KR20180135120A - 스퍼터링 타겟 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백플레이트와 취성 재료의 타겟플레이트를 포함하는, 타겟, 특히 스퍼터링 타겟으로서, 백플레이트가 타겟플레이트에 그 표면 영역에 걸쳐 연결되고 타겟 플레이트가, 타겟플레이트의 전면에서부터 후면까지 통과하고 타겟플레이트를 인접하는 단편들로 분할하는, 미세균열을 구비하는, 타겟, 특히 스퍼터링 타겟에 관한 것이다. 이와 유사하게, 본 발명은 그러한 타겟을 제조하기 위한 벙법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 타겟은 특히 매우 높은 전력밀도의 사용에 적합하다. 마찬가지로, 본 발명은, 스퍼터링 타겟으로서 본 발명에 따른 타겟이 적어도 하나 사용되고 그 결과 스퍼터링 중에 특히 높은 전력밀도가 타겟 상에 사용될 수 있는, 진공 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

스퍼터링 타겟{SPUTTERING TARGET}

본 발명은 타겟의 스퍼터링 중 초고출력밀도의 사용을 위한 스퍼터링 타겟으로서 특히 적합한 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 타겟은 많은 다양한 물리적 기상 증착 공정(종종 그리고 이하에서 또한 이른바 PVD - physical vapor deposition - 공정)에서 사용될 수 있으며 이에 의해, 예를 들어 (이미 앞서 그리고 이하에서 스퍼터링으로서 또한 지칭되는) 전기 아크 기화 또는 원자화를 이용함으로써, 코팅층이 기상(gas phase)으로부터 증착된다. 특히, 본 발명은, 이러한 목적을 위해 제공되는 기판 재료 상에 코팅층의 증착을 위한 PVD 스퍼터링 공정에서 사용되기에 적합한, 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

최근에는, 취성 재료(brittle material)로 구성되거나 취성 재료를 포함하는 스퍼터링 타겟들이 점점 더 사용되고 있다. 취성으로 지칭되는 재료의 군에 할당될 수 있는 스퍼터링 타겟의 이용은 스퍼터링에 있어서 큰 도전이 된다. 특히, 높은 스퍼터링 출력 또는 높은 출력밀도의 적용은 열적으로 유도되는 기계적 응력 또는 타겟의 파열을 초래할 수 있는 응력을 피하기 위해 타겟의 매우 우수한 냉각을 요구한다.

본 명세서에서, 취성이라는 용어는 탄성 한계에 가까운 소성 변형이 없거나 또는 낮은 정도로만 있는 상태로 깨지는 재료를 나타낸다. 따라서, 이러한 재료들과 그로부터 제조되는 스퍼터링 타겟은 그에 따라 낮은 소성 변형 능력만을 갖는다.

이러한 이유로, 그러한 스퍼터링 타겟은 우선 기계가공 하기가 비교적 어렵고, 그 때문에 다양한 코팅 설비에서 설치를 위해 필요할 수 있는 복잡한 기하학적 구조를 달성하기가 매우 어렵다. 취성 재료로 제조된 그러한 타겟의 기계가공은 종종 연삭(grinding) 및 와이어 침식(wire erosion)에 의해서만 수행될 수 있고, 이는 재차 단순한 기하학적 구조(디스크, 플레이트)만 제조될 수 있다는 결과를 갖는다.

그러한 타겟은 코팅 설비에서 스퍼터링 타겟으로서 사용 중 기계적 및 열기계적 하중을 받으며, 이는 굽힘 및/또는 인장 응력을 초래한다. 취성 재료의 경우 변형 능력이 낮기 때문에 이러한 응력은 종종 파열에 의한 파손으로 이어진다. 기계적 및 열기계적 하중은 첫째로 타겟의 후면에 냉각수의 압력으로부터 그리고/또는 둘째로 스퍼터링 공정 중 스퍼터링 타겟 내로 도입되는 열 출력(thermal power)으로 인한 재료의 팽창으로부터 기인할 수 있다. 또한, 때때로 국부적으로만 도입되는 이러한 열 출력은 국부적인 온도 구배로부터 기인하는 응력을 초래할 수 있다. 이러한 재료들의 종종 불량한 내열충격성과 결합하여, 이러한 인자들은 종종 크랙(crack)의 형성을 그리고 결과적으로 파열에 의한 스퍼터링 타겟의 파손을 초래한다.

