KR20060049986A - 엇갈린 어레이의 타겟 타일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타일들이 3 개 이하의 타일의 간극(84)과 만나고 접합 및 반복된 열 순환 동안 과도한 오정렬이 발생하지 않게 타일들을 고정하도록 다수의 타겟 타일(32)을 2차원 비-장방형 어레이로 후방판(34)에 접합시키는, 타겟 재료를 큰 장방형 판넬들 위로 스퍼터 증착시키기 위한 스퍼터링 타겟(80)에 관한 것이다. 장방형 타일들은 엇갈린 가로열들로 배치되거나 오늬 무늬 또는 지그-재그 패턴으로 배치될 수 있다. 육각형 및 삼각형 타일들도 본 발명의 많은 장점을 제공한다. 섹터-모양의 타일(154)은 중앙에서 엇갈린 오프셋(156)을 갖도록 원형 타겟으로 배치될 수 있다.

Description

엇갈린 어레이의 타겟 타일{TARGET TILES IN A STAGGERED ARRAY}

도 1은 종래 플라즈마 스퍼터 반응기의 개략적인 단면도이다.

도 2는 2차원 어레이의 타겟 타일로 형성된 장방형 타겟의 평면도이다.

도 3은 냉각 채널을 포함한 종래 타겟 후방판에 접합된 타겟 타일 구성의 단면도이다.

도 4는 후방판에 타겟 타일을 접합시키는 종래 방법을 예시하는 개략도이다.

도 5는 종래 장방형 배치의 타겟 타일이 갖는 문제점을 예시하는 평면도이다.

도 6은 엇갈린 가로열로 배치된 장방형 타겟 타일을 포함한 본 발명의 제 1 실시예의 평면도이다.

도 7은 이웃하는 가로열의 마주하는 단부에 배치된 동일한 크기의 부분 단부 타일을 갖는 엇갈린 가로열로 배치된 장방형 타일을 포함한 제 2 실시예의 평면도이다.

도 8은 가로열들간의 감소된 오프셋을 갖는 엇갈린 가로열로 배치된 정확히 동일한 치수를 갖진 않지만 인접한 치수의 장방형 타일을 포함하는 제 3 실시예의 평면도이다.

도 9는 오늬 무늬 또는 지그-재그 패턴으로 배치된 장방형 타일을 포함한 제 3 실시예의 평면도이다.

도 10은 육각형 타일을 포함한 제 4 실시예의 평면도이다.

도 11은 삼각형 타일을 포함한 제 5 실시예의 평면도이다.

도 12는 원형 타겟에 적용된 본원 발명의 일 실시예의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 마그네트론 스퍼터 반응기 12 : 진공 챔버

14, 30, 80, 90, 100, 120 : 타겟 20 : 기판

34 : 후방판 40 : 아웃라인

48 : 갭 72 : 간극

110 : 장방형 타일 112 : 오프셋

본 출원은 2004년 7월 9일자로 출원된 일련번호 제10/888,383호의 분할 계속 출원이며, 상기 출원은 본 명세서에서 참조로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 재료의 스퍼터링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다수 타일의 타겟 재료를 포함한 타겟에 관한 것이다.

선택적으로 물리 기상 증착(PVD)으로 불리는 스퍼터링은 금속층 및 관련된 재료를 증착하기 위해 반도체 집적 회로의 상업적인 부분에 폭넓게 사용된다. 도 1에서 단면도로 도시된 통상적인 DC 마그네트론 플라즈마 반응기(10)는 타겟(14)이 전기 절연부(16)를 통해 밀봉된 전기적으로 접지된 진공 챔버(12)를 포함한다. DC 전력 공급기(18)는 아르곤 스퍼터 작용 가스를 플라즈마로 여기시키기 위해 챔버(12) 또는 챔버(12) 내의 접지된 스퍼터 실드와 관련하여 타겟(14)을 음으로 바이어싱한다. 그러나, RF 스퍼터링은 공지되어 있다. 양으로 하전된 아르곤 이온은 바이어싱된 타겟(14)으로 끌려가고 타겟(14)으로부터의 재료를 타겟(14)에 마주하는 지지대 위에 지지된 기판(20) 위로 스퍼터링된다. 타겟의 후방에 위치한 마그네트론(24)은 전자를 트랩핑하기 위해 타겟(14)의 전면에 평행한 자기장을 투사시키고, 이로써 플라즈마의 밀도와 스퍼터링 속도를 증가시킨다. 현대 스퍼터 반응기에서, 마그네트론은 작으며 타겟(14)의 후방 주위에 스캐닝된다. 큰 마그네트론이라도 침식 및 증착의 균일성을 향상시키기 위해 스캐닝될 수 있다.

비록 알루미늄, 티타늄 및 구리 타겟이 하나의 일체형 부재로서 형성될 수 있지만, 몰리브데늄, 크로뮴, 및 인듐 틴 옥사이드(ITO:indium tin oxide)와 같이 다른 재료를 스퍼터링하기 위한 타겟은 통상적으로 더 저렴하고 더욱 용이하게 기계가공이 가능한 재료의 타겟 후방판에 코팅되거나 접합된 스퍼터될 재료의 스퍼터링 층으로 형성된다.

