KR102586549B1 - 재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링면이 식각되면 수거하여 스퍼터링면을 재형성하여 다수회 반복사용이 가능하므로 경제적이고 자원재활용성이 우수하며, 스퍼터링면의 전자파차폐성, 내식성, 내산성이 우수하기 때문에 전자파차폐성, 내식성, 내산성이 우수한 고품질의 전자파차폐막을 성막할 수 있는 새로운 구성의 재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링 타겟의 심부를 형성하는 금속제 타겟베이스(12); 상기 타겟 베이스(12)의 표면에 형성된 하지도금층(14); 및 상기 하지도금층(14) 위에 형성되어 스퍼터링 과정에서 식각되어 피처리물의 표면에 도막을 형성하는 타겟도금층(16);을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법{Suttering target and method for preparation thereof}
본 발명은 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재활용이 가능하므로 경제적이고 자원재활성이 우수하며, 전자파차폐성 및 내식성, 내산성이 우수한 고품질의 전자파차폐막을 성막할 수 있는 새로운 구성의 재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전자파차폐막을 형성시키는 방법으로 스퍼터링(Sputtering) 방법이 주로 활용되는데, 스퍼터링은 성막시키고자 하는 조성의 타겟을 아르곤과 같은 불활성 가스로 타격하여 타겟으로부터 타겟의 원자를 분출시켜서 피처리물의 표면에 증착시키는 방법이다.
그런데 스퍼터링과정에서 스퍼터링 타겟이 대략 30% 정도 소모되면 스퍼터링 타겟에 집중적으로 스퍼터링이 발생하는 영역(Erosion 영역)이 발생되어 스퍼터링의 표면이 불균일하게 되는데, 이러한 상태에서 스퍼터링을 계속 진행하면 균일한 박막을 형성시킬 수가 없고 박막의 물성이 저하된다. 따라서 일반적으로 스퍼터링 타겟은 완전히 소진될 때까지 사용하지 못하고, 30% 정도가 소모되면 폐기하므로 사용효율이 상당히 낮으며 이로 인한 경제적 손실도 크다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0026114호(2006. 03. 22) 대한민국 등록특허 제10-0648370호(2006. 11. 14) 대한민국 등록특허 제10-1337484호(2013. 11. 29) 대한민국 공개특허 제10-2016-0051578호(2016. 05. 11)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스퍼터링면이 식각되면 수거하여 스퍼터링면을 재형성하여 다수회 반복사용이 가능하므로 경제적이고 자원재활용성이 우수하며, 스퍼터링면의 전자파차폐성, 내식성, 내산성이 우수하기 때문에 전자파차폐성, 내식성, 내산성이 우수한 고품질의 전자파차폐막을 성막할 수 있는 새로운 구성의 재활용가능한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 스퍼터링 타겟의 심부를 형성하는 금속제 타겟베이스(12); 상기 타겟 베이스(12)의 표면에 형성된 하지도금층(14); 및 상기 하지도금층(14) 위에 형성되어 스퍼터링 과정에서 식각되어 피처리물의 표면에 도막을 형성하는 타겟도금층(16);을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟이 제공된다
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 타겟베이스(12)는 구리 또는 구리합금, 스테인레스 스틸 중의 어느 하나로 이루어지며, 상기 하지도금층(14)은 니켈-주석 합금으로 이루어지고, 상기 타겟도금층(16)은 텅스텐 24∼30중량%, 팔라듐 1∼3중량%, 주석5∼15중량%를 함유하고, 나머지는 니켈 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 스퍼터링타켓의 심부를 형성하는 금속제 타겟베이스(12)를 준비하는 과정; 상기 타겟베이스(12)를 니켈염, 주석염을 포함하는 도금욕으로 습식도금하여 타겟베이스(120) 표면에 니켈- 주석합금으로 이루어지는 하지도금층(14)을 형성하는 1차 습식도금과정; 및 상기 1차 습식도금과정에서 하지도금층(14)이 형성된 타겟 베이스(12)를 니켈염, 주석염, 팔라듐염, 텅스텐염을 포함하는 도금욕으로 습식도금하여 텅스텐 24∼30중량%, 팔라듐 1∼3중량%, 주석5∼15중량%를 함유하고, 나머지는 니켈 및 불가피한 불순물로 이루어지는 타겟도금층(16)을 형성하는 2차 습식도금과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟제조방법이 제공된다.
이상과 같은 구성의 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 스퍼터링면을 형성하는 타겟도금층이 식각되면 수거하여 타겟도금층을 재형성시킴으로써, 반복적인 사용이 가능하다. 따라서 스퍼터링 타겟의 생산비용이 절감되고, 자원재활용성이 우수하여 환경친화적인 장점을 가진다.
