KR20060131625A

KR20060131625A - 스퍼터링 타깃 제조용 땜납 합금 및 이것을 이용한스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR20060131625A
Application number: KR1020060048584A
Authority: KR
Inventors: 나오키 오노; 타이조 모리나카
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-20
Also published as: CN1880492A; CN100590213C; KR100785208B1; TW200643193A; TWI321159B

Abstract

본 발명의 땜납 합금은, 스퍼터링 타깃 제조시에 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트(backing plate)의 접합에 이용되는 땜납 합금으로서, Zn을 3∼9중량% 포함하고, 잔부가 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 땜납 합금에 따르면, 고온시에도 높은 접합 강도를 갖는 접합재층을 형성할 수 있기 때문에, 가혹한 스퍼터링 조건하에서도 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리되는 것을 방지할 수 있고, 또한 접합시에서의 배킹 플레이트의 Cu 침식량을 현저하게 저감하여, 이 배킹 플레이트의 반복 사용에 의한 강도 열화를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 땜납 합금에 따르면, 라이닝막 불필요해질 정도로 타깃재와의 젖음성이 우수하기 때문에, 라이닝막의 제작에 필요한 장치와 공정을 생략할 수 있어, 스퍼터링 타깃의 생산성을 큰 폭으로 향상할 수 있다.

Description

스퍼터링 타깃 제조용 땜납 합금 및 이것을 이용한 스퍼터링 타깃{Solder Alloy for Manufacturing Sputtering Target and Sputtering Target Using the same}

본 발명은, 스퍼터링 타깃 제조용 땜납 합금 및 이것을 이용한 스퍼터링 타깃에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은, 타깃재와 배킹 플레이트(backing plate)를 접합하여 스퍼터링 타깃을 제조할 때에 이용되어, 고온시에 있어서도 접합 강도가 높고, 또한 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트에 대한 침식이 지극히 미량인, 땜납 합금 및 이것을 이용하여 제조된 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

종래, 박막 형성법의 하나로서 스퍼터링법이 알려져 있다.

스퍼터링에 이용되는 타깃재는, 스퍼터링 시에 이온 등의 고에너지 입자에 의한 충격을 계속 받기 때문에, 열이 내부에 축적되어 고온이 된다. 이 때문에 열전도성이 좋은 재료, 통상, Cu나 Cu 합금으로 이루어지는 배킹 플레이트(backing plate)라고 불리는 냉각판을 타깃재에 접합하고, 이 배킹 플레이트를 냉각함으로써 타깃재의 열을 빠져나가게 하고 있다.

타깃재와 배킹 플레이트의 접합은 접합재를 개재하여 이루어지거나, 확산 접 합에 의해 이루어지고 있지만, 전자의 접합재를 사용하는 방법이 보다 일반적이다.

접합재로서는, 종래, 저융점인 In이나 In을 주성분으로 하는 In 합금이 널리 이용되어 왔다(특허 문헌 1 참조).

그러나, In이나 In 합금으로 이루어지는 접합재에서는, 최근의 플랫 패널 디스플레이 업계에서의 유리 기판의 대형화의 요청에 수반하는 타깃재의 대면적화 및 후형(厚型)화에 대응할 수 없는 문제가 있다. 구체적으로는, 타깃재의 대면적화에 기인하는 타깃재 자신의 휘어짐에 의해, 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리되는 문제, 또한 스퍼터링시의 투입 전력 밀도 증가에 기인하는 타깃재의 온도 상승 및 타깃재의 후형화에 기인하는 스퍼터링시의 냉각 효율의 악화 등에 의해 접합재층이 고온이 되었을 때에, 접합재의 접합 강도 부족에 의해 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리되는 문제가 발생하고 있다. 또한 In은 가격이 급등하고 있기 때문에 비용면에서 불리하다는 문제도 있다.

이러한 문제에 대하여, 순Sn을 접합재로서 이용하여 접합하는 방법이 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, 순Sn은 배킹 플레이트재인 Cu 혹은 Cu 합금과 반응하여, 배킹 플레이트를 침식한다.

