KR20220063011A - Sputtering deposition method using powder target - Google Patents

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KR20220063011A KR1020200148844A KR20200148844A KR20220063011A KR 20220063011 A KR20220063011 A KR 20220063011A KR 1020200148844 A KR1020200148844 A KR 1020200148844A KR 20200148844 A KR20200148844 A KR 20200148844A KR 20220063011 A KR20220063011 A KR 20220063011A
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Abstract

The present invention relates to a sputtering deposition method using a powder target and, more specifically, to a sputtering deposition method using a powder target, comprising the following steps of: preparing the target powders; applying the target powders on a target mounting unit provided on an upper part of a sputter gun; and applying electric power to the target powders while introducing reaction gas into a sputter chamber, and sputtering the target powders by forming a plasma atmosphere inside the sputter chamber to form a thin film on a surface of a substrate installed to face the target powders. According to the present invention, the target powders are deposited on the substrate without preprocessing such as sintering.

Description

분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법{Sputtering deposition method using powder target}Sputtering deposition method using powder target

본 발명은 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering deposition method using a powder target.

스퍼터링 공정 중 타겟의 미소한 특성 변화는 최종제품의 성능에 중요한 영향을 미치기 때문에 기본적으로 타겟 물성의 안정성 및 고순도화 등의 요소가 매우 엄격히 제한되고 있다. 특히 스퍼터링 타겟의 밀도에 따라 박막 공정 시 큰 영향을 미치는데 밀도가 불충분해지면 다수의 기공이 존재하게 되고 이러한 기공은 고전압이 발생되는 스퍼터링 공정 중에 Arcing을 발생 시켜 박막 표면에 입자(Particle)을 형성시킴으로써 불순물 가스가 방출되어 타겟 표면에 불균일한 부식이 형성시켜 셀 효율을 떨어뜨린다. 따라서 균일하고 우수한 특성의 박막을 제조하기 위해서는 순도 2N~4N, 밀도 99%이상을 갖는 타겟 소재의 특성이 요구된다. Since minute changes in the properties of the target during the sputtering process have an important effect on the performance of the final product, factors such as stability and high purity of the target properties are strictly limited. In particular, the density of the sputtering target has a great effect during the thin film process. If the density is insufficient, a large number of pores exist. These pores generate arcing during the sputtering process in which a high voltage is generated to form particles on the surface of the thin film. Impurity gas is released to form non-uniform corrosion on the target surface, thereby reducing cell efficiency. Therefore, in order to manufacture a thin film with uniform and excellent properties, the properties of the target material having a purity of 2N to 4N and a density of 99% or more are required.

스퍼터링 타겟의 제조방법은 크게 융해 주조와 분말야금을 방법으로 나눌 수 있다. 융해 주조는 조성이 불균질하고 결정립이 조대하여 고성능의 타겟 제조에 한계를 보이는 반면에 분말 야금 공정은 조성이 균질하고 결정립 미세화의 장점을 가지고 있다. 분말 야금 방법 중 타겟 제조방법으로는 온도와 압력을 동시에 가하여 고밀도의 소결체를 얻을 수 있는 HIP(Hot Isostatic Pressing)과 HP(Hot pressing) 방법이 주로 사용되어 왔으나 긴 성형 시간에 따른 결정립 제어의 한계, 외부 가열 방식에 의한 소결체 내·외부간 물성치 차이 및 값비싼 공정 단가 등의 문제점과 최근 신재생에너지 산업의 급격한 발전에 따른 고성능, 고효율의 스퍼터링 타겟 소재가 요구 되고 있어 새로운 공정 기술이 요구되고 있다. The manufacturing method of the sputtering target can be largely divided into fusion casting and powder metallurgy. Melt casting has a non-uniform composition and coarse grains, which limits the production of high-performance targets, whereas the powder metallurgy process has a homogeneous composition and has the advantage of grain refinement. Among the powder metallurgy methods, the HIP (Hot Isostatic Pressing) and HP (Hot pressing) methods, which can obtain a high-density sintered compact by applying temperature and pressure at the same time, have been mainly used as target manufacturing methods. A new process technology is required because high-performance and high-efficiency sputtering target materials are required due to the problems such as the difference in physical properties between the inside and outside of the sintered body due to the external heating method and the expensive process unit price and the recent rapid development of the new and renewable energy industry.

