KR101528374B1 - 분말 야금 스퍼터링 타겟의 확산 결합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 타겟 조립체 및 이들의 조립체, 특히 분말로 제조된 타겟의 제조 방법에 관한 것이다. 분말은 진공 열간 프레스를 사용함으로써 백킹 플레이트에 부착되고, 분말은 바람직하게는 비평면 표면과 접촉하고, 적어도 약 95％의 밀도로 압축되며, 실질적으로 동시에 백킹 플레이트에 확산 결합된다.
스퍼터링 타겟 조립체, 확산 결합, 백킹 플레이트, 분말층, 압축 수단, 진공 열간 프레스

Description

분말 야금 스퍼터링 타겟의 확산 결합 방법{METHOD OF DIFFUSION-BOND POWDER METALLURGY SPUTTERING TARGET}
본 발명은 일반적으로 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 백 플레이트에 용이하게 결합하기 위해 분말층을 사용하는 비평면 표면들을 갖는 스퍼터 타겟 조립체의 제조에 관한 것이다.
스퍼터링은 예컨대, 집적 회로를 비롯한 반도체 장치를 제조하는 데 특히 유용한 기판 상에 박막을 증착시키는 공지된 수단이다. 이러한 공지된 스퍼터링 시스템에서, 기판 상에 증착되는 재료는 타겟에 이온으로 충격을 가함으로써 스퍼터 타겟으로부터 제거된다. 그러나, 이 공정은 타겟에 열 에너지를 부여한다. 타겟이 과열되는 것을 방지하기 위해서, 타겟은 종종 열을 방산하는 백킹 플레이트에 고정된다. 따라서, 타겟과 백킹 플레이트 사이에 양호한 열적 결합이 존재하는 것이 중요하다.
타겟 및 백킹 플레이트는 종종 상이한 재료로 형성되기 때문에, 때때로 상이한 열 팽창률을 가져서, 타겟이 휘어질 가능성이 있거나 또는 그렇지 않으면 냉각시 치수적으로 불안정해진다. 따라서, 이러한 조립체는 타겟 조립체를 원하는 평면 배향으로 배향하기 위해 시간 소모적인 평탄화 및 재형성 절차를 거쳐야 한다. 불행하게도, 이러한 평탄화 절차는 종종 타겟과 백킹 플레이트 사이의 결합층을 포함하는 조립체 영역 상에 비틀림 또는 다른 응력을 도입함으로써, 종종 조립체 고장을 일으킨다.
스퍼터 타겟 조립체들의 제조에 있어 공지된 확산-결합 방법은, 고체 타겟 블랭크들을 결합 매체와 함께 또는 결합 매체 없이 백킹 플레이트들에 결합하는 열간 등압 프레스 (HIP) 방법을 이용한다. 결합 매체는 도금, 스퍼터링 또는 다른 코팅 기술에 의해 타겟 또는 백킹 플레이트 결합면 상에 코팅되는 금속 호일 또는 중간층일 수 있다.
미국 특허 제5,397,050호는 W-Ti 분말을 고결하여 타겟을 형성함과 동시에 티타늄 백킹 플레이트에 분말 조성물을 결합하여 타겟과 백킹 플레이트 사이에 상호 확산형 결합을 형성하는 HIP 공정을 사용하는 방법을 제공한다. 이 기술에서, 분말 및 백킹 플레이트는 금속 캔 내에 배치된다. HIP를 적용함으로써, 분말은 압축되고, 백킹 플레이트에 상호 확산된다. HIP 이후에, 조립체는 기계처리 이전에 별도의 평탄화 단계에서 평압식 프레스에 의해 평탄화된다.
