KR20020083116A - 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

타겟의 가공방법을 향상시키고 응력에 의한 크랙의 발생 등을 방지한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제공한다.

ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스펙트비 ａ:ｂ인　직사각형 타겟에 있어서, a < b 이고, 스퍼터면 및 냉각면 중 적어도 스퍼터면에 상기 ｂ변에 대략 직교하는 방향으로 늘어선 연마상처를 가진다.

Description

스퍼터링 타겟 및 그 제조방법{SPUTTERING TARGET AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 스퍼터링 및 박막형성에 사용하는 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

일반적으로, 박막을 성막하는 방법의 하나로서 스퍼터링법이 알려져 있다. 스퍼터링법이란, 스퍼터링 타겟을 스퍼터링함으로써 박막을 얻는 방법으로, 효율좋게 성막할 수 있기때문에, 공업적으로 이용되고 있다.

이 때문에, 보다　효율좋게 저비용으로 성막하기 위해서, 현재에도 스퍼터조건이나 스퍼터장치 등의 개량이 나날이 행하여지고 있다. 그 개량의 하나로서, 대형인 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막면적을 크게 해서 보다 효율좋게 성막하는 방법이 강구된다. 이 때문에, 대형인 스퍼터링 타겟이 요구되고 있다.

그러나, 대형인 스퍼터링 타겟을 제작하는데 있어서, 몇가지의 문제점이 있으며, 그 중의 하나로서, 타겟에 발생하는 응력이 문제가 되고있다.

일반적으로, 스퍼터링 타겟은 타겟과 구리제의 배킹 플레이트를 맞붙임으로써 제작된다. 이 맞붙이는 방법은, 타겟과 배킹 플레이트의 사이에 저융점금속, 저융점합금, 예를 들면, In, In계 합금 등을 충전하여, 저융점 금속, 저융점합금의 융점이상으로 가열하고, 타겟과 배킹 플레이트의 사이의 저융점금속, 저융점합금을 녹인 후, 냉각하고, 저융점금속, 저융점합금이 재응고됨으로써 타겟과 배킹 플레이트를 납땜한다. 이 때, 타겟이 대형인 타겟의　경우, 타겟과 배킹 플레이트의 열팽창율의 차이에 의해, 저융점합금의 재응고온도에서 실온까지의 열변형이 저융점금속, 저융점합금층을 통하여, 타겟과 배킹 플레이트의 사이에 축적된다.

또한, 상술한 바와 같이 하여 접착한 스퍼터링 타겟을 스퍼터하는 경우, 우선 처음에, 스퍼터링 장치에 스퍼터링 타겟이 장착된다. 그 후, 장치내가 진공으로 흡인되고, 냉각수에 의해 배킹 플레이트가 냉각된다. 이 때, 스퍼터링 타겟은 장치내와 장치외와의 압력차 및 냉각수의 수압에 의해 응력을 받는다. 이 응력변형은, 저융점 합금층을 통하여, 타겟과 배킹 플레이트의 사이에 더욱 축적된다.

또한, 성막시에는, 타겟의 스퍼터면은 가열되고, 본딩면은 배킹 플레이트를통하여 냉각수에 의해 냉각된다. 이 때문에, 타겟에는 열변형이 더욱 부가된다.

이상에 기술한 바와 같이, 스퍼터링법에 의하여 성막하는 과정에 있어서, 타겟에는 다종다양한 응력이 발생한다. 이 응력은, 타겟이 대형화할수록 커지고, 타겟에 크랙이나 균열 등을 발생시킨다. 이 크랙이나 균열 등이 스퍼터링 중에 발생한 경우, 크랙이나 균열 등으로부터 아킹이나 노듈이 발생하여, 성막의 수율을 저하시킨다.

그래서, 이들에 대하여, 타겟 자체의 강도를 향상시켜서 타겟 자체를 균열되기 어렵게 하는 방법이 취해진다. 타겟의 강도를 향상시키는 방법으로서는, 타겟의 밀도를 높게 하거나, 타겟을 적당한 온도로 소결하거나, 타겟의 결정입경을 적당한 사이즈로 하는 등의 방법이 제안되고 있다.

