KR20160134199A - 재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟 - Google Patents

재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 공정에 사용되고 남는 폐타겟을 이용한 재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟에 관한 것이다.

Description

재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟{PREPARATION METHOD OF REUSE TARGET AND REUSE TARGET PREPARED THEREBY}
본 발명은 스퍼터링 공정에 사용되고 남는 폐타겟을 이용한 재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟에 관한 것이다.
반도체 내 전극, 배선, 절연막, 시드 박막 등을 형성하기 위해서는 다양한 금속으로 제조된 타겟이 사용되고 있다. 종래에는 타겟을 제조하거나 사용된 폐타겟을 회수하는데 이점이 있는 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 규화 타이타늄(TiW) 및 구리(Cu) 타겟이 개발되었고, 최근에는 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 규화 텅스텐(WSi) 및 금(Au) 타겟이 사용되고 있다.
상기 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi) 타겟은 제조하는데 기술적인 어려움이 있어 일부 생산업체에 국한되고, 사용 후 폐타겟을 회수하는데 많은 시간 및 비용이 소요되어 타겟 가격에 영향을 미친다. 상기 금(Au) 타겟은 우수한 박막 균일성 및 성막 속도 제어를 위해 분말법으로 타겟이 제조될 경우, 폐타겟을 회수 및 정제하는데 금(Au)이 손실되어 많은 비용이 발생되기 때문에 타겟 가격에 영향을 미친다. 따라서, 반도체 제조 공정에 사용되는 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 규화 텅스텐(WSi) 및 금(Au) 타겟의 가격 상승 문제를 해결하기 위해서는 회수 및 정제 단계 없이 폐타겟을 재활용하는 방법이 절실히 요구되고 있다.
한편, 상기 탄탈(Ta) 타겟은 분말법 및 용해법으로 제조가 가능하지만, 상기 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi) 타겟은 제조방법의 특성으로 인해 분말법이 적용되고, 상기 금(Au) 타겟은 분말법으로 제조시 많은 손실이 있어 주로 용해법이 적용되고 있다. 이러한 다양한 방법으로 제조된 폐타겟을 재활용할 경우에는 습식법에 의한 환경문제, 약품 사용에 따른 비용 및 원재료 손실이 발생되고, 많은 시간이 소요되는 등 문제가 있다. 따라서, 폐타겟을 재활용하기 위해서는 분말법, 용해법 등의 폐타겟이 제조된 방법에 상관없이 폐타겟의 계면을 제어할 수 있는 재활용 타겟의 제조방법 또한 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 폐타겟의 후면을 추가로 가공하는 단계를 통해 폐타겟의 계면을 제어하면서 성막 속도 제어 및 균일 박막 형성이 가능하도록 스퍼터링 공정에서 사용되는 부분만을 새롭게 제조하는 재활용 타겟의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 폐타겟에서 백킹 플레이트 및 접합층을 제거하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 노출된 폐타겟의 일면을 소정두께로 가공하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 폐타겟의 다른 일면 상에 위치하는 소모부의 이물질을 제거하는 단계; (d) 상기 (c) 단계의 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하여 성형체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계의 성형체를 가압 소결하여 소결체를 제조하는 단계를 포함하는 재활용 타겟의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 재활용 타겟(A)으로, (i) 백킹 플레이트부; (ii) 상기 백킹 플레이트부와 일면이 접합되고, 다른 일면에 소모부가 형성된 폐타겟부; 및 (iii) 상기 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말로 구성된 충전부를 포함하며, 상기 폐타겟부와 충전부가 접하는 계면의 형상(A')은, 동일 선상에 위치하는 B 타겟의 계면 형상(B')보다 백킹 플레이트부 방향으로 위치하는 것인 재활용 타겟(여기서, B 타겟은 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말이 충전된 미가공 재활용 타겟임.)을 제공한다.
