KR101137906B1 - 회전식 타겟 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

열전도성이 우수한 냉각 삽입부재를 이용하여 회전 롤러와 스퍼터링 타겟부를 접합시킨 회전식 타겟 어셈블리가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리는 중공형상의 회전 롤러와, 회전 롤러의 외주에 형성된 스퍼터링 타겟부와, 회전 롤러와 스퍼터링 타겟부 사이에 개재되며, 열전도율이 스퍼터링 타겟부보다 큰 냉각 삽입부재를 포함한다.
냉각 삽입부재, 원통형, 타겟, 스퍼터링

Description

회전식 타겟 어셈블리{Rotatable target assembly}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III'선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 절개 사시도다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리가 적용된 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회진식 타겟 어셈블리가 복수개 적용된 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 회전식 타겟 어셈블리에 대한 냉각 효율 및 아킹 빈도를 측정한 그래프이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 회전식 타겟 어셈블리 120, 121: 스퍼터링 타겟부
121a, 121b, 121c: 서브 스퍼터링 타겟부
140: 냉각 삽입부재 160: 회전 롤러
180: 상단 지지링 190: 하단 지지링
220: 챔버 240, 242: 가스공급관
360: 전선 380: 타겟회전장치
420: 배가스튜브 620: 기판대
640: 회전축
본 발명은 회전식 타겟 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열팽창 차이로 인한 스퍼터링 타겟부의 크랙(crack)불량 및 깨짐불량이 개선된 회전식 타겟 어셈블리에 관한 것이다.
유리나 플라스틱 등의 기판에 형성되는 박막에는 금속류뿐만 아니라, 금속 산화물, 세라믹류 등의 재료가 이용되며, 특히 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)을 혼합한 ITO(Indium Tin Oxide) 박막은 주로 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 유기EL 표시장치(Organic Electroluminescent Display) 등 평판디스플레이 장치의 전극재료로 사용되고 있다.
상기와 같은 전극 박막을 형성하는 방법으로서 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법이 이용되고 있다. 이러한, 스퍼터링 장치에서 박막 형성에 일반적으로 사용 되는 평판형 타겟 어셈블리는 효율이 낮고, 수명이 짧은 경향이 있어 회전식 타겟 어셈블리가 제안되었다.
회전식 타겟 어셈블리의 경우 그 구조적 특성으로 인해 평판형의 경우와는 상이한 본딩법이 요구되며, 이들 회전식 타겟 어셈블리에 이용되는 타겟 형성 방법으로는 플라즈마 용사법을 이용한 타겟 부착 방법, 인듐 삽입 방법, 회전 롤러에 상당하는 부분을 스퍼터링 타겟부로 일체적으로 형성하는 방법 및 카본 펠트 및 시트와 같은 완충부재를 사용한 본딩법 등이 제안되었다.
그러나, 플라즈마 용사법의 경우 스퍼터링 타겟부는 그 열팽창 계수가 회전 롤러와 유사하고 용사 가능한 재료에 한정될 수 있다. 인듐 삽입 방법은 본딩부에 인듐을 용해하여 삽입하기 위한 가열장치가 필요하고, 스퍼터링 타겟부가 세라믹재인 경우 일반적으로 스퍼터링 타겟부의 열팽창율이 금속재의 회전 롤러 및 냉각 삽입부재인 인듐보다 작기 때문에 접합 후 냉각시의 수축차에 의해 접합부에 간극이 생길 수 있다.
한편, 회전 롤러에 상당하는 부분을 스퍼터링 타겟부로 일체적으로 형성하는 방법은 스퍼터링 타겟부 자체의 강도나 내충격성이 낮은 이유로 구조체로서의 신뢰성이 결여될 수 있고, 카본 펠트를 사용한 본딩법의 경우 스퍼터링 기체배기(outgassing) 작업시 진공도를 유지하기 곤란하며, 카본 시트를 이용한 본딩법의 경우 시트가 스퍼터링 타겟부의 하중을 지지하지 못해 튜브 회전시 스퍼터링 타겟부가 헛도는 현상이 발생할 수 있다.
