KR20010111908A - 스퍼터링 타겟의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 타겟의 제조방법에 관한 것으로서, 소모된 스퍼터링 타겟을 타겟 고정부로부터 분리하는 단계와; 타겟에서 심하게 소모된 부위 근방을 타겟으로부터 절단 분리하는 단계와; 타겟과 동일한 재질로 되어 있으며 상기 분리된 부분의 형상에 맞도록 형성된 조립부재를 끼워 조립하는 단계와; 조립된 타겟을 타겟 고정부에 부착하는 단계를 포함하여 구성되는 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공하여, 아이티오 타겟과 같은 화합물형 타겟 내지 산화물 타겟에 적용하여 불균일하게 마모된 타겟을 저비용으로 재생하여 다시 사용할 수 있도록 함으로써 타겟의 낭비를 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

스퍼터링 타겟의 제조방법{PRODUCTION METHOD OF SPUTTERING TARGETS}

본 발명은 스퍼터링 타겟의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 티에프티 엘시디(TFT-LCD)나 투명 전도막을 제조하는데 사용되는 아이티오(ITO, Indium tin oxide) 스퍼터링 타겟과 같은, 화합물형 타겟 내지 산화물 타겟을 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

전자부품에 사용되는 박막을 형성하기 위한 방법으로는 증착법, 전기도금법, 화학기상 성장법, 스퍼터링법 등이 있는데, 이중에서 박막의 미세조직 및 성분의 조절이 용이하고 양산성이 우수하다는 장점을 가진 스퍼터링법이 널리 사용되고 있다.

이러한 스퍼터링법은 금속이나 화합물형의 타겟에, 통상 아르곤 가스인 스퍼트가스의 이온을 충돌시켜 기계적인 운동량의 전달에 따라 타겟 구성원소를 방출시키고 방출된 입자가 기판에 퇴적되도록 하여 막을 형성하는 방법으로서, 피착된 박막의 특성은 타겟의 특성에 크게 의존하게 된다.

스퍼터링법을 행하는 스퍼터링기로는 보통 마그네트론형 스퍼터링기가 사용되는데, 이러한 마그네트론형 스퍼터링기는 타겟을 상측에 고정하는 타겟 고정부의 아래 부분에 자석을 장치하여 자계를 발생시키고 타겟의 상면으로 누설되어진 자계인 누설자계의 도움으로 플라즈마의 생성속도가 커져서 박막의 피착속도를 높이도록 한 스퍼터링기이다. 그런데 이러한 마그네트론형 스퍼터링기를 사용할 경우에는자석이 배치된 구조에 의해서 타겟 중앙부에서 약간 떨어진 부분에서 타겟 상면으로의 누설자계의 크기가 가장 크게 되고 그 영향에 따라 타겟의 특정부위 즉 타겟 중앙부에서 약간 떨어진 부위인 누설자계가 가장 큰 부위의 원소가 주로 방출되며 이에 따라 이 부분이 먼저 소모되어 다른 부위는 다 사용되지 않았는데도 타겟을 폐기하여야 하는 문제점이 있었다.

마그네트론형 스퍼터링기에서 누설자계의 영향에 따라 타겟이 불균형적으로 소모되고 그 결과 다른 부위는 다 사용되지 않았는데도 타겟을 폐기하게 되는 상기 문제점을 해결하기 위한 몇 가지의 시도가 있어 왔는데 그 중 한가지로 대한민국 특허공개번호 제 87-2748 호 특허출원에 개시된 발명을 들 수 있다. 이 발명에서는 타겟 아래에 장착되는 자석이 고정되는 것이 아니라 스퍼터링 도중에 이동될 수 있도록 함에 의해 타겟의 수명을 연장하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법은 타겟 아래의 자석을 이동시킬 수 있도록 회전조립체, 플랜지 등과 같은 복잡한 기계 장치를 설치하여야 하므로 비용이 많이 들고 기계적인 고장이 쉽게 발생될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 대한민국 특허공개번호 제 98-050037 호 특허출원에는 타겟의 형상을 변화시켜서 타겟의 수명을 연장시키도록 의도한 발명이 개시되어 있는데, 그 발명은 통상의 평평한 형상의 타겟을 사용하는 대신 누설자계의 영향으로 심하게 소모되는 부위, 즉 타겟의 중앙부로부터 약간 떨어진 부위에 다른 부위 보다 두껍게 돌출부를 형성하도록 제작한 타겟을 사용하므로써, 누설자계가 커서 소모율이 높은 상기 돌출부와 그외의 소모율이 낮은 부위가 균형있게 소모되도록 함에 의해 소모율이 낮은 부위가 모두 소모되기까지 타겟을 사용할 수 있도록 하여 타겟의 수명을 연장시키는 것을 요지로 하고 있다. 그런데 이 방법으로 아이티오 타겟을 제조하기 위해서는 특수한 금형을 사용하여야 하는 난점이 있음과 아울러, 산화물 타겟과 같이 열충격에 약한 타겟의 경우에는 돌출부가 스퍼터링 도중에 깨어져 나갈 우려도 있다.

