KR20080079460A - Target apparatus for sputtering - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 자기장 발생부에 의해 산화물 타겟 상에 자기장이 형성되는 것을 개념적으로 보여주기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram for conceptually showing that a magnetic field is formed on an oxide target by a magnetic field generator.
도 2는 도 1의 I-I'라인을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟 장치의 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view of a sputtering target device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 II-II'라인을 따라 절단한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 3.
<주요 도면의 부호에 대한 간단한 설명><Brief description of the symbols in the main drawings>
100, 400: 자기장 발생부 120, 420: N극부100, 400:
140, 440: S극부 200, 500: 백킹 플레이트(backing plate)140, 440:
300, 600: 산화물 타겟 320: 자기장 영역300, 600: oxide target 320: magnetic field region
640: 돌출부 660: 평탄부640: protrusion 660: flat portion
1000: 스퍼터링 타겟 장치1000: sputtering target device
본 발명은 스퍼터링용 타겟 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적으로 사용되는 평판형 타겟과 비교하여 박막의 특성에는 영향을 미치지 않으면서 타겟의 사용효율을 극대화 할 수 있는 스퍼터링 타겟 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering target apparatus, and more particularly, to a sputtering target apparatus that can maximize the use efficiency of the target without affecting the characteristics of the thin film compared to the generally used flat target.
일반적으로 투명 전극(일명 투명 도전성막)은 액정 표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시장치(PDP, Plasma Display Panel) 및 전자발광 표시장치(ELD, Electro Luminescent Display) 등의 평판 디스플레이나 태양 전지의 전극재료로써 사용되며, 가시광영역(400nm ~ 700nm)에서 80%정도의 광투과도와 ~103/S·cm의 높은 전기전도를 갖는다. 투명 전극에는 안티몬(Sb)이나 불소(F)를 소량의 불순물(dopant)로 함유하는 산화 주석(SnO2), 주석을 소량의 불순물로 함유하는 산화 인듐(In2O3) 및 알루미늄(Al)을 소량의 불순물로 함유하는 산화 아연(ZnO) 등이 이용 되고 있다. 특히 주석을 소량의 불순물로 함유하는 산화 인듐막, 즉 In2O3-SnO2계의 막은 ITO (Indium Tin Oxide)막이라고 알려져 있으며, 저저항의 막을 쉽게 얻을 뿐만 아니라 에칭 가공이 가능하고, 게다가 기판과의 밀착성도 우수하기 때문에 현재까지 많이 쓰여 지고 있다.In general, transparent electrodes (also known as transparent conductive films) include flat panel displays such as liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels (PDPs), and electroluminescent displays (ELDs). It is used as an electrode material for batteries, and has a light transmittance of about 80% and a high electrical conductivity of ˜10 3 / S · cm in the visible light region (400 nm to 700 nm). The transparent electrode includes tin oxide (SnO 2 ) containing antimony (Sb) or fluorine (F) as a small amount of impurities, indium oxide (In 2 O 3 ) containing aluminum as a small amount of impurities, and aluminum (Al). Zinc oxide (ZnO) and the like containing a small amount of impurities are used. In particular, an indium oxide film containing tin as a small amount of impurities, i.e., an In 2 O 3 -SnO 2 based film, is known as an ITO (Indium Tin Oxide) film. Since it has excellent adhesion with the substrate, it has been used a lot until now.
상기 투명 전극의 제조방법으로는 스퍼터링법(Sputtering)이나, 진공 증착법(Vacuum evaporation), 이온플레이팅법(Plasma-assisted physical vapor deposition) 및 투명 도전층 형성용 도포액을 도포하는 방법 등이 사용되고 있는데, 이중에서 스퍼터링법이 많이 이용되고 있다.As a method of manufacturing the transparent electrode, sputtering, vacuum evaporation, plasma-assisted physical vapor deposition, and a method of applying a coating liquid for forming a transparent conductive layer are used. Among them, sputtering is widely used.
