KR20210008140A - 스퍼터링 타겟 및 그 포장방법 - Google Patents

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Abstract

원통형 백업튜브의 단부의 손상을 억제하는 스퍼터링 타겟을 제공한다.
원통형 스퍼터링 타겟재(110)와 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 내측에 접합재를 개재하여 접합된 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 중심축(C) 방향의 길이보다 중심축(C) 방향의 길이가 긴 원통형 백업튜브(120)와, 원통형 백업튜브(120)의 적어도 하나의 중심축(C)방향의 단부(121)를 피복하는 보호캡(130)을 구비하고, 보호캡(130)은 합성수지를 포함한다.

Description

스퍼터링 타겟 및 그 포장방법{Sputtering target and packaging method thereof}
본 발명은 스퍼터링 타겟 및 그 포장방법에 관한 것이다.
근래 평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Display) 제조기술과 태양전지 제조 기술이 급속히 발전하고 대형 평면TV와 태양전지 시장이 커지고 있다. 또한 이러한 시장의 발전과 함께 제품의 제조비용을 낮추는데 유리기판의 대형화가 진행되고 있다. 현재는 8세대라고 불리는 2200mm Х 2400mm 크기의 장치 개발이 진행되고 있다.
특히 대형 유리기판에 금속박막 또는 금속 산화물 박막을 형성하는 스퍼터링 장치는 평판형 스퍼터링 타겟과 원통형(로터리형 또는 회전형이라고도 함.) 스퍼터링 타겟이 사용되고 있다. 원통형 스퍼터링 타겟은 평판형 스퍼터링 타겟에 비해 타겟의 사용효율이 높고 부식발생이 적고 퇴적물의 박리에 의한 파티클 발생이 적다는 장점이 있다. 이와 같이, 원통형 스퍼터링 타겟은 박막 증착의 용도로 매우 유용하다.
따라서 교통, 수송수단의 발달에 따라 상기 원통형 스퍼터링 타겟을 국내에 출시할 뿐만 아니라 해외에도 출하하는 경우가 늘고 있다. 따라서 수송거리, 수송수단 및 환경 등을 감안하여 원통형 스퍼터링 타겟 제품을 손상시키지 않는 방법이 바람직하다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 원통형의 소결체와, 상기 소결체의 내부에 접합재를 개재하여 접합된 원통형의 기재와, 상기 기재의 양쪽의 개구부를 덮고 가스가 충진된 상기 기재의 중공부를 밀폐하는 보호부재(보호필름)를 갖는 원통형 스퍼터링 타겟이 기재되어 있다.
특개 2017-179464호 공보
원통형 스퍼터링 타겟에 구비되는 기재의 양단부는 스퍼터링 중에 발생하는 열을 식히는 냉각용 물을 도입할 수 있도록 내주면 측에 씰링면이 형성되어 있다. 따라서 원통형 스퍼터링 타겟의 수송에 있어서는 씰링면을 손상하지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 기재의 양단부의 변형을 억제할 필요가 있다. 따라서 특히 기재의 단부를 보호하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 원통형 스퍼터링 타겟은 외부에서 먼지 및 수분이 타겟 표면에 부착하지 않기 때문에 스퍼터링 중에 있어서 아킹의 발생을 억제 할 수 있다. 그러나 특허문헌 1은 기계적인 충격으로부터 기재의 단부를 보호하는 것을 언급하고 있지 않다. 따라서 운송시 발생하는 기계적인 충격에 의해 기재의 끝부분이 포장의 내벽과 접촉하여 씰링면에 상처가 생겨 또는 기재의 단부가 변형될 우려가 있다. 원통형 스퍼터링 타겟을 스퍼터링 장치에 사용하는 경우, 스퍼터링 중에 냉각수가 누설 또는 스퍼터링 장치에 설치할 수 없는 등의 문제가 생긴다. 이와 같이 기재(원통형 백업튜브)의 단부를 보호하는 수단은 아직 개선의 여지가 남아 있다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 창작된 것이며, 원통형 백업튜브의 단부의 손상을 억제할 수 있는 스퍼터링 타겟 및 그 포장방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
즉, 본 발명은 일측면에 있어서, 원통형 스퍼터링 타겟재와, 상기 원통형 스퍼터링 타겟재의 내측에 접합재를 개재하여 접합되어 원통형 스퍼터링 타겟재의 중심축 방향의 길이보다 중심축 길이가 긴 원통형 백업튜브와, 상기 원통형 백업튜브의 적어도 하나의 중심축 방향의 단부를 피복하는 보호캡을 구비하고, 상기 보호캡은 합성수지를 포함하는 스퍼터링 타겟이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡은 상기 원통형 백업튜브의 중심축 방향의 양단부를 피복한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡의 축방향의 일단부는 원주방향을 따라 요상의 절결부를 형성하고, 상기 원통형 백업튜브의 적어도 하나의 중심축 방향의 단부는 상기 절결부에 끼워 삽입된다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 절결부의 외측 내주면과 상기 원통형 백업튜브의 중심축 방향의 단부의 외주면과의 간극이 0.1mm 이상 1.0mm 미만 이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 절결부는 상기 원통형 백업튜브의 단부의 끝면, 외주면 및 내주면과 맞닿는다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡은 상기 원통형 스퍼터링 타겟재의 중심축 방향의 단부를 더욱 피복한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 합성수지는 실리콘 고무, 바이톤고무, 불소 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리올레핀 계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머 실리콘 엘라스토머, 부타디엔계 엘라스토머, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리스티렌계 엘라스토머, 우레탄 엘라스토머, 폴리우레탄 수지, 가요성 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에 있어서, 상기 합성수지는 폴리 테트라 플루오로에틸렌이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡의 두께가 2.0mm 이상이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡의 두께가 5.0mm 이하이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 보호캡의 영률은 2000MPa 이하이다
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 원통형 스퍼터링 타겟재료는 ITO, ZnO, IZO 및 IGZO 로 이루어진 군에서 선택되는 1종을 주성분으로 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에서, 상기 원통형 스퍼터링 타겟재는 동축상에 복수 배열된다.
