KR20160133263A

KR20160133263A - 원소재 저감을 위한 소결체, 이를 포함하는 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20160133263A
Application number: KR1020150066113A
Authority: KR
Inventors: 강동한; 강민호; 양승호; 윤원규
Original assignee: 희성금속 주식회사
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-11-22

Abstract

본 발명은 스퍼터링에 의해 소모되는 증착재료를 함유하는 코인 형상의 소결체로서, 일측이 개구된 중공부가 내부에 형성되고, 상기 중공부는 백킹 플레이트의 돌출부와 서로 맞물리게 접합되는 것을 특징으로 하는 소결체, 이를 포함하는 스퍼터링 타겟 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 타겟의 소모부위 측정 및 설계를 통해 타겟의 미사용부를 백킹 플레이트(Backing Plate)의 형상 변경을 통해 대체가 가능하므로, 귀금속 사용량이 저감되고 제조시간 및 비용 단축에 효과적이다.

Description

원소재 저감을 위한 소결체, 이를 포함하는 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법{SINTERED BODY FOR REDUCING RAW MATERIAL, SPUTTERING TARGET COMPRISING THE SAME, AND THE PREPARATION THEREOF}

본 발명은 스퍼터링 공정(Sputtering Process)에 사용되는 귀금속 스퍼터링 타겟(Precious metal target) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟의 소모부위 측정 및 설계를 통해 타겟의 미사용부를 소정의 형상으로 변경된 백킹 플레이트(Backing Plate)로 대체함으로써 원소 저감을 할 수 있는 신규 스퍼터링 타겟 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

스퍼터링 공정(sputtering process)은 플라즈마에 의해 가속된 이온들이 타겟과 충돌하여 타겟에서 튀어나온 원자를 주변 기판의 표면에 증착하여 박막층을 형성하는 공정이다. 스퍼터링 공정에 의하여 반도체 메모리(RAM, MRAM, FeRAM), 헤드(MR, TMR), 캐패시터(Capacitor) 제조에 사용되는 웨이퍼(Wafer), 글라스(Glass), 기판(Substrate) 상의 전극층 또는 시드층을 형성할 수 있다.

그런데 스퍼터링 공정에서 실제 소모되는 타겟의 양은 전체의 30 중량% 내외에 불과하고 타겟의 대부분이 사용되지 못하고 남게 된다. 이렇게 소모되고 남은 약 70 중량%에 해당하는 폐타겟은 폐기되거나 또는 회수되어 새로운 스퍼터링 타겟을 제조하는데 사용될 수 있다.

한편 종래 폐타겟을 이용한 재활용 타겟은 회수된 폐타겟을 용해하거나 분쇄한 후 소결하여 제조될 수 있다. 그러나, 제조과정에서 복잡한 공정을 거치면서 많은 시간과 비용이 소모되는 점이 문제가 되고 있다. 또한 폐타겟을 분말화할 때 불순물이 포함될 수 있어 제조된 재활용 타겟의 순도에 영향을 미칠 수 있다는 문제점도 제기되고 있다. 뿐만 아니라 폐타겟을 분말화하는 공정에서 강산 등을 사용하기 때문에 위험성이 높으며 다량의 폐액, 이산화탄소가 발생하여 환경오염 문제를 일으킬 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 종래 사용된 폐타겟의 소모부위 측정 및 설계를 통해 타겟의 미사용부를 소정의 형상을 갖도록 가공된 백킹 플레이트(Backing Plate)로 대체함으로써 귀금속 사용량을 저감하면서 경제적인 신규 스퍼터링 타겟 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 스퍼터링에 의해 소모되는 증착재료를 함유하는 코인(coin) 형상의 소결체로서, 일측이 개구된 중공부가 내부에 형성되고, 상기 중공부는 백킹 플레이트의 돌출부와 서로 맞물리게 접합되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟용 소결체를 제공한다.

