KR20080078507A - 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법 및 시스템 - Google Patents

자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법 및 시스템 Download PDF

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경 에이치. 정
다니엘 알. 마르크스
베른트 쿤켈
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헤래우스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 다양한 전형적인 실시예는 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법에 관한 것이다. 상기 방법은 미세구조에서 적어도 하나의 비자성상의 입도를 선별하는 단계에 관한 것으로, 여기서 상기 비자성상의 입도는 1 마이크론 이상이다. 상기 비자성상은 미세구조에서 적어도 하나의 자성상과 결합되고, 여기서 상기 자성상은 10 원자% 이상이며 크기는 1 마이크론을 초과한다. 상기 비자성상의 선별된 입도는 미세구조에서 상기 자성 및 비자성상 간의 확산을 감소시키고, 그리고 스퍼터링 타겟의 패스 스루 플럭스(PTF)를 증가시킬 수 있다. 상기 자성상 및 비자성상은 열간등방가압(hot isostatic pressing), 소결(sintering), 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering), 또는 진공 열간 가압(vacuum hot pressing)에 의해 미세구조에서 결합될 수 있다.
누설 자속, 패스 스루 플럭스, 확산, 투자율, 스퍼터링 타겟

Description

자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법 {CONTROLLING MAGNETIC LEAKAGE FLUX IN SPUTTERING TARGETS CONTAINING MAGNETIC AND NON-MAGNETIC ELEMENTS}
첨부하는 도면을 참고하면
도 1은 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 미세구조에서 다양한 자성 및 비자성상을 갖는 네 개의 분리된 측정 영역들(예컨대, 스펙트럼 1, 스펙트럼 2, 스펙트럼 3, 및 스펙트럼 4)이 도시된 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 1의 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 스펙트럼 1 영역에서 비자성 Pt상을 도시한 에너지 분산 X-선 분광(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 1의 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 스펙트럼 2 영역에서 Co 및 Cr상을 도시한 EDS 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 1의 Co-Cr-Pt-TiO2 분 말 복합재료의 스펙트럼 3 영역에서 Co상을 도시한 EDS 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 1의 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 스펙트럼 4 영역에서 Co 및 Pt상을 도시한 EDS 그래프이다.
도 6A는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 81%의 PTF값을 갖는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지이다.
도 6B는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 68%의 PTF값을 갖는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 6A 및 6B에서 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 입도에 따른 부피분율을 나타내는 차트이다.
도 8A는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 6A의 분말 복합재료 EDS 스펙트럼 그래프로서, 여기서 스펙트럼 그래프는 Pt 입자에서 보다 낮은 Co함량을 나타내므로 미세구조 입자들 간에 보다 적은 확산을 보인다.
도 8B는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 6B의 분말 복합재료 EDS 스펙트럼 그래프이다.
도 9A는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 68%의 PTF값을 확보하기 위해 927℃의 온도에서 열간 등방 가압(HIP)으로 제조된 Co-Cr-Pt-SiO2 분말 복합 재료의 SEM 이미지이다.
도 9B는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 54%의 PTF값을 확보하기 위해 1300℃의 온도에서 열간 등방 가압(HIP)으로 제조된 Co-Cr-Pt-SiO2 분말 복합 재료의 SEM 이미지이다.
도 10A는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 64%의 PTF값을 갖는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지로서, 이때 Co-Cr 합금분말이 이용된다.
도 10B는 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 52%의 PTF값을 갖는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지이다.
도 11은 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, Co-Cr-Pt-TiO2 과 같은, Co 합금재료에서 Cr원자%가 증가함에 따른 결과를 나타낸다.
본 발명은 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 자속 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 미세구조에서 비자성상의 크기 및 분포를 제어함에 의해 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 자속을 제어하는 방법에 관한 것이다.
스퍼터링 공정은 소정의 기판상으로 소재의 박막을 증착시키는데 널리 이용되고 있다. 전형적인 스퍼터링 시스템에는 전자 또는 이온빔을 생성시키기 위한 소스, 원자화될(스퍼터링될) 소재를 포함하는 타겟 및 스퍼터링되는 소재가 그 위에 증착되는 기판이 포함되어 있다. 상기 공정에는 타겟 소재가 스퍼터링 되거나 침식되게 하는 각도로 전자 또는 이온빔을 타겟에 충돌시키는 단계를 포함한다. 스퍼터링 된 타겟소재는 기판 상에 박막 또는 층으로 증착된다. 스퍼터링 공정에 사용되는 타겟 소재는 순수 금속부터 보다 복잡한 합금에 이르기까지 다양하다.