또한, 본 발명은 다른 일측면에서 상술한 스퍼터링 타겟을 포장하는 스퍼터링 타겟의 포장방법으로서, 상기 원통형 백업튜브의 중공부 내를 불활성 가스 또는 진공 분위기로 조절하는 공정과, 상기 원통형 백업튜브의 양단의 개구부를 덮고, 상기 중공부 내를 밀폐하도록 보호필름을 형성하는 단계를 포함하는 스퍼터링 타겟 포장방법이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예에서, 상기 중공부 내의 상기 불활성 가스의 압력은 30 ~ 60kPa이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예에서, 상기 불활성 가스는 아르곤 또는 질소이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예에서, 상기 중공부 내의 상기 불활성 가스의 이슬점 온도는 -80 ~ -50 ℃이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원통형 백업튜브의 단부의 손상을 억제할 수 있다
도 1a는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 1b는 도 1A에 나타내는 보호캡 및 그 주변을 설명하는 확대도이다.
도 1c는 도 1a에 나타내는 보호캡을 설명하는 확대도이다.
도 2는 도 1a의 X-X 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 다른 일실시예를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법의 일 실시예의 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예의 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시형태에 따라 포장된 스퍼터링 타겟을 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 실시예 1-7 및 비교예 1-3에서 조립된 스퍼터링 타겟의 보호캡 및 그 주변을 설명하는 확대도이다.
이하, 본 발명은 각 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 각 실시예에 개시되어있는 복수의 구성요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 나타나는 모든 구성요소에서 일부 구성요소를 제거할 수 있다. 또한, 다른 실시형태의 구성요소를 적절하게 조합할 수 있다. 또한, 본 발명의 스퍼터링 타겟은 보호캡 스퍼터링 타겟을 가리킨다.
본 발명자는 예의 검토한 결과, 원통형 백업튜브의 적어도 하나의 중심축 방향의 단부를 피복하는 보호캡을 구비하고, 보호필름이 합성수지를 포함하여 원통형 백업튜브의 단부 손상을 억제할 수 있는 것을 찾아냈다.
이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태에 대해 예시한다.
[1. 스퍼터링 타겟]
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예에 대하여 도면을 사용하면서 설명한다. 도 1a는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시예를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 1b는 도 1a에 나타내는 보호캡 및 그 주변을 설명하는 확대도이다. 도 1c는 도 1a에 나타내는 보호캡을 설명하는 확대도이다. 도 2 는 도 1a의 X-X 단면도이다. 도 3 은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 4 는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 5 는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 6 은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 7 은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 일 실시형태인 보호캡의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
스퍼터링 타겟(100)은 도 1a에 나타낸 바와 같이, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)와, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 내측에 접합재를 개재하여 접합된 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 중심축(C) 방향 길이보다 중심축(C) 방향의 길이가 긴 원통형 백업튜브(120)와, 원통형 백업튜브(120)의 중심축(C) 방향의 양단부(121)를 피복하는 보호캡(130)을 포함한다. 그리고 보호캡(130)은 합성수지를 포함한다. 이것에 의해서, 백업튜브(120)의 단부(121) 부근의 내주면(121a)의 씰링면을 손상시키지 않고, 단부(121)의 변형을 억제할 수 있다.
(원통형 스퍼터링 타겟재)
원통형 스퍼터링 타겟재(110)는 원통형 백업튜브(120)의 외주면(120b)을 둘러싸도록 설치된다. 원통형 스퍼터링 타겟재(110)는 원통형 백업튜브(120)의 중심축(C)에 대하여 동축 또는 대략 동축으로 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해 스퍼터링 타겟(100)을 스퍼터링 장치에 장착하여 원통형 백업튜브(120)를 중심으로 회전시켰을 때 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 표면과 피성막편(시료기판)과 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
원통형 스퍼터링 타겟재(110)는 중공의 원통형상으로 성형된다. 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 상대밀도는 99.0% 이상이 바람직하고, 99.7% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상대밀도는 아르키메데스법에 의해 산출된다. 또한 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 평균 표면거칠기(Ra)는 스퍼터링 중에 있어서의 이상방전을 억제한다는 관점에서 0.5μm 미만인 것이 바람직하다.
