KR19980087435A

KR19980087435A - 스퍼터링타겟용 뒤판 및 스퍼터링타겟/뒤판조립체

Info

Publication number: KR19980087435A
Application number: KR1019980019377A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 후쿠요; 타케오 오카베
Original assignee: 노미야마 아키히코; 가부시기가이샤 저팬에너지
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-12-05
Also published as: JPH10330929A; EP0881311A1

Abstract

본 발명은, 스퍼터링타겟용 뒤판 및 스퍼터링타겟/뒤판조립체에 관한 것으로서, 하이파워스퍼터링 등의 고온환경에 있어서도 변형이 적고, 경량이고 또한 열전도율에도 뛰어난 뒤판재료를 제공하는 것을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 0.2%내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟용 뒤판 및 이 뒤판과 스퍼터링타겟을 접합시켜서 이루어진 조립체. 바람직하게는, Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계 함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부Al인 Al합금을 뒤판으로서 사용하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

스퍼터링타겟용 뒤판 및 스퍼터링타겟/뒤판조립체

본 발명은, 스퍼터링타겟용 뒤판 및 스퍼터링타겟/뒤판조립체에 관한 것이다.

스퍼터링법은 반도체등의 박막형성방법으로서 현재, 널리 사용되고 있다. 스퍼터링타겟에는 냉각용 및 스퍼터장치에의 고정을 위하여 백플레이트(backing plate)라 호칭되는 뒤판이 접합된다.

종래 뒤판으로서는 예를 들면 무산소구리제 뒤판을 In합금등의 저융점경랍재를 사용해서 경랍땜접합하는 방법이 일반적이였다. 그러나 경랍재에 의한 접합의 경우에는, 접합계면이 경랍재의 융점이상의 온도에서는 사용할 수 없기 때문에, 최근의 하이파워스퍼터링과 같은 고온환경에서는 사용할 수 없었다. 그래서, 뒤판과 타겟을 동일재질로 일체로한 일체형 타겟으로하는 방법이나 뒤판을 타겟과 고상(固相)접합하는 방법이 행하여지고 있다.

일체형 타겟의 경우에는, 뒤판은 타겟재와 동일재질이기 때문에, 예를 들면 Al타겟의 경우 등에서는, 기게적강도가 매우 약하며 스퍼터중에 변형을 발생하는 일이 있다. 그 때문에, 타겟과 웨이퍼사이의 거리가 변화하여 웨이퍼위의 성막물의 균일성이 손상되어, 디바이스의 수율 및 신뢰성에 큰 영향을 준다고 하는 문제가 있었다.

한편, 고상접합타겟의 경우에도, 뒤판재질의 선정나름으로는 일체형타겟의 경우와 마찬가지의 문제가 발생한다. 고상접합은, 스퍼터링타겟과 뒤판에 어떤 온도하에서 압력을 가함으로써, 계면의 접합을 행하는 방법인것이나, 종래 사용되어온 Al합금등에서는 기게적 강도가 낮고, 스퍼터중 또는 고상접합공정에 있어서의 변형을 피할 수 없었다.

그래서, 종래의 Al합금보다도 기계적강도에 뛰어나고, 고상접합조건에서도 극력 기계적강도의 저하가 작은 재료로서, 예를 들면 Cu합금이나 Ti합금등을 뒤판에 사용하는 것도 고려되었다. 그러나, Cu합금의 경우, 밀도가 Al합금의 약 3배나 되기 때문에, 특히 대구경의 타겟용으로서는 중량이 커져서 취급상, 큰문제가 있다. 한편, Ti합금은 Al합금의 2배약의 밀도이며 중량적으로도 경량화가 가능하나, 일반적으로 Ti은 열전도율이 작기 때문에 타겟의 냉각용이라는 관점에서 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 특히 하이파워스퍼터링등의 고온환경에 있어서도 변형이 적고, 경량이고 또한 열전도율에도 뛰어난 뒤판재료를 제공하는 일이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 스퍼터링시의 변형을 방지하기 위해서는, 타겟의 뒤판으로서 0.2%내력(耐力)이 200㎫이상인 재료를 사용할 필요가 있다는 지견을 얻었다. 또, 취급 및 냉각용 부재로서 사용하는 것을 고려하면, 경량이고 또한 열전도율이 양호한 Al합금이 최적이며, 그와 같은 특성을 가진 Al합금은 매우 적고, 첨가성분으로서 Cu를 0.1∼7mass%함유하는 특정의 Al합금으로 좁혀지는 것을 발견하였다.