스퍼터 반응기는 실질적으로 원형 실리콘 웨이퍼 위로 스퍼터링하도록 개발되었다. 수년간, 실리콘 웨이퍼의 크기는 500mm에서 300mm까지 증가하였다. 스퍼터링 타겟 또는 스퍼터링 재료의 층은 웨이퍼에 대해 더욱 균일한 증착을 제공하기 위해 다서 더 커질 필요가 있다. 통상적으로, 웨이퍼 스퍼터 타겟은 알루미늄과 구리와 같은 일부 재료를 위한 하나의 원형 부재로 형성되거나 더 상이한 재료를 위해 후방판 위에 형성된 하나의 연속하는 스퍼터 층으로 형성된다.

1990년대 초기에, 스퍼터 반응기는 컴퓨터 모니터 또는 텔레비젼 스크린으로 사용하기 위한 액정 디스플레이(LCD)와 같은 대형 디스플레이를 위해 사용될 유리 판넬 상에 형성된 박막 트랜지스터(TFT)를 위해 개발되었다. 이러한 반응기는 디마레이(Demaray) 등의 미국 특허 제5,565,071호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로 포함된다. 이러한 기술은 후에 플라즈마 디스플레이와 같은 다른 타입의 디스플레이와 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함한 유기 반도체, 및 플라스틱과 폴리머 같은 기타 판넬 구성물에 적용되었다. 초기 반응기의 일부는 대략 400mm×600mm의 크기를 갖는 판넬을 위해 설계되었다. 이러한 대형 타겟을 하나의 연속하는 스퍼터 층으로 형성할 수 없는 것으로 종종 생각되어졌다. 대신에, 다수 타일의 스퍼터링 재료가 하나의 타겟 후방판에 개별적으로 접합된다. 평판 타겟의 원래 크기에서, 타일은 타일이 후방판의 1차원 어레이를 형성하도록 타겟의 단방향을 가로질러 연장하기에 충분히 크게 제조된다.

제조되는 평판 디스플레이의 크기가 증가하고 다수의 디스플레이가 하나의 유리 판넬 상에서 제조되고 그 후에 절단될 때 스케일(scale)의 경제성이 달성되기 때문에 판넬의 크기는 계속해서 증가하였다. 1.8m의 최소 크기를 갖는 판넬 위로 스퍼터링하는 평판 제조 장비는 상업적으로 이용가능하며 2m×2m 및 그 이상의 크기를 갖는 판넬을 위한 장비도 고려될 수 있다. 이렇게 큰 타겟을 위해, 도 2의 평면도에 도시된 2차원 타일 배치가 필요할 수 있다. 장방형 타겟 타일(32)은 장 방형 어레이로 배치되며 타겟 후방판(32)에 접합된다. 본 명세서에서 참조로 포함되고 2004년 6월 7일자로 출원된 텝맨(Tepman)의 미국 특허 출원 제10/863,152호는 이러한 대형 타겟의 2차원 마그네트론 스캔을 개시한다.

도 2의 평면도에 도시된 것처럼, 실질적으로 장방형인 타겟(30)은 장방형 어레이로 배치되고 타겟 후방판(34)에 접합된 장방형 타겟 타일(32)을 포함한다. 타일 크기는 타일 제조의 용이함을 포함한 다수의 요인에 의존하며, 이는 4×5의 수일 수 있지만, 타일(32)은 3×3 어레이가 대형 판넬에 필요하도록 실질적으로 예컨대 75mm×90mm의 크기가 될 수 있다. 이러한 타일 어레이의 타일 수는 타겟 재료가 크로뮴 또는 몰리브데늄과 함께 작업하기에 곤란한 경우에는 더욱 커질 수 있다. 도시된 타겟 후방판(34)은 스퍼터 코팅되는 판넬의 모양과 크기와 등각을 이루도록 대체로 장방형의 모양을 갖지만 구석부(36)는 라운딩되거나 후방판을 지지하는 챔버 몸체와 등각을 이루도록 각이 형성되고 라운딩되거나 타겟에 전력을 공급하기 위한 전기 단자를 포함하는 챔버 몸체로부터의 연장부(38) 및 타겟(30)을 냉각시키기 위해 사용된 냉각 유체를 위한 파이프 커플링을 포함한다. 도 3의 단면도에 도시된 것처럼, 평판 스퍼터링을 위한 타겟 후방판(34)은 예컨대 티타늄 용접된 또는 다른 방법으로 함께 접합된 두 개의 금속판(42,44)으로 형성된다. 이러한 후방판(34)은 매우 큰 판넬 크기로 인해 매우 큰 타겟(30)에 걸리는 상이한 압력을 최소화시키기 위해 일반적인 냉각보다 후방 진공 챔버에 제공하는 것이 바람직하기 때문에 웨이퍼 처리 동안 일반적인 후방판보다 더 복잡하다. 판(42,44) 중 하나는 냉각 유체가 순환하는 선형 냉각 채널(46)로 형성된다. 다른 타입의 후방 판(34)과 냉각 채널(46)도 가능하다.

타일(32)은 타일(32)들 사이에 형성된 갭(48)을 갖는 챔버 측부 상에서 후방판(34)에 접합된다. 통상적으로, 타일(32)은 타일 어레이의 주변부에서 경사진 에지를 제외하고 수직 구석부들을 갖는 장방형 모양을 갖는다. 갭(48)은 제조 변형을 만족시킬 수 있도록 되어 있으며 0 내지 0.5mm 사이일 수 있다. 이웃하는 타일(32)은 직접 인접할 수 있지만 서로 힘을 가하지는 않는다. 한편, 갭(48)의 폭은 플라즈마 다크 스페이스 보다 많지 않으며, 이는 일반적으로 플라즈마 시스 두께에 대응하고 아르곤 작용 가스의 일반적인 압력에서 약 0.5mm보다 다소 크다. 플라즈마는 플라즈마 다크 스페이스보다 작은 최소 거리를 갖는 스페이스에 형성될 수 없다. 그 결과, 하부 티타늄 후방판(34)은 타일(32)이 스퍼터링되는 동안 스퍼터링되지 않는다.