또한 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 재질로는 스퍼터링 증착이 가능하다면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속산 질화물의 소결체 등을 들 수 있다. 금속 산화물로 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, 산화 갈륨 등 전형 원소에 속하는 금속 산화물을 사용할 수있다.
구체적으로는 산화 주석과 산화 인듐 화합물(Indium Tin Oxide : ITO), 산화 아연(Zinc Oxide : ZnO), 산화 인듐과 산화 아연의 화합물(Indium Zinc Oxide : IZO), 산화 인듐, 산화 아연 및 산화 갈륨 화합물(Indium Gallium Zinc Oxide : IGZO)으로부터 선택된 화합물 등을 원통형 스퍼터링 타겟재(110)로 이용할 수 있다.
(원통형 백업튜브)
원통형 백업튜브(120)는 내주면(120a)측이 중공구조인 중공부(V1)를 형성하고, 예를 들어 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 내주면(110a)에 따라서 같은 외면 형상을 갖는다. 원통형 백업튜브(120)의 외경은 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 내경보다 약간 작은 원통형 백업튜브(120) 및 원통형 스퍼터링 타겟재(110)를 동축으로 이동할 때 원통형 백업튜브(120)와 원통형 스퍼터링 타겟재(110)와의 사이에 간극이 있도록 조정된다. 이 간극은 접합재가 설치되어 있다.
원통형 백업튜브(120)는 접합재와 젖음성이 좋고, 접합재와의 사이에 높은 접합강도를 얻을 수 있는 금속이 바람직하다. 예를 들어, 원통형 백업튜브(120)를 구성하는 재료로는 동(Cu) 또는 티타늄(Ti) 또는 동 합금, 티타늄 합금 또는 스테인레스(SUS)를 이용하는 것이 바람직하다. 동 합금으로서는 크롬 동 등의 동(Cu)을 주성분으로 하는 합금을 적용할 수 있다. 또한 원통형 백업튜브(120)로서 티타늄(Ti)을 이용하면 가볍고 강성이 있는 원통형 백업튜브(120)로 할 수 있다.
(보호캡)
보호캡(130)은 도 1b ~ 도 1c 와 같이 원통형이며, 내측 내주면(133b)측이 중공 구조인 중공부(V2)를 형성하고 원주 방향을 따라 요상의 절결부(131)를 형성한다. 보호캡(130)이 절결부(131)에 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)를 연결한다. 이는 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)의 변형이나 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)의 내주면(121a)의 씰링면을 보호한다. 절결부(131)는 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)의 끝면(121b), 외주면(121c) 및 내주면(121a)과 맞닿는 것이 바람직하다. 따라서 보호캡(130)은 운송시 발생하는 진동에 의해 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)에서 빠지지 않는다. 따라서 스퍼터링 타겟(100)을 포장상자에 수납하여도 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)는 직접 포장상자의 내벽에 닿지 않아 손상이나 스치는 것을 억제할 수 있다. 또한, 보호캡(130)의 융기면(131b)은 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 끝면(111a)과 맞닿는다. 이는 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 손상을 억제할 수 있다.
보호캡(130)의 두께(D1 ~ D3)는 보호캡(130)의 강도를 확보한다는 관점에서 각각 2.0mm 이상이 바람직하고, 2.5mm 이상이 보다 바람직하고, 3.0mm 이상이 더욱 바람직하다. 또한 스퍼터링 타겟(100)을 포장하는 것을 고려하여 각각 5.0mm 이하가 바람직하고, 4.5mm 이하가 보다 바람직하고, 4.0mm 이하가 더욱 더 바람직하다. 여기서 D1은 도 2와 같이 보호캡(130)의 중심축(C)에서 반경 방향 외측으로 연장되는 선(Lv)상에서 외측 외주면(132a)으로부터 외측 내주면(132b)까지 보호캡(130)의 거리를 의미하고, D2는 보호캡(130)의 내측 외주면(133a)에서 내측 내주면(133b)까지 보호캡(130)의 거리를 의미한다. 또한 D3와 도 1b와 같이 보호캡(130)의 요면(131a)에서 끝면(134)까지의 중심축(C)에 평행거리를 의미한다.
