KR101308314B1 - 대형 스퍼터링타겟 어셈블리와 그 제조방법 - Google Patents

대형 스퍼터링타겟 어셈블리와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 스퍼터링타겟을 엘라스토머로 냉각판에 접합한 어셈블리와, 엘라스토머 접합층을 사용해 냉각판에 대형 스퍼터링타겟을 접합하는 방법에 관한 것이다. 대형 스퍼터링타겟을 냉각판에 부착하는 방법은 냉각판 및/또는 스퍼터링타겟에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링타겟의 스퍼터링면과 결합면 각각의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하는 단계; 및 스퍼터링타겟의 결합면이 엘라스토머로 덮이도록 냉각판과 스퍼터링타겟을 접합하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머를 포함한다. 또, 스퍼터링면의 표면적은 22,000㎠ 이상일 수도 있다. 또, 냉각판과 스퍼터링타겟 사이에 열전도부재를 배치하되, 엘라스토머가 열전도부재를 덮도록 배치한다.

Description

대형 스퍼터링타겟 어셈블리와 그 제조방법{LARGE AREA ELASTOMER BONDED SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR MANUFACTURING}
본 발명은 진공증착에 사용되는 대형 스퍼터링타겟의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 대형 스퍼터링타겟을 엘라스토머를 이용해 냉각판에 접합하는 방법에 관한 것이다.
스퍼터링은 타겟물질로 된 박막을 기판에 증착할 때 사용되는 주요 진공증착법이다. 스퍼터링에 여러가지 재료를 사용할 수 있지만, 일반적인 타겟재료로는 (구리, 금, 텅스텐, 몰리브덴, 알루미늄과 같은) 원소금속, (알루미늄-구리, 알루미늄-네오디뮴, 티타늄-텅스텐과 같은) 합금, (이사화규소, 티타늄 질화물과 같은) 화합물이 많이 쓰인다. 타겟물질을 증착하는 기판은 반도체 디바이스, CD, 자기디스크 드라이브에 사용되는 하드디스크, 평판 디스플레이와 같은 광학장치가 있다.
일반적인 스퍼터링장치에서는 타겟과 기판을 진공실 안에 넣는다. 타겟은 큰 이온플럭스를 갖는 전극으로 이루어진다. 진공실에 불활성기체를 채우고 타겟/전극에 전기를 걸어 이온화시킨다. +로 대전된 불활성기체 이온이 타겟과 충돌하면서 원자크기의 입자들을 방출시킨다. 이들 입자가 기판 표면에 증착하면서 박막을 이룬다.
이런 전기적 구성 때문에, 타겟은 아주 뜨겁게 되고 냉각을 필요로 한다. 일반적인 스퍼터링 장치에서는 수냉식 냉각판을 접합층을 이용해 타겟 뒷면에 붙여서 냉각을 한다. 도 1은 일반적인 스퍼터링타겟 어셈블리(10)로서, 스퍼터링타겟(12), 냉각판(16) 및 접합층(20)으로 이루어진다. 스퍼터링타겟의 스퍼터링면(24)은 평면으로서, 기판에 스퍼터링될 물질이 이곳에서 방출된다. 스퍼터링타겟(12)은 하나로 구성되거나 2개 이상의 별도의 조각(타일)으로 구성되기도 한다. 도 2는 기존의 수냉식 냉각판을 보여준다.
타겟(12)을 냉각판(16)에 붙이는 접합층(20)의 재료는 여러가지 있다. 스퍼터링타겟을 냉각판에 붙이는데 인듐이나 주석과 같은 금속이나 합금을 사용하는 것이 일반적이지만, 엘라스토머를 사용하기도 한다. 그러나, 기존에는 비교적 작은 스퍼터링타겟만을 접합했다. 이런 스퍼터링타겟에서는 엘라스토머로 접합할 타겟의 스퍼터링면의 표면적이 525in2보다 작다. 비슷한 기술이 전극을 플라즈마 반응실에 접합하는데 사용된다. 예를 들어, Lilleland의 미국특허 6,194,322에서는 엘라스토머 조인트를 이용하는 플라즈마 반응실내 지지부재에 전극을 접합하는 기술을 소개하고 있다.