더욱이, 기존 스퍼터링 증착법에서 다원자 화합물을 증착할 경우 기존 증착법은 화합물의 구성 원자비를 고려한 금속합금 및 다원자 세라믹 타겟을 이용하여 스퍼터링 증착법에 적용한다. 세라믹 타겟을 이용할 경우 세라믹은 플라즈마 히팅에 의해 쉽게 크랙이 발생한다. 또한 금속합금 타겟은 다양한 조성비를 가진 타겟을 제조하기가 힘들다는 문제점이 있다. Moreover, when depositing a polyatomic compound in the conventional sputtering deposition method, the conventional deposition method is applied to the sputtering deposition method using a metal alloy and a multiatomic ceramic target considering the constituent atomic ratio of the compound. When a ceramic target is used, the ceramic is easily cracked by plasma heating. In addition, the metal alloy target has a problem in that it is difficult to manufacture a target having various composition ratios.

JP 5337331 B2JP 5337331 B2

이에 본 발명자들은, 상기와 같은 기술적 요구에 착안하여 스퍼터링 타겟을 제조하기 위하여 분말의 소결과정 등 전처리 과정을 거치지 않고, 타겟분말을 기판 상에 스퍼터링 방법으로 증착시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors completed the present invention by confirming that the target powder can be deposited on a substrate by a sputtering method without going through a pretreatment process such as a sintering process of powder to manufacture a sputtering target, paying attention to the technical requirements as described above did

따라서 본 발명은 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다. Therefore, the present invention makes it a technical solution to provide a sputtering method using a powder target.

상기 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 타겟 분말을 제조하는 단계; 타겟 분말을 스퍼터 건 상부에 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계; 및 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟 분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 타겟 분말을 스퍼터링하여, 상기 타겟 분말과 대향되게 설치된 기판 표면에 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법을 제공한다.In order to solve the technical problem of the present invention, the present invention comprises the steps of preparing a target powder; applying the target powder to the target mounting unit provided on the sputter gun; And while introducing a reaction gas into the sputtering chamber, applying electric power to the target powder, sputtering the target powder by forming a plasma atmosphere in the sputtering chamber, forming a thin film on the surface of the substrate installed opposite the target powder; It provides a sputtering deposition method using a powder target, characterized in that it comprises.

본 발명에 있어서, 상기 타겟분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말인 것을특징으로 한다.In the present invention, it is characterized in that the target powder is a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed.

또한 본 발명에 있어서, 상기 스퍼터링은 스퍼터실 내에 제1 스퍼터 건과 제2 스퍼터 건을 포함하는 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하되, 제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 제조하는 단계; 상기 제조된 제1 타겟분말 및 제2 타겟분말을 각각 제1 스퍼터 건 및 제2 스퍼터건의 상부에 각각 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계; 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 상부에 대향되게 설치된 기판 표면에 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 조성성분으로 형성되는 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the sputtering is performed using a dual gun sputtering device including a first sputter gun and a second sputter gun in a sputtering chamber, manufacturing a first target powder and a second target powder; applying the prepared first target powder and the second target powder to the target mounting units respectively provided on the first sputter gun and the second sputter gun, respectively; While introducing a reaction gas into the sputtering chamber, electric power is supplied to the first target powder and the second target powder, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter the first target powder and the second target powder, and the first target and forming a thin film formed of the composition components of the first target powder and the second target powder on the surface of the substrate installed opposite to the upper portions of the powder and the second target powder.

또한 본 발명에 있어서, 상기 타겟 분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말이고, 상기 제1 타겟분말, 제2 타겟분말은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the target powder is a metal powder or a metal mixed powder mixed with one or more kinds of metal powder, the first target powder, the second target powder is characterized in that it is different from each other.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1 스퍼터건과 제2 스퍼터건의 이격 거리를 제어함에 따라 형성된 금속박막의 조성을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, it is characterized in that the composition of the metal thin film formed by controlling the separation distance of the first sputter gun and the second sputter gun is controlled.