스퍼터링 타겟용 그러한 취성 재료의 예로는 세라믹 재료들, 특히 붕화물, 질화물, 탄화물, 규화물, 산화물,과 그리고 또한 Cr 또는 Si와 같은 금속성 취성 재료와 그리고 또한 이러한 재료들의 혼합물이 있다. 이러한 취성 재료들은 일반적으로 2％ 이하의, 종종 심지어 0.2％ 이하의, 파단부에서의 소성연신율(plastic elongation)을 갖는다.

타겟이 PVD 코팅 설비에서 스퍼터링 타겟으로서 사용되는 경우, 전술한 바와 같이, > 10W/㎠ 의 고출력밀도의 도입에 의해 야기되는 고온 및/또는 큰 온도구배가 빈번하게 발생한다. 이렇게 형성된 온도 및 온도구배는 스퍼터링 타겟을 통해 냉각판으로 열에너지를 전달함으로써 제어되거나 회피되어야 하고 스퍼터링 타겟상에 높은 주기적 열부하를 인가한다.

PVD 코팅 설비에서 스퍼터링 타겟의 효율적인 냉각은 예를 들어 냉각수를 사용함으로써 가능해진다. 그러한 PVD 코팅 설비에서, 사용되는 스퍼터링 타겟은 스퍼터링 타겟의 후면에 배치되는 가요성 냉각판에 의해 일반적으로 냉각된다. 이미 전술한 바와 같이, 이러한 냉각판은 스퍼터링 타겟상에 압력을 인가하며, 이는 결국 스퍼터링 타겟의 변형으로 이어지거나 또는, 스퍼터링 타겟의 강도가 낮은 경우, 파열을 초래할 수 있다. 이러한 효과는 스퍼터링 공정 동안 타겟 표면의 침식의 결과로서 스퍼터링 타겟의 두께가 감소함으로써 추가로 증가한다. 이는 스퍼터링 타겟의 변형 및/또는 파열이 매우 가능성 있게 발생할 수 있는 결과를 낳는다.

일반적으로, 언급된 타겟 재료 그룹(취성 재료)의 기계적 안정성(강도 및 연성)은 단독으로 기계적인 부하를 견디기에 충분하지 않다. 또한, 스퍼터링 타겟을 적절한 코팅 설비 내에 고정시키기 위해 흔히 필요한 복잡한 형상, 예를 들어 구멍, 드릴링된 개구 또는 베이어넷은 달성하기가 매우 어렵고 많은 비용이 든다.

따라서, 예를 들어 세라믹 재료와 같은, 취성 재료로 구성된 타겟이 스퍼터링 타겟으로서 사용되는 경우에는, 백플레이트(back plate)를 구비하는 것이 통상적이다. 그 다음, 스퍼터링될 취성 재료가 타겟플레이트(target plate)로서 구성된다. 백플레이트는 백플레이트를 구비하지 않은 스퍼터링 타겟에 비해 스퍼터링 타겟의 연성(파단부에서의 연신율, 파괴 인성)을 증가시키고 강도(항복점, 파괴 강도)를 증가시키는 역할을 해야 한다. 이러한 유형의 백플레이트는 첫째로 스퍼터링 타겟의 취성 재료의 (실제로 취성 재료로 구성된 타겟플레이트의) 후면의 복잡한 작업을 회피하게 하고 둘째로 (백플레이트를 구성하는 재료가 타겟플레이트를 구성하는 재료보다 더 큰 강성을 갖는다는 단서하에) 냉각수의 압력으로 인한 기계적인 부하를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

그에 따라, 백플레이트의 적용에 의해 스퍼터링 타겟의 강도 및 연성이 증가되어서, 스퍼터링 타겟은 변형되지 않거나 미미한 정도로만 변형되며 PVD 코팅 설비에서 사용 시 파열에 의해 파손되지 않는다. 증가된 강도 또는 연성을 갖는 백플레이트의 적용에 의해 그러한 파손의 경우는 크게 회피된다.

백플레이트는 히트싱크(heat sink)로서 기능할 수도 있으며, 즉, 스퍼터링 공정 중 기판을 향하는 스퍼터링 타겟 면(전면)에서 발생된 열은, 타겟플레이트의 재료에 비해 증가된 열전도도를 갖는 백플레이트의 적용의 결과로서, 타겟을 통해 더욱 쉽게 제거될 수 있다. 그러한 히트싱크의 일례가 EP 1 335 995 A1에 주어져 있다.

