KR20210092283A - 스퍼터링 타깃 제품 및 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법 - Google Patents
스퍼터링 타깃 제품 및 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
스퍼터링 타깃 제품의 비용을 저감시킨다. 스퍼터링 타깃 제품이며, 상기 스퍼터링 타깃 제품은, 타깃과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와, 인서트재의 층을 포함하고, 상기 타깃의 비 스퍼터면측의 적어도 일부가 면 대칭형의 요철부를 갖도록 프로파일화되고, 상기 인서트재의 층은 상기 프로파일화된 면에 밀착하도록 형성되며, 상기 인서트재는, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어지는, 상기 스퍼터링 타깃 제품.
Description
본 개시는, 스퍼터링 타깃 제품 및 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 또는 세라믹스의 박막을 형성하는 방법으로서 스퍼터링법을 들 수 있다. 스퍼터링법이 활용되는 분야로서, 일렉트로닉스 분야, 내식성 재료 및 장식의 분야, 촉매 분야, 절삭재 및 연마재 등의 내마모성 재료의 제작 분야 등을 들 수 있다. 최근에는, 특히 일렉트로닉스의 분야에 있어서, 복잡한 형상의 피막 형성 및 회로의 형성에 적합한 탄탈 스퍼터링 타깃 등이 사용되고 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 스퍼터링 타깃의 이용률을 향상시키는 발명이 개시되어 있다. 구체적으로는, 배킹 플레이트에 원통 형상 오목부를 마련하고, 당해 오목부에 대응하는 타깃 인서트를 마련하는 것을 개시하고 있다. 그리고, 필요한 타깃 재료의 양을 감소시킴으로써, 스퍼터용 장치의 생산성을 높이고, 그것에 의해 비용을 감소시키는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 3에서는, 탄탈 또는 텅스텐 타깃과 구리 합금제 배킹 플레이트가 두께 0.5㎜ 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 인서트재를 통해 확산 접합된 스퍼터링 타깃 제품이 개시되어 있다.
특허문헌 4에서는, 가장 깊은 침식 홈에 대응하는 몇몇 개구를 코어 배킹 구성 요소가 갖는 스퍼터링 타깃 제품이 개시되어 있다.
상기한 바와 같이, 스퍼터링 타깃 제품에 관련된 비용을 줄이는 시도가 이루어져 있지만, 여전히 비용면에서의 개량의 여지가 남아 있다. 그래서, 본 개시에서는, 상기 특허문헌과는 다른 어프로치로 비용을 줄인 스퍼터링 타깃 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
예의 검토한 결과, 발명자는 스퍼터링 타깃 제품의 중량에 주목하였다. 박막을 형성하는 성분은, 중금속 등의 비교적 비중이 큰 성분이다. 따라서, 스퍼터링 타깃 제품도 중량이 커진다. 그리고, 그만큼 수송 비용도 높아져서, 취급성에도 더욱 어려움이 생긴다. 스퍼터링 타깃 제품의 사용 상황에 주목하면, 박막을 형성하는 성분을 포함하는 타깃 부분은, 균일하게 침식되는 것은 아니다. 실제로는, 도 7 내지 9에 도시한 바와 같이, 면 대칭형으로 요철을 형성하도록 침식된다. 따라서, 침식이 많은 부분에 대해서는, 이에 대응하여, 타깃의 두께를 크게 할 필요가 있다. 한편, 침식이 적은 부분에 대해서는, 타깃의 두께가 얇아도 문제는 없다. 즉, 침식이 적은 부분에 대해서는, 타깃의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 그리고, 얇게 한 만큼에 따라서, 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 보충해도 된다. 이에 의해, 제품 전체의 중량을 가볍게 할 수 있다.
본 발명은, 상기 지견에 기초하여 완성되고, 일 측면에 있어서, 이하의 발명을 포함한다.