도 2를 참조하면, 타일(32)은 스퍼터링될 타겟(30)의 영역과 대략 동일하거나 다소 큰 장방형 아웃라인(40) 내에 배치된다. 도 1의 마그네트론(24)은 이러한 아웃라인(40)으로 스캐닝된다. 실드 또는 다른 수단은 후방판(34)의 타일이 없는 표면이 고밀도 플라즈마에 노출되고 이로써 스퍼터링되지 않도록 방지하는데 사용된다. 분명히, 몰리브데늄 또는 다른 타일을 지지하는 알루미늄 후방판(34)을 스퍼터링하는 것은 바람직하지 않다. 후방판(34)이 타겟 타일(32)과 동일한 재료로 이루어지더라도, 후방판(34)을 스퍼터링하는 것은 바람직하지 않다. 후방판(34)은 복잡한 구조물이고 일 세트의 타일(32)이 소모된 후 다시 닦이고 새로운 세트의 타일(32)에 사용하는 것이 바람직하다. 후방판(34)에서의 어떠한 스퍼터링도 방지된 다.

도 2의 장방형 타일 배치는 판넬 크기를 증가시키기가 곤란하다. 후방판에 타겟 타일을 접합시키는데 이용할 수 있는 여러 공정들이 존재한다. 도 4에 도시된 일반적인 공정 중 하나는 두 개의 가열 테이블(60,62)을 갖는 장치를 포함하는 것이다. 타일(32)은 하나의 테이블(60) 상에 위치하고 이들의 스퍼터링 면은 아래를 향한다. 각각의 타일(32)은 후방에서 인듐의 코팅부(64)로 페인팅된다. 가열 테이블(60)은 인듐이 타일(32)에 젖어들고 균일한 용융층을 형성하도록 156의 인듐 용융점 이상으로 약 200℃까지 코팅된 타일(32)을 가열시킨다. 유사하게, 후방판(34)은 다른 가열 테이플(62) 상에 위치하고 인듐 코팅부(66)로 페인팅되며 약 200까지 가열된다. 용융 상태의 인듐 코팅부(64,66)를 이용하는 경우, 타일(32)은 제 1 테이블(60)로부터 제거되고, 반전되며 서로 면하는 용융된 인듐 코팅부(64,66) 및 위로 향하는 스퍼터링 면을 갖는 후방판(34)의 상부에 위치한다. 냉각시킬 때, 인듐은 고화되고 타일(32)을 후방판(34)에 접합시킨다.

이송 동작은 타일(32) 상의 인듐 코팅부(64)가 이송동안 고화되지 않을 정도로 충분히 빠르게 수행되어야 한다. 작은 타겟의 경우에, 이송은 수동으로 수행될 수 있다. 그러나, 타겟과 타일은 점차 커지기 때문에, 이송 고정부는 타일의 에지를 단단히 붙잡고, 크레인은 고정부를 들어올리고 고정부를 제 2 테이블까지 이동시킨다.

이러한 큰 기계적인 구조물은 원하는 정도로 정렬하도록 조절하기가 용이하지 않으며, 특히 접합된 타일은 0.5mm 이하까지 분리된다. 대신에, 도 5의 평면도 의 4 개의 타일(32)들 간의 구석 영역이 도시된 것처럼, 장방형 어레이에 배치된 4 개의 타일(32)은 서로에 대해 미끄러지고 중간-타일 갭(48)에 대해 상이한 크기로 오정렬하는 경향이 있다. 더욱 중요한 것은, 4 개의 타일의 구석부들 간의 간극(72)이 의도된 것보다 훨씬 클 수 있다. 간극은 간극이라는 용어가 2 개의 타일 간의 선을 포함하지 않고 세 개 이상의 타일들 간의 인터페이스에서의 포인트 또는 공간을 의미한다. 잘 형성된 간극(72)은 타일(32)들 간의 최대 갭을 제공한다. 그 결과, 오정렬 타일(32)에 대한 간극(72)의 가장 넓은 포인트는 플라즈마 다크 스페이스, 즉 1mm보다 커서 플라즈마가 후방판(34)으로 진행할 수 있다. 만약 갭이 플라즈마 다크 스페이스보다 약간 크다면, 갭의 플라즈마 상태는 불안정하고 아크가 중단될 수 있다. 아크가 타일 재료를 한정하더라도, 아크는 원자보다는 타겟 재료의 입자들과 오염 입자를 생성하기 쉽다. 만약 플라즈마가 후방판에 도달한다면, 스퍼터링될 것이다. 판 스퍼터링은 타일과 후방판이 상이한 재료로 만들어진 경우 재료 오염을 유발한다. 더욱이, 판 스퍼터링은 다시 닦인 타겟을 위해 후방판을 재사용하는 것을 어렵게 한다. 플라즈마는 후방판에 즉시 도달하지 않더라도, 큰 크기의 간극(72)은 플라즈마가 간극(72)에 면하는 타일(32)의 측부를 스퍼터링하게 한다. 측부 스퍼터링은 간극(72)을 더욱 확대시키고 판 스퍼터링의 상황을 악화시킨다.