마그네트론 스퍼터링은 타겟 소재(음극) 후방에 영구자석(permanent) 또는 전자석(electromagnets)이 준비되고, 타겟에 자기장이 인가되는 것을 수반한다. 상기 인가된 자기장은 타겟을 통해 전도되어 상기 타겟의 전방에 방전 플라즈마(discharge plasma)를 집속시킨다. 타겟을 통해 전도된 자속의 양은 측정될 수 있으며 이는 종종 "패스 스루 플럭스(Pass Through Flux, PTF)" 또는 "누설 자속(Magnetic Leakage Flux, MLF)"으로 불려진다. 타겟의 전방 표면은 타겟과 인접하여 위치한 방출(evolving) 박막 장치의 상부에서 타겟 원자를 증착하여 이온화된다.
자성 타겟 재료를 이용한 마그네트론 스퍼터링은 전자 산업 분야, 특히 반도체 및 데이타 저장 장치의 제조에서 일반적으로 행해지고 있다. 자성 타겟 합금의 연한(soft) 자기 성질로 인하여 대부분의 타겟에서 인가된 자기장은 션팅(shunting) 될 수 있다. 이것은 또한 전도된 자기장의 집속으로 인하여 션팅의 결과로써 형성된 침식 그루브(erosion groove)에서 타겟 효율을 저감한다. 이러한 집속은 (재료 PTF의 감소에 대응하는)재료 투자율을 더욱 증가시킨다.
타겟 재료 투자율의 감소는 타겟 재료 효용을 높이고 그 결과 재료 비용을 저감하는데 기여하는 보다 덜 심한 침식 프로파일을 촉진한다. 또한 심한 타겟 침식 프로파일은 최적 증착막의 두께 균일성 저하를 가져오는 포인트 소스 스퍼터링 현상을 촉진한다. 따라서, 감소된 타겟 재료 투자율는 증착막의 두께 균일성을 증가시키는 이점을 제공한다.
스퍼터 타겟의 PTF는 인가된 자기장에 대해 전도된 자기장의 비로 정의된다. 100%의 PTF 값은 비자성 재료를 나타내는 것으로 이때 인가된 자기장은 대부분의 타겟을 통해 션팅되지 않는다. 대부분의 상업적으로 제조된 재료는 30 내지 100% 값을 나타내며, 자성 타겟 재료의 PTF는 전형적으로 0 내지 100% 범위이다.
PTF를 측정하기 위한 몇가지 다른 기술들이 있다. 첫번째 기술에는 타겟 재료의 일 면 상에 접촉하여 4.4 (+/-0.4) 킬로가우스의 막대자석을 위치시키는 단계 및 상기 타겟 재료의 다른 면 상에 접촉한 축방향 홀 탐지기(axial Hall probe)를 이용하여 전도된 자기장을 모니터링하는 단계를 포함한다. 자석과 탐지기 사이에 타겟이 없을 때에는 인가된 자계 강도로 나누어지는(타겟이 그들 사이에 존재할 때에는 동일한 거리를 두고 유지되는) 대부분의 타겟을 통하여 전도된 자기장의 최대값은 PTF로 정의된다. PTF는 분수 또는 퍼센트로 나타낼 수 있다.
PTF를 측정하기 위한 또 다른 기술에는 말굽자석과 횡방향 홀 탐지기를 이용하는 단계를 포함한다. 상이한 자석과 탐지기의 배열(arrangement)을 이용하여 측정된 PTF 값은 산업계에서 전형적으로 이용되는 자계강도(magnetic field strength) 값과 양호한 선형 상관관계를 나타내는 것으로 보여진다. 상기 PTF 측정 기술들은 실제 마그네트론 스퍼터링 머신 내 발생하는 인가 자속과 근접하도록 구성된다. 따라서, PTF 측정기술은 마그네트론 스퍼터링 시 타겟 재료의 수행을 위한 직접 적용성(direct applicability)을 갖는다.
자성 재료의 PTF와 투자율은 상호 배타적이지 않다. 오히려, 자성 재료의 PTF와 최대 투자율 간에는 매우 강한 역상관관계를 갖는다. 재료의 자기 투자율 값은 ASTM 표준 A 894-89 에 따라 진동형시료자력계(vibrating-sample-magnetometer, VSM) 기술을 이용하여 정밀하게 측정될 수 있다.