(발명 1)
스퍼터링 타깃 제품이며,
상기 스퍼터링 타깃 제품은, 타깃과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와, 인서트재의 층을 포함하고,
상기 타깃의 비 스퍼터면측의 적어도 일부가 면 대칭형의 요철부를 갖도록 프로파일화되고,
상기 인서트재의 층은 상기 프로파일화된 면에 밀착하도록 형성되고,
상기 인서트재는, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어지는,
당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 2)
발명 1의 스퍼터링 타깃 제품이며,
상기 인서트재의 융점이, 상기 타깃의 융점보다도 낮은,
당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 3)
발명 1 또는 2의 스퍼터링 타깃 제품이며,
상기 인서트재의 에칭 레이트가, 상기 타깃의 에칭 레이트보다도 높고,
상기 인서트재의 층의 측면의 적어도 일부가, 상기 타깃 및 상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 의해 덮이지 않고 노출되어 있는,
당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 4)
발명 1의 스퍼터링 타깃 제품이며,
상기 타깃이, Ta 또는 Ta 합금을 포함하고,
상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브가, Cu 또는 Cu 합금을 포함하며,
상기 인서트재가, Al 또는 Al 합금을 포함하는,
당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 5)
발명 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 타깃 제품이며, 상기 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 상기 인서트재로 덮여 있거나, 또는 상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와 상기 인서트재의 양쪽에 의해 덮여 있는, 당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 6)
발명 5의 스퍼터링 타깃 제품이며, 상기 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 상기 인서트재로 덮여 있는, 당해 스퍼터링 타깃 제품.
(발명 7)
발명 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법이며, 상기 방법은,
타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 분리하는 공정과,
상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 새로운 타깃을 접합하는 공정을
포함하고,
상기 분리하는 공정은,
열처리에 의해 인서트재를 연화 또는 용융시키는 것, 및
에칭 처리에 의해 인서트재를 용해시키는 것
중 어느 하나를 포함하는, 당해 방법.
상기 발명은, 일 측면에 있어서, 비 스퍼터면측의 적어도 일부가 면 대칭형의 요철부를 갖도록 프로파일화되고, 인서트재의 층은 프로파일화된 면에 밀착하도록 형성되며, 인서트재는, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어진다. 이에 의해, 스퍼터링 타깃 제품 전체의 중량이 감소하여, 비용을 삭감시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 있어서, 프로파일화의 베리에이션을 나타낸다.
도 2는 일 실시 형태에 있어서, 인서트재의 일부가 노출되어 있는 상태를 나타낸다. 도 2 중의 점선은, 스퍼터에 의한 에로전 분포를 나타낸다.
도 3은 타깃의 비 스퍼터면 모두가 배킹 플레이트로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 4는 일 실시 형태에 있어서, 타깃의 비 스퍼터면 모두가 인서트재로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 5는 일 실시 형태에 있어서, 타깃의 비 스퍼터면 모두가, 배킹 플레이트와 인서트재로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 6은 타깃의 비 스퍼터면의 일부가, 배킹 플레이트와 인서트재로 덮이지 않고, 노출되어 있는 상태를 나타낸다.
도 7은 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 원형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 10 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 원형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다.
도 8은 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 직사각형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 11 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 직사각형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다.
도 9는 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 원통형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 12 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 원통형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다. 선 A는 원통형의 장축과 수직인 방향이다. 선 B는 원통형의 장축과 평행한 방향이다.
도 10은 도 7에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 11은 도 8에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 12는 도 9에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 13은 배킹 플레이트의 오목부의 형상을 나타낸다. 오목부의 측벽이 형성하는 각도는, 배킹 플레이트의 정상면에 대한 수선을 기준으로 하여 정의된다. 보다 구체적으로는, 오목부의 측벽이 당해 수선과 평행한 경우를 0°라고 정의된다. 나아가, 오목부가 형성하는 측벽이, 도브테일 이음(Dovetail) 형상으로 되는 경우를, 마이너스 각도라고 정의하고, 그 반대를 플러스 각도라고 정의한다. 또한, (C)에 도시한 바와 같이, 측벽이 구부러져 있는 경우에는, 구부러진 부분의 각도를, 오목부의 측벽이 형성하는 각도로 한다.
도 2는 일 실시 형태에 있어서, 인서트재의 일부가 노출되어 있는 상태를 나타낸다. 도 2 중의 점선은, 스퍼터에 의한 에로전 분포를 나타낸다.