여기서, 상기 소결체의 양(兩) 단부 각각은 백킹 플레이트와 맞물리게 결합하는 함몰부를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 소결체 내 중공부의 개구 면적 비율은 30% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결체 내 증착재료의 함량은, 중공부 비(非)함유 소결체의 전체 중량 대비 70 중량% 이하인 원소재 절감형인 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 전술한 소결체: 및 일면에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부가 소결체의 중공부와 서로 맞물려서 접합되는 백킹 플레이트를 포함하는 스퍼터링 타겟을 제공한다.

여기서, 상기 스퍼터링 타겟은 반도체 또는 자기기록장치 미디어의 박막층 형성 또는 반도체 스퍼터링 용도로 사용될 수 있다.

나아가, 본 발명은 전술한 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공한다.

보다 바람직한 일례를 들면, 상기 제조방법은 (i) 일측이 개구된 중공부를 갖는 코인 형태의 이형상(異形狀) 성형몰드와 소결몰드를 각각 형성하는 단계; (ii) 상기 성형몰드에 금속 분말을 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계; (iii) 상기 성형체를 소결몰드에 장입하고 가압소결하여 소결체를 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 소결체와 백킹 플레이트를 접합하되, 소결체의 중공부와 백킹 플레이트의 돌출부가 서로 맞물리도록 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟은, 종래 스퍼터링 타겟이 사용되지 않는 잔부(미사용부)를 소정 형상으로 가공된 백킹 플레이트로 대체함으로써, 스퍼터링 타겟 제조시 사용되는 귀금속 부분의 양을 절감할 수 있어 제조단가를 낮출 수 있다.

또한 본 발명에 의하여 이미 사용된 폐타겟을 직접 다시 사용하지 않음으로써 폐타겟 회수 비용을 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여 폐타겟 사용에 따른 제조 공정 복잡화, 환경 오염 등의 문제를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이형상(異形狀) 금형의 설계 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 폐타겟을 이용한 고순도 금(Au) 타겟을 제조하는 작업 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이형상 소결체와 백킹 플레이트의 사시도이다.
도 4는 상기 도 3의 이형상 소결체와 백킹 플레이트의 단면도이다.
도 5는 상기 도 4의 이형상 소결체와 백킹 플레이트가 서로 결합된 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 이형상 소결체와 백킹 플레이트의 사시도이다.
도 7는 상기 도 6의 이형상 소결체와 백킹 플레이트의 단면도이다.
도 8은 상기 도 7의 이형상 소결체와 백킹 플레이트가 서로 결합된 상태의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 스퍼터링 타겟과 상기 스퍼터링 타겟을 스퍼터링하여 소모된 소모부를 각각 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 플라즈마 공법에 의해 제조된 금(Au) 분말의 FESEM 이미지이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
100, 200: 스퍼터링 타겟 10, 11: 이형상 소결체
20, 21: 백킹 플레이트

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

종래에는 30~35 중량% 정도 사용한 폐타겟을 회수하여 건식법 또는 습식법을 통해 신규 폐타겟으로 재활용하였다. 그러나 이러한 경우에도 폐타겟의 잔량인 65~70 중량%을 회수하는 비용과 제작 기간이 증가하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서는 스퍼터링 타겟 제조시 투입되는 금속의 사용량을 감소시키고자, 종래 스퍼터링 타겟이 사용되지 않는 잔부(미사용부)를 소정 형상으로 가공된 소결체와 백킹 플레이트로 대체하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명에서는 사용되는 타겟의 형상에 맞추어 성형체 및 백킹 플레이트(Backing Plate)를 소정의 형상을 갖도록 가공함으로써, 스퍼터링 타겟 제조시 사용되는 귀금속 부분의 중량을 유의적으로 절감할 수 있어 제조단가를 낮출 수 있다. 실제로 전술한 방법을 적용할 경우, 사용 후 타겟 중량을 기존 70 중량%에서 30 중량% 미만으로 획기적으로 감소시킬 수 있다.