둘째, 타겟 베이스에 하지도금층과 타겟도금층을 습식도금하여 형성시킴으로써, 타겟도금층의 표면이 상대적으로 높은 평활도를 가지기 때문에 우수한 향상된 스퍼터링효율을 가진다.
셋째, 타겟도금층이 우수한 전자파차폐성능을 가질 뿐만 아니라, 내산성, 내식성도 우수하기 때문에 본 발명을 사용하여 스퍼터링을 하면 전자파차폐특성은 물론이고, 내산성, 내식성이 우수한 고품질의 전자파차폐막을 형성시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 단면도
이하에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟의 단면도이다. 본 발명은 도시된 바와 같이, 스터퍼링 타겟의 심부를 형성하는 타겟베이스(12)와, 타겟베이스(12)의 표면에 형성된 하지도금층(14)과, 하지도금층(14) 위에 형성된 타겟도금층(14)을 포함한다.
상기 타겟베이스(12)는 원판, 사각판 등의 평판이나 컵형상 등 공지된 타겟형상을 갖는다. 이러한 타겟베이스(12)로 사용가능한 금속 종류가 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는 구리 또는 합금이나 스테인리스스틸이 사용된다.
상기 하지도금층(14)은 타겟베이스(12)와 타겟도금층(16)의 밀착성을 좋게 하는 것으로서, 바람직하게는 니켈-주석합금으로 이루어진다.
한편, 상기 타겟도금층(16)은 스퍼터링시 식각되는 스퍼터링 표면을 형성하는 층으로서, 타겟도금층(16)이 식각되어 피도금물에 피막이 형성된다. 이러한 타겟도금층(16)은 우수한 전자파차폐성능과 내식성, 내산성을 가지도록 니켈, 주석, 텅스텐, 팔라듐 합금으로 이루어지는데, 바람직하게는 텅스텐 24∼30중량%, 팔라듐 1∼3중량%, 주석5∼15중량%를 함유하고 나머지는 니켈 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
이러한 타겟도금층(16)이 우수한 전자파차폐성능 및 내식성, 내산성 등의 물성을 가짐에 따라 본 발명을 이용하여 스퍼터링하면 전자파차체성능 및 내식성, 내산성이 우수한 전자파차폐막을 성막할 수 있다.
이러한 타겟도금층(16)과 더불어 하지도금층(12)은 후술하는 바와 같이, 습식도금에 의해 형성된다. 타겟도금층(16)과 하지도금층(12)을 용융도금, 용사, 증착 등의 다른 방법으로 형성될 수도 있으나, 타겟도금층(16) 및 하지도금층(12)이 습식도금방법으로 형성되면 다른 방법으로 형성된 것에 비해 상대적으로 평활도가 높은 표면을 가지기 때문에 좀 더 우수한 스퍼터링효률을 가진다.
이하에서 본 발명의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
1) 타겟베이스 준비단계
구리 또는 구리합금, 스테인레스 스틸로 이루어진 타겟베이스(10)를 준비하고, 탈지 및 산세정하는 등 통상의 방법으로 세척한다. 타겟베이스(10)로 스테인레스 스틸을 사용하는 경우에는 스테인레스 스틸 표면의 부동태 피막을 제거한다.
2) 하지도금층 형성단계
NiCl2ㅇ6H2O 30g/ℓ∼200g/ℓ, SnCl2 20g/ℓ∼70g/ℓ, NH4HF 20g/ℓ∼50g/ℓ, NaF 30g/ℓ∼40g/ℓ를 포함하는 pH 3~5의 도금액을 이용하여, 액온도 60~70℃, 전류밀도 1.5∼2.5A/㎠ 조건으로 1차 습식도금하여 니켈-주석합금의 하지도금층(12)을 형성한다. 이때 하지도금층(12)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 5㎛ 정도의 두께를 가지도록 도금한다.
3) 타겟도금층 형성단계
하지도금층(14)을 형성시킨 다음, 수세하고, NiSO46H20 45g/ℓ, Na2WO4 65g/ℓ∼70g/ℓ, C6H8O7H2O 120g/ℓ, PdCl2(NH)4 3∼10g/ℓ, Na2SnO3.3H20 50~100g/ℓ를 포함하는 pH 7~9의 도금액을 이용하여, 액온도 65~75℃, 전류밀도 4∼5A/㎠ 조건으로 2차 습식도금하여, 니켈 60∼65중량%, 주석5∼15중량%, 텅스텐 35∼40중량%, 팔라듐 1∼3중량%의 타겟도금층(16)을 형성한다. 이때 타겟도금층(16)의 두께는 사용자의 요구에 따라 적절한 두께로 조절된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명은 통상의 스퍼터링 타겟과 동일하게, 백킹 플레이트에 본딩하여 스퍼터링에 사용되는데, 본 발명은 타겟도금층(16)이 스퍼터링표면을 형성하므로 타겟도금층(16)이 식각되어 피처리물에 전자파차폐막을 형성한다.