스퍼터링법(Sputtering)은 금속이나 화합물형의 타겟에, 스퍼트 가스(대개 아르곤 가스)의 이온을 물리적으로 충돌시켜, 그 충돌 에너지로 타겟을 구성하는 물질을 방출시키고, 방출된 물질은 기판 위에 막으로 형성되게 하는 방법이다. 최 근에는 스퍼터링법이 활발히 이용되면서 스퍼터링 효율과 성막속도, 박막 특성을 고려하여 마그네트론을 이용한 스퍼터링법이 일반적으로 사용되고 있다.Sputtering physically impinges ions of sputter gas (usually argon gas) on a metal or compound target, and releases the material constituting the target with the collision energy, and the released material is deposited on the substrate. To be formed. Recently, sputtering is actively used, and sputtering using magnetron is generally used in consideration of sputtering efficiency, film formation speed, and thin film characteristics.
마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)의 원리는 음극(cathode)의 타겟(target) 배면에 자기장을 형성할 수 있도록, 영구 자석을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형성함으로써, 타겟에 가해지는 플라즈마의 밀도를 높여 전자들의 움직임을 타겟 주위로 구속하고 이동 경로를 길게 연장시켜 스퍼터율을 높이는 것이다. 마그네트론 스퍼터링은 이극 직류 스퍼터링에 비해 보다 낮은 공정 압력(10-3~10-4 Torr)에서도 작동이 가능하다. 이러한 공정 압력에서는 산란되는 입자의 수가 많이 감소하므로 증착율이 증가함은 물론이고, 스퍼터링된 입자가 기판까지 거의 초기의 운동 에너지를 유지하며 도달하기 때문에 기판 위로 증착되어지는 박막 구조는 보다 치밀해 진다. 또한 평균자유행로가 길어져서 낮은 타겟 전압 (< ~500 V)에서도 글로 방전이 유지되고 고밀도의 플라즈마 형성이 가능하다. 이것은 타겟 온도 저하로 이어지고, 낮아진 타겟 온도로 인해 거대 입자의 생성이 둔해져 박막 평탄도의 향상을 기할 수 있다.The principle of magnetron sputtering is to increase the density of the plasma applied to the target by attaching a permanent magnet to form a magnetic field perpendicular to the electric field to form a magnetic field on the target backside of the cathode. Constrain the movement of electrons around the target and extend the movement path to increase the sputter rate. Magnetron sputtering can operate at lower process pressures (10 -3 to 10 -4 Torr) compared to bipolar direct current sputtering. At this process pressure, the number of scattered particles is greatly reduced, so that the deposition rate is increased, and the thin film structure deposited on the substrate becomes more dense as the sputtered particles reach the substrate while maintaining the initial kinetic energy. In addition, the longer average free path allows the glow discharge to be maintained even at low target voltages (<~ 500 V) and high density plasma can be formed. This leads to a decrease in the target temperature, the formation of macroparticles is slowed down by the lower target temperature can improve the thin film flatness.
그러나 마그네트론 스퍼터링에서는, 형성된 자기장 영역에 플라즈마가 집중되기 때문에, 타겟의 일부만이 스퍼터링 되어 침식되고 타겟이 균일하게 소모되지 않는 문제점이 발생한다. 즉, 타겟의 일부분만 침식되기 때문에, 타겟의 다른 부분은 사용되지 않았음에도 타겟을 폐기해야 하는 문제점이 있다. 또한 자기력선이 직선에 가까운 곳에서 더 많은 스퍼터링이 일어나기 때문에, 타겟에서 균일한 증착 속도가 얻어지지 않는 문제점도 발생한다.However, in magnetron sputtering, since plasma is concentrated in the formed magnetic field region, only a part of the target is sputtered and eroded, and the target is not consumed uniformly. That is, since only a portion of the target is eroded, there is a problem that the target must be discarded even though other portions of the target are not used. In addition, since more sputtering occurs where the line of magnetic force is close to a straight line, a problem arises in that a uniform deposition rate is not obtained at the target.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 사용 효율과 균일한 증착 속도를 갖는 스퍼터링용 산화물 타겟 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems as described above, and to provide a sputtering oxide target device having high use efficiency and uniform deposition rate.