미국 특허 제5,836,506호는 결합면의 조도를 120Ra 내지 150Ra로 제어하고, 결합면 중 하나에서 복수개의 구멍을 천공함으로써, 백킹 플레이트에 타겟을 결합하는 것을 개시한다. 타겟을 Al 또는 Al 합금 백킹 플레이트에 결합하는 데 30 MPa (4.35 ksi) 내지 140 MPa (20 ksi)의 압력 및 450℃ 내지 550℃, 타겟을 Cu 또는 Cu 합금 백킹 플레이트에 결합하는 데 742℃ 내지 947℃, 타겟을 철 백킹 플레이트에 결합하는 데 982℃ 내지 1232℃, 또는 타겟을 Ti 또는 Ti 합금 백킹 플레이 트에 결합하는 데 1182℃ 내지 1472℃가 적용된다.
미국 특허 제5,230,459호는 결합측면 중 하나에서 복수개의 홈들을 구비하는 백킹 플레이트에 기계처리에 의해 타겟을 형성하는 방법을 개시하며, 이때 통상 홈들은 타겟측 상에 있다. 조립체는 진공 불활성 또는 환원성 환경하에 가열되고 가압된다. Ti 타겟을 Al 백킹 플레이트에 결합하는 경우, 결합은 550℃ 내지 625℃에서 및 2 ksi(13.8 MPa) 내지 15 ksi(103.4 MPa)하에서 HIP에 의해 일어나는 것으로 교시된다. Cu 백킹 플레이트에 타겟을 결합하기 위해서, 결합 온도는 Cu 또는 Cu 합금의 융점 미만인 것으로 교시된다.
미국 특허 제6,749,103호는 타겟을 백킹 플레이트를 결합하고 이후 200℃ 내지 482℃의 온도에서 어닐링하는 방법을 제공한다. 복수개의 돌출부, M-형상 융기부 또는 돌기부는, 타겟 또는 백킹 플레이트 중 어느 것이 더 단단한 면인지에 따라서, 결합면으로 기계처리된다. 더 단단한 금속으로부터의 돌기부는 약 50 톤 내지 5000 톤의 압력으로 냉간 가압함으로써 연성 금속으로 침투한다. 저온 압력 고결 후에, 조립체는 200℃ 내지 482℃로 처리되어 압력 고결면의 적합한 접합을 보장한다.
미국 특허 제5,693,203호는 결합 매체로서 하나 이상의 삽입물을 사용하여 백킹 플레이트에 타겟을 결합하는 방법을 기재한다. 삽입물은 Al 및 Al 합금, Cu 및 Cu 합금, Ag 및 Ag 합금, 또는 Ni 및 Ni 합금과 같은 연성 재료로 제조된다. 삽입물 두께는 10 ㎛ 이상이고, 도금, 증착, 또는 스퍼터링에 의해 제공되는 호일 또는 시트 및 코팅막일 수 있다. 타겟, 백킹 플레이트 및 삽입물은 아세톤과 같은 유기 용매로 그리스 제거되고 세정된다. 결합은 150℃ 내지 350℃의 온도 및 1.0 내지 15 kg/mm2 (1.42 내지 21.3 ksi)의 압력, 바람직하게는 150℃ 내지 250℃의 온도 및 3 내지 10 kg/mm2 (4.26 내지 14.2 ksi)의 압력에서 수행된다. 백킹 플레이트로서 Al 및 Al 합금, Cu 및 Cu 합금, 및 스테인레스강을 사용하는 경우에 삽입물이 적용된다. 타겟은 최소 1 kg/mm2의 압력으로 150℃ 내지 550℃의 온도에서 결합된다. 제시된 실시예들은 500℃에서 Ti 백킹 플레이트와 결합되는 W 타겟 및 Ti 타겟에 7.5 kg/mm2 내지 8 kg/mm2 (10.65 내지 11.36 ksi)의 압력이 적용됨을 개시한다.
미국 특허 제6,071,389호는 티타늄 중간층에 의해 코발트 타겟을 알루미늄 또는 구리 백킹 플레이트에 확산 결합하는 방법을 기재한다. Ti 중간층은 호일로서 제공되지만, 또한 전해 도금, 스퍼터링, 무전해 도금 또는 플라즈마 분무에 의해 타겟 또는 백킹 플레이트의 접합면 상에 형성될 수 있다. 타겟은 중간층이 제공되기 이전에 돌출부들을 형성하는 홈과 함께 기계처리될 수 있다. 결합은 600℃에서 100 MPa (14.5 ksi)의 압력으로 3시간 동안 수행된다. 조립체는 진공 열간 프레스를 통해 제조될 수 있지만, 바람직하게는 열간 등방 가압에 의해 제조될 수 있다.