한편, 스퍼터링에 의해 타겟도금층(16)이 식각되어 타겟도금층(16)의 표면이 불균일하게 되는 등 더 이상 스퍼터링을 진행할 수 없는 경우에는 본 발명을 회수하여 잔존하는 타겟도금층(16)을 연마하여 제거한 다음, 타겟도금층(16)을 다시 형성시켜서 재사용한다. 물론, 이 경우에 잔존하는 타겟도금층(16)과 더불어 하지도금층(14)도 함께 연마하여 제거하고, 하지도금층(14)과 타겟도금층(12)을 모두 다시 형성시킬 수도 있다.
실시예 1 및 비교예 1 ∼ 2
구리판을 타겟베이스로 준비하고, 타겟베이스의 표면을 탈지, 산세척하여 세정한 다음, 표 1의 조건으로 습식도금하여 타겟베이스 표면에 니켈 84중량%, 주석 16중량% 조성을 가지는 5㎛ 두께의 하지도금층을 형성하였다. 하지도금층이 형성된 타겟베이스를 수세 후에 표 2의 조건으로 습식도금하여 10㎛의 타겟도금층을 형성하여 3종류의 스퍼터링 타겟을 만들었다.
BATH
CHEMICAL		 NiCl2·H2O 200g/l
SnC2 70g/l
NH4HF 50g/l
NaF 40g/l
pH 5
액 온도 70℃
음극 전류밀도 2.5A/㎠
비교예 1 비교예 2 실시예 1
BATH
CHEMICAL		 NiSO4·H2O 25g/l 66g/l 45g/l
Na2WO4 65g/l 76g/l 65g/l
C6H8O7·H2O 70g/l 150g/l 120g/l
PdCl2(NH)4 - 10g/l 10g/l
Na2SnO3·3H20 - - 100g/l
pH 7 7 9
액 온도 75℃ 75℃ 75℃
음극 전류밀도 10A/㎠ 50A/㎠ 5A/㎠
실시예 2
18Cr-8Ni 스테인레스 스틸판을 타겟베이스로 준비하고, 타겟베이스의 부동태층을 제거한 후 세정하고, 표 1의 전해조건으로 습식도금하여 타겟베이스 표면에 5㎛ 두께의 하지도금층을 형성하였다. 하지도금층이 형성된 타겟베이스를 수세 후에 표 3의 조건으로 습식도금하여 10㎛의 타겟도금층을 형성하였다.
실시예 2
BATH
CHEMICAL		 NiSO4·6H20 43g/l
Na2WO4·2H2O 65g/l
C6H8O7·H2O 120g/l
Pd(NH3)2ClO2 10g/l
Na2SnO3·3H20 120g/l
pH 9
액의 온도 75℃
음극 전류 밀도 5A/㎠
<타겟도금층 조성>
제조된 스퍼터링 타겟들의 타겟도금층의 조성을 분석한 결과 한 결과 표 4와 같았다.
중량%
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
Ni 65 60 60 65
W 24 24 40 34
Pd 1 3 - 1
Sn 10 13 - -
<타겟도금층의 경도>
제조된 스퍼터링 타겟의 타겟도금층의 경도를 테스트한 결과 표 5와 같았다.
비교예 1 HV400∼450
비교예 2 HV400∼450
실시예 1 HV300∼350
실시예 2 HV300∼350
타겟도금층의 경도는 스퍼터링 속도에 영향을 미치는 중요한 요소로서, 타켓도금층의 경도가 과도하게 높으면 스퍼터링시 아르곤이온의 충돌에너지가 타겟도금층에 전파되는 효율이 좋지 못하여 도막형성효율이 저하되는데, 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 3의 타겟도금층이 비교예 1, 2에 비해 경도가 낮으므로 비교예 1, 2에 비해 상대적으로 스퍼터링시 도막형성효율이 좋음을 알 수 있다.
<밀착성테스트>
제조된 스퍼터링 타겟들의 타겟도금층의 밀착성을 필링테스트한 결과 도금층의 박리가 관찰되지 않았다. 또한, 각 스퍼터링 타겟들을 가열후 절곡하고, 절단면을 마찰하고, BISE에 물려 꺽어서 도금층이 박리되는지 여부도 관찰하였으나, 타겟도금층이 박리되지 않았다.
