KR102429213B1 - 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 타겟은, 금속 재료로 구성된 판상(板狀)의 타겟 본체를 구비한다. 상기 타겟 본체는, 타겟부와, 베이스부를 가진다. 상기 타겟부는, 스퍼터면을 포함한다. 상기 베이스부는, 상기 스퍼터면의 반대측에 위치하고 상기 스퍼터면 보다 높은 경도를 가지는 냉각면과, 상기 냉각면으로부터 상기 타겟부를 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층을 포함한다.

Description

스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법
본 발명은, 예를 들면, 반도체 소자, 전자 부품, 플랫 패널 표시 소자의 배선층의 성막 등에 이용되는 고순도 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.
고순도 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 스퍼터링 타겟은, 고순도이기 때문에 인장 강도(引張 强度)가 일반적인 알루미늄 합금재에 비해 낮다고 하는 특성을 가진다. 통상, 스퍼터링 타겟(Sputtering target)은, 스퍼터링 중, 스퍼터면(Sputter surface)에 작용하는 열 응력과 그 이면(裏面)에 작용하는 냉각수압을 받는다. 게다가, 스퍼터링 타겟은, 타겟 재료의 소비에 의해 판두께가 감소하기 때문에, 스퍼터링이 진행됨에 따라 변형량이 커지고, 기판 위로 부착하는 막의 퇴적 속도나 막두께 분포가 변동한다고 하는 문제가 발생한다. 그래서, 스퍼터링 중에 타겟의 변형을 일으키지 않도록 하기 위해, 타겟 보다 고강도를 가진 배킹 플레이트(Backing plate)를 일체적으로 접합해, 타겟 부분에 직접 수압이 걸리지 않도록 하는 방법이 일반적이다.
배킹 플레이트로는, 냉각수의 순환 통로가 내부에 형성된 자켓형 외에, 영구 자석을 포함한 자기 회로를 수용 가능한 통상(筒狀)의 플랜지부를 가지는 예를 들면, 모자형(hat-type)으로 불리는 배킹 플레이트가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이런 종류의 스퍼터링 타겟(이하, '모자형 스퍼터링 타겟'이라고도 한다)에서는, 플랜지부의 내부에 공급된 냉각수에 의해 배킹 플레이트가 냉각되어, 타겟재와 배킹 플레이트를 접합하는 인듐 등의 접합재의 용융(溶融)에 의한 타겟재의 이탈이 저지된다.
그 한편으로, 생산성의 관점에서, 스퍼터링 타겟에 인가되는 전력의 고밀도화가 요구되고 있다. 전력의 고밀도화에 수반해, 타겟재와 배킹 플레이트를 접합하는 접합재의 내열성이 문제가 된다. 그 때문에 근년, 접합재를 이용하지 않고 타겟재와 배킹 플레이트가 일체적으로 형성된 스퍼터링 타겟이 제안되고 있다.
예를 들면, 타겟의 이면에 돌기를 형성하고, 이를 배킹 플레이트에 기계적인 방법으로 접합하는 방법(예를 들면, 특허문헌 2, 3 참조), 타겟과 배킹 플레이트를 확산 접합에 의해 접합하는 방법(예를 들면, 특허문헌 4, 5 참조), 모자형 배킹 플레이트와 일체형의 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법(예를 들면, 특허문헌 6 참조)이 알려져 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2007-63616호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허공개 2008-138274호 공보 [특허문헌 3] 일본 특표 2011-517329호 공보 [특허문헌 4] 일본 특허공개 2006-159223호 공보 [특허문헌 5] 일본 특표 2000-509765호 공보 [특허문헌 6] 일본 특표 2012-515847호 공보
근년, 기판의 대형화에 대응 가능한 모자형 스퍼터링 타겟의 개발이 진행되고 있다. 이 경우, 배킹 플레이트가 원통형 때문에, 타겟과의 접합은 이면(裏面)의 외주부(外周部) 뿐이다. 따라서, 스퍼터링 타겟의 이면에는 수압과 열 팽창에 의한 응력이 동시에 작용해, 강도가 낮은 알루미늄계 금속 타겟에서 용이하게 항복점(Yielding point)을 초과한 영구적 변형이 발생하고, 상술한 것처럼 변형에 의한 성막 특성(막두께 분포나 성막 속도)의 변화가 생긴다고 하는 문제가 있다.
