스퍼터링 타겟 제작을 위한 분말 야금에 대한 자세한 가이드

소개

스퍼터링 타겟은 물리적 기상 증착(PVD) 기술의 핵심입니다. 반도체에서 광전자, 내마모성 코팅에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 사용되는 박막을 형성할 수 있습니다.

높은 온도 내성, 경도 및 화학적 안정성이 요구되는 응용 분야의 경우 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb) 같은 내화성 금속이 필수 불가결한 재료가 되었습니다. 하지만 이러한 고융점 금속을 가공하는 것은 간단하지 않습니다. 분말 야금(PM)은 맞춤형 미세 구조로 고밀도 스퍼터링 타겟을 생산할 수 있는 유연하고 재료 효율적이며 확장 가능한 방법을 제공합니다.

이 기술이 어떻게 작동하는지, 그리고 왜 중요한지 살펴보겠습니다.

스퍼터링 타겟은 어떻게 작동할까요?

스퍼터링 타겟은 단순한 금속 판이 아닙니다. 스퍼터 페이스(실제 타겟)와 열을 발산하고 구조적 지지력을 보장하는 백킹 플레이트(주로 구리)로 구성된 정밀 엔지니어링 소재입니다.

타겟이 일관된 고품질 필름을 제공하려면 몇 가지 기준을 충족해야 합니다:

• 순도 ≥ 99.9%

• 다공성을 최소화한 고밀도

• 균일한 입자 크기 및 방향

• 기계적 강도 및 균열에 대한 저항성

이것이 왜 중요한가요? 대상 재료의 모든 불완전성이 증착된 박막으로 전달될 수 있고 심지어 증폭될 수 있기 때문입니다. 그리고 마이크로일렉트로닉스와 같은 산업에서는 불일치에 대한 허용 오차가 거의 없습니다.

분말 야금: 단계별

1. 원료 분말 준비

초순수 금속 분말을 선택하는 것으로 시작하여 용융, 원자화, 어닐링을 통해 정제하여 입자 크기와 조성을 제어합니다.

ITO(인듐 주석 산화물 ) 또는 ZTO(아연 주석 산화물)와 같은 화합물 타겟의 경우 산화물 혼합 및 사전 반응이 필요합니다. 이 단계에서의 균일성이 최종 재료의 톤을 결정합니다.

2. 볼 밀링 및 스프레이 과립화

볼 밀링은 분말 클러스터를 분해하고 입자 활성을 향상시킵니다. 나노미터 규모의 밀링은 치밀화 및 소결성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 다음으로 스프레이 과립화는 미세 분말을 유동성 있는 구형 과립으로 변환하여 취급하기 쉽고 콤팩트하게 만듭니다.

3. 타겟 블랭크 형성

이제 재료의 모양을 만듭니다. 단축 프레스 또는 냉간 등방성 프레스(CIP) 는 분말을 녹색 몸체로 압축하여 밀도가 높지만 깨지기 쉬운 프리폼으로 만듭니다. 특히 CIP는 전체적으로 균일한 압력을 보장하여 내부 보이드나 응력선이 발생할 가능성을 줄여줍니다.

4. 소결

소결은 공정의 핵심입니다. 제어된 분위기(일반적으로 산소가 없는 혼합물)에서 콤팩트는 650°C 이상의 온도로 가열됩니다. 입자 간의 확산 결합은 잔류 다공성을 제거하고 타겟의 최종 미세 구조를 개발합니다.

일반적으로 약 1.4~1.6기압의 압력 소결을 사용하여 치밀화를 더욱 개선하고 변형을 방지할 수 있습니다.

5. 후처리

소결 후에도 아직 해야 할 일이 남아 있습니다:

• 디바인딩은 남은 유기물을 제거합니다.

• 연삭과 연마를 통해 타겟을 사양에 맞게 만듭니다.

• 마지막으로 백킹 플레이트가 납땜 또는 확산 결합되어 열 및 전기적 연속성을 보장합니다.

각 단계는 재료 유형과 최종 사용 요구 사항에 따라 최적화할 수 있습니다.

분말 야금으로 성능을 향상시키는 방법

분말 야금을 올바르게 수행하면 스퍼터링 타겟 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다:

• 밀도: 공극을 제거하여 스퍼터링 속도와 필름 균일성을 향상시킵니다.

• 미세 구조: 입자 성장을 제어하여 기계적 강도가 향상되고 침식 거동을 예측할 수 있습니다.

• 순도: 엄선된 파우더가 박막을 저하시키는 미량의 오염 물질을 줄입니다.

• 인성: 기계적 복원력이 높아 스퍼터링 중 균열이나 칩핑이 최소화됩니다.

요컨대, PM은 까다로운 조건에서도 어려운 소재를 작동시킵니다.

내화성 금속에 대한 특별 고려 사항

W, Mo, Nb 가공에는 고유한 어려움이 있습니다. 융점이 높기 때문에 소결이 까다롭고 정밀한 열 제어가 필요합니다. 또한 이러한 소재는 부서지기 쉬운 경향이 있으므로 특히 밀링 및 프레스 가공 시 성형성을 세심하게 관리해야 합니다.

열역학적 안정성은 또 다른 문제입니다. 소결 중 원치 않는 상 변화나 표면 산화는 순도와 성능을 저해할 수 있습니다. 그렇기 때문에 대기 제어와 램프 속도가 중요합니다.

미래 전망

분말 야금은 단순한 대안이 아니라 고급 스퍼터링 타겟을 위한 표준이 되고 있습니다. 앞으로의 방향은 다음과 같습니다:

• 소결성 향상을 위한나노 스케일 파우더 합성

• 입자 제어 최적화를 위한등온 소결

• 내부 결함 감지를 위한비파괴 검사

• 실시간 모니터링과 AI 기반 공정 제어를 활용한지능형 제조

이러한 혁신은 단순히 타겟을 개선하는 데 그치지 않고 신뢰성, 맞춤화 및 확장성을 높여줍니다.

스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈는 정밀 분말 야금을 통해 맞춤화된 광범위한 내화 및 화합물 스퍼터링 타겟을 제공합니다. 차세대 반도체를 제작하든 광학 코팅을 확장하든, 성능에 맞게 설계된 올바른 타겟을 자신 있게 공급할 수 있도록 도와드립니다.