KR20100120598A - 스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법은, 백킹 플레이트를 준비하는 단계; 백킹 플레이트 상에 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅분말 소재를 분사하여 타겟 소재를 형성하는 단계; 및 타겟 소재를 열처리하여 치밀화하는 단계를 포함한다.
스퍼터링용 타겟, 백킹 플레이트, 코팅분말 소재

Description

스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법{Target for sputtering process and method of manufacturing the same}
본 발명은 박막 증착에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 또는 태양전지 디바이스 구조를 제작하기 위해 박막을 증착하는데 있어서, 물리기상증착(PVD; Physical Vapor Deposition)방법 가운데 스퍼터링(sputtering) 방식을 적용하고 있다. 스퍼터링은 진공 중에서 불활성 기체를 공급하면서 형성한 양이온들을 스퍼터링 타겟(target)에 충돌시켜, 충돌에 의해 방출된 타겟 원자가 대상물에 증착되어 박막을 형성하게 유도하는 원리를 이용한 방법이다. 스퍼터링 타겟은 고순도의 타겟(target) 소재와 백킹 플레이트(backing plate)를 포함하여 이루어진다.
타겟 소재는 고온압축(HP; Hot press) 방식 또는 소결 방식을 이용하여 제작하고, 제작된 타겟 소재를 백킹 플레이트에 접합하여 스퍼터링에 적용하고 있다. 타겟 소재를 백킹 플레이트에 접합하는 방법은 일반적으로 에폭시 접합(epoxy bonding), 솔더 접합(solder bonding) 또는 확산접합(diffusion bonding) 가운데 하나를 이용하고 있다. 이러한 접합 방법은 타겟 소재와 백킹 플레이트의 재질 및 적용 분야에 따라서 선택하여 적용한다.
그런데 타겟 소재와 백킹 플레이트가 각각 상이한 물질로 이루어져 백킹 플레이트에 타겟 소재 접합시 완전하게 접합되지 않고 국부적으로 미접합된 부분이 발생하고 있다. 타겟 소재와 백킹 플레이트 사이에 미접합된 부분이 발생한 상태에서 스퍼터링 공정을 진행하면, 스퍼터링 공정을 진행하는 과정에서 타겟 소재의 온도가 상승하여 균일한 박막을 구현할 수 없는 문제가 있다. 구체적으로, 백킹 플레이트는 스퍼터링 공정시 타겟 소재에서 발생하는 열을 방출하는 역할을 한다. 이에 따라 백킹 플레이트 상에 타겟 소재가 접합되어 하부 전극과 수평을 이루게 배치되어야 하는데, 미접합된 부분이 존재하면 마주보는 타겟 소재와 하부 전극이 수평을 이루지 못하므로 균일한 박막을 얻을 수 없다. 또한 스퍼터링 공정 중 전자의 충돌로 인해 타겟 소재 표면에 고열이 발생하는데 미접합된 부분이 존재하면 타겟 소재 표면의 고열을 방출할 수 없다. 타겟 소재 표면의 고열을 방출할 수 없으면 타겟 소재에 열이 집중되어 박막의 품질이 저하되고, 타겟 소재가 백킹 플레이트로부터 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 접합을 위해 첨가되는 소재가 타겟 소재와 백킹 플레이트의 계면부에 존재하면서 스퍼터링 공정시 불순물로 작용하는 문제가 있다. 예를 들어 타이타늄(Ti) 재질의 타겟 소재를 구리(Cu) 재질의 백킹 플레이트에 접합하는 경우 일반적으로 인듐(In)을 이용하여 접합하고 있다. 그러나 낮은 열 전도율을 갖는 인듐에 의해 열방출 효과가 미미한 실정이다. 열전도 성능을 향상시키기 위해 열전달 성능 이 우수한 접합소재를 사용하면, 이종소재인 타이타늄과 구리 접합시 접합 계면에 불량이 발생하는 문제가 있다. 이를 개선하기 위해 타겟 소재를 백킹 플레이트에 접합한 다음, 계면부의 불순물을 제거하는 후처리 공정을 추가로 진행하고 있으나 공정 단계가 증가하여 복잡해지고 공정 단계가 증가함에 따라 추가적으로 불량이 발생하는 문제가 있다. 이에 따라 각각 상이한 물질로 이루어져 기존의 접합방법으로 접합하기 어려운 타겟 소재와 백킹 플레이트를 접합시 미접합된 부분 없이 균일하게 접합하는 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스퍼터링용 타겟을 제조하는 과정에서 각각 상이한 물질로 이루어진 타겟 소재와 백킹 플레이트를 접합하는 방법으로 미접합된 부분 없이 접합하여 균일한 박막을 증착할 수 있는 스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 분말의 가속 및 백킹 플레이트와 충돌시 코팅이 이루어지는 코팅 방법을 사용하여 백킹 플레이트에 타겟 소재를 직접 코팅 증착함으로써 우수한 밀착성에 의해 높은 열 전도성을 가진 스퍼터링용 타겟 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 스퍼터링용 타겟 제조방법은, 백킹 플레이트를 준비하는 단계; 상기 백킹 플레이트 상에 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅분말 소재를 분사하여 타겟 소재를 형성하는 단계; 및 상기 타겟 소재를 열처리하여 치밀화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 백킹 플레이트는 구리(Cu), 티타늄(Ti) 또는 알루미늄합금을 포함한다.