종래의 타겟을 포함하는 스퍼터링 장치에서도 동일한 현상이 발생할 수 있 다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스퍼터링시 스퍼터링 타겟부의 크랙불량이나 깨짐불량 및 스퍼터링 타겟부의 팽창으로 회전시 스퍼터링 타겟부가 헛도는 현상을 방지할 수 있는 회전식 타겟 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리는 중공형상의 회전 롤러와, 상기 회전 롤러의 외주에 구비된 스퍼터링 타겟부와, 상기 회전 롤러와 상기 스퍼터링 타겟부 사이에 개재되며, 열전도율이 상기 스퍼터링 타겟부보다 큰 냉각 삽입부재를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알 려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리를 나타내는 단면도로서, 도 1의 II-II' 선을 따라 절개한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리(100)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 롤러(160), 회전 롤러(160)의 외주에 구비된 스퍼터링 타겟부(120), 및 회전 롤러(160)와 스퍼터링 타겟부(120) 사이에 개재되어 있는 냉각 삽입부재(140)를 포함한다.
회전 롤러(160)는 외주에 부착된 스퍼터링 타겟부(120)를 지지하고 회전시키는 역할을 하며, 예컨대 내부가 비어있는 중공형상으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 회전 롤러(160)는 양쪽면이 모두 개방되거나, 회전 롤러(160)와 동일한 부재 등에 의해 모두 폐쇄된 중공형상일 수 있으며, 도 1에 도시한 바와 같이 회전 롤러(160)의 일면은 개방되고, 타면은 폐쇄된 중공형상일 수 있다. 또한, 회전 롤러(160)는 내주 및 외주가 모두 원통형인 중공원통형상일 수 있고, 내주 단면 및 외주 단면 중 어느 하나 이상이 다각형인 중공형상일 수도 있으며, 이상의 예시에 제한되지 않는다.
이러한 중공형상의 회전 롤러(160)를 스퍼터링 장치에 장착시 중공형상의 회 전 롤러(160)의 내주면 주위에는 마그네틱 바가 설치될 수 있고, 이들 마그네틱 바 주위로 물 및 그 밖의 냉각액을 흘려줄 수 있다.
회전 롤러(160)의 외경은 회전 롤러(160)와 스퍼터링 타겟부(120) 사이에 냉각 삽입부재(140)를 삽입할 수 있는 간극이 구비될 수 있도록 스퍼터링 타겟부(120)의 내경보다 작을 수 있다.
회전 롤러(160)의 재료로는, 스퍼터링시 스퍼터링 타겟부(120)에 발생한 열이 냉각 삽입부재(140)를 통해 회전 롤러(160)로 원활하게 전달되도록 열전도율이 크고, 회전 롤러(160)가 구조체로서의 신뢰성을 갖도록 충분한 강성을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 상기 조건을 만족하는 물질로서, 예컨대 스테인리스, 구리, 티타늄, 알루미늄 등의 금속이 예시될 수 있다.
스퍼터링 타겟부(120)는 회전 롤러(160)의 외주에 구비되며, 중공형상, 예를 들어 중공원통형상일 수 있지만, 평판형이 아니라면 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 스퍼터링 타겟부(120)의 내주 단면형상은 회전 롤러(160)의 외주 단면형상에 대응하는 형상이고, 스퍼터링 타겟부(120)의 외주 단면형상은 원형일 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟부(120)의 외주 단면 형상은 원형인 경우와 유사한 스퍼터링 효율을 가지는 경우 임의의 형상일 수 있다.
스퍼터링 타겟부(120)의 재료로는 목적으로 하는 증착 박막의 물질에 따라 Al, Zn, Ti, Sn, Mo, Nb 등의 금속류 또는 ITO, SiC 등의 세라믹류 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 스퍼터링 타겟부(120)는 소결법 등에 의해 제조될 수 있다. 일례로 ITO 스퍼터링 타겟부의 경우 인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)을 전극 특성에 적합한 비율로 혼합하여, 냉간정수압 성형(CIP: Cold Isostatic Pressing)한 다음, 이를 소결함으로써 제조될 수 있다.