그러나, 상기의 타겟의 강도를 향상시키는 기술을 이용하여 충분한 강도의 타겟임에도 불구하고, 스퍼터링 중에 타겟이 균열된다는 문제가 자주 발생한다.

그래서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여, 타겟의 가공방법을 향상시키고 응력에 의한 크랙의 발생 등을 방지한 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

도 １은 본 발명의 실시예 １의 타겟의 연마가공을 설명하는 도면이다.

도 ２는 본 발명의 실시예 ３의 타겟의 연마가공을 설명하는 도면이다.

도 ３은 본 발명의 비교예 １의 타겟의 연마가공을 설명하는 도면이다.

"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"

10: 타겟11: 연마상처

15: ４분할의 타겟16: 연마상처

21: 회전숫돌30: 배킹 플레이트

본 발명자들은, 타겟을 연마가공할 때의 연마방향이 타겟 자체의 강도에 현저히 영향을 주는 것을 발견하여, 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 본 발명의 제１의 양태는, ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스팩트비 ａ:ｂ인　직사각형 타겟에 있어서, a < b이고, 스퍼터면 및 냉각면의 적어도 스퍼터면에 상기 ｂ변에 대략 직교하는 방향으로 늘어선 연마자국을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟에 있다.

이러한 제１의 양태에서는, 직사각형 타겟의 장변에 대략 직교하는 방향으로 연마자국이 형성되어 있으므로, 응력이 부하되어도 균열되기 어렵다는 이점이 있다.

본 발명의 제２의 양태는, 제１의 양태에 있어서, 상기 연마면의 표면조도(Ｒａ)가 ２㎛이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟에 있다.

이러한 제２의 양태에서는, 연마면의 표면조도(Ｒａ)가 ２㎛이하이므로, 더욱 균열되기 어려운 것이다.

본 발명의 제３의 양태는, ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스펙트비 ａ:ｂ인　직사각형 타겟의 제조방법에 있어서, a < b일 때, 스퍼터면 및 냉각면의 적어도 스퍼터면을, 상기 ｂ변에 직교하는 방향으로 연마가공하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법에 있다.

이러한 제３의 양태에서는, 직사각형 타겟의 장변에 대략 직교하는 방향으로 연마가공하고 있기 때문에, 응력이 부하되어도 균열되기 어려운 타겟이 제조된다.

본 발명의 제４의 양태는, 제３의 양태에 있어서, 상기 연마면의 표면조도(Ｒａ)를 ２㎛ 이하가 되도록 연마가공하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법에 있다.

이러한 제４의 양태에서는, 연마면의 표면조도(Ｒａ)가 ２㎛ 이하가 되도록연마가공하고 있으므로, 더욱 균열되기 어려운 타겟이 얻어진다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

벽개성(劈開性)을 가지는 타겟에 어느 방향성을 가진 상처가 있는 경우, 그 상처 방향에 수직인 인장응력이 부하된 경우, 그 상처를 기점으로 크랙이 발생하여 비교적 간단하게 타겟이 균열되어 버린다. 그러나, 그 상처방향에 평행한 인장응력이 부하된 경우는, 그 상처를 기점으로 한 크랙이 발생하지 않기때문에, 타겟은 균열되기 어려워진다.

본 발명은 이와 같은 원리에 의하여 균열되기 어렵게 되어 있다고 추측된다. 즉, ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스펙트비 a : b에서, b > a 인　직사각형 타겟에 있어서는, ａ변에 평행한 방향의 응력에 비교하여 ｂ변에 평행한 방향의 응력이 발생하기 어렵기때문인지, ｂ변에 직교하는 방향에 연마상처(연마자국)을 가지는 타겟의 쪽이, ｂ변에 평행한 방향에 연마상처를 가지는 타겟보다 균열되기 어렵다는 것을 지견하였다. 이것은 후술하는 시험예에 의해서도 명백하다.