본 발명에 따른 재활용 타겟의 제조방법은 스퍼터링 공정에서 사용된 폐타겟에 금속 분말을 투입하여 성형 및 가압 소결함으로써, 박막의 균일도 및 성막 속도 제어가 용이하면서 분말법, 용해법 등의 폐타겟이 제조된 방법에 상관없이 폐타겟의 계면 제어가 가능한 고밀도의 소결체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 재활용 타겟은 폐타겟의 후면을 소정두께로 가공한 양만큼 금속 분말을 더 투입하여 제조함으로써, 실제 스퍼터링 공정에서 폐타겟의 계면이 아닌 투입된 금속 분말로 구성된 충전부만을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 폐타겟의 회수 및 정제 공정을 거치지 않고 스퍼터링 공정에 사용되는 부분만을 제조함으로써, 제조 공정에 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 타겟의 제조 공정 순서도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 타겟의 단면도이고, (b)는 미가공 재활용 타겟의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
타겟은 사용 목적에 따라 다양한 금속으로 제조되고, 스퍼터링 공정에서 타겟의 약 30 중량%가 사용된 후 남은 부분이 폐타겟으로 배출된다. 이러한 폐타겟을 재활용하기 위해, 종래에는 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하고 소결하여 재활용 타겟을 제조하였다. 그러나, 종래 재활용 타겟은 이미 스퍼터링 공정에서 에너지를 받은 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입 후 다시 에너지를 가함으로써, 제조된 재활용 타겟의 계면에서 결정립이 비이상적으로 성장할 수 있어 초기 박막의 특성과 상이할 수 있다. 또한, 종래 재활용 타겟을 스퍼터링 공정에 사용할 경우에는 투입된 금속 분말로 구성된 충전부뿐만 아니라 폐타겟부도 사용할 수 있어 박막의 건전성을 확보하기 어려울 수 있다.
이에, 본 발명에서는 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말을 투입 및 가압 소결하기 전에, 폐타겟의 후면을 소정두께로 가공한 후 가공한 양만큼 금속 분말을 더 사용하여 재활용 타겟을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활용 타겟의 제조방법은 폐타겟의 후면을 가공하는 단계를 통해 폐타겟의 계면이 받는 에너지를 줄여 계면의 결정립을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 적절한 조건의 성형 및 가압 소결하는 단계를 통해 스퍼터링 공정에서 사용 가능한 고밀도의 소결체를 제조할 수 있다.
상기 재활용 타겟은 스퍼터링에 사용되는 부분만을 제조하여 스퍼터링 공정에서 사용되지 않은 부분을 구성하는 금속의 사용량을 절감할 수 있고, 폐타겟을 회수 및 정제하는 공정을 거치지 않아 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
<재활용 타겟의 제조방법>
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 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 실시예는 (a) 폐타겟에서 백킹 플레이트 및 접합층을 제거하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 노출된 폐타겟의 일면을 소정두께로 가공하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 폐타겟의 다른 일면 상에 위치하는 소모부의 이물질을 제거하는 단계; (d) 상기 (c) 단계의 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하여 성형체를 제조하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계의 성형체를 가압 소결하여 소결체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제조방법은 상기 (e) 단계의 소결체에 백킹 플레이트를 본딩한 후 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 타겟의 제조방법을 각 단계별로 도시한 제조 공정 순서도이다. 이하, 도 1을 참고하여 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.
(a) 폐타겟에서 백킹 플레이트 및 접합층을 제거한다.
상기 폐타겟은 당 분야에 공지된 통상적인 폐타겟을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 일면이 스퍼터링 공정에 의해 소모된 소모부를 가지고, 다른 일면이 백킹 플레이트(backing plate)와 솔더 본딩 또는 확산 접합 등의 방법으로 접합되어 배출되는 것으로 사용할 수 있다. 이러한 폐타겟을 이용하여 재활용 타겟을 제조하기 위해서는 상기 폐타겟에서 백킹 플레이트를 제거한다.
상기 폐타겟에서 백킹 플레이트를 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 폐타겟에 백킹 플레이트가 솔더 본딩 또는 확산 접합으로 접합된 방법에 따라 하기 두 가지의 실시형태를 가질 수 있다.
첫 번째 실시형태는 폐타겟에 백킹 플레이트가 솔더 본딩으로 접합된 경우로서, 핫 플레이트를 이용할 수 있다. 상기 백킹 플레이트가 솔더재에 의해 접합된 폐타겟은 핫 플레이트 상에서 솔더재의 용융 온도 이상으로 승온한 후, 폐타겟에서 백킹 플레이트를 분리할 수 있다. 이때, 사용되는 솔더재는 당 업계에 공지된 통상적인 솔더재를 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 인듐일 수 있다. 상기 분리된 백킹 플레이트는 후공정에서 제조된 소결체와 다시 본딩하여 사용될 수 있다.