상기 타겟 소재를 형성하는 단계는, 상기 백킹 플레이트를 메인 가스 히터, 분말 송급 장치, 분말 예열 장치, 혼합 챔버 및 분사 노즐이 구비된 스프레이 장치 상에 배치하는 단계; 상기 메인 가스 히터 내에 공급된 메인 가스를 가열하여 상기 혼합 챔버로 공급하는 단계; 상기 분말 예열 장치로 공급된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 5㎛ 내지 100㎛의 입자 크기의 코팅분말 소재를 상기 혼합 챔버로 공급하는 단계; 상기 혼합 챔버로 공급된 상기 메인 가스와 상기 코팅분말 소재를 혼합하는 단계; 및 상기 메인 가스와 혼합된 코팅분말 소재를 상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역에 분사하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 메인 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스를 포함하고, 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다.
상기 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재는 Cr, Ti, Nb, Ta, Au, Ag, Al, NiCr, NiCrMo, CrAl, TiAl 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 것이 바람직하다.
상기 태양전지용 타겟 소재는 Cu, In, Ga, CuIn, CuGa 및 CuInGa으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 것이 바람직하다.
상기 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재는 상온의 온도를 유지하거나 또는 50℃ 내지 800℃의 온도로 예열하여 혼합 챔버로 공급하는 것이 바람직하다.
상기 코팅분말 소재는 5㎛ 내지 100㎛의 입자 크기를 가지는 구형 형상이다.
상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역에 분사하는 단계는, 상기 스프레이 장치의 분사 노즐과 상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역 사이의 거리를 5mm 내지 50mm를 유지하고, 공급 압력은 15kg/cm2 내지 40kg/cm2 으로 유지하면서 분사하는 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스퍼터링용 타겟은, 백킹 플레이트; 및 상기 백킹 플레이트 표면에 코팅된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 백킹 플레이트 상에 직접 타겟 소재를 코팅 증착하여 미접합된 부분 없이 균일하게 접합시킴으로써 스퍼터링 공정시 우수한 품질의 박막을 구현할 수 있다. 또한 백킹 플레이트 상에 타겟 소재를 직접 코팅함으로써 우수한 밀착성에 의한 높은 열도성을 가진 스퍼터링용 타겟을 구현할 수 있고, 타겟 소재의 내구성을 향상시킬 수 있다. 아울러 공정 단계를 단축시킴으로써 제품의 제작기간을 단축시킬 수 있어 수율을 향상시킬 수 있고, 나아가 스퍼터링 공정에서 사용한 후 손상된 스퍼터링용 타겟에 대한 보수 코팅이 가능한 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 스퍼터링용 타겟을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 스퍼터링용 타겟(110)은 백킹 플레이트(100) 위에 타겟 소재(105)가 코팅된 구조로 이루어진다. 여기서 백킹 플레이트(100)는 구리(Cu), 티타늄(Ti) 또는 알루미늄합금을 포함하는 재질로 이루어진다. 백킹 플레이트(100) 위에 코팅된 타겟 소재(105)는 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재가 혼합된 코팅 재료를 포함하여 이루어진다. 여기서 반도체용 타겟 소재는 Cr, Ti, Nb, Ta, Au, Ag, Al, NiCr, NiCrMo, CrAl, TiAl 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 재료를 혼합한 물질이고, 태양전지용 타겟 소재는 Cu, In, Ga, CuIn, CuGa 및 CuInGa으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 재료를 혼합한 물질을 포함한다. 이 경우 타겟 소재(105)는 스프레이 장치를 이용하여 고상 상태의 타겟 소재를 분사하는 저온 분사 방식으로 백킹 플레이트(100) 상에 코팅하여 증착된다.