여기서, 상술한 것처럼 타겟 이면에 형성한 돌기를 배킹 플레이트에 기계적으로 접합하는 방법에서는, 접합부에 전기적인 접촉 저항이 발생하기 때문에, 스퍼터링 중의 방전 전압이 상승해, 성막 특성의 변화나 이상 방전을 유발할 우려가 있다. 또, 타겟재와 배킹 플레이트를 확산 접합에 의해 접합하는 방법에서는, 확산 접합 처리 시에 발생하는 압력이나 열 에너지에 의해 타겟의 입자지름(粒徑)의 조대화(粗大化)나 배향성(配向性)의 변화가 생기고, 의도하는 성막 특성을 얻을 수 없을 우려가 있다. 게다가, 배킹 플레이트 일체형의 스퍼터링 타겟에서, 플랜지 부분을 단조(鍛造)해 강도를 높임으로써 타겟부의 휘어짐(反, Deflection)을 억제하는 방법에서는, 단조 처리에 의한 압력으로 타겟 전체가 변형해, 타겟부의 경도(硬度), 배향성, 입자지름의 편차가 생겨서, 성막 특성의 안정을 도모할 수 없을 우려가 있다.
이상과 같은 사정에 따라 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 성막 특성의 안정을 도모하면서, 타겟부의 변형을 억제할 수 있는 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 타겟은, 금속 재료로 구성된 판상(板狀)의 타겟 본체를 구비한다.
상기 타겟 본체는, 타겟부와 베이스부를 가진다.
상기 타겟부는, 스퍼터면을 포함한다.
상기 베이스부는, 상기 스퍼터면의 반대측에 위치하고 상기 스퍼터면 보다 높은 경도를 가지는 냉각면과, 상기 냉각면으로부터 상기 타겟부를 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층(傾斜强度層)을 포함한다.
상기 스퍼터링 타겟에서, 베이스부는, 스퍼터면 보다 고(高)경도의 냉각면과, 냉각면으로부터 타겟부를 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층을 포함하기 때문에, 성막 특성의 안정을 도모하면서, 타겟부의 변형을 억제할 수 있다.
상기 경사 강도층은, 전형적으로는, 가공 경화층(加功硬化層)이다.
상기 금속 재료는, 알루미늄을 주체로 한 금속 재료이며, 상기 경사 강도층의 인장 강도는, 30 N/mm2 이상 55 N/mm2 이하여도 무방하다.
상기 스퍼터면의 결정(結晶)의 배향비(Orientation Ratio)200/111)의 평균값은, 1.3 이상 7.0 이하이며, 상기 냉각면의 결정의 배향비(200/111)의 평균값은, 0.8 이상 1.2 이하여도 무방하다.
이 경우, 상기 스퍼터링 타겟은, 상기 냉각면의 주위에 접합되고, 알루미늄이 주체인 금속 재료로 구성된 통상(筒狀)의 플랜지부를 더 구비해도 무방하다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 타겟의 제조 방법은, 판상의 타겟 블랭크를 준비하는 것을 포함한다.
상기 타겟 블랭크의 스퍼터면과는 반대측의 면에 소성(塑性) 가공을 실시함으로써, 상기 스퍼터면을 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층이 형성된다.
이상 언급한 것처럼, 본 발명에 의하면, 성막 특성의 안정을 도모하면서, 타겟부의 변형을 억제할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스퍼터링 타겟의 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.
[도 2] 도 1에서의 A-A선 단면도이다.
[도 3] 경사 강도층을 모식적으로 도시한 타겟 본체의 단면도이다.
[도 4] 상기 경사 강도층의 강도 분포를 설명하는 모식도이다.
[도 5] 상기 경사 강도층을 가지지 않는 스퍼터링 타겟(A)과, 상기 경사 강도층을 가지는 스퍼터링 타겟(B)과의 작용의 차이를 설명하는 모식도이다.
[도 6] 일 실험 예에서의 스퍼터링 타겟의 냉각면으로부터의 깊이와 인장 강도와의 관계를 도시한 도면이다.
[도 7] 일 실험 예에서의 스퍼터링 타겟의 냉각면으로부터의 깊이와 경도와의 관계를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
[스퍼터링 타겟]
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스퍼터링 타겟의 구성을 개략적으로 도시한 종(縱)단면도, 도 2는, 도 1에서의 A-A선 단면도이다.