본 발명은, 상기의 지견에 의거하여,

① 0.2%내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟용 뒤판

② Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부Al인 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 ①항 기재의 스퍼터링타겟용 뒤판.

③ 스퍼터링타겟과 뒤판을 접합시켜서 이루어진 스퍼터링타겟/뒤판조립체에 있어서, 뒤판이, 0.2%내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟/뒤판조립체.

④ 뒤판이, Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부Al인 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 ③항에 기재의 스퍼터링타겟/뒤판조립체.

⑤ 스퍼터링타겟과 뒤판이 고상접합시킨 것임을 특징으로 하는 상기 ③ 또는 ④에 기재의 스퍼터링타겟/뒤판조립체.

⑥ 스퍼터링타겟이 Al, Ti, Cu, Ni, Co, Ta, Mo, W, Cr, Si 또는 이들을 주성분으로하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 ③∼⑤에 기재의 스퍼터링타겟/뒤판조립체.

본 발명에 있어서, 뒤판이란, 스퍼터링타겟재를 냉각하고 또 스퍼터링타겟을 스퍼터장치에 고정하기 위한 타겟의 뒤쪽에 접합하는 금속재료를 의미하고 있다. 또, 본 발명에 있어서, 스퍼터링타겟/뒤판조립체란, 스퍼터링타겟과 뒤판을 접합시켜서 일체로한 조립체를 의미한다.

본 발명에 있어서의 뒤판은, 0.2%내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

0.2%내력이 200㎫미만에서는, 스퍼터링시에 조립체에 허용범위이상의 휘어짐이 발생한다. 이 휘어짐에 의해, 스퍼터링시의 박막의 균일성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다. 실험에 의하면, 변형량이 2㎜를 초과하면 박막의 균일성을 현저하게 저하한다. 스퍼터중의 변형량을 2㎜이하로 하기 위해서는, 뒤판의 0.2%내력이 200㎫이상일 필요가 있다.

단순히 기계적인 강도의 점만을 문제로한다면, 종래 사용되어온 Cu합금이나 혹은 Ti합금등의 사용도 생각할 수 있으나, Cu합금의 경우에는 밀도가 크고, 특히 대형타겟용 뒤판으로서는 중량이 지나치게 크기 때문에 취급에 곤란을 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또, Ti합금의 경우에는, 경량이기는하나 열전도율이 낮기 때문에 냉각효율이 나빠, 역시 바람직하지 않다. 본 발명의 Al합금의 경우에는, 열전도율에도 뛰어나고, 경량이기도 하기 때문에 바람직하다.

상기와 같은 0.2%내력, 열전도율, 경량이라는 요구를 모두 충족하는 재료로서는, Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti으로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부Al인 Al합금을 들 수 있다.

Cu가 0.1mass%미만이면, 0.2%내력의 값이 200㎫이상을 얻을 수 없고, 7mass%를 초과하면 내부식성이 현저하게 열악화하기 때문에 바람직하지 않다.

또, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti으로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만의 범위를 벗어나면, 역시 상기한 0.2%내력의 값이 200㎫이상을 얻을 수 없고, 또, 내부식성도 열악화되기 때문에 바람직하지 않다.

Al이외의 원소의 합계함유량이 10mass%이상으로 되면 마찬가지로 내부식성이 열악화되기 때문에 바람직하지 않다.