또한 본 발명에 있어서, 상기 스퍼터링은 스퍼터실 내에 복수 개의 스퍼터 건을 포함하는 멀티 건 스퍼터링 장치를 이용하되, 스퍼터 건의 수에 대응되는 타겟분말을 각각 제조하는 단계; 상기 제조된 타겟분말을 각각의 스퍼터 건 상부에 구비되는 타겟 장착부에 도포하는 단계; 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟분말 각각에 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 각 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 복수 개의 스퍼터건의 상부에 설치된 기판 표면에 각 타겟분말의 조성성분으로 형성되는 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 방법을 제공한다. In addition, in the present invention, the sputtering comprises the steps of using a multi-gun sputtering apparatus including a plurality of sputter guns in a sputtering chamber, each preparing a target powder corresponding to the number of sputtering guns; applying the prepared target powder to a target mounting unit provided on an upper portion of each sputter gun; While introducing a reactive gas into the sputtering chamber, electric power is applied to each of the target powders, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter each target powder, and the composition of each target powder on the surface of the substrate installed on the top of the plurality of sputter guns It provides a sputtering method using a powder target, characterized in that it comprises; forming a thin film formed of the component.

또한 본 발명에 있어서, 상기 타겟 분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말이고, 상기 복수개의 타겟 분말은 서로 상이한 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the target powder is a metal powder or a metal mixed powder mixed with one or more metal powders, and the plurality of target powders are different from each other.

상술한 본 발명에 따르면, 스퍼터링 타겟을 제조하기 위하여 분말의 소결과정 등 전처리 과정을 거치지 않고도, 타겟 분말을 제조하고, 이를 스퍼터 건 상부의 플레이트에 도포한 다음 스퍼터링을 실시하여 타겟 분말에 의하여 기판 표면에 금속 박막이 형성될 수 있는 효과가 있다. According to the present invention described above, the target powder is prepared without going through a pretreatment process such as a sintering process of the powder in order to manufacture the sputtering target, and the target powder is applied to a plate on the upper part of the sputtering gun, and then sputtering is performed, so that the substrate surface by the target powder There is an effect that a metal thin film can be formed.

특히 본 발명에 따르면 단일 스퍼터건을 포함하는 스퍼터링 장치를 통해 3원계 합금 분말이 스퍼터링 방법으로 박막을 형성하였고, 듀얼 건 스퍼터건을 이용하는 경우에도 스퍼터링 방법으로 각 타겟분말을 조성으로 포함하는 박막이 형성되었는 바, 본 발명의 방법을 통해 공정을 간소화한 스퍼터링 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다. In particular, according to the present invention, a thin film is formed by a sputtering method of a ternary alloy powder through a sputtering device including a single sputtering gun, and a thin film containing each target powder as a composition is formed by a sputtering method even when a dual gun sputtering gun is used. As a result, there is an effect that can provide a sputtering method with a simplified process through the method of the present invention.

또한 본 발명에 따르면 스퍼터링 타겟재가 분말 형태이므로 타겟의 크랙이 발생하지 않고, 분말의 혼합을 통해 타겟분말을 제조할 수 있어 다양한 조성비에 해당하는 타겟 분말을 신속하게 제조할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, since the sputtering target material is in the form of a powder, cracks of the target do not occur, and the target powder can be manufactured by mixing the powder, so that target powder corresponding to various composition ratios can be quickly manufactured.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 증착 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ni_Al-Cu 분말 타겟 조성과 분말 타겟 스퍼터링 방법으로 형성된 박막의 표면 및 ESD 조성비 측정결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 증착방법을 모식화하여 나타난 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하여 형성된 박막의 구조를 나타낸 것이다(10: MgO 기판, 20: Mo 박막, 30: Sm1Fe12-xSix박막).
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하여 듀얼 건의 위치와 기판의 온도를 제어하기 위한 시험 방법을 도시한 것이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기판의 온도와 듀얼건의 위치에 따라 형성되는 Sm1Fe12-xSix박막의 XRD-2theta 분석결과를 나타낸 것이다(측정 시간은 100초이다).1 shows a sputtering deposition method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the Ni_Al-Cu powder target composition and the surface and ESD composition ratio measurement results of the thin film formed by the powder target sputtering method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a sputtering deposition method using a dual gun sputtering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
4 shows the structure of a thin film formed using a dual gun sputtering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention (10: MgO substrate, 20: Mo thin film, 30: Sm 1 Fe 12-x Si x thin film).
5 is a diagram illustrating a test method for controlling a position of a dual gun and a temperature of a substrate using a dual gun sputtering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
6 to 11 show the XRD-2theta analysis results of the Sm 1 Fe 12-x Si x thin film formed according to the temperature of the substrate and the position of the dual gun according to a preferred embodiment of the present invention (measurement time is 100 seconds) ).