본 발명은 스퍼터링 타겟 조립체, 특히 분말을 포함하는 타겟을 제조하는 방법을 제공한다. 진공 열간 프레스에 의해 분말층을 백킹 플레이트에 가압함으로써, 분말층은 적어도 약 95％의 밀도로 고결되고, 실질적으로 동시에 백킹 플레이트에 확산 결합된다. 본 발명의 실시형태에서 바람직하게 적용되는 타겟 재료의 고결 온도는 백킹 플레이트의 융점과 거의 동일하거나 또는 그 미만이며, 예컨대 Cu, Cu 합금, Ti, 스테인레스강 또는 Mo 백킹 플레이트에 결합되는 Cu 또는 Cu 합금 타겟 재료, Ti 또는 Mo 백킹 플레이트에 결합되는 Ti 또는 Ti 합금 타겟 재료가 있다.
추가의 실시형태에 따르면, 본 발명은 스퍼터링 타겟 조립체 및 그의 타겟 조립체들을 제조하는 방법에 관한 것이며, 이 조립체들은 백킹 플레이트에 제공되는 분말층을 포함하고, 분말층을 적어도 약 95％의 밀도로 가압하기에 충분한 예를 들어, 진공 열간 프레스와 같은 압축 수단을 사용하여 백킹 플레이트에 분말층을 가압하면서, 실질적으로 동시에 백킹 플레이트에 분말을 확산 결합하여 타겟 조립체를 얻으며, 압축 이전에 백킹 플레이트 표면들 및/또는 압축 수단 표면들 중 하나 이상이 비평면이어서, 분말층의 하나 이상의 표면에, 바람직하게는 압축 이전에 비평면을 부여한다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 타겟은 통상적인 솔더(solder) 결합된 제품보다 결합 강도가 적어도 3배 더 크다. 또한, 타겟을 백킹에 결합하는데 사용되는 솔더의 최대 작동 온도는 200℃ 미만이다. 본 신규한 발명은 타겟 재료를 백킹 플레이트에 직접 결합하여, 작동 온도가 타겟 또는 백킹 플레이트의 융점의 절반이 되게 한다. 따라서, 훨씬 더 많은 스퍼터링 분말이 적용되어, 막 증착의 처리량이 더 높아질 수 있다.
또한, 본 발명의 조립체의 요철 설계는 통상적으로 요구되는 평탄화 공정을 제외시킨다. 이는 제조 공정을 단순화하고, 취성 분말 타겟의 균열 가능성을 방지한다.
다른 목적, 특징, 실시형태 및 장점은 바람직한 실시형태의 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 추가 실시형태의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 스퍼터링 타겟 조립체를 나타내는 단면 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 스퍼터링 타겟 조립체를 나타내는 단면 현미경 사진이다.
도 1은 그래파이트 몰드(16)와, 각각 하부 및 상부 상에 2개의 평평한 그래파이트 펀치들(18, 19)로 둘러싸인 평면의 금속 백킹 플레이트(14) 상에 위치하는 분말층(12)을 포함하는 조립체(10) 및 타겟 제조 방법을 나타낸다. 승온 및 진공 또는 비활성 기체 분위기하에 단축 압축 응력을 적용함으로써, 분말층은 고결되고, 금속 백킹 플레이트에 결합된다. 이 설계는 조립체가 실온으로 냉각된 이후에 타겟과 백킹 플레이트 사이의 열 팽창 차이로 인해 휨이 발생할 수 있다.