취성 재료로 구성된 스퍼터링 타겟용 타겟플레이트를 특히 강성 재료 또는 특히 우수한 열전도도를 갖는 재료로 구성된 백플레이트에 적용하는 것은 (솔더링이라고도 불리는) 본딩에 의해 일반적으로 수행된다. 본딩은 인듐 또는 주석을 기재로 하는 저-융점 솔더를 이용하여 수행된다. 그러한 백플레이트는, 예를 들어, 구리(높은 열전도도를 갖는 재료) 또는 몰리브덴(높은 강성을 갖는 재료)으로 제조된다.

스퍼터링 타겟용 타겟플레이트를 백플레이트 상에 솔더링하는 것은 실온보다 높은 온도에서 수행되기 때문에, 백플레이트의 열팽창 계수는 타겟플레이트 재료의 그것과 일반적으로 일치한다. 이로 인해 솔더링 온도에서 실온으로 냉각 후 스퍼터링 타겟의 복합 재료(타겟플레이트/백플레이트 경계면)에서 나타나는 응력이 최소화될 수 있다.

취성 재료로 구성된 스퍼터링 타겟용 타겟플레이트를 적절한 백플레이트에 적용하는 또 다른 가능한 방법은 내열성 및 전기적으로 및 열적으로 전도성 접착제에 의해, 예를 들어 구리로 구성된, 백플레이트에 접착 본딩하는 것이다.

대안으로서, 스퍼터링 타겟용 타겟플레이트는 적절한 백플레이트에 기계적으로 클램핑될 수도 있다. 여기서, 열전도도를 향상시키기 위해 (예를 들어 구리로 구성된) 백플레이트와 타겟플레이트 사이에 흑연 또는 은으로 구성된 중간 포일이 추가로 클램핑될 수 있다.

그러나, 모든 이러한 타겟들은, 타겟의 스퍼터링 중 높은 스퍼터링 출력 또는 출력밀도가 타겟 내로 도입될 때, 스퍼터링 타겟으로서 사용되는 경우, 파손될 수 있다는 단점을 갖는다. 따라서, 채용가능한 스퍼터링 출력이 제한된다. 일부 경우 스퍼터링 타겟 내의 온도가 너무 높아지고, 높은 출력밀도가 도입되는 경우 솔더 또는 접착 본드는 열적으로 파손된다. 다른 경우, 전술한 바와 같이, 높은 스퍼터링 출력으로 인해 스퍼터링 타겟의 변형 또는 파열이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 높은 스퍼터링 출력 또는 높은 출력밀도를 사용하여 하나 이상의 취성 재료로 구성된 타겟의 스퍼터링에 의한 코팅 공정의 실시를 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 스퍼터링 출력 또는 높은 출력밀도를 사용하는 스퍼터링 공정의 실시를 위한 스퍼터링 타겟으로서 사용될 수 있는 타겟을 제공하는 것이다. 그러한 타겟은 제조하기가 간단해야 하고 기계적으로 그리고 열적으로 안정해야 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 높은 스퍼터링 출력 또는 출력밀도를 사용하는 스퍼터링 공정의 실시를 위해 사용될 수 있는 기계적으로 그리고 열적으로 안정한 스퍼터링 타겟의 간단한 제조를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 파괴되고 그에 따라 더 이상 사용할 수 없게 되는 일 없이 스퍼터링 공정에서의 높은 스퍼터링 출력 또는 출력밀도에서 작동될 수 있는 스퍼터링 타겟을 제공함으로써 전술한 문제 및 한계를 해결한다.

본 발명은 전면 및 후면을 갖고 취성 재료로 구성된 타겟플레이트를 포함하는 스퍼터링 타겟을 제공하며, 타겟플레이트는 그 영역에 걸쳐 백플레이트에 결합되고 타겟플레이트는 전면에서부터 후면까지 통과하고 타겟플레이트를 인접하는 단편들로 분할하는 미세균열(microcrack)을 갖는다.

타겟플레이트의 재료(재료 A)는 백플레이트의 재료(재료 B)보다 높은 열팽창 계수를 갖는다. 따라서, 타겟플레이트는 적어도 중간 부분에 걸쳐 인장 하중하에 있으며, 타겟플레이트 내에서 미세균열의 형성으로 이어진다.

바람직하게는, 단편들의 길이 및 폭은 평균적으로 타겟플레이트의 두께 정도의 크기이다.