대표적으로는, 하기에 표시한 바와 같은 JISA2219합금이나 JISA6061합금을 예시할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

A2219합금 A6061합금

Si: 0.20이하 Si: 0.40∼0.8

Fe: 0.30이하 Fe: 0.7이하

Cu: 5.8∼6.8 Cu: 0.15∼0.40

Mn: 0.20∼0.40 Mn: 0.25이하

Mg: 0.02이하 Mg: 0.8∼1.2

Zn: 0.10이하 Zn: 0.25이하

Ti: 0.02∼0.10 Ti: 0.25이하

Zr: 0.10∼0.25 Cr: 0.04∼0.35

V: 0.05∼0.15

그외 그외

각각: 0.05이하 각각: 0.05이하

계: 0.15이하 계: 0.15이하

Al: 나머지부 Al: 나머지부

(단위:mass%)

이들 본 발명의 Al합금제 뒤판은, 적당한 조건에 의해 조질(調質)함으로써 0.2%내력이 200㎫이상을 가질 수 있도록 할 수 있다. 최적의 조질조건은 합금조성에 따라서 다르나, 예를 들면, 500∼550℃에서 용체(容體)화처리를 행한 후, 150∼200℃에서 시효처리를 행하는 등의 방법이 가능하다.

또한, 후술하는 바와 같이 타겟과 뒤판을 HIP, 호토프레스, 폭착(explosive cladding) 또는 Hot Roll법등에 의해 고상접합한 후에, 필요에 따라서 시효처리를 실시함으로써 조질이 행하여지는 경우도 있다.

뒤판으로서 0.2% 내력이 200㎫이상의 강도를 가지게 되는 재료를 사용함으로써, 스퍼터시에 스퍼터링타겟/뒤판조립체의 휘어짐을 2㎜이하로 억제하는 일이 가능하다.

상기의 Al합금제 뒤판는, 스퍼터링타겟형상에 맞추어서 원판형상, 각판(角板)형상등으로 가공되나, 그 형상에는 특별히 한정되는 것은 없다.

본 발명에 있어서의 뒤판은 어떠한 재질의 타겟과도 접합가능하나, 고상접합을 전제로해서 생각했을경우에는, Al, Ti, Cu, Ni, Co, Ta, Mo, W, Cr, Si 또는 이들을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진 타겟에 있어서 큰효과를 가지는 것이다. 특히, Al타겟에 대해서는, 타겟재와 뒤판과의 열팽창계수가 근사한 일도 있어, 열팽창계수의 차이에 의한 휘어짐의 문제가 발생하기 어렵기 때문에 매우 유효하다.

본 발명의 뒤판과 스퍼터링타겟과는, 고상접합, 경랍접합, 나사고정등의 기계적접합등의 여러 가지의 방법에 의해 접합되어 조립체로 할 수 있다.

특히 썩알맞는 방법으로서는 고상접합에 의한 접합을 들 수 있다.

고상접합은, 타겟재와 뒤판을 고상상태로 유지한 채, 가열 및 가압조건하에서 접합계면에 원자의 확산을 발생시켜서 타겟재에 결정입자성장등의 악영향을 주는 일없이 접합을 가져오는 방법이다. 타겟재의 종류에 의해서, 필요에 따라서 인서트재의 사용, 또는 고상접합표면에의 밑바탕처리가 행하여진다. 예를 들면, Al타겟의 경우에는 통상, Ag, Cu, Ni 등의 얇은 박을 인서트재로서 사용하거나, 또는 이온플레이팅등의 방법에 의해 Ag등의 박막을 형성하는 밑바탕처리가 행하여지는 일이 있다.