아울러 본 발명에서는 플라즈마 공정을 이용하여 고순도화 분말을 제조한 후 성형, Hot Press 공정을 순차적으로 실시함으로써, 고순도의 미세한 결정립을 가지는 스퍼터링 타겟을 제공할 수 있다.

<소결체 및 스퍼터링 타겟>

본 발명의 일 실시형태에 따른 소결체(10, 11)는, 스퍼터링에 의해 소모되는 증착재료를 함유하는 소결체로서, 일면이 개방되고 타면은 막혀서 이루어진 중공부(中空部)가 내부에 형성되는 구조를 갖는다.

이때 상기 소결체의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 스퍼터링 타겟용 소결체가 가질 수 있는 모든 형상, 예컨대 직육면체 블록, 원통형 등일 수 있다. 바람직하게는 금속 재료를 이용하여 제조되는 코인(coin) 형상일 수 있다.

여기서, 상기 중공부는 소결체를 지지하는 백킹 플레이트의 돌출부와 맞물릴 수 있도록 대응된다. 또한 상기 소결체의 양 (兩) 단부 각각에는 백킹 플레이트와 맞물리게 결합하는 함몰부를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 소결체(10, 11)는 하기 도 3 내지 도 8과 같이 도시될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 하면에 중공부를 갖는 소결체(10); 및 상면에 돌출부를 갖는 백킹 플레이트(20)를 각각 나타내는 사시도이며, 도 4는 상기 도 3의 단면도이며, 도 5는 상기 소결체(10)와 백킹 플레이트(20)가 서로 접합된 상태의 단면도를 각각 나타내는 것이다.

또한 도 6은 본 발명의 다른 일 실시형태에 따라 하면에 중공부를 가지며, 양(兩) 단부에 각각 함몰부를 갖는 소결체(11); 및 상기 소결체의 중공부 및 함몰부에 각각 대응되도록, 상면에 복수의 돌출부를 가지는 백킹 플레이트(21)를 각각 나타내는 사시도이며, 도 7은 상기 도 6의 단면도이며, 도 8은 상기 소결체(11)와 백킹 플레이트(21)가 서로 접합된 상태의 단면도를 각각 나타내는 것이다.

상기와 같이, 본 발명의 스퍼터링 타겟용 소결체(10, 11)는 그 내부에 중공부(中空部)를 포함하기 때문에, 소결체를 구성하는 증착재료인 귀금속의 사용량을 유의적으로 감소시킬 수 있다. 이때 상기 중공부는 빈(void) 상태로 존재하는 것이 아니라, 소정의 형상으로 가공된 백킹 플레이트가 서로 맞물린 상태로 접합되므로, 구조적 및 물적으로 안정성을 나타낼 수 있다.

상기 소결체(10, 11)는 스퍼터링 타겟을 구성하는 당 분야에 알려진 통상적인 증착재료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 귀금속 원료분말로부터 형성된다.

사용 가능한 귀금속 원료분말의 비제한적인 예로는, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 구리(Cu) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 귀금속 분말이거나 또는 2이상의 상기 귀금속의 합금 분말이다.

이때 상기 귀금속 원료분말은 신규 귀금속 원료분말을 사용하거나, 또는 귀금속계 폐타겟을 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 분말화하여 재생된 분말을 사용할 수도 있다.

본 발명에서, 상기 소결체 내 중공부의 개구 면적 비율은 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다. 일례로 30% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 20~30% 범위일 수 있다.

본 발명에서는 전술한 중공부의 개구 면적 비율만큼 증착재료인 귀금속의 사용량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 소결체 내 증착재료의 함량은, 중공부 비(非)함유 코인형 소결체의 전체 중량 대비 70 중량% 이하인 원소재 절감형일 수 있으며, 바람직하게는 60~70 중량% 범위일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 귀금속계 스퍼터링 타겟(100, 200)은, 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 소결체(10, 11); 및 일면에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부가 소결체의 중공부와 서로 맞물려서 접합되어 상기 소결체를 지지하는 백킹 플레이트(20, 21)를 포함한다.