또한, 소정의 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터를 행하고 성막할 때에 타겟에 어떤 응력이 발생하는지의 해석은, 스퍼터링 타겟의 형상, 크기, 나아가서는 스퍼터링 장치의 구조 등에 영향을 받기때문에, 매우 곤란하다.

일반적으로, 벽개성을 가지는 세라믹스와 같은 타겟은 숫돌 등에 의해 연마가공되고, 구체적으로는, 회전하고 있는 숫돌을 슬라이드시켜서 타겟을 연마해 가도록 하는데, 본 발명 방법에 의하여 스퍼터링 타겟을 제조하는 경우에는, 단변인 ａ변에 평행하게 숫돌을 슬라이드시키면서 연마가공하면 좋은 것이 된다. 이것에의해, 스퍼터링 타겟에는 연마방향과 평행한 연마상처(연마자국)이 남게 된다.

또한, 본 발명이 적용되는 타겟의 재료는 특별히 한정되지 않고, 일반적으로 스퍼터링 및 박막형성에 사용되는 재료이면 특별히 한정되지 않는다.

또, 본 발명의 스퍼터링 타겟은, 타겟과 소정의 배킹 플레이트를 맞붙임으로써 제조되는데, 배킹 플레이트의 재질, 접합재료, 접합방법 등은 특별히 한정되지않는다. 배킹 플레이트로서는, 일반적으로는, 구리제 또는 구리합금제의 것이 사용된다. 또, 접합재료로서는, 일반적으로는, 예를 들면, In, In계 합금 등의 저융점금속, 저융점합금이 사용된다.

(실시예)

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명한다.

(실시예１)

도 １에 나타낸 바와 같이, 단변(a)이 127㎜, 장변(b)이 381㎜, 두께(t)가 6㎜의 사이즈의 일체물 ITO 타겟(10)의 스퍼터면을 장변(b)에 직교하는 방향 (단변(a)에 평행한 방향)으로 회전숫돌(21)을 이동시키면서 연마 가공하였다. 연마상처(11)는 단변(a)에 평행한 방향이다. 또한, 냉각면은, 장변(b)에 평행한 방향(단변(a)에 직교하는 방향)으로 연마가공하였다.

이러한 ITO타겟(10)을, 사이즈 140×400㎜로 두께 6㎜의 무산소 구리제의 배킹 플레이트(30)에, In의 본딩재를 사용하여 본딩하고, 스퍼터링 타겟으로 하였다.

동일한 스퍼터링 타겟을 10매 제작하여, 시험에 이용하였다. 또한, 각각의 타겟의 스퍼터면과 냉각면의 표면 조도는 Ｒａ가 1.5∼1.8㎛의 범위였다.

(실시예 ２)

실시예１과 동일한 사이즈의 타겟의 스퍼터면 및 냉각면을 실시예１과 마찬가지로 연마하였는데, 표면 조도(Ｒａ)가 실시예１보다 작아지도록 연마 가공하였다.

동일한 스퍼터링 타겟을 10매 제작하여, 시험에 이용하였다. 또한, 각각의 타겟의 스퍼터면과 냉각면의 표면조도는 Ｒａ가 0.3∼0.6㎛의 범위였다.

(실시예 ３)

도２에 나타낸 바와 같이, 실시예１과 동일 사이즈의 타겟을 １피스의 사이즈가 단변(a)이 95.25㎜, 장변(b)이 127㎜, 두께(t)가 6㎜가 되도록 ４분할로 하여, 각 타겟(15)의 스퍼터면 및 냉각면을 각 피스마다 연마 가공하였다. 연마방향은, 스퍼터면 및 냉각면 모두 장변(b)에 직교하는 방향으로 하였다. 각 타겟(15)은 장변(b)에 직교하는 방향으로 연마상처(16)를 가지고 있었다.

이들의 타겟(15)을 실시예１과 동일 치수의 배킹 플레이트(30) 위에 In의 본딩재를 사용하여 맞붙여서 스퍼터링 타겟으로 하였다.