유사한 문제가 타겟 타일의 재료와 후방판 사이의 상이한 열팽창으로부터 발생한다. 접합된 어셈블리가 실온까지 냉각될 때, 상이한 열팽창은 어셈블리를 휘게하기 쉽다. 고체 인듐의 유연함으로 인해, 휨은 접합된 어셈블리로부터 가압될 수 있다. 그러나, 가압은 일반적으로 제어되지 않은 공정이고 타일은 가압동안 서로 미끄러져 도 5의 바람직하지 않은 타일 배치를 형성할 수 있다.

훨씬 낮은 온도에 적용될 수 있는 도전성 탄성체를 갖는 후방판에 타일을 접합시키는 기술들이 개발되었다. 이러한 접합 시설은 캘리포니아, 산 호세에 있는 써멀 컨덕티브 본딩 사로부터 이용할 수 있다. 하지만, 탄성체 접합은 큰 어레이의 타겟 타일이 갖는 오정렬 문제를 완전히 제거하지 못한다.

타겟, 특히 유용한 장방형 타겟은 비장방형 2차원 어레이의 타겟 후방판에 접합된 장방형 타겟 타일을 포함한다.

장방형 타일은 3 개의 타일만이 간극에서 만나고 이들 중 2 개의 타일만이 간극에 인접한 예리한 구석부를 갖도록 엇갈린 가로열로 배치될 수 있다. 가로열 배치의 일 실시예에서, 하나의 가로열은 다수의 전체 타일을 포함하지만 이웃하는 가로열은 하나 적은 전체 타일과 끝단에서 두 개의 절반 타일을 갖는다. 가로열 배치의 또 다른 실시예에서, 모든 가로열은 동일 수의 전체 타일을 포함하고 부분적인 타일을 갖는 하나의 일부 타일은 이웃하는 가로열의 마주하는 끝단에 배치된다. 가로열 배치의 또 다른 실시예에서, 엇갈림을 형성하는 오프셋은 10%보다 작지만 가로열을 따른 타일의 길이중 0.5%보다 많다.

선택적으로 장방형 타일은 1:2 또는 심지어 1:N 크기비율을 갖는 전체 장방형 타일과 장방형 아웃라인의 주변 상에 배치된 정사각형 타일의 오늬무늬 또는 지 그-재그 패턴으로 배치될 수 있다.

선택적으로, 이러한 타일은 육각형 모양을 가지며 밀집한 구조로 배치될 수 있다.

선택적으로, 타일은 장방형 아웃라인의 내부에서 이등변 모양을 갖는 삼각형 모양일 수 있다.

본 발명은 다수의 타일, 특히 섹터 모양의 타일을 갖는 원형 타겟에 적용될 수 있다. 바람직하게, 섹터는 중심 부근의 엇갈린 접합부에서 만날 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 타겟 타일의 아웃라인 구석부는 구석부 부근의 마그네트론에 의해 형성된 플라즈마 트랙의 굴곡에 대응하는 6.5 내지 12.5 cm 사이의 반경으로 굴곡화된다. 굴곡화된 구석부는 하나의 타일 타겟과 타일의 2차원 어레이에 적용될 수 있다.

본 발명에 따라 제작된 타겟은 장방형 어레이로 배치된 타일로 구성된 종래 타겟의 많은 문제점을 방지한다. 대신에, 도 6의 평면도로 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예의 타겟(80)은 장방형 타일(32)을 포함하며, 각각은 스퍼터링 면에서 적어도 동일한 구성을 가지며 엇갈린 가로열로 배치되고 타겟 후방판(34)에 접합된다. 본 실시예에서, 하나의 가로열의 타일(32)은 이웃하는 가로열의 타일(32)로부터 가로열 방향으로 오프셋된다. 가로열의 일부에서, 단부 타일(82)은 전체 타일(32)의 대응하는 길이의 일부분인 가로열 방향의 길이를 갖는다. 이러한 실시예에서, 단부 타일(82)의 길이는 단지 두 개의 크기의 타일(32,82)만이 필요하도록 타일들 간의 원하는 크기의 갭보다 작은 전체 길이의 절반을 갖는 것이 바람직하 다. 타일(32,82)은 후방판(34)으로의 이송 및 접합 동안 가로열 방향으로 미끄러질 수 있지만, 수직 방향으로의 움직임은 매우 제한된다. 그 결과, 타일(32,82) 간의 구석부에서의 간극(84)은 비정상적으로 큰 크기로 성장하기가 쉽지 않다. 더욱이, 각각의 간극(84)은 3 개의 타일(32,82)에서 형성되고 단지 2 개의 타일(32,82)만이 간극(84)에 대해 예리한 각도를 제공한다. 따라서, 플라즈마 아크는 도 1의 종래 타겟(30)에서 처럼, 4 개의 예리한 각도를 갖는 4 개의 타일보다 적은 기능을 한다.

타겟(80)은 N-1 전체 타일(32)과 두 개의 절반 타일(82)을 포함한 가로열과 교호하는 N 개의 전체 타일(32)을 갖는 일부 가로열을 포함한다. 가로열의 수와 컬럼의 수의 비율인 요소 내에서, 전체 타일(32)의 종횡비는 타일(32,82)에 의해 덮이는 유용한 타겟 영역의 종횡비를 결정한다.