평판 디스플레이 분야에서는 아주 대형 기판 한장에 디바이스 여러장을 제조하고, 훨씬 작은 반도체 디바이스를 웨이퍼에 제조하는 경향이 있다. 예를 들어, 평판 디스플레이 제조업자는 표면적이 6,600~38,700㎠ 이상인 정사각형이나 직사각형의 평판 디스플레이 기판을 처리할 수 있다. 이런 대형 기판의 일부는 현재 인듐 접합기술로 처리되고 있다. 그러나, 이런 기판을 처리할만큼 충분히 큰 스퍼터링타겟을 준비할 때, 타겟을 냉각판에 접합하는 접합층으로 인듐을 사용하면 래핑(wraping) 문제가 생긴다. 래핑은 인듐과 타겟과 냉각판 사이의 열팽창계수 차에서 기인한다. 따라서, 대형 스퍼터링타겟의 접합법을 개선할 필요가 제기된다.
요컨대, 본 발명은 대형 스퍼터링타겟을 엘라스토머로 냉각판에 접합한 어셈블리와, 엘라스토머 접합층을 사용해 냉각판에 대형 스퍼터링타겟을 접합하는 방법에 관한 것이다. 대형 스퍼터링타겟을 냉각판에 부착하는 방법은 냉각판 및/또는 스퍼터링타겟에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링타겟의 스퍼터링면과 결합면 각각의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하는 단계; 및 스퍼터링타겟의 결합면이 엘라스토머로 덮이도록 냉각판과 스퍼터링타겟을 접합하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머를 포함한다. 또, 스퍼터링면의 표면적은 22,000㎠ 이상일 수도 있다. 또, 냉각판과 스퍼터링타겟 사이에 열전도부재를 배치하되, 엘라스토머가 열전도부재를 덮도록 배치한다.
본 발명은 또한 스퍼터링타겟을 냉각판에 부착하는 방법에 있어서: 냉각판의 결합면 및/또는 스퍼터링타겟의 결합면에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링타겟의 스퍼터링면의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하는 단계; 냉각판의 결합면과 스퍼터링타겟의 결합면을 접합하되, 양쪽 결합면 사이에 열전도부재를 배치하고 이 열전도부재를 엘라스토머로 덮는 단계; 및 상기 엘라스토머가 스퍼터링타겟을 냉각판에 붙잡아두는 엘라스토머 본드를 형성하도록 하는 단계;를 포함하는 방법도 제공한다. 이 방법에서, 열전도부재는 1개 이상의 금속망을 포함한다. 또, 엘라스토머 본드의 형성을 촉진하기 위해 냉각판 내부에 고온 유체를 흐르게 한다. 한편, 이 방법은 냉각판 및/또는 스퍼터링타겟에 열을 가해 엘라스토머 본드의 형성을 촉진하는 단계; 및 엘라스토머 본드에 열점이 있는지 알아내기 위해, 스퍼터링타겟이 냉각될 때 스퍼터링타겟의 적외선 영상을 기록하는 단계;를 더 포함하기도 한다. 본 발명의 방법은 엘라스토머 본드가 형성되기 전에 스퍼터링타겟에 힘을 가해 엘라스토머를 균일하게 분포시키는 것이 바람직하다. 또, 스퍼터링면이 다수의 개별 스퍼터링면으로 이루어지고, 개별 스퍼터링면이 각각 타일면을 가질 수도 있다. 이때, 개별 스퍼터링면 사이의 틈새에 충전재를 채우고, 충전재가 개별 스퍼터링면과 같은 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 충전재로는 금속호일이나 금속합금 호일이 좋다. 또, 엘라스토머로는 실리콘 엘라스토머가 좋다.
본 발명은 또한, 스퍼터링면의 표면적이 6,600㎠ 이상인 스퍼터링타겟; 냉각판; 및 스퍼터링타겟과 냉각판 사이에 위치하면서 스퍼터링타겟을 냉각판에 접합시키고 이들 사이에 열전도를 일으키는 엘라스토머 층;을 포함하는 스퍼터링타겟 어셈블리도 제공한다. 이 어셈블리에 있어서, 엘라스토머로는 실리콘 엘라스토머가 바람직하고, 스퍼터링타겟 어셈블리가 동작할 때 스퍼터링타겟에서 냉각판으로 열전도를 촉진하는 열전도수단이 엘라스토머에 포함되는 것이 바람직하다. 이런 열전도수단으로는 엘라스토머 층에 매립된 1개 이상의 금속망이 바람직하다.
도 1은 스퍼터링타겟 어셈블리의 사시도;
도 2는 종래의 냉각판의 사시도;
도 3은 스퍼터링타겟 어셈블리의 사시도;
도 4는 스퍼터링타겟 어셈블리의 단면도;
도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링타겟 어셈블리의 전개도;
도 6은 스프링고정구의 측면도.
