해주기 때문에, 장시간 스퍼터링을 수행하여도 타겟 재료의 변형을 방지할 뿐 아니라 고르고 균일하게 피착체에 타겟 재료가 증착될 수 있도록 돕는다. 또한, 연속공정이 가능한 롤투롤 공정의 적용으로 한 대의 장비에서 연속적으로 장시간 공정의 수행이 가능하여 탄화불소 박막의 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 불소계고분자 복합 타겟이 고정되는 지지부재; 및 상기 지지부재의 상부에 위치하고, 도전성의 기능화제의 함량구배를 가지는 불소계고분자 복합 타겟부재;를 포함하고, 나사 결합을 통해 지지부재에 상기 불소계고분자 복합 타겟부재가 체결 고정되는 것일 수 있다. 이러한, 상기 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 타겟 재료의 형태 가공과 탭 가공을 통하여 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟을 우수한 접착력으로 지지부재에 부착시킴으로써, 종래 불소계고분자 함유 타겟의 불량한 접착력 및/또는 밀착성의 문제를 해결하여 안정적인 스퍼터링 공정을 수행하도록 돕는다. 또한, 상기 불소계고분자 복합 타겟을 간단한 방법으로 용이하게 지지부재에 접착시킴으로써 접합 비용을 최소화하고, 기존의 롤투롤 장비를 개조하지 않고도 사용가능하여 장시간 안정적인 연속 공정을 가능하게 하여 생산성 향상을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치의 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟부재는 도전성을 가지는 기능화제를 포함함으로써, RF 뿐만 아니라 MF 및 DC전원에서도 스퍼터링이 가능하다. 이때, 상기 기능화제는 전도성입자, 전도성 고분자, 및/또는 금속성분 등에서 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 상기 불소계고분자 복합 타겟부재 길이방향의 양측 끝단에 위치하는 고정부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 고정부재의 형태는 제한되지 않으나 고정력을 높이기 위해, 상기 불소계고분자 복합 타겟부재의 양측 끝단에 “
Figure pat00002
” 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 상기 고정부재의 상부에 형성되는 쉴드부재를 더 포함하여 누름 고정되어 지지부재에 체결 고정될 수 있으며, 상기 불소계고분자 복합 타겟부재 길이방향의 양측 끝단에 일정 간격으로 복수개의 삽입홀을 포함하는 고정부재를 이용하여, 상기 삽입홀을 관통하여 나사 결합을 통해 지지부재에 체결 고정될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치의 고정부재는 전도성이나 비전도성을 가지는 재료, 즉 금속, 세라믹, 폴리머 등으로 제작될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치의 고정부재가 전도성을 가지는 재료일 경우, 추가적으로 상기 고정부재의 상부 또는 가장자리부에 위치하는 절연부재;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치는 고정부재 또는 절연부재의 상부에 위치하며, 상기 지지부재의 테두리부를 따라 형성되어, 상기 지지부재가 플라즈마에 노출되는 것을 방지하는 쉴드부재를 더 포함할 수 있다. 이와같은 쉴드부재는 지지부재가 플라즈마에 노출되어 스퍼터링되는 것을 방지하는 것으로 지지부재의 테두리부를 따라 형성되어 스퍼터링 챔버 내의 제 1전극 인가부에 고정되도록 형성될 수 있다. 이는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟과 접촉하지 않으면서 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 테투리부를 감싸는 형태일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 MF 또는 DC 스퍼터링을 위한 롤투롤 장치의 스퍼터링 챔버, 상기 챔버 내부에 형성되는 제 1전극 인가부, 상기 제 1전극 인가부 상부에 위치하는 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치, 제 2전극 인가부 및 상기 제 1전극 인가부와 제 2전극 인가부 사이에 위치하는 피착체를 포함하는 스퍼터링 증착 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 증착 시스템을 이용한다면, RF 전압뿐 아니라 MF 및 DC 전압으로도 증착이 가능하며, 플라즈마 형성 효율이 우수하여 안정적으로 피착체에 스퍼터링 증착이 가능하며, 박막 증착시 높은 증착율을 구현할 수 있으며, 기존 높은 에너지대의 전압을 인가함에 따른 절연파괴를 방지할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 기존의 롤투롤 장비를 개조하지 않고도 사용가능하여 경제적으로 대면적의 박막 증착이 가능하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 피착체은 실리콘, 금속, 세라믹, 수지, 종이, 유리, 수정, 섬유, 플라스틱, 유기 고분자 등에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에 따른 전극의 모양은 제한 받지 않으며, 불균일한 표면을 가지는 금속 전극에 적용할 경우에도 균일하고 매끄러운 박막을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 종래 불소계고분자 타겟은 불소계고분자의 절연 특성으로 인해, 고주파의 높은 에너지대의 전압을 인가함으로써 스퍼터링이 수행되어야만 하였고 따라서 변형되어 균일한 스퍼터링이 불가능하였으며, 전압을 인가하는 금속 전극과의 접착력이 약해 금속 전극 사이에서 아크 등의 문제점이 발생하여 낮은 박막 증착율을 가져 양산화에 적용하기 어려움이 있었다.