상기 백킹 플레이트가 제거된 폐타겟은 잔존하는 솔더재가 후공정에서 용융되어 재활용 타겟의 순도에 영향을 미칠 수 있어, 잔존하는 솔더 접합층을 제거해야 한다. 상기 폐타겟에 잔존하는 솔더 접합층을 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 질산, 염산 또는 왕수 용액에 10 내지 30 분 동안 침적시킬 수 있다. 상기 솔더 접합층을 제거하는 시간이 10 분 미만일 경우에는 솔더재가 폐타겟에 잔존할 수 있고, 30 분을 초과할 경우에는 폐타겟의 일부가 용해되어 손실될 수 있다.
두 번째 실시형태는 폐타겟에 백킹 플레이트가 확산 접합으로 접합된 경우로서, 당 업계에 공지된 통상적인 가공 장치를 이용할 수 있다. 상기 백킹 플레이트가 접합된 폐타겟은 강하게 접합되어 분리하기 어렵기 때문에, 선반, 밀링 등 가공 장치를 이용하여 상기 폐타겟에서 백킹 플레이트를 제거할 수 있다. 이때, 가공 장치의 팁(tip)과 백킹 플레이트는 수백 ℃의 마찰열을 발생시켜 폐타겟의 물성에 영향을 줄 수 있으므로, 냉각수나 냉각유를 분사하면서 백킹 플레이트를 제거하는 것이 바람직하다.
상기 백킹 플레이트가 제거된 폐타겟은 잔존하는 확산 접합층에 의해 후공정에서 확산 접합이 어려울 수 있어, 잔존하는 확산 접합층을 제거해야 한다. 상기 폐타겟에 잔존하는 확산 접합층을 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 0.01 내지 0.1 mm의 두께로 형성된 확산 접합층을 습식법으로 제거할 경우 장시간이 소요될 수 있기 때문에, 가공 장치를 이용하여 0.2 내지 0.3 mm의 두께를 제거할 수 있다. 상기 제거되는 확산 접합층의 두께가 0.2 mm 미만일 경우에는 확산 접합층이 폐타겟에 잔존할 수 있고, 0.3 mm을 초과할 경우에는 폐타겟의 손실이 많아져 재활용할 수 있는 폐타겟의 양이 감소될 수 있다.
(b) 상기 (a) 단계에서 노출된 폐타겟의 일면을 소정두께로 가공한다,
상기 (b) 단계에서는 백킹 플레이트 및 접합층이 제거되어 노출된 폐타겟의 후면을 소정두께만큼 제거하는 추가 가공 단계를 실시한다.
상기 노출된 폐타겟의 일면을 가공하는 방법은 당 업계에 공지된 통상적인 가공 장치를 제한 없이 사용할 수 있으며, 백킹 플레이트 및 접합층이 제거되어 노출된 폐타겟의 일면에서 0.2 내지 0.5 mm의 두께를 제거할 수 있다. 상기 제거되는 두께가 0.2 mm 미만일 경우에는 폐타겟과 후공정에서 투입된 금속 분말이 가까워져 스퍼터링 공정에서 폐타겟의 계면을 사용할 수 있고, 0.5 mm을 초과할 경우에는 재활용할 수 있는 폐타겟의 양이 감소될 수 있다.
(c) 상기 (b) 단계의 폐타겟의 다른 일면 상에 위치하는 소모부의 이물질을 제거한다.
상기 폐타겟은 스퍼터링 공정에서 생성된 파티클(particle), 노듈(nodule)이 잔존하거나 보관시 불순물이 부착될 수 있어, 이러한 이물질을 제거해야 한다. 상기 이물질을 제거하는 방법은 당 업계에 공지된 통상적인 이물질 제거 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 상기 폐타겟의 소모부에 부착된 불순물은 그루빙(grooving)으로 제거할 수 있다, 또한, 상기 폐타겟의 소모부에 잔존하는 파티클이나 노듈은 큰 크기로 타겟과 강하게 결합되어 있어 습식법으로 제거할 경우 장시간이 소요될 수 있기 때문에, 가공 장치를 이용하여 표면 연마로 제거할 수 있다. 상기 그루빙 또는 가공 장치를 이용한 후 폐타겟의 표면에 부착된 미세 부착물은 필요에 따라 타겟 습식 용해액에 5 분 정도 처리 후 초음파 세척할 수 있다.
(d) 상기 (c) 단계의 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하여 성형체를 제조한다.
