KR100762084B1 - 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체 - Google Patents

동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체 Download PDF

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Abstract

동 또는 동합금 스퍼터링 타겟트에 대하여 내 와전류(耐渦電流)특성과 기타 마그네트론 스퍼터링 타겟트에 필요되어지는 특성을 균형있게 양립시킨 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체를 제공하는 것을 과제로 한다.
마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 저(低)베릴륨 동합금 또는 Cu-Ni-Si계 합금인 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체. 또한, 동합금 백킹 플레이트가 도전율35~60%(IACS), 0.2% 내력 400~850MPa를 구비하고 있는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
동 또는 동합금 타겟트

Description

동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체{COPPER OR COPPER ALLOY TARGET/COPPER ALLOY BACKING PLATE ASSEMBLY}
본 발명은 마그네트론 스퍼터링 타겟트에 필요되어지는 특성을 구비한 동(銅) 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체에 관한 것이다.
최근 반도체 장치나 각종 전자기기 등의 박막형성에 스퍼터링이 사용되어지고 있다. 이 스퍼터링법은 주지하는 바와 같이 하전(荷電)입자를 타겟트에 향하여 조사(照射)하여 그 입자충격력에 의해 타겟트로부터 입자를 두들겨내어 이것을 타겟트에 마주보게 한, 예를 들면 웨이퍼 등의 기판에 타겟트 재료로 구성되어진 물질을 중심성분으로 하는 박막을 형성하는 성막 방법이다.
이 스퍼터링 성막법에 사용되는 타겟트는 통상 평판상(平板狀) 또는 원반상(圓盤狀)의 판상(板狀)을 나타내고 있으나, 일반적으로 이 타겟트는 백킹 플레이트에 결합되어져 있다.
타겟트는 스퍼터링 중에 하전입자의 대량의 충격을 받기 때문에 타겟트의 온도가 서서히 상승하게 된다.
그렇기 때문에 타겟트를 냉각시킬 필요가 있고, 대부분은 타겟트의 이면(裏面)에 알루미늄합금, 스텐레스강, 무산소동 등의 열전도성이 좋은 재료(백킹 플레이트)를 납땜, 확산접합, 압착, 앙카(anchor)효과를 이용한 접합 등의 수단에 의해 접합하여, 타겟트 백킹 플레이트 조립체를 형성한다.
그리고 이 백킹 플레이트를 외부로부터의 냉각수단을 통해 냉각하기 위하여, 동일하게 열전도성이 좋은 쿨링 플레이트(冷却板)를 다시 결합시켜 타겟트의 열을 흡수하게 하고 있다.
최근 스퍼터링이 하이 파워(high-power)화되고 있고 고강도, 고열전도성, 고전기전도성을 갖는 동합금이 백킹 플레이트 재(材)로서 넓게 사용되어지게 되었다. 또한 타겟트와 백킹 플레이트의 접합은 확산접합법 등에 의해 강고하게 접합되는 경우가 증가해 오고 있다.
종래의 기술을 다음에 소개한다.
스퍼터링 타겟트를 베릴륨 동합금제 백킹 플레이트에 맞물리게 하여 접합하는 예(예를들면, 특허문헌1 참조), 알루미늄합금 타겟트/Cu-1%Cr백킹 플레이트 확산접합하는 예가 있다(예를 들면, 특허문헌2 참조).
또한 0.2%내력(耐力)이 200MPa 이상의 동합금 백킹 플레이트. 예를들면, Cu-0.7∼1.2wt%Cr을 함유하고, Al, Mg, S, K, Ca, Fe, Ni, As, Ag, Sb, Bi로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1wt%이하의 동합금이 소개되어 있다(예를들면, 특허문헌3 참조).
마그네트론 스퍼터링에 있어서 와전류(渦電流)에 관해서는 인용문헌4∼6등을 들 수 있다.
특히 특허문헌6에는 마그네트론 스퍼터링에 있어서 마그네트의 회전에 의해 발생하는 와전류가 영향을 주어서 막의 균일성을 저하시킨다는 것이 기재되어 있고, 비저항이 3.0μΩ·㎝이상, 강도 150MPa 이상의 알루미늄합금 또는 동합금을 사용한 것이 나타나 있다.
이 중에서 실시예에는 4.9μΩ·㎝, 182MPa의 공업용 알루미늄합금, 7.2μΩ·㎝(24%IACS), 320MPa의 황동, 비교예로서 75MPa의 Al-0.5Cu, 2.1μΩ·㎝(82%IACS), 465MPa의 Cu-Cr백킹 플레이트가 기재되어 있다.