본 발명의 스퍼터링타겟 어셈블리(10)는 스퍼터링타겟(12), 냉각판(16) 및 접합층(20)을 포함한다. 스퍼터링 공정을 시작할 때 기판에 스퍼터링할 재료가 스퍼터링타겟(12)의 스퍼터링면(24)에서 배출된다. 본 발명의 스퍼터링면(24)의 표면적은 6,600㎠ 이상이고, 접합층(20)은 엘라스토머를 포함한다. 스퍼터링면(24)의 표면적이 싱글 어셈블리(10)의 전체 스퍼터링 면적이라 할 수 있는데, 이는 스퍼터링타겟이 1조각이나 여러 조각으로 구성되는지 여부에 관계없다.
도 1과 같은 직사각형 스퍼터링 어셈블리(10)에서 스퍼터링면(24)은 폭 x, 길이 y이고, 표면적은 x와 y의 곱이다. 스퍼터링타겟과 스퍼터링면의 형상은 정사각형, 삼각형, 다각형, 원형, 타원형 등 다른 형상도 가능하다. 이런 경우, 스퍼터링면의 표면적은 기하학적 형상에 맞는 공식으로 계산된다.
스퍼터링타겟(12)은 여러 재료로 구성될 수 있지만, 전형적인 재료는 구리, 금, 텅스텐, 몰리브덴, 알루미늄과 같은 원소금속, 알루미늄-네오디뮴, 티타늄-텅스텐과 같은 합금, 이산화규소, 세라믹, 티타늄 질화물과 같은 화합물이 있다.
도 3의 스퍼터링타겟(12)은 다수의 타일(34)을 포함한다. 각각의 타일(34)이 스퍼터링할 재료로 이루어진다. 타일(34)마다 같은 재료(예; 같은 화학조성)로 구성되는 것이 바람직하지만, 다른 조성을 갖는 것도 가능하다. 타일(34)마다 별도로 스퍼터링면(36)을 가지며, 모든 스퍼터링면(36)이 동일 평면상에 위치한다. 따라서, 도 3에서, 스퍼터링면(24)의 표면적은 개별 스퍼터링면(36)의 표면적의 합이다. 개별 스퍼터링면(36)이 모두 동일한 치수(폭 m, 길이 n)를 가져 표면적(mn)이 모두 동일한 것이 바람직하지만, 스퍼터링면(36)의 표면적이 각각 다른 것도 가능하다.
도 3을 보면 타일(34) 사이사이에 틈새(37)가 있다. 이 틈새(37)로 인해 스퍼터링 과정중에 접합층(20)이 노출되면 기판이 오염될 수 있다. 예를 들어, 접합층의 재료인 열전도부재(40)의 금속이 기판에 부적절하게 스퍼터링될 수 있다(도 5 참조). 틈새(37)에 충전재(38)를 배치하면 이런 오염을 방지할 수 있다. 충전재는 스퍼터링면(36)과 같은 조성을 갖는 것이 바람직하지만, 규소나 산화규소처럼 기판을 오염시키지 않는 조성을 가질 수도 있다. 충전재(38)는 틈새(37) 밑에 위치하는 접합층(20) 부분을 덮어서 접합층의 부적절한 스퍼터링을 방지한다.
도 4는 충전재(38)가 틈새(37) 밑에 위치하면서 이곳의 접합층(20) 부분을 커버하는 것을 보여준다. 충전재(38)는 스퍼터링면(36)과 같은 조성을 갖는 합금이나 금속으로 된 호일을 포함한다. 예를 들어, 스퍼터링면(36)이나 타일(34)이 알루미늄이면, 충전재도 알루미늄 호일을 갖춘다. 호일의 재료가 기판에 스퍼터링되어도 오염을 일으키지는 않는다. 도 4에서 충전재(38)는 테이프(39)로 고정된다. 틈새(37)의 폭은 k이고 일반적으로 k의 범위는 0.02인치 이상 0.06인치 이하이다.
본 발명에 따른 방법과 장치는 대형 스퍼터링면(24)을 갖는 스퍼터링타겟을 포함한다. 스퍼터링면의 표면적은 6,600㎠ 이상이 바람직하지만, 22,000㎠ 이상이거나, 경우에 따라 70,000㎠ 이상일 수도 있다.