폐타겟을 이용하여 재활용 타겟을 제조하는 경우에는 후공정에서 제조된 소결체와 백킹 플레이트를 접합시 정중앙에 맞추기 어려울 뿐만 아니라 본딩 후에도 중심에서 벗어날 수 있어, 소결체를 상기 폐타겟보다 크게 제조한다. 이에 따라, 성형체 및 소결체를 제조하기 위해 사용되는 성형금형 및 소결몰드는 각각 상기 (a) 단계의 폐타겟의 직경보다 더 클 수 있으며, 5 내지 10 % 더 큰 것이 바람직하다. 이후 제조된 소결체와 백킹 플레이트의 중심을 맞춰 접합한 재활용 타겟은 최종 가공을 통해 기존 크기의 타겟으로 제조될 수 있다.
성형체를 제조하기 위해서는 이물질이 제거된 폐타겟의 다른 일면에 위치하는 소모부에 상기 폐타겟과 동일하거나 상이한 금속 분말을 투입한다. 상기 금속 분말은 금(Au), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서 사용 가능한 금속 분말은 당 업계에 공지된 통상적인 증착 재료로 적용 가능한 금속 분말을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 금속 분말이 투입된 폐타겟을 바로 소결할 경우에는 폐타겟 소모부의 높낮이에 따라 폐타겟의 모서리에서 발생하는 밀도편차로 인해 후공정에서 제조된 소결체에 결함이 생길 수 있어, 소결 전에 성형하는 것이 바람직하다. 상기 폐타겟에 금속 분말을 투입하여 성형하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 상기 (b) 단계에서 폐타겟의 일면(후면)을 소정두께로 가공한 양만큼 금속 분말을 더 투입하고, 100 내지 200 MPa의 압력을 가하는 것이 바람직하다. 상기 압력이 100 MPa 미만일 경우에는 폐타겟과 금속 분말로 구성된 충전부가 분리될 수 있고, 200 MPa를 초과할 경우에는 높은 압력으로 인해 폐타겟과 금속 분말이 투입된 성형금형이 파손될 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 성형체는 상기 (a) 단계에서 사용된 폐타겟의 직경보다 더 클 수 있으며, 상기 폐타겟의 크기에 비해 5 내지 10 % 더 큰 것이 바람직하다.
(e) 상기 (d) 단계의 성형체를 가압 소결하여 소결체를 제조한다.
상기 성형체를 가압 소결하여 고밀도의 소결체를 제조한다. 상기 소결체는상기 (d) 단계에서 사용된 성형금형과 동일한 크기의 소결몰드를 사용하여 제조될 수 있다.
상기 가압 소결하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi) 분말을 포함하는 성형체가 고온에서 산화되는 것을 방지하기 위해 핫 프레스(Hot press) 또는 열간 등방압 성형(Hot isostatic press)을 이용할 수 있다.
상기 핫 프레스를 이용하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 진공도는 10-3 내지 10-5 torr인 것이 바람직하고, 압력은 20 내지 50 MPa인 것이 바람직하다. 상기 진공도가 10-3 torr 미만일 경우에는 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 분말을 포함하는 소결체가 함유하는 산소량이 높을 수 있고, 10-5 torr를 초과할 경우에는 초고진공을 확보하기 위해 소요되는 비용이 많을 수 있다. 상기 압력이 20 MPa 미만일 경우에는 고밀도의 성형체를 확보하기 어려울 수 있고, 50 MPa를 초과할 경우에는 가압 소결시 소결몰드가 손상될 수 있다.
상기 열간 등방압 성형을 이용하는 방법은 소결몰드를 사용하지 않기 때문에 핫 프레스를 이용할 경우보다 높은 압력을 가할 수 있어 소결 온도를 낮출 수 있다. 이때, 산화되기 쉬운 금속 분말을 포함하는 성형체는 알루미늄(Al)이나 스테인리스강(STS)으로 캐닝(canning)한 후 성형체 내의 가스를 제거하여 캐닝된 성형체가 산소와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 상기 열간 등방압 성형하는 압력은 특별히 한정되지 않으나, 100 내지 200 MPa인 것이 바람직하다. 상기 압력이 100 MPa 미만일 경우에는 소결체의 고밀도를 확보하기 어려울 수 있고, 200 MPa를 초과할 경우에는 높은 압력에 의해 장비가 손상되거나 안전에 문제가 될 수 있다.