보호캡(130)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 절결부(131)의 외측 내주면(132b)과 원통형 백업튜브(120)의 중심축(C) 방향의 단부(121)의 외주면(121c) 사이에 간극(W)을 설치하는 것이 바람직하다. 간극(W)은 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)에서 쉽게 보호캡(130)을 제거한다는 관점에서 0.1mm 이상이 바람직하고, 0.25mm 이상이 보다 바람직하고, 0.3mm 이상이 더욱 더 바람직하다. 그러나 간극(W)은 스퍼터링 타겟(100)의 운송시 발생하는 진동에 보호캡(130)이 벗겨지지 않는 것을 고려하여 1.0mm 이하가 바람직하며, 0.8mm 이하가 보다 바람직하고, 0.5mm 이하가 더욱 더 바람직하다. 여기서 W는 보호캡(130)의 중심축(C)에서 반경 방향 바깥쪽으로 연장선상에서 보호캡(130)의 외측 내주면(132b)으로부터 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)의 외주면(121c)까지의 거리를 의미한다. 또한, 절결부(131)의 내측 외주면(133a)은 백업튜브(120)의 씰링면을 보호한다는 관점에서 백업튜브(120)의 중심축(C) 방향의 단부(121)의 내주면(121a)과 맞닿아 있다.
또한, 보호캡(130)은 도 4 에 나타낸 바와 같이, 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)를 일부 피복하는 것이 바람직하다. 즉, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 끝면(111a)은 보호캡(130)의 융기면(131b)과 거리(L) 이격되어 있다. 거리(L)는 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)를 보호하는 관점에서 5.0mm 이하가 바람직하다.
보호캡(130)은 도 5 및 도 6 에 나타낸 바와 같이, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 중심축(C) 방향의 단부(111)를 더 피복하는 것이 바람직하다. 도 5 는 보호캡(130)의 절결부(131)에 단차면(131b1)이 형성되고, 단차면(131b1)은 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 끝면(111a)과 맞닿아 있다. 보호캡(130)은 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 내주면(111b) 및 외주면(111c)을 따라 중심축(C)과 평행하게 연장한다. 이때, 보호캡(130)에 있어서는 보호캡(130)의 융기면(131b)에서 단차면(31b1)과 같은 위치까지의 중심축(C)에 평행거리(d1)를 20mm 이하로 피복하는 것이 바람직하다. 이는 원통형 백업튜브(120)의 단부(121) 뿐만 아니라 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 손상과 변형을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한 보호캡(130)에서는 기계적 충격을 완화하기 위해 중심축(C)에서 반경 방향 외측으로 연장선상에 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 단부(111)의 외주면(111c)에서 보호캡(130)의 외측 외주면(132a)까지의 거리(d2)는 3mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 보호캡(130)을 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)에 피복한 경우 원통형 백업튜브(120)의 단부(121)의 외주면(121c)에서 보호캡(130)의 외측 내주면(132b)과의 사이에 형성된 중공부(V3)를 갖는다. 그래서 보호캡(130)은 상기 스퍼터링 타겟(100)의 운송시 발생하는 진동으로 분리되는 관점에서 원통형 백업튜브(120)의 내주면(120a)의 일부를 따라 연장하는 것이 바람직하다.
또한, 보호캡(130)은 도 7 에 나타낸 바와 같이, 원주상이며, 백업튜브(120)의 단부(121)를 피복하기 위해 요상의 절결부(131)를 형성한다. 보호캡(130)은 중공부가 형성되어 있지 않기 때문에, 원통형 백업튜브(120)의 중공부(V1)를 밀폐하게 된다. 이런 경우에는 스퍼터링 타겟(100)을 포장할 때의 진공 배기를 고려하여 보호캡(130)의 중심부에 관통구멍(H)(예를 들면, φ5mm 이하)을 중심축(C) 방향으로 형성하는 것이 바람직하다. 관통구멍(H)은 스퍼터링 타겟(100)을 포장할 때에 있어서, 원통형 백업튜브(120)의 중공부(V1)에 존재하는 가스를 배출하고 혹은 외부로부터 중공부(V1)에 가스를 공급하는 가스 유로가 된다.
보호캡(130)의 재질로는 외부 충격에 강한 합성수지를 포함하고 있으며, 예를 들면, 실리콘 고무, 바이톤 고무, 불소 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머 불소계 중합체, 실리콘 엘라스토머, 부타디엔계 엘라스토머, 폴리아미드 엘라스토머, 폴리스티렌계 엘라스토머, 우레탄 엘라스토머, 폴리우레탄 수지, 가요성 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트가 선택된다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 특히, 보호캡(130)의 재질로는 화학적으로 안정하고 내열성이 우수하기 때문에 폴리테트라 플루오로에틸렌이 바람직하다.
보호캡(130)의 영률은 외부 충격을 완화한다는 관점에서 2500MPa 이하가 바람직하고, 2000MPa 이하가 보다 바람직하고, 1600MPa 이하가 더욱 더 바람직하다. 또한, 본 발명에서 보호캡(130)의 영률은 JIS K7127 : 1999 에 부합하여 측정된 것이다.
(접합재)
접합재는 원통형 백업튜브(120)와 원통형 스퍼터링 타겟재(110)와의 사이에 설치된다. 접합재는 이들 사이에 접합층(140)으로 형성되어 있다. 접합재는 원통형 백업튜브(120)와 원통형 스퍼터링 타겟재(110)를 접합함과 동시에 내열성 및 열전도성이 좋은 것이 바람직하다. 또한 스퍼터링 동안 진공하에 있기 때문에 진공상태에서 가스 방출이 적은 특성을 갖는 것이 바람직하다.