도 2는 분말(24)과 접촉하는 측상에 예비접시형(pre-dished) 또는 오목한 표 면을 갖는 금속 백킹 플레이트(22) 상에 위치하는 분말층을 포함하는 본 발명의 조립체(20) 및 타겟 제조 방법의 실시형태를 나타낸다. 조립체는 그래파이트 몰드(16)와, 각각 상부 및 하부 상에 2개의 그래파이트 펀치들(26, 28)에 의해 둘러싸이며, 상부 펀치 상의 볼록한 표면(29)은 분말(24)과 접촉한다. 승온 및 진공 또는 비활성 분위기하에 단축 압축 응력을 적용함으로써, 분말층은 고결되고, 금속 백킹 플레이트에 결합된다. 백킹 플레이트 상의 오목한 표면 및 펀치 표면 상의 볼록한 표면의 형성은 타겟의 휨을 현저하게 감소시킨다. 임의의 적합한 압축 수단, 바람직하게는 진공 열간 프레스에 의한 압축 응력이 타겟 조립체에 적용된다.
도 3은 분말층(32)과 접촉하는 측상에 오목한 표면(36) 그리고 하부 펀치(40)와 접촉하는 측상에 볼록한 표면(38)을 갖는 금속 백킹 플레이트(34) 상에 위치하는 분말층(32)을 포함하는 본 발명의 조립체(30) 및 타겟 제조 방법의 실시형태를 나타낸다. 조립체는 그래파이트 몰드(42)와, 각각 상부 및 하부 상에 2개의 그래파이트 펀치들(44, 40)에 의해 둘러싸이며, 상부 펀치 상의 볼록한 표면(46)은 분말층(32)과 접촉하고, 하부 펀치(40) 상의 오목한 표면은 백킹 플레이트(34)와 접촉한다. 승온 및 진공 또는 비활성 분위기하에 단축 압축 응력을 적용함으로써, 분말은 고결되거나 압축되고, 금속 백킹 플레이트에 결합된다. 이 설계는 결합된 타겟 조립체의 휨을 최소화시킨다.
백킹 플레이트 및/또는 상부 펀치의 필요한 반경, 및 오목함 (또는 "볼록함")은 결합 온도 이외에 열 팽창 계수, 기계적 강도, 타겟 및 백킹 플레이트의 치수에 의해 결정된다. 그러나, 최적의 반경은 허용가능한 반경이 얻어질 수 있도 록, 시행착오법에 의해 결정된다.
한 실시형태에서, 본 발명은 스퍼터링 타겟 조립체, 특히 분말로 제조된 타겟의 개선된 제조 방법을 제공한다. 진공 열간 프레스에 의해 백킹 플레이트에 분말을 가압함으로써, 분말층은 적어도 약 95％의 밀도로 고결되면서, 실질적으로 동시에 백킹 플레이트에 확산 결합한다. 본 발명의 실시형태는 바람직하게는 타겟 재료의 고결 온도가 백킹 플레이트의 융점과 거의 동일하거나 또는 그 미만인 경우에 적용되며, 예를 들어, Cu, Cu 합금, Ti, 스테인레스강 또는 Mo 백킹 플레이트에 결합되는 Cu 또는 Cu 합금 타겟 재료, Ti 또는 Mo 백킹 플레이트에 결합되는 Ti 또는 Ti 합금 타겟 재료 등이다. 또한, 타겟과 백킹 플레이트의 두께 비율 및 타겟과 백킹 플레이트 사이의 열 팽창 차이에 따라서, 원하는 형상(예를 들어, 요철형)이 백킹 플레이트 및/또는 펀치들 상에 형성될 수 있다. 요철형 설계의 목적 및 바람직함은 냉각 후에 타겟 조립체, 특히 타겟의 가능한 휨을 최소화한다. 상술한 바와 같이, 휨은 결합 공정의 냉각하는 동안에 타겟과 백킹 플레이트 사이의 열 팽창 차이에 의해 초래되는 것으로 생각된다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 냉각하는 동안 요철 배향의 적절한 설계에 의해, 조립체는 오목한 배향에 실질적으로 반대되는 방향으로 휘도록 제어된다. 따라서, 고온에서 본래의 요철 형상은 실온으로 냉각한 이후에 실질적으로 평면이 된다. 따라서, 공지된 방법에 따라 요구되는 바와 같이, 기계처리 이전에 추가의 평탄화 공정 없이도 타겟 두께의 균일성 면에서 실질적인 개선이 얻어진다. 백킹 플레이트 두께는 타겟보다 더 두꺼울 수 있다. 따라서, 결합 조립체들은 백킹 플레이트 쪽으로 휘는 경향이 있다. 그러므 로, 요철형 설계가 가압에 적용되는 경우에, 오목한 표면은 백킹 플레이트 상에 그리고 볼록한 표면은 분말층과 대면하는 펀치 상에 있을 가능성이 있다. 평탄화 단계 또는 공정의 제외는, 예를 들어 W-Ti 합금 등과 같은 연성(ductility)이 불량한 타겟 재료의 경우에 특히 중요하다.