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings, and in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. will be.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. And, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of a user or operator, and thus definitions should be made based on the content throughout this specification describing the present invention.

특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.In particular, in the drawings and detailed descriptions, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and actions of elements not directly related to the technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly illustrated or described. did

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 증착 방법을 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 본 발명의 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법은, 타겟 분말을 제조하는 단계; 타겟 분말을 스퍼터 건 상부에 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계; 및 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟 분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 타겟 분말을 스퍼터링하여, 상기 타겟 분말과 대향되게 설치된 기판 표면에 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다. 이러한 본 발명에 따르면 기존의 세라믹이나 금속 혹은 금속합금 형태를 사용하지 않고, 분말 그대로를 스퍼터링 타겟재로 이용함에 따라 타겟의 크랙이 발생하지 않게 되어, 균일하고 우수한 특성의 박막을 형성할 수 있게 되는 것이 특징이다. 1 shows a sputtering deposition method according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the sputtering deposition method using a powder target of the present invention comprises the steps of: preparing a target powder; applying the target powder to the target mounting unit provided on the sputter gun; And while introducing a reaction gas into the sputtering chamber, applying electric power to the target powder, sputtering the target powder by forming a plasma atmosphere in the sputtering chamber, forming a thin film on the surface of the substrate installed opposite the target powder; made including According to the present invention, without using the conventional ceramic, metal, or metal alloy form, as the powder is used as a sputtering target material, cracks in the target do not occur, and a thin film with uniform and excellent properties can be formed. is characterized.

이 때, 바람직하게는 상기 타겟분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말일 수 있다. 분말 상태이므로, 분말의 혼합을 통해 타겟분말을 제조할 수 있는 바, 다양한 조성비에 해당하는 타겟 분말을 이용하는 것도 가능하다. 예를 들면, TI, CU, TA, NI, MN, CO, W, AG, AL, RU, SI, GE, NB, ZR, HF, LA, Y, AU, CR, IR, MO, PD, PT, BI, SN, ZN 및 V 등에서 선택되는 단독 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말의 혼합물을 이용할 수 있다. In this case, preferably, the target powder may be a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed. Since it is in a powder state, it is possible to prepare a target powder by mixing the powder, and it is also possible to use target powder corresponding to various composition ratios. For example, TI, CU, TA, NI, MN, CO, W, AG, AL, RU, SI, GE, NB, ZR, HF, LA, Y, AU, CR, IR, MO, PD, PT, A single metal powder selected from BI, SN, ZN and V, etc. or a mixture of one or more metal powders may be used.

또한 상기 타겟분말은 상기 구성된 분말들을 혼합하여 균일하게 믹싱한 후 스퍼터링 타겟 장착부에 얇게 도포한다. 이 때, 분말의 사이즈는 수백 미크론이며 스퍼터 건의 타겟 장착부에 도포된 분말타겟의 두께는 2~5 mm 인 것을 특징으로 한다.In addition, the target powder is applied thinly to the sputtering target mounting part after mixing the powders composed of the above uniformly. At this time, the size of the powder is several hundred microns, and the thickness of the powder target applied to the target mounting part of the sputter gun is 2 to 5 mm.