여기서, 백킹 플레이트(20, 21)는 상기 스퍼터링 타겟용 소결체(10, 11)를 지지하는 기판으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 백킹 플레이트를 가공하여 소정의 형상, 바람직하게는 소결체의 중공부와 맞물릴 수 있는 돌출부 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 돌출부의 개수, 형상 및 크기 등은 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 하나 이상의 복수 개를 가질 수 있다. 복수 개의 돌출부를 가질 경우, 이들의 크기는 각각 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

이때 백킹 플레이트를 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 스퍼터링 타겟은, 스퍼터링 공정에 의해 하기 도 9로 나타나는 소정의 단면 형상 소모부를 가질 수 있다. 즉, 스퍼터링 공정을 실시하더라도 소결체의 중공부까지 소모되지 않으므로, 금속의 사용량을 줄여 경제성을 높일 뿐만 아니라, 형성된 성막의 결정립이나 성분에 나쁜 영향을 미치지 않아 최종 제품의 고순도, 미세 결정립 등의 우수한 물성을 발휘할 수 있다.

<스퍼터링 타겟의 제조방법>

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.

상기 제조방법의 바람직한 일 실시예를 들면, (i) 일측이 개구된 중공부를 갖는 코인 형태의 이형상(異形狀) 성형몰드와 소결몰드를 각각 형성하는 단계; (ii) 상기 성형몰드에 금속 분말을 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계; (iii) 상기 성형체를 소결몰드에 장입하고 가압소결하여 소결체를 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 소결체와 백킹 플레이트를 접합하되, 소결체의 중공부와 백킹 플레이트의 돌출부가 서로 맞물리도록 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

한편 도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 제조방법을 각 단계별로 도시한 개념도이다. 이하, 도 2를 참고하여 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.

(1) 성형몰드 및 소결몰드 제조

이 단계는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측이 개구된 중공부를 갖는 코인 형태의 이형상(異形狀) 성형몰드와 소결몰드를 제조하는 단계이다.

상기 성형몰드와 소결몰드는 종래 폐타겟이 소모되지 않는 잔부, 즉 미사용부에 중공부가 배치되도록 하는 소정의 형상을 갖는다. 이때 중공부의 위치와 크기(면적) 등은 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다. 필요에 따라 상기 몰드의 양 단부 각각에는 함몰부를 가질 수 있다.

한편 본 발명에서는 코인 형태의 몰드에 대해서 주로 설명하나, 그 외 소결체가 가질 수 있는 모든 형상, 예컨대 직육면체 블록, 원통형 등을 실시하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.

(2) 분말 제조(이하 'S10 단계'라 함).

상기 S10 단계에서는 이형상의 몰드에 투입될 고순도의 분말을 제조한다.

상기 분말은 당 분야에서 소결체를 구성하는 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 구리(Cu) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 귀금속 분말이거나 또는 2이상의 상기 귀금속의 합금 분말을 사용할 수 있다.

본 발명에서 고순도 분말은 플라즈마(plasma) 공법에 의해 제조되는 것이 바람직하나, 그 외 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 상기 플라즈마 공법을 이용할 경우, 폐타겟을 청정화된 후 투입하거나 또는 고순도 Bulk를 원료로서 투입한 후 플라즈마를 이용하여 잔존하는 불순물을 제거하고, 이후 플라즈마 온도를 상승시켜 기화된 고순도의 분말을 확보할 수 있다.