PTF는 스퍼터링 타겟의 두께와 재료 특성에 따라 좌우된다. 타겟의 최대두께는 재료의 자기적 특성에 의해 제한된다. 전류 타겟(current targets)의 이러한 두께 특성으로 인해, 스퍼터링 공정에서 타겟은 빈번하게 대체되어야 한다. 또한, 스퍼터링 생산성은 타겟의 PTF와 음극과의 양립성(compatibility)에 의해 제한된다. 특정 마그네트론 음극은 특정 범위의 PTF를 갖는 타겟 재료를 위하여 보다 우수한 스퍼터링 생산성을 가질 수 있다.
따라서, 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 자속의 제어방법에 대한 개선이 요구된다. 또한 타겟 교체를 위한 시스템 휴지시간(down time)을 저감함에 의한 스퍼터링 생산성을 개선하기 위하여 PTF를 증가하고 보다 두꺼운 타겟을 제조하기 위한 미세구조의 제어방법이 요구된다. 또한 스퍼터링 생산성을 개선하기 위하여 미리 결정된 음극에 대한 PTF의 제어(tailoring)방법이 요구된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 상술된 전형적인 시스템의 결함 및 스퍼터링 타겟 내 자속 제어방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 전형적인 실시예들은 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법에 관한 것이다. 상기 방법은 미세구조에서 적어도 하나의 비자성상을 선별하는 단계에 관한 것으로, 여기서 상기 비자성상의 입도는 1 마이크론 이상이다. 상기 비자성상의 입도는 10 마이크론 이상이 되도록 선별될 수 있다. 적어도 하나의 비자성상은 미세구조에서 적어도 하나의 자성상과 결합되고, 여기서 상기 적어도 하나의 자성상은 10 원자% 이상이며, 미세구조에서 1 마이크론 보다 크다. 상기 적어도 하나의 비자성상의 선별된 입도는 미세구조에서 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성상 간의 확산을 감소시킨다. 상기 적어도 하나의 비자성상의 입도는 미세구조에서 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성상 간의 확산을 감소시킴에 의해 상기 스퍼터링 타겟의 패스 스루 플럭스(the pass through flux, PTF)를 증가시키도록 선별되는 것이다. 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성상은 열간등방가압(hot isostatic pressing), 소결(sintering), 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering), 또는 진공 열간 가압(vacuum hot pressing)에 의해 미세구조에서 결합될 수 있다.
다양한 전형적인 실시예에서, 스퍼터링 타겟은 Co-Cr-Pt 타겟일 수 있다. 어떤 실시예에서는, 스퍼터링 타겟은 TiO2, SiO2 와 같은 산화물, 또는 어느 다른 적합한 산화물이 추가로 합금화될 수 있다. 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에서, 타겟의 누설 자속은 Pt 상의 그레인 사이즈에 따라 변화될 수 있다. 예컨대, 백금(Pt) 입자 및 코발트(Co) 함유 입자 간의 확산을 감소시키기 위해 조대한 백금(Pt) 입자가 선택될 수 있고, 여기서 보다 넓은 백금(Pt) 영역은 복합재료로 유지되어 패스 스루 플럭스(PTF)를 증가시킨다. 예컨대, 조대한 백금(Pt) 입자는 1 마이크론 이상, 바람직하게는 10 마이크론 이상이 되도록 제어될 수 있다. 상기 미세구조에서 적어도 하나의 비자성상 또한 비슷한 범위의 크기로 제어될 수 있다. 다양한 전형적인 실시예에서, 비자성상의 미세구조 크기 또는 분포, 또는 이들의 조합은 타겟의 누설 자속을 조절하기 위해 변화된다.
본 발명의 다양한 전형적인 실시예들은 스퍼터링 타겟의 PTF를 제어함을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 플라즈마 증기 증착(PVD) 또는 스퍼터링 시스템에서, 플라즈마는 강한 자기장(마그네트론 음극)에 의해 스퍼터링 표면과 가깝게 유지되어(confine) 스퍼터링 속도를 증가시킨다. 자기장 소스는 타겟 뒤에 위치되고, 플라즈마를 상기 타겟 표면과 가깝게 유지시키기 위하여 자기장은 음극구조재료와 충분한 강도를 갖는 스퍼터링 타겟재료를 통과해야 한다. PTF는 타겟 두께와 타겟재료의 특성에 좌우되며, 최대 타겟 두께는 재료의 자기적 특성에 의해 제한된다. PTF를 증가시키기 위하여 미세구조를 제어함에 의해, 보다 두꺼운 타겟이 제조될 수 있고, 이것은 타겟 교체를 위한 시스템 휴지시간을 저감하여 스퍼터링 생산성을 개선할 수 있다. 또한, PTF를 증가시키기 위하여 미세구조의 구성(composition)를 제어함으로써 스퍼터 타겟의 비-균일 두께와 분포가 발생할 수 있는 Co-Cr-Pt-산화물 합금(예컨대, Cr-Co-Pt-SiO2, Cr-Co-Pt-TiO2 등)에서 입자 발생과 관련된 전형적인 문제를 최소화할 수 있다. 따라서, 스퍼터링 생산성을 개선하기 위하여 특정 음극의 타겟 PTF를 제어하는 것(tailor)은 이로울 수 있고, 여기서 제어된 PTF를 갖는 타겟은 타겟의 균일성과 두께 특성을 개선한다.