타겟재와 뒤판의 짜맞춤에 의해서 고상접합조건은 다르나, 예를 들면 Al타겟의 경우에는 0.1Torr이하의 진공하에서 온도 150∼300℃, 압력 1.0∼20㎏/㎟의 가압하에서 유지함으로써 고상접합할 수 있다. 또, 필요에 따라서, 상기한 바와 같이 고상접합후, 시효처리를 행함으로써 더 큰강도를 부여하는 것도 가능하다.

이하, 실시예에 의거해서 설명한다.

(실시예 1)

뒤판으로서, 하기의 조성을 가진 Al합금(JISA2219)을 사용해서 직경 540㎜, 두께 13㎜의 원판형상 뒤판을 제작했다.

Si:0.1mass%, Fe:0.2mass%, Cu:6.5mass%, Mn:0.3mass%, Mg:0.01mass%, Zn:0.05mass%, V:0.1mass%, Zr:0.2mass%, Ti:0.08mass%,

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 이 뒤판의 0.2%내력은 270㎫였다.

스퍼터링타겟으로서, Al-0.5%Cu합금에 의해 직경 440㎜, 두께 13㎜의 원판형상스퍼터링타겟을 제작하였다. 스퍼터링타겟의 조성은 하기와 같았다.

Cu:0.5mass%, Si:0.6ppm, Fe:0.2ppm, Cu:0.5ppm, Mn:0.07ppm, Mg:0.8ppm, Cr:0.02ppm, Zn:0.4ppm, V:0.05ppm, Zr:0.04ppm, Ti:0.06ppm,

나머지부: Al 뒤판과 스퍼터링타겟을 0.1Torr이하의 진공하에서 온도 150∼300℃, 압력 1.0∼20㎏/㎟의 가압하에서 유지함으로써 고상접합에 의해서 접합하여 스퍼터링타겟/뒤판조립체를 제작하였다.

(실시예 2)

뒤판으로서, 하기의 조성을 가진 Al합금(JISA6061)을 사용해서 실시예 1과 마찬가지로 스퍼터링타겟/뒤판조립체를 제작하였다.

Si:0.6mass%, Fe:0.5mass%, Cu:0.3mass%, Mn:0.1mass%, Mg:1mass%, Cr:0.2mass%, Zn:0.15mass%, Ti:0.1mass%,

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 이 뒤판의 0.2%내력은 255㎫였다.

(비교예 1)

뒤판으로서, 하기의 조성을 가진 Al합금(JISA5052)을 사용해서, 실시예 1과 마찬가지로 스퍼터링타겟/뒤판조립체를 제작하였다.

Si:0.25mass%, Fe:0.3mass%, Cu:0.05mass%, Mn:0.06mass%, Mg:2.5mass%, Cr: 0.3mass%, Zn:0.07mass%,

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 이 뒤판의 0.2%내력은 87㎫였다.

(비교예 2)

뒤판으로서, 하기의 조성을 가진 Al합금(JISA2219)을 실시예 1과 마찬가지로 스퍼터링타겟/뒤판조립체를 제작하였다.

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 비교예 2의 뒤판은, 실시예 1과 동일한 합금조성을 가진 것이나 조질조건이 다른 것이며, 0.2%내력의 값은 148㎫로 실시예 1에 비해서 약절반정도였다.

(비교예 3)

Al-0.5%Cu합금을 사용해서, 타겟과 뒤판이 일체로된 일체형 스퍼터링타겟을 제작하였다. 이 합금의 상세한 성분조성은 하기와 같다.

Cu:0.5mass%, Si: 0.6ppm, Fe:0.2ppm, Cu: 0.5ppm, Mn:0.07ppm, Mg:0.8ppm, Cr:0.02ppm, Zn:0.4ppm, V:0.05ppm, Zr:0.04ppm, Ti:0.06ppm,

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 이 일체형스퍼터링타겟의 0.2%내력은 31㎫였다.

(비교예 4)

뒤판으로서, 하기의 조성을 가진 Cu-1%Cr합금을 사용해서, 직경 540㎜, 두께 13㎜의 원판형상뒤판을 제작하였다.