또한 제조상의 관점에서 접합재는 원통형 백업튜브(120)와 원통형 스퍼터링 타겟재(110)를 접합할 때 유동성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 만족하기 위해 접합재로는 융점이 300℃ 이하의 저융점 금속재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 접합재로서 인듐(In), 주석(Sn) 등의 금속 또는 이들 중 어느 종류의 원소를 포함하는 금속 합금재료를 사용하여도 좋다. 구체적으로는 인듐 또는 주석의 단일체, 인듐과 주석의 합금, 주석을 주성분으로 하는 납땜 합금 등을 이용하여도 좋다.
예를 들어, 스퍼터링 타겟(200)은 도 8 에 나타낸 바와 같이, 원통형 스퍼터링 타겟재(210)가 동축 상에 복수 배열되어 접합재를 개재하여 원통형 백업튜브(120)에 접합되어 있다. 그리고 원통형 백업튜브(120)의 양단부(121)는 보호캡(130)으로 피복되어 있다. 또한 인접한 원통형 스퍼터링 타겟재(210) 사이(215)에 완충재 등의 시트부재를 개재하여 운송 등에서 발생하는 기계적 충격에 대하여 원통형 스퍼터링 타겟재(210)의 단부(211)의 손상 또는 변형을 억제할 수 있다.
[2. 스퍼터링 타겟의 제조 방법]
이어서, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법의 일 실시예에 대하여 도면을 사용하면서 설명한다. 도 9 는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법의 일 실시예의 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법의 일 실시예에서는, 산화 인듐 주석(ITO) 소결체를 소결한 예를 보여 주지만, 소결체의 재료는 ITO 에 한정되지 않고, ZnO, IZO , IGZO 의 다른 산화 금속 화합물을 사용할 수도 있다.
먼저, 소결체를 구성하는 원료를 준비한다. 본 실시 형태에서는, 산화 인듐 분말과 산화 주석 분말을 준비한다(S11, S12). 이러한 원료의 순도는 통상 2N(99 질량%)이상, 바람직하게는 3N(99.9 질량%) 이상, 더욱 바람직하게는 4N(99.99 질량%) 이상이면 좋다. 순도가 2N 보다 낮으면 소결체에 불순물이 많이 함유되어 버리기 때문에 원하는 물성을 얻을 수 없게 되는(예를 들어, 형성한 박막의 투과율의 감소, 저항값의 증가, 아킹에 따른 파티클의 발생) 문제가 발생하게 된다.
이어서, 이러한 원재료의 분말을 분쇄하여 혼합한다(S13). 원료 분말의 분쇄 혼합 처리는 지르코니아, 알루미나, 나일론 수지 등의 볼이나 비즈(이른바 미디어)를 이용한 건식법을 사용하거나 상기 볼이나 비즈를 이용한 미디어 교반식 밀, 미디어레스의 용기 회전식 밀, 기계 교반식 밀, 기류식 밀 등의 습식법을 사용하거나 할 수 있다. 여기서 일반적으로 습식법은 건식법에 비해 분쇄 및 혼합 능력이 뛰어 나기 때문에 습식법을 이용하여 혼합을 수행하는 것이 바람직하다.
원료의 조성에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 목적으로 하는 소결체의 조성비에 따라 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
이어서, 원료 분말 슬러리를 건조, 조립한다(S13). 이때 급속 건조과립을 이용하여 슬러리를 급속 건조하여도 좋다. 급속 건조과립은 스프레이 드라이어를 사용하여 열풍의 온도와 풍량을 조정하여 수행하면 좋다.
이어서, 상술한 혼합 및 과립화하여 얻어진 혼합물(가소성을 설치한 경우에는 가소성된 것)을 가압 성형하여 원통형의 성형체를 형성한다(S14). 이 공정에 의해서 목적하는 소결체에 적합한 형상으로 성형한다. 성형 처리로는, 예를 들면, 금형 성형, 주물 성형, 사출 성형 등을 들수 있지만, 원통형과 같이 복잡한 형상을 얻기 위해서는 냉간 등방압 가공법(Cold Isostatic Pressing : CIP) 등으로 성형하는 것이 바람직하다. CIP 에 의한 성형 압력은 바람직하게는 100MPa 이상 200MPa 이하이면 된다. 상기와 같이 성형 압력을 조정하여 54.5% 이상의 상대밀도를 갖는 성형체를 형성할 수 있다. 성형체의 상대 밀도를 상기 범위로 하여 다음의 소결에 의해 얻어진 소결체의 상대 밀도를 99.7% 이상으로 할 수 있다.