고온 압밀 공정의 결과로서, Co-Cr-Pt-산화물 합금(예컨대, Cr-Co-Pt-SiO2, Cr-Co-Pt-TiO2, 등)에서 분말 블렌드 성분간의 동반 확산(inter-diffusion)과 자기적으로 민감한 상이 발달되어, 인가 자기장의 션팅을 제공함으로써 PTF를 저감한다. 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에서, 백금(Pt) 및 CoCr 모합금의 입도 선별 단계는 PTF를 저감할 수 있는 자기적으로 민감한 상의 양을 최소화한다. 일정한 압밀 공정 동안, 적합한 분말 선별에 있어서, 스퍼터링 타겟에 소망되는 PTF 레벨로 "다이얼 인(dial in)" 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 전형적인 실시예는 이용자의 요구조건을 보다 충족할 수 있는 능력을 제공하기 위한 스퍼터링 음극의 최적 요구조건을 맞추기 위하여 PTF를 제어(tailoring)할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 스퍼터링 타겟으로 이용하기 위한 재료가 선별될 수 있으므로 그들이 소망되는 미리 결정된 PTF 또는 제어된 PTF 범위를 가질 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 하기의 상세한 설명으로부터 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 견지에서 쉽게 가능함을 이해하여야 하며, 설명 을 위해 본 발명의 다양한 실시예들은 단지 보여지고 설명된다. 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어남이 없이 본원발명에 대한 다양한 변화와 개량이 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 견지에서 가능함을 이해하여야 할 것이다. 본 발명은 다양한 도면 및 실시예들을 참고하여 부분적으로 설명되는 반면, 이것은 단지 예시를 위한 목적이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다음의 전형적인 실시예의 설명에서, 그것의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조하며, 본 발명이 실시될 수 있는 특정한 실시예를 예시하는 방식에 의하여 나타낸다. 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변형될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 1-5는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 다양한 전형적인 상을 나타내는 것으로, 여기서 소망하는 PTF 값을 확보하기 위하여 원소의 원자%와 상이 선별되고 조절된다. 다양한 상들은 상기 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 미세구조 영역에 따라, 서로 공존할 수 있고(예컨대, 도 1에서 도시된 미세구조의 자성 및 비자성상으로 나타낸 바와 같이), 또는 분리될 수 있다(예컨대, 도 2의 비자성 Pt 상). 자성 또는 비자성일 수 있는 이러한 상들은, 소망하는 PTF 값으로 증가 또는 감소시키기 위해 조절될 수 있다. 예컨대, 미세구조의 입자 크기 및 분포는 미세구조의 입자확 산을 제어하기 위해 선별될 수 있다. 즉, 원소의 입도와 자성 및 비자성상의 배열을 제어함에 의해 스퍼터링 타겟 내 소망하는 PTF 값으로 제조될 수 있다.
도 1은 서로 다른 영역(예컨대, 스펙트럼 1 내지 스펙트럼 4)을 도시한 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지이다. 예컨대, 영역 10(스펙트럼 1), 영역 20(스펙트럼 2), 영역 30(스펙트럼 3), 및 영역 40(스펙트럼 4)은 Co-Cr-Pt-TiO2 복합재료 내 소망하는 PTF를 확보하기 위한 상이한 원소 및 상들의 선별 및 분포를 나타내는 것이다. 이러한 영역들은(예컨대, 영역 10, 20, 30, 및 40) 자성 또는 비자성상을 가질 수 있고, 단일 원소 또는 다수의 원소를 포함하여 구성될 수 있다. 영역(10, 20, 30 및 40)의 상과 조성은 도 2-5의 EDS 스펙트럼에서 보다 상세히 나타내었고, 아래에서 설명된다. 또한, 각 영역(스펙트럼 1 -스펙트럼 4)에서 Co-Cr-Pt-TiO2 의 대표적인 복합재료의 전형적인 원자량% 값을 아래 표 1에 나타내었다.
