KR20170012439A

KR20170012439A - 방식성의 금속과 Mo 또는 Mo 합금을 확산 접합한 백킹 플레이트, 및 그 백킹 플레이트를 구비한 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체

Info

Publication number: KR20170012439A
Application number: KR1020167036528A
Authority: KR
Inventors: 히로시 다카무라; 료 스즈키
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-02-02
Also published as: JPWO2016017432A1; CN106536787A; WO2016017432A1; US10381203B2; TWI681867B; KR101923292B1; JP6130075B2; US20170213712A1; CN106536787B; TW201609371A

Abstract

방식성의 금속과 Mo 또는 Mo 합금을 접합한 백킹 플레이트로서, 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 접합한 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비하는 백킹 플레이트를 제공한다. 또한, 이 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트와 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃을 접합한 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체를 제공한다. 특히, 반도체 용도에서는, 미세화가 진행되고 스퍼터링시의 파티클의 관리가 매우 엄격해지고 있다. 본원발명은, 저열팽창 재료로 이루어지는 스퍼터링 타깃의 휨과, Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 내식성에 발생하는 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.

Description

방식성의 금속과 Mo 또는 Mo 합금을 확산 접합한 백킹 플레이트, 및 그 백킹 플레이트를 구비한 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체{BACKING PLATE WITH DIFFUSION BONDING OF ANTICORROSIVE METAL AND Mo OR Mo ALLOY AND SPUTTERING TARGET-BACKING PLATE ASSEMBLY PROVIDED WITH SAID BACKING PLATE}

본 발명은, 저열팽창 재료를 스퍼터링 타깃재로 할 때에 사용하는 백킹 플레이트, 특히 스퍼터링 타깃과 백킹 플레이트의 접합시 또는 스퍼터링시의 휨 (변형) 을 방지할 수 있는 방식성의 금속과 Mo 또는 Mo 합금을 확산 접합한 백킹 플레이트 및 그 백킹 플레이트를 구비한 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 용도에서는 여러 가지 박막이 필요하게 되고 있고, 실리콘, 게르마늄, 카본 등의 저열팽창 재료의 수요도 증가하고 있다. 또 기판이 되는 실리콘 웨이퍼의 직경이 200 ㎜, 300 ㎜, 450 ㎜ 로 커짐과 함께, 스퍼터링 타깃도 대형화가 진행되고 있으며, 이들 저열팽창 재료를 사용해도 대구경 (大口徑) 의 타깃을 제조할 필요가 발생하고 있다.

한편, 반도체 디바이스는 나노 영역에 대한 미세화가 진행되어, 종래보다 얇은 박막으로, 또한 기판 전체에 균일한 막두께로 성막하는 것이 요구되며, 그 때문에 스퍼터링 타깃의 휨의 관리가 보다 엄격해지고 있다.

저열팽창 재료의 타깃을 제조하는 경우에는, 대구경이 될수록 타깃 재료와 백킹 플레이트 재료의 열팽창량의 차가 커지고, 휘기 쉽다는 문제가 있었다.

또한 최근에는 생산 효율을 높이기 위해서, 하이파워로 스퍼터링된다. 이 하이파워에서의 스퍼터링시에 문제가 되는 것은, 백킹 플레이트 자체의 강도와 냉각능 (양 (良) 열전도도) 및 백킹 플레이트와 타깃의 접합 강도이다.

특히 저열팽창의 타깃재와, 일반적으로 사용되는 구리제의 백킹 플레이트를 납재 (蠟材) 의 융점 이상으로 가열하고 납땜 후에 냉각시킬 때에는, 팽창 계수가 큰 구리제의 백킹 플레이트 쪽이 크게 수축하기 때문에 타깃재측이 볼록형이 되는 휨 (변형) 이 발생하며, 이것이 스퍼터시에 균일한 막의 형성을 저해하는 요인이 되고 있다. 또 접합 계면에 있어서도 양 재료의 수축량의 차는 접합 강도를 저하시키는 문제가 되고 있다.