이하 도면을 참조하여 스퍼터링용 타겟 제조방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링용 타겟 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다. 도 3은 본 발명에 따른 스프레이 장치를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 백킹 플레이트(backing plate, 100)를 준비하고, 준비된 백킹 플레이트(100)를 스프레이(spray) 장치 상에 배치한다(S100). 백킹 플레이트(100)를 준비하는 단계는 타겟 소재가 코팅될 위치 및 코팅 두께에 따른 코팅 면적을 결정하는 단계를 포함한다. 스프레이 장치를 이용하여 코팅 공정을 진행하면 후막 코팅을 진행할수록 백킹 플레이트의 모서리 부분에 경사면을 형성하기 때문에 최종 형성될 제품의 폭 및 두께에 따라서 코팅 면적을 결정한다. 여기서 백킹 플레이트(100)는 구리(Cu), 티타늄(Ti) 또는 알루미늄합금을 포함하는 재질로 이루어진다. 이 경우 백킹 플레이트(100)는 원형, 사각형의 형상의 구조로 이루어진다. 또한 백킹 플레이트(100)는 실린더형의 구조로 이루어질 수도 있다.
다음에 준비된 백킹 플레이트(100)를 도 3의 스프레이 장치(40) 상에 배치한다. 스프레이 장치(40)는 가스 컨트롤부(41), 메인 가스 히터(42), 분말 송급 장치(43), 분말 예열 장치(44), 혼합 챔버(45), 온도 컨트롤부(46), 분사 노즐(47) 및 가스 저장부(48)를 포함하여 구성된다. 여기서 가스 컨트롤부(41)는 가스의 공급량을 제어하는 역할을 하며, 가스 저장부(48)에 저장된 메인 가스를 메인 가스 히터(42)로 이동시키면서 메인 가스의 일부는 분말 송급 장치(43)로 이동시킨다. 가스 저장부(48)에 저장된 메인 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스이다.
가스 콘트롤부(41)와 연결된 메인 가스 히터(42)는 공급된 메인 가스를 소정 온도로 예열하는 역할을 한다. 메인 가스 히터(42)에서 예열된 메인 가스는 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이, 연결관을 따라 혼합 챔버(45)로 공급한다. 가스 컨트롤부(41)와 연결된 분말 송급 장치(43)는 코팅소재 분말을 공급하며, 가스 컨트롤부(41)로부터 일부 이동된 메인 가스를 이용하여 코팅소재 분말을 분말 예열 장치(44)로 연결관을 통해 이동시킨다. 여기서 분말 예열 장치(44)는 스크류 형상의 이송관(44a)과 이를 가열하는 저항선(미도시함)을 포함한다. 또한 분말 예열 장치(44)는 이송관을 직접 가열하는 직접 가열 방식의 이송관(미도시함)을 포함할 수도 있다. 이러한 분말 예열 장치(44) 및 메인 가스 히터(42)는 온도 컨트롤부(46)를 통해 온도를 조절할 수 있다. 그리고 분사 노즐(47)은 코팅소재 분말 및 메인 가스를 분사 노즐(47)과 표면이 대응하게 배치된 백킹 플레이트(100)에 향하게 배치된다. 여기서 분사 노즐(47)은 백킹 플레이트(100)의 표면에 대해 소정 각도(α)를 가지며, 바람직하게는 90도의 각도를 갖게 배치하는 것이 바람직하다.
다음에 스프레이 장치의 메인 가스 히터(42)로 공급된 메인 가스를 가열한다(S110). 구체적으로, 가스 저장부(48)에 저장된 메인 가스를 메인 가스 히터(42)로 이동하고, 메인 가스 히터(42)는 이동된 메인 가스를 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다. 여기서 메인 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가 스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스이다. 이 경우 메인 가스를 200℃ 미만의 온도로 가열하면 가스 분사 속도가 떨어져 생산 효율이 저하되는 문제가 발생한다. 또한 800℃를 넘는 온도로 가열하면 스프레이 장치의 피팅 연결부가 열에 의해 변형되어 밀봉되지 않고 내구성이 저하되는 문제가 있다. 이에 따라 메인 가스는 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다.