본 발명의 실시형태는 이론적 밀도의 적어도 약 95％의 밀도를 갖는 타겟 블랭크를 형성하면서, 실질적으로 동시에 분말을 백킹 플레이트에 확산 결합하는 고결된 또는 압축된 분말로 제조되는 층을 제공한다. 공지된 방법과는 반대로, 본 발명의 실시형태에 따르면, 바람직하게는 진공 열간 가압에 의해 투인원(two-in-one) 방법이 제공되고 수행된다. HIP를 사용하는 공지된 방법과 비교하여, 본 발명의 실시형태는 제조 처리 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 제조 비용을 크게 감소시킨다. 또한, 백킹 플레이트 및 그래파이트 펀치 상에 존재하는 요철 설계는, 냉각 후에 결합 조립체, 및 특히 완성된 타겟 블랭크의 휨을 감소시킨다. 이들 바람직한 설계는 보통이라면 요구되는 결합 조립체의 통상적인 평탄화 공정을 제외시키는데 도움이 된다. 추가로, 타겟 조립체의 휨 최소화는, 기계처리 이전에 평탄화 없이도 균일성이 현저히 개선된 타겟 두께를 제공하여, 완성된 제품의 균일성을 더욱 증가시킨다.
또한, 본 발명의 실시형태는 공지된 방법에 비해 현저한 장점을 갖는다. 예를 들어, 진공 열간 프레스 (VHP)의 사용은 열간 등방 프레스 (HIP) 공정과 대조적으로 더 낮은 비용과 더 짧은 준비 시간을 제공한다는 것이 결정되었다. 본 발명의 VHP 방법을 사용함으로써, 분말 및 백킹 플레이트는 진공 챔버 내에서 단축 압 력하에 가압된다. HIP 공정을 사용하는 것과 비교하면, 분말 및 백킹 플레이트는 용기에서 고압 Ar 기체하에 가압되기 이전에, 금속 캔 내에 캡슐화되고 이후 배기 및 밀봉될 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따르면, 분말층과 대면하는 펀치 및 백킹 플레이트 표면 상의 요철 설계는, 평탄화 공정을 제외함으로써 결합 조립체의 휨을 최소화하고, 예를 들어, 평탄화 공정 중에 연성이 불량한 W-Ti 및 다른 타겟의 균열 또는 다른 손상으로 인한 완성된 조립체의 고장 가능성을 방지한다. 본 발명의 개선된 제조 방법은, 원하고 필요한 타겟 조립체의 특성을 희생하지 않으면서, 더 높은 조립체의 균일성을 야기한다.