본 실시 형태의 스퍼터링 타겟(100)은, 판상(板狀)의 타겟 본체(10)와, 통상(筒狀)의 플랜지부(20)를 가지는 동시에, 이들 타겟 본체(10)와 플랜지부(20)와의 접합체로 구성된다. 본 실시 형태에서 타겟 본체(10) 및 플랜지부(20)는, Al(알루미늄)이 주체(主體)인 금속 재료(이하, 'Al계 금속 재료'라고도 한다)로 구성된다.
Al계 금속 재료로는, 순(純)Al 또는 Al 합금을 예로 들 수 있다. Al 합금으로는, 순Al에 합금 원소로서 Si(실리콘), Cu(구리), Mg(마그네슘), Zn(아연), Fe(철), Mn(망간), Ni(니켈), Ti(티탄), Cr(크롬), Ca(칼슘), Zr(지르코늄), Na(나트륨), Sr(스트론튬), Sb(안티몬), Be(베릴륨), P(인), V(바나듐), Sn(주석), Pb(납), Bi(비스머스), Co(코발트), C(탄소)가 적어도 1종 첨가된 금속 재료를 예로 들 수 있다.
타겟 본체(10)는, 원판(圓板) 형상으로 형성되고, 표면(表面)의 스퍼터면(10a)과, 이면(裏面)의 냉각면(10b)을 가진다. 타겟 본체(10)의 직경은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 300 mm 이상이다. 스퍼터면(10a)은, 도시하지 않은 진공 챔버의 내부에서 플라스마(플러스 이온)에 의해 스퍼터링 되는 영역이고, 전형적으로는 평면으로 형성된다. 냉각면(10b)은, 스퍼터면(10a)과는 반대측에 위치하고, 플랜지부(20)의 내측의 공간부(20s)에 도입된 냉각수가 접하는 영역이다.
타겟 본체(10)는, 스퍼터면(10a)을 포함한 타겟부(11)와, 냉각면(10b)을 포함한 베이스부(12)를 가진다. 즉, 타겟부(11)는, 스퍼터면(10a)으로부터 타겟 본체(10)의 소정의 두께 영역을 구성하고, 베이스부(12)는, 냉각면(10b)을 포함한 타겟 본체(10)의 잔부(殘部)의 두께 영역을 구성한다.
타겟부(11)와 베이스부(12)와의 사이의 경계는 명확해도 무방하고, 명확하지 않아도 무방하다. 본 실시계 형태에서는, 스퍼터면(10a)측의 주연부(周緣部)에 환상(環狀)의 단부(10s)가 설치되는 것에 의해 타겟부(10)에 소경(小徑)부와 대경(大徑)부가 형성되고 있고, 예를 들면, 소경부가 타겟부(11), 대경부가 베이스부(12)가 된다. 물론 이것으로 한정되지 않고, 단부(10s)의 형성도 생략되어도 무방하다.
타겟 본체(10)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 전형적으로는, 20 mm 이상 50 mm 이하이며, 타겟부(11)의 두께는, 10 mm 이상 25 mm 이하이다.
베이스부(12)는, 타겟부(11)를 지지하고, 타겟부(11)의 변형이나 휘어짐을 억제하는 기능을 가진다. 베이스부(12)가 타겟부(11)와 일체적으로 형성되고 있기 때문에, 접합재를 필요로 하지 않고 타겟부와 일체적인 타겟 어셈블리를 구성할 수 있다. 또, 스퍼터링 파워의 고밀도화(고출력 용량화)에 수반하는 접합재의 용융의 염려를 해소할 수 있다.
타겟 본체(10)는, 소정 사이즈의 타겟 블랭크를 준비한 후, 냉각면(10b)에 후술하는 소성 가공을 실시해 제작된다. 상기 타겟 블랭크는, 전형적으로는, 용해(溶解) 주조한 Al계 금속 재료의 잉곳(ingot)에, 소정의 압연(壓延) 가공, 형상 가공 등을 실시해 제작된다. 이때의 가공 조건은, 전체가, 타겟부(11)에 요구되는 인장 강도, 결정 배향성, 결정 입자지름 등의 여러 특성에 적합하도록 제작된다. 본 실시 형태에서는, 스퍼터면의 결정의 배향비(200/111)가 지배적이 되도록 제작된다. 그 후, 타겟 블랭크의 이면에 소정의 처리를 실시해 냉각면(10b)을 형성함으로써, 베이스부(12)가 제작된다.