도 7의 평면도에 도시된 밀집하게 관련된 타겟(90)은 N 전체 타일(92)과 일부 장방형 타일(94)을 모두 포함하는 가로열로 배치된 장방형 타일(92)을 갖는다. 부분 타일(94)은 이웃하는 가로열의 마주하는 단부 상에 배치되고 단지 두 개의 크기의 타일만을 필요로 하도록 가로열 방향으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 가로열 방향의 부분 타일(94)의 길이는 전체 타일(92)의 대응하는 길이의 절반으로 제한되지 않는다. 전체 타일(92)이 정사각형이도라도, 타겟의 유용한 영역의 종횡비는 부분 타일(94)의 가로열 방향을 바꿈으로써 자유롭게 선택될 수 있다.

모든 타겟(80,90)에서, 전체 타일(32)은 유사한 방향의 타일(32)의 평행사변형 배치로 배치된다.

또 다른 관련된 실시예의 타겟(100)은 도 8의 평면도에 도시된다. 후방판(12)은 마주하는 측부 상에서 챔버의 아웃라인을 넘어 돌출하고 냉각 액체가 일 측부로부터 다른 측부로 직접 유동하도록 외부 수직 접속부를 수용하는 두 개의 연장부(104,106)와 기울어진 각을 갖는 구석부(108)를 갖는다. 6 개의 장방형 타일(110)은 타일(110) 간의 약 0.5mm의 갭을 갖는 미리 설정된 엇갈린 2차원 배치로 인듐 또는 폴리머 접착제에 의해 후방판(102)에 접합된다. 그러나, 오프셋(112) 방향을 따라 타일의 기리의 10%보다 작은 4 개의 타일(110)의 오프셋 접합부(114)에서 이웃하는 컬럼들 간의 오프셋(112)의 양을 감소시킨다. 오프셋은 예컨대 적어도 2 내지 4 배(factor)만큼 갭보다 커야하고 바람직하게는 0.2%까지 작은 오프셋이 사용될 수 있지만 타일(10)의 관련된 측부의 길이의 0.5%보다 커야한다. 감소된 오프셋(112)은 타일(110)을 형성하는 통상적인 방법의 관점에서 장점을 갖는다. 원하는 타일보다 큰 타일 블랭크는 소결된 형태의 성형물로 높은 등온 가압(HIP)에 의해 형성된다. 최대 불순물을 포함하는 타일 블랭크의 에지는 원하는 타일 모양을 형성하기 위해 머시닝된다. 4-포인트 접합부를 제거하기 위해 최소 유효 오프셋(112)으로 형성된 타일(110)은 타겟 재료를 최소로 낭비하면서 성형물과 타일 블랭크의 하나의 크기로 형성될 수 있다.

도시된 타일(110)은 라운딩된 외측 구석부(116), 즉 타일(110) 어레이의 구석부를 갖는다. 6.5 내지 12.5cm 사이일 수 있는 굴곡부의 반경은 마그네트론 구석부의 굴곡부를 따르도록 선택된다. 상기에서 인용한 특허 문헌의 텝맨이 개시한 마그네트론은 플라즈마 트랙을 한정하는 실질적으로 일정한 갭이 형성된 자극의 내 부 극과 마주하는 자극의 주위 외부 극 사이에 형성된 회선형 플라즈마 트랙을 포함한다. 극 피스는 굴곡된 90℃ 및 180℃ 섹션에 의해 결합된 선형 섹션을 포함한다. 타일(110)의 외측 구석부(116)는 구석부(116) 부근의 플라즈마 트랙의 굴곡과 등각을 형성한다.

유사하게 굴곡된 외측 구석부는 1차원 장방형 어레이의 타겟 타일 또는 하나의 장방형 타겟 타일에 적용되며, 이는 타일이 충분히 큰 크기인 경우에 바람직한 배치이다.

도 9에 도시된 본 발명의 제 3 실시예의 타겟(120)은 선택적으로 지그-재그 배치로 불리는 오늬 무늬 배치로 배치된 장방형 타일을 갖는다. 도 9의 방향에서 관찰하면, 오늬 무늬 패턴은 타일(122)들 간의 원하는 갭을 고려하여 1:2 종횡비를 갖는 타일(122)을 포함한다. 오늬 무늬 패턴에서, 타일(122)은 수직 및 수평 방향으로 배치되며 경로는 제 1 단부상에서 제 1 타일의 짧은 치수, 제 2 타일의 긴 치수, 그리고 제 2 타일의 제 1 단부에 머주하는 제 2 단부 상에서 제 3 타일의 짧은 치수를 통과한다. 그 후에, 패턴이 반복된다. 하부 외쪽에서 상부 오른쪽으로의 대각선 통과 방향을 따라 관찰하면, 직교하게배치된 타일(122)의 대각선 쌍을 따라 평행한 갈짓자 무늬(chevron) 패턴이 존재한다. 장방형 패턴 주위의 에지는 여러 개의 절반 타일(124)을 필요로 한다. 상부 오른쪽 구석부에서의 전체 타일(126)은 정밀한 오늬 무늬 패턴의 두 개의 절반 타일을 대체한다.