일반적으로, 배킹 플레이트는 접합되어 있던 사용이 끝난 타깃재를 벗겨내고, 신품의 타깃재를 접합하여 반복 사용되지만, 접합할 때마다 배킹 플레이트가 침식되면, 배킹 플레이트의 두께는 서서히 얇아져 그 자체의 강도가 약해진다. 그 결과, 강도 저하에 의한 휘어짐이 야기되어, 최종적으로는 접합한 타깃재의 휘어짐이나 깨짐이라는 문제가 발생한다. 또한, 배킹 플레이트는 그 내부에 냉각수로를 마련하고 있는 것이 많기 때문에, 강도 저하나 휘어짐에 의한 누수의 우려도 있다.

이러한 배킹 플레이트의 침식 문제에 대하여, 배킹 플레이트를 Ni 도금하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법도 도금한 Ni가 침식되기 때문에, 배킹 플레이트를 반복하여 사용하려면 정기적으로 Ni 도금을 실시할 필요가 있어, 생산 효율이나 비용면에서 바람직한 해결법이라고는 할 수 없다.

또한 특허 문헌 2에는, In(30∼60중량%)-Sn(30∼60중량%)-Zn(0.1∼10중량%)으로 이루어지는, 땜납 합금을 이용하여 접합된 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다. 그러나, 이와 같이 In을 27중량% 이상 포함하면, 금속간 화합물인 β-In₃Sn이 생성되어 저융점화하기 때문에, 고온시의 접합 강도 부족을 초래하여, 타깃재와 배킹 플레이트의 박리 문제를 해결할 수 없다.

특허 문헌 3에는, 타깃재와 크롬동제의 배킹 플레이트 사이에 2층의 접합재층이 형성된 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다. 이 중에서, 타깃재와 접촉하는 제1 접합재층의 접합재로서 Sn(90∼70중량%)-Zn(10∼30중량%) 합금이 기재되고, 배킹 플레이트와 접촉하는 제2 접합재층의 접합재로서 In-Au-Sn 합금이 기재되어 있다. 그러나, 제1 접합재는 Zn을 다량으로 포함하고 있기 때문에, 산화물이 생성되기 쉬워 접합 강도가 저하한다는 문제가 있고, 게다가, 제2 접합재가 Pb를 1000ppm 이상 포함하고 있어 환경에 미치는 영향이 크고, RoHS 명령 등의 법규제에도 위반하기 때문에, 실제로는 사용할 수 없다.

특허 문헌 4에는, 박리가 생기기 어려운 스퍼터링 타깃의 제공을 목적으로 하여, Al계 타깃과 Al계 배킹 플레이트를 Sn-Pb-Ag 땜납 합금으로 접합한 스퍼터링 타깃이 기재되어 있다. 그러나, 이 땜납 합금은 Pb를 1000ppm 이상 포함하고 있기 때문에, 상기와 동일한 이유로 실제로는 사용할 수 없다.

특허 문헌 5에는, Al(0.01∼3.0중량%)-In(0.1∼50중량%)-Ag(0.1∼6.0중량%)-Cu(0∼6.0중량%)-Zn(O∼10.0중량%)-Sn(잔부)으로 이루어지는, 납프리 땜납이 기재되어 있다. 이와 같이 프린트 기판 용도 등의 전자 부품용 납프리 땜납으로서는, 다원계(3원계, 4원계, 또 5원계 이상) 합금이 일반적으로 사용되고 있지만, 다원소를 조합(調合)할 필요가 있을 뿐만 아니라 설비비 등의 비용이 든다. 예를 들어, 특허 문헌 5의 경우에는, 융점이 962℃인 Ag를 편석(偏析) 없이 용해하기 위한 고온로 등의 설비나 Ag 원료비가 필요하다. 또한, 이들 땜납 합금을 대면적(예를 들면 1.5m각 이상)의 타깃재를 접합하기 위한 접합재로서 사용했을 경우에는, 접합면 내에서의 땜납의 조성 편석, 강도 편차가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 땜납 합금의 Ag나 In의 함유량에 따라서는, Ag와 배킹 플레이트에 포함되는 Cu가 반응하여 금속간 화합물을 생성하여 접합 강도가 저하하거나, In과 Sn이 반응하여 금속간 화합물(예를 들면 β-In₃Sn)을 생성하여 저융점화하여 고온시의 접합 강도가 부족하여, 타깃재와 배킹 플레이트의 박리 문제를 해결할 수 없다.

