KR100698745B1 - 탄탈륨 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

용해 및 주조된 탄탈륨의 잉고트 혹은 비렛트를 단조, 아니링, 압연 등으로 가공하여 탄탈륨 스퍼터링 타겟트 조직내에 미 재결정조직을 갖는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조에 관한 것이다. 높은 막의 형성 속도와 막의 우수한 균일성을 갖는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트로써, 마이크로 아킹과 파티클이 적고 우수한 막 형성 특성을 가지며, 그리고 소성 가공단계 즉, 단조, 압연 및 열처리 단계의 개량에 의해서 안정된 타겟트를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

탄탈륨 스퍼터링 타겟트

Description

탄탈륨 스퍼터링 타겟트 및 그 제조방법{TANTALUM SPATTERING TARGET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

이 발명은, 용해주조(溶解鑄造)한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조(鍛造), 소둔(燒鈍:열처리), 압연가공등에 의해 스퍼터링 타겟트를 제조하는 방법 및 그것에 의하여 얻어진 탄탈륨 스퍼터링 타겟트에 관한 것이다.

최근, 일렉트로닉스 분야, 내식성(耐食性)재료나 장식의 분야, 촉매분야, 절삭·연마재나 내(耐)마모성 재료의 제작 등, 많은 분야에 금속이나 세라믹스 재료 등의 피막을 형성하는 스퍼터링이 사용되고 있다.

스퍼터링법 자체는 상기의 분야에서, 잘 알려져 있는 방법이지만, 최근에 와서는, 특히 일렉트로닉스의 분야에 있어서, 복잡한 형상의 피막의 형성이나 회로의 형성에 적합한 탄탈륨 스퍼터링 타겟트가 요구되고 있다.

일반적으로, 이 탄탈륨 타겟트는, 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해·주조한 잉고트 또는 비렛트의 열간단조(熱間鍛造), 소둔(열처리)을 반복 되풀이하고, 그 다음에 압연 및 마무리(기계, 연마 등)가공하여 타겟트로 가공되고 있다.

이러한 제조공정에 있어서, 잉고트 또는 비렛트의 열간 단조는, 주조조직(鑄造組織)을 파괴하며, 기공(氣孔)이나 편석(偏析)을 확산과 소실시키고, 그 다음에 이것을 소둔 하는 것에 의해 재결정화(再結晶化)하여, 조직의 치밀화(緻密化)와 강도를 높이는 것에 의하여 제조되고 있다.

예를 들면, 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해 후, 주조하여 잉고트 또는 비렛트로 하며, 다음에 냉간단조 - 1173K에서의 재결정소둔(再結晶燒鈍) - 냉간단조 - 1173K 에서의 재결정소둔 - 냉간압연 - 1173K에서의 재결정 소둔 - 마무리 가공을 행하여 타겟트 재(材)로 한다. 이 탄탈륨 타겟트의 제조 공정에 있어서, 일반적으로 용해 주조된 잉고트 또는 비렛트는, 50㎜ 이상의 결정 입경을 가지고 있다.

잉고트 또는 비렛트의 열간 단조와 재결정 소둔에 의해, 주조조직이 파괴되어, 대체로 균일하고 또한 미세한(100㎛ 이하의)결정 입(粒)이 얻어진다. 그러나, 이 재결정 소둔 후의 타겟트 조직 중에는 일부가 주름 형상(皺狀)으로 집합한 이상(異相)의 결정립이 나타나는 경우가 있으며, 특히 타겟트의 중앙부로부터 주연(周緣)에 걸쳐서, 주름 형상 혹은 근상(筋狀)의 모양이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

종래 기술의 제조공정에서 발생한 이와 같은 주름 형상으로 집합한 이상의 결정립의 발생원인을 조사하여 보면, 열간 단조와 그 후의 재결정 소둔을 실시하더라도, 잉고트 또는 비렛트 내의 일차(一次) 결정립(50㎜ 정도의)이 잔존하여, 1173K (900℃)정도의 재결정 온도에서는, 일차 결정립 중에 재(再)결정립이 발생하고 있을 뿐이다.