본 발명의 일 특징에 따른 스퍼터링 타겟 장치는 자기장 발생부, 상기 자기장 발생부 상에 위치하는 백킹 플레이트, 및 상기 백킹 플레이트 상에 위치하고, 상기 자기장 발생부에 의해 형성된 자기장 영역에 대응하여 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 산화물 타겟을 포함한다.According to an aspect of the present invention, a sputtering target device includes a magnetic field generator, a backing plate positioned on the magnetic field generator, and a protrusion located on the backing plate and protruding from the magnetic field region formed by the magnetic field generator. It includes the oxide target formed.
상기 자기장 발생부는 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.The magnetic field generating unit includes at least one permanent magnet.
상기 백킹 플레이트로서는 평탄한 면으로 이루어진 평판형 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a flat plate made of a flat surface as the backing plate.
상기 산화물 타겟의 돌출부는 상기 자기장 영역을 따라 연속적으로 형성되어 있다. 따라서, 상기 자기장 영역이 폐곡선 형태일 경우 돌출부도 폐곡선의 형태를 갖는다.Protrusions of the oxide target are continuously formed along the magnetic field region. Therefore, when the magnetic field region is a closed curve shape, the protrusion also has a closed curve shape.
상기 산화물 타겟의 돌출부는 곡면을 갖고, 상기 곡면의 곡률 반경은 10 내지 500cm 이다.The protrusion of the oxide target has a curved surface, and the radius of curvature of the curved surface is 10 to 500 cm.
상기 산화물 타켓은 상기 돌출부 및 상기 돌출부의 주변영역으로서 평탄한 면으로 이루어진 평탄부를 포함하며, 상기 돌출부와 상기 평탄부의 두께비는 1:0.9~0.1 이다.The oxide target includes a flat portion formed of a flat surface as a peripheral region of the protrusion and the protrusion, and a thickness ratio of the protrusion and the flat portion is 1: 0.9 to 0.1.
상기 돌출부의 면적은 평면 상에서 보았을 때, 상기 산화물 타겟의 전체 면적 대비 적어도 20% 이다.The area of the protrusions is at least 20% of the total area of the oxide target in plan view.
상기 스퍼터링 타겟 장치에 적용되는 산화물 타겟은 AZO 타겟, ITO 타겟 등이다.Oxide targets applied to the sputtering target apparatus are AZO target, ITO target and the like.
한편, 상기 스퍼터링 타겟 장치는 복수의 산화물 타겟을 포함할 수 있다. The sputtering target device may include a plurality of oxide targets.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟 장치를 상세하게 설명 하도록 한다.Hereinafter, a sputtering target device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 자기장 발생부에 의해 산화물 타겟 상에 자기장이 형성되는 것을 개념적으로 보여주기 위한 개념도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.1 is a conceptual diagram for conceptually showing that a magnetic field is formed on an oxide target by a magnetic field generator. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 자기장 발생 영역에 대하여 설명하도록 한다. 설명의 편의를 위하여 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구조를 채용하여 설명하도록 한다.First, the magnetic field generating region will be described with reference to FIGS. 1 and 2. For convenience of description, it will be described by adopting the structure of the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention to be described later.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스퍼터링 타겟 장치는 자기장 발생부(100), 백킹 플레이트(200), 및 산화물 타겟(300)을 포함한다.1 and 2, the sputtering target device includes a