또, 특허문헌7에는 Cu의 순도가 99.7%이고, 100∼3000중량ppm(0.01∼0.3wt%)의 부원소(副元素)를 첨가하여, 타겟트와의 열압착을 방지한다고 하는 백킹재가 제안되어 있다. 이 경우의 첨가원소는 극소량으로서 열전도성을 중시한 백킹 플레이트재로서 제안되어 있다.
특허문헌1 : 미국특허 제5269899호
특허문헌2 : 일본특개평 10-330929호 공보
특허문헌3 : 일본특개평 11-236665호 공보
특허문헌4 : 일본특개평 3-134170호 공보
특허문헌5 : 일본특개평 10-195649호 공보
특허문헌6 : 일본특개 2001-329362호 공보
특허문헌7 : 일본특개평 1-180975호 공보
그러나 상기와 같이 종래형의 백킹 플레이트에는 문제가 있다.
구체적인 예로서, 다마신(Damascene) 프로세스에 의해 형성되는 미세동배선(微細銅配線) (예를들면 90.65㎚배선 룰)을 들 수 있다. 이 프로세서에서는 배선 구(配線溝)에 탄탈륨이나 질화 탄탈륨등의 베리어막을 형성한 후, 시드(seed)층으로서의 동 또는 동합금막을 스퍼터 성막하는 것이 행하여지지만, 이와 같은 미세한 시드층을 형성하기 위해서는 보다 하이 파워 스퍼터에 의해 스퍼터 입자의 이온화율을 향상시켜, 성막을 콘트롤(Control)하지 않으면 안된다.
예를들면, 특허문헌6의 실시예에 열거되어 있는 황동 백킹 플레이트에서는 충분한 막의 균일성을 얻을 수 없다. 또한 비교예에 열거되어 있는 Cu-Cr 백킹 플레이트에서는 와전류에 의한 마그네트 회전문제에 의해 충분한 균일성이 얻어질 수 없다라는 문제가 있다.
상기 특허문헌에 기재된 백킹 플레이트는 어느 것이나 적합하지 않고 문제가 있다. 자세한 설명에 대해서는 후술하는 실시예와 비교예를 기초로하여 설명한다.
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자하는 과제)
본 발명은 동 또는 동합금 스퍼터링 타겟트에 대하여, 내와전류(耐渦電流)특성과 기타 마그네트론 스퍼터링 타겟트에 필요로 하는 특성을 균형있게 양립시킨 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체를 제공하는 것을 과제로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명은,
1) 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 Be: 0.2∼0.5wt% 함유하는 저(低)베릴륨 동합금 또는 Ni: 2∼4wt%, Si: O.3∼0.9 wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si합금 혹은 Cu-Ni-Si계(系)합금인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
2) Cu-Ni-Si계 합금 백킹 플레이트에 있어서, Ni: 2∼4wt%, Si: O.3∼0.9 wt%, Cr: 0.1∼0.9wt% 혹은 Mg: 0.1∼0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금인 것을 특징으로하는 1에 기재된 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
3) 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 도전율 35∼60%(IACS), 0.2% 내력 400∼850MPa를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
4) 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 도전율 35∼60%(IACS), 0.2% 내력 400∼850MPa를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 1 또는 2에 기재된 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
5) 확산접합 되어진 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체인 것을 특징으로 하는 1 내지 4의 어느 하나에 기재된 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
6) 확산접합온도가 175~450℃인 것을 특징으로 하는 청구항 5에 기재된 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