바람직한 실시예로서, 상기 분말 타겟으로, Ni, Al, Cu로 구성되는 3원계 금속분말의 혼합물도 가능하다. 도 1로 나타낸 바와 같이, 분말 타겟으로서 Ni 분말, Al분말, Cu분말을 포함하는 금속 혼합분말을 믹싱하여 분말 타겟을 제조하고, 이를 스퍼터 건의 상부에 형성된 타겟 장착부에 도포하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터링 조건은 하기 표 1과 같다. As a preferred embodiment, as the powder target, a mixture of ternary metal powders composed of Ni, Al, and Cu is also possible. As shown in FIG. 1, as a powder target, a powder target was prepared by mixing a metal mixed powder including Ni powder, Al powder, and Cu powder, and this was applied to the target mounting part formed on the top of the sputter gun to perform sputtering. Sputtering conditions are shown in Table 1 below.

Discharge Voltage (V)Discharge Voltage (V) Discharge Current (A)Discharge Current (A) 기판온도
(℃)substrate temperature
(℃) Ar 분압
(mTorr)Ar partial pressure
(mTorr) 증착시간
(시간)deposition time
(time) 400400 0.20.2 상온room temperature 55 88

도 2는 상기 실시예에 따라 Ni_Al-Cu 분말 타겟의 조성과 분말 타겟 스퍼터링 방법으로 형성된 박막의 표면 및 ESD 조성비 측정결과를 나타낸 것이다. 이를 참고하면, 분말 타겟의 조성성분으로 박막이 형성되었음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 방법을 이용하는 경우 타겟 분말에 대한 별도의 소결과정을 거치지 않고도, 타겟분말을 그대로 이용하여 스퍼터링을 실시함에 따라 금속 박막이 형성될 수 있는 것이다. 또한 본 발명은 상기 타겟분말에 대한 공급장치를 장착하는 경우 장시간 증착이 가능할 수 있다. Figure 2 shows the composition of the Ni_Al-Cu powder target according to the embodiment, the surface of the thin film formed by the powder target sputtering method, and the measurement result of the ESD composition ratio. Referring to this, it can be confirmed that a thin film is formed with the composition of the powder target. That is, when using the method of the present invention, a metal thin film can be formed by performing sputtering using the target powder as it is, without going through a separate sintering process for the target powder. In addition, in the present invention, when a supply device for the target powder is mounted, deposition may be possible for a long time.

또한 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 스퍼터링 방법은 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하는 것도 가능하다. 구체적으로, 상기 스퍼터링은 스퍼터실 내에 제1 스퍼터 건과 제2 스퍼터 건을 포함하는 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하되, 제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 제조하는 단계; 상기 제조된 제1 타겟분말 및 제2 타겟분말을 각각 제1 스퍼터 건 및 제2 스퍼터건의 상부에 각각 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계; 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 상부에 대향되게 설치된 기판 표면에 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 조성성분으로 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다. In the present invention, preferably, the sputtering method is also possible to use a dual gun sputtering apparatus. Specifically, the sputtering includes the steps of using a dual gun sputtering apparatus including a first sputter gun and a second sputter gun in a sputtering chamber, manufacturing a first target powder and a second target powder; applying the prepared first target powder and the second target powder to the target mounting units respectively provided on the first sputter gun and the second sputter gun, respectively; While introducing a reaction gas into the sputtering chamber, electric power is supplied to the first target powder and the second target powder, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter the first target powder and the second target powder, and the first target and forming a thin film with the composition components of the first target powder and the second target powder on the surface of the substrate installed opposite to the upper portions of the powder and the second target powder.

도 3은 상기 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 증착방법을 모식화하여 나타난 것으로, 이를 참고하면 듀얼 건의 각각에 타겟 분말을 타겟 장착부에 수용하고 스퍼터링을 실시하였을 때, 상기 타겟 분말에 의하여 스퍼터링 조건에 따라 타겟분말의 조성비를 제어하여 박막을 형성할 수 있다. 3 is a schematic representation of a sputtering deposition method using the dual gun sputtering apparatus. Referring to this, when the target powder is accommodated in the target mounting part in each of the dual guns and sputtering is performed, the target powder according to the sputtering conditions A thin film can be formed by controlling the composition ratio of the target powder.

이 때, 상기 타겟분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말일 수 있으며, 각각 상이한 조성을 가지도록 구성될 수 있다. In this case, the target powder may be a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed, and may be configured to have different compositions.