상기 자기장 발생부(100)는 N극부(120)과 S극부(140)으로 이루어진 영구자석을 포함하며, 이로 인해 상기 백킹 플레이트(200) 및 상기 산화물 타겟(300) 상에 자기장 영역(320)을 형성시킨다. 상기 자기장 영역(320)은 평면 상에서 보았을 때, 상기 N극부(120)과 S극부(140)의 사이에 집중적으로 분포한다.The magnetic
마그네트론 방식의 스퍼터링 공정에서는, 상기 자기장 영역(320)에 대응한 산화물 타겟(300) 부분에 침식(erosion)이 주로 일어난다. In the magnetron sputtering process, erosion mainly occurs in the portion of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟 장치의 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 II-II' 라인을 따라 절단한 단면도이다.3 is an exploded perspective view of a sputtering target device according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 3.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스퍼터링 장치(1000)는 자기장 발생부(400), 백킹 플레이트(500), 및 산화물 타겟(600)을 포함한다.3 and 4, the
상기 자기장 발생부(400)는 전술한 바와 같이, N극부(420) 및 S극부(440)을 포함한다. 평면 상에서 보았을 때, 상기 N극부(420)은 중앙부에 위치하고, 상기 S극부(440)는 상기 N극부(420)와 소정거리 이격되어 상기 N극부(420)의 주변에 배치된다. 본 실시예에서, 상기 S극부(440)는 연속된 폐곡선을 이루고 있다.As described above, the magnetic
본 실시예에서, 상기 N극부(420) 및 S극부(440)는 직사각형 형상을 갖는다. 그러나 이와 다르게 원형 등의 다양한 형상을 가질 수도 있다.In the present embodiment, the
또한, 상기 N극부(420) 및 S극부(440)의 이격 거리를 조정함으로써, 전술한 자기장 영역(320)의 크기를 조절할 수 있다.In addition, by adjusting the separation distance between the
도시하지 않았으나, 상기 자기장 발생부(400)는 상기 영구자석 외에, 스퍼터링시 발생 되는 열을 냉각시키기 위해서 상기 영구 자석 주변에 냉각수가 흐르도록 하는 냉각로를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the magnetic
상기 백킹 플레이트(500)는 자기장 발생부(300) 상에 배치되며, 상기 산화물 타겟(100)을 지지해 주는 역할을 한다. 또한 상기 백킹 플레이트(500)는 구리(Cu) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.The
본 실시예에서, 상기 백킹 플레이트(500)는 평탄한 표면을 갖는다.In this embodiment, the
상기 산화물 타겟(600)은 백킹 플레이트(500) 상에 배치된다. 상기 산화물 타겟(600)은 상기 백킹 플레이트(500)에 공지의 방법으로 접합될 수 있다.The
상기 산화물 타겟(300)의 재료로는, 산화 인듐 주석(ITO) 계열, 산화 주석(SnO2) 계열, 산화 아연(ZnO) 계열, 및 산화 마그네슘(MgO) 계열 등의 산화물 단독 혹은 상기 산화물을 Sn, Al, In, Ga, 및 B 등과 같은 기타 불순물(dopant)과 함께 소결하여 사용할 수 있으나, 상기 산화물 타겟(300)의 재료가 상기 물질들로만 한정된 것은 아니다.As the material of the
구체적으로, 본 실시예에서는, ITO 또는 AZO 등의 산화물 타겟(600)이 상기 백킹 플레이트(500)의 일 면에 접합되어 있다. Specifically, in this embodiment, an
상기 산화물 타겟(600)은 상기 자기장 발생부(400)에 의해 생성된 자기장 영역(미도시)을 포함한다. 상기 자기장 영역은 도 1에서 설명한 바와 같이 N극부(420)와 S극부(440)부의 경계 영역에 대응한다. 본 실시예에서, 상기 자기장 영역은 레이스 트랙과 유사한 형상을 갖는다. The
상기 자기장 영역은 상기 자기장 발생부(400)의 N극부(420)과 S극부(440)의 형상에 따라 결정되는 가변적인 영역이다.The magnetic field region is a variable region determined according to the shapes of the