스퍼터링 타겟부(120)의 높이(h)는 스퍼터링이 수행되는 대상 기판의 면적에 따라 다양하게 조절될 수 있으나, 스퍼터링 타겟부(120)의 제조시 적용되는 소결 공정, 제조 장치 등의 특성을 감안할 때, 100 mm ~ 3,000 mm일 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟부(120)의 내경(D1)은 스퍼터링 타겟부(120)가 부착될 회전 롤러(160)의 외경보다 크고, 외경(D2)은 스퍼터링 장비의 크기에 따라 조절된다.
냉각 삽입부재(140)는 별도의 열처리에 의한 융착처리과정 없이 스퍼터링 타겟부(120) 및 회전 롤러(160)에 개재되어 스퍼터링 타겟부(120)를 회전 롤러(160)에 부착하며, 스퍼터링 타겟부(120)에 발생한 열을 회전 롤러(160)에 전달한다.
냉각 삽입부재(140)는 열전도율이 스퍼터링 타겟부(120)보다 크고, 열팽창 수축응력을 흡수할 수 있어야 하며, 비표면적이 넓고, 자체 열팽창수축이 일어나지 않을 것이 요구된다. 냉각 삽입부재(140)는 후술하는 재료로 구성되어 상기 조건을 만족할 수 있다.
냉각 삽입부재(140)는 윤활 특성을 가지는 열경화성 수지 및 스퍼터링 타겟부(120)의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지는 금속을 포함한다.
상기 열경화성 수지는 스퍼터링 타겟부(120)를 회전 롤러(160)에 접촉하게 하여, 스퍼터링 타겟부(120)가 헛도는 현상이 발생하지 않도록 한다.
상기 금속은 열전도율이 높아, 스퍼터링시 스퍼터링 타겟부(120)에서 발생한 열이 냉각 삽입부재(140)를 통해 회전 롤러(160) 방향으로 쉽게 전달되도록 하여 냉각을 원활히 수행하는 역할을 한다. 즉, 냉각 삽입부재(140)는 상기 금속을 함유하여 스퍼터링 타겟부(120)의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지고, 회전 롤러(160)보다는 작거나 같은 열전도율을 가지게 됨으로써, 스퍼터링 타겟부(120)에서 발생한 열이 냉각 삽입부재(140)를 거쳐 회전 롤러(160)로 원활하게 전달될 수 있다.
또한, 상기 금속은 보다 큰 열전도 특성을 나타내도록 다면체, 예를 들어 육면체 결정 또는 구형 결정으로 제공되어, 상기 열경화성 수지에 균일하게 분산될 수 있다. 상기 금속이 예를 들어 육면체 등의 입체 형상인 경우, 비표면적이 증가하여 열전도율이 우수하다. 여기서, 상기 다면체 결정의 모서리 길이는 열전도율을 고려하여 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛일 수 있다. 0.1 ㎛ 미만인 경우 금속 상호간의 응집문제가 발생될수 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우 비표면적의 감소로 열전도 효율이 감소할 수 있다. 이 경우, 상기 다면체 결정의 모서리 길이는 금속 및 열경화성 수지의 접합력, 열전도율, 열팽창율 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
상기 금속으로는 열전도 특성이 우수한 재료, 예를 들어 Al, Mo, Cu, 스테인레스 강(SUS) 등이 사용될 수 있으나, 상기 금속이 이들 재료로 한정되는 것은 아니다.
상기 수지와 상기 금속은 각각 1 ~ 10중량% 및 90 ~ 99중량%의 함량으로 혼합될 수 있다. 이 경우, 상기 수지와 상기 금속의 혼합비는 냉각 삽입부재(140)의 열전도율 및 흐름성을 고려하여 결정한다.
또한, 냉각 삽입부재(140)는 열팽창율이 스퍼터링 타겟부(120)보다 작거나 같을 수 있다. 냉각 삽입부재(140)의 열팽창율이 스퍼터링 타겟부(120)의 열팽창율보다 큰 경우, 냉각 삽입부재(140)의 열팽창에 의해 스퍼터링 타겟부(120)에 크랙이 발생하거나 깨질 수 있으며, 수축이 큰 경우에는 냉각 삽입부재(140)가 스퍼터링 타겟부(120)로부터 분리되어 열전달이 원활하지 않을 수 있다.