다음에 가열된 메인 가스에 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말을 주입한다(S120). 이를 위해 먼저, 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말을 분말 송급 장치(43)로부터 공급한다. 다음에 가스 컨트롤부(41)에서 일부 이동된 메인 가스를 이용하여 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말을 연결관을 통해 분말 예열 장치(44)로 이동시킨다. 여기서 반도체용 타겟 소재는 Cr, Ti, Nb, Ta, Au, Ag, Al, NiCr, NiCrMo, CrAl, TiAl 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 재료를 혼합한 물질이고, 태양전지용 타겟 소재는 Cu, In, Ga, CuIn, CuGa 및 CuInGa으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 재료를 선택하여 혼합한 물질을 포함한다. 분말 예열 장치(44)로 이동된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말은 분말 예열 장치(44)의 스크류 형상의 이송관(44a)을 통과한다. 저항선(미도시함)에 의해 가열된 이송관(44a)을 통과하면서 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말은 소정 온도, 예를 들어 50℃ 내지 800℃로 예열된다. 이와 같이 예열된 코팅소재 분말은 도 3에서 화살표로 도시한 바와 같이 연결관을 따라 혼합 챔 버(45)로 이동된다. 여기서 코팅소재 분말을 예열하지 않고 상온의 온도를 유지하면서 혼합 챔버(45)로 이동할 수도 있다.
한편, 코팅소재 분말의 입자 크기는 5㎛ 내지 100㎛를 가지는 것이 바람직하다. 코팅소재 분말의 입자 크기에 따른 적층율을 실험한 결과 데이터를 나타내보인 도 4를 참조하면, 입자 크기가 5㎛ 보다 작은 크기인 경우 보우 쇽(bow shock)작용에 의해 코팅이 정상적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생하고, 100㎛를 넘게 되면 입자 크기가 너무 커 적층 율이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 코팅소재 분말의 입자크기는 5㎛ 내지 100㎛를 가지는 것이 바람직하다. 또한 코팅소재 분말의 입자는 구형의 형상 또는 괴상을 가진다. 구형의 형상의 입자를 갖는 코팅소재 분말은 다른 형상의 입자보다 코팅 효율이 우수하고 분말을 송급하는데 있어 유리한 특성이 있다.
도 4의 실험에서 사용된 코팅소재는 타이타늄(Ti)으로서 분말의 입도(입자 크기)를 26㎛ 이하, 27~63㎛ 그리고 63~100㎛로 나누어 진행하였고, 메인 가스 온도는 600℃로 가열하였으며, 코팅소재 분말의 예열 온도는 400℃이고 압력은 25 kg/cm2 의 조건에서 진행하였다. 또한 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말의 예열은 사용되는 소재의 종류에 따라 온도를 조절할 수 있으나, 바람직하게는 50℃ 내지 800℃로 예열한다. 예열 온도가 200℃를 초과하게 되면 코팅소재 분말이 이송관 내부 또는 노즐 내부에 고착되어 이송관의 내부 및 노즐이 막히는 현상이 발생한다. 예열된 코팅소재 분말이 연결관을 따라 혼 합 챔버(45)로 이동하면, 메인 가스 히터(42)에서 예열되어 혼합 챔버(45)로 공급된 메인 가스와 혼합 챔버(45) 내에서 혼합된다.