본 발명에서는 엘라스토머 접합층을 통해 대형 스퍼터링 타겟을 냉각판에 접합한다. 엘라스토머란 천연고무와 비슷한 탄성을 갖는 물질로서 폴리머가 바람직하다. 실리콘 엘라스토머가 바람직하지만, 폴리(디메틸실록산) 엘라스토머가 더 바람직한데, 일례로 다우코닝사에서 판매하는 Sylgard® 184란 상표의 실리콘 엘라스토머가 있다. 실리콘은 규소-산소(Si-O) 백본을 갖는 중합성 엘라스토머이고, 폴리(디메틸실록산)이나 PDMS는 규소원자마다 2개의 메틸(Me)기를 띠는 Si-O-Si 백본으로 된 실리콘 엘라스토머이다. PDMS는 보통 (Me2SiO)n으로 표시된다.
스퍼터링타겟과 냉각판 사이의 접합상태를 강하게 유지하고 스퍼터링타겟에서 냉각판으로 열을 적당히 전달하면서도 50℃ 이상의 온도를 견딜 수 있고 진공환경에 어울리는 폴리머와 같은 다른 적당한 엘라스토머를 접합층(20)에 사용할 수 있다. 사용가능한 폴리머로 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 설폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 플루오로에틸렌 프로필렌 코폴리머가 있다. 유연한 에폭시나 고무를 사용할 수도 있다. 다른 실리콘 엘라스토머로는 General Electric RTV31과 General Electric RTV615란 상표로 판매되는 것이 있다.
동작중에, 스퍼터링타겟의 온도는 50~250℃에 이른다. 스퍼터링타겟에서 열을 빼앗기 위해, 냉각판을 보통 수냉식으로 냉각하는데, 이는 당 분야에 잘 알려진 기술이다. 도 2에 도시된 종래의 냉각판(16)은 내부에 통로(28)가 뚫려있고, 이 통로(28)의 입구(30)에서 출구(32)까지 물이 흐르도록 되어있다.
스퍼터링타겟(12)에서 냉각판(16)으로 열전도를 촉진하기 위해, 접합층(20)이 열전도부재(38)를 포함하기도 한다. 열전도부재는 스퍼터링타겟에서 냉각판으로의 열전도를 돕는다. 열전도부재는 탄성물질 안에 금속망을 묻어둔 것이 바람직하다. 예컨대, 한개 이상의 구리망을 열전도부재로 사용할 수 있다.
이 경우, 금속망의 두께에 의해 접합층의 두께가 좌우된다. 즉, 금속망 표면이 부분적으로 엘라스토머에서 튀어나와 스퍼터링타겟 및/또는 냉각판의 표면과 접촉할 수 있다. 한편으로는, 금속망과 스퍼터링타겟 및/또는 냉각판의 표면 사이에 엘라스토머 박막을 배치할 수 있다. 그러나, 엘라스토머 역시 열전도에 충분한 열전도율을 가지므로 금속망은 이 부분에서도 여전히 열을 전달한다. 일반적으로, 금속망의 두께는 0.002~0.6 인치 정도이므로, 접합층(20)의 두께도 이 범위에 있다. 금속망의 메시 크기는 여러가지를 사용할 수 있지만, 22~100 메시가 대표적이다. 어셈블리(10)의 설계사양에 따라서는 다른 메시 사이즈를 사용할 수도 있다.
열전도부재(38)가 전기전도도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 스퍼터링타겟(12)이 전극 기능도 하고 냉각판(16)에 전극연결이 이루어지기 때문이다. 따라서, 스퍼터링타겟(12)과 냉각판(16) 사이에, 바람직하게는 스퍼터링타겟(12)과 냉각판(16)의 결합면을 이루는 전체 영역에서 전류가 흘러야 한다. 접합층(20)에 금속망을 묻으면 접합층의 전기전도도가 개선된다. 특히, 금속망 표면이 엘라스토머에서 튀어나온 부분과 스퍼터링타겟 및/또는 냉각판의 결합면과 접촉하는 부분에서 그렇다.
접합층(20)의 열전도도와 전기전도도를 더 개선하려면, 열/전기 전도성 분말이나 입자를 갖는 금속분말을 엘라스토머에 경화되기 전에 섞는다. 금속분말로는 알루미늄이 좋지만, 다른 분말을 사용할 수도 있다. 전도성 분말의 주목적은 접합층의 열전도율을 개선하는데 있다. 전도성 분말은 엘라스토머의 점성을 증가시킨다. 한편, 열전도부재 없는, 즉 열전도 금속망이 없는 접합층(20)을 사용하기도 한다. 이 경우, 열이나 전기 전도가 접합층내 엘라스토머에서 쉽게 일어날 수 있도록 접합층은 가능한한 얇아야 한다.
