KR20120072072A - 고효율 이형상 스퍼터링 타겟 - Google Patents

고효율 이형상 스퍼터링 타겟 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LCD, 반도체 제조공정 등에서 박막을 제조할 때 사용되는 스퍼터링 타겟에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스퍼터링 타겟의 두께를 위치별로 달리하여 고효율 이형상 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링이 일어나는 제1면과 지지판과 접합하는 제2면 및 양쪽 측면인 제3면을 구비한 스퍼터링 타겟으로서, 중심부에 형성된 제1영역과 상기 제1영역에서, 제3면 방향으로 연장된 제2영역을 구비하며, 상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇은 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.

Description

고효율 이형상 스퍼터링 타겟{High Efficiency Biphasic Sputtering Target}
본 발명은 LCD, 반도체 제조공정 등에서 박막을 제조할 때 사용되는 스퍼터링 타겟에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스퍼터링 타겟의 두께를 위치별로 달리하는 고효율 이형상 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
스퍼터링 챔버는 반도체, 디스플레이 등의 제조시 기판에 박막을 증착하기 위해 이용된다. 스퍼터링 챔버는 기판 지지부를 향하는 스퍼터링 타겟 둘레의 엔클로저(enclosure), 공정 가스를 통전시키기 위한 가스 에너자이저(energizer), 및 챔버 내의 공정 가스의 압력을 배출하여 제어하기 위한 배기 포트를 포함한다. 스퍼터링 타겟에 통전 가스(energized gas) 내에 형성된 통전 이온에 의한 충격이 가해지면, 스퍼터링 타겟에서 타겟 재료가 원자형태로 떨어져서 기판상에 증착되어 박막을 형성한다. 또한, 스퍼터링 챔버는 타겟 재료의 스퍼터링을 개선하도록 타겟 주위에 자기장을 형성하여 유지(confine)하는 자기장 발생기를 가진다.
스퍼터링되는 타겟 재료는 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈 또는 탄탈과 같은 금속일 수 있다. 스퍼터링 타겟은 아르곤 또는 크립톤과 같은 불활성 가스로 스퍼터링될 수 있으며, 질화 탄탈, 질화 텅스텐, 질화 티타늄 또는 산화 알루미늄과 같은 화합물을 형성하기 위해 질소 또는 산소와 같은 가스를 사용할 수 있다.
이 같은 스퍼터링 공정에서, 타겟의 일부 부분은 다른 부분 보다 더 높은 비율로 스퍼터링된다. 결과적으로, 스퍼터링이 진행된 후 스퍼터링 타겟은 불균일한 단면 두께 또는 표면 프로파일을 나타낸다.
이 같은 불균일한 단면 두께 또는 표면 프로파일은 챔버 구조, 타겟에 대한 자기장의 형상, 타겟으로 유도되는 와전류(eddy current), 및 다른 요소에 의해 발생되는 국부적인 플라즈마 밀도에서의 변화로부터 발생할 수 있다. 또한, 불균일한 스퍼터링은 타겟의 기판 재료의 구조 또는 입자(grain) 크기에서의 차이에 의해 발생할 수 있다. 예를 들면, 불균일한 타겟 스퍼터링은 과잉 침식된 동심의 원형 함몰부의 형성을 초래하며, 상기 원형 함몰부에서 재료가 주변보다 더 높은 비율로 스퍼터링된다. 함몰부가 깊어지면, 타겟 뒤의 지지판 및 챔버 벽이 노출되어 스퍼터링될 수 있다. 이는 스퍼터링 타겟과 기판의 오염을 초래한다. 따라서 타겟에 형성된 함몰부가 너무 깊어 지거나 넓어지기 전에, 스퍼터링되는 타겟이 챔버로부터 제거된다. 결과적으로, 타겟이 챔버로부터 너무 이르게 제거되어야 하기 때문에 스퍼터링 타겟의 대부분이 이용되지 않은 상태로 남아 있게 된다. 이와 같이 아직 사용 가능한 부분이 많이 있음에도 부분적인 과잉 침식에 의해서 타겟을 교체한다는 것은 사용 효율 면에서 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 스퍼터링 타겟의 부분별 사용량 차이를 고려하여 위치별로 두께를 달리함으로써, 사용 효율을 높인 고효율 이형상 스퍼터링 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링이 일어나는 제1면과 지지판과 접합하는 제2면 및 양쪽 측면인 제3면을 구비한 스퍼터링 타겟으로서, 중심부에 형성된 제1영역과 상기 제1영역에서, 제3면 방향으로 연장된 제2영역을 구비하며, 상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇은 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.
또한, 상기 제1영역의 제2면이 상기 제1영역의 제1면에 가까워지는 방향으로 함몰된 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.
또한, 상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇도록, 상기 제1영역의 제1면이 제1영역의 제2면에 가까워지는 방향으로 함몰된 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.
또한, 상기 제1면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 상기 제1영역에서 제2영역으로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 경사진 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.