[표 1]
전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 에서의 각 원소 원자량%.
스펙트럼 O Cr Co Pt
스펙트럼 1 - - - 100.00
스펙트럼 2 - 25.21 74.79 -
스펙트럼 3 - - 100.00 -
스펙트럼 4 - - 10.76 89.24
본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 2는 도 1(예컨대, 영역 10)에서의 스펙트럼 1 영역의 미세구조를 나타낸 에너지 분산 X-선 분광(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 그래프이다. 피크 (12, 14, 16 및 18)는 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 혼합물의 원소 중에서, Pt 원소가 상기 스펙트럼 1 영역(예컨대, 도 1의 영역 10) 내에 위치함을 나타낸다. 또한 표 1은 100 원자량%의 Pt가 선별되어 영역(10) 내에 위치함을 나타낸다. 즉, Co-Cr-Pt-TiO2 혼합물의 비자성 Pt 상은 도 1 영역(10) 내에 존재한다.
도 3을 보면, 피크(22, 24, 25, 26, 27, 및 28)는 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 혼합물의 스펙트럼 2(예컨대, 도 1의 영역 20) 미세구조에서 Co 및 Cr 상의 선별 및 배치를 나타내는 EDS 그래프로 도시된다. 피크(24, 27, 및 28)는 Co의 미세구조를 나타내는 반면, 피크(22, 25, 및 26)는 Cr을 나타낸다. 표 1에서 나타낸 바와 같이, 전형적인 스펙트럼 2는 약 25.21 원자%의 Cr 함량, 약 74.79 원자%의 Co 함량을 갖도록 선별된다. 따라서, 이러한 조성을 갖는, Co-Cr-Pt-TiO2 분말 혼합물의 Cr 및 Co 상은 비자성상으로 존재한다. 또한 도 3에서는 도 1의 미세구조의 특정 영역(예컨대, 영역 20)이 도 1에 도시된 전 미세구조 내에서 공존할 수 있는 각별한 특성(예컨대, 비자성상 내 특정 원자%를 갖는 Co 및 Cr 원소)을 가질 수 있음을 나타낸다.
도 4는 도 1의 스펙트럼 3(영역 30) 미세구조에서 Co 상이 위치됨을 나타내는 EDS 그래프이다. 피크(32, 34 및 36)는 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 혼합물에서 Co 상을 나타낸다. 도 4 및 표 1에 나타낸 바와 같이, 이 영역에서는 다른 상을 갖지 않으며, 자기 Co 상은 스펙트럼 3에서 약 100원자%가 되도록 선별된다. 따라서, 도 1에 도시된 영역(30)에서, 상기 Co 상은 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 혼합물의 전 미세구조에서 하나의 자성상 영역이며, 미세구조의 다른 영역에서는 다른 상들과 공존한다.
도 5는 도 1의 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 혼합물의 스펙트럼 4(영역 40)에서 선별된 Co 및 Pt 상을 나타내는 EDS 그래프이며, Co 및 Pt 상을 나타내는 피크(41,42,43,44,45,46 및 47)를 갖는다. 보다 상세하게는, 피크(41,44, 및 45)는 Co 상을 나타내며, 피크(42,43,46 및 47)는 Pt 상들을 나타낸다. 표 1에서 나타낸 바와 같이, 이 영역에서는 약 10.76 원자%의 Co가 선별되고, 약 89.24 원자%의 Pt가 선별된다. 따라서, 미세구조의 이 영역에서 존재하는 Co 및 Pt 상들은 비자성이다. 즉, 도 5에서는 도 1의 미세구조의 특정 영역(예컨대, 영역 40)이 도 1에 도시된 전 미세구조 내에서 공존할 수 있는 각별한 선별특징을 가질 수 있음을 나타낸다.
본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 6A 및 6B는 동일한 공정 파라 미터를 이용하여 제조된 전형적인 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 혼합물을 나타낸다. 보다 상세하게는, 도 6A는 조대한 Pt 입자를 갖도록 선별된 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료(100)의 SEM 이미지를 나타낸다. 조대한 입자의 크기는 1 마이크론 보다 클 수 있다. 예컨대, 조대한 입자의 크기는 10㎛ 이상, 20㎛ 이상이 바람직할 수 있고, 또는 50-60㎛, 60-70㎛, 또는 70-80㎛ 일 수 있다. 이러한 각별한 선별에 있어서, 전형적인 분말 복합재료(100)는 약 81%의 PTF를 갖는다. 도 6A의 SEM 이미지에서 밝은 음영을 띄거나 흰 부분인 영역(110)은 Pt 입자의 전형적인 영역을 나타낸다. SEM 이미지에서 영역(110)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(120)은 Co 또는 Cr 입자, 또는 Co 및 Cr 입자 결합의 전형적인 영역을 나타낸다. 영역(120)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(130)은 TiO2 입자의 전형적인 영역을 나타낸다.