이러한 성형 및 가압 소결 방법을 통해 제조된 소결체는 고밀도로 제조되고, 폐타겟과 금속 분말로 충전된 충전부가 접하는 계면의 결정립을 제어할 수 있다. 이에 따라, 최종 제조된 재활용 타겟을 스퍼터링 공정에 이용할 경우에는 성막 속도 제어 및 균일 박막 형성이 가능할 수 있다.
이후, 본 발명에 따라 제조된 소결체는 당 업계에 공지된 통상적인 방법에 따라, 백킹 플레이트와 본딩한 후 가공하는 공정을 거쳐 최종 재활용 타겟으로 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소결체는 솔더 본딩 또는 확산 접합으로 백킹 플레이트와 접합한 후 가공 장치를 이용하여 최종 재활용 타겟으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 소결체가 캐닝된 후 열간 등방압 성형에 의해 제조된 경우에는 소결체의 캐닝된 부분을 가공 장치를 이용하여 제거한 후 백킹 플레이트에 본딩 및 가공하여 최종 재활용 타겟으로 제조할 수 있다.
<재활용 타겟>
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 타겟의 단면도이고, (b)는 미가공 재활용 타겟의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 재활용 타겟(A, 100)은 (i) 백킹 플레이트부(10); (ii) 상기 백킹 플레이트부와 일면이 접합되고, 다른 일면에 소모부가 형성된 폐타겟부(20); 및 (iii) 상기 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말로 구성된 충전부(30)를 포함하며, 상기 폐타겟부와 충전부가 접하는 계면 형상(A')은, 동일 선상에 위치하는 B 타겟(101)의 계면 형상(B')보다 백킹 플레이트부 방향으로 위치하게 된다. 이때, 본 발명의 재활용 타겟(A, 100)의 계면 형상(A')은 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말이 충전된 미가공 재활용 타겟(B, 101)의 계면 형상(B')보다 일정 깊이(depth, D)만큼 백킹 플레이트부 방향으로 아래에 위치한다.
이로 인해, 상기 충전부(30)는 상기 미가공 재활용 타겟의 충전부(31)보다 D만큼 더 많은 양의 금속 분말로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 재활용 타겟(100)은 실제 스퍼터링 공정에서 통상적인 중량(예, 타겟의 약 30 중량%)을 소모하더라도 충전부(30)만이 사용되어 성막함으로써, 상기 폐타겟과 충전부가 접하는 계면(A')을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 형성된 박막의 건전성을 확보할 수 있다.
상기 백킹 플레이트부(10)는 충전부가 형성된 폐타겟부를 지지하는 기판으로서, 당 분야에 공지된 통상적인 백킹 플레이트를 제한 없이 사용할 수 있다. 이때, 상기 백킹 플레이트부(10)는 새로운 백킹 플레이트를 사용하거나 폐타겟에서 분리된 백킹 플레이트를 재사용할 수 있다.
상기 금속 분말은 금(Au), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 분말인 것이 바람직하다. 이때, 상기 금속 분말은 상기 폐타겟부와 동일하거나 상이한 성분의 금속 분말을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용 가능한 금속 분말은 당 업계에 공지된 통상적인 증착 재료로 적용 가능한 금속 분말을 제한 없이 사용할 수 있다.
이러한 본 발명의 재활용 타겟은 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 반도체 스퍼터링 용도로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상기 제조방법으로 재활용 타겟을 제조함으로써, 폐타겟의 계면을 제어하면서 스퍼터링 공정에서 사용되는 부분만을 새롭게 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
300 mm wafer 반도체용으로 사용된 4N5 이상의 순도를 갖는 탄탈(Ta) 폐타겟을 회수하였다. 상기 Ta 폐타겟에 대해 밀링을 이용하여 구리(Cu) 백킹 플레이트를 제거하고, 잔존하는 확산 접합층 0.2 mm을 가공한 후 백킹 플레이트와 확산 접합층이 제거되어 노출된 폐타겟의 일면에서 0.5 mm의 두께를 추가로 가공하였다. 이후, Ta 폐타겟의 소모부에 대해서는 그루빙을 실시하여 표면 부착물을 제거하였으며, 최종으로 불산이 함유된 용액에 5 분 정도 담근 후, 초음파 세척을 실시하여 폐타겟 세정을 실시하였다.
