증착한 ITO 박막은 낮은 면저항 값을 갖을수록 전류가 잘 통하므로 투명전극으로 써의 효율이 높다. 면저항을 낮추기 위해서는 ITO 박막의 밀도를 향상시켜야 하며, 이 에 본 실험에서는 면저항을 낮출 수 있는 방법으로 증착 공정 후 열처리 공정을 수행 하는 방법과 증착 공정 후 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행하였다. 열처리는 ITO 박 막이 증착된 기판을 프로세스 모듈 챔버에 넣어 250℃에서 1 hr, 380℃에서 1 hr을 각 각 가열하여 열처리 과정을 수행하였다. 플라즈마 트리트먼트 공정은 플라즈마 트리트 먼트 모듈 챔버에 ITO 박막이 증착된 기판을 넣고 ITO 박막 증착 조건과 동일한 Ar
가스를 90 sccm 주입하여 플라즈마 발생하여 10 min 동안 수행하였다. 그림 3-14은 열
처리 공정과 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행한 후 ITO 박막의 전기적 특성을 측정 한 결과이다. 그림 3-14(a)와 같이 4 포인트에서 면저항을 측정하여 각 위치별 면저항 값을 확인하였다. ITO 박막만 증착한 Sample A는 25.08 ohm/sq, 25.45 ohm/sq, 25.64 ohm/sq, 25.03 ohm/sq 값을 갖았다. 250℃에서안 열처리한 Sample B는 20.53 ohm/sq, 20.72 ohm/sq, 20.79 ohm/sq, 20.48 ohm/sq의 면저항 값을 갖으며, 380℃에서 열처리한 Sample C는 13.91 ohm/sq, 14.02 ohm/sq, 14.11 ohm/sq, 13.86 ohm/sq의 면저항 값을 갖 았다. 플라즈마 트리트먼트 공정을 수행한 Sample D는 23.65 ohm/sq, 23.98 ohm/sq, 23.84 ohm/sq, 23.47 ohm/sq의 면저항 값을 보였다. 표 3-3은 각 측정 위치별 면저항 값 에 대한 평균값과 측정 위치의 평균 균일도 값을 보여 준다. 플라즈마 트리트먼트 공 정 후 면저항 값은 23.74 ohm/sq로 낮아졌지만, 균일도에서는 기존 9.1%에서 9.3%로 저하되었다. 열처리 공정 온도가 250℃ 일 때 면저항 값은 20.63 ohm/sq, 균일도는 8.3%로 향상되었고, 380℃일 때 면저항 값은 13.98 ohm/sq, 균일도는 6.4%로 크게 향상 되었다. 이를 통해 후공정 이후에 박막의 면저항 값이 낮아져 더 효율적인 박막을 형 성할 수 있었고, 380℃의 열처리 조건이 가장 효과적임을 확인하였다.
그림 3-14. 후처리 공정에 따른 ITO 박막의 면저항 측정 위치 및 면저항 측정 결과
그림 3-15. 측정 위치에 대한 면저항 변화 결과 그래프
Sample A Sample B Sample C Sample D Ave. Rs
(ohm/sq) 25.30 20.63 13.98 23.74
Uniformity
(%) 9.1 8.3 6.4 9.3
표 3-3. 후처리 공정된 ITO 박막의 균일도 평균값 및 면저항 평균값 비교표
그림 3-16. 후처리 공정된 ITO 박막의 균일도 평균값 및 면저항 평
균값 변화 그래프
증착된 ITO 박막이 투명전극으로 활용되기 위해서는 가시광 영역(380~780 nm)에서 85% 이상의 투과도를 가져야 한다 [33]. 박막이 어느 파장대에서 흡광도가 얼마나 되 는지 측정하기 위해 UV-Vis-Spectrometer를 이용하여 투과도를 측정하였다. 램프로부터 방사된 자외선과 가시광선을 박막이 증착된 기판에 조사하면 분자의 결합 전자가 들뜨 면서 흡수가 일어나게 되고 투과되어 나온 빛의 세기를 투과전의 빛의 세기로 나누면 박막의 투과도를 구할 수 있다. 그림 3-17은 제작한 박막의 광투과도를 측정한 결과이
다. 파장 550 nm를 기준으로 후공정된 박막들은 90% 이상의 광투과도를 보였으며,
380℃ 열처리 후 박막이 97.1%로 광투과도가 가장 우수하다는 것을 확인하였다.