본 실시 형태에서, 스퍼터면(10a)측의 타겟부(11)는, 예를 들면, 인장 강도(0.2% 내력(耐力). 이하 동일)가 35 N/mm2 이하, 평균 경도(Hv)가 20 미만, 결정의 배향비(200/111)의 평균값이 1.3 이상 7.0 이하, 평균 입자지름이 60 ㎛ 이하가 되도록 제작된다. 이에 따라, 이상(異常) 방전이 적고, 성막 특성이 뛰어난 스퍼터링 성막이 가능하게 된다.
한편, 냉각면(10b)측의 베이스부(12)는, 인장 강도가 45 N/mm2 이상, 평균 경도(Hv)가 20 이상, 결정의 배향비(200/111)의 평균값이 0.8 이상 1.2 이하가 되도록 제작된다. 이에 따라, 냉각수의 수압이나 열 응력에 의한 타겟 본체(10)의 변형을 효과적으로 저지할 수 있다.
베이스부(12)의 냉각면(10b)은, 도 2에 도시한 것처럼, 타겟 본체(10)의 이면의 일부에 형성된다. 본 실시 형태에서 냉각면(10b)은, 베이스부(12)와 동심(同心)적인 원형의 영역이 되고, 그 외주(外周)의 영역은, 플랜지부(20)와 접합되는 원환상(圓環狀)의 접합면(10c)으로서 형성된다. 냉각면(10b)은, 타겟 본체(10)의 이면에 형성된 원형의 얕은 요부(凹部)(10d)의 내측에 위치하고, 접합면(10c)은, 요부(10d)의 외측에 위치한다.
냉각면(10b)은, 타겟 본체(10)의 이면에 소성 가공을 실시해 형성되고, 가공 경화에 의해 스퍼터면(10a) 보다 높은 경도를 가진다. 게다가, 베이스부(12)는, 상기 소성 가공에 의해, 냉각면(10b)으로부터 타겟부(11)를 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층을 가진다. 도 3은, 경사 강도층(120)을 모식적으로 도시한 타겟 본체(10)의 단면도이다.
도 3에 도시한 것처럼, 경사 강도층(120)은, 타겟부(11)와 냉각면(10b)과의 사이에서의 베이스부(12)의 두께 영역의 적어도 일부에 형성된 가공 경화층이다. 경사 강도층(120)은, 냉각면(10b)에 가까운 영역일수록 인장 강도가 높아지도록 형성된다. 도 3에서는 농담(濃淡)의 농도가 높은 영역일수록 고강도인 것을 나타내고 있다. 경사 강도층(120)은, 베이스부(12)의 두께 방향의 전역에 걸쳐 형성되어 있어도 무방하고, 냉각면(10b)측의 일부의 영역에만 형성되어 있어도 무방하다.
인장 강도와 경도와의 사이에는 일정한 상관(correlation)이 있고, 전형적으로는 도 4에 모식적으로 도시한 것처럼, 경사 강도층(120)의 인장 강도 및 경도는, 냉각면(10b)으로부터의 깊이가 커짐에 따라, 서서히 저하하는 분포를 가진다. 즉, 경사 강도층(120)은, 제1 인장 강도를 가지는 제1 층과, 제1 인장 강도 보다 높은 제2 인장 강도를 가지는 제2 층과, 제2 인장 강도 보다 높은 제3 인장 강도를 가지는 제3 층 등, 강도가 다른 복수의 층이 냉각면(10b)으로부터 타겟부(11)를 향해 층층이 연속하는 형태를 가진다. 각 층의 인장 강도는, 전형적으로는, 연속적으로 변화하고, 반드시 각 층의 경계가 명확하다고는 할 수 없다.
경사 강도층(120)의 인장 강도 및 경도의 최소값은, 타겟부(11)의 인장 강도 및 경도에 각각 상당한다. 이에 따라, 스퍼터면(10a)의 결정 배향성이나 결정 입자지름 등에 변화를 억제해, 소망으로 하는 스퍼터링 특성 혹은 성막 특성을 확보할 수 있다.