또한, 스퍼터링이 일어나는 제1면과 지지판과 접합하는 제2면 및 양쪽 측면인 제3면을 구비한 스퍼터링 타겟으로서, 중심부에 형성된 제1영역과 상기 제1영역에서, 제3면 방향으로 연장된 제2영역을 구비하며, 상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇도록, 상기 제1영역의 제2면이 상기 제1영역의 제1면에 가까워지는 방향으로 함몰되고, 상기 제1영역의 제1면이 상기 제1영역의 제2면에 가까워지는 방향으로 함몰되고, 상기 제1면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 상기 제1영역에서 제2영역으로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 경사지며, 상기 제2면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 단차가 있는 고효율 이형상 스퍼터링 타겟이 제공된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟은 과잉 침식이 발생하는 위치의 두께가 다른 위치에 비해서 두껍기 때문에 부분적인 과잉 침식에 의해서 타겟을 이르게 교체해야하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 과잉 침식에 의해서 타겟 뒤의 지지판이 노출되어 기판이 오염되는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제1실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제2실시예의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제3실시예의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제1실시예의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다. 도 1과 2에 나타난 것처럼, 스퍼터링 타겟(10)은 침식이 일어나는 제1면(1)과 직사각형 판형의 지지판(20)에 접합되는 제2면(2) 및 양쪽 측면인 제3면(3)을 구비한다.
타겟의 재료는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, ITO(In-Sn 산화물), IZO(In-Zn의 산화물), 구리, 크롬, 몰리브덴, ZAO(Al-Zn 산화물), 산화 마그네슘 등이 사용 가능하다.
타겟은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, ITO는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 원료 분말로서 산화 인듐 분말과 산화 주석 분말과의 혼합 분말 또는 공침법 등에 의해서 얻어진 ITO분말을 사용할 수 있다. 분말의 평균 입경이 크면 소결 후 밀도가 낮을 수 있으므로, 분말의 평균 입경은 1.5㎛이하인 것이 바람직하다. 혼합 분말 또는 ITO분말 중의 산화 주석 함유량은 2 ~ 25 중량%가 바람직하다. 원료로서 혼합 분말을 이용하는 경우에는 볼 밀 등을 이용하여 습식 또는 건식으로 산화 인듐 분말과 산화 주석 분말을 혼합하는 것이 바람직하다. 이렇게 얻어진 혼합 분말을 프레스 법 또는 주입법 등의 성형법에 의해서 성형하여 ITO 성형체를 제조한다. 이렇게 얻어진 성형체를 필요한 경우 냉간등방압 프레스에 의한 처리를 행한다. 다음으로 이렇게 얻어진 성형체를 소성한다. 소결 온도는 1450℃ ~ 1650℃로 한다. 이렇게 함으로써 고밀도의 소결체를 얻는 것이 가능하다. 소결시간은 5시간 이상이 바람직하며, 분위기는 산소분위기가 바람직하다. 소결밀도는 높을수록 좋으며, 상대밀도가 99.0% 이상인 것이 바람직하다. 다음으로, 소결체의 스퍼터링 면에 대해서 블라스트 처리를 한다.
지지판(20)의 재질은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 도전성과 열전도성이 우수한 강철, 스테인레스 등을 사용할 수 있다. 지지판의 두께는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 강도를 고려하면 10㎜ ~ 50㎜로 하는 것이 바람직하다.
타겟(10)과 지지판(20)의 접합에 사용되는 접합제로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, In계, Sn계 등의 금속으로 이루어지는 본딩재를 사용할 수 있다.
도 1과 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 스퍼터링 타겟은 중심부에 형성된 제1영역(4)과 제1영역(4)에서 제3면(3) 방향으로 연장된 제2영역(5)을 포함한다.
침식의 진행이 빠른 부분인 제2영역(5)의 두께는 침식의 진행이 느린 부분인 제1영역(4)의 두께보다 두껍다. 제1영역(4)의 두께를 제2영역(5)에 비해서 얇게 하기 위해서, 제1영역(4)의 제1면(1)과 제2면(2)이 서로 가까워지는 방향으로 함몰되어 있다.
제1면(1)의 제1영역(4)과 제2영역(5)의 경계부(6)는 제1영역(4)에서 제2영역(5)으로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 경사져 있어 단차가 없다. 따라서 경계부에 입자가 부착됨으로 인한 기판 품질의 열화를 초래하지 않는다. 경계부(6)는 수평부분과 이루는 각도가 30°이하인 것이 바람직하다.
제2면(2)의 제1영역(4)과 제2영역(5)의 경계부(7)는 단차가 있다. 제2면(2)은 침식이 일어나는 면이 아니므로 입자가 부착되어 기판의 품질의 열화를 초래하는 문제가 없으며, 지지판(20)과의 결합도 용이하기 때문이다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제2실시예의 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다. 제2실시예는 제1실시예와 달리 제1영역(4)의 제2면(2)만 제1면(1)을 향해서 함몰되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 고효율 이형상 스퍼터링 타겟의 제3실시예의 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 스퍼터링 타겟의 단면도이다. 제3실시예는 제1실시예와 달리 제1영역(4)의 제1면(1)만이 제2면(2)을 향해서 함몰되어 있으며, 제1영역(4)과 제2영역(5)의 경계부(6)는 경사져 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
10: 스퍼터링 타겟 20: 지지판
1: 제1면 2: 제2면
3: 제3면 4: 제1영역
5: 제2영역