냉각판(16)에 스퍼터링타겟(12)을 붙이기 위해서, 먼저 엘라스토머를 냉각판과 스퍼터링타겟에 도포하되, 스퍼터링면(24)의 표면적은 6,600㎠ 정도로 한다. 이어서, 냉각판과 스퍼터링타겟 사이에 열전도부재를 배치하되, 엘라스토머가 부분적으로 열전도부재를 덮도록 한다. 여기서 "부분적으로"란 의미는, 열전도부재(예; 구리망)의 일부가 엘라스토머 층을 튀어나와 냉각판이나 스퍼터링타겟의 결합면과 직접 접촉하기도 하다는 의미이다.
한편, 냉각판이나 스퍼터링타겟 어느 한쪽에만 엘라스토머를 도포하기도 한다. 이때는 냉각판과 스퍼터링타겟을 충분한 압력으로 누르되, 원래 엘라스토머가 없었던 결합면에도 엘라스토머가 균등하게 분포하도록 한다. 열전도부재를 사용할 경우, 냉각판과 스퍼터링타겟을 붙이기 전에 그 사이에 열전도부재를 배치한다.
도 5는 스퍼터링타겟(12), 냉각판(16) 및 열전도부재(40)의 상대적 방향을 보여준다. 냉각판의 결합면(44)에 엘라스토머를 일정한 두께로 도포한다. 경우에 따라서는 결합면(44)이 냉각판 가장자리까지 완전히 넓어질 수도 있지만, 도 5의 냉각판(16)에 파단선으로 표시한 것처럼 냉각판의 가장자리에서 약간 안쪽으로 들어갈 수도 있다. 어느 경우에도, 결합면(44)은 냉각판의 평평한 표면으로서 엘라스토머로 덮인다.
마찬가지로, 스퍼터링 타겟의 결합면(46)에도 균일한 두께로 엘라스토머가 도포된다. 이 결합면(46)도 결합면(44)과 마찬가지로 가장자리 안쪽으로 조금 들어간 평탄면으로서 엘라스토머로 덮인다. 이들 결합면(44,46)는 어셈블리(10)를 조립했을 때 서로 마주보고, 그 사이에 열전도부재(40)가 배치된다. 냉각판(16)에서 통로(28)에 물을 넣는 입구(30)에 고정구(50)를 끼운다(도 2 참조). 물이 나가는 출구(32)에도 고정구(52)를 끼운다(도 2 참조).
도 5에서, 스퍼터링타겟의 결합면(46)도 스퍼터링면(24)과 같이 폭이 x이고 길이가 y이다(도 1, 3 참조). 따라서, 이 경우의 결합면(46)의 면적은 직사각형 스퍼터링타겟의 경우 xy이다. 결합면(46)이 가장자리에서 안쪽으로 들어갔으면, 그 표면적은 스퍼터링면(24)의 표면적보다 약간 작다. 어느 경우에도, 스퍼터링면(24)의 표면적이 6,600㎠ 이상이므로, 결합면(46)의 표면적도 6,600㎠ 이상이다. 또, 어셈블리(10)를 조립한 뒤 결합면(46)을 엘라스토머로 충분히 덮는 것이 바람직하다. 여기서 "충분히"란 열전도부재가 결합면(46)에 직접 닿는 적은 부위만 제외하고 결합면(46)이 엘라스토머로 덮인다는 것을 의미한다. 한편, 결합면(46)의 표면적은 경우에 따라 22,000㎠ 또는 70,000㎠ 이상일 수 있다.
본 발명이 대형 스퍼터링타겟에 관한 것이므로, 스퍼터링타겟이나 냉각판을 제거하는 기계적 수단이 필요하다. 이와 관련해, 150~5,000 파운드 이상의 하중을 들어올릴 수 있는 전기모터를 갖춘 오버헤드 크레인과 같은 중장비가 유용하다. 통상, 다수의 진공부착(석션컵) 아암이 달린 고정구를 중장비에 연결해 스퍼터링타겟이나 냉각판을 올리고 조작한다. 엘라스토머를 준비해 결합면(44,46)에 도포한다. 엘라스토머를 양쪽 결합면에 동시에 도포하는 것이 바람직하지만, 엘라스토머는 빨리 경화되지 않으므로 따로따로 시차를 두고 도포하는 것도 괜찮다. 다음, 중장비를 사용해 냉각판과 스퍼터링타겟을 결합하되, 그 사이의 열전도부재를 배치한다. 이 단계는 다양한 방법으로 할 수 있는데, 예를 들면 한쪽을 고정시키고 다른쪽을 움직이거나, 양쪽을 모두 움직이거나, 또는 시차를 두고 움직일 수 있다.
