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문제 정의
- 우수한 방전 조건을 확립하는 것이 우수한 특성의 박막을 얻는 것이므로, 본 연구에서는 평판형 직류 마네트론 스퍼터 시스템의 DC 글로우 방전 조건에 따른 PDP Cell-g- ITO 투명 전도막의 특성을 조사하였다.
- 이에 본 연구에서는 평판형 DC 마z;■네트론 스퍼터 시스템에서 DC 글로우 방전 특성을 상세히 규명하고, 이에 따른 ITO 박막의 비저항 및 광 투과율 등의 물성에 대한 재연성 확보와 특성 향상을 꾀하고자 한다.
제안 방법
- a-step을 사용하여 가스 압력 등의 조건에 따른 ITO 박막의 두께 및 증착률을 조사하였으며, X-ray diffractometer로 기판 온도와 가스 압력에 따른 시편의 결정성 및 결정 방향을 조사하기 위하여 20 °~80 °의 범위의 회절각(20)에서 X 선 회절분석을 하였다. ITO 박막의 미세 표면 상태는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope : AFM)으로 박막의 표면 거칠기 및 3차원 형상을 관찰하였다. 전기 비저항은 4-point probe법을 이용하여 측정하였으며, 광 투과도 및 광 흡수도 등과 같은 광 특성을 측정하기 위하여 UV spectrophotometers.
- , D/max 2100H, Japan), 4-point probe(CMT-STlOOO), UV spectrophotometertHitachi Co. U-3000, Japan) 등의 장비를 사용하여 각각의 특성을 측정하고 평가하였다. a-step을 사용하여 가스 압력 등의 조건에 따른 ITO 박막의 두께 및 증착률을 조사하였으며, X-ray diffractometer로 기판 온도와 가스 압력에 따른 시편의 결정성 및 결정 방향을 조사하기 위하여 20 °~80 °의 범위의 회절각(20)에서 X 선 회절분석을 하였다.
- U-3000, Japan) 등의 장비를 사용하여 각각의 특성을 측정하고 평가하였다. a-step을 사용하여 가스 압력 등의 조건에 따른 ITO 박막의 두께 및 증착률을 조사하였으며, X-ray diffractometer로 기판 온도와 가스 압력에 따른 시편의 결정성 및 결정 방향을 조사하기 위하여 20 °~80 °의 범위의 회절각(20)에서 X 선 회절분석을 하였다. ITO 박막의 미세 표면 상태는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope : AFM)으로 박막의 표면 거칠기 및 3차원 형상을 관찰하였다.
- 고림 7은 방전 전력 40 W, 기판온도를 300 ℃ 에서 스퍼터 가스 압력에 따른 비저항의 변화를 조사하였다. 그림으로부터 ITO 박막의 비저항 특성은 가스 압력이 감소할수록 비저항이 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
- 본 실험의 경우, 스퍼터를 위한 가장 효율적인 10-15 m torr 범위의 압력에서 증착률은 20~30 nm/min로 막의 특성을 고려한 전형적인 스퍼터 증착률을 보였다. 압력 변화에 따른 ITO 박막의 결성구조 변화를 조사하기 위해 X-ray Diffractometer (XRD)에 의한 해석을 하였다.
- 이상의 방전 특성에 대한 고찰 하에 PDP 투명전극용 ITO 박막을 직류 스퍼터 방식에 의해 제작하였다. 박막형성 시 방전 전력은 40 W로 고정하였으며, 증착 시간은 20분으로, 이때 얻어진 박막의 두께는 디스플레이용 투명전극에 적합한 수 백 nm를 유지 할 수 있었다.
- 99 %, 직경 3인치, 두께 1/4인치, 回03와 SnO?는 각각 90 mol% : 10 mol%로 제작되었다. 전극 간격은 글로우 방전 실험을 통하여 안정된 글로우 방전 플라즈마의 형성과 우수한 막 특성을 보인 5 cm로 고정하였다. 기판으로는 코닝 글래스 1737을 유기 세척법으로 세 척 하여 사용하였고, 전원 장치는 DC(2000 V, 1000 mA)를 사용하였으며, 전력 해석기(power analyzer)를 통하여 방전 전압과 전류를 측정하였다.
- 진공조는 SUS304로 직경 270 mm, 높이 450 mm의 직원 통의 형태이며, 방전중 진공조 내의 온도 상승을 억제하기 위하여 진공조를 수냉벽으로 하였다. 진공조는 로터리 펌프(Rotary Pump)와 유확산 펌프(Oil Diffusion Pump)를 사용하여 초기진공을 약 10h torr까지 배기한 후, Mass Flow Controller(MFC)로 아르곤 가스를 주입하여 원하는 압력을 조절하였다. 동작 가스로는 순도 99.