플랜지부(20)는, 타겟 본체(10)의 접합면(10c)에, 전자빔 용접 혹은 마찰 교반 접합(FSW)에 의해 접합된다. 접합 방법은 이것으로 한정되지 않고, 확산 접합 등의 고상 접합법, 혹은, 인듐 등의 적절한 접합재를 이용한 접합법이 채용되어도 무방하다. 플랜지부(20)는, 타겟 본체(10)를 도시하지 않은 진공 챔버의 천판(天板) 등의 정지부(靜止部)에 고정하기 위한 것으로, 그 선단부에는 볼트 등의 체결 도구가 삽통(揷通)되는 복수의 취부공(取付孔)이 형성된다. 플랜지부(20)는, 전형적으로는 원통형(圓筒型)으로 구성되지만, 타원통(楕圓筒)이어도 무방하고, 각통형(角筒型)이어도 무방하다. 원통형에는, 단순한 직통형상(直筒形狀) 외에, 도시한 것처럼 접합면(10c)을 향해 외경(外徑)이 작아지는 원추상(圓錐狀)도 포함된다.
플랜지부(20)의 내측의 공간부(20s)에는, 도시하지 않더라도, 스퍼터면(10a)의 근방에 자장(磁場)을 형성하는 자기 회로 유닛이 배치된다. 자기 회로 유닛은, 영구 자석 및 요크를 포함한다. 자기 회로 유닛은, 공간부(20s)에 정정(靜定)되어, 스퍼터면(10a)의 근방에 정자장(靜磁場)을 형성한다. 혹은 자기 회로 유닛은, 공간부(20s)에서 타겟 본체(10)의 중심축의 주위에 회전 가능하게 배치되어도 무방하다. 이 경우, 스퍼터면(10a)의 근방에 소정의 회전 자장이 형성된다.
플랜지부(20)의 공간부(20s)에는, 도시하지 않은 도입 통로를 통해 냉각수가 공급된다. 공간부(20s)에 공급된 냉각수는, 타겟 본체(10)의 냉각면(10b)을 통해 타겟 본체(10)를 냉각하는 동시에, 공간부(20s)에 배치된 자기 회로 유닛을 냉각한다. 이에 따라, 스퍼터링 성막 중에서의 타겟 본체(10)의 과도한 발열이 억제되어, 타겟 본체(10)가 소정 온도 이하로 냉각된다.
일반적으로, 스퍼터링 성막 중에 있어서, 타겟 본체의 냉각면에는 냉각수의 수압과 열 팽창에 의한 응력이 동시에 작용하고, 스퍼터면에 대한 스퍼터링 작용에 의한 타겟부의 두께의 감소에 수반하여, 도 5A에 모식적으로 도시한 것처럼, 냉각면(Tb)측으로부터 스퍼터면(Ta)측을 향해 타겟부(T)를 궁형(弓形)으로 변형시키는 응력이 커진다. 이 때문에, 강도가 비교적 낮은 Al계 금속 타겟에서는 항복점을 초과한 영구적 변형이 발생하는 만큼 변형하여(휘어짐 양(W1)), 막두께 분포나 성막 속도 등의 성막 특성의 변동을 초래한다.
이에 대해, 본 실시 형태의 스퍼터링 타겟(100)에서는, 타겟 본체(10)의 베이스부(12)가 상기 구성의 경사 강도층(120)을 가진다. 이에 따라, 스퍼터면(10a) 보다 고경도이면서 고강도인 냉각면(10b)을 얻을 수 있기 때문에, 스퍼터면(10a)의 결정 배향성이나 결정 입자지름의 균일성을 확보하면서, 냉각면(10b)의 변형 강도를 높일 수 있다. 이에 따라, 냉각수의 수압이나 열 응력의 작용에 수반하는 타겟 본체(10)의 변형을 효과적으로 저지할 수 있고, 도 5B에 모식적으로 도시한 것처럼, 타겟 본체(10)의 휘어짐 양(W2)을 작게 억제할 수 있어(W2 < W1), 타겟부(11)가 소망으로 하는 성막 특성을 확보하는 것이 가능하게 된다.
[스퍼터링 타겟의 제조 방법]
상기 구성의 스퍼터링 타겟은, 이하와 같이 제조할 수 있다.