고품위의 박막을, 보다 엄격하게 요구되는 최근의 반도체의 용도에서는, 이 과제를 해결시킬 필요가 있었다. 또한 스퍼터 특성뿐만 아니라, 클린룸 내나 냉각수를 오염시키지 않는 내식성이 우수한 백킹 플레이트를 갖는 스퍼터링 타깃이 필요하게 되고 있다.

종래 기술로서, 금속 재료 중에서는 비교적 저열팽창인 Mo (몰리브덴) 를 접합층이나 백킹 플레이트에 사용한 예가 몇 가지 있다. 그 하나로서 특허문헌 1 이 있다. 이 문헌 1 의 단락 0006 에, 접합 후의 냉각시에 양자의 열팽창률의 차에 의해, 휨이나 이 휨으로부터 타깃 부재의 균열 등이 발생하기 때문에, 휨이 적고, 냉각 효율이 우수한 스퍼터링 타깃을 제공한다는 목적이 기재되어 있다 (단락 0008). 그러나, 이 해결 수단은, 금속 접합 재료층에 몰리브덴 분말 등의 금속 분말을 혼재시키는 방법이며, 후술하는 본 발명과는 전혀 상이한 수법이다.

특허문헌 2 의 단락 0006 에는, 지지판 재료 (백킹 플레이트) 는, 강도, 내식성 및 전열 특성을 고려하여 선택되고 있다고 기재되어 있고, 보다 안정적인 플라즈마를 생성하기 위해서, 와전류를 저감시키는 재료로서 도전율이 낮은 몰리브덴이 지지판 재료의 선택지의 하나로 예시되어 있다 (단락 0007, 단락 0027 참조).

그러나, 몰리브덴의 백킹 플레이트를 사용하여, 만약 그 몰리브덴에 직접 닿도록 냉각수를 흘리는 경우에는, 용이하게 산화 몰리브덴의 녹이 발생하고, 스퍼터 장치의 주변 환경을 오염시킬 것이지만, 문헌 2 에서는 그 내식성을 개선하는 수단에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않다.

또 특허문헌 3 에서는, Mo 나 Mo/Cu 복합체를 백킹 플레이트로 한 Si 타깃에 대해서 기재되어 있다. 또 백킹 플레이트 재료는, 실리콘의 열팽창 계수 (CTE) 에 근사하는 소재로부터 선정한다고 되어 있다. 그러나, Mo/Cu 의 복합재의 제조 방법은 여러 가지 수법이 생각되지만, 구체적인 해결 방법에 대한 기재가 없다.

또 내식성이나 Mo/Cu 의 두께에 관한 기술 (記述) 은 없고, 단순히 복합화한 것만으로는, 목표로 하는 스퍼터링 타깃의 요구 사양을 달성할 수 없다고 생각된다.

일본 특허공보 제3829367호 일본 공표특허공보 2007-534834호 WO2013/070679/A1

본 발명은, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃에 접합하기 위한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트이며, 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 확산 접합한 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비하는 것을 특징으로 한다. 스퍼터링시에 문제가 되는 것은, 백킹 플레이트 자체의 강도와 냉각능 및 백킹 플레이트와 타깃의 접합 강도이다.

또 스퍼터 장치의 냉각수나 클린룸 등의 주변 환경을 오염시키지 않는 것이다.

열팽창차를 완화시키기 위해서 몰리브덴을 백킹 플레이트에 사용하여 수랭시키는 경우에 녹의 발생을 방지하는 처리가 필요하게 된다. 본원발명은, 이들 문제를 해결하는 것을 과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 이하의 발명을 제공하는 것이다.