대상 데이터
- 전기 비저항은 4-point probe법을 이용하여 측정하였으며, 광 투과도 및 광 흡수도 등과 같은 광 특성을 측정하기 위하여 UV spectrophotometers. 가시광선 영역인 300 nm에서 800 nm의 파장 범위까지 측정하였다.
- 이는 그림 2의 파센곡선의 결과와 일치하는 것으로, 박막의 형성 과정에서 방전 전압 및 전류가 스퍼터율을 비롯하여 광 투과율, 비저항 등의 박막 의제 특성에 큰 영향을 미친다는 점을 감안 할 때, 성막시 에너지 효율 및 우수한 박막 특성을 얻기 위한 전류 밀도의 제어라는 관점 하에서 대단히 중요한 결과로 생각된다. 본 실험의 경우 전류 밀도의 제어가 용이하고 안정적인 증착률을 얻기 위한 방전 전압의 구간은 240~250 V이며, 이때 방전 전력은 약 40 W였다.
- 999 % 의 아르곤 가스를 사용하였으며, 동작압력은 5~50 mtorr의 범위였다. 전극의 구조는 평판형 마그네트론 방식 이였고, 글로우 방전 및 박막 제작 실험을 위해 사용된 ITO 타겟(NIKKO MATERIALS사) 은순도 99.99 %, 직경 3인치, 두께 1/4인치, 回03와 SnO?는 각각 90 mol% : 10 mol%로 제작되었다. 전극 간격은 글로우 방전 실험을 통하여 안정된 글로우 방전 플라즈마의 형성과 우수한 막 특성을 보인 5 cm로 고정하였다.
- 있다. 진공조는 SUS304로 직경 270 mm, 높이 450 mm의 직원 통의 형태이며, 방전중 진공조 내의 온도 상승을 억제하기 위하여 진공조를 수냉벽으로 하였다. 진공조는 로터리 펌프(Rotary Pump)와 유확산 펌프(Oil Diffusion Pump)를 사용하여 초기진공을 약 10h torr까지 배기한 후, Mass Flow Controller(MFC)로 아르곤 가스를 주입하여 원하는 압력을 조절하였다.
이론/모형
- 전극 간격은 글로우 방전 실험을 통하여 안정된 글로우 방전 플라즈마의 형성과 우수한 막 특성을 보인 5 cm로 고정하였다. 기판으로는 코닝 글래스 1737을 유기 세척법으로 세 척 하여 사용하였고, 전원 장치는 DC(2000 V, 1000 mA)를 사용하였으며, 전력 해석기(power analyzer)를 통하여 방전 전압과 전류를 측정하였다.
- ITO 박막의 미세 표면 상태는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope : AFM)으로 박막의 표면 거칠기 및 3차원 형상을 관찰하였다. 전기 비저항은 4-point probe법을 이용하여 측정하였으며, 광 투과도 및 광 흡수도 등과 같은 광 특성을 측정하기 위하여 UV spectrophotometers. 가시광선 영역인 300 nm에서 800 nm의 파장 범위까지 측정하였다.
성능/효과
- 36X10 1 Q-cm였다. 5 m torr에서 증착된 박막의 비저항 값보다는 다소 높으나 박막 두께 특성 및 XRD 분석 결과 등을 고려하여 10 mtorr가 최적조건으로 생각되며, 이는 파센 곡선의 최소 방전 압력에 해당하는 압력 범위와 일치하였다.
- 나타내었다. 5 mtorr에서 15 mtorr까지는 압력이 상승할수록 표면 거칠기 값은 15.93 nm에서 17.21 nm로 증가하였고, 15 mtorr에서 50 m torr까지는 17.21 nm에서 1.028 nm로 감소하였다. 측정 결과 표면 거칠기 값은 10 mtorr와 15 mtorrr에서각각 16.
- 그림으로부터 ITO 박막의 비저항 특성은 가스 압력이 감소할수록 비저항이 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 스퍼터된 입자들의 에너지 값이 증가하여 증착된 박막의 결정성 등이 개선되어진 결과로 생각된다.
- 또한, X-ray 회절 패턴에서 살펴보면, ITO 박막의 주성 장면인 (400)면을 비롯하여 (222), (331), (622) 면의회절피크가 관찰되며, 스퍼터 가스 압력이 감소할수록 (400)배향이 강하게 주배향면으로 성장하고 다른 면들은 성장이 억제됨을 알 수 있다. 기판온도 300 ℃, 10~15 mtorr의 압력 조건하에서 가시광 영역에서 최대 투과율과 낮은 전기 비저항은 막두께 630 nm에서 각각 89.