냉각 삽입부재(140)는 상술한 열전도율 및 열팽창율 특성을 조합하여 구비할 수 있다. 예컨대, 냉각 삽입부재(140)는 열전도율이 스퍼터링 타겟부(120)보다 크고, 열팽창율이 스퍼터링 타겟부(120) 보다 작거나 같을 수 있으며, 냉각 삽입부재(140)의 열전도율 또는 열팽창율 중 어느 하나가 위와 같은 크기를 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 단면도로서, 도 1의 III-III' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 회전식 타겟 어셈블리(100)는 상술한 구성 요소 이외에도 상단 지지링(180) 및 하단 지지링(190)을 더 포함할 수 있다.
하단 지지링(190)은 회전 롤러(160)의 외주면에 부착되어, 스퍼터링 타겟부(120)의 하중을 지지한다. 하단 지지링(190)의 내경은 회전 롤러(160)의 외경보다 크며, 예를 들어 용접 작업과 같은 방법으로 회전 롤러(160)의 외주에 구비된다.
상단 지지링(180)은 스퍼터링 타겟부(120)의 길이 방향 팽창을 고려하여 스퍼터링 타겟부(120)와 이격되도록 회전 롤러(160)의 외주면에 부착되어 있으며, 스 퍼터링 타겟 어셈블리(100)를 거꾸로 적재하여 스퍼터링하는 경우 하단 지지링(190)의 역할을 수행할 수 있다. 상단 지지링(180)의 내경은 회전 롤러(160)의 외경보다 크며, 상단 지지링(180)의 내주면에 나사산 처리 등을 수행하여 회전 롤러(160)에 접합시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 절개 사시도다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 스퍼터링 타겟부(120)는 하단 지지링(190)에 의해 지지되도록 회전 롤러(160)에 삽입된다.
회전식 스퍼터링 타겟 어셈블리(100)의 본딩은 스퍼터링 타겟부(120)를 회전 롤러(160)에 삽입시킨 후, 스퍼터링 타겟부(120)와 회전 롤러(160) 사이의 간극에 스퍼터링 타겟부(120)의 높이만큼 냉각 삽입부재(140)를 개재시켜, 냉각 삽입부재(140)가 굳어질 때까지 상온에서 방치함으로써 이루어질 수 있다.
이때, 하단 지지링(190)과 스퍼터링 타겟부(120) 사이에 발생하는 간극은 테이핑(taping) 처리함으로써 냉각 삽입부재(140)의 누출을 방지할 수 있다. 테이핑 재료로는 내열성 테이프가 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리의 종단면도이다. 설명의 편의상, 도 1의 실시예의 각 부재와 동일 기능을 갖는 부재는 동일 부호로 나타내고, 따라서 그 설명은 생략하거나 간략화한다.
본 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리는 스퍼터링 타겟부(121)가 복수의 서브 스퍼터링 타겟부(121a, 121b, 121c)를 포함하는 점에서 도 1의 실시예와 차이가 있다.
도 5를 참조하면, 스퍼터링 타겟부(121)는 제1 서브 스퍼터링 타겟부(121a), 제2 서브 스퍼터링 타겟부(121b), 및 제3 서브 스퍼터링 타겟부(121c)를 포함하는 다분할 스퍼터링 타겟부(121)이다.
제1 서브 스퍼터링 타겟부(121a), 제2 서브 스퍼터링 타겟부(121b), 및 제3 서브 스퍼터링 타겟부(121c)는 일정한 간격을 지니고 배치될 수도 있지만, 서로 간격이 없이 접합하여 배치될 수도 있다.
또한, 이들 제1 서브 스퍼터링 타겟부(121a), 제2 서브 스퍼터링 타겟부(121b), 및 제3 서브 스퍼터링 타겟부(121c)는 모두 동일한 물질로 제조될 수도 있고, 어느 하나 이상이 다른 물질로 구성될 수도 있다.
이러한 복수의 서브 스퍼터링 타겟부(121a, 121b, 121c)를 포함하는 다분할 스퍼터링 타겟부(121)를 이용함으로써, 대면적 기판에 적합한 길이를 가지는 스퍼터링 타겟부(121)를 제공할 수 있다. 특히, ITO 스퍼터링 타겟부의 경우, 제조 공정 및 설비를 감안하여 복수의 서브 ITO 스퍼터링 타겟부를 이용함으로써, 대면적의 기판에 적합한 길이를 가지는 다분할 ITO 스퍼터링 타겟부를 제조할 수 있다.