이어서, 성형 공정에서 얻어진 원통형의 성형체를 소결한다(S15). 소결은 전기로를 사용한다. 소결 조건은 소결체의 조성에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면 SnO2 를 10 중량% 함유하는 ITO 경우, 산소 가스분위기에서 1400℃ 이상 1600℃ 이하의 온도하에 10시간 이상 30시간 이하로 두는 것에 의해 소결할 수 있다. 소결 온도가 하한보다 낮은 경우, 소결체의 상대 밀도가 저하된다. 한편, 1600℃ 를 초과하면 전기로 및 보일러 재료에 손상이 크게 되어 빈번한 유지 보수가 필요하기 때문에 작업 효율이 현저하게 저하한다. 또한 소결시간이 하한보다 짧으면 소결체의 상대 밀도가 저하된다. 또한 소결시의 압력은 대기압이어도 좋고, 또는 가압 분위기이어도 좋다.
이어서, 형성된 원통형의 소결체를 평면 연삭기, 원통 연삭기, 선반, 절단기, 머시닝 센터 등의 가공기계를 이용하여 원통형의 원하는 모양으로 가공한다(S16). 여기서 이루어지는 가공은 원통형 소결체를 원하는 형상, 표면 거칠기가되도록 가공하는 공정이며, 최종적으로 이러한 공정을 거쳐 원통형 스퍼터링 타겟재(110)가 형성된다.
이어서, 기계가공된 원통형 스퍼터링 타겟재(110)를 순수에서 초음파 세정 처리하는 것으로 원통형 스퍼터링 타겟재(110)의 표면에 부착된 기계가공의 연삭 부스러기를 제거한다. 그리고, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)를 접합재를 개재하여 원통형 백업튜브(120)에 접합(본딩)한다(S17). 예를 들어, 접합재로서 인듐을 사용하는 경우, 원통형 스퍼터링 타겟재(110)와 원통형 백업튜브(120)와의 간극에 용해시킨 인듐을 주입한다. 이와 같이 하여 원통형 스퍼터링 타겟(100)을 얻을 수 있다.
이어서, 원통형 스퍼터링 타겟(100)에 구비되는 원통형 백업튜브(120)의 적어도 하나의 중심축(C) 방향의 단부(121)에 보호캡(130)을 피복한다(S18). 보호캡 (130)의 성형방법은 특별히 한정되지 않지만, 사출 성형(인서트 성형, 중공 성형, 다색 성형 등), 블로우 성형, 압축 성형 및 압출 성형 등을 들 수 있다.
이렇게 하여 보호캡 부착 원통형 스퍼터링 타겟(100)을 얻을 수 있다.
[3. 스퍼터링 타겟의 포장방법]
이어서, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예에 대하여 도면을 사용하면서 설명한다. 도 10 은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예의 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 11 은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시형태에 따라 포장된 스퍼터링 타겟을 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 포장방법의 일 실시예는 도 10 에 나타낸 바와 같이, 원통형 백업튜브(120)의 중공부(V1) 내를 불활성 가스 또는 진공 분위기로 조절하는 단계(S21)와, 원통형 백업튜브(120)의 양단부(121)의 개구부를 덮고 백업튜브(120)의 중공부(V1) 내를 밀폐하도록 보호필름(150)을 형성하는 공정(S22)을 포함한다.
(불활성 분위기)
원통형 백업튜브(120)의 중공부(V1)에 존재하는 기체를 원하는 가스로 대체하기 위해 중공부(V1)의 기체를 배기하고, 배기된 중공부(V1)에 불활성 가스를 도입한다. 그리고 중공부(V1)에 도입된 불활성 가스를 배기한 후 상기 가스를 중공부(V1)에 충전한다. 또한, 중공부(V1)의 기체의 배기 및 불활성 가스의 도입을 복수회 반복하여도 좋다. 이는 중공부(V1)에 충전되는 가스의 순도를 공급되는 가스의 순도에 접근할 수 있다. 그 결과, 먼지 및 수분이 적은 양질의 가스를 공간에 충전할 수 있다. 그리고, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 가스가 충전된 상태에서 보호필름(150)에 의해 스퍼터링 타겟(100)을 포장한다.
중공부(V1)에 충전되는 가스로서, 예를 들어 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 사용할 수 있다. 중공부(V1)에 충전되는 가스의 압력은 중공부(V1)의 압력과 외부 대기압과의 차이를 고려하여 30kPa 이상이 바람직하고, 40kPa 이상이 보다 바람직하다. 또한, 가스 압력은 항공운송 등의 수송시 가스 체적 팽창을 고려하여 60kPa 이하가 바람직하고, 50kPa 이하가 보다 바람직하다.
또한, 중공부(V1)는 수분 함량이 적은 것이 바람직하다. 즉, 보관환경에 따라 보호필름(150)의 내부 결로를 억제한다는 관점에서 중공부(V1)에 충전된 가스의 이슬점 온도는 -80 ~ -50 ℃ 인 것이 바람직하다. 이렇게 하는 것으로 보호필름 (150)의 내부에 결로 현상이 없이 스퍼터링 타겟(100)을 사용할 때 아킹 등을 유발하지 않고 성막하는 것이 가능하다.