상기 단계의 바람직한 일례를 들면, 진공이 배기된 플라즈마 장치의 챔버 내부에 99.995wt% 이상의 그래뉼(granule) 또는 폐타겟을 청정화한 후 절단하여 투입한다. 이때 투입되는 중량은 500~2,000g 범위를 넘지 않도록 한다. 상기 투입 중량이 500g 미만인 경우 플라즈마가 도가니와 반응하여 파손될 위험이 크며, 투입 중량이 2,000gr 초과하는 경우 용탕이 도가니 외부로 넘쳐 챔버와 부착될 가능성이 존재한다. 주입된 원료는 저전력(10kw 이하)에서 플라즈마를 형성시켜 단순 용융시킨 후 불순물을 제거한다. 이때 플라즈마 전력을 낮게 (5~10kw) 조절하여 저융점의 불순물을 기화시켜 진공장치에 의해 외부로 제거한다. 특히 타겟 제조 공정에서 사용되는 인듐 제거에 효과적이다.

불순물이 제거된 후 전력을 상승시켜 고순도의 분말을 제조한다. 이때 사용되는 전력은 15~20kw 범위로 전력을 상승시킬 수 있으며, 사용되는 플라즈마 가스는 아르곤 또는 아르곤과 질소를 혼합가스를 이용하여 분말을 제조할 수 있다. 분말 제조시 작업 진공도는 200~600 Torr 조건으로 진행된다. 이때 상기 작업 진공도가 200torr 미만일 경우 사용되는 전극 수명이 짧아져 전극 손상으로 인한 불순물이 증가되며, 600torr 초과할 경우 분말 제조 속도가 급격히 감소하는 문제점이 있다.

제조된 분말의 균일성을 확보하기 위해 분급공정을 실시한다. 이때 분급 공정은 150 mesh 분급체를 이용하여 실시될 수 있으며, 150 mesh 이하의 분말을 소결시 사용하며 150 mesh를 초과하는 분말은 분말 제조에 다시 재투입한다.

상기와 같이 플라즈마 공법에 의해 제조되는 고순도 분말은 순도가 99.995 wt% 이상일 수 있으며, 결정립이 12㎛ 이하의 구상 분말일 수 있으며, 바람직하게는 4~10 ㎛ 범위의 구상 분말이다.

(3) 고순도 분말을 투입하여 성형체를 제조한다(이하 'S20 단계'라 함).

상기 (1) 단계에서 제조된 이형상(異形狀) 성형 몰드에 S10 단계에서 제조된 분말을 충진시킨다.

이때 투입되는 분말은 최종 타겟 중량의 110~120% 정도를 투입한다. 상기 분말 투입량이 110% 미만일 경우 최종 가공시 목적 두께에 미달할 수 있다. 또한 투입 중량이 120% 초과할 경우 가공 시간이 장시간 소요되며, 가공 Scrap 증가로 인하여 회수 시간 및 비용이 증가될 수 있다.

상기 S20 단계의 바람직한 조건으로, 성형 Press 압력은 60~150 MPa 조건이며, 유지시간은 30~90초 범위 동안 실시될 수 있다.

상기 단계에서 제조되는 성형체의 상대밀도는 56% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 56~65% 범위일 수 있다.

(4) 성형된 성형체를 이용하여 소결을 진행한다(이하 'S30 단계'라 함).

상기 S30 단계는, 상기 (1) 단계에서 이형상(異形狀) 금형과 동일하게 설계된 소결몰드에 성형체를 충진한 후 가압소결하여 소결체를 형성한다.

상기 단계의 바람직한 일례를 들면, 이형상(異形狀) 카본몰드에 상기 S20 단계의 성형체를 충진한 후 핫 프레스(Hot Press) 챔버에 장입하고 이후 진공펌프를 이용하여 감압을 실시한다.

이때 진공 분위기는 5.0x10^-4 torr 이하까지 배기를 실시한 후 소결을 실시한다.

상기 S30 단계의 바람직한 조건으로, 소결 온도는 700~800℃에서 실시하며, 시간은 10~15시간 유지하며, 압력은 10~20MPa로 가압을 실시한다.