이 경우, 기판의 온도와 같은 스퍼터링 조건을 제어하는 것과 동시에, 상기 제1 스퍼터건과 제2 스퍼터건의 이격 거리를 제어함에 따라 형성된 금속박막의 조성을 제어할 수 있다.In this case, while controlling the sputtering conditions such as the temperature of the substrate, it is possible to control the composition of the metal thin film formed by controlling the separation distance between the first sputter gun and the second sputter gun.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하여 Sm1Fe12-xSix박막을 형성하였다. 도 3은 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하는 스퍼터링 방법을, 도 4는 형성된 박막의 구조를 나타낸 것으로, 도면 부호 10은 MgO 기판, 도면 부호 20은 Mo 박막, 도면 부호 30은 각각 Sm1Fe12-xSix박막을 나타낸다. As a preferred embodiment of the present invention, a Sm 1 Fe 12-x Si x thin film was formed using a dual gun sputtering apparatus. 3 is a sputtering method using a dual gun sputtering apparatus, FIG. 4 is a structure of the formed thin film, wherein 10 is an MgO substrate, 20 is a Mo thin film, and 30 is Sm 1 Fe 12-x Si, respectively. x represents the thin film.

스퍼터링 조건은 하기 표 2와 같다. Sputtering conditions are shown in Table 2 below.

기판온도(℃)Substrate temperature (℃) Ar+H2분압
(mTorr)Ar+H 2 partial pressure
(mTorr) 증착시간
(minute)deposition time
(minute) 1One 400400 55 1010 22 500500 55 1010 33 600600 55 1010 44 700700 55 1010

한쪽 건에는 Sm 분말과 Fe분말을 조성비가 Sm:Fe=1:6의 비율이 되도록 분말을 제조하여 플레이트에 도포하였고, 한쪽 건에는 Fe 분말과 Si 분말을 Fe:Si=6:1의 비율이 되도록 분말을 혼합하여 제조한 뒤 플레이트에 도포하였다. 두 스퍼터링 건에 전압을 인가하여 동시에 스퍼터링 하여 테이프형 기판에 증착하면 Sm, Fe, Si의 조성경사형이 형성된다. 기판 온도를 400℃, 500℃, 600℃, 700℃로 변화시키면서 동시 스퍼터링하여 박막을 제조한 뒤 테이프에 일정한 간격으로 XRD를 측정하였다. 도 5에 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하여 듀얼 건의 위치와 기판의 온도를 제어하기 위한 시험 방법을 도시하였는바, 기판의 온도별로 듀얼 건의 위치를 제어하여 증착되는 박막에 대한 XRD 분석을 실시하였다(측정 시간은 100초이다). On one gun, Sm powder and Fe powder were prepared so that the composition ratio was Sm:Fe=1:6, and the powder was applied to the plate. On the other hand, Fe powder and Si powder were mixed with Fe:Si=6:1. It was prepared by mixing the powder as much as possible, and then applied to the plate. When a voltage is applied to two sputtering guns and sputtering is performed simultaneously and deposited on a tape-type substrate, a composition gradient type of Sm, Fe, and Si is formed. A thin film was prepared by simultaneous sputtering while changing the substrate temperature to 400°C, 500°C, 600°C, and 700°C, and then XRD was measured on the tape at regular intervals. Fig. 5 shows a test method for controlling the position of the dual gun and the temperature of the substrate using the dual gun sputtering apparatus, and XRD analysis was performed on the deposited thin film by controlling the position of the dual gun according to the temperature of the substrate (measurement) time is 100 seconds).

도 6 내지 도 11에 상기 기판의 온도와 듀얼건의 위치에 따라 형성되는 Sm1Fe12-xSix박막의 XRD-2theta 분석결과를 나타내었다.6 to 11 show the XRD-2theta analysis results of the Sm 1 Fe 12-x Si x thin film formed according to the temperature of the substrate and the position of the dual gun.

