KR100473114B1 - 스퍼터링 타겟 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스퍼터링 타겟에 관한 것으로서,
자체 내에 파티클 집적 수단을 구비한 타겟 재와, 이 타겟 재가 부착된 지지체로서의 백킹 플레이트를 포함하는 구성으로서,
상기 파티클 집적 수단이 타겟 재에 대한 파티클 부착을 억제함으로써 기판 상에 균질의 도포막을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 스퍼터링 타겟(sputtering target)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 타겟 재(target material)에 대한 파티클(particle)의 부착을 방지함으로써 기판 상에 균질의 도포막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
고체 표면에 고에너지(high energy)의 입자(대부분은 전기장에 의해 가속된 양이온)를 충돌시키면, 그 고체 표면의 원자·분자가 상기 고에너지 입자와 운동량을 교환하면서 밖으로 튀어나오게 된다.
이러한 현상을 스퍼터링(sputtering)이라 하며, 오늘날 반도체 공업, 기계 공업 등에서 널리 이용되고 있다.
구체적 이용 예로서는, 반도체 웨퍼(wafer) 또는 LCD(liquid crystal display) 제조 공정, 또는 반사 방지막 코팅 공정에 있어서, 기판 상에 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti) 등의 특수 금속을 도포하는 과정을 들 수 있다.
상기 스퍼터링을 실시하는 장비 중의 하나인 AC 스퍼터링 장치의 개략도인 도 1에 따르면, 적정 내부 공간을 갖는 챔버(chamber, 1) 내에 전극과 자석(2)을 설치함으로써, 챔버 내에 우선 전기장과 자기장이 동시에 형성되도록 한다.
또한, 도시된 바와 같이, 상기 자기장의 형성 방향을 따라 기판(3)과 스퍼터링 타겟(4)을 장착하며, 이때, 스퍼터링 타겟(4)은 음극으로 연결한다.
이어서, 상기 챔버(1) 내에 10E-3 Torr 정도의 고진공 기체 분위기를 형성하고 전원을 인가하면, 스퍼터링 타겟으로부터 입자의 이탈이 발생한다.
사용되는 기체로서는 아르곤(Ar)과 같은 비활성 기체, 질소(N) 또는 산소(O)와 같은 활성 기체를 예로 들 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟(4)으로부터 이탈된 입자들은 기판(3) 상에 부착되어 하나의 도포막을 형성하게 되는 것이다.
한편, 스퍼터링 타겟(4)은, 직접 스퍼터링 현상이 일어나는 타겟 재(4-a)와, 타겟 재(4-a)가 부착된 지지체로서의 백킹 플레이트(backing plate, 4-b)로 구성된다.
타겟 재(4-a)를 백킹 플레이트(4-b)에 부착시키기 위한 접착제로서는 금속재 솔더(solder)를 사용한다.
상기 금속재 솔더로서는, 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 안티몬(Sb) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속을 단독 또는 합금의 형태로 사용한다.
즉, 상기 타겟 재(4-a)는, 백킹 플레이트(4-b)에 부착된 상태에서, 스퍼터링 현상에 의하여 그 구성입자들이 상기 기판(3) 쪽으로 이탈해감에 따라 점차 그 두께가 얇아지며, 어느 정도에 이르면, 작업자가 상기 스퍼터링 타겟(4) 전체를 교환한다.
반도체 웨퍼 또는 LCD 등 최종 제품에 따라 타겟 재(4-a)는 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 또는 기타 특수 금속을 선택적으로 사용하고 있다.
한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 현상은 전기장 및 자기장의 배치 구조상 타겟 재(4-a)의 가장자리 부분에서 일어나는 경향이 있으며, 그 결과, 도시된 바와 같이 에로젼(erosion) 영역(E)과 비 에로젼 영역(N)이 구분되는 양상을 띠게 된다.
스퍼터링 현상에 의한 입자 이탈은 상기 에로젼 영역(E)에서 발생하며, 이탈된 입자들은 대부분 상기 기판(3) 상에 부착되어 균질의 도포막을 형성하게 되지만, 어느 정도의 입자들은 기판(3) 이외의 부위 즉, 챔버의 내벽 또는 타겟 재(4-a) 상의 다른 부위에 부착되어 소위 파티클(particle)을 형성한다.