본 발명의 적어도 하나의 전형적인 실시예에 따라, 도 6B는 68%의 PTF를 갖는 Co-Cr-Pt-TiO2 분말 복합재료(200)의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 6B의 SEM 이미지에서 밝은 음영을 띄거나 흰 부분인 영역(210)은 Pt 입자의 전형적인 영역을 나타낸다. SEM 이미지에서 영역(210)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(220)은 Co 또는 Cr 입자, 또는 Co 및 Cr 입자 결합의 전형적인 영역을 나타낸다. 영역(220)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(230)은 TiO2 입자의 전형적인 영역을 나타낸다.
도 6A 및 6B에서 나타낸 대표적인 혼합물의 원료 물질은 Co 분말, Co-Cr 합금분말, Pt 분말 및 TiO2 이다. 이러한 제1 실시예에서, 혼합물에 이용되는 이 원료 물질들은 압밀 공정을 포함하는, 동일한 방법으로 제조된다. 그러나, Pt의 초기 입도는 변화된다. 도 6A에서 나타낸 전형적인 실시예에서, 보다 조대한 Pt 입자들은 분말 복합재료(100)에서 이용된다. 조대한 입자들은 1 마이크론 보다 큰 크기를 가질 수 있으며 20㎛에서 100㎛ 범위가 바람직할 수 있다. 도 7은 Pt 분말입도 분포를 나타낸다. 도 7은 분말 복합재료(100)에서 이용된 Pt의 입도(마이크론)가 증가함에 따른 부피 분율(%값)을 분말 복합재료(200)에서 이용된 Pt와 비교하여 열거한다. 도 7에서 나타낸 바와 같이, 10-20% 사이의 부피분율을 갖는 50 내지 70㎛ 크기의 조대한 Pt 입자들은(예컨대, 도 7의 재료(100)) 재료(200)에서 보여지는 바와 같이 미세한 Pt 입자(예컨대, 10% 이하의 부피분율을 갖는 20㎛ 미만의 입자)와 다른 미세구조를 갖는다.
예컨대, 전형적인 영역(100), 또는 Pt 입자를 갖는 도 6A의 다른 유사한 영역들은, 도 6B의 전형적인 영역(210)의 크기보다 훨씬 크다. 따라서, 조대한 Pt 입자(예컨대 영역(110)의 Pt 입자)와 Co-함유 입자(예컨대, 영역(120)의 Co-함유 입자) 간의 동반 확산이 제한된다. 즉, 보다 크고 순수한 Pt 영역(예컨대 도 6A의 영역(110))이 유지될 수 있으며, 이것은 자기장에 대한 적합한 채널을 확보하고 PTF를 증가시키는데 바람직할 수 있다. 예컨대, 도 6B에서 보여지는 바와 같이, Pt 입 자는 Co 및 Cr 입자로 확산이 증가되므로, 자기장에 대한 적합한 채널을 최소화하고 전 PTF를 감소시킨다(예컨대, 도 6B의 PTF는 68%인 반면, 도 6A의 PTF는 81%으로서, 이때 Pt 입자는 Co 및 Cr 입자로 보다 덜 확산한다).
도 8A 및 8B는 도 6A 및 6B 각각의 분말 복합재료 EDS 스펙트럼 그래프이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 8A는 도 6A의 분말 복합재료(100) EDS 스펙트럼 그래프를 나타내고, 도 8B는 도 6B의 분말 복합재료(200)의 EDS 스펙트럼 그래프를 나타낸다. 상술된 바와 같이, 재료(100) 및 재료(200) 간의 상이한 입도의 상대적 선별과 상 배열은 서로 다른 PTF 값을 가져온다. 도 8B의 영역(250)과 비교하여, 도 8A의 EDS 스펙트럼 그래프 영역(150)은 Pt 입자 분말 복합재료(100)에서 보다 적은 Co 함량을 나타내므로, 분말 복합재료(100)에서 Co 입자 및 Pt 입자 간의 보다 적은 확산을 나타낸다. 또한, 분말 복합재료(100)에서 조대한 Pt 입자를 이용함으로써, 예컨대, Pt 및 Co 입자 간 동반 확산은 최소화되고, 그리고 순수-Pt 영역(예컨대 도 6A의 영역(110))의 넓은 영역이 유지될 수 있다. Co 및/또는 Cr과 Pt 입자의 최소화된 동반 확산은 자기장을 위한 적합한 채널을 증진하고 PTF를 증가시킨다.