복수의 중공형상의 서브 스퍼터링 타겟부(121a, 121b, 121c)를 회전 롤러(160)에 적재하는 경우에는, 전체 다분할 스퍼터링 타겟부(121)의 직진도 및 중심이 유지되도록 한다.
이상, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리(100)의 구성에 대하여 설명하였다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 이러한 회전식 타겟 어셈블리(100)가 적용되는 스퍼터링 장치에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리가 적용된 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리(100)가 적용된 스퍼터링 장치는, 고진공상태로 밀폐된 챔버(220)와, 상술한 회전식 타겟 어셈블리(100)와, 기판대(620)를 포함한다.
이러한 스퍼터링 장치로는, 예를 들어 마그네트론 스퍼터링 장치가 이용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니지만 편의상 마그네트론 스퍼터링 장치를 예로 들어 설명하도록 한다.
플라즈마가 생성되는 챔버(220) 내부에는 회전식 타겟 어셈블리(100)가 기판대(620)와 대향하여 배치된다. 기판대(620)와 회전식 타겟 어셈블리(100)는 지면에 대하여 수직으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
스퍼터링 장치에 장착되는 회전식 타겟 어셈블리(100)는 상술한 바와 같이 중공형상의 회전 롤러(160) 및 이것의 외주에 구비된 스퍼터링 타겟부(120)를 포함하며, 이 회전식 타겟 어셈블리(100)의 회전 롤러(160)를 타겟회전장치(380)에 연결된 회전축(640)에 부착하여 스퍼터링을 수행한다.
스퍼터링에 필요한 저압을 얻기 위해서, 챔버(220)는 진공 펌프(미도시)와 연결되는 배가스튜브(420)를 구비할 수 있다. 진공 펌프와 배가스튜브는 챔버(220) 내부를 진공으로 유지하도록 한다.
챔버(220) 내부가 상기와 같이 진공 환경으로 된 후, 가스공급관(240, 242)을 통해 챔버(220) 내부로 스퍼터링 가스를 도입시키고, 전선(360)을 통해 회전식 타겟 어셈블리(100)에 음전압을 인가하면, 회전 롤러(160) 내부에 설치된 자석의 자력선 주위에 포착되어 있던 전자에 의해 스퍼터링 타겟부(120) 표면 주위에 플라즈마가 발생하며, 이 플라즈마가 스퍼터링 타겟부(120)로 입사되면, 스퍼터링 타겟부(120)를 구성하는 물질이 튀어나와 기판대(620) 위에 설치된 기판 상에 증착될 수 있다.
이러한 스퍼터링 장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리(100)를 장착하여스퍼터링 수행시 스퍼터링 타겟부(120)에 열이 발생한다. 냉각 삽입부재(140)는 열전도율이 스퍼터링 타겟부(120)보다 큰 금속을 함유하기 때문에 스퍼터링 타겟부(120)에 발생한 열은 냉각 삽입부재(140)를 통해 회전 롤러(160)로 전달될 수 있다. 여기서, 회전 롤러(160) 내주면 주위에 상술한 바와 같이 마그네틱 바(미도시)를 배치한 경우, 이들 마그네틱 바 주위로 물 및 그 밖의 냉각액을 흘려줌으로써 회전 롤러(160)를 냉각시킬 수 있다.
따라서, 상술한 냉각 삽입부재(140)를 이용하여 접합을 수행한 회전식 타겟 어셈블리(100)를 이러한 스퍼터링 장치에 적용하는 경우, 원활한 열전도에 의해 스퍼터링 타겟부(120)의 크랙불량이나 깨짐불량이 방지될 수 있다.