소결 완료 후 챔버온도가 100℃ 이하가 되면 소결체를 취출한다.

취출된 소결체의 상대밀도가 99.0% 이상일 경우, 바람직하기는 99.0~99.99% 범위일 경우 최종 가공단계로 넘어간다. 상대밀도가 99.0% 미만일 경우, 성막시 Particle 이나 Nodule이 발생할 가능성이 높아지므로 소결체를 분말 제조 공정(S10 단계)에 재사용한다.

(5) 소결체를 이용하여 가공 및 본딩을 실시한다(이하 'S40~S50' 단계라 함).

상기 단계에서는 소결체 표면에 부착된 카본을 선반을 이용하여 제거한 후 본딩을 실시한다.

일반적으로 스퍼터링 타겟을 장비에 고정하기 위해 백킹플레이트(BP: Backing Plate)를 사용하는데, 사용하는 조건 및 방법에 따라 백킹플레이트 일체형 타겟 또는 타겟 및 백킹플레이트 접합 타겟 등이 있다. 상기 귀금속 타겟과 백킹플레이트를 접합하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 인듐(In) 접합 또는 확산 접합방법이 사용될 수 있다.

상기 인듐 접합 방법은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 등과 같은 저융점 (예, 100℃ 이상, 1,500℃ 미만) 귀금속 타겟을 접합할 때 사용하는 것이 바람직하다. 상기 인듐 접합하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 5시간 동안, 100 내지 300℃ 온도로 행해지는 것이 바람직하다.

또한 상기 확산 접합하는 방법은 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등과 같은 고융점(1,500 내지 2,500℃ 이상) 귀금속 타겟을 접합할 때 사용하는 것이 바람직하다. 상기 확산 접합하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 섭씨 500~1800℃에서 90~100MPa의 압력으로 수행되는 것이 바람직하다.

상기의 소결체와 백킹플레이트의 접합 방법에는 특별히 한정되어 있지 않으며 사용자의 요구에 의해 재질(원소재의 용융점)에 관계없이 위의 두가지 방법 중 어느 하나의 방법에 따라 백킹플레이트를 접합할 수 있다.

한편 본 발명에서는 도 3 내지 도 8과 같이 소정의 형상으로 가공된 백킹 플레이트를 사용하는데, 이와 같이 백킹 플레이트를 가공하는 방법은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 실시될 수 있다.

상기 단계의 바람직한 일례를 들면, 본딩은 인듐을 이용하여 실시되며, 이때 온도는 200~250℃ 범위에서 실시할 수 있다. 본딩 후 초음파 탐상을 이용하여 본딩율을 측정한다. 측정된 본딩율은 99.0% 이상이 되어야 한다. 본딩율이 99.0% 미만일 경우 디본딩 후 본딩을 재실시 한다.

본딩 후 선반을 이용하여 최종목적 두께까지 가공을 실시한다. 가공된 타겟의 백킹 플레이트(Backing Plate) 면에 비드 처리를 진행한다. 가공된 타겟은 반도체 세정 후 포장을 진행한다.

이와 같이, 본 발명은 상기 제조방법으로 스퍼터링 타겟을 제조함으로써, 타겟 제조시 귀금속 사용량을 저감할 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 귀금속 스퍼터링 타겟은, HDD, 반도체 메모리(RAM, MRAM, FeRAM), 헤드(MR, TMR), 또는 또는 자기기록장치 미디어(예컨대, 하드디스크 플래터)의 박막층 형성을 위한 스퍼터링 타겟으로 사용될 수 있으며, 반도체 공정의 배선 형성용으로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 반도체 RDL(Redistributed Layer)용 또는 Bump 용으로 사용될 수 있다. 또한 화합물을 제조하거나 경화재료, 전기접점재료, 저항재료, 촉매재료, 광감재료 또는 항암재료를 제조할 때도 사용될 수 있으며, 그 외 귀금속계 타겟이 유용하게 적용될 수 있는 다른 기술분야에도 제한 없이 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