즉, 단조에 의해서 일차 결정립은 눌러 부서져 거의 소실된 것 같이 보이지만, 그 후의 1173K 정도의 재결정화 온도에서는, 일차 결정의 파괴가 완전하지 않 고, 일부, 일차 결정 흔적이 잔존한다고 생각되어진다. 이것은, 그 후의 단조와 재결정 소둔에서도 소실되지 않고, 최종적으로 마무리 가공한 단계에서, 주름 형상으로 집합한 이상(異相)의 결정립으로 된 것이라고 생각된다.

상기의 단조, 압연 및 그 후의 소둔에 있어서 발생하는 타겟트 중의 불규칙한 결정립의 존재는, 스퍼터 레이트를 변화시키기 때문에, 막의 균일성(유니포미티)에 영향을 주며, 또한 아킹 이나 파티클의 발생을 촉진시키며, 스퍼터 성막의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 상기와 같은 이상(異相)의 발생을 가능한 한 억제하도록 하는 것이 행하여지고 있다.

그리고, 스퍼터링을 실시하는 경우, 타겟트의 재결정조직이 미세하고 균일하며, 또한 균일한 결정방향을 가지는 것일 수록 균일한 성막이 가능하고, 아킹이나 파티클의 발생이 적고, 안정된 특성을 가지는 막을 얻는 것이 가능하다고 말하고 있기 때문에, 재결정조직의 미세화와 균일화, 또한 특정한 결정방향으로 가지런히 균일화하고자 하는 방책이 채용되고 있다 (예컨대, 일본 특표 2002-518593호 공보, 미국 특허 제6,331,233호 참조).

재결정화의 기구에 관해서 고찰하면, 일반적으로 재결정조직은 개개의 결정이 각각 다른 면배향(面配向)을 가지고 집합되어있는 것이고, 개개의 결정은 입계(粒界)에 의해서 구분되고 있다. 재배열이 일어나기 전에는, 냉간 압연 등의 소성 가공(塑性加工)에 의해서 물체에 가해진 스트레인(strain)이 일차(一次)결정 내에서, 어떤 면 방향으로 입내(粒內)미끄러짐을 일으켜서 흡수되어, 스트레인이 내부에 축적되어진다.

스트레인된 일차결정은, 전이(轉移)등의 격자(格子)결함이 모인, 대단히 미세하고 또한 미묘하게 방향이 다른 망목상(網目狀)셀(cell)구조를 띄고 있고, 또한 그 방향이 크게 다른 복수의 영역으로 나뉘어져 있다. 이러한 변형조직을 가열하면 전이의 합체(合體)나 재배열에 의해, 셀이 서브 그레인(subgrain)으로 변화한다(회복과정). 셀로 부터 서브 그레인에의 변화에는 치수의 변화를 거의 수반하지 않는다. 그리고, 이 서브 그레인이 합체하여, 더욱 특정한 서브 그레인이 성장하고 재결정핵으로 되어, 미 재결정(未再結晶) 부분을 침식하여, 성장하고 재결정화가 진행한다고 생각된다.

상기와 같이, 탄탈륨 타겟트에서는 조직을 안정화시키기 위해서는 풀 아니링(full annealing)에 의한 완전재결정화( Fully recrystallized )조직이 좋다고 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 고온·장시간에 의한 재결정소둔(풀 아니링)에서는, 결정 입경의 조대화(粗大化)를 초래하여, 통상 평균 입경으로서 100㎛ 이상의 결정 입경으로 된다고 하는 문제가 있었다.

이러한 조대 재결정조직을 갖는 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링를 실시하면, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘게 되고, 또한 아킹이나 파티클의 발생을 촉진시켜, 스퍼터 성막의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 발생하였다.

(발명의 개시)

본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위하여, 단조·압연 등의 소성 가공 공정 및 열처리 공정을 개량·연구하는 것에 의해, 성막 속도가 크고, 막의 균일성 (유니포미티)이 뛰어 나며, 또한 아킹이나 파티클의 발생이 적은 성막 특성이 뛰어난 탄탈륨 스퍼터링용 타겟트 및 이 타겟트를 안정하게 제조할 수 있는 방법을 얻는 것을 과제로 한다.

