KR20060054074A - 알루미늄-네오디뮴 합금 스퍼터링용 적층체 - Google Patents

알루미늄-네오디뮴 합금 스퍼터링용 적층체 Download PDF

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Abstract

결합 또는 성막으로 인한 휨을 감소시키고 장기간에 걸쳐 성막을 안정되게 실시하기 위해, Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체는 0.1 내지 3원자%의 Nd 함량을 갖는 알루미늄 합금을 함유하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟, 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하고, 여기서 상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟의 25℃ 내지 100℃에서의 평균 선팽창 계수 A와 상기 백킹 플레이트의 25℃ 내지 100℃에서의 평균 선팽창 계수 B는 하기 수학식 1을 만족시킨다:
수학식 1
Figure 112005058837459-PAT00001

Description

알루미늄-네오디뮴 합금 스퍼터링용 적층체{ASSEMBLY FOR SPUTTERING ALUMINUM-NEODYMIUM ALLOYS}
도 1은 적층체의 휨의 양상을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 실시예의 결합 테스트에서 적층체의 휨의 측정 위치를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체로서, 결합 또는 Al-Nd 합금 박막의 성막(스퍼터링)에 기인하는 휨을 감소시킴으로써 장기간에 걸쳐 성막 조업을 안정되게 할 수 있는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체에 관한 것이다.
스퍼터링법은 텔레비전 세트, 노트북 컴퓨터, 및 기타 모니터에 사용하기 위한 액정 패널 및 유기 전기발광(EL) 패널을 구성하는 박막, 및 광기록 및 반도체 분야에 사용하기 위한 배선막의 형성에 일반적으로 채용된다. 스퍼터링법에서, 기판과 피막 재료인 타겟 사이에 플라즈마 방전을 일으키고, 플라즈마 방전에 의해 이온화된 기체를 타겟에 충돌시킴으로써 원자를 타겟으로부터 때려 내고, 상기 원자는 기판 상에 퇴적됨으로써 박막이 제조된다. 이 방법은 진공 증착 및 아크 이온 플레이팅(AIP)과는 달리 타겟과 동일한 조성의 박막을 형성할 수 있다는 이점이 있다.
스퍼터링법에는 예를 들어 장방형 또는 원반형의 평판상 타겟이 일반적으로 사용된다. 상기 타겟은 일반적으로 타겟을 냉각 및/또는 지지하기 위한 백킹 플레이트(일명 냉각판 또는 지지체)에 납땜된다.
일반적으로, 성막시에 가열된 타겟의 냉각을 위해 높은 열전도율을 특징으로 하는 구리 또는 구리 합금 백킹 플레이트가 백킹 플레이트로서 사용된다. 타겟은 종종 백킹 플레이트와는 상이한, 형성될 박막에 대응하는 금속 재료, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, Mo, Ta 또는 Ti를 포함한다.
그러나, 이렇게 상이한 금속 재료를 포함하는 부재를 납땜하여 얻어지는 적층체는, 도 1에 나타내는 바와 같이 휨이 생기기 쉬워 교정이 필요해진다. 또한 이렇게 교정된 적층체를 이용하여 성막을 하는 경우에도, 가열과 냉각이 반복되기 때문에 또다시 휨이 생긴다. 따라서, 성막시에, 적층체의 휨의 발생 및 교정을 몇 번이나 반복할 필요가 있어, 조업이 번잡해진다. 또한, 타겟(1)과 백킹 플레이트(2) 사이에 배치된 납땜 금속(3)에 균열이 생겨, 타겟(1)이 소모하기 전에 타겟(1)과 백킹 플레이트(2)가 분리된다. 따라서, 반복 성막할 수 없게 된다.
타겟과 백킹 플레이트(지지체)간의 납땜 문제의 가능한 해결 방법으로서, 예컨대 일본 특허 공개 2003-183822호에는, 본딩재를 개재시켜 접합된 타겟재와 백킹 플레이트를 포함하되, 상기 백킹 플레이트는 본딩재용의 요함부(凹陷部)를 갖고, 상기 요함부는 그의 외주벽에 상기 요함부와 연통하는 연통 홈부를 갖는 스퍼터링 타겟이 개시되어 있다. 상기 문헌은 이러한 구조에서는 본딩재가 응고 수축하는 경우에도 타겟재의 휨이 발생하지 않는다고 언급한다. 그러나 상기 기술은, 본딩부(납땜 금속)의 박리 방지를 목적으로 하지 않으며, 복잡한 형상의 백킹 플레이트를 사용해야 한다.