를 제공하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명의 동합금 백킹 플레이트는 열팽창계율(係率)이 같은 정도인 동, 동합금(동기합금:銅基合金) 스퍼터링 타겟트에 대하여 확산접합 후의 휨이 적고 극히 유효하다. 또한 내와전류 특성과 기타 마그네트론 스퍼터링 타겟트에 필요되어지는 특성을 균형 있게 양립시킨 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체를 얻을 수 있다. 더욱이 스퍼터막의 균일성도 양호하다는 뛰어난 효과를 가지고 있다.
(발명의 실시 형태)
본 발명의 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체를 구성하는 동합금 백킹 플레이트는 Be: 0.2~0.5wt% 함유하는 저베릴륨 동합금 또는 Ni: 2~4wt%, Si: O.3~0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si합금 혹은 Cu-Ni-Si계 합금이다. Cu-Ni-Si계 합금으로서는 특히 Ni: 2∼4wt%, Si: O.3∼0.9 wt%, Cr: 0.1∼0.9wt% 혹은 Mg: 0.1∼0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금이 바람직하다.
또한 본 발명의 마그네트론 스퍼터링에 사용되는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체의 동합금 백킹 플레이트는 도전율 35~60%(IACS), 0.2% 내력 400~850MPa을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 단, IACS는 표준 연동(軟銅)(1.7241μΩ·㎝)의 도전율을 100%로 한 것이다.
상기 Be: 0.2∼0.5wt%함유하는 저 베릴륨 동합금 또는 Ni: 2∼4wt%, Si: 0.3∼0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si합금 혹은 Cu-Ni-Si계 합금은 어느 것이나 이 조건을 만족하는 백킹 플레이트재(材)이다. 동합금제(製) 백킹 플레이트재로서는, 상기 도전율 및 내력을 구비하고 있으면 이것들 이외의 부성분을 첨가한 동합금재를 사용하는 것도 가능하다.
일반적으로 고 비저항이며, 고강도의 동합금이 유효하다라고 생각되어진다. 하지만, 비저항이 높은 것은(도전율이 낮은 것은)와전류를 저감할 수 있으나, 상대적으로 도전성과 비례관계에 있는 열전도성이 저하해 버리기 때문에 도전율(%IACS)
35~60%가 적당하고, 강도적으로는 0.2% 내력 400~850MPa의 동합금 백킹 플레이트가 더욱 적당하다.
본 발명의 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체는 확산접합에 의해 긴밀히 결합하는 것이 바람직하다. 특히, 30kW를 초과하는 것과 같은 하이파워 스퍼터에서는 타겟트/백킹 플레이트의 접합은 확산접합에 의한 것이 가장 적합하다.
인듐 등의 저융점 납땜재료에서는 스퍼터링 중의 발열에 의해 접합부가 박리해버린다. 또한 은(銀)납땜 등의 고융점 납땜재료에서는 조직제어(組織制御)된 타겟트를 변질시켜버리기 때문이다.
또한, 도전율과 강도를 가장 적절하게 제어 한 백킹 플레이트재를 변질시키지 않는 온도조건에서 확산접합을 행하지 않으면 안된다.
확산접합 중이나, 확산접합 후의 백킹 플레이트재의 변질은 접합계면(界面)에서의 반응에 의해 취화부(脆化部)를 형성해서 접합강도를 저하시켜 버리는 가능성이 있다.
접합시의 상한(上限) 온도는 450℃이다. 즉 확산접합온도는 175~450℃의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 이 범위에서라면 동, 동합금(동기합금) 스퍼터링 타겟트와 동합금 백킹 플레이트 사이(間)에서 취화반응이 일어나는 일이 없고, 백킹 플래이트로부터의 확산에 의한 타겟트의 오염도 거의 없기 때문이다.
이하 실시예 및 비교예를 기초로하여 설명한다. 단, 본 실시예는 어디까지나 일예이고, 이 예에만 제한되어지는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술사상에 포함되는 다른 태양(態樣) 또는 변형을 포함하는 것이다.
( 실시예1 -3 및 비교예1 -11)
실시예1-3 및 비교예1-11에 나타낸 타겟트 및 스퍼터링 조건은 다음과 같다.
타겟트: 고순도 동(6N), 직경: ø350mm, 두께: 12mm
타겟트/백킹 플레이트 접합: 확산접합 450℃
합계 두께: 17mm
스퍼터 파워: 30kW
실시예1-3 및 비교예1-11에 사용한 동재(銅材) 또는 합금의 종류(번호) 및 그 구체적인 동 또는 동합금의 성분조성의 일람을 표1에 나타낸다. 단, 표1에 있어서 C18000, C18150은 CDA(동(銅)개발협회)의 번호를 나타낸다. 기타7025(4자리의 숫자번호)등은 JIS규격의 번호를 나타낸다. 또한 마그네트 회전수, 회전변동, 균일성 및 평가를 표2에 나타낸다. 또 실시예1-3 및 비교예1-11의 도전율 및 0.2% 내력(耐力)을 표3에 나타낸다.