또한, 냉각 삽입부재(140)는 열팽창율이 스퍼터링 타겟부(120)보다 작거나 같으므로, 이 냉각 삽입부재(140)를 이용하여 회전 롤러(160)에 접촉된 회전식 타겟 어셈블리(100)를 스퍼터링 장치에 적용하는 경우, 열팽창율 차이에 의한 스퍼터링 타겟부(120)의 크랙불량 및 깨짐불량 등도 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 회전식 타겟 어셈블리(100)를 장착한 스퍼터링 장치로 스퍼 터링을 수행하는 경우, 타겟부의 침식으로 인해 움푹 파인 에로젼(erosion)이 발생하는 평판형 타겟 어셈블리와 달리 스퍼터링 타겟부(120)에 선모양의 에로젼(erosion)이 발생할 뿐이어서 스퍼터링 타겟부(120)의 수명이 연장될 수 있으며, 기판대(620)에 설치된 기판 상에 매끈한 박막을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 타겟 어셈블리가 복수개 적용된 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 스퍼터링 장치는 회전식 타겟 어셈블리(100)가 1개씩 부착된 타겟회전장치(380)를 복수개 포함하여 복수개의 회전식 타겟 어셈블리(100)로 스퍼터링을 수행할 수 있다.
하나의 챔버(220) 내에 복수의 회전식 타겟 어셈블리(100)를 구비함으로써, 스퍼터링을 더욱 고속화할 수 있을 뿐만 아니라, 다층 박막을 형성하는 경우에는 각각의 회전식 타겟 어셈블리(100)의 스퍼터링 타겟부(120)를 서로 다른 물질로 하여 다양한 물질로 구성된 다층 박막을 형성할 수도 있다.
도 6 및 도 7에서는 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한 회전식 타겟 어셈블리가 장착된 스퍼터링 장치를 예시하였으나, 도 5를 참고하여 설명한 회전식 타겟 어셈블리, 즉 복수의 서브 스퍼터링 타겟부(도 5의 121a, 121b, 121c 참조)를 포함하는 회전식 타겟 어셈블리가 장착될 수도 있다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
〈실험예 1〉
알루미늄 재질을 이용하여 외경 133 mm, 내경 125 mm, 길이 1,494 mm인 일면이 폐쇄된 중공원통형 회전 롤러를 준비하였다.
〈실험예 2〉
인듐산화물(In2O3)과 주석산화물(SnO2)을 전극 형성에 알맞도록 중량% 기준으로 9:1의 비율로 혼합하고, 이 혼합물을 볼밀(ball mill)에 투입하여 분쇄된 혼합 분말을 수득하였다. 이후, 이 혼합 분말을 챔버(chamber)로 이송시켜 슬러리 상태로 만든 다음 드라이 오븐(dry oven)에서 열풍 건조하여 구형 입자(granule) 상태의 ITO를 수득하였다.
이후, 코어(core) 및 외피로 구성되고, 코어의 외주면 및 외피의 내주면에 이형제 처리가 된 중공원통형상의 몰드(mold)에 이들 ITO 분말을 투입하여 중공원통형상의 성형체를 형성시켰다. 이렇게 형성된 성형체에 진공 포장을 수행하였다.
이어서, 이 ITO 분말이 투입된 몰드를 다수의 공극(pore)이 구비된 외곽 몰드 내부에 장착하고, 냉간정수압 성형을 수행하였다. 이렇게 형성된 성형체는 길이 600 mm, 내경 171 mm, 두께 24 mm인 중공원통형상이었다.
중공형상의 ITO 성형체는 소결로에서 탈지 소결단계를 거친 후, 1,400℃ 내지 1600℃의 온도에서 24시간 정도 소결시켰다. 소결체는 길이 414 mm, 내경 142 mm, 외경 152 mm인 중공형상의 ITO 소결체이었다.
〈실험예 3〉
냉각 삽입부재는 열경화성 수지 및 알루미늄 금속을 혼합하여 제조하였으며, 이 혼합물을 볼밀에 넣고 혼합 및 분쇄하였다. 이 경우 볼 밀의 임팩트 바(impact bar)가 볼을 충격하여 열경화성 수지와 금속을 균일하게 혼합하였다.
이렇게 제조된 냉각 삽입부재는 한 변의 길이가 10 ㎛인 정육면체 형상의 금속이 열경화성 수지에 분산된 형태였다.
〈실험예 4〉
하단 지지링은 알루미늄 재질을 이용하여 내경 159 mm, 두께 7 mm로 제조하였으며, 스퍼터링 타겟부를 지지할 수 있도록 용접 작업을 통해 실험예 1에서 제조한 회전 롤러에 접합시켰다.