오늬 무늬 패턴은 다수의 맞물린 구석부를 제공하고 이로써 미끄러짐이 거의 축적되지 않는다. 이러한 견고함은 단지 두 개의 크기의 타일에 의해 달성된다. 그러나, 타겟의 유용한 영역의 전체 종횡비는 작은 정수의 비율로 제한되도록 간단히 도시된 오늬 무늬 패턴에서 타일의 종횡비에 거의 유동적이지 않다. 만약 거의 임의의 종횡비의 장방형 모양의 타겟 타일이 오늬 무늬 패턴의 하나의 에지에서 일렬로 형성된다면 타겟 종횡비는 매우 자유롭게 선택될 수 있다. (상이한 크기의 타일들의 유사한 에지 가로열은 임의의 종횡비를 용이하게 얻을 수 있도록 다른 장방형 배치로 사용될 수 있다.) 오늬 무늬 패턴은 평행 사변형 패턴으로 배치된 수직 방향의 1:2 타일의 쌍으로서 특징지어질 수 있다. 그러나, 타일이 1:N의 종횡비를 갖는, 여기서 N은 1 보다 큰 정수인 더욱 복잡한 오늬 무늬 패턴이 존재한다.

도 6 내지 9를 참조로 설명한 모든 장방형 실시예에서, 주변부로부터 멀어진 2차원 어레이의 내부 타일은 라인을 따라 6 개의 다른 타일들과 인접하고, 이들은 도 2의 장방형 배치에서 인접한 4 개의 타일로 제한된 전체 또는 부분 타일이다.

이미 설명한 모든 패턴은 일반적으로 장방형 타일을 포함한다. 대조적으로, 도 10의 평면도에서 도시된 타겟(130)은 육각형 밀집 구조물로 배치된 장방형 육각형 타일(132)을 포함하며, 선택적으로 측부의 한 쌍이 장방형 아웃라인과 정렬된 능면체 패턴으로서 특징을 갖는다. 비-장방형 모양으로 타일을 제조하는 것은 일반적이지 않다. 그러나, 다수의 고온 금속 타겟은 이미 설명한 것처럼 성형물에서 분말을 소결시킴으로써 형성된다. 성형물은 에지가 제거되고 직선형이 되도록 다소 큰 크기이지만 필수적인 비-장방형 모양, 본 실시예에서는 육각형 모양을 가질 수 있다. 육각형 타일(132)을 장방형 모양으로 끼우는 것은 외부 에치 피스를 필요로 한다. 그러나, 도 10의 구조에서, 에지 피스는 2 개 모양의 타일, 마주하는 에지 세트를 따른 절반의 육각형인 사다리꼴 타일(134), 및 마주하는 에지의 다른 세트를 따른 오각형 타일(136)로 제한될 수 있다. 비록 도시된 육각형은 규칙적이지만, 이들은 모든 내부 구석부가 60℃에서 유지되는 측부의 마주하는 한 쌍을 따라 신장하거나 수축할 수 있다. 고정된 종횡비를 갖는 규칙적인 육각형이더라도, 육각형 타일(136)의 평행한 측부의 길이는 변화되어 전체 타겟 종횡비를 자유롭게 할 수 있다. 3 개 크기의 타일(132,134,136)로의 제한은 인접하는 육각형 타일(132)의 홀수의 도시된 방향으로 홀수의 가로열이 존재할 때 얻어지며, 육각형 타일 중 하나는 에지에서 2 개의 사다리꼴 타일(134)로 분할될 수 있다. 육각형 배치는 (적절하게 에지 타일(134,136)을 포함한) 3 개의 타일(132)에 인접하는 간극(138)을 형성한다. 각각의 인접한 타일은 120℃의 외부 둔각을 갖는 구석부에서 인접한다. 본 발명의 장방형 패턴과 유사하게, 배치 내부의 각각의 육각형 타일(132)은 일렬의 6 개의 다른 타일을 따라 인접하고, 이들은 전체 또는 부분 타일이다.

상기 설명한 장방형 및 육각형 타일은 각각 90℃ 및 60℃의 내부각을 갖는다. 이들 모양을 더욱 경사진 모양으로 변형하는 것도 가능하다. 타일의 마주하는 측부가 평행하는 한, 이들은 밀집될 수 있다. 그러나, 이러한 경사진 모양은 추가의 에지 피스를 필요로 한다.

도 11의 평면도에 도시된 또 다른 타겟(1470)은 삼각형 타일을 포함한다. 도시된 실시예에서, 각각의 가로열은 이등변 삼각형의 동일한 모양이지만 수평으로 도시된 가로열 방향에 수직으로 반전된 방향으로 교호적인 삼각형 타일(142,144)을 포함한다. 2 개의 직각 삼각형 타일(146)은 원하는 전체 장방형 모양을 제공하기 위해 가로열의 단부에 배치된다. 만약 각각의 가로열, 즉 각각의 N에서 매칭하는 쌍의 타일(142,144)이 존재한다면, 직각 삼각형 단부 타일(148)은 상부와 하부가 상이해야 하더라도 동일한 모양을 갖는다. 그 결과, 단지 2 개 크기의 타일(142,144,146)만이 필요하다. 하나의 이등변 타일(144,146)의 수직 방향의 정점은 내부 간극(148)이 4 개의 각각의 타일(144,146)의 예리한 꼭지점과 하나의 편평한 측부에 의해 경계지어지도록 또 다른 유사한 방향의 이등변 타일(144,146)의 베이스에 인접한다. 만약 타일(144,146)의 이등변 삼각형이 등변 삼각형이라면, 최소 꼭지점 각도는 증가하고 둘레-대-면적 비는 감소한다. 그러나, 등변 구조는 타겟의 전체 종횡비를 거의 변화시키지 않지만 더욱 일반적인 이등변 구조는 삼각형에서 베이스-대-측부 비율을 바꿀 수 있다. 예시된 삼각형 배치에서, 패턴 내부에서의 각각의 타일(142 또는 144)은 일렬의 4 개의 다른 삼각형 타일을 따라 인접하며 이들은 전체 또는 부분 타일이다. 임의의 종횡비를 가져 임의의 타겟 종횡비가 가능한 장방형 타일을 갖는, 이등변 또는 등변 삼각형 어레이의 하나의 에지를 일렬로 정렬시키는 것이 바람직하다.