이에, 본 발명에 따르면 종래 높은 에너지대의 전압을 인가함에 따른 타겟의 결함을 개선하고, MF 또는 DC 전원방식에서도 동일한 박막을 안정적으로 제공할 수 있다. 또한, 매우 단시간 내에 대면적 탄화불소 박막의 제조가 가능한 롤투롤 공정으로의 적용이 가능하며, 기존 롤투롤 장비에서 별도의 개조 비용 없이 타겟의 교환으로 바로 적용이 가능하여 상업성 또한 우수하고, 공정의 단순화 및 제조 원가 절감이 가능한 장점을 가질 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
분말 PTFE (polytetrafluoroethylene, DuPont7AJ) 90 wt%, 탄소나노튜브 (평균입경 30nm) 10 wt%가 함유된 불소계고분자 복합 타겟(길이 950 mm, 폭 127 mm, 두께 6 mm)을 사각 판형으로 제작하였다. 이때, 도 1과 같이 타겟의 길이방향으로 계단식 다단 형태를 가지도록 타겟을 제작한 후 나사 겹합을 위한 삽입홀(201)을 형성하였다. 불소계고분자 복합 타겟을 Si 엘라스토머를 이용하여 지지부재(100, CuBacking plate, 길이 1000 mm, 폭 150 mm, 두께 10 mm)에 부착하고, 상기 삽입홀(201)을 통해 나사로 불소계고분자 복합 타겟과 지지부재(100)를 고정하였다. 이때, 상기 방법으로 지지부재에 부착된 불소계고분자 복합 타겟의 변형 및 부착상태를 확인하기 위하여, RF 200 W의 파워로 30 시간 또는 MF 2.5 W/㎠의 파워로 150 시간 동안 스퍼터링하여, 이를 평가한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1과 동일한 방법 및 형태로 제작된 불소계고분자 복합 타겟 (길이 950 mm, 폭 127 mm, 두께 6 mm)을 Si 엘라스토머를 이용하여 지지부재(100, CuBacking plate)에 부착하고, 이후 도 2와 같이 별도의 고정부재(400)를 도입하여 타겟을 고정할 수 있도록 하였고, 고정부재(400)를 눌러주기 위해 벌크 테프론 소재의 절연부재(500)를 이용하였다. 이후 쉴드부재(600)를 이용하여 위에서 절연부재 및 지지부재를 동시에 눌러 불소계고분자 복합 타겟을 물리적으로 고정할 수 있도록 하였다. 이때, 상기 방법으로 지지부재에 부착된 불소계고분자 복합 타겟의 변형 및 부착상태를 확인하기 위하여, RF 200 W의 파워로 30 시간 또는 MF 2.5 W/㎠의 파워로 150 시간 동안 스퍼터링하여, 이를 평가한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1과 동일한 방법 및 형태로 제작된 불소계고분자 복합 타겟(길이 950 mm, 폭 127 mm, 두께 6 mm)을 Si 엘라스토머를 이용하여 지지부재(100, CuBacking plate)에 부착하고, 이후 도 3와 같이 나사 결합을 통한 탭고정과 쉴드부재를 이용한 물리적 고정을 동시에 적용하여 타겟을 고정할 수 있도록 하였다. 타겟에 삽입홀(201)을 통해 나사로 고정하고, 이에 고정부재(400)를 상부에 위치시키고, 상기 고정부재(400)의 상부에 벌크 테프론 소재의 절연부재(500)를 위치시킨다. 상기 절연부재(500)의 상부에 쉴드부재(600)을 위치시켜, 이를 이용하여 위에서 절연부재(500) 및 지지부재(100)를 동시에 눌러 불소계고분자 복합 타겟을 물리적으로 고정함으로써, 불소계고분자 복합 타겟을 2중으로 고정할 수 있도록 하였다. 이때, 상기 방법으로 지지부재에 부착된 불소계고분자 복합 타겟의 변형 및 부착상태를 확인하기 위하여, RF 200 W의 파워로 30 시간 또는 MF 2.5 W/㎠의 파워로 150 시간 동안 스퍼터링하여, 이를 평가한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(비교예 1)
분말 PTFE (polytetrafluoroethylene, DuPont7AJ) 100 wt% 불소계고분자 타겟 (길이 950 mm, 폭 127 mm, 두께 6 mm)을 사각 판형으로 제작하였다. 불소계고분자 타겟을 Si 엘라스토머를 이용하여 지지부재(100, CuBacking plate)에 부착하고, 타겟과 지지부재를 고정하였으며 별도의 고정장치는 적용하지 않았다. 이때, 상기 방법으로 지지부재에 부착된 불소계고분자 복합 타겟의 변형 및 부착상태를 확인하기 위하여, RF 200 W의 파워로 30 시간 또는 MF 2.5 W/㎠의 파워로 150 시간 동안 스퍼터링하여, 이를 평가한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(비교예 2)
분말 PTFE (polytetrafluoroethylene, DuPont7AJ) 90 wt%, 탄소나노튜브 (평균입경 30nm) 10 wt%가 함유된 불소계고분자 복합 타겟 (길이 950 mm, 폭 127 mm, 두께 6 mm)을 사각 판형으로 제작하였다. 불소계고분자 복합 타겟을 Si 엘라스토머를 이용하여 지지부재(100, CuBacking plate)에 부착하고, 복합타겟과 지지부재를 고정하였으며 별도의 고정장치는 적용하지 않았다. 이때, 상기 방법으로 지지부재에 부착된 불소계고분자 복합 타겟의 변형 및 부착상태를 확인하기 위하여, RF 200 W의 파워로 30 시간 또는 MF 2.5 W/㎠의 파워로 150 시간 동안 스퍼터링하여, 이를 평가한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pat00003