<분말 제조>

타겟 제조에 사용할 분말을 플라즈마 장비를 이용하여 제조하였다. 도가니에 잉곳으로 Au 폐타겟 1200g을 장입하였다. 로타리 펌프를 이용하여 10^-2torr까지 감압한 후 아르곤 가스(Ar) 투입에 의해 Ar 분위기를 조성하였다. 투입된 성형체와 고순도의 W 전극봉에 플라즈마를 형성시켜 Au 분말을 제조하였다. 초기에는 5kw로 폐타겟에 잔류하는 불순물을 제거하였으며, 사용 전력을 15kw, 20kw 조건으로 상승시켜 고순도의 미세한 분말을 제조하였다. 플라즈마를 이용한 Au 분말 제조공정 조건은 하기 표 1에 나타내었다.

비교를 위해 전력 25kw로 상승시켜 분말을 제조하였다. 플라즈마를 이용하여 분말을 1050g 제조하였으며, 제조된 분말을 분급을 통하여 150mesh 분말 950g을 확보하였다. 제조된 분말의 순도, 평균 분말 크기 및 카본 함량을 표 2에 나타내었다.

공정 항목		실시예 1	실시예 2	비교예
불순물 함량(ppm)		12	11	14
순도(wt%)		99.998	99.998	99.998
Gas(ppm)	Oxygen	48	52	50
Gas(ppm)	Carbon	55	73	111
입도(㎛)	D(50)	12	10	8

상기 표 2의 결과로부터, 플라즈마에 의해 제조된 Au 분말의 경우 8~12㎛ 수준의 구상화된 분말을 확보하였다. 불순물 또한 99.998wt%로 결과를 확보하였다. 카본 함량은 전력이 증가함에 따라 55ppm에서 111ppm으로 급격히 상승하는 경향을 보이고 있다. 전력이 증가하면 도가니 표면의 카본이 제조된 분말과 반응하여 카본 함량이 증가되는 경향을 보였다. 이와 같이 제조된 분말의 카본 함량이 높아지면 최종 타겟을 이용한 성막시 노듈(Nodule) 형성 등의 영향을 줄 수 있다.

한편 플라즈마를 이용하여 제조된 Au 분말의 FESEM 결과를 하기 도 10에 나타내었다. 도 10으로부터, 플라즈마를 이용하여 제조된 Au 분말의 경우 10㎛의 구상화된 분말임을 알 수 있었다.

<성형 단계>

전술한 Au 분말 950g을 투입하여 성형을 진행하였다. 성형 조건은 60MPa, 90MPa, 120MPa, 150MPa 압력으로 60초간 유지하였다. 비교예로 40MPa, 170MPa 조건으로 60초간 유지하였다. 이의 조건 및 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

성형 압력이 높아질수록 상대밀도는 증가하는 경향을 보였다. 상대밀도가 가장 높은 조건은 비교예 2로서, 170MPa로 성형시 가장 높은 상대밀도를 확보하였다. 그러나 상대밀도가 150MPa 초과한 조건에서는 성형 후 취출시 금형 손상이 발생할 수 있으며, 금형 손상으로 인하여 타겟 순도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 성형 압력이 60MPa 미만의 경우에는 상대밀도가 낮아 취급시 파손될 가능성이 높다. 따라서 성형단계에서 가장 적절한 조건은 60~120MPa 범위라는 것을 하기 표 3의 결과로부터 판단할 수 있다.