상기 파티클은 높은 저항체로서의 특성을 띠기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 타겟 재(4-a) 상에서 하나의 덮개 역할을 하게 되어 파티클(p) 이외의 부위만이 스퍼터링 현상을 일으키는 결과를 초래하게 된다. (도 3b)
즉, 타겟 재(4-a) 상에 일단 파티클(p)이 형성되면 (도 3a), 파티클(p) 주변에서 스퍼터링 현상에 의한 입자 이탈이 발생하는 한편 파티클(p)에 또 다른 파티클들이 모여듦에 따라, 처음 상태의 파티클은 점차 블랙 콘(black cone)의 형상을 취하게 된다. (도 3c)
상기 과정을 통해 형성된 블랙 콘의 뽀족한 선단부에는 다른 부위보다 더욱 높은 전하의 집중이 발생하여 쉽게 전기적 아크(arc)를 일으키며 (도 3(d)), 이때의 아크 발생과 함께 파괴되어 튀어나간 다수의 미세 파티클(p')이 챔버 내 다른 부위 또는 상기 기판 상에 부착된다.
결과적으로는, 상기 타겟 재의 성분을 갖는 균질 도포막이 기판 상에 형성되지 못하고, 상기 파티클로부터 발생한 이물질이 군데 군데 박혀있는 형태의 불량 도포막을 이루게 된다.
상기 파티클로 인해 발생하는 불량은, 스퍼터링 공정의 재시도 이외에는 달리 해결 방법이 없는 매우 중대한 문제이다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 타겟 재에 대한 파티클 부착을 억제함으로써 기판 상에 균질의 도포막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타겟을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스퍼터링 타겟은, 파티클 집적 수단을 구비한 타겟 재와, 이 타겟 재가 부착된 지지체로서의 백킹 플레이트를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 스퍼터링 타겟을 구성하는 타겟 재는 자체 내에 파티클 집적 수단을 구비하고 있다.
이하, 본 발명 실시예의 스퍼터링 타겟을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명 제 1 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 도 4에 따르면, 상기 파티클 집적 수단으로서, 에로젼 영역으로 둘러싸인 타겟 재 중앙부를 블라스트(blast) 처리한 특징이 있다.
즉, 상기 제 1 실시예의 스퍼터링 타겟을 구성하는 타겟 재(14-a)는, 스퍼터링에 의한 입자 이탈이 발생하는 에로젼 영역(E)과, 에로젼 영역(E)으로 둘러싸인 비 에로젼 영역(N)과, 비 에로젼 영역 내에 적정 폭으로 형성된 블라스트 영역(B)을 포함하여 구성된다.
블라스트 처리라 함은 타겟 재의 표면에 요철 즉, 다수의 미세 홈을 형성시키는 작업을 의미하며, 구체적으로는, 타겟 재의 중앙 부위에 알루미나(alumina), 금강사, 스틸 볼(steel ball) 등을 2 Kgf/㎠ 이상의 압력으로 분사시켜 해당 부위를 강하게 때려줌으로써 표면 상에 많은 미세 홈들을 형성시키는 방법이다.
이로써, 실제 스퍼터링이 진행되는 동안에 있어서는, 상기 도 3(a) 내지 도3(d) 의 과정을 거쳐 형성된 파티클(p')이 상기 블라스트 영역(B) 내의 홈들 속으로 들어가 부착된다.
바꾸어 말하면, 이들 파티클(p')이 점차 뾰족한 선단부를 갖는 블랙 콘의 형상으로 변해가는 것이 아니라, 오히려 상기 다수의 홈을 메꾸어줌으로써, 앞서 언급한 바의 전기적 집중 및 그에 따른 아크 발생이 억제되며, 그 결과, 이들 파티클(p')이 기판을 향해 나아가 그 표면에 부착됨으로 인한 문제는 발생하지 않게 된다.
또한, 본 발명 제 2 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 도 5에 따르면, 상기 파티클 집적 수단으로서, 에로젼 영역으로 둘러싸인 타겟 재 중앙부에 광폭 홈을 형성하고, 이 홈의 바닥면을 블라스트 처리한 특징이 있다.
즉, 상기 제 2 실시예의 스퍼터링 타겟을 구성하는 타겟 재(24-a)는, 스퍼터링에 의한 입자 이탈이 발생하는 에로젼 영역(E)과, 에로젼 영역(E)으로 둘러싸인 비 에로젼 영역(N)과, 비 에로젼 영역 내에 적정 폭 및 깊이로 형성된 한편 그 바닥면이 블라스트 처리된 광폭 홈 영역(C)을 포함하여 구성된다.
이로써, 스퍼터링이 진행되는 동안 형성된 다수의 파티클(p')은 상기 광폭 홈 영역 (C) 내의 블라스트 처리된 바닥면에 부착되며, 상기 제 1 실시예에서와 같은 원리에 의하여, 이들 파티클(p')이 기판 표면에 부착됨으로 인한 문제는 발생하지 않게 된다.
아울러, 본 발명 제 3 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 도 6에 따르면, 상기 파티클 집적 수단으로서, 에로젼 영역으로 둘러싸인 타겟 재 중앙부에 광폭 홈을 형성하고, 이 홈의 바닥면에 금속재 솔더를 도포한 특징이 있다.