이를 통해 제조된 모든 스퍼터링 타겟의 타겟도금층의 밀착성이 우수함을 알 수 있다.
<내산성테스트>
제조된 스퍼터링 타겟들을 염산과 물을 1 : 3의 비율로 혼합한 염산 수용액에 담가서 상온에서 약 72시간 방치한 후, 표면의 변화를 육안으로 관찰하였으며 그 결과는 표 6과 같았다.
항 목 시 험 결 과
비교예 1 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
비교예 2 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
실시예 1 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
실시예 2 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2 모두 변화가 없었다.
<염소가스에 대한 내식성 테스트>
제조된 스퍼터링 타겟들을 습도 40%의 상온에서 염소가스에 72시간 노출시킨 다음 표면의 변화를 육안으로 관찰하였으며, 그 결과는 표 7과 같았다.
항 목 시 험 결 과
비교예 1 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
비교예 2 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
실시예 1 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
실시예 2 도금면 팽창 없음, 반점 녹 없음
<불화수소에 대한 내식성 테스트>
제조된 스퍼터링 타겟들을 습도 90%의 상온에서 72시간 불화수소에 노출시킨 다음 표면의 변화를 육안으로 관찰하였으며, 그 결과는 표 8과 같았다.
항 목 시 험 결 과
비교예 1 점식 부식 2∼3개 있음, 도금 팽창 없음
비교예 2 전면 부식 녹 없음, 도금 팽창 없음
실시예 1 전면 부식 녹 없음, 도금 팽창 없음
실시예 2 전면 부식 녹 없음, 도금 팽창 없음
표 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1은 표면에 부식이 이루어졌으나, 비교예 2 및 실시예 1, 2는 변화가 없었다.
<전자파 차폐성능 실험>
제조된 스퍼터링 타겟들을 5cmx 5cm 크기로 절단하여, 1GHz에서 차폐 수준을 Electro metrics사 EM2107A을 이용하여 3회 측정하였으며, 그 평균값은 표 9와 같았다.
항목 차폐효과(dB)
비교예 1 89
비교예 2 90
실시예 1 95
실시예 2 94
표 9를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 2가 비교예 1, 2에 비해 전자파 차폐성능이 우수함을 알 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 스퍼터링 과정에서 식각된 타겟도금층을 다시 형성시켜서 여러 번 반복사용이 가능하므로 종래의 스퍼터링 타겟에 비해 제작비용이 절감되고 자원재활용성이 향상되어 환경친화적인 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 타겟도금층이 우수한 전자파차폐성과 내식성, 내산성을 가지므로 본 발명을 사용하면 전자파차폐성은 물론이며, 내식성, 내산성이 우수한 고품질의 전자파차폐층을 형성시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 스퍼터링 타겟에 있어서,
    상기 타겟의 심부를 형성하는 금속제 타겟 베이스(12);
    상기 타겟 베이스(12)의 표면에 형성된 하지도금층(14); 및
    상기 하지도금층(14) 위에 형성되어 스퍼터링 과정에서 식각되어 피처리물의 표면에 도막을 형성하는 타겟도금층(16);을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 베이스(12)는 구리 또는 구리합금, 스테인레스 스틸 중의 어느 하나로 이루어지며,
    상기 하지도금층(14)은 니켈-주석합금으로 이루어지고,
    상기 타겟도금층(16)은 텅스텐 24∼30중량%, 팔라듐 1∼3중량%, 주석5∼15중량%를 포함하고, 나머지는 니켈 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟
  3. 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법으로서,
    상기 타겟의 심부를 형성하는 금속제 타겟 베이스(12)를 준비하는 과정;
    상기 타겟 베이스(12)를 니켈염, 주석염을 포함하는 도금욕으로 습식도금하여 타겟 베이스(120) 표면에 니켈-주석합금의 하지도금층(14)을 형성하는 1차 습식도금과정;
    상기 1차 습식도금과정에서 하지도금층(14)이 형성된 타겟 베이스(12)를 니켈염, 주석염, 팔라듐염, 텅스텐염을 포함하는 도금욕으로 습식도금하여 텅스텐 24∼30중량%, 팔라듐 1∼3중량%, 주석 5∼15중량%를 함유하고, 나머지는 니켈 및 불가피한 불순물로 이루어지는 타겟도금층(16)을 형성하는 2차 습식도금과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용가능한 스퍼터링 타겟제조방법.
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