<소결 단계>

상기 실시예 4의 성형체를 이용하여 소결을 진행하였다. 소결온도는 700℃, 750℃, 800℃는 유지 시간 12시간, 압력은 15MPa로 소결을 실시하였다. 비교예로 600℃, 850℃ 조건하에서 진행하였다. 실시된 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

표 4의 결과로부터 800℃, 12시간, 15MPa 조건에서 상대밀도가 99.5% 이상의 고밀도 소결체를 확보하였다. 도 10에는 실시예 3을 통해 제조된 소결체의 미세조직을 나타내었다. 소결 온도가 650℃ 조건에서는 상대밀도가 98.4%로 SPEC 미달이며, 소결 온도가 850℃ 조건에서는 소결체가 용융되는 문제가 발생하였다.

800℃ 조건하에서 소결된 타겟을 이용하여 본딩 및 최종 형상으로 가공을 진행하였다. 가공 후 비드 및 세정 작업을 실시하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
성형체 상대밀도(%)	78	78	78	78	78
온도 (℃)	700	750	800	650	850
압력 (MPa)	15	15	15	15	15
유지 시간 (hr)	12	12	12	12	12
상대밀도 (%)	99.0	99.2	99.6	98.4	용융

Claims

스퍼터링에 의해 소모되는 증착재료를 함유하는 코인 형상의 소결체로서,
일측이 개구된 중공부가 내부에 형성되고,
상기 중공부는 백킹 플레이트의 돌출부와 서로 맞물리게 접합되는 것을 특징으로 하는 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체의 양(兩) 단부 각각은 백킹 플레이트와 맞물리게 결합하는 함몰부를 갖는 것을 특징으로 하는 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 구리(Cu) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이거나 또는 2종 이상의 합금인 것을 특징으로 하는 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체는 고순도 금속 원료분말 또는 금속계 폐타겟을 분말화하여 재생된 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 소결체 내 중공부의 개구 면적 비율은 30% 이하인 것을 특징으로 하는 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체 내 증착재료의 함량은, 중공부 비(非)함유 소결체의 전체 중량 대비 70 중량% 이하인 원소재 절감형인 것을 특징으로 하는 소결체.
제1항에 있어서,
상기 소결체는 스퍼터링에 의해 하기 도면으로 표시되는 소정의 단면 형상 소모부를 갖는 것을 특징으로 하는 소결체.

(상기 도면에서, 스퍼터링 증착원에 인가되는 파워는 500~2,000W 범위임)
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 소결체: 및
일면에 돌출부를 가지며, 상기 돌출부가 소결체의 중공부와 서로 맞물려서 접합되는 백킹 플레이트
를 포함하는 스퍼터링 타겟.
제8항에 있어서,
반도체 또는 자기기록장치의 박막층 형성에 사용되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
제8항에 있어서,
RDL 또는 범핑용으로 사용되는 반도체용 금(Au) 타겟인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
(i) 일측이 개구된 중공부를 갖는 코인 형태의 이형상(異形狀) 성형몰드와 소결몰드를 각각 형성하는 단계;
(ii) 상기 성형몰드에 금속 분말을 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계;
(iii) 상기 성형체를 소결몰드에 장입하고 가압소결하여 소결체를 형성하는 단계; 및
(iv) 상기 소결체와 백킹 플레이트를 접합하되, 소결체의 중공부와 백킹 플레이트의 돌출부가 서로 맞물리도록 접합하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서 금속 분말은 고순도 귀금속 원료분말 또는 귀금속계 폐타겟을 분말화하여 재생된 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서 금속 분말은 플라즈마 공법에 의해 제조되며, 결정립이 12㎛ 이하의 구상 분말인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서 금속 분말은 순도가 99.995 wt% 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서 성형체 제조는 60~150 MPa 범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법
제11항에 있어서,
상기 단계 (ii)에서 제조된 성형체의 상대밀도는 56% 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (iii)는 성형체를 10~20MPa의 압력 및 700~800℃ 온도 범위에서 10~15시간 동안 소결하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 단계 (iii)에서 제조된 소결체의 상대밀도는 99.0% 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 접합 단계는 인듐 접합 단계, 또는 확산 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.