상기 산화물 타겟(600)은 상기 자기장 영역에 대응하고, 표면으로부터 소정 두께만큼 돌출된 돌출부(640) 및 상기 돌출부(640)를 제외한 주변 영역인 평탄부(660)를 포함한다. 상기 평탄부(660)는 돌출부와 달리 평탄한 표면을 갖는다.The
본 실시예에서, 상기 돌출부(640)는 자기장 영역에 대응하여 형성되므로, 상기 자기장 영역을 따라 연속적으로 형성된다. 즉, 상기 돌출부(640)는 자기장 영역의 형상과 유사하게 레이스 트랙과 같은 폐곡선 형태를 갖는다.In the present embodiment, since the
따라서, 상기 평탄부(660)는 상기 돌출부(640)에 의하여 가두어지는 내부 평탄부 및 상기 돌출부(640) 외곽의 외부 평탄부로 구분된다.Accordingly, the
도 4를 다시 참조하면, 상기 산화물 타겟(600)의 돌출부(640)는 곡면 형태를 갖는다. 즉, 자기장 내의 자기력선의 패턴과 유사한 형상을 갖게 함으로써, 상기 돌출부(640) 표면에 균일한 자기장 효과를 유도하고, 산화물 타겟(600)으로부터 균일한 증착 속도를 얻을 수 있다.Referring again to FIG. 4, the
상기 산화물 타겟(600)의 돌출부(640)의 곡률 반경은 10~500cm 이며, 바람직하게는 25~100cm이다.The radius of curvature of the
상기 돌출부(640)와 평탄부(660)의 두께비는 1:0.9~0.1 이며, 바람직하게는 1:0.5~0.2 이다. 상기 평탄부(660)의 두께가 상기 돌출부(640)의 두께 대비 90% 초과하면 산화물 타겟(600)의 활용 효율이 현저히 저하되고, 반면에 평탄부(660)의 두께가 상기 돌출부(640)의 두께 대비 10% 미만이면 상기 돌출부(640)와 상기 평탄부(660)의 계면에서 아킹 문제가 발생하거나, 상기 돌출부(640)가 자기장 영역을 벗어나서 돌출부(640)에서 오히려 스퍼터링 효율이 급격히 감소할 수 있다.The thickness ratio of the
상기 돌출부(640)의 두께란 산화물 타겟(600)의 바닥면으로부터 상기 돌출부(640)의 최고점까지의 수직거리를 의미하며, 상기 평탄부(660)의 두께란 상기 산화물 타겟(600)의 바닥면으로부터 상기 평탄부(660) 표면까지의 수직거리를 의미한 다.The thickness of the
상기 산화물 타겟(600)의 돌출부(640)의 평면 상 면적은 산화물 타겟(600)의 이용 효율을 고려할 때, 상기 산화물 타겟(600)의 전체 면적 대비 20% 이상인 것이 바람직하다.The planar area of the
상기 스퍼터링 장치(1000)는 일체형의 산화물 타겟(600)을 포함할 수도 있으나, 이와 다르게 정 2분할 혹은 정 4분할로 분할된 복수의 산화물 타겟(600)을 포함할 수도 있다. 상기 복수의 산화물 타겟(600)은 대형 박막의 형성에 적합하다. Although the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링용 산화물 타겟 장치는 돌출부가 있는 산화물 타겟을 사용하여 타겟의 사용 효율을 극대화 하고, 돌출부를 곡면화 함으로써 균일한 증착 속도를 확보할 수 있다.As described above, the oxide target device for sputtering according to the present invention can maximize the use efficiency of the target by using the oxide target having a protrusion, and can ensure a uniform deposition rate by curving the protrusion.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
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ID=40020385
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070019676A KR20080079460A (en) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | Target apparatus for sputtering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20080079460A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107523794A (en) * | 2017-09-07 | 2017-12-29 | 于盟盟 | A kind of target for being used to sputter transparent conductive film |
-
2007
- 2007-02-27 KR KR1020070019676A patent/KR20080079460A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107523794A (en) * | 2017-09-07 | 2017-12-29 | 于盟盟 | A kind of target for being used to sputter transparent conductive film |
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