1) 타깃에 접합하기 위한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트로서, 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

2) 상기 방식성의 금속이 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 1) 에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

3) Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속과 접합하는 면은 단차를 갖고, 당해 단차가 2 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 2) 에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

4) Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속과 접합하는 면의 단차부가 R1 ∼ R3 의 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

5) Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트가 원반상이고, 직경이 500 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 4) 중 어느 한 항에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

6) 상기 확산 접합 계면의 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속의 접합면에 깊이 0.08 ∼ 0.4 ㎜ 의 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 5) 중 어느 한 항에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.

7) 상기 Mo 합금은 Mo 를 80 wt％ 이상 함유하는 합금인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 6) 중 어느 한 항에 기재된 Mo 합금제 백킹 플레이트.

8) 상기 1) ∼ 7) 중 어느 한 항에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트와 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃을 접합한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체.

9) 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃이 99.99 wt％ (4 N) 이상의 실리콘, 게르마늄, 카본의 어느 단일 재료 또는 이들을 95 wt％ 이상 포함하는 복합 재료인 것을 특징으로 하는 상기 8) 에 기재된 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체.

본 발명은, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃에 접합하기 위한 팽창 계수가 작은 Mo 또는 Mo 합금이 주체가 되는 백킹 플레이트이고, 또 냉각수에서 부식되기 쉬운 Mo 의 방식으로서 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 방식성의 금속을 치밀하고 강고한 층으로서 형성한 백킹 플레이트에 관한 것이다.

본원발명에서는, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃과, 열팽창 계수가 가까운 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 접합하기 때문에, 스퍼터링 타깃의 휨을 최대한 저감시킬 수 있다. 그것에 의해 파티클이 적고, 기판 전체에 균일한 막의 형성이 가능하게 된다.

또, 몰리브덴의 냉각면측에 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비함으로써, 종래의 몰리브덴의 부식에서 발생하는 검은 분말상의 녹이 냉각수에 혼입되는 문제나, 타깃의 분리시에 클린룸 내에 녹이 확산된다는 문제를 해결하는 것이 가능하게 되었다.

또 스퍼터링시에 문제가 되는, 백킹 플레이트 자체의 강도, 내식성, 냉각능 및 백킹 플레이트와 타깃의 접합 강도에 대해서도, 저열팽창, 고열전도도, 고강도의 몰리브덴 재료를 적절한 두께를 유지한 후에 내식 처리를 실시하고 있는 점에서 본원발명은 효과가 있다.

이로써 납땜으로 접합된 스퍼터링 타깃 중에서는, 하이파워에서의 스퍼터링이 가능하게 되고, 균일한 성막에 의해 불량률을 저감시키고, 또한 생산 효율을 높일 수 있다는 큰 효과를 갖는다. 또 스퍼터 장치의 냉각수나 클린룸 등의 주변 환경을 오염시키지 않는 고청정도의 스퍼터링 타깃의 제공이 가능하게 된다.

도 1 의 a), b) 는, Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트와 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 방식성의 금속을 도입하고, 또한 백킹 플레이트에 스퍼터링 타깃재를 접합한 도면이다.
도 2 는 Mo 제 백킹 플레이트와 당해 Mo 제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, OFC (Cu) 를 확산 접합한 경우의 단면 (斷面) 설명도이다.
도 3 은 Mo 제 백킹 플레이트와 당해 Mo 제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, Al 을 확산 접합한 경우의 단면 설명도이다.

Ar 가스를 도입한 스퍼터링 장치에 있어서, 타깃측을 캐소드로 하고 기판측을 애노드로 하여, 쌍방에 전압을 인가하고, Ar 이온에 의한 타깃에 대한 충격에 의해 타깃재를 튕겨내보내고, 그 비래에 의한 기판에 대한 피복 방법, 또는 타깃으로부터 스퍼터된 원자가 이온화되고, 추가로 스퍼터를 실시하는 이른바 자기 스퍼터에 의한 피복 방법이, 스퍼터링 방법으로서 이미 알려져 있다.

대부분의 경우, 스퍼터링 타깃은 백킹 플레이트에 접합하고, 또한 그 백킹 플레이트를 냉각시켜, 타깃의 이상 (異常) 의 온도 상승을 방지하고, 안정적인 스퍼터링이 가능하도록 구성되어 있다.