본 발명은,

1. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 등의 소성 가공(塑性加工)을 행하는 것에 의해 제조된 스퍼터링용 타겟트로써, 탄탈륨 타겟트의 조직이 미 재결정 조직을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

2. 미 재결정 조직이 20% 이상인 것을 특징으로 하는 상기1 기재의 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

3. 미 재결정 조직이 40% 이상인 것을 특징으로 하는 상기1 기재의 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

4. 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도 90이상인 것을 특징으로 하는 상기1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

5. 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도 100이상인 것을 특징으로 하는 상기1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

6. 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도 125이상인 것을 특징으로 하는 상기1 내지 3의 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트

를 제공한다.

본 발명은, 또한

7. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 가공 등에 의해 스퍼터링용 타겟트를 제조하는 방법에 있어서, 최종적으로 소성 가공 마무리하는 것을 특징으로 하는 미 재결정 조직을 가지고 있는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

8. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 가공 등에 의해 스퍼터링용 타겟트를 제조하는 방법에 있어서, 최종소성가공후(最終塑性加工後), 다시 1l73K 이하의 온도에서 소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 미 재결정 조직을 가지고 있는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

9. 최종 소성 가공 후 또는 소둔 후, 타겟트 형상으로 마무리 가공하는 것을 특징으로 하는 상기7 또는 8기재의 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

10. 가공의 도중의 단계에서, 단조 및 재결정 소둔을 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 상기7 내지 9의 어느 것 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

11. 단신(鍛伸)및 단조를 반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 상기7 내지 l0의 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

l2. 잉고트 또는 비렛트를 단조한 후에, 가공의 도중의 단계에서, 재결정화온도∼1673K의 온도에서 재결정 소둔 하는 것을 특징으로 하는 상기7 내지 11의 어느 한 항에 기재된 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법을 제공한다.

(발명의 실시형태)

본 발명의 스퍼터링 타겟트는, 다음과 같은 공정에 의해서 제조한다. 그 구체적인 예를 보면, 우선 탄탈륨 원료(통상, 4N 5N 이상의 고순도 탄탈륨을 사용한다)를 전자 빔 용해 등에 의해 용해하여, 이것을 주조하여 잉고트 또는 비렛트를 제작한다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 냉간 단조, 압연, 소둔(열처리),마무리 가공 등의 일련의 가공을 행한다.

구체적으로는, 예를 들면 냉간 단조 - 1373K∼1673K의 온도에서의 재결정 소둔 - 냉간 단조 - 1373K∼l673K의 온도에서의 재결정 소둔 - 냉간 단조 - 재결정 개시온도∼1373K의 사이에서의 재결정 소둔 - 냉간(열간)압연 - 1173K 이하의 온도에서 소둔 - 마무리 가공을 행하여 타겟트 재(材)로 한다.

상기의 가공 프로세스에 있어서, l373K∼1673K의 온도에서의 재결정 소둔은 l회라도 좋지만, 2회 반복하는 것에 의해 조직상의 결함을 극력 감소시킬 수 있다.

제조 공정은 종래 기술과 거의 같지만, 본 발명에 있어서 특히 중요한 것은, 최종적으로 냉간 압연 등의 소성 가공 마무리의 타겟트 재로 하던지 또는 최종 가공 후에 있어서 가공조직을 잔존시키도록, 충분한 재결정화를 행하지 않는 것이다. 그 후에, 기계 가공, 연마 가공 등의 마무리 가공에 의해서, 최종적인 타겟트 형상으로 마무리한다.

단조 혹은 압연에 의해서, 주조조직을 파괴하여, 기공이나 편석(偏析)을 확산 또는 소실시키는 것이 가능하며, 또한 이것을 소둔 하는 것에 의해 재(再)결정화시키고, 이 냉간 단조 또는 냉간 압연과 재결정 소둔의 반복에 의해, 조직의 치밀화, 미세화와 강도를 높일 수 있다.