미세균열은 스퍼터링 공정 중 고출력밀도가 도입되는 경우에 더 적은 응력이 발생하는 결과를 가져오는데, 왜냐하면 단편들의 에지(edge)들이 서로에 대해 상대적으로 이동할 수 있기 때문이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟이 어떻게 제조될 수 있는지 실시예를 통해 그리고 도면을 이용하여 설명된다. 이것은 기계적으로 안정한, 이 경우에 몰리브덴으로 구성되는, 백플레이트에 본딩되는, 이 경우에 TiB2인, 세라믹 스퍼터링 타겟의 실시예에 대해, 기계적 인장 응력의 감소로 이어지는 미세균열이 본딩 공정에 의해 형성되도록 수행된다.

취성으로 지칭되는 재료의 군에 할당될 수 있는 세라믹 스퍼터링 타겟의 이용은 스퍼터링에 있어서 큰 도전이 된다는 것이 다시 한 번 지적될 수 있다. 특히, 높은 스퍼터링 출력의 사용(고출력밀도의 도입)은 열적으로 유도되는 기계적 응력(타겟의 파열을 초래할 수 있는 응력)을 회피하기 위해 매우 우수한 냉각을 필요로 한다. 우수한 냉각을 보장할 수 있기 위해, 타겟은 가요성 멤브레인(flexible membrane)을 통해 높은 냉각수 압력을 종종 받는다. 이는 타겟상의 기계적 굽힘 하중을 초래한다. 일반적으로, 언급된 타겟 재료 군(취성, 특히 세라믹, 스퍼터링 타겟)의 기계적 안정성(강도 및 연성)은 단독으로 기계적 하중을 견딜 수 있기에 충분하지 않다.

또한, 스퍼터링 타겟을 적절한 코팅 설비 내에 고정시키기 위해 흔히 필요한 복잡한 형상, 예를 들어 구멍, 드릴링된 개구 또는 베이어넷은 달성하기가 매우 어렵고 많은 비용이 든다. 따라서, 취성(예를 들어, 세라믹) 재료 군으로 구성된 타겟플레이트는 본딩 공정(솔더링 공정)에 의해 백플레이트에 고정된다.

본 발명에 따른 스퍼터링 타겟의 바람직한 형상은 원형 또는 직사각형 플레이트이며, 바람직한 치수는 약 50 내지 300 mm의 직경이거나 50 내지 1000 mm 정도의 크기의 치수이다.

스퍼터링 타겟은 그에 따라 다음의 방법으로 제조될 수 있다:

- 바람직하게는 취성 재료를 주 구성성분으로서 포함하는, 타겟플레이트를 제공하는 단계,

- 백플레이트를 제공하는 단계,

- 바람직하게는 400 ℃ 내지 1000 ℃ 범위의 온도에서 솔더링함으로써, 타겟플레이트와 백플레이트의 영역에 걸쳐 효과적으로 본딩하고, 타겟을 냉각시켜 타겟플레이트-백플레이트 복합체를 제조하는 단계.

여기서, 백플레이트 재료는 타겟플레이트 재료에 비해 다음의 특성을 갖는다:

- 낮은 열팽창 계수,

- 더 높은 강도(항복점(yield point) 또는 0.2 연신 한계 또는 인장 강도).

또한, 유리한 실시형태에서, 백플레이트 재료는 타겟플레이트 재료에 비해 다음의 특성을 갖는다:

- 더 높은 탄성 계수,

- 더 높은 열전도도.

본 발명의 스퍼터링 타겟을 제조하기 위해서 타겟플레이트와 백플레이트는 서로 결합된다.

본딩 솔더(bonding solder)는 단지 십분의 수 밀리미터 두께이며, 백플레이트에 대한 타겟플레이트의 기계적 본딩과 열전도의 기능을 수행한다.

타겟플레이트는 디스크 또는 직사각형 플레이트와 같은 단순한 형상을 가질 수 있다.

본딩 공정은 다음의 요건들을 만족해야 한다:

- 타겟플레이트 상에서 균질한 온도 분포를 가능하게 하기 위하여 본딩 재료(본딩 솔더)의 전면 젖음(full-area wetting). 전면 젖음이 달성되지 않는 경우, 타겟플레이트에서 백플레이트로의 열 전달이 제한되어서, 스퍼터링 타겟이 강하게 가열되고 그에 따라 본딩 솔더가 높은 온도에 또한 도달한다. 본딩 솔더의 융점이 초과되는 경우, 타겟플레이트가 백플레이트로부터 완전히 분리되는 것으로 이어질 수 있다. 불균질한 온도 분포의 경우, 열적으로 유도된 기계적 응력이 발생할 수 있고, 이는 타겟플레이트의 파열(이 경우 부서진 조각들의 분리에 의한 파손)을 초래할 수 있다.