이와 같은 스퍼터 장치에 있어서, 생산 효율을 높이고, 고속의 스퍼터링이 가능하게 되도록 스퍼터링 파워를 상승시키는 경향이 있다. 통상, 백킹 플레이트는 열전도성이 좋은 재료이고, 또한 일정한 강도를 갖는 재료가 사용된다. 그래도 타깃과 백킹 플레이트의 접합 계면 사이에서 온도차가 발생하고, 양 재료의 열팽창의 차이에 의해 접합부에 변형이 축적되어, 타깃의 박리 또는 변형 (휨) 이 발생하는 문제가 있었다.

타깃의 변형 (휨) 은, 스퍼터로 형성된 박막의 유니포미티가 악화되는 것, 혹은 아킹이 일어나 이상 파티클 발생이 생기고, 극단적인 케이스에서는 플라즈마의 발생이 멈춘다는 현상이 생긴다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 백킹 플레이트의 강도를 높이거나, 혹은 재질을 변경하여 열응력을 경감시키는 것 등의 대책을 취하는 것이 생각되지만, 타깃의 재질인 저열팽창 재료와의 적합성 문제가 있으며, 지금까지 적절한 해결 방법이 발견되지 않았다.

휨의 발생은, 타깃과 백킹 플레이트재를 납재의 융점 이상의 온도에서 본딩하여 냉각시키는 경우에도 발생한다.

종래에는, 선팽창 계수 (CTE) 가 20 ℃ 에서 2.6 × 10^-6/K 인 Si 에 대해서, 백킹 플레이트에, 구리 합금이나 무산소동 (20 ℃ 에서의 CTE : 약 17 × 10^-6/K) 이 사용되고 있었다. 그 때문에 백킹 플레이트측이 크게 수축하고, 스퍼터링 재료측에 볼록형으로 변형되어 있었다.

그 대책으로서, 타깃 부재와 백킹 플레이트의 접합에서 사용되는 금속 인듐 땜납 등의 납재의 층을 두껍게 하여 완화시키는 방법이 취해지는 경우도 있지만, 대구경의 타깃에서는 한계가 있어, 휨의 억제에 충분하다고는 할 수 없었다.

이와 같은 점에서, 저열팽창 (20 ∼ 100 ℃ 에서의 CTE : 3.7 ∼ 5.3 × 10^-6/K) 이고 열전도도가 큰 몰리브덴제의 백킹 플레이트를 사용하여, 일정한 효과가 얻어졌다. 그러나, 반도체 용도의 하이파워의 스퍼터링에서는 타깃의 온도 상승을 억제하기 위해서, 몰리브덴제 BP 의 이면 (스퍼터면과 반대측) 에 냉각 재킷을 장착하여 물을 순환시킬 필요가 있었다.

여기서 큰 문제가 발생하였다. 즉, 냉각수와 직접 닿는 몰리브덴은 용이하게 부식되고, 검은 녹이 발생하기 때문에, 냉각수 (순환수) 나 주변 장치에 악영향을 미치는 문제가 발생하였다. 이것으로부터, Mo 의 내식성 개선이 필요하게 되었지만, 이 경우에도 몇 가지 문제가 발생하였다. 먼저, 몰리브덴은 도금이 어려운 재료이고 용이하게 도금할 수 없는 것, 또 도금 후에 본딩을 실시하기 위해서 납재의 융점 이상으로 고온에 대기 중에서 노출되어, 도금막이 산화 변색되는 것, 또, 도금막 중에 존재하는 핀홀을 없앨 필요가 있는 것 등이다.