Cr:1mass%, Fe:13ppm, Mg:0.8ppm미만, Al:0.59ppm, 그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Cu 이 뒤판의 0.2%내력은 270㎫였다.

스퍼터링타겟으로서, Al-0.5%합금에 의해 직경 440㎜, 두께 13㎜의 원판형상스퍼터링타겟을 제작하였다. 스퍼터링타겟의 조성은 하기와 같았다.

그외: 0.1mass%미만, 나머지부: Al 뒤판과 스퍼터링타겟을 0.1Torr이하의 진공하에서 온도 150∼300℃, 압력 1.0∼20㎏/㎟의 가압하에서 유지함으로써 고상접합에 의해서 접합하여 스퍼터링타겟/뒤판을 제작하였다.

(결과)

실시예 및 비교예의 스퍼터링타겟/뒤판조립체를 스퍼터링장치에 장착하고, 스퍼터파워 20㎾로 12인치 Si기판위에 Al합금박막을 스퍼터성막하는 스퍼터시험을 행하였다. 타겟수명까지 스퍼터시험을 행하였을 경우의 조립체의 휘어짐량을 측정하였다. 또, Si기판위에 성막된 Al합금박막의 시트저항분포를 측정하였다. 각각의 조립체의 뒤판재질조성과 뒤판의 0.2%내력, 휘어짐량 및 조립체중량 및 형성된 박막의 시트저항분포의 불균일을 3σ(σ:시트저항분포의 표준편차)의 결과를 표 1에 표시한다.

실시예 1, 실시예 2의 조립체는 휘어짐량 0.2㎜이하였다. 이에 대해서 비교예 1, 비교예 2의 조립체 및 비교예 3의 일체형타겟의 경우에는 모두 휘어짐량이 컸다. 비교예 4의 조립체는, Cu합금제 뒤판을 사용했기 때문에 휘어짐량은 작았으나, 조립체중량이 본 발명에 비해서 2배이상이나 있어, 취급의 점에서 문제가 있었다.

형성된 박막의 시트저항분포의 결과로부터, 본 발명의 실시예 1, 실시예 2에서는 균일한 박막을 얻는 일이 가능했다. 이에 대해서, 비교예 3, 비교예 4의 경우에는 막의 균일성은 양호하지 않았다.

본 발명의 Cu를 0.1mass%이상 함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, 나머지부Al인 Al-Cu합금으로 이루어지고, 0.2%내력이 200㎫이상을 가진 뒤판과 고상접해서 얻게된 스퍼터링타겟/뒤판조립체는, 휘어짐량이 0.2㎜이하로 극히 작기 때문에, 스퍼터링시에 형성되는 박막의 균일성에 뛰어나있다. 또, 조립체중량도Cu합금제 뒤판을 사용했을 경우에 비해서 절반이하이고 취급이 용이하다.

Claims

0.2%내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟용 뒤판.
제 1항에 있어서, Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부 Al인 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼티링타겟용 뒤판.
스퍼터링타겟과 뒤판을 접합시켜서 이루어진 스퍼터링타겟/뒤판조립체에 있어서, 뒤판이, 0.2내력이 200㎫이상을 가진 Al합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟/뒤판조립체.
제 3항에 있어서, 뒤판이, Cu를 0.1∼7mass%함유하고, Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Cr, V, Zr, Ti로부터 선택되는 성분의 합계함유량이 1mass%이상 10mass%미만, Al이외의 원소의 합계함유량 10mass%미만, 나머지부Al인 Al합금으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 스퍼터링타겟/뒤판조립체.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 스퍼터링타겟과 뒤판이 고상접합된 것임을 특징으로 하는 스퍼터링타겟/뒤판조립체.
제 3항∼제 5항에 있어서, 스퍼터링타겟이 Al, Ti, Cu, Ni, Co, Ta, Mo, W, Cr, Si 또는 이들을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링타겟/뒤판조립체.