접합층을 일정하게 형성하려면, 냉각판과 스퍼터링타겟을 결합한 뒤 어셈블리(10)에 힘을 가하되, 결합면(44,46)을 누르는 방향으로 가한다. 냉각판을 평면에 놓고 스퍼터링면(24)에 걸쳐 중량이 골고루 분산되도록 하면 된다. 목적은 엘라스토머가 경화된 뒤에도 두께가 일정한 접합층(20)을 얻는데 있다. 일반적으로, 2~3 psi/in2의 힘이 적당하다.
도 6은 스퍼터링타겟에 중량을 골고루 분포시키기 위한 스프링 고정구(60)를 보여준다. 스프링 고정구(60)는 플랫폼(62)다수의 다리(64) 및 다수의 발판(66)으로 구성되는데, 다리(64)에 발판(66)이 하나씩 연결된다. 다리(64)는 강력스프링이다. 발판(66)을 스퍼터링면(24)에 얹어 스프링 고정구를 스퍼터링타겟에 배치한 뒤, 플랫폼(62)에 무게추(68)로서 다수의 모래주머니를 얹어 힘을 가한다.
어셈블리(10)에 힘을 가한 뒤 일정 시간이 지나면 엘라스토머가 경화된다. 경화란 엘라스토머가 고화되면서 냉각판(16)과 스퍼터링타겟(12)을 결합할만큼 강력한 접합층(20)을 형성하는 화학적 과정이다. 경화에 필요한 시간은 엘라스토머의 종류마다 다르지만 대개 24시간에서 1주일 사이이다. 일반적으로, 접합층에 열을 가하면 경화과정이 단축된다. 입구(30)와 출구(32)를 통해 뜨거운 물을 흐르게 하면 접합층(20)에 열이 가해진다. 그러나, 접합층에 열을 가하는 다른 방법도 많은데, 뜨거운 판을 이용하거나, 대형 오븐을 사용하거나, 어셈블리(10)를 핫팩으로 덮는 방법이 있을 수 있다. 한편, 엘라스토머를 실온에서 경화시킬 수도 있다.
접합층(20)이 경화된 뒤, 그 결함을 점검할 수 있지만, 아래와 같이 하는 것이 바람직하다. 무게추(68)와 스프링 고정구(60)를 스퍼터링 어셈블리에서 떼어내고 뜨거운 물을 실온의 물로 대체한다. 스퍼터링면에 적외선카메라의 초점을 맞추고 스퍼터링 어셈블리의 냉각상태를 촬영한다. 접합층이 제대로이면, 스퍼터링면 전체가 일정한 속도로 냉각되어야 한다. 어셈블리(10)에 생긴 열점은 접합층(20)의 두께가 불균일하거나 빈 공간임을 의미하고, 이 경우 어셈블리(10)를 분해해야 한다. 빈 공간은 접합층내의 공기에 기인한다. 물론, 접합층의 무결점을 검사하는 다른 방법도 많다. 또, 무결점 검사를 생략할 수도 있다.
일반적으로, 본 발명의 방법은 아래 2 단계를 핵심으로 한다: 1) 냉각판이나 스퍼터링타겟에 엘라스토머를 바르되 스퍼터링타겟의 스퍼터링면의 표면적은 6,600㎠ 이상으로 하며; 2) 열전도부재를 냉각판과 스퍼터링타겟 사이에 배치하거나 배치하지 않고 냉각판과 스퍼터링타겟을 결합하되, (만약 있다면) 열전도부재가 엘라 스토머로 덮이도록 한다. 앞에서 설명한 것처럼, 스퍼터링타겟의 표면적은 싱글 어셈블리(1)내 전체 스퍼터링면의 면적으로서, 스퍼터링타겟이 1조각이든 여러조각이든 무관하다. 또, 스퍼터링타겟의 결합면(46)도 표면적이 6,600㎠ 이상이고 엘라스토머로 덮이는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 아래와 같은 단계를 핵심으로 한다: 1) 냉각판의 결합면(44) 및/또는 스퍼터링타겟의 결합면(46)에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링면(24)의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하고; 2) 냉각판과 스퍼터링타겟의 결합면 사이에 망 부재를 끼우거나 배제한 채 냉각판과 스퍼터링타겟의 결합면을 결합하되, 망 부재가 (사용된다면) 엘라스토머로 덮이도록 하며; 3) 스퍼터링타겟을 냉각판에 결합하는 탄성결합이 엘라스토머에 의해 이루어진다. 최종단계에서 엘라스토머가 경화되는데, 열을 가하면 경화가 가속된다.