또, 도금법에서는, 실용 가능한 도금 두께가 100 ㎛ 정도로 얇은 것, 핀홀이 잔류된 경우에는, 그 부분을 통해서 물이 몰리브덴에 도달하는 경우도 있어, 장수명화라는 의미에서는, 충분한 대책을 강구하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

또, 스폿 용접에서의 구리판의 첩부에서는, 몰리브덴과 구리판의 밀착이 불충분한 곳 (공동 (空洞)) 이 존재하고, 냉각면측으로부터 타깃면 방향에 대한 냉각능이 저하되는 문제가 있었다.

이상으로부터, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃에 접합하기 위한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트는, Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (냉각면측 : 접합하는 타깃의 반대측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금층을 형성하는 것이다.

이와 같이, 방식성의 금속으로 이루어지는 층이 얇기 때문에, 백킹 플레이트의 베이스가 되는 몰리브덴의 저열팽창 수축 거동의 저해가 작은 백킹 플레이트가 되므로, 타깃과의 본딩시의 휨을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

예를 들어, 이들 방식성의 금속의 방청층은 판재를 확산 접합하여 제조할 수 있다. 확산 접합함으로써, 보다 치밀하고 밀착성이 높고, 그 때문에 핀홀의 발생은 없고, 냉각면의 내식성, 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 그리고, 확산 접합에 의해 몰리브덴과 방식층은, 완전 밀착되어 있기 때문에, 열 전달성이 좋고, 타깃측에 대한 냉각 효율이 높다는 특성을 가질 수 있다. 본 발명은, 상기 접합 방법에 의존하지 않고, 여러 가지 접합 방법을 적절히 선택할 수 있다.

상기 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 냉각측의 면은, 단차를 형성할 수 있다. 접합하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 단차는 2 ㎜ 이상으로 하면, 백킹 플레이트를 양호한 효율로 냉각시킬 수 있기 때문에 유효하다. 이 단차의 접합 계면에 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 얇기로 다른 층을 접합하는 것이, 종래에는 없는 기술이 된다.

또, 백킹 플레이트의 이면은 상기와 같이 단차를 갖는 경우, 단차가 있는 부분에서 에지부가 모가 나면, 판끼리를 능숙하게 맞붙일 수 없는 경우가 있기 때문에 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트 단차부의 모서리에 R1 ∼ R3 의 곡면을 갖게 하면 좋다.

본원발명의 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트는, 각형 (角型) 에도 적용할 수 있지만 통상은 원반상이고, 직경이 500 ㎜ 이상인 대형의 백킹 플레이트에 특히 유효하다. 이와 같이, 직경이 커지면, 타깃과 백킹 플레이트의 열팽창의 차이에 의한 변위량의 차가 보다 커지고, 타깃에 휨이 발생하기 쉬워지기 때문이다.

또, 상기 확산 접합 계면의 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속의 접합면에, 깊이 0.08 ∼ 0.4 ㎜ 의 홈을 형성하는 것이 좋다. 백킹 플레이트와 방식성의 금속의 접합 강도를 앵커 효과에 의해 높일 수 있다.

상기 Mo 또는 Mo 합금은, 합금의 경우에는 Mo 가 80 wt％ 이상의 합금으로 이루어지는 것, 또 Mo 는 99.999 wt％ (5 N) 의 순 Mo 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 합금 원소에 특별히 제한은 없지만, Cr 0.7 ∼ 1.2 wt％ 함유하는 합금을 사용할 수 있다. 이 Mo 또는 Mo 합금은, 강도가 높고 또한 열전도성이 풍부한 재료이다.

대표적인 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 사용 형태로는, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃을 접합한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트이고, 또 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃이, 99.99 wt％ (4 N) 이상의 실리콘, 게르마늄, 카본의 어느 단일 재료 또는 이들을 95 wt％ 이상 포함하는 복합 재료이다.

이와 같이 하여 제조된, 본원발명의 내식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트는, 냉각수와 직접 닿는 몰리브덴의 부식을 억제하고, 배수나 주변 장치에 악영향을 미치는 문제를 없애는 것이 가능하게 되었다. 또, 백킹 플레이트 자체의 강도와 냉각능 및 백킹 플레이트와 타깃의 접합 강도를 높일 수 있고, 스퍼터링 타깃과 백킹 플레이트의 접합시 또는 스퍼터링시의 열 영향에 의해 휨 (변형) 을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 되고, 이로써 스퍼터링시에 파티클이 발생한다는 문제를 해결할 수 있다.