본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라, 도 9A와 9B는 열간 등방 가압(HIP)에 의해 제조된 Co-Cr-Pt-SiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지를 나타낸다. 보 다 상세하게는, 도 9A는 68%의 PTF를 확보하기 위하여 927℃의 온도에서 열간 등방 가압(HIP)에 의해 제조된 Co-Cr-Pt-SiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 9A의 SEM 이미지에서 밝은 음영을 띄거나 흰 부분인 영역(310)은 Pt 입자를 나타낸다. SEM 이미지에서 영역(310)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(320)은 Co 또는 Cr 입자, 또는 Co 및 Cr 입자 결합의 전형적인 영역을 나타낸다. 영역(320)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(330)은 SiO2 입자를 나타낸다.
도 9B는 54%의 PTF를 확보하기 위하여 1300℃의 온도에서 HIP에 의해 제조된 Co-Cr-Pt-SiO2 분말 복합재료의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 9B에서 Pt 입자는 도 9A(예컨대, 영역(310)과 같은)의 영역만큼 구별되지 않는다. 도 9B에서, Pt 입자는 영역(420) 내 Co 및 Cr 입자로 확산된다. 도 9B에서 영역(420)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(430)은 SiO2 입자를 나타낸다.
도 9A 및 9B에서 나타낸 분말 복합재료(300 및 400)는 Co 분말, Co-Cr 합금분말, Pt 분말, 및 SiO2 와 같은, 동일한 원료 물질을 포함하여 구성된다. 또한, 분말 복합재료(300 및 400)는 HIP 온도를 제외하고(예컨대, 도 9A의 분말 복합재료(300)는 927℃, 도 9B의 분말 복합재료(400)는 1300℃에서 제조됨) 유사한 조건으로 제조된다. 상이한 HIP 온도로 인해, 도 9B의 분말 복합재료(400)는 후방-산 란(back-scattered) SEM 이미지에서 영역에 따라 최소차(minimal contrast difference)를 보인다. 이러한 최소차는 동일한 화학 조성을 갖는 (도 9A 및 9B에 나타낸) 샘플로 나타난다. 또한, 도 9A에 나타낸 분말 복합재료(300)는 상당한 양의 비자성 Pt가 존재하는 밝은 영역(예컨대, 영역(310))을 나타낸다. Co-Cr 합금 상(예컨대, 도 9A의 영역(320))은 많은 확산을 보이지 않는다. 비교적으로, 도 9B는 Co-Cr 합금상으로의 Pt 입자들의 확산을 나타낸다(예컨대, 영역(310)과 같은 부분은 도 9B의 재료(400)에서는 보여지지 않는다). 따라서, 증가된 PTF Co-Cr 합금상이 유지된다면(예컨대, Pt 입자와 Co-Cr 합금의 확산이 최소화된다면), 자기장을 위한 적합한 채널이 유지됨에 따라 증가된 PTF를 제공한다. Co-Cr 합금상과 Pt상의 결합 효과는 도 9A의 분말 복합재료(300)가 증가된 PTF를 갖도록 한다.
본 발명의 다양한 전형적인 실시예에 따라 도 10A 및 10B는 Co-Cr-Pt-TiO2 복합재료의 SEM 이미지이다. 도 10A의 혼합물(500)과 도 10B의 혼합물(600)은 Co-Cr-Pt-TiO2 를 포함하여 구성된다. 전형적인 도 10A에서 혼합물(500)의 원료 물질은 Co 분말, Co-Cr 분말, Pt 분말, 및 TiO2 이고 혼합물(600)의 원료 물질은 Co 분말, Cr 분말, Pt 분말, 및 TiO2 이다. 즉, 전형적인 혼합물(500) 및 혼합물(600)은 Co-Cr 합금분말의 유무에 차이가 있다.
혼합물(500)은 도 10A의 SEM 이미지에서 밝은 음영을 띄거나 흰 부분인 영 역(510)을 가질 수 있으며, 이는 Pt 입자를 나타낸다. 영역(310)과 비교하여 SEM 이미지에서 어두운 음영을 띄는 영역(520)은 Co 또는 Cr 입자, 또는 Co 및 Cr 입자의 결합을 나타낸다. 영역(520)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(530)은 TiO2 입자를 나타낸다. 도 10B의 혼합물(600)은 Pt 입자를 나타내는 영역(610)을 가질 수 있다. 영역(620)은 Co 또는 Cr 입자, 또는 Co 및 Cr 입자들의 결합을 나타낸다. 영역(620)과 비교하여 어두운 음영을 띄는 영역(630)은 TiO2 입자를 나타낸다.