동일한 스퍼터링 타겟을 10매 제작하여, 시험에 이용하였다. 또한, 각각의 타겟의 스퍼터면과 냉각면의 표면 조도는 Ｒａ가 1.5∼1.7㎛의 범위였다.

(비교예 １)

도 ３에 나타낸 바와 같이, 실시예１과 동일한 ITO 타겟(10A)의 스퍼터면 및 냉각면의 양쪽을, ｂ변에 평행한 방향으로 연마한 것 이외는, 실시예１과 마찬가지로 하여 스퍼터링 타겟을 제조하였다. 연마상처(11A)는 장변(b)에 평행한 방향이다.

동일한 스퍼터링 타겟을 10매 제작하여, 시험에 이용하였다. 또한, 각각의 타겟의 스퍼터면과 냉각면의 표면조도는 Ｒａ가 1.5∼1.7㎛의 범위였다.

(비교예 ２)

실시예３과 동일 사이즈의 타겟을 동일하게 ４분할로 하여, 각 피스를 스퍼터면 및 냉각면 모두 ｂ변에 평행하게 연마한 것 이외는 실시예 ３과 마찬가지로 하여 스퍼터링 타겟을 제조하였다.

동일한 스퍼터링 타겟을 10매 제작하여, 시험에 이용하였다. 또한, 각각의 타겟의 스퍼터면과 냉각면의 표면조도는 Ｒａ가 1.5∼1.7㎛의 범위였다.

(시험예 １)

실시예1, 2 및 비교예１의 스퍼터링 타겟의 각각의 4변을 볼트로 고정하고, 타겟 이면에 0∼2.5kgf/㎠의 사이에서 0.5kgf/㎠ 간격으로 등압이 걸리도록 가스를 도입하고, 타겟이 균열되었을 때의 압력을 측정하였다.

하기 표１에는, 타겟이 균열되기 시작했을 때의 압력과 균열된 타겟의 매수를 나타낸다.

이 결과로부터, 연마상처가 장변(b)에 직교하는 방향으로 한 실시예 １ 및 ２의 스퍼터링 타겟이, 연마상처가 장변(b)에 평행한 비교예１의 것보다, 균열되기 어려운 것을 알 수 있었다. 또, 표면 조도(Ｒａ)가 보다 작은 실시예２의 쪽이 실시예１보다 균열되기 어려운 것도 확인되었다.

(시험예２)

실시예 ３ 및 비교예 ２의 스퍼터링 타겟의 각각의 4변을 볼트로 고정하고, 타겟 이면에 0∼4kgf/㎠의 사이에서 0.5kgf/㎠ 간격으로 등압이 걸리도록 가스를 도입하고, 타겟이 균열되었을 때의 압력을 측정하였다.

하기 표 ２에는, 타겟이 균열되기 시작했을 때의 압력과 균열된 타겟의 매수를 나타낸다.

이 결과로부터, 연마상처가 장변(b)에 직교하는 방향으로 한 실시예 ３의 스퍼터링 타겟이, 연마상처가 장변(b)에 평행한 비교예２의 것보다, 균열되기 어려운 것을 알 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 직사각형 타겟의 연마상처를 장변에 직교하는 방향으로 함으로써, 타겟의 강도를 더욱 향상시켜서 응력에 의한 크랙의 발생 등을 방지한다는 효과를 이룬다.

Claims (4)

1. ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스팩트비 a : b 인　직사각형 타겟에 있어서, ａ＜ｂ이고, 스퍼터면 및 냉각면 중 적어도 스퍼터면에 상기 ｂ변에 대략 직교하는 방향으로 늘어선 연마자국을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마면의 표면조도(Ｒａ)가 ２㎛이하인　것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
3. ａ변 및 ｂ변을 가지고 애스팩트비 a : b 인　직사각형 타겟의 제조방법에 있어서, ａ < ｂ일 때, 스퍼터면 및 냉각면 중 적어도 스퍼터면을, 상기 ｂ변에 대략 직교하는 방향으로 연마가공하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 연마면의 표면조도(Ｒａ)를 ２㎛이하가 되도록 연마가공하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.