즉, 상기 제 3 실시예의 스퍼터링 타겟을 구성하는 타겟 재(34-a)는, 스퍼터링에 의한 입자 이탈이 발생하는 에로젼 영역(E)과, 에로젼 영역(E)으로 둘러싸인 비 에로젼 영역(N)과, 비 에로젼 영역 내에 적정 폭 및 깊이로 형성된 한편 그 바닥면이 금속재 솔더 처리된 광폭 홈 영역(C')을 포함하여 구성된다.
금속재 솔더 처리라 함은 상기 광폭 홈 영역(C')의 바닥면에 금속재 솔더를 도포하는 작업을 의미하며, 금속재 솔더의 재질로서는, 앞서 언급한 바의 타겟 재 및 백킹 플레이트간 상호 접합시에 사용하는 접착제 정도의 점착성을 지니는 것이 바람직하지만, 반드시 그와 동일한 재질의 것으로 한정하지는 않는다.
이로써, 스퍼터링이 진행되는 동안 타겟 재(34-a)의 표면 온도가 통상 100 ℃ 이상으로 상승함에 따라 상기 금속재 솔더는 연화됨과 동시에 점착성을 띠게 되어, 스퍼터링 과정 중 형성된 상기 파티클(p')은 광폭 홈 영역(C') 내의 금속재 솔더 처리된 바닥면에 흡착되며, 아크가 발생하는 경우라도 상기 광폭 홈 영역(C')을 벗어나 기판 표면을 향해 나아가 부착되는 문제를 야기하지는 않는다.
또한, 본 발명 제 4 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 도 7에 따르면, 상기 파티클 집적 수단으로서, 에로젼 영역으로 둘러싸인 타겟 재 중앙부에 광폭 홈을 형성하고, 이 광폭 홈의 바닥면을 용사(鎔射) 처리한 특징이 있다.
즉, 상기 제 4 실시예의 스퍼터링 타겟을 구성하는 타겟 재(44-a)는, 스퍼터링에 의한 입자 이탈이 발생하는 에로젼 영역(E)과, 에로젼 영역(E)으로 둘러싸인 비 에로젼 영역(N)과, 비 에로젼 영역 내에 적정 폭 및 깊이로 형성된 한편 그 바닥면이 용사 처리된 광폭 홈 영역(C")을 포함하여 구성된다.
용사 처리라 함은, 타겟 재의 중앙 부위에 용융 상태의 금속을 2 Kgf/㎠ 이상의 압력으로 분사시켜 해당 부위에 거친 금속 표면 즉, 많은 미세 홈들을 형성시키는 방법이다.
상기 용사 처리시 사용하는 금속으로서는 알루미늄(Al)이 바람직하나, 타겟 재와의 부착성에 문제가 없는 한 기타의 재질이라도 무방하다.
이로써, 실제 스퍼터링이 진행되는 동안 형성된 상기 파티클(p')은 광폭 홈 영역(C") 내의 용사 처리된 바닥면에 부착되며, 상기 제 1 실시예에서와 같은 원리에 의하여, 이들 파티클(p')이 기판 표면에 부착됨으로 인한 문제는 발생하지 않게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 타겟은, 타겟 재 상에서 이루어지는 스프터링 현상의 부산물인 파티클을 잡아주는 집적 수단을 자체 내에 구비함으로써, 기판 표면에 이들 파티클이 부착됨으로 인한 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
즉, 본 발명의 스프터링 타겟에 따르면, 기판 상에 균질의 도포막을 형성할 수 있다.
도 1은 AC 스퍼터링 장치를 나타낸 개략도,
도 2는 스퍼터링 진행중인 타겟 재를 나타낸 사시도,
도 3a 내지 3d는 파티클의 생성 및 파괴 과정을 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명 제 1 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명 제 2 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명 제 3 실시예의 스퍼터링 타겟을 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명 제 4 실시예의 스프터링 타겟을 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 챔버 2 : 자석
B : 블라스트 영역 C, C', C" : 광폭 홈 영역
E : 에로젼 영역 N : 비 에로젼 영역
4 : 스퍼터링 타겟 4-b : 백킹 플레이트
4-a, 14-a, 24-a, 34-a, 44-a : 타겟 재
Claims (5)
- 파티클 집적 수단을 구비한 타겟 재(14-a, 24-a, 34-a)와, 이 타겟 재가 부착된 지지체로서의 백킹 플레이트(14-b, 24-b, 34-b)를 포함하여 구성되는 스퍼터링 타겟에 있어서, 에로젼 영역(E)으로 둘러싸인 상기 타겟 재(14-a, 24-a, 34-a) 중앙부에 광폭 홈을 형성하고, 이 광폭 홈의 바닥면에 금속재 솔더를 도포한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
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2002
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