특허 문헌 6에는, 프린트 기판 용도 등의 전자 부품용 납프리 땜납으로서, Sn-Zn(9중량%) 합금이 알려져 있는 것이 기재되고, 또한 Zn(3∼5중량%)-Bi(10∼23중량%)-Sn(잔부)으로 이루어지는 땜납 합금이 제안되어 있다. 그러나, 이것들은, 프린트 기판 용도 등의 전자 부품용 납프리 땜납으로서, 스퍼터링 타깃 제조에 이용되는 접합재에 대한 기재는 존재하지 않는다. 또한, 후자의 양의 Bi를 첨가하면, 땜납의 융점이 현저하게 저하하여 고온시의 접합 강도가 부족하기 때문에, 타깃재와 배킹 플레이트의 박리라는 문제를 해결할 수 없다.

특허 문헌 7에는, Sn(85∼92중량%)-Ag(1∼6중량%)-In(4∼10중량%)으로 이루어지는 납프리 땜납 합금이, 또한 특허 문헌 8에는, Sn(92∼97중량%)-Ag(3∼6중량%)-Cu(0.1∼2.0중량%)로 이루어지는 납프리 땜납 합금이 기재되어 있다. 그러나, 이와 같이 Zn을 포함하지 않는 조성으로는, Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트의 침식이라는 문제를 해결할 수 없다. 또한 상기 조성에서는, Ag를 2000ppm 이상 포함하기 때문에, Ag와 배킹 플레이트에 포함되는 Cu가 반응하여 금속간 화합물을 생성하여, 접합 강도가 저하할 우려도 있다.

특허 문헌 9에는, Sn(91.2중량%)-Zn(8.8중량%)의 납프리 땜납이 알려져 있다고 기재되어 있지만, 이것은 광학 장치 및 마이크로 일렉트로닉스 장치의 납땜에 사용되는 납프리 땜납으로서, 스퍼터링 타깃 제조에 이용되는 접합재에 대한 기재는 존재하지 않는다.

특허 문헌 10에는, 스퍼터링 타깃의 제조시에, 타깃재가 Cu 등으로 제작된 배킹 플레이트에 저융점 납재(Sn-Zn 땜납 등)로 접합되는 것이 기재되어 있다. 그러나, Sn-Zn 땜납의 구체적인 조성에 대해서는 조금도 기재되어 있지 않다.

또한, 종래, 타깃재와 접합재의 젖음성이 나쁜 경우에는, 타깃재의 접합면에 라이닝막이라고 불리는 Cu막이나 Ni-Cu 합금막을 스퍼터나 증착에 의해 성막하여, 젖음성을 확보하는 수법이 취해지고 있었지만, 이러한 방법에서는 성막 장치가 필요하여 비용이 들뿐만 아니라, 공정 수가 증가하기 때문에 생산성이 저하한다는 문제가 있었다.

<종래기술의 문헌 정보>

[특허 문헌 1] 일본 특허공개 평7-48667호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허공개 평7-227690호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허공개 평8-269704호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허공개 평10-46327호 공보

[특허 문헌 5] 일본 특허공개 2000-141078호 공보

[특허 문헌 6] 일본 특허공개 평8-164495호 공보

[특허 문헌 7] 일본 특허공개 평8-187591호 공보

[특허 문헌 8] 일본 특허공개 평9-326554호 공보

[특허 문헌 9] 일본 특허공개 평8-118067호 공보

[특허 문헌 10] 일본 특허공개 2001-340959호 공보

본 발명은, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 접합하여 스퍼터링 타깃을 제조할 때에 이용되며, 고온시에도 접합 강도가 높고, 또한 접합에 의한 배킹 플레이트의 침식이 지극히 미량인, 땜납 합금 및 이것을 이용하여 제조된 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

또한 본 발명은, 라이닝막이 불필요해질 정도로 타깃재와의 젖음성이 뛰어 난, 땜납 합금 및 이것을 이용하여 제조된 스퍼터링 타깃을 제공하는 것도 과제로 하고 있다.

