KR19990010712A - 스퍼터링 타켓 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트록 스퍼터링시 사용되는 고 효율의 스퍼터링 타켓에 관한 것이다.

스퍼터링 타켓은 균일한 표면을 가지는 본체부와, 이 본체부의 표면으로부터 돌출되어진 돌출부에 의해 구현된다. 돌출부는 반원의 단면을 가짐과 아울러 루우프띠의 형상을 가지며, 스퍼터링시 본체부의 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되도록 본체부의 표면에 위치한다.

이러한 구성에 의해, 스퍼터링 타켓은 스퍼터링시 타켓본체의 하부까지 균일하게 부시되어 사용효율을 극대화 할 수 있다.

Description

스퍼터링 타켓 및 그 제조방법

본 발명은 스퍼터링 타켓에 관한 것으로, 특히 단층 혹은 다층막의 성막에 널리 사용되는 마그네트론 스퍼터링 타켓의 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.

스퍼터 증착법은 광디스크의 생산을 비롯한 각종 소자의 제작을 위해 많이 사용되는 성막기술의 하나이다. 이는 성막코자 하는 조성의 타켓을 주조나 소결에 의해 제작한 후, 진공하에서 아르곤과 같은 스퍼터링용 가스를 소량 주입해서 전자 기장을 인가하여 이온화시키고, 인가된 높은 전위차에 의해 하전입자를 가속시킨다. 그 결과, 얻어진 높은 운동에너지를 가진 입자를 타켓 표면에 충돌시켜 고체표면으로부터 원자가 튀어나오는 원리를 이용한다.

스퍼터 증착법은 불활성 가스를 스퍼터링 매체로 사용하기 때문에, 하전입자가 타켓에 충돌될 시 화학반응을 일으키지 않고 운동량을 타켓에 전달하는 방법으로 단층 혹은 다층막을 성막한다. 이에 따라, 스퍼터 증착법은 전자빔이나 유도가열에 의한 증착법에 비하여 여러가지 장점들을 가진다. 스퍼터 증착법의 장점들을 들면, 첫째 저온에서 고융점 재료를 피막화 할 수 있고, 둘째로는 비교적 다양한 재료를 균일하게 성막할 수 있고, 세번째로는 기판과의 결합력이 우수한 막을 성막 가능하고 도가니나 가열체를 사용하지 않으므로 오염이 적은 양질의 박막을 얻을 수 있다는 것들을 들 수 있다.

일반적인 스퍼터링장치는 진공 챔버(chamber)와 펌프, 음극에 연결된 타켓, 그리고 막이 증착되는 기판(substrate)으로 구성되며, 이 공정의 관건은 성막시 박막의 오염을 줄이면서 증착속도를 빠르게 하는 것이다. 이를 위해 자기장을 인가시켜 타켓 표면 가까이에 강렬한 플라즈마를 가두어 둠으로써,보다 효과적으로 가스의 이온화를 유도하고, 그 결과 증착 속도를 증가시킨다.

이와 같이 비교적 저압에서도 증착속도를 빠르게 할 수 있는 것은 타켓의 후방에 위치한 자석에 의해 생긴 자기장이 타켓 표면 위의 공간에서 원형의 경로로 움직이는 전자의 비행거리를 증대시켜 줌으로써 이들 전자가 효과적으로 불활성 원자의 이온화를 돕기 때문이다. 그 결과, 이온화될 때 생긴 하전입자가 타켓 표면을 향해 가속되어 타켓 표면의 원자들을 보다 효과적으로 뜯어(sputtering)내어 기판에 증착시키는 효과를 가진다. 이 방법을 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)이라 하며, 증착시키려는 막의 조성과 유사하거나 동일한 타켓을 제작해야 한다는 단점에도 불구하고, 저압력에서도 증착속도를 증가시킬 수 있어 현재 각종 소자의 제작에 많이 이용된다.