- 본딩 재료의 우수한 열전도도.

- 높은 접착강도.

- 높은 스퍼터링 출력밀도를 사용할 수 있도록 본딩 재료의 높은 융점.

오늘날, 백플레이트에 취성, 특히 세라믹, 타겟플레이트를 본딩하기 위해 다음 공정들이 일반적으로 사용된다:

1. 인듐 본딩:

장점: 사용하기 매우 간단함, 인듐 본딩 솔더의 높은 열전도도

단점: 인듐의 융점은 156 ℃이고, 그에 따라 스퍼터링 공정에서 낮은 출력밀도만 가능하다.

2. AgSn(은-주석 솔더) 본딩:

장점: 인듐의 것보다 다소 높은 융점, 즉 220 ℃

단점: 사용하기 더 어려움, 젖음 및 전면 적용이 더 어려움. 고가의 "나노포일(Nanofoil)" 공정을 경우에 따라 이용함, 더 낮은 열전도도.

3. 전기 및 열 전도성 접착제를 이용하는 접착제 본딩:

장점: 더 높은 내열성

단점: 낮은 열전도도와 그에 따라 스퍼터링 공정에서 타겟의 더욱 높은 온도, 이는 결과적으로, 접착제의 열적 안정성이 특정 온도로 제한된 경우에, 본딩의 실패를 초래할 수 있다.

예를 들어, 인듐 본딩에 있어서, 사용될 수 있는 스퍼터링 출력밀도는, 세라믹 타겟플레이트의 취성 특성과 결합하여, 인듐 솔더가 사용되는 경우 낮은 융점에 의해 또는 본딩 솔더에 의한 비-전면 젖음(non-full-area wetting)에 의해 또는 본딩 솔더의 불량한 열전도도에 의해, 약 5-10 W/㎠으로 제한된다. 달성될 수 있는 코팅 속도는 낮다.

본 발명은 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 관해 기술한다. 취성, 특히 세라믹, 타겟플레이트는, 타겟플레이트와 백플레이트의 상이한 팽창 계수로 인한 열적 불일치(thermal mismatching)의 결과로서 본딩 공정 이후에 타겟플레이트 내에 미세한 미세균열이 형성되면서, 내고온성으로 백플레이트에 결합되어야 한다. 타겟플레이트의 열팽창 계수는 백플레이트의 것보다 더 높아야 한다.

백플레이트에 취성, 특히 세라믹, 타겟플레이트를 본딩하는 것은 고온에서 ("고온 솔더링(high-temperature soldering)"으로도 알려져 있는) 진공 솔더링 공정(http://de.wikipedia.org/wiki/

)에 의해 수행될 수 있다. 진공 솔더링 공정은 일반적으로 400-1000 ℃에서 수행된다.

고온 솔더링에서, 융점이 400℃ 이상, 바람직하게는 600℃ 이상 그리고 더욱 바람직하게는 900℃ 이상 그리고 최대 약 1200℃인, 솔더를 이용하는 것이 바람직하다. 솔더링 공정은 산화에 의한 손상을 피하기 위해 바람직하게는 감압하에서 수행된다. 솔더는 솔더포일(solder foil) 또는 솔더페이스트(solder paste) 형태로 제공될 수 있다. 솔더링 온도로부터 냉각 시, 타겟플레이트와 백플레이트 간의 열팽창 계수의 차이로 인해 타겟플레이트 내에 인장 응력이 발생하고 이는 미세균열의 형성으로 이어진다. 이것은 냉각 공정의 결과로서 타겟플레이트 내에 발생한 인장 응력이 타겟플레이트 재료의 항복점을 초과하고 그로 인한 팽창이 소성적으로 일어날 수 없는 경우에 발생한다. 추가적인 조건은 백플레이트에 대한 타겟플레이트의 기술적으로 적절한, 양호한 영역 본딩이다.

백플레이트에 대한 타겟플레이트의 경납땜(hard soldering)은 진공로(vacuum furnace) 내에서 인가되는 압력 없이 수행될 수 있다.