표2에 나타낸 것과 같이 실시예1-3에 대해서는 마그네트 회전수, 회전변동, 균일성이 어느것이나 양호하며, 총합평가는 우(優) 또는 양(良)이다. 이것에 대하여 비교예1-11은 통상의 베릴륨 동과 Cu-Cr계 동합금이 총합평가로서 가(可)인 것 이외에는 균일성 등이 나쁘며 총합평가는 불가(不可)이다.
예를들면 비교예2의 황동은 도전율이 낮기 때문에 와전류가 낮고, 마그네트는 잘 회전하여 변동은 적지만, 열전도율이 낮기 때문에 타겟트의 열이 높게 되고, 큰 뒤틀림이 타겟트와 백킹 플레이트 사이에 작용한다. 이 결과, 균일성이 나쁘게 된다. 또한 백킹 플레이트로서 강도도 낮기 때문에 이 뒤틀림을 억제할 수 없다.
또한 비교예5 및 6의 인 청동이나 알루미늄 청동에서는 보다 와전류가 낮고, 자장(磁場)은 양호하게 형성되어지지만 타겟트의 열발산이 매우 나빠서 아무리 백킹 플레이트의 강도가 충분하더라도 스퍼터 속도가 매우 높게 되고, 사용기간을 통해 균일성 변화가 크기 때문에 적당하지 않다.
더욱이 비교예10의 Cu-0.3wt% Ni 및 비교예11의 Cu-0.2wt% Ni-0.1wt% Si는 미량원소를 첨가해서 백킹 플레이트와 타겟트의 열압착을 방지함과 동시에 고열전도성을 유지하도록 한 것이지만 스퍼터 중기부터 후기에 걸쳐 균일성이 현저히 나쁘게 되는 결과가 되었다.
또한 표3에 전도율과 0.2% 내력의 관계를 나타내지만, 본 발명의 동합금 백킹 플레 이트는 어느 것이나 양호한 범위에 들어있다.
이와 같이 본 발명의 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체는 종래의 그것들에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다.
Figure 112006050692541-pct00001
Figure 112006050692541-pct00002
Figure 112006050692541-pct00003
동합금 백킹 플레이트는 열팽창계율(係率)이 같은 정도의 동, 동합금(동기합금) 스퍼터링 타겟트에 대하여 확산접합 후의 휨이 적어 극히 유효하다. 또한, 내와전류 특성과 기타 마그네트론 스퍼터링 타겟트에 필요되어지는 특성을 균형 있게 양립시킨 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체를 얻는 것이 가능하다. 더욱이 스퍼터막의 균일성도 양호하다라고 하는 우수한 효과를 가진다. 따라서 30kW를 넘는 것과 같은 하이 파워 스퍼터에 특히 유효하다.

Claims (7)

  1. 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 Be: 0.2~0.5wt% 함유하는 저 베릴륨 동합금 또는 Ni: 2~4wt%, Si: 0.3~0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si합금 혹은 Ni: 2~4wt%, Si: 0.3~0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  2. 제1항에 있어서, Cu-Ni-Si계 합금 백킹 플레이트에 있어서, Ni: 2~4wt%, Si: O.3~0.9wt%, Cr: 0.1~0.9wt% 혹은 Mg: 0.1~0.9wt%를 함유하는 Cu-Ni-Si계 합금인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체로서, 동합금 백킹 플레이트가 도전율 35~60%(IACS), 0.2% 내력 400~850MPa를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 확산접합 되어진 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 확산접합 되어진 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  6. 제4항에 있어서, 확산접합 온도가 175~450℃인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
  7. 제5항에 있어서, 확산접합 온도가 175~450℃인 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체.
KR1020067014348A 2003-12-25 2004-11-30 동 또는 동합금 타겟트/동합금 백킹 플레이트 조립체 KR100762084B1 (ko)

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