상기와 같이 제조한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트와 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃을 접합하여, 본원발명의 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 접합체를 얻을 수 있다. 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃은, 99.99 wt％ (4 N) 이상의 실리콘, 게르마늄 (20 ℃ 의 CTE : 5.7 × 10^-6/K), 카본 (20 ℃ 의 그라파이트의 CTE : 3.1 × 10^-6/K) 또는 이들을 주성분으로 하는 저열팽창 재료를 사용하여 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 접합체로 할 수 있다.

그러나, 접합하는 타깃재는, 상기에 한정할 필요가 없는 것은 말할 필요도 없다. 또, 타깃과 백킹 플레이트의 접합은, 종래 공지된 기술을 사용할 수 있고, 특별히 제한은 없다. 또한, 상기 4 N 이란, 산소, 질소, 카본 등의 가스 성분을 제외한 금속 불순물의 양이 0.01 wt％ 이하를 나타낸다.

실시예

본원발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례이며, 이 예에만 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 포함되는 다른 양태 또는 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

본 발명의 구체예를 도 1, 도 2 를 사용하여 설명한다. 순도 3 N 의 Mo 를 직경 540 ㎜, 총 두께 20 ㎜ 의 원반상으로 가공하고, 또한 한쪽의 면에 직경 480 ㎜, 깊이 4 ㎜ 의 오목부를 형성하고, 백킹 플레이트의 베이스가 되는 오목형의 재료 (1) 를 준비하였다 (도 1 의 a, b) 참조). 이 때, 단차부의 에지는 R1.5 로 둥그스름하게 하고, 또 Mo 바닥면 전체에는 접합시에 앵커 효과를 갖게 하기 위해서 깊이 0.08 ㎜ 의 홈을 규칙적으로 넣었다 (도 2 참조).

다음으로, 방식성의 금속이 되는 무산소동 (OFC) (2) 을, 볼록부의 에지가 R1.5 이고 직경이 480 ㎜, 또 외측 치수의 직경이 540 ㎜, 총 두께가 7 ㎜ 가 되도록 가공하였다 (도 1 의 a), b) 참조). 또한, 오목측이 플러스 공차, 볼록측이 마이너스 공차로 가공한다.

이 2 개의 재료의 요철을 연결시켜, SUS 제의 금속 캡슐 중에 넣고, SUS 제의 캡슐의 내부가 진공을 유지할 수 있도록 봉하였다.

다음으로, 이 캡슐을 650 ℃-150 ㎫ 의 HIP 처리를 실시하고, Mo 와 OFC 의 확산 접합을 실시하였다. 덧붙여서, 동 조건의 별도 샘플을 파괴하여 그 접합 계면의 단면을 관찰한 결과, 도 2 와 같이 되며, Mo 의 홈에 OFC 가 간극 없이 충전되고, Mo 와 OFC 가 완전 접합되어 있는 것을 확인하였다.

HIP 처리가 완료된 재료는, 캡슐을 개봉하고, 소정의 백킹 플레이트 형상으로 기계 가공을 실시하였다. 이 때, 가공 후의 백킹 플레이트의 총 두께는 18 ㎜ 가 되기 때문에, 방식층인 그 15 분의 1 이 되는 1.20 ㎜ 두께로 OFC 가 몰리브덴의 바닥면을 덮도록 하였다. 가공이 완료된 백킹 플레이트의 구조의 예를 도 1 의 a) 에 나타낸다.