세정 완료된 폐타겟의 직경보다 10 mm 큰 성형금형을 준비하여 Ta 폐타겟의 소모부가 상부로 오게 하고, 4N5 이상의 순도를 갖는 Ta 분말을 적층하여 180 MPa의 압력으로 성형을 실시하여, 표면 결함이 없는 건전한 성형체를 확보하였다.
제조된 성형체에 대해서 성형금형과 동일한 소결몰드를 준비하였으며, 핫 프레스를 이용하여 10-4 torr의 진공 분위기, 20 MPa의 압력, 1800 ℃의 온도에서 6 시간 유지하여, 99.7 %의 상대밀도를 갖는 Ta 소결체를 제조하였다.
제조된 Ta 소결체에 대하여 상부와 하부 카본층을 제거하고, 타겟용 사이즈로 절단 후 백킹 플레이트에 확산 접합하고, 가공을 실시하여 재활용 Ta 타겟을 제조하였다.
[실험예 1] 결정립, 공극율 및 가스 함량 측정
실시예 1에서 사용된 Ta 폐타겟과 실시예 1에서 제조된 재활용 Ta 타겟의 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

 결정립
(㎛)		 Porosity
(%)		 가스 함량 (ppm)
C S N O H
Ta 폐타겟 95 0.13 15 0 1 42 1
재활용 Ta 타겟 90 0.15 18 0 0 36 0
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, Ta 폐타겟은 공극율(porosity) 및 가스 함량이 높은 것으로 보아, 분말법으로 제조된 타겟임을 확인할 수 있었다. 또한, 재활용 Ta 타겟은 결정립 크기, 공극율 및 가스 함량이 Ta 폐타겟과 유사한 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 분말법으로 제조된 Ta 폐타겟은 본 발명에 따른 재활용 타겟의 제조방법에 의해 Ta 폐타겟과 유사한 물성을 갖는 재활용 Ta 타겟을 제조할 수 있었다.
[실시예 2]
300 mm wafer 반도체용으로 사용된 4N5 이상의 순도를 갖는 금(Au) 폐타겟을 회수하였다. 상기 Au 폐타겟은 구리(Cu) 백킹 플레이트와 인듐 본딩되어 있어, 핫 플레이트를 이용하여 백킹 플레이트를 분리하였으며, 백킹 플레이트가 제거된 Au 폐타겟의 일면에 잔존한 인듐은 왕수에 10 분 정도 담가 제거하였다. 백킹 플레이트와 접합층이 제거되어 노출된 폐타겟의 일면에서 0.5 mm의 두께를 가공하였으며, 가공 완료된 Au 폐타겟의 소모부에 대해서는 그루빙을 실시하여 표면 부착물을 제거하고, 최종으로 왕수에 5 분 정도 담근 후, 초음파 세척을 행하여 폐타겟 세정을 실시하였다.
세정 완료된 폐타겟의 직경보다 10 mm 큰 성형금형을 준비하여 Au 폐타겟의 소모부가 상부로 오게 하고, 4N5 이상의 순도를 갖는 Au 분말을 적층하여 120 MPa의 압력으로 성형을 실시하여, 표면 결함이 없는 건전한 성형체를 확보하였다.
제조된 성형체에 대해서 성형금형과 동일한 소결몰드를 준비하였으며, 핫 프레스를 이용하여 10-4 torr의 진공 분위기, 20 MPa의 압력, 700 ℃의 온도에서 6 시간 유지하여, 99.8 %의 상대밀도를 갖는 Au 소결체를 제조하였다
제조된 Au 소결체를 Cu 백킹 플레이트와 인듐 본딩하여 접합 및 가공을 실시하여 재활용 Au 타겟을 제조하였다.