본 발명자들은 상기 실정을 감안하여 예의 검토한 결과, Sn을 주성분으로 하여 특정량의 Zn을 포함하는 2원계의 땜납 합금을, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 접합하기 위한 접합재로서 이용하면, 가혹한 스퍼터링 조건하에서 접합재층의 온도가 상승했을 경우에도, 접합 강도를 높게 유지하여 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리하는 것을 방지할 수 있다는 것, 또한 이 땜납 합금에 의하면 배킹 플레이트의 침식량을 현저하게 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 타깃재와의 젖음성도 향상될 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 다음과 같다.

본 발명에 따른 땜납 합금은, 스퍼터링 타깃 제조시에 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트의 접합에 이용되는 땜납 합금으로서, Zn을 3∼9중량% 포함하고, 잔부가 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에서는, 상기 타깃재는 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 스퍼터링 타깃은, 상기 땜납 합금을 이용하여, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 접합하여 얻어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.

〈스퍼터링 타깃 제조용 땜납 합금〉

본 발명의 땜납 합금은, 스퍼터링 타깃의 제조시에 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트의 접합에 이용되는 접합재로서, Zn을 3∼9중량%의 양으로 포함하고, 잔부가 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서, 불가피한 불순물이란, 합금에 불가피하게 포함되는 극히 미량의, Zn 및 Sn 이외의 다른 원소를 의미한다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 땜납 합금은, 실질적으로는 Sn과 Zn으로 이루어진다.

이 땜납 합금은, Sn을 주성분으로서 함유하고 있기 때문에, 고온시에 있어서도 높은 접합 강도를 유지할 수 있다. 구체적으로는, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 이 땜납 합금을 이용하여 접합하였을 경우의 150℃에서의 접합 강도는 2.5kgf/㎟ 이상, 바람직하게는 3.0kgf/㎟ 이상에 이를 수 있다. 또한, 이 경우, 접합 강도의 상한치는 특별히 한정되지 않는다. 이 땜납 합금은, 이와 같이 고온시의 접합 강도가 높기 때문에, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 이 땜납 합금을 이용하여 접합한 다음, 가혹한 스퍼터링 조건하에서 접합재층의 온도가 상승한 경우에도, 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리하는 것을 방지할 수 있다.

또한 이 땜납 합금은, Zn을 상기 특정의 범위내의 양으로 함유하고 있기 때문에, 땜납 합금 중의 Sn과 배킹 플레이트를 구성하는 주요한 원소인 Cu의 반응을 억제하여, 접합시에서의 배킹 플레이트의 침식량을 현저하게 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 땜납 합금의 융점을 바람직한 범위로 조절할 수 있고, 또한 타깃재와의 젖 음성도 향상시킬 수 있다.

이 땜납 합금의 Zn의 함유량이 상기 하한치 미만이면, 접합시에 배킹 플레이트의 Cu의 침식량이 많아질 수 있어, 타깃재, 특히 Al제 타깃재와의 젖음성이 저하하는 경향이 있다. 한편, Zn의 함유량이 상기 상한치를 넘으면, 산화물이 생성되기 쉬워져, 접합 강도가 저하하는 경향이 있다.

본 발명의 땜납 합금을 접합재로서 적용할 수 있는 배킹 플레이트의 재질로서는, 이 땜납 합금과의 젖음성이 좋고 접합 강도가 특히 높아지는 점에서, Cu 및 Cu 합금이 바람직하고, Cu가 보다 바람직하다. Cu 합금으로서는, 크롬동 등의 Cu를 주성분으로 하는 합금을 들 수 있다. 본 발명의 땜납 합금에 따르면, 상기 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트와 타깃재를 땜납 합금으로 접합할 때의, 배킹 플레이트의 Cu의 침식량을 현저하게 저감할 수 있기 때문에, 이 배킹 플레이트의 반복 사용에 의한 강도 열화를 방지할 수 있다.