다음에 메인 가스에 혼합된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅소재 분말을 백킹 플레이트(100)의 코팅 대상영역에 분사하여 타겟 소재(105, 도 3 참조)를 형성한다(S130). 이에 따라 백킹 플레이트(100)에 타겟 소재(105)가 코팅된 스퍼터링용 타겟(110)의 제작이 완료된다. 여기서 메인 가스에 혼합된 코팅소재 분말은 스프레이 장치(40)의 분사 노즐(47)을 통해 백킹 플레이트(100)에서 코팅 예정 영역에 분사된다. 이 경우 분사 노즐(47)의 선단과 백킹 플레이트(100)의 표면 사이의 거리는 5mm 내지 50mm를 유지하고, 공급 압력은 15kg/cm2 내지 40kg/cm2 으로 유지한다. 분사 노즐의 출구와 백킹 플레이트간의 거리에 따른 실험 결과 데이터를 도 5에 도시하였다. 도 5를 참조하면, 분사 노즐의 출구와 백킹 플레이트 사이의 거리가 5mm 미만인 경우에는 코팅소재 분말이 보우 쇽 작용에 의해 코팅이 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한 분사 노즐의 출구와 백킹 플레이트 사이의 거리가 50mm를 초과하면 노즐 출구를 벗어난 코팅소재 분말의 속도가 코팅이 이루어지는 임계속도 이하로 낮아지기 때문에 코팅이 이루어지지 않거나, 코팅 효율 및 코팅 특성이 낮아지는 문제가 발생한다. 이에 따라 분사 노즐(47)의 선단과 백킹 플레이트(100)의 표면, 즉, 코팅 대상물 면 사이의 거리는 5mm 내지 50mm를 유지하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 분사노즐의 출구와 백킹 플레이트 사이의 거리에 따른 코팅 시험을 해 보았을 때 일정 거리 이상을 넘어서는 경우 코팅의 두께가 낮아지는, 즉, 코팅의 적층 효율이 낮아지는 임계거리가 발생하게 된다. 그 기준은 코팅의 적층효율을 볼 경우와 코팅 층의 표면조도를 동시에 검토하여 적정 거리를 결정하게 되는데 통상적으로 저온 분사에서 코팅 거리가 50mm를 벗어나게 되면 코팅의 효율이 낮아지게 되는 문제점을 가지기 때문에 표면조도와 적층효율을 고려하여 50mm 이내의 거리에서 코팅을 진행하게 된다. 분사노즐의 출구와 백킹 플레이트 사이의 거리에 따른 표면조도 시험 결과 데이터를 나타내 보인 도 6을 참조하면, 코팅 거리가 50mm를 벗어나는 경우 코팅 거리가 5mm인 경우와 비교하여 표면 조도 값이 31.8㎛에서 11㎛으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.
[실시 예 1]
본 실시예 1은 상기의 코팅방법을 이용하여 코팅소재 분말을 타이타늄 분말으로 이용하여 타겟 소재를 제작하였다. 백킹 플레이트의 소재는 알루미늄 합금(Al 6061)으로 하고, 타겟 소재 제작시 사용된 실제 저온 분사 공정조건은 하기 표1과 같다. 여기서 타이타늄 소재를 저온분사 코팅법을 이용하여 백킹 플레이트에 직접 코팅하여 3mm 내지 30mm의 타이타늄 타겟 소재를 형성하였다.
[표 1]
Figure 112009027282329-PAT00001
이러한 저온 분사 공정조건을 이용하여 형성된 타겟 소재의 단면 조직이 도 7에 도시하였다. 타겟 소재를 형성하기 위해 사용한 코팅소재 분말은 11㎛ 내지 45㎛ 크기의 입도를 가지는 분말을 사용하였다. 타이타늄(Ti) 재질의 타겟 소재를 구리(Cu) 재질의 백킹 플레이트에 접합하는 경우 일반적으로 인듐(In)을 이용하여 접합하였다. 그러나 낮은 열 전도율을 갖는 인듐에 의해 열방출 효과가 미미하다. 이에 열전도 성능을 향상시키기 위해 열전달 성능이 우수한 접합소재를 사용하면, 이종소재인 타이타늄과 구리 접합시 접합 계면에 불량이 발생하였다. 이에 대해 본 발명에서 제시된 저온분사 코팅법을 이용하여 타이타늄 소재를 백킹 플레이트에 직접 코팅하면 높은 열 전도성을 가지면서 우수한 밀착성을 가진 스퍼터링용 타겟을 구현할 수 있다.
[실시 예 2]
본 실시예 2는 상기의 코팅방법을 이용하여 코팅소재 분말을 니켈 분말로 이 용하여 타겟 소재로 제작하였다. 백킹 플레이트의 소재는 무산소 구리(Cu)로 하고, 타겟 소재 제작시 사용된 실제 저온 분사 공정조건은 하기 표 2와 같다.