[실험예 2] 결정립, 공극율 및 가스 함량 측정
실시예 2에서 사용된 Au 폐타겟과 실시예 2에서 제조된 재활용 Au 타겟의 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

 결정립
(㎛)		 Porosity
(%)		 가스 함량 (ppm)
C S N O H
Au 폐타겟 250 0.08 2 0 1 5 1
재활용 Au 타겟 45 0.15 20 0 1 45 1
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, Au 폐타겟은 결정립이 100 ㎛ 이상으로 조대하고, 공극율(porosity)이 적고, 가스 함량이 낮은 것으로 보아, 용해법으로 제조된 타겟임을 확인할 수 있었다. 또한, 재활용 Au 타겟은 Au 폐타겟에 비해 결정립이 미세화되었으나, 공극율 및 가스 함량이 소량 증가한 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 용해법으로 제조된 Au 폐타겟은 본 발명에 따른 재활용 타겟의 제조방법에 의해 미세 결정립이 형성된 충전부를 갖는 재활용 Au 타겟으로 제조될 수 있었다. 상기 재활용 Au 타겟은 스퍼터링 공정에서 상기 충전부만이 사용됨으로써, 형성된 박막의 건전성을 확보할 수 있었다. 즉, 본 발명은 분말법, 용해법 등의 폐타겟이 제조된 방법과 상관없이 폐타겟을 이용하여 재활용 타겟으로 제조할 수 있었다.
10 : 백킹 플레이트부
20 : 폐타겟부
21 : 미가공 재활용 타겟의 폐타겟부
30 : 충전부
31 : 미가공 재활용 타겟의 충전부
100 : 재활용 타겟(A)
101 : 미가공 재활용 타겟(B)
A' : 충전부와 폐타겟이 접하는 계면
B' : 미가공 재활용 타겟의 충전부와 폐타겟이 접하는 계면
D : 동일 선상에서 A'와 B' 간이 두께 방향에 따른 깊이(depth) 차이

Claims (13)

  1. (a) 폐타겟에서 백킹 플레이트 및 접합층을 제거하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 노출된 폐타겟의 일면을 소정두께로 가공하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 폐타겟의 다른 일면 상에 위치하는 소모부의 이물질을 제거하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계의 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하여 성형체를 제조하는 단계; 및
    (e) 상기 (d) 단계의 성형체를 가압 소결하여 소결체를 제조하는 단계
    를 포함하는 재활용 타겟의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 접합층이 확산 접합에 의해 형성된 경우에는 백킹 플레이트가 제거된 폐타겟의 일면에서 0.2 내지 0.3 mm의 두께를 제거하는 것인 재활용 타겟의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 백킹 플레이트 및 접합층이 제거되어 노출된 폐타겟의 일면에서 0.2 내지 0.5 mm의 두께를 더 가공하는 단계인 재활용 타겟의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 금속 분말은 금(Au), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 분말인 재활용 타겟의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 폐타겟의 소모부에 금속 분말을 투입하되, 상기 (b) 단계에서 폐타겟의 일면을 소정두께로 가공한 양만큼 금속 분말을 더 투입하고, 100 내지 200 MPa의 압력을 가하여 성형체를 제조하는 단계인 재활용 타겟의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 성형체 및 상기 (e) 단계의 소결체는 상기 (a) 단계의 폐타겟의 직경보다 5 내지 10 % 더 큰 성형몰드 및 소결몰드를 이용하여 상기 (a) 단계의 폐타겟의 직경보다 5 내지 10 % 더 크게 제조되는 것인 재활용 타겟의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 소결체를 제조하는 방법은 핫 프레스(Hot press)를 이용하여 성형체를 10-3 내지 10-5 torr의 진공도에서 20 내지 50 MPa의 압력을 가하는 것인 재활용 타겟의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 소결체를 제조하는 방법은 열간 등방압 성형(Hot isostatic press)을 이용하여 소결체에 100 내지 200 MPa의 압력을 가하는 것인 재활용 타겟의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계의 소결체에 백킹 플레이트를 본딩한 후 가공하는 단계를 더 포함하는 재활용 타겟의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의해 제조된 재활용 타겟.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 재활용 타겟(A)은
    (i) 백킹 플레이트부;
    (ii) 상기 백킹 플레이트부와 일면이 접합되고, 다른 일면에 소모부가 형성된 폐타겟부; 및
    (iii) 상기 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말로 구성된 충전부를 포함하며,
    상기 폐타겟부와 충전부가 접하는 계면의 형상(A')은, 동일 선상에 위치하는 B 타겟의 계면 형상(B')보다 백킹 플레이트부 방향으로 위치하는 것인 재활용 타겟.
    (여기서, B 타겟은 폐타겟의 소모부 상에 금속 분말이 충전된 미가공 재활용 타겟임.)
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 분말은 금(Au), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 및 규화 텅스텐(WSi)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 분말인 재활용 타겟.
  13. 제11항에 있어서,
    반도체 스퍼터링 용도로 사용되는 재활용 타겟.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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