한편, 일본국 특허 1993-06535 호에는 스퍼터링 공정에서 마모되어진 타겟 부위에 원재료와 같은 성분의 분말 재료를 충진하고 열을 가하여 원래의 재료에 용접시킨 다음 기계 가공에 의하여 표면을 평활하게 하여 저비용으로 스퍼터링 타겟을 회복시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 아이티오 타겟과 같은 화합물형 타겟의 경우에는 용접이 불가능하므로 이 방법을 적용할 수 없다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 인식하여 창출된 본 발명의 목적은 아이티오 타겟과 같은 화합물형 타겟 내지 산화물 타겟에 적용가능한 것으로서, 불균일하게 마모된 타겟을 저비용으로 재생하여 다시 사용할 수 있도록 함으로써 타겟의 낭비를 방지할 수 있어 경제적인 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1a는 종래 아이티오 타겟의 스퍼터링 전의 단면 구조를 보인 것이고,

도 1b는 종래 아이티오 타겟의 스퍼터링 후의 단면 구조를 보인 것이며,

도 2a는 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 아이티오 타겟의 스퍼터링 전의 단면 구조를 보인 것이고,

도 2b는 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 아이티오 타겟의 스퍼터링 후의 단면 구조를 보인 것이다.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

11: 타겟 22: 타겟 고정부

33: 조립부재

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소모된 스퍼터링 타겟을 타겟 고정부로부터 분리하는 단계와; 타겟에서 심하게 소모된 부위 근방을 타겟으로부터 절단 분리하는 단계와; 타겟과 동일한 재질로 되어 있으며 상기 분리된부분의 형상에 맞도록 형성된 조립부재를 끼워 조립하는 단계와; 조립된 타겟을 타겟 고정부에 부착하는 단계를 포함하여 구성되는 스퍼터링 타겟의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 실시예를 중심으로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

통상의 마그네트론 스퍼터링기를 사용하여 스퍼터링하는 때에는 누설자계의 영향에 따라 타겟의 특정부위가 먼저 소모되게 되는데 도 1a 에서 타겟 고정부(22) 상에 부착된 스퍼터링 전의 아이티오 타겟(11)이 도 1b 에서와 같이 스퍼터링이 어느 정도 진행된 후에는 특정부위, 주로 아이티오 타겟(11)의 가장자리에서 약간 안쪽에 위치한 부위가 소모되어 우묵하게 들어가게 된다.

한편, 아이티오 타겟(11)을 타겟 고정부(22)에 부착 고정하는 방식은 여러가지가 있는데 보통 타겟(11)의 저면에 어떤 재료를 도포한 후 타겟 고정부(22)에 위치시키고 나서 일정한 열을 가해 상기 재료를 매개로 하여 타겟(11)이 타겟 고정부(22)에 고정되도록 함이 일반적이다.

화합물형 타겟의 경우, 상술한 바와 같이, 타겟(11) 소재간의 용접은 불가능하여 일본국 특허 1993-06535 호를 적용할 수는 없다. 그러나, 본 발명자는 타겟(11)이 타겟 고정부(22)에 부착되어 사용되며 따라서 타겟 고정부(22)를 이용하여 타겟(11)의 형태를 유지하는 것이 가능하다는데 착안하였고 연구 결과 본 발명에 상도하게 되었다.

도면에 근거하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 도 1b 에서와 같이 타겟고정부(22)가 드러나기에 이를 정도로 소모되어 폐기하여야 할 스퍼터링 타겟(11)을 타겟 고정부(22)로부터 분리한 다음 타겟에서 심하게 소모된 부위 근방, 즉 도 1b 에서 점선으로 도시된 부분을 타겟(11)으로부터 분리한다. 상기 타겟(11)을 타겟 고정부(22)로부터 분리하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있을 수 있으며 약간의 열을 가하여 타겟(11)과 타겟 고정부(22) 사이에 칠해진 재료를 녹이는 것이 일반적이다. 그리고 타겟(11)에서 심하게 소모된 부위 근방을 분리하는 것은 기계가공에 의하는 방법을 생각할 수 있다.

그 다음에는 타겟(11)과 동일한 재질로 되어 있으며 상기 분리된 부분의 형상에 맞도록 형성된 조립부재(33)를 끼우게 되는데, 이러한 조립부재(33)는 별도로 그러한 형상으로 제조하여 사용할 수 있음은 물론, 소모된 타겟들을 재료로 하여 기계가공하여 얻을 수도 있을 것이다. 그 다음에는 조립부재(33)가 끼워져 조립된 타겟(11)을 일반적인 방식에 의해 타겟 고정부(22)에 부착하게 되며, 이에 의해 상기 조립부재(33)가 이탈되지 않고 도 2a 에 도시된 바와 같은 타겟의 형태가 유지되게 된다.