본 발명의 실시형태는 진공 열간 가압에 의해 다수의 스퍼터링 타겟 결합 조립체에 적절히 적용된다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 바람직하게는 약 1100℃ 내지 약 1400℃, 바람직하게는 약 1200℃ 내지 약 1300℃ 및 가장 바람직하게는 약 1250℃의 온도에서 Ti에 확산 결합되는 Ti-W 혼합 분말과 함께 사용될 수 있다. Cu-Cr의 혼합 분말은 약 900℃ 내지 약 1050℃, 바람직하게는 약 950℃ 내지 약 1010℃ 및 가장 바람직하게는 약 1000℃의 온도에서 Cu 백킹 플레이트에 확산 결합한다. 바람직한 분말 크기는 약 40 ㎛ 초과 약 150 ㎛ 미만, 더 바람직하게는 약 40 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다. 추가로, 본 발명의 실시형태가 블라스팅 또는 다른 표면 조면화 방법을 고려하는 바와 같이, 본 발명의 방법은 임의로 백킹 플레이트의 결합 표면을 그릿(grit)에 의해 약 100 μin 내지 약 300 μin 및 바람직하게는 약 200 μin의 Ra로 조면화한다. 약 10E-5 토르(1.33E-2 Pa)의 진공하에 약 1시간 내 지 약 8시간, 더 바람직하게는 약 2시간 내지 약 8시간 및 가장 바람직하게는 약 5시간의 바람직한 유지 시간을 사용하며, 약 0.5 ksi(3.5 MPa) 내지 약 6.0 ksi(41.4 MPa)의 가압 압력이 바람직하고, 더 바람직하게는 약 1.0 ksi(6.9 MPa) 내지 약 6.0 ksi(41.4 MPa) 및 가장 바람직하게는 약 2 ksi(13.8 MPa)이다.
하기 실시예에서 본 발명의 비제한적인 바람직한 실시형태를 나타내며, 이들은 단지 설명을 목적으로 제공된다.
실시예
실시예 1
4 인치(10.16 cm) 직경 x 0.5 인치(1.27 cm) 두께의 Cu 블랭크를 일면에서 SiC로 그릿-블라스팅하여 조도를 200 μin Ra로 한 이후에 그릿-블라스팅된 표면이 위쪽을 향하게 하여 4 인치(10.16 cm) 직경의 그래파이트 몰드 중에 넣었다. 약 400 그램 양의 Cu-50 중량％ Cr 혼합 분말을 Cu 블랭크의 상부 위에 두고, 2 ksi(13.8 MPa) 및 1000℃에서 10E-5 토르(1.33E-2 Pa) 진공하에 5시간 동안 가압하였다. 가압된 조립체는 100％의 결합 및 96％의 타겟 밀도가 달성됨을 나타냈다. (본 발명의 개시의 일부를 이루는 것처럼 본원에 참조로 포함되는) 미국 특허 제6,092,427호에 개시된 인장 시험을 사용하고, 시험편을 타겟 측에서 980 파운드(444.5 kg)의 압력으로 파쇄하였다. 이 단계에서, 결합 계면에 분리가 관찰되지 않았다. 통상적인 In-30Sn 솔더-결합된 Cu-50％ Cr 타겟/Cu 백킹 플레이트에 동일한 상술한 인장 시험 방법을 적용함으로써, In/30Sn 솔더-결합된 Cu-50％ Cr 타겟/Cu 백킹 플레이트 결합 조립체를 결합 계면에서 분리하는데 단지 320 파운 드(145.1 kg)만 필요하였다. 도 4는 1000℃/2 ksi(13.8 MPa)에서 5시간 동안 50 중량％ Cu/50 중량％ Cr 혼합 분말을 Cu 블랭크에 가압하여 제조되는 Cu-50 중량％ Cr 확산 결합한 Cu 백킹 플레이트 샘플을 갖는 본 발명의 타겟 조립체를 나타내는 단면 현미경 사진이다.