먼저, 상술한 것처럼 타겟 블랭크를 제작한 후, 그 일방의 주면(主面)(타겟 본체(10)의 이면(裏面)에 상당)에 기계적 수법으로 압력을 더하여 국소적으로 소성 가공을 실시한다. 이때, 타겟 블랭크의 타방의 주면(타겟 본체(10)의 표면에 상당)에는 소성 가공의 영향이 미치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
소성 가공의 방법으로는, (a)해머링(Hammering), (b)프레스기(Press machine)나 스탬프밀(stamp mil) 분쇄기, 롤러 등을 이용한 기계 가공, (c)숏피닝(shot peening), (d)류타(Leutor)나 그라인더(Grinder) 등의 회전체를 이용한 기계 가공, 등을 예로 들 수 있다. 그 중에서도, 타겟 블랭크의 이면에 정하중(靜荷重)을 부여하는 가공 방법이, 스퍼터면측으로의 응력의 전파를 억제할 수 있기 때문에, 충격 하중을 부여하는 가공 방법과 비교해, 상기 스퍼터면의 결정 배향성이나 결정 입자지름을 안정되게 유지할 수 있다는 점에서 바람직하다.
상술한 기계 가공에는, 절삭 가공이 포함되어도 무방하다. 전형적으로는, 타겟 블랭크 이면에의 소성 가공 영역을 절삭에 의해 평탄화 하는 처리를 예로 들 수 있다. 이 처리에 의해, 타겟 본체(10)의 이면에, 요부(10d)와 함께, 요부(10d)의 내측에 형성된 평탄한 냉각면(10b)이 형성된다.
냉각면(10b)의 경도는, 특별히 한정되지 않으며, 타겟 본체(10)의 구성 재료, 크기, 두께 등에 따라 적절히 설정 가능하다. 예를 들면, 타겟 본체(10)가 Al계 금속 재료로 구성되고, 타겟 본체의 직경이 152 mm 이상 650 mm 이하, 두께가 20 mm 이상 50 mm 이하인 경우는, 냉각면(10b)의 경도(빅커스 경도)는, 예를 들면, 18 Hv 이상 30 Hv 이하인 것이 바람직하다. 즉, 냉각면(10b)의 경도를 18 Hv 이상으로 함으로써, 스퍼터링에 의한 타겟부(11)의 두께의 감소에 수반하는 타겟 본체(10)의 휘어짐을 억제할 수 있는 충분한 강도를 베이스부(12)에 부여할 수 있다. 한편, 냉각면(10b)의 경도를 30 Hv 이하로 함으로써, 스퍼터면(10a)의 결정 배향성이나 결정 입자지름의 균일성을 유지할 수 있어, 양호한 성막 특성을 확보할 수 있다. 이 경우의 스퍼터면(10a)의 Hv 경도는, 예를 들면, 17 이하이다.
경사 강도층(120)의 인장 강도 분포에 대해서도 마찬가지로, 타겟 본체(10)의 구성 재료, 크기, 두께 등에 따라 적절히 설정 가능하다. 상술한 것처럼 예를 들면, 타겟 본체(10)가 Al계 금속 재료로 구성되고, 타겟 본체의 직경이 152 mm 이상 650 mm 이하, 두께가 20 mm 이상 50 mm 이하인 경우는, 경사 강도층(120)의 인장 강도의 분포는, 예를 들면, 30 N/mm2 이상 55 N/mm2 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 스퍼터링에 의한 타겟부(11)의 두께의 감소에 수반하는 타겟 본체(10)의 휘어짐을 억제할 수 있는 충분한 강도를 베이스부(12)에 부여할 수 있다. 인장 강도는, 전형적으로는, 0.2%의 영구적 변형이 생기는 응력, 즉, 0.2% 내력의 값이 이용된다.
덧붙여, 냉각면(10b)의 Hv 경도, 및, 경사 강도층(120)의 인장 강도는, 어느 일방을 지표로 해서 베이스부(12)가 형성되어도 무방하다. 상술한 것처럼, 인장 강도와 경도와의 사이에는 일정한 상관을 가지기 때문에, 예를 들면, 냉각면(10b)의 경도를 목적치로 조정하는 것으로 경사 강도층(120)의 인장 강도를 소정 범위로 제어할 수 있다. 혹은, 경사 강도층(120)의 형성 시에서의 소성 가공의 가공량에 따라, 냉각면(10b) 및 경사 강도층(120)의 강도 분포를 조정하는 것도 물론 가능하다.
[실험 예]
본 발명자들은, 이하의 순서로 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
Al계 금속 재료로서, Al-0.5wt%Cu 합금을 용해, 주조하여, 직경 600 mm, 두께 37 mm(타겟부의 두께 12 mm, 베이스부의 두께 25 mm)인 타겟 블랭크를 제작하였다.