이를 위하여 일련의 가공에 있어서, 단조·압연에서 주조조직을 파괴함과 동시에, 재결정화를 충분히 행하는 것이 필요하다. 본 발명에 있어서도, 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 압연 등의 가공을 가한 후에는, 재결정 개시온도∼1673K 정도의 온도에서 재결정 소둔 하여, 조직을 미세하고 또한 균일화하는 것이 바람직하다. 요컨대, 최종 가공 전까지는 종래와 같이 재결정을 수반하는 조직미세화, 균일화를 하는 것으로서 재료 특성의 향상을 도모한다.

본 발명에서는, 상기와 같이 최종적으로 냉간 압연 등의 소성 가공 마무리의 재료로 하던가 또는 이와 같은 압연 가공 등의 최종 소성 가공 후, 다시 1173K 이하의 온도에서 소둔을 하는 것이 바람직하다. 이 소둔을 하는 경우에는, 타겟트의 휘어짐이나 변형 등을 완화할 수 있는 효과가 있다. 그 다음에 이것을 타겟트 형상으로 마무리 가공(기계가공 등을)한다.

이것에 의해서 얻어진 조직은 어느 것이나 미 재결정 조직이며, 가공조직이 잔존하고 있다. 본 발명의 미 재결정 조직을 갖는 조직(1073K 에서 소둔)을 도1 (배율 × 100) 및 도2 (배율 × 50)에 나타낸다. 또한, 종래의 재결정 조직(1373K 에서 재결정 소둔)을 도3 (배율 × 100) 및 도4 (배율 × 50)에 나타낸다. 도에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 탄탈륨 타겟트의 조직은, 종래의 재결정 조직과는 명백하게 상이하다.

상기 소둔의 온도조건에서는 재결정에는 이르지 않지만, 이 1073K 정도의 소둔에 의한 열에 의해, 상기에서 말한 재결정화에 이르는 도중의 단계, 서브 그레인(회복과정)의 단계의 조직구조가 새롭게 생기고 있다고 생각된다.

이 서브 그레인은, 물체에 가해진 스트레인이 일차 결정내(結晶內)인 면 방향으로 입내(粒內)미끄럼을 일으켜 흡수되며, 이 스트레인을 내부에 축척하여, 이 스트레인된 일차 결정 내에서 복수의 전이로써 구분된 미묘하게 면 방향이 다른 영역에 분리된 결정성장전(結晶成長前)의 조직 구조를 가지는 것이다.

본 발명에서 얻어진 미 재결정 조직의 결정 입경은 측정이 곤란하지만, 재결정조직과는 명백하게 상이한 서브 그레인을 보유하는 특유의 구조를 내포한다.

또한, 소둔을 하지 않은 압연 등의 소성 가공 마무리의 타겟트는, 가공조건에 따라서 스퍼터링 조작중의 열에 의해 스트레인을 발생하며, 휘어짐(만곡)혹은 깨어짐을 발생하는 경우가 있지만, 큰 스트레인이 발생하지 않은 경우에는 당연히 타겟트로서의 사용이 가능하다.

스트레인의 발생이 커질 가능성이 있는 경우에는, 상기의 소둔을 하는 것이 바람직하다. 이들의 타겟트 재는, 경도는 비커스 경도90이상, 또한 비커스 경도100이상, 더욱이 비커스 경도125 이상으로 되어, 강도가 우수한 타겟트가 얻어진다.

이상의 공정에 의해, 주름 형상(皺狀)의 결함이 없고, 또한 고온의 소둔에 의해서 발생하기 쉬운 조대(粗大) 결정립의 발생이 없는 탄탈륨 타겟트를 얻는 것이 가능하다. 압연 마무리의 재료에 있어서는 압연 조직으로 되지만, 이러한 조직이 성막 조직에 영향을 주는 것은 아니다.

본 발명에서 가장 중요한 것은, 최종 가공 후에 충분한 재결정을 행하지 않고, 이러한 가공 조직을 잔존시키는 것만으로, 유니포미티의 개선효과가 얻어지는 것이다. 이러한 조직은, 최종 열처리 공정의 변경 만 있기 때문에, 지금까지 행하여져 온 어떠한 개선품(改善品)에도 적용 가능하므로, 코스트의 증가도 거의 없다.