실시예 2
4 인치(10.16 cm) 직경 x 0.5 인치(1.27 cm) 두께의 시판 Ti 블랭크를 일면에서 SiC로 그릿-블라스팅하여 조도를 150 μin Ra로 한 이후에 그릿-블라스팅된 표면이 위쪽을 향하게 하여 4 인치(10.16 cm) 직경의 그래파이트 몰드 중에 넣었다. 약 740 그램 양의 W-10 중량％ Ti 혼합 분말을 Ti 블랭크의 상부 상에 적재하고, 2 ksi(13.8 MPa) 및 1250℃에서 10E-5 토르(1.33E-2 Pa) 진공하에 5시간 동안 가압하였다. 가압된 조립체는 100％의 결합 및 100％의 타겟 밀도가 달성됨을 나타냈다. 실시예 1에서 상술한 시험 방법을 사용하여, 시험편을 타겟 측에서 800 파운드(362.8 kg)로 파쇄하였다. 이 단계에서, 결합 계면에 분리가 관찰되지 않았다. 통상적인 In-30Sn 솔더-결합된 W-10％ Ti 타겟/Ti 백킹 플레이트에 동일한 인장 시험을 적용함으로써, In/30Sn 솔더-결합된 W-10％ Ti 타겟/Cu 백킹 플레이트 결합 조립체를 결합 계면에서 분리하는데 단지 320 파운드(145.1 kg)만 필요하였다. 도 5는 가압함으로써 W-10 중량％ Ti 확산 결합한 Ti 백킹 플레이트를 갖는 본 발명의 타겟 조립체를 나타내는 단면 현미경 사진이다. 90 중량％ W/10 중량％ Ti 혼합 분말을 1250℃/2 ksi(13.8 MPa)에서 5시간 동안 Ti 블랭크에 가압하였다.
실시예 3
18 인치(45.72 cm) 직경 x 0.5 인치(1.27 cm) 두께의 시판 Ti 블랭크를, 반경을 갖도록 결합 표면 상에서 기계처리한 이후에 SiC로 그릿-블라스팅하여 조도를 150 μin Ra로 하였다. 이어서, 이 블랭크를 접시형 표면이 위를 향하게 하여 18 인치(45.72 cm) 직경의 그래파이트 몰드 중에 넣었다. 약 25,000 그램 양의 W-10 중량％ Ti 혼합 분말을 Ti 블랭크의 상면 상에 적재하고 2 ksi(13.8 MPa) 및 1250℃에서 10E-5 토르(1.33E-2 Pa) 진공하에 5시간 동안 가압하였다. 가압된 조립체는 100％의 결합 및 100％의 타겟 밀도가 달성됨을 나타내었다. 또한, 평탄식 가압에 의해 휨이 0.1 인치(0.254 cm) 초과인 공지된 가압된 조립체와 비교하여, 오목형 설계를 사용하는 결합 조립체의 휨은 0.03 인치(0.0762 cm) 미만이었다. 따라서, 스퍼터링 타겟의 최종 치수로 기계처리하기 이전에 평탄화가 필요하지 않다.
본 발명의 실시형태는 진공 열간 가압에 의해 하기 스퍼터링 타겟 결합 조립체에 적절하게 적용된다. 하기 조건은 하기 화합물 조합과 사용하기에 특히 바람직하며, Ti 또는 Mo 백킹 플레이트와 타겟 재료로서 Ti-X (Ti-W, Ti-Cu, Ti-Fe, Ti-Ni, Ti-Al 등)의 혼합 분말을 조합하여 사용한 것을 약 1100℃ 내지 약 1300℃범위의 온도로 처리하는 것을 포함한다.
다른 바람직한 조건 및 화합물 조합으로는 타겟 재료로서 Cu-X (Cu-Cr, Cu-Ti, Cu-Ni 및 이들의 조합 등)의 혼합 분말과, Cu, Cu 합금, 스테인레스강, Ti, Mo 및 이들의 조합으로 제조되는 백킹 플레이트를, 약 900℃ 내지 약 1050℃ 범위의 온도에서 가압하는 것을 포함한다. 또한, Ru 분말을 타겟 재료로서 사용하고, 백킹 플레이트로서 Mo 또는 W를 사용하며, 약 1700℃ 내지 약 2000℃ 범위의 온도에 서 처리할 수 있다.