[표 2]
Figure 112009027282329-PAT00002
이러한 저온 분사 공정조건을 이용하여 형성된 타겟 소재의 단면 조직이 도 8에 도시하였다. 타겟 소재를 형성하기 위해 사용한 코팅소재 분말은 15㎛ 내지 38㎛ 크기의 입도를 가지는 분말을 사용하였다. 실시예 2의 제조방법으로 형성된 타겟 소재는 도 8의 타겟 소재를 소정 방향으로 잘라내 확대하여 나타내보인 도 9에 도시한 바와 같이, 기공이 거의 존재하지 않는 우수한 타겟 소재를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 용융의 고온이 존재하지 않으므로 작업의 안전성을 기할 수 있다. 또한 로봇등과 같은 장치에 분사노즐의 장착을 통하여 설정된 복잡한 형상의 코팅 제작이 가능하고 대형 부품 등 부품 크기에 제약을 받지 않는다.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 스퍼터링용 타겟을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링용 타겟 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스프레이 장치를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 4는 코팅소재 분말의 입자 크기에 따른 적층율을 실험한 결과 데이터이다.
도 5는 분사 노즐의 출구와 백킹 플레이트간의 거리에 따른 실험 결과 데이터이다.
도 6은 분사노즐의 출구와 백킹 플레이트 사이의 거리에 따른 표면조도 시험 결과 데이터이다.
도 7 내지 도 9는 저온 분사 공정조건을 이용하여 형성된 타겟 소재의 단면 조직을 나타내보인 사진이다.

Claims (14)

  1. 백킹 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 백킹 플레이트 상에 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 코팅분말 소재를 분사하여 타겟 소재를 형성하는 단계; 및
    상기 타겟 소재를 열처리하여 치밀화하는 단계를 포함하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트는 구리(Cu), 티타늄(Ti) 또는 알루미늄합금을 포함하는 재질로 이루어진 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 타겟 소재를 형성하는 단계는,
    상기 백킹 플레이트를 메인 가스 히터, 분말 송급 장치, 분말 예열 장치, 혼합 챔버 및 분사 노즐이 구비된 스프레이 장치 상에 배치하는 단계;
    상기 메인 가스 히터 내에 공급된 메인 가스를 가열하여 상기 혼합 챔버로 공급하는 단계;
    상기 분말 예열 장치로 공급된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재를 포함하는 5㎛ 내지 100㎛의 입자 크기의 코팅분말 소재를 상기 혼합 챔버로 공급하는 단계;
    상기 혼합 챔버로 공급된 상기 메인 가스와 상기 코팅분말 소재를 혼합하는 단계; 및
    상기 메인 가스와 혼합된 코팅분말 소재를 상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역에 분사하는 단계를 포함하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메인 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스를 포함하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 메인 가스는 200℃ 내지 800℃의 온도로 가열하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 반도체용 타겟 소재는 Cr, Ti, Nb, Ta, Au, Ag, Al, NiCr, NiCrMo, CrAl, TiAl 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 태양전지용 타겟 소재는 Cu, In, Ga, CuIn, CuGa 및 CuInGa으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재는 상온의 온도를 유지하면서 상기 혼합 챔버로 공급하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타겟 소재는 50℃ 내지 800℃의 온도로 예열하여 상기 혼합 챔버로 공급하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역에 분사하는 단계는,
    상기 스프레이 장치의 분사 노즐과 상기 백킹 플레이트의 코팅 대상 영역 사이의 거리를 5mm 내지 50mm를 유지하고, 공급 압력은 15kg/cm2 내지 40kg/cm2 으로 유지하면서 분사하는 스퍼터링용 타겟 제조방법.
  11. 백킹 플레이트; 및
    상기 백킹 플레이트 표면에 코팅된 반도체용 타겟 소재 또는 태양전지용 타 겟 소재를 포함하는 타겟 소재로 이루어진 스퍼터링용 타겟.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트는 구리(Cu), 티타늄(Ti) 또는 알루미늄합금을 포함하는 재질로 이루어진 스퍼터링용 타겟.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반도체용 타겟 소재는 Cr, Ti, Nb, Ta, Au, Ag, Al, NiCr, NiCrMo, CrAl, TiAl 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 스퍼터링용 타겟.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 태양전지용 타겟 소재는 Cu, In, Ga, CuIn, CuGa 및 CuInGa으로 이루어진 그룹에서 하나 이상의 물질을 선택하여 혼합한 재료를 공급하는 스퍼터링용 타겟.
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