상기 땜납 합금의 융점은, 198∼220℃인 것이 바람직하다(한편, Sn-Zn 합금의 공정점(共晶点)은 198℃임). 땜납 합금의 융점이 220℃를 넘으면, 땜납 합금 및 배킹 플레이트의 산화가 촉진되어 접합 강도가 저하할 우려가 있고, 또한, 고온이기 때문에 작업성을 확보할 수 없어 생산성이나 수율이 저하한다.

본 발명의 땜납 합금을 접합재로서 적용할 수 있는 타깃재의 재질로서는, 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는, Al, Ti, Mo, Ta, Nb, Cu, Cr, Ag 중 어느 1종의 금속 또는 Si, 혹은 이들의 적어도 1종을 주성분으로서 함유하는 합금을 들 수 있다.

상기 합금으로서는, 예를 들면, Al-Ni 합금, Al-Nd 합금, Al-Cu 합금, Al-Ti 합금 등의 Al 합금; Ti-W 합금 등의 Ti 합금; Mo-W 합금 등의 Mo 합금; Ag-Pd 합금, Ag-Au 합금 등의 Ag 합금; Cu-Ni 합금 등의 Cu 합금; Cr-Ni 합금 등의 Cr 합금 등을 들 수 있다. 이들 합금 조성은, 스퍼터링에 의해 얻고자 하는 박막의 조성에 따라, 적절하게 결정할 수 있고 특별히 제한되지 않는다.

이들 중, 스퍼터링에 의해 대전력을 투입했을 때에 온도가 상승하기 쉬워, 본 발명의 효과가 보다 유효하게 발휘될 수 있다는 점에서는, Al 타깃재 혹은 Al 합금 타깃재를 바람직하게 들 수 있다. 일반적으로, 이러한 Al 또는 Al 합금제 타깃재의 접합에 In이나 Sn을 접합재로서 사용하는 경우에는, 타깃재와의 젖음성이 나쁘기 때문에, 타깃재의 접합면에 라이닝막이라 불리는 Cu막이나 Ni-Cu 합금막을 스퍼터나 증착에 의해 성막하여, 젖음성을 확보하는 수법이 채용되어 왔다. 그러나, 이러한 방법은, 성막 장치가 필요하여 비용이 들뿐만 아니라, 공정이 증가하기 때문에 생산성이 저하하기 때문에 바람직한 방법은 아니다.

이에 비하여, 본 발명의 땜납 합금은, Al 또는 Al 합금제 타깃재를 접합하는 경우에도 젖음성이 좋기 때문에, 상기 라이닝막을 형성할 필요는 특별히 없고, 코스트 다운 및 생산성의 향상에 이바지할 수가 있다.

본 발명의 땜납 합금은, 전술한 각 성분을 상기의 양으로 포함하도록, 공지의 방법으로 계량, 첨가, 교반, 혼합, 가열, 용융, 냉각 등을 함으로써 얻을 수 있고, 그 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다.

〈스퍼터링 타깃〉

본 발명의 스퍼터링 타깃은, 전술한 타깃재와 배킹 플레이트를, 통상의 방법으로, 본 발명의 땜납 합금으로부터 형성되는 접합재층을 개재하여 접합함으로써 제조할 수 있다.

상기 타깃재 및 배킹 플레이트의 형상은, 이들의 접합면이 실질적으로 평행하면 되며, 그 자체의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 땜납 합금과의 젖음성을 보다 향상시키기 위해, 필요에 따라, 상기 타깃재의 접합면에 공지의 수법에 의해 조면화 처리를 실시하여도 된다.

구체적으로는, 예를 들면, 상기 타깃재의 접합면을 프라이스(fraise)나 선반, 평면 연삭반 등으로 가공하고, 필요에 따라 조면화 처리를 실시한 후, 유기 용제 등을 이용한 세정에 의해 탈지하고, 이 타깃재를 땜납 합금의 융점 이상으로 가열한 상태에서, 땜납 합금을 타깃재의 접합면에 디핑에 의해 도포하여 접합재층을 형성함과 함께, 배킹 플레이트를 마찬가지로 탈지하고 땜납 합금의 융점 이상으로 가열하여, 이들의 접합면끼리를 접합재층을 개재한 상태로 맞대어 적절하게 가압하면 된다. 가압시의 압력은 특별히 한정되지 않지만, 타깃 면적에 대하여 통상 0.0001∼0.1MPa이면 된다.