계속해서, 이하의 방법으로, 타겟 블랭크의 이면의 중심으로부터 φ400 mm의 원형의 피가공 영역에 국소적인 소성 가공(기계 가공)을 실시하였다.
먼저, 프레스용 지그(Jig, 治具)로서, 일방의 면에 수지층을 통해 직경 10 mm의 지르코늄 구(球)가 전면에 깔린 직경 400 mm의 강체판(Rigid-plate)을 준비하고, 이를 프레스기의 가동부에 세트하였다. 다음으로, 타겟 블랭크를 그 피가공 영역이 위(上)를 향하고, 또한, 프레스용 지그의 돌기면과 대향하도록 프레스기의 재치대(載置臺)에 세트하고, 소정의 프레스 조건으로 피가공 영역을 프레스 지그로 프레스 하였다. 프레스 조건으로는, 프레스 하중이 980 kN에 이르렀을 때, 혹은, 프레스용 지그가 피가공 영역에 접하고 나서 3 mm 하강했을 때에, 프레스 처리가 자동 정지하도록 설정하였다.
프레스 후, 프레스용 지그를 상승시킨 뒤, 프레스용 지그를 그 중심 주위에 5°회전시켜 프레스기에 다시 세트하였다. 그리고, 재차 동일한 프레스 조건으로 피가공 영역을 프레스 하였다. 이후, 이 처리를, 프레스용 지그가 3주분(周分) 회전할 때까지 반복해 실시하였다. 일련의 프레스 처리가 완료한 후, 타겟 블랭크 이면의 변형이 생긴 범위(중심으로부터 φ460 mm, 깊이 2 mm의 영역)를 기계 가공(절삭)에 의해 제거함으로써, 평탄한 냉각면(10b)을 가지는 베이스부(12)를 갖춘 타겟 본체(10)를 제작하였다. 그 후, 상기 타겟 본체의 냉각면의 외측에 플랜지부를 접합해, 모자형 스퍼터링 타겟을 제작하였다.
제작한 타겟 본체의 냉각면으로부터의 깊이가 다른 복수의 샘플을 채취해, JIS 13B호의 시험편 형상으로 가공하고, JIS Z2241에 준거한 인장 시험 방법으로 해당 샘플의 인장 강도(0.2% 내력) 및 경도(빅커스 경도 Hv)를 측정하였다. 시험기로는, 시마즈 제작소제 「AG 25 TB-R」을 이용하였다. 그 결과를 도 6 및 도 7에 각각 도시한다.
도 6은, 상기 각 샘플의 인장 강도를 플롯한 도면이며, 베이스부(12)의 두께 방향의 인장 강도의 변화를 도시하고 있다. 덧붙여, 가로축의 「1-2 mm」는, 냉각면으로부터의 깊이가 1 mm에서 2 mm의 범위에 걸쳐 절출(切出)한 샘플을 의미한다(「3-4 mm」, 「5-6 mm」, 「7-8 mm」, 「9-10 mm」에 대해서도 마찬가지). 각 플롯의 세로 방향의 길이는, 편차를 나타내고 있다.
동 도면에 도시한 것처럼, 냉각면으로부터 타겟부를 향해 인장 강도가 점차 저하하는 경사 강도층이 형성되어 있는 것이 확인된다. 냉각면으로부터의 깊이가 8 mm 이상인 두께 영역에서는 인장 강도의 저하가 멈추고, 일정 값으로 수속(收束)한다. 이 값은, 타겟부의 인장 강도에 상당하는 값이다.
도 7은, 상기 샘플의 경도를 플롯한 도면이며, 베이스부(12)의 두께 방향의 경도의 변화를 도시하고 있다. 각 플롯의 세로 방향의 길이는, 편차를 나타내고 있다. 동 도면으로부터, 냉각면으로부터 타겟부를 향해 경도가 점차 저하하는 것이 확인된다. 도시하지 않더라도, 스퍼터면의 경도(Hv)는 16 Hv이며, 냉각면으로부터의 깊이가 10 mm에서의 경도와 대략 일치하고 있었다.
냉각면의 중심부(영역 1), 외주부(영역 2) 및 이들의 중간부(영역 3)에서의 결정의 배향비(200/111)를 X선 회절에 의해 확인한 결과, 영역 1에서는 1.22, 영역 2에서는 0.95, 영역 3에서는 0.74이며, 이들의 평균값은, 0.97이었다.