일본 특허 공개 제 1996-246144호에는 스퍼터링 타겟보다도 열팽창율이 큰 판재와 작은 판재를 백킹 플레이트의 한 면에 각각 배치하여 백킹 플레이트가 가운데 끼도록 일체화함으로써 타겟의 휨 및 균열, 납땜부의 박리를 방지하기 위한 기술이 제안되어 있다. 이는 온도 변화에 의한 백킹 플레이트의 휨을 방지하고, 또한 지지될 타겟과 동등한 열팽창 특성을 스퍼터링 타겟에 부여한다. 그러나, 상기 기술도, 백킹 플레이트의 구조가 복잡하게 된다는 결점이 있다.
일본 특허 공개 제 1998-046327호에는, 두 부재 사이의 선팽창률 차이를 단축하기 위해 타겟과 백킹 플레이트를 Al 합금으로 형성하는 것이 제안되어 있다. 그러나 상기 기술에 따른 타겟과 백킹 플레이트의 조합물은, 타겟으로서 Al-Nd 합금이 사용되는 경우에, 열팽창률의 차이가 충분하고 확실하게 단축되지 않아, 상기 납땜 금속의 균열을 억제하지 못한다.
이러한 상황 아래서, 본 발명의 목적은 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체로서, 결합 및/또는 Al-Nd 합금 박막의 성막(스퍼터링)에 기인한 응력을 감소시켜 휨의 교정을 생략함으로써 장기간에 걸쳐 성막 조업을 안정되게 실시할 수 있는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체를 제공하는 것이다.
구체적으로는, 본 발명은 Nd 0.1 내지 3원자%를 함유하는 알루미늄 합금을 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟, 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체로서, 상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟의 25℃ 내지 100℃에서의 평균 선팽창 계수 A와, 상기 백킹 플레이트의 25℃ 내지 100℃에서의 평균 선팽창 계수 B가 하기 수학식 1을 만족시키는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체를 제공한다:
Figure 112005058837459-PAT00002
평균 선팽창 계수는 리가쿠 코포레이션(Rigaku Corporation)제 시험 장치 써모플렉스(Thermoflex) TMA 8140을 이용하여, 일본 공업 규격(JIS) K 7197 "플라스틱의 열기계 분석에 의한 선팽창율 시험 방법"에 규정된 대로 측정한다.
상기 적층체를 구성하는 백킹 플레이트는 바람직하게는 알루미늄 합금을 함 유하고, 그 중에서도 JIS A 5052 또는 A 6061의 알루미늄 합금이 특히 바람직하다.
백킹 플레이트는 전형적으로 바람직하게는 상기 수학식 1을 용이하게 달성할 수 있도록 상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟과 동일한 알루미늄 합금을 함유한다.
Nd를 함유하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 본 발명에 따른 적층체는 결합 또는 Al-Nd 합금 박막 성막(스퍼터링) 시에 발생하는 휨이 감소되어, 휨의 교정을 생략할 수 있고, 타겟과 백킹 플레이트를 결합하기 위한 납땜 금속의 균열이 감소되어 장기간에 걸쳐 성막 조업을 안정되게 실시할 수 있다.
본 발명의 추가의 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조한 바람직한 실시양태에 관한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명자들은, 결합시나 성막시의 가열과 그 후의 냉각으로 인해 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟 및 상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 적층체(이하, 간단히 "적층체"라 지칭한다)에 휨이 생기는 것을 억제하여, 상기 휨의 교정을 생략할 수 있으며, 또한 휨의 발생과 교정의 반복에 기인하는 타겟과 백킹 플레이트 사이의 납땜 금속의 균열을 억제하여, 장기간에 걸쳐 안정되게 성막 조업을 실시할 수 있는 적층체를 실현하기 위해 예의 연구를 실시했다.
그 결과, Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟이 25 내지 100℃의 온도에서 평균 선팽창 계수 A를 갖고, 백킹 플레이트가 25 내지 100℃의 온도에서 평균 선팽창 계수 B를 가지며, B와 A의 차이가, 다음 수학식 1로 나타내는 바와 같이, 상기 A에 대하여 15% 이하가 되도록 하면 바람직하다는 것을 발견하여 본 발명을 도출했다.
수학식 1
Figure 112005058837459-PAT00003