(보호필름)
보호필름(150)은 필름형 수지가 사용된다. 보호필름(150)의 재료로서는 성질이 다른 여러 필름을 적층시킨 적층필름을 사용할 수 있다. 예를 들어, 2개의 폴리에틸렌 필름에 기능성 필름을 끼운 적층필름을 사용할 수 있다. 폴리에틸렌 필름은 기능성 필름에 비해 열에 의한 융해 온도가 낮은 재료를 사용할 수 있다. 폴리에틸렌 필름이 기능성 필름을 끼워 구성하는 것으로 히트 씰링시 폴리에틸렌 필름끼리확실하게 용해하기 때문에 확실이 보호필름의 밀봉을 수행할 수 있다. 기능성 필름은 산소 투과도 및 투습도 중 적어도 어느 하나가 폴리에틸렌 필름보다 낮은 것이 바람직하다. 또한 기능성 필름은 피어싱 강도 및 인장 강도 중 적어도 어느 하나가 폴리에틸렌 필름보다 높은 것이 바람직하다.
구체적으로는 기능성 필름으로는 출광 유니텍제 유니론(등록상표)을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아사히제 사란랩(등록상표)을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 쿠라레제 에바루(등록 상표) 필름을 사용할 수 있다. 여기서 유니론, 사란랩 및 에바루 필름의 물성은 다음과 같다. 또한, 기능성 필름은 하기 필름에 한정되지 않고, 목적에 따라 다양한 필름을 사용할 수 있다
[유니론]
산소 투과도 (20℃ 90% RH) : 37cc/d·atm
투습도 (40℃ 90% RH) : 90g/m2·day
피어싱 강도 : 16.0kgf (10.9 × 10- 3 MPa)
인장 강도 : 260MPa
[사란랩]
산소 투과도 (20℃ 90% RH) : 60cc/d·atm
투습도 (40℃ 90% RH) : 12g/m2·day
인장 강도 : 470MPa
[에바루 필름]
산소 투과도 (20℃ 90% RH) : 30cc/d·atm
투습도 (40℃ 90% RH) : 5.3g/m2·day
피어싱 강도 : 11.1kgf (10.9 × 10-3MPa)
인장 강도 : 40MPa
[실시예]
본 발명을 실시예, 비교예에 따라 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예, 비교예의 기재는 어디 까지나 본 발명의 기술적 내용의 이해를 용이하게 하기 위한 구체적인 예이며, 본 발명의 기술적 범위는 이러한 특정 예에 제한되는 것은 아니다. 또한, 실시예 1-7 및 비교예 1-3 에서 조립된 스퍼터링 타겟의 보호캡 및 그 주변을 설명하는 확대도인 도 12 를 사용하면서 설명한다.
(실시예 1)
먼저 하기의 원통형 스퍼터링 타겟재(210)를 3개, 하기의 원통형 백업튜브(120)를 1개 각각 준비하였다. 원통형 스퍼터링 타겟재(210)의 내부에 접합재를 개재하여 원통형 백업튜브(120)를 원통형 백업튜브의 단부(121)의 외주면(121c)이 중심축(C)방향으로 9mm 노출되도록 접합하여 스퍼터링 타겟(200)을 조립하였다. .
<원통형 스퍼터링 타겟재>
원통 축방향의 길이 : 243mm
원통 외경 : 153mm
원통 내경 : 135mm
재질 : ITO
<원통형 백업튜브>
원통 축방향의 길이 : 785mm
원통 외경 : 133mm
원통 내경 : 126mm
재질 : Ti
<접합재>
재질 : In
이어서, 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리프로필렌 보호캡(130)의 평균 두께(D1 ~ D3)를 각각 3mm 가 되도록, 하기와 같이 제작하였다. 또한, 보호캡(130)은 사출 성형에 의해 제조되었다.
원통형 백업튜브(120)의 중심축(C) 방향의 양단부(121)에 간극(W)이 0.3mm 가 되도록 보호캡(130)을 피복하였다. 그리고 스퍼터링 타겟(200)의 하기 평가를 실시하였다.
<낙하 시험>
먼저, 두께 20mm 의 우레탄 재질로 덮어진 알루미늄판(세로 300mm Х 가로 300mm Х 두께 10mm)을 마련하였다. 이어서, 상기 판에서 높이 300mm 떨어진 위치로부터 백업튜브(120)의 끝면(121b)을 중심축(C) 방향으로 상기 판을 향하여 낙하시켰다. 이어서, 낙하한 스퍼터링 타겟을 회수하고, 보호캡(130)을 분리하고 원통형 백업튜브(120)의 단부(121) 및 원통형 스퍼터링 타겟재(210)의 단부(211)를 육안으로 관찰하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
표 1과 같이 간극(W)을 0.1mm로 변경 한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가했다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
[0075]
(실시예 3)
표 1과 같이 보호캡(130)의 두께(D1 ~ D3)를 각각 5mm 로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 4)
표 1과 같이 보호캡(130)의 재질을 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE)으로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 5)
표 1과 같이 보호캡(130)의 재질을 실리콘 고무로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하엿다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 6)
표 1과 같이 보호캡 (130)의 재질을 우레탄 고무로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가했다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 7)
표 1과 같이 원통형 스퍼터링 타겟재(210)를 IZO 제로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
표 1과 같이 간극(W)을 1.0mm 로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 2)
표 1과 같이 보호캡(130)의 두께(D1 ~ D3)를 각각 1mm 로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 3)
표 1과 같이 보호캡(130)의 재질을 스테인레스(SUS)로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 평가하였다. 또한, 평가결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1에 의하면, 실시예 1-7 에서 낙하시험에서 백업튜브의 단부의 내주면 측의 씰링면을 손상하지 않고, 백업튜브의 단부가 변형되지 않은 것을 확인하였다. 또한 원통형 스퍼터링 타겟재의 단부도 흠집이나 변형이 없는 것을 확인하였다. 따라서 원통형 백업튜브의 단부에 보호캡을 피복하고 보호캡이 합성수지를 포함하는 것이 유용하다고 할 수 있다.