또한, 필요한 경우에는, 마찬가지로 하여 타깃재의 접합면에 접합재층을 형성함과 함께, 마찬가지로 탈지하여 가열한 배킹 플레이트의 접합면에도 땜납 합금을 도포하여 접합재층을 형성한 후, 땜납 합금의 융점 이상으로 가열한 상태에서 이들의 접합면끼리를 접합재층을 개재한 상태로 맞대어 가압하여도 된다.

이와 같이 하여 얻어지는 스퍼터링 타깃의 접합재층은, 땜납 합금의 저항을 고려하면, 통상 2㎜ 이하, 바람직하게는 0.1∼1㎜의 두께를 갖고 있으면 된다. 또한, 얻어진 스퍼터링 타깃을 실온까지 냉각한 후에 교정 마무리를 행하여도 된다.

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

〈제1∼제2 실시예, 제1∼제6 비교예〉

Sn(순도 99.99%), Zn(순도 99.99%)을 원료로 하여, 이것들을 Sn/Zn(중량%)=97/3, 91/9의 비율로 포함하는 Sn-Zn 땜납 합금(각 차례로 샘플 No. 1, 2라고 함)을 조제하였다.

또한, 비교 대조로서, 같은 원료를 Sn/Zn(중량%)=100/0, 99/1, 90/1O, 85/15의 비율로 포함하는 Sn-Zn 땜납 합금(샘플 No. 3∼6이라고 함)을 조제하였다.

또한, 비교 대조로서, In(순도 99.99%), Sn(순도 99.99%)을 원료로 하여, 이것들을 In/Sn(중량%) 100/0, 15/85의 비율로 포함하는 땜납 합금(각 차례로 샘플 No. 7, 8이라고 함)을 조제하였다.

얻어진 샘플 No. 1∼8을 이용하여, 이하의 방법으로 (1) 융점과 (2) 접합 강도의 온도 의존성과 (3) 배킹 플레이트(Cu)의 침식량과 (4) Al제 타깃재와의 젖음성을 평가하였다.

평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(1) 융점의 측정 방법

상기 샘플 No. 1∼8 각각에 대하여, 시차열(示差熱) 분석 장치 TG- DTA2000S(MAC Science사 제품)에서 승온 속도 20℃/시간으로 300℃까지 가열하였을 때의 흡열 반응 피크치를 측정하여, 이 피크치의 온도를 융점으로 하였다.

(2) 접합 강도의 측정 방법(접합 강도의 온도 의존성 평가 방법)

상기 샘플 No. 1∼8을 각각 사용하여, 라이닝막이 없는 φ10㎜×50㎜의 원주상의 Al 타깃재와 20㎜×20㎜×5㎜ t의 Cu제 배킹 플레이트를 접합하고, 인장 시험 장치 오토 그래프 AGS-500B(시마즈 제작소 제품)를 이용하여 실온(23℃)에서의 접합 강도를 측정하였다. 또한, 접합부 부근을 열전쌍으로 온도를 계측하면서 Heating Gun(핫코사 제품)으로 가열하여, 온도 상승시(60, 90, 120, 150℃)의 접합 강도에 대해서도, 마찬가지로 각각 측정하였다.

(3) 배킹 플레이트(Cu) 침식량의 측정 방법

상기 샘플 No. 1∼8을 각각, 핫 플레이트상에서 260℃로 가열한 Cu제 배킹 플레이트 50㎜×50㎜ □ 내에 초음파 납땜 인두를 이용하여 밑칠하였다. 밑칠 후, 배킹 플레이트상의 땜납 합금을 실리콘 러버의 브러시로 깎아내고, 깎아낸 땜납 합금을 ICP(플라즈마 발광 분광 분석 장치)(SPS5100; 에스아이아이 나노테크놀로지 제품)를 이용하여 분석하여, Cu량을 정량하였다.