한편, 스퍼터면의 중심부(영역 1), 외주부(영역 2) 및 이들의 중간부(영역 3)에 대해서도 마찬가지로, 결정의 배향비(200/111)를 확인한 결과, 영역 1에서는 6.3, 영역 2에서는 5.0, 영역 3에서는 4.1이며, 이들의 평균값은, 5.1이었다.
계속해서, 제작한 스퍼터링 타겟을 스퍼터링 장치에 세트해 실제로 스퍼터링 하고, 2000 kW/h 사용 후의 타겟부의 휘어짐을 평가하였다. 여기에서는, 스퍼터링 조건으로서, 냉각면의 수압을 0.3 MPa 이상, 스퍼터링 파워를 30 kW 이상으로 하여 연속적으로 스퍼터링 처리를 실시하였다. 그 결과, 냉각면에 작용하는 수압이 0.4 MPa인 경우, 경사 강도층을 가지지 않는 타겟 본체의 휘어짐은 3 mm 이상이었던 것에 비해, 경사 강도층을 가지는 본 실시 형태에서는 타겟 본체의 휘어짐은 1 mm 미만 이었다.
게다가, 경사 강도층을 가지는 스퍼터링 타겟을 이용해 두께 400 nm의 Al계 금속막을 기판 상에 성막했을 때의 그 시트 저항의 면내(面內) 균일성에 대해 평가한 결과, 타겟 라이프가 150 kW/h일 때가 4.28%, 1250 kW/h일 때가 5.59% 였다. 이로부터, 경사 강도층을 가지지 않는 스퍼터링 타겟을 이용했을 때의 시트 저항의 면내 균일성(138.5kW/h일 때 5.45%, 1132.6kW/h일 때 5.20%)과 동등의 성막 특성인 것이 확인되었다.
이상, 본 발명의 실시 형태에서 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시 형태로만 한정되는 것은 아니며 다양한 변경을 더할 수 있음은 물론이다.
예를 들면, 이상의 실시 형태에서는, Al계 금속 재료로 구성된 스퍼터링 타겟을 예로 들어 설명했지만, 이외에도, 순Cu나 In 등의 다른 금속 재료로 구성된 스퍼터링 타겟에도 마찬가지로 적용 가능하다.
10: 타겟 본체
10a: 스퍼터면
10b: 냉각면
11: 타겟부
12: 베이스부
20: 플랜지부
120: 경사 강도층

Claims (6)

  1. 스퍼터면을 포함한 타겟부와,
    상기 스퍼터면의 반대측에 위치하고 상기 스퍼터면 보다 높은 경도를 가지는 냉각면과, 상기 냉각면으로부터 상기 타겟부를 향해 인장 강도가 점차 저하하여 상기 타겟부의 인장 강도에 수속하도록, 인장 강도가 상이한 복수 층이 연속하는 형태를 가지는 경사 강도층을 포함하는 베이스부
    를 가지는 금속 재료로 구성된 판상의 타겟 본체
    를 구비하는 스퍼터링 타겟.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사 강도층은, 가공 경화층인
    스퍼터링 타겟.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 재료는, 알루미늄을 주체로 한 금속 재료이고,
    상기 타겟부의 인장 강도는, 35 N/mm2 이하이고,
    상기 경사 강도층의 인장 강도는, 30 N/mm2 이상 55 N/mm2 이하인
    스퍼터링 타겟.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스퍼터면의 결정의 배향비(200/111)의 평균값은, 1.3 이상 7.0 이하이고,
    상기 냉각면의 결정의 배향비(200/111)의 평균값은, 0.8 이상 1.2 이하인
    스퍼터링 타겟.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 냉각면의 주위에 접합되고, 알루미늄이 주체인 금속 재료로 구성된 통상(筒狀)의 플랜지부
    를 더 구비하는 스퍼터링 타겟.
  6. 판상의 타겟 블랭크를 준비하고,
    상기 타겟 블랭크의 스퍼터면과는 반대측의 면에 소성 가공을 실시함으로써, 상기 스퍼터면을 향해 인장 강도가 점차 저하하여 타겟부의 인장 강도에 수속하도록, 인장 강도가 상이한 복수 층이 연속하는 형태를 가지는 경사 강도층을 형성하는
    스퍼터링 타겟의 제조 방법.
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