도 11에 요약하여 나타낸 바와 같이, 기판온도가 500℃, 600℃ 일 때 특정 조성비 영역에서 원하는 Sm1Fe12-xSix상이 형성되었음을 알 수 있다. As summarized in FIG. 11 , it can be seen that the desired Sm 1 Fe 12-x Si x phase was formed in a specific composition ratio region when the substrate temperature was 500° C. and 600° C.

또한 본 발명은, 스퍼터실 내에 복수 개의 스퍼터 건을 포함하는 멀티 건 스퍼터링 장치를 이용하는 것도 가능하다. 바람직하게는, 스퍼터 건의 수에 대응되는 타겟분말을 각각 제조하는 단계; 상기 제조된 타겟분말을 각각의 스퍼터 건 상부에 구비되는 타겟 장착부에 도포하는 단계; 스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟분말 각각에 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 각 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 복수 개의 스퍼터건의 상부에 설치된 기판 표면에 각 타겟분말의 조성성분으로 형성되는 금속 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. In the present invention, it is also possible to use a multi-gun sputtering apparatus including a plurality of sputtering guns in a sputtering chamber. Preferably, each step of preparing a target powder corresponding to the number of sputtering guns; applying the prepared target powder to a target mounting unit provided on an upper portion of each sputter gun; While introducing a reactive gas into the sputtering chamber, electric power is applied to each of the target powders, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter each target powder, and the composition of each target powder on the surface of the substrate installed on the top of the plurality of sputter guns It may include; forming a metal thin film formed of the component.

바람직하게는 상기 타겟 분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말이고, 상기 복수개의 타겟 분말은 서로 상이한 것일 수 있다. Preferably, the target powder is a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed, and the plurality of target powders may be different from each other.

이와같이 본 발명에 따르면 단일 스퍼터건을 포함하는 스퍼터링 장치를 통해 3원계 합금 분말이 스퍼터링 방법으로 박막을 형성하였고, 듀얼 건 스퍼터건을 이용하는 경우에도 스퍼터링 방법으로 각 타겟분말을 조성으로 포함하는 박막이 형성됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명은 단일 또는 멀티 스퍼터건을 포함하는 스퍼터링 장치를 이용하되, 스퍼터링 타겟 분말을 균일하게 믹싱하여 제조하고, 이를 스퍼터 건 상부의 타겟 장착부에 도포하고, 전압을 인가하여 스퍼터링을 실시함으로써 타겟 분말에 의하여 기판 표면에 박막이 형성될 수 있다. 따라서 본 발명은 스퍼터링 타겟재가 분말 형태이므로 타겟의 크랙이 발생하지 않아 균일한 박막 형성이 가능하고, 분말의 혼합을 통해 타겟분말을 제조할 수 있어 다양한 조성비에 해당하는 타겟 분말을 신속하게 제조하는 것이 가능하게 된다. As described above, according to the present invention, a thin film is formed by a sputtering method of a ternary alloy powder through a sputtering device including a single sputtering gun, and a thin film containing each target powder as a composition is formed by a sputtering method even when a dual gun sputtering gun is used. can confirm. That is, the present invention uses a sputtering device including a single or multi-sputter gun, but uniformly mixes the sputtering target powder and prepares it, applies it to the target mounting part on the sputter gun, and applies a voltage to perform sputtering. A thin film may be formed on the surface of the substrate by the powder. Therefore, according to the present invention, since the sputtering target material is in the form of a powder, cracks of the target do not occur, so that a uniform thin film can be formed, and the target powder can be manufactured by mixing the powder, so that the target powder corresponding to various composition ratios can be quickly manufactured. it becomes possible

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.The drawings shown above for the purpose of explanation of the present invention are one embodiment in which the present invention is embodied, and as shown in the drawings, it can be seen that various types of combinations are possible in order to realize the gist of the present invention.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, anyone with ordinary skill in the art to which the invention pertains can implement various modifications without departing from the gist of the present invention. It will be said that there is the technical spirit of the present invention to the extent possible.