- 스퍼터 가스 압력과 ITO 박막 두께의 관계는 압력이 증가할수록 두께가 감소하는 것을 알 수 있는데, 이는 압력이 증가하면 방출된 스퍼터 원자가 반응기 내의 기체 분자에 산란되어 기판에 도달하게 되는 원자 수가 감소하여 막 성장이 감소하였기때문이다国1. 또한, 두께 특성의 고찰 결고h 박막의 성장이 활발한 압력의 범위는 5~15 mtorr로 파센곡선 및 방전 특성에서 가장 효율적인 방전이 발생하는 압력 범위와 거의 일치함을 알 수 있었다. 한편, ITO 박막 증착시 증착률은 박막의 특성에 큰 영향을 미친다.
- 그림 3(a)로부터 주어진 조건 하의 방전 전류는 압력에 관계없이 약 20 mA~260 mA의 범위였으며, 방전 전압 상승에 대한 방전 전유의 증가 경향은 압력에 관계없이 유사함을 알 수 있다. 또한、방전 전압이 비교적 낮은 범위에서 증가하면 방전 전류는 완만히 증가하나, 방전 전압이 240 - 250 V이상이 되면 전압의 미소증가에 대하여 방전 전류는 급격히 증가하는 경향을 나타내었다. 이 현상은 본 실험의 가스 압력 범위에서는 방전 특성이 주로 충돌 전리 현상에 기인하기 때문으로 사료된다.
- 이런 이유로 ITO 박막의 증착시 낮은 증착률로 증착 하였을 경우에는 가 산소와 충분히 결합하여 캐리어로 작용하는 산소공공의 수가 감소하여 전 기전도 특성 이나 빠지게 되며, 반대로 높은 증착률로 증착 하였을 경우에는 기판에 손상을 주어 결정성장이 잘 이루어 지지 않아 전기전도도가 나빠지고 박막의 표면이 거칠어 놩 투과율도 떨어진다[9]. 본 실험의 경우, 스퍼터를 위한 가장 효율적인 10-15 m torr 범위의 압력에서 증착률은 20~30 nm/min로 막의 특성을 고려한 전형적인 스퍼터 증착률을 보였다. 압력 변화에 따른 ITO 박막의 결성구조 변화를 조사하기 위해 X-ray Diffractometer (XRD)에 의한 해석을 하였다.
- 본 연구에서 사용한 5—50 mtorr의 압력 범위에서의 방전 개시 전압은 압력과 전극간 거리의 곱의 함수로 주어지는 전형적인 파센 법칙이 성립함을 알 수 있다. 파센 곡선에서 최소 방전 개시 전압에서의 (P .
- 이상으로부터 최적화 된 방전 조건인 10 mtorr, 300 (:의 공정에서 가장 높은 투과도와 낮은 비저항 값을 구할 수 있었다. 이는 파센곡선 및 방전 특성에서 가장 효율적인 방전이 발생하는 압력 범위와 거의 일치함을 알 수 있다.
- 028 nm로 감소하였다. 측정 결과 표면 거칠기 값은 10 mtorr와 15 mtorrr에서각각 16.74 nm, 17.21 nm로 높게 나타나는데, 이는 XRD 데이터에서 보여준 주배양면으로 강하게 성장하는 300 ℃, 10~15 mtorr와 일치하는 것으로 결정화가 크게 진행되어진 결과로 해석된다.
후속연구
- 즉, 플라즈마 프로세서에 의한 스퍼터링 방법에 있어, 박막의 밀착력을 비롯한 전기 , 광학적 특성은 성막시 형성된 방전 플라즈마의 특성에 크게 좌우되므로, 이러한 박막 특성의 제어를 위해서는 안정된 방전 플라즈마의 발생 및 상세한 특성 연구 하에 박막의 효율적 제조 조건을 확립해야 한다. 이러한 관점 하에서 박막의 기능에 따른 여러 스퍼터 시스템의 유효성 및 각종 스퍼터 장치에서의 글로우 방전 특성 연구가 활발히 추진되어 왔으나, 박막 특성의 재현성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 방전 조건하에서의 플라즈마 특성과 박막의 물성의 상관 관계에 대한 광범위한 연구 결과의 축적 이 필요하다. 그러나 투명 전도막으로써의 ITO 박막과 방전 플라즈마의 상관 관계에 관한 연구는 매우 미미한 실정이다.
- 즉, 플라즈마 프로세서에 의한 스퍼터링 방법에 있어, 박막의 밀착력을 비롯한 전기 , 광학적 특성은 성막시 형성된 방전 플라즈마의 특성에 크게 좌우되므로, 이러한 박막 특성의 제어를 위해서는 안정된 방전 플라즈마의 발생 및 상세한 특성 연구 하에 박막의 효율적 제조 조건을 확립해야 한다. 이러한 관점 하에서 박막의 기능에 따른 여러 스퍼터 시스템의 유효성 및 각종 스퍼터 장치에서의 글로우 방전 특성 연구가 활발히 추진되어 왔으나, 박막 특성의 재현성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 방전 조건하에서의 플라즈마 특성과 박막의 물성의 상관 관계에 대한 광범위한 연구 결과의 축적 이 필요하다.
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