ITO Scribing & Cleaning

1. 실험목적

▷OLED/PLED/OPV device의 투명전극으로 사용되는 ITO galss를 원하는 크기로 자르는

방법을 습득한다.

▷원하는 모양으로 자른 ITO glass의 오염된 표면을 세정하여 소자의 성능 및 수율을 향상시킨다.

 

2. 이론 및 배경

Pattern 공정을 하기 위해서는 주변의 청정도가 매우 중요한데, 아래 그림에서 보는 것과 같이 Clean room에서 빛에 노출되지 않는 환경을 구비한 후 공정을 시작하여야 한다.

▷ Cleaning & Wet-Station의 중요성

모든 반도체 공정은 오염물들의 근원이고 이는 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 각 공정 후 Glass 표면의 오염물은 기하급수적으로 늘어나게 되고 이 오염물에 의해 반도체 소자의 수율은 급격히 감소하게 된다. 반도체 세정 공정은 Glass 표면의 모든 오염물을 완벽히 제거하는 것이 가장 이상적인 목표이기는 하지만 그것은 거의 불가능하다고 할 수 있다. 실제로 웨이퍼 세정공정은 각 공정 전과 후에 실시하여 기하 급수적으로 증가하는 오염물을 최소한의 감소시키는 것이 그 주된 목적이다. 따라서 기판(Glass) 세정 공정은 모든 공정 전후에 반드시 행해져야 한다. 반도체 소장 공정 중 웨이퍼 표면 위에 오염되는 불순물의 종류는 크게 오염물은 particle, 유기 오염물, 금속 오염물 그리고 자연 산화막으로 나눌 수 있다. 이런 다양한 오염물들을 제거하기 위해서 웨이퍼는 각각의 오염물들을 효과적으로 제거하기 위한 여러 가지 세정 용액을 혼합하여 일괄 처리 공정으로 세정된다.

ITO의 Coating이 표면 균일도나 유기층과의 접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다. 따라서 광 투과 정도, 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO 특성이 충분히 고려되어야 한다. 유기 EL 소자제작공정은 기본적으로 박막이 도포 되는 영역에 기준 하여 진행이 되므로 Plastic 기판 상에서도 적용이 가능한 장점을 가지고 있으나 이는 장래의 기술적인 도전과제로 남겨 두어야 할 것 같다.

유기EL의 Pattern 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매우 취약하고 이로 인해 전체 수율의 감소를 유발하는데 상당한 영향을 끼치게 됨에 따라 청정한 공정환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가 중요하다. ITO 유리기판에 묻어있는 유분이나 particle을 제거하기 위하여 ITO glass를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 puddling이나 ultra sconic처리를 해준 다음 DI water로 세척하고 IR/UV광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건조시킨다.

ITO의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하기 위한 전처리 기술로는

1) 평행평판형 방전을 이용한 ITO 표면산화법

 

2) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 ITO 표면을 산화하는 방법

 

3) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 ITO 표면을 산화하는 방법

등 대략 3종류가 있다.

기판의 상태에 따라 위의 3가지 방법 중 한가지를 선택하게 되는데 어떤 방식을 이용하든지 공통적으로 ITO 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수 있다.

전공정에서 기판에 존재하는 particle을 제거하기 위해 DI water로 세정한 다음, 추가로 초음파를 이용하여 세정한다. 이 때 절연층과 음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건의 선정이 중요하다. ITO 표면을 세정할 때 acetone이나 methyl alcohol과 같은 유기용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용매들은 patterning된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성 때문에 적용하기 곤란하다. 이렇게 초음파 세정을 한 기판을 oven에서 baking하여 잘 건조시킨 다음에 vacuum chamber에 투입하여 UV ozone cleaning 과정을 거치게 되는데 이 과정에서는 chamber내에 산소 gas를 공급하고 chamber내 진공도를 2~3×10-1torr 정도로 유지하면서 UV lamp를 작동시켜 O2 gas가 UV광과 반응하여 발생하는 ozone에 의해 기판을 세정하게 된다. 세정 공정이 끝난 후 마지막으로 ITO 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 plasma 처리를 하게 되는데 이 과정은 UV ozone cleaning과 마찬가지로 Ar 또는 산소 gas를 공급하면서 chamber내 진공을 2~3×10-1torr로 유지하여 RF generator에 의해 plasma를 발생시키고 이 때 발생한 plasma는 ITO 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다. 이 경우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리 격벽에 영향을 주지 않기 위해 RF generator power의 적절한 조절이 필요하다.

 

 

3. 실험방법

1) ITO 기판의 Scribing

① ITO coating면을 위로 향하게 하여 Scriber 위에 올려놓고 진공펌프를 작동시켜 고정시킨다.

② 원하는 크기(35mm×35mm)의 Size로 ITO Glass를 자르고 질소(또는 에어)를 이용하여

유리가루 등의 이물질을 불어낸다.

 

2) ITO 기판의 전처리 방법

ITO를 전처리 하는 방법은 다양하지만 아래 설명한 두가지 방법중 한가지 방법을 이용하여 전처리 과정을 연습해 본다.

① Toluene(20분)→DI rinse(10분)→IPA(20분)→Di rinse(10분)→MeOH(10분)→

DI rinse(10분)→질소로 물기제거→Oven 건조(100℃, 15분)→UVO Clean(10분)

② Detergent(Alconoxⓡ) Acetone(20분)→DI rinse(10분)→IPA(20분)→DI rinse(10분)

→질소로 물기제거→Hot plate 건조(110℃, 10분)→UVO Cleaning(10분)

 

4. 참고문헌

‣ 고분자재료실험/들샘/문두경,허정림,김화중/P65~68/#09 : ITO Scribing & Cleaning