다음으로, 이 백킹 플레이트와 저열팽창 재료인 실리콘을 타깃재 (3) 로 하고 인듐을 납재 (4) 에 사용하여 180 ℃ 에서 본딩을 실시하고, 그리고 강온 속도를 제어하면서 실온까지 냉각시켰다. 종래의 백킹 플레이트가 전면 (全面) OFC 인 경우에는, 실리콘과의 열팽창 계수의 차이로부터, 타깃면에 스트레이트 게이지를 맞혔을 때의 휨은 0.5 ㎜ 정도 발생하고 있었다. 그러나, 이번에는, 저열팽창의 몰리브덴을 베이스로 하고, 방식층이 되는 OFC 의 비율을 제어함으로써, 휨량은 0.1 ㎜ 미만이 되었다. 본딩이 완료된 스퍼터링 타깃의 단면 구조의 예를 도 1 의 b) 에 나타낸다.

또, 본딩시의 180 ℃ 의 가열에 의해 OFC 의 표면은 산화되어 변색되었지만, 연마지로 가볍게 표면을 닦음으로써 깨끗한 표면이 얻어졌다. 다음으로 이 OFC 의 면에 냉각수가 직접 닿도록 물을 순환시키고, 30 일 연속 운전 후에 표면 상태를 관찰하였다. 그 결과, OFC 의 표면이 약간 붉은 기를 가지긴 했지만, 하지의 Mo 는 완전히 보호되어 있고, 종래와 같이 Mo 가 부식되어 검은 녹이 발생하는 일은 없었다.

이와 같은 백킹 플레이트를 사용하여 저열팽창의 타깃 소재와 접합한 스퍼터링 타깃은, 종래보다 대폭적으로 휨을 저감시키고, 또 백킹 플레이트를 장기간 수랭시켜도 부식되지 않고, 저파티클의 특성을 낼 수 있었다.

(실시예 2)

본 발명의 구체예를 도 1, 3 을 사용하여 설명한다. 순도 3 N 의 Mo 를 직경 540 ㎜, 총 두께 18 ㎜ 의 원반상으로 가공하고, 또한 한쪽의 면에 직경 480 ㎜, 깊이 3 ㎜ 의 접시형으로 구멍을 파고, 백킹 플레이트의 베이스가 되는 오목형의 재료를 준비하였다 (도 1 참조). 이 때, 단차부의 에지는 R1.5 로 둥그스름하게 하고, 또 Mo 바닥면 전체에는 접합시에 앵커 효과를 갖게 하기 위해서 깊이 0.12 ㎜ 의 홈을 규칙적으로 넣었다.

다음으로, 방식성의 금속이 되는 알루미늄 (5052 합금) 을, 볼록부의 에지가 R1.5 이고 직경이 480 ㎜, 또 외경이 600 ㎜, 내경이 540 ㎜, 총 두께가 21 ㎜ 가 되도록 사발형으로 가공하였다 (도 1, 3 참조).

끼워 넣는 부분의 공차는, 실시예 1 과 동일하게 주의하였다. 이 2 개의 재료의 요철을 연결시키고, 알루미늄의 덮개를 씌우고, 진공 중에서 EB 용접하여, 알루미늄 용기의 내부가 진공을 유지할 수 있도록 봉하였다.

다음으로, 이 캡슐을 400 ℃-150 ㎫ 의 HIP 처리를 실시하고, Mo 와 알루미늄의 확산 접합을 실시하였다. 덧붙여서 동 조건의 별도 샘플을 파괴하여 그 접합 계면의 단면을 관찰한 결과, 도 3 과 같이 되며, Mo 의 홈에 알루미늄이 간극 없이 충전되고, Mo 와 알루미늄이 완전 접합되어 있는 것을 확인하였다.

HIP 처리가 완료된 재료는, 캡슐을 개봉하고, 소정의 백킹 플레이트 형상으로 기계 가공을 실시하였다. 이 때, 가공 후의 백킹 플레이트의 총 두께는 17 ㎜ 가 되기 때문에, 방식층인 그 30 분의 1 이 되는 0.57 ㎜ 두께로 알루미늄이 몰리브덴의 바닥면을 덮도록 하였다. 가공이 완료된 백킹 플레이트의 구조의 예를 도 3 에 나타낸다.