Claims (5)

  1. 스퍼터링이 일어나는 제1면과 지지판과 접합하는 제2면 및 양쪽 측면인 제3면을 구비한 스퍼터링 타겟으로서,
    중심부에 형성된 제1영역과 상기 제1영역에서, 제3면 방향으로 연장된 제2영역을 구비하며,
    상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇은 고효율 이형상 스퍼터링 타겟.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇도록, 상기 제1영역의 제2면이 상기 제1영역의 제1면에 가까워지는 방향으로 함몰된 고효율 이형상 스퍼터링 타겟.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇도록, 상기 제1영역의 제1면이 제1영역의 제2면에 가까워지는 방향으로 함몰된 고효율 이형상 스퍼터링 타겟.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 상기 제1영역에서 제2영역으로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 경사진 고효율 이형상 스퍼터링 타겟.
  5. 스퍼터링이 일어나는 제1면과 지지판과 접합하는 제2면 및 양쪽 측면인 제3면을 구비한 스퍼터링 타겟으로서,
    중심부에 형성된 제1영역과 상기 제1영역에서, 제3면 방향으로 연장된 제2영역을 구비하며,
    상기 제1영역의 두께가 상기 제2영역의 두께에 비해서 얇도록, 상기 제1영역의 제2면이 상기 제1영역의 제1면에 가까워지는 방향으로 함몰되고, 상기 제1영역의 제1면이 상기 제1영역의 제2면에 가까워지는 방향으로 함몰되고, 상기 제1면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 상기 제1영역에서 제2영역으로 진행할수록 두께가 두꺼워지도록 경사지며, 상기 제2면의 제1영역과 제2영역의 경계부는 단차가 있는 고효율 이형상 스퍼터링 타겟.
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