일반적으로, 스퍼터링타겟 어셈블리(10)는 스퍼터링면(24)의 표면적이 6,600㎠ 이상인 스퍼터링타겟(12); 냉각판(16; 및 냉각판에 스퍼티링타겟을 결합하는 기능을 하면서 스퍼터링타겟에서 냉각판으로 열전도를 하도록 스퍼터링타겟과 냉각판 사이에 위치하는 엘라스토머 접합층(20)을 포함한다.
아래 실시예는 본 발명의 방법의 일례이다.
실시예
1. 스퍼터링면의 표면적이 40,000~70,000㎠인 스퍼터링타겟을 세척하고 보호테이프와 같은 보호층으로 스퍼터링면을 덮는다. 이어서, SiC(탄화규소) 블래스팅 매질로 80 psi에서 스퍼터링타겟을 블래스트한다. 이어서, 결합면을 닦아내고 전체 타겟을 증류수나 초음파로 세척한 다음 건조시킨다.
2. 물 출입 매니폴드를 보호테이프로 덮어서 냉각판에 연결한다. 냉각판을 보호테이프와 같은 보호코팅으로 덮되, 냉각판의 결합면은 노출시킨다. 80 psi에서 결합면을 SiC로 블래스트한 다음 이 부분을 세척한다.
3. 냉각판의 측면에 접착고정구(예; 냉각판에 스퍼터링타겟을 정렬시키거나 중심잡기 위한 블록)를 설치한다. 스퍼터링타겟의 타일들을 냉각판 결합면에 배열하되 스퍼터링면이 위를 향하게 한다. 타일 사이의 틈새에 쐐기를 끼우고 그 위에 보호테이프를 붙인다. 쐐기는 틈새(37)를 개방상태로 유지하기 위한 스테인리스스틸 부재로서 스퍼터링타겟이 여러개의 타일로 구성되는 곳에 사용된다(도 3~4 참조). 진공고정구를 스퍼터링타겟에 부착하고, 냉각판에서 스퍼터링타겟을 들어올려 뒤집어 결합면이 위를 향하게 한다. 타일 사이의 틈새 위에 금속호일을 놓고 Kapton™과 같은 불활성 폴리이미드 테이프를 사용해 제자리에 고정한다. 이 호일은 스퍼터링타겟의 결합면에 놓인다. 선택사항이기는 하지만, 스퍼터링타겟과 냉각판의 결합면은 물론 구리망에 화학도료를 칠하기도 한다. 이 경우, 다오코닝사의 P5200 Clear와 같은 도료가 바람직하다. 엘라스토머와 결합시키기 전에 1~4시간 도료를 칠하는 것이 일반적이다.
4. 4개 정도의 여러개의 구리망을 스퍼터링타겟의 결합면 위에 펼쳐놓되 가장자리에서 0.25인치 정도 들어가도록 한다. 다음, 구리망을 스퍼터링타겟에서 떼어내고 45psi에서 양쪽을 SiC로 블래스트한 다음, 아세톤으로 세척하고 공기로 건조시킨다.
5. 엘라스토머로는 Sylgard® 184와 같은 폴리(디메틸실록산) 엘라스토머가 좋다. 이 경우, 제조업자의 지시에 따라 베이스와 경화제를 10:1의 비율로 사용해 폴리(디메틸실록산) 엘라스토머를 혼합한다. 엘라스토머의 열전도율을 높이기 위해 금속분말을 첨가하기도 한다. 경우에 따라, 순도 99.5%, 325 메시의 알루미늄 분말을 기제에 부피비 1:1 내지 3:5로 혼합물에 첨가한다. 물론, 물질이나 상황에 따라 이 비율은 변할 수 있다. 엘라스토머를 탈기처리한 다음 스퍼터링타겟과 냉각판의 결합면에 분무한다. 이어서, 냉각판의 엘라스토머 층 위에 열전도체(구리망)를 펼쳐놓되, 타겟의 가장자리에서 약간 안쪽으로 들어가도록 배열한다.
6. (진공고정구를 사용해) 스퍼터링타겟을 뒤집어 결합면이 냉각판의 결합면 위의 열전도체를 마주보도록 한다. 스퍼터링타겟과 냉각판을 정열시킨 다음 스퍼터링타겟을 냉각판 위에 내려놓는다. 스퍼터링타겟에서 진공고정구를 분리하고, 고무매트와 같은 보호매트를 스퍼터링면 위에 놓는다. 보호매트로 스퍼터링면을 보호하면서 스퍼터링면 위에 스프링고정구를 놓고, 그 위에 무게추를 놓아 스퍼터링 어셈블리에 힘을 내리가한다. 무게추로는 모래주머니가 대표적이다. 매니폴드를 이용해 냉각판의 내부통로에 50~60℃ 정도의 고온수를 흐르게 하여 엘라스토머의 경화를 촉진한다. 고온수는 8시간 정도 계속 흐른다.