(4) Al 타깃재와의 젖음성의 평가 방법

상기 샘플 No. 1∼8을 각각, 핫 플레이트상에서 260℃로 가열한 Al제 타깃재 50㎜×50㎜ □ 내에 초음파 납땜 인두를 이용하여 10초간 밑칠하였다. 계속하여, Al제 타깃재를, 일단 실온까지 냉각시키고 다시 260℃까지 가열한 후, 이 Al제 타깃재상의 땜납 합금을 실리콘 러버의 브러시로 깎아냈다. 그 후, 땜납 합금이 벗겨 지지 않고 Al제 타깃재상에 일면으로 균일하게 남아 있는지를 육안으로 관찰하여, 젖음성이 좋아 땜납 합금이 일면에 균일하게 남고, 벗겨지지 않은 것을 AA로, 젖음성이 나빠 땜납 합금이 벗겨진 것을 BB로 평가하였다.

표 1로부터, 제1 및 제2 실시예(샘플 No. 1, 2)는, 제1∼제6 비교예(샘플 No. 3∼8)와 상이하게, 고온시의 접합 강도가 높으면서 배킹 플레이트 유래의 Cu 침식량이 현저하고 저감되고 있고, 또한 Al제 타깃재와의 젖음성도 양호하다는 것을 알 수 있다.

또한, 제1 및 제2 실시예(샘플 No. 1, 2)는, 그 융점도 스퍼터링 타깃 제조 작업의 효율을 높이는데, 바람직한 범위에 있는 것을 알 수 있다.

〈제3∼제17 실시예〉

상기 제2 실시예의 샘플 No. 2(Sn/Zn(중량%)=91/9)의 땜납 합금을 이용하여, 라이닝막이 없는 φ10㎜×50㎜의 원주상의 각종 타깃재(Al 합금, Ti, Ti 합금, Mo, Mo 합금, Ta, Si, Nb, Cu, Cr, Ag, Ag 합금)와 20㎜×20㎜×5㎜ t의 Cu제 배킹 플레이트를 접합하고, 인장 시험 장치 오토 그래프 AGS-500B(시마즈 제작소 제품)를 이용하여 실온(23℃)에서의 접합 강도를 측정하였다. 또한, 접합부 부근을 열전쌍으로 온도를 계측하면서 Heating Gun(핫코사 제품)으로 가열하여, 온도 상승시(60, 90, 120, 150℃)의 접합 강도에 대하여도, 각각 측정하였다.

그 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, 각 배킹 플레이트(Cu)의 침식량을 제2 실시예와 마찬가지의 방법으로 측정한 결과, 제2 실시예의 결과와 거의 동일한 값으로 되었다.

표 2로부터, 본 발명의 땜납 합금을 사용하여, 타깃재와 Cu제 배킹 플레이트를 접합하였을 경우에는, 타깃재의 종류에 관계없이 고온시의 접합 강도가 높게 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 땜납 합금에 따르면, 고온시에 있어서도 높은 접합 강도를 갖는 접합재층을 형성할 수 있기 때문에, 가혹한 스퍼터링 조건하에서도 타깃재가 배킹 플레이트로부터 박리되는 것을 방지할 수 있고, 또한 접합시에서의 배킹 플레이트의 Cu 침식량을 현저하게 저감하여, 이 배킹 플레이트의 반복 사용에 의한 강도 열화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 땜납 합금은, 라이닝막이 불필요해질 정도로 타깃재와의 젖음성이 뛰어나기 때문에, 라이닝막의 제작에 필요한 장치와 공정을 생략할 수 있어, 스퍼터링 타깃의 생산성을 큰 폭으로 향상할 수 있다.

또한 본 발명의 스퍼터링 타깃에 따르면, 유리 기판의 대형화 요청에 따라, 대면적의 박막 형성을 안정적으로 행할 수 있다.

Claims

스퍼터링 타깃 제조시에 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트의 접합에 이용되는 땜납 합금으로서, Zn을 3∼9중량% 포함하고, 잔부가 Sn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
제1항에 있어서,

상기 타깃재가 금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
제1항에 있어서,

상기 타깃재가 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 합금.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 땜납 합금을 이용하여, 타깃재와 Cu제 혹은 Cu 합금제 배킹 플레이트를 접합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.