바람직한 분말 크기는 약 40 ㎛ 초과 약 100 ㎛ 미만이다. 백킹 플레이트의 결합 표면은 그릿에 의한 약 100 μ 내지 약 300 μ Ra의 그릿 범위를 갖는 수단에 의해 임의로 조면화되고, 약 10E-4 토르(1.33E-1 Pa)의 최소 바람직한 진공에서 약 3시간의 바람직한 최소 유지 시간 동안, 최소 약 0.5 ksi(3.5 MPa)의 바람직한 최소 가압 압력을 이용하여, 블라스팅 또는 다른 표면 조면화 방법이 적용될 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명은 이들의 특정한 실시형태를 참조로 하여 상세히 기재되었지만, 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 변형 및 치환이 이루어질 수 있고, 등가물이 적용되며, 청구범위의 범주 내에 포함되는 것임은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (16)

  1. 제1 면 및 제2 면을 갖는 분말층을 제공하는 단계와,
    제1 면 및 제2 면을 갖는 백킹 플레이트를 제공하는 단계와,
    상부면 및 하부면을 갖는 압축 수단을 제공하는 단계와,
    압축 수단의 하부면에 대하여 백킹 플레이트의 제1 면을 위치시키는 단계와,
    백킹 플레이트의 제2 면에 대하여 분말층의 제1 면을 위치시키는 단계와,
    분말층의 제2 면에 대하여 비평면인 압축 수단의 상부면을 위치시키는 단계와,
    분말 및 백킹 플레이트를 압축하여 적어도 95％의 밀도로 분말을 압축하는 단계와,
    동시에 분말을 백킹 플레이트에 확산 결합하여 타겟 조립체를 달성하는 단계를 포함하는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 분말은 구리 함유 재료 및 티타늄 함유 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 분말은 구리, 구리 합금, 티타늄 및 티타늄 합금으로 이루 어지는 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 구리 합금은 구리-크롬, 구리-티타늄, 구리-니켈 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 티타늄 합금은 티타늄-텅스텐, 티타늄-구리, 티타늄-철, 티타늄-니켈, 티타늄-알루미늄 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서, 백킹 플레이트는 구리, 구리 합금, 스테인레스강, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료로 제조되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 분말 크기는 40 ㎛ 내지 150 ㎛인 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 백킹 플레이트의 하나 이상의 표면의 표면적을 변화시키는 단계를 더 포함하는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 백킹 플레이트의 하나 이상의 표면은 100 μin 내지 300 μin Ra의 그릿 치수를 갖는 수단으로 조면화되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 3.5 MPa(0.5 ksi) 내지 41.4 MPa(6.0 ksi)의 압력이 분말 및 백킹 플레이트에 적용되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 압력은 1시간 내지 8시간의 유지 시간으로 적용되는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 압축 수단은 티타늄 및 티타늄 합금의 경우에 1100℃ 내지 1400℃의 처리 온도로 유지되는 열간 진공 프레스를 포함하는 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 백킹 플레이트의 제1 면, 백킹 플레이트의 제2 면, 압축 수단의 하부면으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 표면들 중 하나 이상은 비평면인 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 압축 수단은 진공 열간 프레스인 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
  16. 제1 면 및 제2 면을 갖는 분말층을 제공하는 단계와,
    제1 면 및 제2 면을 갖는 백킹 플레이트를 제공하는 단계와,
    상부면 및 하부면을 갖는 압축 수단을 제공하는 단계와,
    압축 수단의 하부면에 대하여 백킹 플레이트의 제1 면을 위치시키는 단계와,
    백킹 플레이트의 제2 면에 대하여 분말층의 제1 면을 위치시키는 단계와,
    분말층의 제2 면에 대하여 비평면인 압축 수단의 상부면을 위치시키는 단계와,
    배열체를 압축하여 적어도 95％의 밀도로 분말을 압축하는 단계와,
    동시에 분말을 백킹 플레이트에 확산 결합하여 타겟 조립체를 달성하는 단계를 포함하며,
    압축 수단의 상부면은 볼록하고 백킹 플레이트의 제1 면은 오목한 스퍼터링 타겟 조립체의 제조 방법.
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