예를 들어, 타겟플레이트가 TiB2로 구성되고 백플레이트가 몰리브덴으로 구성된 경우, TiB2와 Mo의 열팽창 계수의 차이 때문에 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트의 복합체)의 본딩 공정 및 냉각 이후 타겟플레이트 내에 인장 응력이 발생할 것이다.

TiB2의 열팽창 계수는 8.1 ㎛/℃ 이며, 몰리브덴의 경우는 4.8 ㎛/℃ 이다.

스퍼터링 타겟은 솔더링 이후 경우에 따라 (예를 들어, 샌드블라스팅(sandblasting)에 의해) 입자-블라스팅 처리될 수 있다. 이 제조 단계는 첫째로 과잉 솔더의 스퍼터링 타겟을 세정하는 역할을 하고, 둘째로 타겟플레이트 내에서 미세균열의 형성을 위한 지지 효과를 가질 수 있다.

블라스팅 재료의 충돌(예를 들어, α-알루미나 입자를 이용하는 샌드블라스팅)로 인해 타겟플레이트의 표면 안으로 응력이 도입되고 소성 변형을 겪을 재료능력의 부족으로 인해 미세하게 분포된 미세균열이 형성된다. 블라스팅 재료의 충돌로 인해 미세균열이 부가적으로 개시되는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우, 솔더링 온도로부터 냉각 이후 백플레이트에서 일어나는 탄성 변형이 동시에 소산되는데, 왜냐하면 응력의 원인이 되는 타겟플레이트에, 전술한 바와 같이, 미세균열이 형성되었기 때문이다. 이는 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트 사이의 결합) 내의 굽힘 응력을 감소시킨다.

이러한 유형의 미세균열이, 예를 들어 불균질한 열 투입의 결과로서, 코팅 설비에서 스퍼터링 타겟의 사용 중에 오직 또는 부가적으로 형성되는 것이 또한 가능하다.

스퍼터링 타겟의 사용 후 또는 최대 수명에 도달한 경우, 타겟플레이트는 솔더의 융점 이상의 온도로 스퍼터링 타겟을 가열함으로써 백플레이트로부터 분리될 수 있어서, 백플레이트는 새로운 스퍼터링 타겟을 위해 재사용될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 스퍼터링 타겟은 매우 높은 스퍼터링출력밀도에서 사용될 수 있는데, 왜냐하면 매우 높은 온도에서까지 안정하고 우수한 열전도도를 갖는 솔더에 의해 타겟플레이트가 백플레이트에 본딩되기 때문이다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 스퍼터링 타겟은 냉각수에 의해 스퍼터링 타겟 후면에 가해지는 높은 압력에 민감하지 않은데, 왜냐하면 높은 강성 및 높은 강도를 갖는 백플레이트를 구비하기 때문이다.

또한, 전술된 스퍼터링 타겟과 전술된 제조 경로는, 예를 들어, 다음의 재료 쌍(타겟플레이트/백플레이트)에 대해 특히 유리하게 사용될 수 있다:

타겟플레이트: 붕화물(예를 들어, TiB2, CrB2, WB), 탄화물(예를 들어, WC, TiC, SiC), 질화물(예를 들어, TiN, AlN), 규화물(예를 들어, TiSi2, CrSi2), 산화물, 붕화물, 탄화물, 질화물, 규화물, 산화물, 금속(예를 들어, Mo, W, Ti, V, Zr)을 함유하는 복합재료, Si, Cr, Ge와 같은 기본적인(단일원소로 이루어진) 취성 재료.

백플레이트: 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 몰리브덴 복합재료, 텅스텐, 텅스텐 합금, 텅스텐 복합재료.

본 발명에 의하면 종래 기술에 비해 높은 스퍼터링 출력 또는 높은 출력밀도를 사용하여 하나 이상의 취성 재료로 구성된 타겟의 스퍼터링에 의한 코팅 공정의 실시가 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 높은 스퍼터링 출력 또는 높은 출력밀도를 사용하는 스퍼터링 공정의 실시를 위한 스퍼터링 타겟으로서 사용될 수 있는 타겟이 제공된다. 그러한 타겟은 제조하기가 간단하고 기계적으로 그리고 열적으로 안정하다.

또한, 본 발명에 의하면 높은 스퍼터링 출력 또는 출력밀도를 사용하는 스퍼터링 공정의 실시를 위해 사용될 수 있는 기계적으로 그리고 열적으로 안정한 스퍼터링 타겟의 간단한 제조 방법이 제공된다.