본 발명에 따른 적층체는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟재와 지지체의 25 내지 100℃의 온도에서의 평균 선팽창 계수가 상기 수학식 1을 만족시키기만 하면 된다. 예를 들어 백킹 플레이트의 재질 및 기타 구성은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 상기 수학식 1을 만족시키는 적층체를 효율적으로 얻기 위해서는, 사용하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟에 따라 백킹 플레이트의 평균 선팽창 계수를 제어하는 것이 유효하다. 백킹 플레이트는 바람직하게는 Al 합금을 포함한다. 상기 알루미늄 합금으로서는, 기존품의 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 이용할 수 있고, 그 중에서도 JIS A 5000 또는 A 6000번계의 알루미늄 합금으로 이루어진 것이 적합하게 사용되며, 특히, A 5052 또는 A 6061의 알루미늄 합금으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트의 25 내지 100℃ 온도에서의 평균 선팽창 계수의 차이를 작게 한다고 하는 관점에서는, 상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트 모두가 동일한 알루미늄 합금을 포함하는 적층체가 특히 바람직하다.
상기 알루미늄 합금은 열전도율이 종래 사용되어 온 Cu계 재료보다 작지만, 납땜된 타겟을 냉각하는 기능은 충분히 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 적층체를 구성하는 백킹 플레이트는 타겟을 냉각하는 내부 구조를 가질 수 있다. 상기 냉각 구조는 일반적으로 채용되는 구조일 수 있다. 일례로서, 백킹 플레이트를 구성하는 두 부재를, 예컨대 용접, 마찰 압접 또는 확산 접합에 의해 접합하여, 백킹 플레이트 내부에 냉매 유로를 형성하는 것을 들 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 전원 등의 설비 또는 성막 장치에의 설치 부품 등이 백킹 플레이트에 장착될 수 있다.
상기 적층체를 구성하는 0.1 내지 3원자%의 Nd를 함유하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟은 예컨대 진공 용해-주조법, 스프레이 포밍법 또는 분말 소결법으로 제조할 수 있지만, 그 중에서도 스프레이 포밍법으로 제조된 것이 권장된다. 스프레이 포밍법으로 제조하면, 합금 원소가 포함되는 경우라도 모상(母相)인 알루미늄 중에 균일하게 고용 또는 분산되어 재질이 균일한 것이 얻어지기 때문이다.
스퍼터링 타겟을 상기 스프레이 포밍법으로 제조하는 경우에는, 예컨대, 직경 수 mm의 노즐로부터 용해된 재료를 적하시키고, 그 적하 도중에 예컨대 N2 가스를 내뿜어 재료를 분말화시켜, 상기 분말상의 재료가 완전히 응고하지 않는 동안에 프리폼(preform)이라고 불리는 밀도 약 50 내지 60%의 중간 소재를 성형한다. 그리고 상기 중간 소재를 고온 등방압 가압(hot isostatic pressing; HIP) 장치로 치밀화한 후, 단조하여 판상의 금속재로 하고, 판두께가 거의 타겟과 같은 정도로 되도록 압연하는 방법을 들 수 있다. 상기 HIP, 단조, 압연 등의 그 밖의 제조 공정의 조건에 관해서는 통상적 또는 일반적 조건을 채용할 수 있다.
본 발명에 따른 적층체는, 상기 스퍼터링 타겟이 상기 백킹 플레이트의 평면에 납땜된 상태로 성막에 제공된다. 납땜 금속 및 납땜 방법은 본원에서 특별히 한정되지 않고, 통상적 또는 일반적 재료나 방법을 채용할 수 있다. 상기 적층체는 납땜 금속으로서 예컨대 인듐, 납-주석 땜납, 주석-아연 땜납 등의 일반적인 납땜 금속을 사용한 경우에도 성막을 양호하게 반복할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 적층체는, 그 형상이나 크기가 특별히 한정되지 않고, 타겟의 형상이나 크기에 따라 사변형상, 원반상 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 본 발명은 바람직하게는 타겟을 접합하는 납땜 부분이 0.25 m2 이상 차지하는 대형의 적층체에 적용할 수 있다. 이는 상기 납땜 금속의 균열 등의 결함은 적층체의 크기가 클수록 현저해지기 때문이다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위는 하등 하기 실시예에 의해 제한되지 않는다. 