Claims (7)

타겟 분말을 제조하는 단계;
타겟 분말을 스퍼터 건 상부에 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계; 및
스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟 분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 타겟 분말을 스퍼터링하여, 상기 타겟 분말과 대향되게 설치된 기판 표면에 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.preparing a target powder;
applying the target powder to the target mounting unit provided on the sputter gun; and
While introducing a reactive gas into the sputtering chamber, applying electric power to the target powder, sputtering the target powder by forming a plasma atmosphere in the sputtering chamber, forming a thin film on the surface of the substrate installed opposite to the target powder; including; Sputtering deposition method using a powder target, characterized in that made by. 제1 항에 있어서,
상기 타겟분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말인 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.According to claim 1,
The target powder is a sputtering deposition method using a powder target, characterized in that the metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed. 제1 항에 있어서,
상기 스퍼터링은 스퍼터실 내에 제1 스퍼터 건과 제2 스퍼터 건을 포함하는 듀얼 건 스퍼터링 장치를 이용하되,
제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 제조하는 단계;
상기 제조된 제1 타겟분말 및 제2 타겟분말을 각각 제1 스퍼터 건 및 제2 스퍼터건의 상부에 각각 구비된 타겟 장착부에 도포하는 단계;
스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말로 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 제1 타겟분말과 제2 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 상부에 대향되게 설치된 기판 표면에 제1 타겟분말과 제2 타겟분말의 조성성분으로 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.According to claim 1,
The sputtering uses a dual gun sputtering device including a first sputter gun and a second sputter gun in the sputtering chamber,
preparing a first target powder and a second target powder;
applying the prepared first target powder and the second target powder to the target mounting units respectively provided on the first and second sputter guns, respectively;
While introducing a reaction gas into the sputtering chamber, electric power is supplied to the first target powder and the second target powder, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter the first target powder and the second target powder, and the first target Sputtering deposition method using a powder target, characterized in that it comprises; . 제3 항에 있어서,
상기 타겟 분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말이고, 상기 제1 타겟분말, 제2 타겟분말은 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.4. The method of claim 3,
The target powder is a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed, and the first target powder and the second target powder are different from each other, sputtering deposition method using a powder target. 제4 항에 있어서,
상기 제1 스퍼터건과 제2 스퍼터건의 이격 거리를 제어함에 따라 형성된 금속박막의 조성을 제어하는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.5. The method of claim 4,
A sputtering deposition method using a powder target, characterized in that the composition of the metal thin film formed by controlling the separation distance between the first sputter gun and the second sputter gun is controlled. 제5 항에 있어서,
상기 스퍼터링은 스퍼터실 내에 복수 개의 스퍼터 건을 포함하는 멀티 건 스퍼터링 장치를 이용하되,
스퍼터 건의 수에 대응되는 타겟분말을 각각 제조하는 단계;
상기 제조된 타겟분말을 각각의 스퍼터 건 상부에 구비되는 타겟 장착부에 도포하는 단계;
스퍼터실 내에 반응 가스를 도입하면서, 상기 타겟분말 각각에 전력을 투입하고, 상기 스퍼터실 내에 플라스마 분위기를 형성해 각 타겟분말을 스퍼터링하여, 상기 복수 개의 스퍼터건의 상부에 설치된 기판 표면에 각 타겟분말의 조성성분으로 형성되는 박막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.6. The method of claim 5,
The sputtering uses a multi-gun sputtering device including a plurality of sputter guns in the sputtering chamber,
Preparing each target powder corresponding to the number of sputter guns;
applying the prepared target powder to a target mounting unit provided on an upper portion of each sputter gun;
While introducing a reactive gas into the sputtering chamber, electric power is applied to each of the target powders, and a plasma atmosphere is formed in the sputtering chamber to sputter each target powder, and the composition of each target powder on the surface of the substrate installed on the top of the plurality of sputter guns Forming a thin film formed of the component; sputtering deposition method using a powder target, characterized in that it comprises a. 제6 항에 있어서,
상기 타겟 분말은 금속 분말 또는 1종 이상의 금속분말이 혼합된 금속 혼합분말이고, 상기 복수개의 타겟 분말은 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 분말 타겟을 이용한 스퍼터링 증착방법.7. The method of claim 6,
The target powder is a metal powder or a metal mixed powder in which one or more metal powders are mixed, and the plurality of target powders are different from each other, sputtering deposition method using a powder target.
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