도 1은 진공 솔더링 공정 중의 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트 복합체)을 도시한다.
타겟플레이트(1)가 백플레이트(3) 상에 놓여 있다. 고온에서, 본딩 솔더(2)는 용융되고 접촉 표면(3a 및 2a)을 완전히 적신다.
도 2는, 백플레이트(1)로서 몰리브덴 그리고 타겟플레이트(3)로서 TiB2를 사용하여, 진공 솔더링 공정에서 본딩하고 이어서 대기 중에서 냉각한 이후의 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트 복합체)을 도시한다.
TiB2와 Mo의 열팽창 계수의 차이로 인해, 타겟플레이트 TiB2 내에 인장 응력이 발생하고, 이는 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트 복합체)의 만곡으로 이어진다 (여기에서는 크게 과장해서 나타내었다).
도 3은 솔더링 공정 및 제1 스퍼터링 이후의 타겟을 도시한다; 미세한 미세균열들이 타겟을 덮고 있다. 솔더는 온전하게 남아 있으며, 즉, 백플레이트에 대한 타겟플레이트의 열적 및 기계적 연결은 탁월하다.
도 4는 45 W/㎠의 출력밀도에서 30 시간 동안 고-출력 스퍼터링 테스트 이후의 TiB2-몰리브덴 스퍼터링 타겟(타겟플레이트/백플레이트 복합체)의 표면을 도시한다.

본 발명은, 타겟의 스퍼터링을 통해 코팅될 기판의 적어도 하나의 표면을 코팅하기 위한 스퍼터링 타겟으로서 적어도 하나의 타겟이 사용되는, 진공 코팅 공정을 또한 개시하는데, 여기서

- 타겟은 전면과 후면을 갖는 재료 A로 구성된 스퍼터링될 타겟플레이트를 구비하고, 타겟은 타겟플레이트를 향하는 면을 갖는 재료 B로 구성된 백플레이트를 구비하며, 타겟플레이트를 향하는 백플레이트의 면은 타겟플레이트의 후면에 영역에 걸쳐 기계적으로 안정하게 본딩되고, 접합 재료로서 재료 C가 재료 A와 재료 B 사이에 제공되며,

여기서

- 재료 A는 적어도 대부분 하나 이상의 취성 재료로 구성되고, 재료 B는 적어도 대부분 재료 A의 취성 재료에 비해 더 높은 연성을 갖는 하나 이상의 재료로 구성되며,

- 재료 A의 열팽창 계수는 재료 B의 열팽창 계수보다 더 높고, 재료 B는 재료 A보다 더 높은 연성 및/또는 강도를 가지며,

- 타겟플레이트는 적어도 실온에서 인장 응력 하에 있어서, 이는, 타겟플레이트의 전면에서부터 후면까지 통과하고 타겟플레이트를 인접하는 단편들로 분할하는, 미세균열의 형성으로 이어지며, 타겟플레이트를 스퍼터링하기 위해 스퍼터링 출력의 도입 중에 단편들의 에지들이 서로에 대해 이동할 수 있어서, 미세균열이 없는 타겟에 비해 타겟플레이트 내부에 더 적은 응력이 발생하고, 타겟플레이트의 파손 없이 더욱 높은 스퍼터링 출력이 사용될 수 있다.

본 발명의 진공 코팅 공정은 특히, 재료 A가 주로 TiB2로 구성되고 재료 B가 주로 Mo로 구성되고 백플레이트가 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 솔더링을 통해 타겟플레이트에 본딩되도록, 실시될 수 있다.

바람직한 실시형태에 있어서, 본 발명의 진공 코팅 공정은, 증착 공정이 타겟의 고-전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering, HIPIMS)을 통해 수행되도록, 구현된다.