7. 8시간 정도 지난 뒤, 무게추와 스프링고정구를 스퍼터링 어셈블리에서 분리하고, 고온수를 실온수로 대체한다. 스퍼터링면을 적외선카메라로 촬영하여 어셈블리의 냉각상황을 찍는다. 전체 표면이 균일하게 냉각되어야 한다. 열점은 엘라스토머 접합층의 두께가 불균일하거나 공간(공극)이 있음을 의미하고, 이 경우 어셈 블리를 분해하여 재조립해야 한다. 끝으로, 접합층에서 새어나오는 잉여 엘라스토머는 스퍼터링 어셈블리 밖에서 제거한다.

Claims (17)

  1. 각각 타일면을 가지는 다수의 개별 스퍼터링면을 포함하는 스퍼터링타겟을 냉각판에 부착하는 방법에 있어서:
    냉각판 및 스퍼터링타겟 중 적어도 하나에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링타겟의 스퍼터링면과 결합면 각각의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하는 단계; 및
    스퍼터링타겟의 결합면이 엘라스토머로 덮이도록 냉각판과 스퍼터링타겟을 접합하는 단계;를 포함하되,
    상기 개별 스퍼터링면 사이에 형성된 틈새를 따라 틈새의 아래에 연속적으로 위치된 엘라스토머를 덮도록 충전재가 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링면의 표면적이 22,000㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 냉각판과 스퍼터링타겟 사이에 열전도부재를 배치하되, 엘라스토머가 열전도부재를 덮도록 배치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 각각 타일면을 가지는 다수의 개별 스퍼터링면을 포함하는 스퍼터링타겟을 냉각판에 부착하는 방법에 있어서:
    냉각판의 결합면 및 스퍼터링타겟 중 적어도 하나의 결합면에 엘라스토머를 도포하되, 스퍼터링타겟의 스퍼터링면의 표면적을 6,600㎠ 이상으로 하는 단계;
    냉각판의 결합면과 스퍼터링타겟의 결합면을 접합하되, 양쪽 결합면 사이에 열전도부재를 배치하고 이 열전도부재를 엘라스토머로 덮는 단계; 및
    상기 엘라스토머가 스퍼터링타겟을 냉각판에 붙잡아두는 엘라스토머 본드를 형성하도록 하는 단계;를 포함하되,
    상기 개별 스퍼터링면 사이에 형성된 틈새를 따라 틈새의 아래에 연속적으로 위치된 엘라스토머를 덮도록 충전재가 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열전도부재가 1개 이상의 금속망을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 엘라스토머 본드의 형성을 촉진하기 위해 냉각판 내부에 고온 유체를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    냉각판 및 스퍼터링타겟 중 적어도 하나에 열을 가해 엘라스토머 본드의 형성을 촉진하는 단계; 및
    엘라스토머 본드에 열점이 있는지 알아내기 위해, 스퍼터링타겟이 냉각될 때 스퍼터링타겟의 적외선 영상을 기록하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 엘라스토머 본드가 형성되기 전에 스퍼터링타겟에 힘을 가해 엘라스토머를 균일하게 분포시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제5항에 있어서, 충전재가 개별 스퍼터링면과 같은 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 충전재가 금속호일이나 금속합금 호일인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 스퍼터링면의 표면적이 6,600㎠ 이상이며 각각 타일면을 가지는 다수의 개별 스퍼터링면을 포함하는 스퍼터링타겟;
    냉각판; 및
    스퍼터링타겟과 냉각판 사이에 위치하면서 스퍼터링타겟을 냉각판에 접합시키고 이들 사이에 열전도를 일으키는 엘라스토머 층;을 포함하되,
    상기 개별 스퍼터링면 사이에 형성된 틈새를 따라 틈새의 아래에 연속적으로 위치된 엘라스토머 층을 덮도록 충전재가 구비되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 엘라스토머가 실리콘 엘라스토머를 포함하는 것을 특 징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
  16. 제14항에 있어서, 상기 엘라스토머 층이 스퍼터링타겟 어셈블리가 동작할 때 스퍼터링타겟에서 냉각판으로 열전도를 촉진하는 열전도수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 열전도수단이 엘라스토머 층에 매립된 1개 이상의 금속망을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟 어셈블리.
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