일반적인 공정에서 제조한 스퍼터링 타겟트의 유니포미티 특성을 향상시키기 위해서는, 열처리온도나 회수, 단조 회수 등을 변경한 코스트 증가를 수반하는 개선품을 개발할 필요가 있지만, 본 발명과 같이, 일반공정의 최후를 미 재결정 조직으로 하는 것으로 개선품 개발에 필적하는 효과가, 코스트 증가 없이 얻어지는 것이다. 물론 그와 같이 하여 개발한 개선품의 최후를 미 재결정 조직으로 하는 것으로 한층 더 개선효과가 얻어지는 것이다.

본 발명의 탄탈륨 스퍼터링 타겟트는, 상기 제조공정에 의해 특징적인 미 재결정 조직의 구조를 갖는다.

도1은, 본 발명을 마무리 냉간 가공하고 그 후에 스트레인을 없애는 소둔을 실시하여 얻은 탄탈륨 타겟트의 현미경 조직사진(배율 × 100), 도2는, 상기의 탄탈륨 타겟트의 현미경 조직사진(배율 × 50), 도3은, 종래의 단조 및 재결정 소둔을 실시하여 얻은 탄탈륨 타겟트의 현미경 조직사진(배율 × 100), 도4는, 상기의 탄탈륨 타겟트의 현미경 조직사진(배율 × 50), 도5는, 실시 예l 및 비교 예3 의 탄탈륨 타겟트의 에로존 프로파일을 나타내는 도이다.

(실시예 및 비교예)

다음에, 실시 예에 관해서 설명한다. 또, 본 실시 예는 발명의 일례를 나타내기 위한 것으로써, 본 발명은 이들의 실시 예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 기타의 태양 및 변형을 포함하는 것이다.

( 실시예1 )

순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경200㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약55㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 단신(鍛伸) 한 후, l500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 200㎛의 조직을 가지는 두께 l00㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신 및 단조하고, 다시 1480K 온도에서 재결정 소둔을 실시했다. 이것에 의해 평균 결정 입경이 100㎛의 조직을 가지는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간에서 단신 과 단조 및 1l73K의 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하고, 다음으로 1073K(800℃)에서 소둔 및 마무리 가공을 행하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해, 약80%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hvl30∼171인(비커스 경도 Hv는, 타겟트의 두께 방향에 20점 측정한 것이며, 이하 동일함)탄탈륨 타겟트를 얻을 수 있었다.

또한, 이 실시예 l에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 표1에 나타낸다.

본 명세서에서 말하는 미 재결정 조직이란, 도1, 도2에 대표되는 바와 같이, 입계(粒界)가 불명료한, 혹은 입계가 곡선 상으로 구부러진 조직 또는 그 양자(兩者)이며, 퍼센트(%)는 100%에서 도3, 도4에 대표되는 것 같은 명료한 재결정 부분 의 면적율을 뺀 것으로 하여 정의된다.

또한, 쉬트 저항(sheet resistance)은 막 두께(膜厚)에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8인치)내(內)의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막후의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1에서 명백한 바와 같이, 실시예 l에 있어 서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐 시드 내 저항 분포의 변동이 적은(3.1∼3.3%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이상으로부터 실시예 1의 탄탈륨 타겟트는, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하며, 또한 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 작고, 더욱이 아킹이나 파티클의 발생이 없기 때문에, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다.

도5에 에로존 프로파일(●점)을 나타내지만, 표준이고 전형적인 에로존 프로파일이며, 타겟트의 이용효율도 양호하다고 하는 특징을 갖는다.

( 실시예2 )

순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경200㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약50㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간단신(冷間鍛伸) 한 뒤, 1500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 200㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조하고, 1l73K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간에서 단신과 단조하고, 그 후에 1173K의 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하고, 다음에 973K 에서 소둔 및 마무리 가공을 하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 했다.