그러나 마그네트론 스퍼터링의 경우, 자석으로부터의 자기장이 타켓 전체면에 대해 균일하지 않기 때문에 스퍼터링 되는 타켓의 부위와 그 정도가 균일하지 않다. 즉, 도1에서와 같이 타켓(10 또는 14)의 표면에는 오목한 루우프띠(12 또는 16)는 루우프 형태의 전자이동경로의 하부에 위치하는 타켓(10 또는 14)의 표면부가 집중적으로 부식됨으로써 형성된다. 이를 상세히 하면, 도2A와 같이 균일한 표면을 가지는 타켓(10 또는 14)는 스퍼터링이 진행됨에 따라 표면의 상부에 형성되는 루우프 형태의 전자이동경로에 의해 표면의 일부분(12 또는 14)이 도2B 및 도2C와 같이 다른 부분 보다 부식됨으로써 스퍼터링시에 타켓이 부분적으로 심하게 부식된다. 그리고 도3은 스퍼터링에 의해 국부적으로 심하게 부식되어진 타켓의 단면을 도시한다. 도1 내지 도3에서와 같이 타켓의 부식이 루우프띠를 따라 집중적으로 진행되므로 타켓의 일부분만이 사용될 수 없다. 이로 인하여 타켓의 사용 효율이 저하하여 경제적 손실이 큰 문제점이 있었다.

또한, 도1 내지 도3에서 명확히 볼 수 있듯이 타켓의 사용은 스퍼터링시 국부적인 부식(Erosion)에 의해 제한된다. 이 같은 마그네트론 스퍼터링용 타켓의 사용효율을 증대시키기 위한 다양한 방법이 제안되었다. 이 제안된 방법들을 요약하면, 주로 타켓의 사용 효율을 증대시키기 위해 자기장의 분포나 타켓의 미세조직을 제어하는 것이다. 이들 방법을 통해 타켓의 사용효율은 다소 증가될 수 있으나 도1의 두 경우에서 보듯이 타켓의 부식은 현재까지 아주 국부적으로 이루어진다. 실제로, 비교적 균일한 자장을 얻을 수 있도록 자석을 설계하거나, 성막시 자기장을 발생시키는 자석을 타켓의 후면에서 회전시키거나, 또는 타켓의 미세조직을 제어하는 방법이 제안되어 현재 사용 중이다. 그러나 이같은 방법에 의한 부분적인 개선이 있긴 했으나, 그럼에도 불구하고 현재 타켓의 사용효율은 40%미만으로 그리 높지 않은 실정이다. 즉, 종래의 마그네트론 스퍼터링 제조방법은 스퍼터링 되는 부위 및 정도가 균일하지 않아, 선택적으로 혹은 많이 부식되어 도면에 도시된 바와 같이 타켓의 부식이 트랙을 따라 집중적으로 발생하여 타켓의 일부만을 사용하게 되므로, 타켓의 사용효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 스퍼터링시 이용효율이 매우 높은 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제고함에 있다.

도1은 마그네트론 스퍼터링에 의해 부식되어진 타켓의 개략적으로 도시하는 도면.

도2는 마그네트론 스퍼터링에 의해 타켓이 부식되는 과정을 설명하는 도면.

도3은 마그네트론 스퍼터링에 의해 부식되어진 타켓의 단면을 도시하는 도면.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 타켓을 개략적으로 도시하는 도면.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스퍼터링 타켓은 스퍼터링시 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되는 부분에서 두꺼운 두께를 가진다.

본 발명에 따른 스퍼터링 타켓은 균일한 표면을 가지는 본체부와, 이 본체부의 표면으로부터 돌출되어진 돌출부를 구비한다. 돌출부는 반원의 단면을 가짐과 아울러 루우프띠의 형상을 가진다. 그리고 돌출부는 스퍼터링시 본체부의 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되도록 본체부의 표면에 위치한다.

본 발명에 따른 스퍼터링 타켓 제조방법은 성박코자하는 박막의 물질을 조성하기 위한 조성물질들을 설정하는 단계와, 밑면에 오목한 부분이 형성된 타켓주형을 마련하는 단계와, 타켓주형을 이용하여 조성물질들을 성형하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

우선 본 발명에서는 위에서 지적한 문제를 해결하기 위해 마그네트론 스퍼터링 방법에서의 문제가 자기장이 주로 타켓의 특정 부위에 집중되는 루우프띠를 따라 국부적으로 심하게 부식되는 것을 착안하여, 이를 역으로 설계함으로써 타켓의 효율을 증대코자 하였다. 즉, 스퍼터링 시 플라즈마에 노출되어 부식이 발생되는 타켓의 표면 형상을 자기장이나 미세조직의 제어에 의해 부분적으로만 타켓의 사용효율을 올릴 수 있는 소극적인 방법에는 벗어나, 타켓이 심하게 부식되는 형상과 반대되는 형상의 표면을 가지도록 한다.