다음으로, 이 백킹 플레이트와, 저열팽창 재료인 실리콘을 인듐을 납재로 하여 180 ℃ 에서 본딩을 실시하고, 그리고 강온 속도를 제어하면서 실온까지 냉각시켰다. 종래의 백킹 플레이트가 전면 알루미늄인 경우에는, 실리콘과의 열팽창 계수의 차이로부터, 타깃면에 스트레이트 게이지를 맞혔을 때의 휨은 0.7 ㎜ 정도 발생하고 있었다.

그러나 이번에는, 저열팽창의 몰리브덴을 베이스로 하고, 방식층이 되는 알루미늄의 비율을 제어함으로써, 휨량은 0.1 ㎜ 미만이 되었다. 본딩이 완료된 스퍼터링 타깃의 단면 구조의 예를 도 1, 3 에 나타낸다.

다음으로, 이 알루미늄의 면에 냉각수가 직접 닿도록 물을 순환시키고, 30 일 연속 운전 후에 표면 상태를 관찰하였다. 그 결과, 알루미늄의 표면은 거의 변화가 보이지 않고, 하지의 Mo 는 완전히 보호되어 있고, 종래와 같이 Mo 가 부식되어 검은 녹이 발생하는 일은 없었다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃에 접합하기 위한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트이고, 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트를 냉각시키는 측 (스퍼터면과 반대측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 접합한 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

스퍼터링시에 특히 문제가 되는 것은, 스퍼터링 타깃의 휨, 접합 강도, 백킹 플레이트의 내식성이며, 타깃재와 백킹 플레이트의 열팽창차를 작게 하여, 접합시 또는 스퍼터링시의 열 영향에 의해 휨 (변형) 이 저감됨과 함께, 접합 계면의 내부 변형을 억제하였다. 또 수랭시키는 몰리브덴이 부식되고, 스퍼터 장치의 주변 환경을 오염시킨다는 문제가 있지만, 본원발명은 이것을 극복할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

그리고, 이로써 스퍼터링의 안정성이 우수하고, 파티클이 적고, 기판 전체에 균일한 박막을 형성할 수 있는 스퍼터링 타깃의 제공이 가능하게 된다. 또 하이파워에서의 스퍼터링에 있어서도, 스퍼터 장치의 주변 환경을 깨끗하게 유지하고, 균일한 성막을 가능하게 하고, 또 불량률을 저감시키고, 또한 생산 효율을 높일 수 있다는 큰 효과를 가지며, 산업상 매우 유효하다.

Claims

타깃에 접합하기 위한 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트로서, 당해 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 냉각시키는 측 (냉각면측) 의 표면에, 백킹 플레이트의 총 두께의 1/40 ∼ 1/8 의 두께를 갖는 방식성의 금속으로 이루어지는 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 방식성의 금속이 Cu, Al 또는 Ti 에서 선택한 1 종 이상의 금속 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속과 접합하는 면은 단차를 갖고, 당해 단차가 2 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속과 접합하는 면의 단차부가 R1 ∼ R3 의 곡면을 갖는 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트가 원반상이고, 직경이 500 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확산 접합 계면의 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트의 방식성 금속의 접합면에 깊이 0.08 ∼ 0.4 ㎜ 의 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Mo 합금은 Mo 를 80 wt％ 이상 함유하는 합금인 것을 특징으로 하는 Mo 합금제 백킹 플레이트.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 Mo 또는 Mo 합금제 백킹 플레이트와 저열팽창 재료로 이루어지는 타깃을 접합한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체.
제 8 항에 있어서,
저열팽창 재료로 이루어지는 타깃이 99.99 wt％ (4 N) 이상의 실리콘, 게르마늄, 카본의 어느 단일 재료 또는 이들을 95 wt％ 이상 포함하는 복합 재료인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃-백킹 플레이트 조립체.