이상의 공정에 의해, 약90%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hv가 172∼180인 탄탈륨 타겟트를 얻을 수 있었다. 또한, 이 실시 예2에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 실시예 1과 같이, 표1에 나타낸다.

또, 쉬트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8 인치)내의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막 두께의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2에 있어서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐 시드 내 저항분포의 변동이 적은(3.4∼3.6%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하고, 또한 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 작고, 더욱이 아킹이나 파티클의 발생이 없기 때문에, 스퍼터 성막의 품질을 향상시키는 것이 가능하다. 타겟트의 이용효율도 실시예 1과 같이 양호하였다.

(실시예3)

순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하고, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경300㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약50㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 단신 한 후, 1500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 250㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신(鍛伸)과 단조를 행하고, 그 후에 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 반죽단조와 1173K의 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하며, 다음으로 1048K에서 소둔 및 마무리 가공을 행하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해, 약85%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hv가 147∼152인 탄탈륨 타겟트를 얻는 것이 가능했다. 또한, 이 실시예 3에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 실시예 1과 같이, 표 l에 나타낸다.

또, 쉬트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8인치)내의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막 두께의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 3에 있어서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐서 쉬트 내 저항분포의 변동이 적은(3.4∼3.3%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차 작으며, 또한 아킹이나 파티클의 발생이 없고, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다. 타겟트의 이용효율도 실시예 1과 동일하게 양호하였다.

(실시예4)

순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경300㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 했다. 이 경우의 결정 입경은 약50㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 단신 한 후, 1500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 250㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 그 후에 1l73K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음으로, 이것을 냉간 반죽단조와 1173K의 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하고, 다음에 1098K에서 소둔 및 마무리 가공을 하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해, 약25%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hv가 92∼123인 탄탈륨 타겟트를 얻을 수 있었다. 또한, 이 실시예로 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 실시예 1과 같이, 표1에 나타낸다.

또한, 쉬트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8인치)내의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막 두께의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 4에 있어서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐 쉬트 내 저항분포의 변동이 적은(3.6∼3.8%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 작고, 또한 아킹이나 파티클의 발생이 없고, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있었다. 타겟트의 이용효율도 실시예 l과 같이 양호하였다.

(실시예5)

순도 99.95%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경300㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약50㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 단신 한 후, 1500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 250㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경l00㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 그 후에 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 반죽단조와 1173K에서 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하여, 다음에 1173K에서 스트레인을 없애는 소둔 및 마무리 가공을 행하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해, 약80%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hv가 180∼190인 탄탈륨 타겟트를 얻을 수 있었다. 또한, 이 실시예 5에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 실시예 1과 같이, 표1에 나타낸다.

또, 쉬트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8인치)내의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막 두께의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 5에 있어서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐 쉬트 내 저항분포의 변동이 적은(3.8∼4.1%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 작으며, 또한 아킹이나 파티클의 발생이 없이, 스퍼터 성막의 품질을 향상시키는 것이 가능하다. 타겟트의 이용효율도 실시예 1과 같이 양호하였다.

(실시예6)

순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경300㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 했다. 이 경우의 결정 입경은 약 50㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 단신 한 후, 1500K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 200㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 그 후에 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 반죽단조와 1173K의 재결정 소둔을 행하고, 이어서 다시 냉간 압연하고, 스트레인을 없애는 소둔을 하지 않고 마무리 가공을 행하여 두께 10㎜, 직경320㎜φ의 냉간 압연 마무리의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해, 필연적으로 100%의 미 재결정 조직을 가지며, 비커스 경도 Hv가 173∼185인 탄탈륨 타겟트를 얻을 수 있었다. 또한, 이 실시예 6에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도1, 도2와 동일한 조직을 가지는 것이었다. 이 결과를 실시예 1과 같이, 표1에 나타낸다.

또, 쉬트 저항은 막 두께에 의존하기 때문에, 웨이퍼(8인치)내의 쉬트 저항의 분포를 측정하여, 그것에 의하여 막후의 분포상황을 조사하였다. 구체적으로는, 웨이퍼 상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출하였다.