도1 및 도3에 나타난 타켓(10 또는 14)의 부식형상(12 또는 16)과 상반되도록 하기 위하여, 부식속도가 빠른 부분(즉, 전자이동경로의 하부에 위치하게 될 부분은 두께를 두껍게 그리고 그 나머지 부분은 상대적으로 얇게 타켓을 설계하여 제작하는 것이다. 가령, 특정한 자기장의 분포를 얻도록 설계된 스퍼터링 장비에 의해 부식되어진 타켓의 단면이 도3에서와 같이 형상을 가진다면, 그래프의 X-축에 대해 대칭인 형상으로 타켓의 표면을 설계해 제작함으로써 종래의 경우에 비해 타켓의 사용효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 스퍼터링 타켓을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도4에서, 타켓은 타켓본체(20)의 표면으로부터 돌출되어진 돌출부(22)를 구비한다. 돌출부(22)는 반원형의 단면을 가짐과 아울러 루우프띠의 형태로 형성된다. 돌출부(22)는 스퍼터링시 마그네트의 자기장에 의해 타켓본체(20)의 상부에 형성되는 루우프띠 형태의 전자이동경로와 중첩되도록 타켓본체(20)의 표면에 위치한다. 스퍼터링시, 전자이동경로와 중첩되는 돌출부(22)는 빠른 속도로 부식되는 반면에 돌출부(22)를 제외한 나머지 타켓본체(20)의 표면은 천천히 부식되게 된다. 이 결과, 타켓본체(20)는 균일하게 부식되어 사용효율을 극대화시킨다.

도4에 도시된 타켓의 제조하기 위해서는 성막코자 하는 박막의 조성에 필요한 물질들(이하, 조성물질들이라 함)을 설정한다. 이때, 조성물질들은 타켓과 박막간의 원소별 전이를 고려하여 설정된다. 이어서 밑면에 오목한 루우프띠를 가지는 타켓주형을 제작한다. 오목한 루우프띠는 스퍼터링시 마그네트의 자기장에 의해 형성되는 전자이동경로와 중첩될 수 있도록 적절한 위치에 배치된다. 다음으로, 설정된 조성물질들을 용해하여 타켓주형에 부어 응고시킴으로써 도4와 같은 타켓이 형성된다. 이와는 달리, 타켓은 설정된 조성물질들을 분말화 한 다음 이 분말들을 타켓주형에 담아 소결함으로써 도4와 같은 형상으로 제작될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스퍼터링시 형성될 전자이동경로와 중첩되도록 타켓의 표면에 루우프띠의 돌출부를 형성함으로서 타켓이 하면까지 균등하게 부식되도록 한다. 이에 따라, 본 발명은 타켓의 이용효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정하여져야만 한다.

Claims (11)

1. 스퍼터링시 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되는 부분에서 두꺼운 두께를 가지는 스퍼터링 타켓.
2. 균일한 표면을 가지는 본체부와, 상기 본체부의 표면으로부터 돌출되어진 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓.
3. 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 루우프띠를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓.
4. 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 스퍼터링시 본체부의 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부는 반원의 단면을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓.
6. 성박코자하는 박막의 물질을 조성하기 위한 조성물질들을 설정하는 단계와, 밑면에 오목한 부분이 형성된 타켓주형을 마련하는 단계와, 상기 타켓주형을 이용하여 설정된 조성물질들을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 오목한 부분은 루우프띠를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 오목한 부분은 스퍼터링시 타켓의 상부에 형성되는 전자이동경로와 중첩되는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목한 부분은 반원의 단면을 가지도록 된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 설정된 조성물질을 분말화하여 그 분말을 타켓주형에 담아 소결시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 설정된 물질들을 용해시켜 상기 타켓주형에 담아 응고시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타켓 제조방법.