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지지부재에 대한 우수한 접착력을 나타냄과 공시에 타겟의 분리 및 열변형을 최소화하여 보다 향상된 스퍼터링 효율의 구현이 가능하도록 돕는다. 또한 본 발명에 따르면, 고 에너지를 인가하는 스퍼터링 이후에도 타겟의 변형이 없어 우수한 탄화불소 박막을 제공할 수 있을 뿐 아니라 보다 낮은 에너지대의 MF 또는 DC 마그네트론 스퍼터링이 가능하여, 기존의 롤투롤 장비에서 별도의 개조 비용 없이 타겟의 교환만으로 바로 적용이 가능하여 상업성 또한 우수하고, 공정의 단순화 및 제조 원가 절감이 가능하여 상업상 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.
100 : 지지부재, 200 : 타겟부재, 201 : 삽입홀, 300 : 고정핀, 400 : 고정부재, 401 : 접합용제부, 500 : 절연부재, 600 : 쉴드부재, 700 : 제1전극 인가부

Claims (11)

  1. 지지부재의 상부에 도전성의 기능화제를 포함하는 불소계고분자 복합 타겟을 부착하는 단계; 및
    상기 불소계고분자 복합 타겟의 양측 끝단에 고정핀을 이용하여 끼움 고정하는 단계;를 포함하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능화제는 전도성입자, 전도성 고분자 및 금속성분에서 선택되는 하나 이상인 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부착하는 단계 이전에, 상기 지지부재의 상부에 용융 접합되는 인듐 및 접착용 엘라스토머에서 선택되는 하나 이상의 접합용제를 도포하는 단계를 더 포함하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법.
  4. 스퍼터링 챔버용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치로서,
    불소계고분자 복합 타겟이 고정되는 지지부재; 및
    상기 지지부재의 상부에 위치하고, 도전성의 기능화제의 함량구배를 가지는 불소계고분자 복합 타겟;을 포함하고, 나사 결합을 통해 지지부재에 상기 불소계고분자 복합 타겟이 체결 고정되는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불소계고분자 복합 타겟 길이방향의 양측 끝단에 위치하는 고정부재를 더 포함하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 불소계고분자 복합 타겟의 양측 끝단에 “
    Figure pat00004
    ” 형태로 형성되는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 불소계고분자 복합 타겟 길이방향의 양측 끝단에 일정 간격으로 복수개의 삽입홀을 포함하고, 상기 삽입홀을 관통하여 나사 결합을 통해 지지부재에 체결 고정되는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정부재의 상부 또는 가장자리부에 위치하는 절연부재;를 더 포함하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정부재 또는 절연부재의 상부에 위치하며, 상기 지지부재의 테두리부를 따라 형성되어, 상기 지지부재가 플라즈마에 노출되는 것을 방지하는 쉴드부재를 더 포함하는 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 불소계고분자 복합 타겟은 도전성의 기능화제를 포함하여 지지부재에 대한 접착력 향상을 위한 것인 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치.
  11. MF 또는 DC 스퍼터링을 위한 롤투롤 장치의 스퍼터링 챔버, 상기 챔버 내부에 형성되는 제 1전극 인가부, 상기 제 1전극 인가부 상부에 위치하는 상기 제4항의 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟 고정장치, 제 2전극 인가부 및 상기 제 1전극 인가부와 제 2전극 인가부 사이에 위치하는 피착체를 포함하는 스퍼터링 증착 시스템.
KR1020180038607A 2018-04-03 2018-04-03 스퍼터링용 불소계고분자 복합 타겟의 부착방법 및 이로부터 제조된 장치 KR20180036950A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102638070B1 (ko) * 2023-02-16 2024-02-20 한국화학연구원 반사방지 및 도핑효과가 있는 광학박막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광학박막

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