표1로부터, 실시예 6에 있어서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐서 쉬트내(內) 저항 분포의 변동이 적은(3.1∼3.6%), 즉 막 두께분포의 변동이 적은 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 성막 속도가 크고, 막의 균일성(유니포미티)이 양호하고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 작고, 또한 아킹이나 파티클의 발생이 없이, 스퍼터 성막의 품질을 향상시킬 수 있다는 것과, 타겟트의 이용효율도 실시예 1과 동일하게 양호했던 점은 다른 실시 예와 동일하였다.

(비교예1)

실시예 1과 같은 순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하고 두께200㎜, 직경200㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약55㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 단신(鍛伸)과 단조한 후, 1173K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 180㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 다시 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 압연과 1173K에서의 재결정 소둔 및 마무리 가공을 행하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 했다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트의 중심부로부터 주변부에 걸쳐 주름 형상의 다수의 흔적이 보여, 이상(異相)의 결정조직을 갖는 탄탈륨 타겟트가 되었다. 또한, 이 비교예 1에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도3과 동일한 결정구조를 가지는 것이었다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트는, 평균 결정 입경이 55㎛로 크고 또한 격차가 있으며, 타겟트의 표면으로부터 중심부에 걸쳐서 거의 배향이 일치된 탄탈륨 타겟트가 되었다. 비커스 경도 Hv는 70∼85이고, 강도는 낮았다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링를 실시한 바, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘고, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다. 이 결과를, 같이 표1에 나타낸다.

표l의 비교예 l에 나타내는 결과는, 실시예 1과 동일하게 한 웨이퍼(8인치)상(上)의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출한 결과이다. 비교예1에서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐 쉬트 내 저항 분포의 변동이 큰(4.5∼5.5%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 현저한 것을 나타내고 있다.

또한, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 크고, 또한 아킹 이나 파티클의 발생이 있어, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다.

(비교예2)

실시예 1과 동일한 순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경200㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정입경은 약55㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 반죽 단조한 후, 1173K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 180㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 다시 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 압연 과 1373K에서 재결정 소둔 및 마무리 가공을 행하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트는 조대화(粗大化)한 결정을 가지는 탄탈륨 타겟트가 되었다. 또한, 이 비교예 2에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도3, 도4와 동일한 결정구조를 가지는 것이었다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트는, 평균 결정 입경이 96㎛로써 격차가 있으며, 타겟트의 표면에서 중심부에 걸쳐 거의 배향이 일치된 탄탈륨 타겟트가 되었다. 비커스 경도 Hv는 71∼76이고, 강도는 낮았다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘고, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다. 이 결과를, 같이 표l에 나타낸다.

표1의 비교예 2에 나타내는 결과는, 실시예 1과 동일하게 웨이퍼(8인치)상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출한 결과이다. 비교예 2에서는, 스퍼터 초기에서부터 후기에 걸쳐 쉬트 내의 저항분포의 변동이 크며(4.7∼5.3%), 즉, 막 두께 분포의 변동이 현저한 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트는, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 크고, 또한 아킹 이나 파티클의 발생이 있어, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다.

(비교예3)

실시예 1과 같은 순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔 용해하여, 이것을 주조하여 두께200㎜, 직경200㎜φ의 잉고트 또는 비렛트로 하였다. 이 경우의 결정 입경은 약55㎜ 이었다. 다음에, 이 잉고트 또는 비렛트를 실온에서 냉간 반죽 단조한 후, 1l73K의 온도에서 재결정 소둔 하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 180㎛의 조직을 갖는 두께100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 다시 실온에서 단신과 단조를 행하고, 다시 1173K 온도에서 재결정 소둔을 실시하였다. 이것에 의해서 평균 결정 입경이 80㎛의 조직을 갖는 두께 100㎜, 직경100㎜φ의 재료가 얻어졌다.

다음에, 이것을 냉간 압연과 1123K에서의 재결정 소둔 및 마무리 가공을 하여 두께10㎜, 직경320㎜φ의 타겟트 재로 하였다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트는 조대화한 결정을 가지는 탄탈륨 타겟트가 되었다. 또한, 이 비교예 3에서 얻어진 탄탈륨 타겟트의 현미경 사진은, 도3, 도4와 동일한 결정구조를 가지는 것이었다.