그림 3-17. 후처리 공정된 ITO 박막의 광투과율 변화 그래프
증착된 ITO 박막을 원자힘현미경(PSIA XE-200, PARK SYSETM)을 통하여 증착된 ITO 박막 표면 거칠기를 측정하였다. 켄틸레버라는 얇은 막대기에 부착된 미세한 탐침 을 고유진동수로 진동시키면서 시료 표면을 따라 이동시키면 이때 인력, 척력에 의해 발생하는 진폭의 변화를 측정하여 표면 입자의 높낮이 정보를 입력하여 3차원 이미지 화 한다. 표면 거칠기는 박막의 구조 특성에서 매우 중요한 값으로 표면 거칠기가 높 으면 대면적 OLED를 제작하였을 때 과전류 쇼트 현상이 생겨 소자 일부분에 암점이 생기는 문제점을 야기시킬 수 있다. 이에 낮은 표면 거칠기를 갖는 박막을 증착하는 것도 중요하다. 원자힘현미경 측정 조건은 5 µm×5 µm의 영역에서 0.8 line/sec의 속도 로 스캔하였다. 얻어진 원자힘현미경 영상의 해상도는 512×512 픽셀이다. 원자힘현미 경 측정 후 결과는 Ra 값과 Rpv 값으로 분석하였다. Ra는 측정된 영역 내의 모든 포인 트의 높이를 합한 뒤 포인트 개수로 나눈 값을 기준으로 모든 높이 절대값을 합한 후 측정 영역의 넓이로 나눈 값이다. 이는 표면의 평균 거칠기 값이 되며 값이 낮을수록 균일한 거칠기를 나타낸다. Rpv는 측정 영역 내에서 가장 높은 값에서 가장 낮은 값의 차이를 나타내며, Ra값과 같이 낮을수록 균일한 거칠기를 나타낸다. 표 3-4과 그림
3-18은 원자힘현미경 측정 결과를 보여 준다. 후공정 전 ITO 박막만 증착된 조건에서
표면 거칠기는 2.294 nm이다. 250℃ 열처리 공정 후 2.066 nm로 감소하였고 380℃ 열 처리 공정 후 1.708 nm로 크게 감소하였다. 플라즈마 트리트먼트 공정 후 표면 거칠기
는 2.061 nm로 감소하였지만 250℃ 열처리 공정 후 표면 거칠기와 유사함을 확인하였
다. 그림 3-19은 원자힘현미경으로 측정한 ITO 박막의 표면 형상을 3차원 영상이다.
Sample A Sample B Sample C Sample D
Ra
(nm) 2.294 2.066 1.708 2.061
Rpv
(nm) 26.164 23.247 15.644 25.680
표 3-4. 원자힘현미경으로 측정한 표면 거칠기 결과
그림 3-18. 후처리 공정된 ITO 박막의 표면 거칠기 변화 그래프
(c)
(a) (b)
(d)
그림 3-19. 원자힘현미경으로 5 µm×5 µm 영역에서 측정한 후처리 공정된
ITO 박막의 3차원 형상. (a) Sample A, (b) Sample B, (c) Sample C, (d) Sample D
제 2 절 투명전극 제작을 위한 포토리소그래피 공정
제 2 절에서는 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착된 ITO 박막을 포토 리소그 래피 공정을 통해 OLED용 투명전극으로 사용하기 위한 패턴을 형성하는 방법을 설명 한다. ITO 박막 전용 PR를 사용하여 노광을 수행하였고, PR 특성에 따라 스핀 코터와 노광기의 최적 구동 조건을 도출하고자 하였다.