이러한 실시예에 대한 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 임의의 변경은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Al-2 at% Nd 스퍼터링 타겟(길이: 400 mm, 폭: 500 mm) 및 표 1에 열거되는 다양한 종류의 재료를 포함하는 일련의 백킹 플레이트(냉각판)(길이: 420 mm, 폭: 520 mm)를 사용했다. 상기 Al-2 at% Nd 스퍼터링 타겟 및 백킹 플레이트의 25 내지 100℃의 온도에서의 평균 선팽창 계수를, 리가쿠 코포레이션제 시험 장치 써모플렉스 TMA 8140을 사용하여 JIS K7197 "플라스틱의 열기계 분석에 의한 선팽창율 시험 방법"에 규정된 대로 측정했다. 상기 타겟의 25 내지 100℃의 온도에서의 평균 선팽창 계수 A와 상기 지지체의 25 내지 100℃의 온도에서의 평균 선팽창 계수 B로부터 비율 (B-A)/A를 구했다. 그 결과를 표 1에 병기한다.
Figure 112005058837459-PAT00004
표 1로부터, No.1 내지 3은 Al-Nd 합금 타겟과 백킹 플레이트(냉각판)의 평균 선팽창 계수의 관계가 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시킴을 알 수 있다. 반대로, No.3은 상기 요건을 만족시키지 않고, Al-Nd 합금 타겟과 백킹 플레이트(냉각판)의 평균 선팽창 계수의 차이가 큰 것을 알 수 있다.
다음으로 상기 표 1에 열거된 Al-Nd 합금 타겟과 백킹 플레이트(냉각판)를 결합시켜 일련의 적층체를 제조하고, 상기 적층체의 휨 정도를 조사했다. 구체적으로는, 납땜 금속으로서 주석-아연 땜납을 이용하여, 250℃로 가열하여 표 1의 타겟과 백킹 플레이트를 결합시키고, 수득된 적층체의 휨을 도 2에 나타내는 위치에서 측정했다. 그 결과를 또한 표 1에 병기한다. 표 1 중의 측정 위치, 예컨대 L1 및 L2는 도 2에서의 측정 위치를 나타낸다.
표 1은, 본 발명의 요건을 만족시키는 백킹 플레이트와 조합된 Al-Nd 합금 타겟을 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체인 No.1-3은 결합 후의 휨이 작아 교정할 필요가 없지만, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 No.4의 적층체는, 결합 후의 휨이 커서 교정할 필요가 있음을 보여준다.
본 발명을 현재 바람직한 실시양태라 생각되는 것을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시양태에 한정되지 않는다고 이해되어야 한다. 역으로, 본 발명은 특허청구범위의 의의 및 범위 내에 포함되는 다양한 변경 및 동등한 배치를 망라하도록 의도된다. 하기 청구의 범위는 이러한 모든 변경 및 동등한 구조 및 기능을 포괄하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 적층체는 결합 또는 Al-Nd 합금 박막 성막(스퍼터링) 시에 발생하는 휨이 감소되어, 휨의 교정을 생략할 수 있고, 타겟과 백킹 플레이트를 결합하기 위한 납땜 금속의 균열이 감소되어 장기간에 걸쳐 성막 조업을 안정되게 실 시할 수 있다.

Claims (4)

  1. Nd 0.1 내지 3원자%를 함유하는 알루미늄 합금을 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟; 및
    상기 타겟에 납땜된 백킹 플레이트를 포함하는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체로서,
    상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟의 25℃ 내지 100℃에서의 평균 선팽창 계수 A와, 상기 백킹 플레이트의 25℃ 내지 100℃의 온도에서의 평균 선팽창 계수 B가 하기 수학식 1을 만족시키는 Al-Nd 합금 스퍼터링용 적층체:
    수학식 1
    Figure 112005058837459-PAT00005
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트가 알루미늄 합금을 포함하는 적층체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트가 일본 공업 규격(JIS) A 5052 또는 A 6061의 알루미늄 합금을 포함하는 적층체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트가 상기 Al-Nd 합금 스퍼터링 타겟과 동일한 알루미늄 합금을 포함하는 적층체.
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