도 2a 에서 보여진 바와 같이, 본 발명에서 조립부재(33)의 측면은 경사지게 형성되며, 그 경사각은 타겟 고정부(22)로부터 예각으로 측정하였을 때 45도 내지 80도 인 것이 바람직하다. 도 2a 에서는 조립부재(33)의 상면이 좁아지도록 경사가 형성된 경우를 보이고 있으나 그 반대로 하면이 좁도록 형성하는 것도 무방하다. 조립부재(33)의 측면이 이루는 경사각을 상기 범위로 한정한 이유는, 경사각이 45도 보다 작은 경우에는 타겟(11) 가장자리 두께가 너무 얇은 부분이 생기게 되므로소모된 부위를 분리하기 위한 기계가공시 쉽게 부서져 타겟(11)의 가공이 어려울 뿐만 아니라, 타겟 고정부(22)에 부착되는 하면의 면적이 작은 디자인인 경우에는 접착면이 작아 스퍼터링 중에 열충격에 의하여 쉽게 떨어지는 문제점이 있었기 때문이다. 한편, 경사각이 80도를 넘는 경우에는 타겟(11)과 타겟 고정부(22) 사이를 접합하는데 사용되는 재료(주로 인듐)가 스퍼터링 중에 플라즈마 안에 혼입되어 박막을 오염시킬 우려가 있기 때문에 경사각은 80도를 넘지 않아야 한다.

실시예 1

수명을 다한 통상의 아이티오 타겟에서 심하게 소모된 부분을 기계적 방법으로 깍아내고, 다른 사용한 타겟의 소모되지 않은 부분을 가공하여 조립부재를 형성한 후 양자를 조립하여 아이티오 타겟을 제조하였다. 이때 조립부재는 45도의 경사각을 갇도록 하였다. 이 타겟을 사용하여 통상의 마그네트론 스퍼터링기에서 아이티오 박막을 제조하였는데 이 아이티오 박막의 성분분석결과와 표면상태를 표 1 에 나타내었다.

실시예 2

수명을 다한 통상의 아이티오 타겟에서 심하게 소모된 부분을 기계적 방법으로 깍아내고, 다른 사용한 타겟의 소모되지 않은 부분을 가공하여 조립부재를 형성한 후 양자를 조립하여 아이티오 타겟을 제조하였다. 이때 조립부재는 80도의 경사각을 갇도록 하였다. 이 타겟을 사용하여 통상의 마그네트론 스퍼터링기에서 아이티오 박막을 제조하였는데 이 아이티오 박막의 성분분석결과와 표면상태를 표 1 에 나타내었다.

비교예 1

수명을 다한 통상의 아이티오 타겟에서 심하게 소모된 부분을 기계적 방법으로 깍아내고, 다른 사용한 타겟의 소모되지 않은 부분을 가공하여 조립부재를 형성한 후 양자를 조립하여 아이티오 타겟을 제조하였다. 이때 조립부재는 90도의 경사각을 갇도록 하였다. 이 타겟을 사용하여 통상의 마그네트론 스퍼터링기에서 아이티오 박막을 제조하였는데 이 아이티오 박막의 성분분석결과와 표면상태를 표 1 에 나타내었다.

비교예 2

수명을 다한 통상의 아이티오 타겟에서 심하게 소모된 부분을 기계적 방법으로 깍아내고, 다른 사용한 타겟의 소모되지 않은 부분을 가공하여 조립부재를 형성한 후 양자를 조립하여 아이티오 타겟을 제조하였다. 이때 조립부재는 30도의 경사각을 갇도록 하였다. 이 타겟을 사용하여 통상의 마그네트론 스퍼터링기에서 아이티오 박막을 제조하였는데 이 아이티오 박막의 성분분석결과와 표면상태를 표 1 에 나타내었다.

시료	목표 조성	분석 조성	표면 상태
실시예 1	90%In-10%Sn	89%In-11%Sn	양호
실시예 2	90%In-10%Sn	91%In-9%Sn	양호
비교예 1	90%In-10%Sn	95%In-5%Sn	양호
비교예 2	90%In-10%Sn	88%In-12%Sn	불량

상기 표 1에서 보는 바와 같이 비교예 1에서는 타겟과 타겟 고정부간의 접착을 위한 금속재료(주로 인듐)에 의해 박막이 오염되어 분석 조성이 목표 조성으로부터 많이 벗어나 있었고 비교예 2에서는 타겟의 모서리 부분이 부서져 박막 표면에 작은 입자가 붙어있어 표면 상태가 좋지 않았다.

상기한 바와 같은 스퍼터링 타겟의 제조방법은 아이티오 타겟과 같은 화합물형 타겟 내지 산화물 타겟에 적용하여 불균일하게 마모된 타겟을 저비용으로 재생하여 다시 사용할 수 있도록 함으로써 타겟의 낭비를 방지할 수 있어 경제적이다.

Claims (2)

1. 소모된 스퍼터링 타겟을 타겟 고정부로부터 분리하는 단계와; 타겟에서 심하게 소모된 부위 근방을 타겟으로부터 절단 분리하는 단계와; 타겟과 동일한 재질로 되어 있으며 상기 분리된 부분의 형상에 맞도록 형성된 조립부재를 끼워 조립하는 단계와; 조립된 타겟을 타겟 고정부에 부착하는 단계를 포함하여 구성되는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재의 측면을, 타겟 고정부로부터 예각으로 측정하였을 때 45도 내지 80도의 경사각을 갖도록 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.