100,200 :스퍼터링 타겟
110,210 : 원통형 스퍼터링 타겟재
110a : 내주면
111,211 : 단부
111a : 끝면
111b : 내주면
111c : 외주면
120 : 원통형 백업튜브
120a : 내주면
120b : 외주면
121 : 단부
121a : 내주면
121b : 끝면
121c : 외주면
130 : 보호캡
131 : 절결부
131a : 요면
131b : 융기면
131b1 : 단차면
132a : 외측 외주면
132b : 외측 내주면
133a : 내측 외주면
133b : 내측 내주면
134 : 끝면
140 : 접합층
150 : 보호필름
C : 중심축
D1 ~ D3 : 두께
d1, d2 : 거리
H : 관통공
L : 거리
Lv : 선
V1, V2 :중공부
W : 간극

Claims (16)

  1. 원통형 스퍼터링 타겟재와,
    상기 원통형 스퍼터링 타겟재의 내측에 접합재를 개재하여 접합되고, 원통형 스퍼터링 타겟재의 중심축 방향의 길이보다 중심축 방향의 길이가 긴 원통형 백업튜브와,
    상기 원통형 백업튜브의 적어도 하나의 중심축 방향의 단부를 피복하는 보호캡을 구비하고,
    상기 보호캡은 합성수지를 포함하고,
    상기 보호캡의 축방향의 일단부는 원주방향을 따라 요상(凹狀)의 절결부(切欠部)를 형성하고,
    상기 원통형 백업튜브의 적어도 하나의 중심축 방향의 단부는 상기 절결부에 끼워져 삽입되고,
    상기 절결부의 외측 내주면과 상기 원통형 백업튜브의 중심축 방향의 단부의 외주면과의 간극이 0.1mm 이상 1.0mm 미만인, 스퍼터링 타겟.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡은 상기 원통형 백업튜브의 중심축 방향의 양단부를 피복하는, 스퍼터링 타겟.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 원통형 백업튜브의 단부의 끝면, 외주면 및 내주면과 맞닿는, 스퍼터링 타겟.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡은 상기 원통형 스퍼터링 타겟재의 중심축 방향의 단부를 더욱 피복하는, 스퍼터링 타겟.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성수지는 실리콘 고무, 바이톤 고무, 불소 고무, 부틸 고무, 아크릴고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 우레탄 고무, 폴리 에스테르 엘라스토머, 폴리올레핀 계 엘라스토머, 불소계 중합체, 실리콘 엘라스토머, 부타디엔계 엘라스토머, 폴리 아미드 엘라스토머, 폴리스티렌계 엘라스토머, 우레탄 엘라스토머, 폴리 우레탄 수지, 가요성 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리 카보네이트, 폴리 프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상인, 스퍼터링 타겟.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성수지는 폴리 테트라플루오르 에틸렌인, 스퍼터링 타겟.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호캡의 두께가 2.0mm 이상인, 스퍼터링 타겟.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호캡의 두께가 5.0mm 이하인, 스퍼터링 타겟.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호캡의 영률은 2000MPa 이하인, 스퍼터링 타겟.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 스퍼터링 타겟재는 ITO, ZnO, IZO 및 IGZO 로 이루어진 군에서 선택되는 1 종을 성분으로 포함하는, 스퍼터링 타겟.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 스퍼터링 타겟재는 동축상에 복수 배열되는, 스퍼터링 타겟.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 포장하는 스퍼터링 타겟의 포장방법이며,
    상기 원통형 백업튜브의 중공부 내를 불활성 가스 또는 진공 분위기로 조절하는 공정과,
    상기 원통형 백업튜브의 양단의 개구부를 덮고, 상기 중공부 내를 밀폐하도록 보호필름을 형성하는 단계를 포함하는, 스퍼터링 타겟의 포장방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중공부 내의 상기 불활성 가스의 압력은 30 ~ 60kPa 인, 스퍼터링 타겟의 포장방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 아르곤 또는 질소인, 스퍼터링 타겟의 포장방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 아르곤 또는 질소인, 스퍼터링 타켓의 포장방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 중공부에 상기 불활성 가스의 이슬점 온도는 -80 ~ -50 ℃ 인, 스퍼터링 타겟의 포장방법.
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