〈실험예 5〉
실험예 4에서 제조한 하단 지지링이 부착된 회전 롤러에 실험예 2에서 제조한 3개의 스퍼터링 타겟부를 삽입시켰다. 3개의 스퍼터링 타겟부는 직진도 및 중심이 일정하도록 적재하였다.
이후 스퍼터링 타겟부와 회전 롤러의 간극 사이로 실험예 3에서 제조한 냉각 삽입부재를 타겟의 높이에 일치하도록 개재시키고, 냉각 삽입부재가 굳을 때까지 상온에서 방치하였다.
상단 지지링은 그 내경을 회전 롤러의 외경보다 0.5 mm 크게 설계한 후, 그 내주면에 나사산 처리하여 회전 롤러에 접합시킬 수 있도록 한 다음, 스퍼터링 타겟부의 상단면과 1 mm의 간극을 유지하여 이격되도록 회전 롤러에 접합시켰다.
이후 하단 지지링와 스퍼터링 타겟부 사이의 간극을 내열성 테이프로 테이핑 처리하여 냉각 삽입부재가 흘러나오지 않도록 하였다.
상기와 같이 제조한 회전식 타겟 어셈블리를 스퍼터링 장치에 장착하고 회전 롤러 내주면 주위로 냉각수를 흘려주어 냉각수의 입구 온도(Tin), 출구 온도(Tout) 및 온도차(ΔT)를 측정하고, 회전식 타겟 어셈블리의 냉각 효율에 따른 아킹 빈도를 아킹 카운터로 측정하여 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 냉각수의 입구 온도와 출구 온도 차이로부터 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리가 회전 롤러 부근에서 충분히 냉각된 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리는 아킹 빈도가 낮아 크랙불량 및 깨짐불량이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 회전식 타겟 어셈블리에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 열경화성 수지 및 열전도율이 높은 금속을 함유하는 냉각 삽입부재를 이용하여 회전식 타겟 어셈블리를 구성하여, 열전도를 원활하게 함으로써, 스퍼터링 타겟부의 크랙불량을 개선하고 타겟의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 회전식 타겟 어셈블리에 사용되는 냉각 삽입부재는 열팽창율이 스퍼터링 타겟부의 열팽창율보다 작거나 같은 것을 사용함으로써, 스퍼터링 타겟부가 고온의 스퍼터링 분위기에 노출되는 경우 스퍼터링 타겟부와 회전 롤러 사이의 냉각 삽입부재가 열팽창하여 스퍼터링 타겟부가 깨지는 깨짐불량을 개선하고, 냉각 삽입부재가 수축하여 스퍼터링 타겟부가 헛도는 현상을 방지할 수 있는 장점도 있다.

Claims (11)

  1. 중공형상의 회전 롤러;
    상기 회전 롤러의 외주에 구비된 스퍼터링 타겟부; 및
    상기 회전 롤러와 상기 스퍼터링 타겟부 사이에 개재되며, 열전도율이 상기 스퍼터링 타겟부보다 큰 냉각 삽입부재를 포함하는 회전식 타겟 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 삽입부재는 열경화성 수지 및 금속을 포함하는 회전식 타겟 어셈블리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속은 구형 또는 다면체이며, 열경화성 수지에 분산되어 있는 회전식 타겟 어셈블리.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 다면체의 모서리 길이가 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛인 회전식 타겟 어셈블리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 삽입부재는 열팽창율이 상기 스퍼터링 타겟부보다 작거나 같은 회 전식 타겟 어셈블리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟부는 ITO 스퍼터링 타겟부인 회전식 타겟 어셈블리.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 ITO 스퍼터링 타겟부의 높이는 100 mm ~ 3,000 mm인 회전식 타겟 어셈블리.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 롤러는 일면이 폐쇄된 중공형상인 회전식 타겟 어셈블리.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟부는 중공원통형상인 회전식 타겟 어셈블리.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟부는 복수의 서브 스퍼터링 타겟부를 포함하는 다분할 스퍼터링 타겟부인 회전식 타겟 어셈블리.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 롤러의 외주면에 부착되어, 상기 스퍼터링 타겟부의 하중을 지지하는 하단 지지링을 더 포함하는 회전식 타겟 어셈블리.
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