이상의 공정에 의해 얻은 탄탈륨 타겟트는, 평균 결정 입경이 37㎛로써 격차가 있으며, 타겟트의 표면으로부터 중심부에 걸쳐 거의 배향이 일치된 탄탈륨 타겟트가 되었다. 비커스 경도 Hv는 72∼85이고, 강도는 낮았다.

이 탄탈륨 타겟트를 사용하여 스퍼터링을 실시한 바, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘고, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다. 이 결과를, 동일하게 표1에 나타낸다.

다만, 이 타겟트에 관해서는, 도5에 에로존 프로파일(△점)에서 나타내는 것처럼, 실시 예에 비교하여 이용 효율이 낮은 것이었다.

표l의 비교예 3에 나타내는 결과는, 실시예 l과 동일하게 하여 웨이퍼(8인치)상의 49점의 쉬트 저항을 측정하여, 그 표준편차(σ)를 산출한 결과이다.

비교예 2에서는, 스퍼터 초기에서 후기에 걸쳐서 쉬트 내 저항 분포의 변동이 큰(3.9∼4.5%), 즉 막 두께 분포의 변동이 현저한 것을 나타내고 있다.

이 탄탈륨 타겟트는, 막의 균일성(유니포미티)이 나쁘고, 8인치 웨이퍼에서 막 두께의 격차가 크고, 또한 아킹 이나 파티클의 발생이 있어, 스퍼터 성막의 품질을 저하시키는 원인이 되었다.

본 발명은, 종래의 재 결정소둔(再結晶燒鈍)에 의한 조대 이상결정(粗大異常結晶) 또는 주름 형상(皺狀)으로 집합한 이상(異相)의 결정 입이 없는 미 재결정 조직을 가지는 탄탈륨 타겟트로 하는 것이며, 단조·압연 등의 소성가공(塑性加工) 및 열처리 공정후, 냉간 압연등의 냉간 소성가공(冷間塑性加工)마무리를 실시하여, 이것을 소성 가공 마무리 혹은 최종 가공 후 소둔하는 것에 의해, 성막 속도가 크 고, 막의 균일성(유니포미티)이 뛰어 나며, 또한 아킹 이나 파티클의 발생이 적은 성막 특성이 뛰어나고, 또한 타겟트의 이용효율도 양호한 탄탈륨 스퍼터링용 타겟트가 안정적으로 얻어진다고 하는 우수 한 효과를 가지고있다.

Claims (12)

1. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 등의 소성 가공을 행하는 것에 의해 제조된 스퍼터링용 타겟트로써, 탄탈륨 타겟트의 조직이 미 재결정 조직을 구비하고 있으며, 미 재결정 조직이 20%이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 미 재결정 조직이 40% 이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도90이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도100이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 탄탈륨 타겟트의 경도가 비커스 경도125이상인 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트
7. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 가공 등에 의해 스퍼터링용 타겟트를 제조하는 방법에 있어서, 최종적으로 소성 가공 마무리하는 것을 특징으로 하는 미 재결정 조직을 가지고 있는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법
8. 용해 주조한 탄탈륨 잉고트 또는 비렛트를 단조, 소둔, 압연 가공 등에 의해 스퍼터링용 타겟트를 제조하는 방법에 있어서, 최종 소성 가공 후, 그 후에 1173K 이하의 온도로 소둔을 하는 것을 특징으로 하는 미 재결정 조직을 가지고 있는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 최종 소성 가공 후 또는 소둔 후, 타겟트 형상으로 마무리 가공하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 가공의 도중의 단계에서, 단조 및 재결정 소둔을 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법
11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 단신 및 단조를 반복하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법
12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 잉고트 또는 비렛트를 단조한 후에, 가공의 도중의 단계에서, 재결정화온도∼1673K의 온도에서 재결정 소둔하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 스퍼터링 타겟트의 제조방법

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