예시된 삼각형 배치는 비-장방형 엘리먼트의 장방형 배치로서 특징지어질 수 있으며 비-장방형 배치도 가능하다. 어느 경우든, 상기 설명한 모든 실시예는 도 2의 배치의 타일에 적용된 것처럼 타일의 에지가 장방형 2차원 그리드와 등각을 이루지 않도록 후방판에 배치되고 접합된 타일의 2차우너 어레이를 포함한다.

다른 삼각형 모양 및 엇갈린 패턴이 가능하지만, 도 11의 이등변 구조는 큰 최소 꼭지점 각도와 적은 수의 외부 에지 피스를 제공한다.

본 발명은 1.8mm보다 큰 최소 치수를 갖는 큰 장방형 타겟에 가장 유용하다. 그러나, 본 발명은 기울이는 것이 여전히 바람직한 작은 타겟에 적용할 수 있다. 특히 작은 타겟의 경우에, 타겟 후방판은 도시된 것보다 간단하지만 냉각 채널을 포함하지 않는다. 또한, 본 발명은 예컨대 도 12에 도시된 것처럼 웨이퍼 스퍼터를 위한 원형 타겟에 적용될 수 있으며, 웨이퍼 스퍼터링 타겟(150)은 4 개의 섹터 타일(154)에 접합된 실질적으로 원형인 후방판(152)을 포함하며, 4 개의 섹터 타일들 간에는 미리 결정된 갭을 갖는다. 엇갈린 접합부(158)에서의 오프셋(156)은 도 8의 장방형 어레이에 비교적 작고 유사한데, 다시 말하면 섹터 타일(154)의 방사형 길이의 0.5 내지 10% 사이이다. 섹터 타일(154)은 라운딩된 외부 에지를 가지며, 2 개의 직선 방사형 측부는 엇갈린 접합부(158)에서의 꼭지점에서 만나며, 접합부는 인접하지만 후방판(152)의 중앙과 일치하지 않는다. 각각의 섹터 타일(154)은 인접하지만 정확한 90℃ 섹터가 아닌 모양을 가질 수 있다.

본 발명은 몰리브데늄, 크로뮴, 텅스텐, 및 실리콘과 가은 내화성 금속 타겟뿐만 아니라 큰 크기로 제조하기 어려운 타겟에도 유용한다. 유사하게, 본 발명은 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 더 복잡한 혼합물의 타겟에 유용하며, 이는 산소 분위기에서 인듐 옥사이드와 틴 옥사이드 혼합물 타겟으로부터 스퍼터링된다. 또한, 높은-κ, 강자성, 압전 층에 사용된 페로브스카이트(ferovskite) 재료는 산소의 존재 하에서 납, 지르코늄, 및 티타늄과 같은 금속의 소결된 혼합물을 포함하는 타겟으로부터 스퍼터링될 수 있다. 이러한 페로브스카이트-선구물질 타겟은 작은 타겟 타일로 형성될 필요가 있다.

하지만, 본 발명은 다시 닦여야 될 타겟 후방판이 사용될 때 알루미늄, 구리, 티타늄과 같은 일반적인 금속에도 유용하다. 즉, 본 발명은 타겟의 구성에 제한되지 않는다. 본 발명은 이미 언급한 페로브스카이트와 같은 금속 옥사이드를 스퍼터링하는데 유용할 수 있는 바와 같이 절연 타겟과 같은 RF 스퍼터링에 사용된 타겟에 적용될 수 있다. 마그네트론은 본 발명에 필수적이지 않다. 더욱이, 본 발명은 매우 다양한 에지 피스가 필요하지만 둥근 타겟에 적용될 수 있다.

비록 본 발명은 직선형 측부를 갖는 평평한 몸체를 기초로 하여 설명되었지만, 에지는 전체 모양이 장방형 등과 같이 설명될 수 있는 한, 단차와 같은 더 복잡한 단면일 수 있다. 유사하게, 상기 모양의 구석부는 의도적이든 의도적이지 않든 다소 둥글다.

본 발명은 타일이 거의 불일치하지 않으며 향상된 스퍼터링 성능을 제공하면서 타일이 붙여진 타겟과 제조가 크게 복잡하지 않다.

Claims (39)