도 10A의 혼합물(500)은 Co-Cr 합금 분말을 포함하여 구성되는 반면, 도 10B의 혼합물(600)은 원소 Co 분말 및 원소 Cr 분말을 포함하여 구성된다. 도 11에서 나타낸 바와 같이, Co 합금 내 Cr 함량이 20 원자%를 초과함에 따라 PTF는 상당히 증가한다. 예컨대, 도 10A의 혼합물(500)은 64%의 PTF를 갖는 반면, 도 10B의 혼합물(600)은 52%의 PTF를 갖는다. 따라서, 혼합물(500)과 결합된(incorporated) Co-Cr 합금분말, 또는 스퍼터 타겟에 이용되는 다른 혼합물을 선별하고 이용하는 것은 타겟의 전 PTF를 증가시킨다. 원소 Co 분말이 Co-Cr-Pt-TiO2 혼합물에 더욱 더 첨가된다면, 스퍼터 타겟의 PTF는 전형적으로 감소할 것이다.
상술된 예에서, Co-계 타겟의 비자성(예컨대, Pt) 또는 증가된 PTF 상(예컨대, Co-Cr 합금상)을 분포시키고 제어함에 의해, PTF는 바람직하게 제어되거나 증가된다. PTF의 제어 또는 증가를 촉진하기 위하여, 복합재료의 원료 물질은 소망되 는 효과를 확보하기 위해 전략적으로 선별될 수 있고, 그리고 공정조건은 미세구조에서 PTF "부스팅 상(boosting phases)"을 유지하기 위하여 제어될 수 있다. 따라서, 미세구조는 다른 화학적으로 특유한 조성을 갖는 영역으로 혼합될 수 있다. 예컨대, 화학적으로 차이를 갖는 혼합물은 영역에 따라 10원자% 또는 그 이상의 자성원소(예컨대, Co, Fe, 등)의 차이를 가질 수 있다. 또한, 영역크기는 1 마이크론 보다 클 수 있다.
상술된 적어도 하나의 다양한 실시예에서, 미세구조를 형성하기 위한 원소들의 결합 단계를 위하여 열간 등방 가압(HIP) 공정과 온도가 설명되었다. 하지만, 일반적인 소결, 스파클 플라즈마 소결(SPS), 진공 열간 가압, 또는 이러한 공정 방법을 촉진하기 위한 다른 적합한 공정 방법 및 온도는 원료 물질(예컨대, Co 분말, Cr 분말, Co-Cr 합금 분말, Pt 분말, SiO2, TiO2 등)을 결합하여 혼합물(예컨대, Co-Cr-Pt-TiO2, Co-Cr-Pt-SiO2 등)을 형성하기 위해 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 PTF를 증가하고 보다 두꺼운 타겟을 제조하기 위한 미세구조의 제어방법을 제공함에 따라 타겟 교체를 위한 시스템 휴지시간(down time)을 저감함에 의한 스퍼터링 생산성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 미세구조에서 적어도 하나의 비자성상의 입도를 선별하는 단계로서, 이때 상기 비자성상의 입도는 1 마이크론 이상임을 특징으로 하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 비자성상과 미세구조에서 적어도 하나의 자성상을 결합하는 단계로서, 이때 상기 적어도 하나의 자성상은 10 원자% 이상이고, 미세구조에서 적어도 하나의 자성상의 크기는 1 마이크론 보다 크며, 그리고
    상기 적어도 하나의 비자성상의 선별된 입도는 미세구조에서 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성상 간의 확산을 감소시키는 것을 특징으로 하는 자성 및 비자성 원소를 포함하는 스퍼터링 타겟 내 누설 자속 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비자성상의 입도는 10 마이크론 이상이 되도록 선별됨을 특징으로 하는 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비자성상의 입도는 미세구조에서 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성상 간의 확산을 감소시킴에 의해 상기 스퍼터링 타겟의 패스 스루 플럭스(the pass through flux, PTF)를 증가시키도록 선별됨을 특징으로 하는 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자성상과 상기 적어도 하나의 비자성 상은 열간등방가압(hot isostatic pressing), 소결(sintering), 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering), 또는 진공 열간 가압(vacuum hot pressing)에 의해 미세구조에서 결합됨을 특징으로 하는 제어방법.
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