1 ... 백플레이트(Back plate)
2 ... 본딩 솔더(Bonding solder)
3 ... 취성, 특히 세라믹, 타겟플레이트(target plate)
2a ... 백플레이트의 접촉 표면
3a ... 타겟플레이트의 접촉 표면

Claims (14)

1. 취성 재료로 구성되는 타겟플레이트와 상기 타겟플레이트에 영역에 걸쳐 본딩되는 백플레이트를 포함하는, 타겟, 특히 스퍼터링 타겟으로서, 타겟플레이트는 백플레이트를 향하는 접촉 표면을 갖고 백플레이트는 타겟플레이트를 향하는 접촉 표면을 가지며, 상기 타겟 플레이트는, 상기 타겟플레이트의 전면에서부터 후면까지 통과하고 상기 타겟플레이트를 인접하는 단편들로 분할하는, 미세균열을 구비하는 것을 특징으로 하는 타겟, 특히 스퍼터링 타겟.
2. 제1항에 있어서, 상기 타겟플레이트는 주 구성성분으로서 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟플레이트의 접촉 표면과 상기 백플레이트의 접촉 표면 사이에 본딩 솔더가 존재하는 것을 특징으로 하는 타겟.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟플레이트의 단편들의 길이 및 폭은 평균적으로 상기 타겟플레이트의 두께 정도의 크기인 것을 특징으로 하는 타겟.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 본딩 솔더가 400℃ 이상의 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 타겟.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟플레이트의 열팽창 계수가 백 플레이트의 것보다 높은 것을 특징으로 하는 타겟.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟플레이트의 강도가 백 플레이트의 것보다 낮은 것을 특징으로 하는 타겟.
8. 타겟, 특히 스퍼터링 타겟,을 제조하기 위한 방법으로서, 다음 단계들:
   - 바람직하게는 취성 재료를 주 구성성분으로서 포함하는, 타겟플레이트를 제공하는 단계,
   - 백플레이트를 제공하는 단계,
   - 바람직하게는 400 ℃ 내지 1000 ℃ 범위의 온도에서 솔더링함으로써, 타겟플레이트와 백플레이트의 영역에 걸쳐 효과적으로 본딩하고, 타겟을 냉각시켜 타겟플레이트-백플레이트 복합체를 제조하는 단계
   를 포함하는 타겟, 특히 스퍼터링 타겟, 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 방법은 다음의 단계:
   - 타겟을 입자 블라스팅 처리하는 단계
   를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟 제조 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 400℃ 이상의 융점을 갖는 솔더가 사용되는 것을 특징으로 하는 타겟 제조 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 타겟플레이트 재료보다 더 작은 열팽창 계수를 갖는 재료가 백플레이트에 대해 선택되는 것을 특징으로 하는 타겟 제조 방법.
12. 타겟의 스퍼터링을 통해 코팅될 기판의 적어도 하나의 표면을 코팅하기 위한 스퍼터링 타겟으로서 적어도 하나의 타겟이 사용되는, 진공 코팅 방법으로서,
    - 타겟은 전면과 후면을 갖는 재료 A로 구성된 스퍼터링될 타겟플레이트를 구비하고, 타겟은 타겟플레이트를 향하는 면을 갖는 재료 B로 구성된 백플레이트를 구비하며, 타겟플레이트를 향하는 백플레이트의 면은 타겟플레이트의 후면에 영역에 걸쳐 기계적으로 안정하게 본딩되고, 접합 재료로서 재료 C가 재료 A와 재료 B 사이에 제공되며,
    - 재료 A는 적어도 대부분 하나 이상의 취성 재료로 구성되고, 재료 B는 적어도 대부분 재료 A의 취성 재료에 비해 더 높은 연성을 갖는 하나 이상의 재료로 구성되며,
    - 재료 A의 열팽창 계수는 재료 B의 열팽창 계수보다 더 높고, 재료 B는 재료 A보다 더 높은 연성 및/또는 강도를 가지며,
    - 타겟플레이트는 적어도 실온에서 인장 응력 하에 있어서, 이는, 타겟플레이트의 전면에서부터 후면까지 통과하고 타겟플레이트를 인접하는 단편들로 분할하는, 미세균열의 형성으로 이어지며, 타겟플레이트를 스퍼터링하기 위해 스퍼터링 출력의 도입 중에 단편들의 에지들이 서로에 대해 이동할 수 있어서 미세균열이 없는 타겟에 비해 더 적은 응력이 타겟플레이트 내에 발생하고 타겟플레이트의 파손 없이 더욱 높은 스퍼터링 출력이 사용될 수 있는, 진공 코팅 방법.
13. 제12항에 있어서, 재료 A가 주로 TiB2로 구성되고 재료 B가 주로 Mo로 구성되고 백플레이트가 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 솔더링을 통해 타겟플레이트에 본딩되는 것을 특징으로 하는, 진공 코팅 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 증착 공정이 타겟의 고-전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HIPIMS)을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 진공 코팅 방법.

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