1. 공통의 스퍼터링 조성을 포함하고 각각이 비-장방형 2차원 어레이로 배치되는 모양을 갖는, 다수의 타겟 타일들을 포함하는 스퍼터링 타겟.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 타일들은 각각의 장방형 모양들을 가지며 상기 2차원 어레이는 비-장방형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 어레이 내의 타일들의 외측 구석부들은 6.5 내지 12.5cm의 굴곡부들을 갖도록 라운딩된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 타일들은 엇갈린 가로열들로 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 엇갈린 가로열들은 상기 가로열들을 따른 상기 타일들의 길이 중 0.5 내지 10%의 오프셋을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
6. 제 2항에 있어서, 상기 타일들은 오늬 무늬 패턴(herringbone pattern)으로 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 어레이는 적어도 1.8m의 최소 치수를 갖는 장방형 모양인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 타일들은 일반적인 장방형 아웃라인의 내부에 배치가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 장방형 아웃라인은 6.5 내지 12.5cm의 굴곡부를 갖는 라운딩된 구석부들을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
10. 엇갈린 가로열들의 2차원 어레이로 배치되도록 각각의 모양을 갖는 일반적으로 장방형인 다수의 타겟 타일들을 포함하는 스퍼터링 타겟.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 타일들은 일반적으로 장방형 아웃라인의 내부에 배치가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 일반적으로 장방형 아웃라인은 반경이 6.5 내지 12.5cm인 구석부들을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엇갈린 가로열들은 상기 가로열들을 따른 상기 타일들의 길이 중 0.5 내지 10%의 오프셋을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반적으로 장방형인 다수의 타겟 타일들은 6 개인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 엇갈린 가로열들은 상기 가로열들을 따른 상기 타일들의 길이 중 0.5 내지 10%의 오프셋을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
16. 타겟 후방판; 및

    공통의 스퍼터링 조성을 포함하고, 상기 타겟 후방판에 고정되며, 비-장방형 2차원 어레이로 배치된 다수의 타일들

    을 포함한 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 타일들은 각각의 장방형 모양들을 가지며 상기 2차원 어레이는 비-장방형인 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 어레이 내의 타일들의 외측 구석부들은 6.5 내지 12.5cm의 굴곡부들을 갖도록 라운딩된 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 타일들은 엇갈린 가로열들로 배치된 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 엇갈린 가로열들은 상기 가로열들을 따른 상기 타일들의 길이 중 0.5 내지 10%의 오프셋을 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
21. 제 17 항에 있어서, 상기 타일들은 오늬 무늬 패턴으로 배치된 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
22. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 어레이는 최소 치수가 적어도 1.8m인 장방형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
23. 타겟 후방판; 및

    공통의 스퍼터링 조성을 포함하고, 상기 타겟 후방판에 고정되며, 상기 타일들의 에지들이 임의의 장방형 그리드와 등각을 이루지 않도록 2차원 어레이로 배치된 다수의 타일들

    을 포함하는 스퍼터링 타겟.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 타일들은 일반적으로 장방형 아웃라인들의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
25. 제 23 항 또는 제24 항에 있어서, 상기 일반적으로 장방형 아웃라인은 반경이 6.5 내지 12.5cm인 구석부들을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
26. 제 23 항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타일들은 장방형이고 상기 2차원 어레이는 비-장방형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
27. 일반적인 장방형 타겟 후방판; 및

    상기 타겟 후방판에 고정되고 2차원 비-장방형 어레이로 배치된 다수의 장방형 타일들

    을 포함하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 타일들은 이웃하는 3 개의 타일들이 상기 3 개의 타일들 중 2 개의 타일의 오른쪽 구석부들과 상기 3 개의 타일들 중 제 3 타일의 직선형 에지 사이에 간극과 만나도록 배치된 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
29. 제 27 항에 있어서, 상기 타일들은 엇갈린 가로열들로 배치되고, 상기 가로열들 각각은 제 1 길이의 폭을 가지며, 상기 타일들 모두는 상기 제 1 길이와 실질적으로 같은 상기 가로열들의 길이들에 수직으로 연장하는 제 1 측부들을 갖는 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
30. 제 28 또는 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 주변부에서의 타일들을 제외한 모든 타일들은 제 2 길이에 실질적으로 동일하며 상기 가로열들의 길이들에 수직으로 연장하는 제 2 측부들을 갖는 것을 특징으로 하는 타일이 붙여진 스퍼터링 타겟.
31. 후방판; 및

    상기 후방판에 접합되고 상기 후방판의 중앙 부근의 엇갈린 접합부에서 만나는 정점들을 갖는 다수의 섹터-모양의 타일들

    을 포함하는 둥근 타겟.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 다수의 섹터-모양의 타일들은 4 개이며, 상기 엇갈린 접합부에서 타일들 간의 오프셋은 상기 섹터-모양의 타일들의 방사형 길이의 0.5 내지 10%인 것을 특징으로 하는 둥근 타겟.
33. 진공 챔버;

    스퍼터 코팅될 장방형 기판을 지지하는 지지부;

    상기 지지부와 마주하며 상기 챔버에 진공 밀봉된 타겟 후방판; 및

    상기 기판 위로 스퍼터링될 재료를 포함하고 비-장방형 2차원 어레이로 상기 후방판에 고정된 다수의 장방형 스퍼터링 타일들

    을 포함하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
34. 제 33 항에 있어서, 상기 장방형 타일들은 엇갈린 가로열들로 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
35. 제 33 항에 있어서, 상기 장방형 타일들은 오늬 무늬 패턴으로 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 스퍼터링 반응기.
36. 공통 스퍼터링 재료를 포함하고 2차원 비-장방형 어레이로 배치된 다수의 타일들이 부착된 타겟 후방판을 스퍼터링 챔버에 부착시키는 단계; 및

    상기 타일들을 스퍼터링하고 상기 타겟 후방판과 마주하게 배치된 기판 위로 상기 재료를 증착시키기 위해 상기 챔버 내의 스퍼터 작용 가스를 플라즈마로 여기시키는 단계

    를 포함하는 스퍼터링 방법.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 기판은 장방형이고 상기 타일들은 장방형 아웃라인 의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
38. 제 36 항 또는 제37 항에 있어서, 상기 기판은 하나 이상의 디스플레이 판넬에 사용되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
39. 제 36 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타일들은 장방형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.

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