도 3은 타깃의 비 스퍼터면 모두가 배킹 플레이트로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 4는 일 실시 형태에 있어서, 타깃의 비 스퍼터면 모두가 인서트재로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 5는 일 실시 형태에 있어서, 타깃의 비 스퍼터면 모두가, 배킹 플레이트와 인서트재로 덮여 있는 상태를 나타낸다.
도 6은 타깃의 비 스퍼터면의 일부가, 배킹 플레이트와 인서트재로 덮이지 않고, 노출되어 있는 상태를 나타낸다.
도 7은 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 원형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 10 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 원형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다.
도 8은 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 직사각형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 11 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 직사각형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다.
도 9는 사용 후의 타깃의 표면 형상을 나타낸다(종래 기술). 타깃의 형상은 원통형이며, 선 A는 대칭면을 나타낸다(도 12 참조). 하측 도면은, 상기 도면의 원통형 타깃을 선 B에서 절단했을 때의 횡단면을 나타낸다. 선 A는 원통형의 장축과 수직인 방향이다. 선 B는 원통형의 장축과 평행한 방향이다.
도 10은 도 7에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 11은 도 8에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 12는 도 9에 기재한 선 A에 대응하는 대칭면의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 13은 배킹 플레이트의 오목부의 형상을 나타낸다. 오목부의 측벽이 형성하는 각도는, 배킹 플레이트의 정상면에 대한 수선을 기준으로 하여 정의된다. 보다 구체적으로는, 오목부의 측벽이 당해 수선과 평행한 경우를 0°라고 정의된다. 나아가, 오목부가 형성하는 측벽이, 도브테일 이음(Dovetail) 형상으로 되는 경우를, 마이너스 각도라고 정의하고, 그 반대를 플러스 각도라고 정의한다. 또한, (C)에 도시한 바와 같이, 측벽이 구부러져 있는 경우에는, 구부러진 부분의 각도를, 오목부의 측벽이 형성하는 각도로 한다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명은, 본 발명의 이해를 촉진시키기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 범위를 한정함을 의도하는 것은 아니다.
1. 스퍼터링 타깃 제품의 구성
일 실시 형태에 있어서, 본 개시는, 스퍼터링 타깃 제품에 관한 것이다. 상기 스퍼터링 타깃 제품은, 타깃과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와, 인서트재의 층을 포함한다. 타깃의 비 스퍼터면측의 적어도 일부는, 면 대칭형의 요철부를 갖도록 프로파일화되어 있다. 여기서, 프로파일화란 표면이 특정한 형상을 갖도록 성형 또는 가공되는 것을 가리킨다(예를 들어, 형에 의한 성형, 연삭, 절삭 등). 그리고, 인서트재의 층은 프로파일화된 면에 밀착하도록 형성된다. 그리고, 인서트재는, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어진다.
이하에서는, 일 실시 형태에 있어서의 스퍼터링 타깃 제품의 특징에 대하여 상세히 설명한다.
2. 타깃
타깃의 성분은, 형성하는 박막의 성분(또는 일부의 성분)과 동일해도 된다. 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 타깃의 성분으로서, Sc, Ru, Rh, Pd, Re, Ir, Pt, Ta, Cu, Ti, W, Mo, Co, Nb, Zr 및 Hf 그리고 이들의 적어도 1종을 함유하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 성분이어도 된다. 바람직하게는, Ta 및 Ta 합금을 들 수 있다.
타깃의 형상은, 특별히 한정되지는 않고 원통형이어도 되며, 평판이어도 된다. 또한, 평판의 타깃으로서, 직사각형이어도 되며, 원형이어도 된다. 이하에서는 평판의 타깃을 예로 들어 설명한다.
타깃은, 스퍼터면과 비 스퍼터면을 갖는다. 스퍼터면은, 스퍼터링 시에 아르곤 가스 등이 충돌하는 면이며, 비 스퍼터면은, 당해 스퍼터면에 대하여 반대측의 면이다.
비 스퍼터면은, 면 대칭형에 요철부를 갖도록 프로파일화된다. 대칭면은, 예를 들어 타깃의 중심을 통과하고, 또한 타깃의 두께 방향과 평행하게 통과하는 위치에 존재해도 된다. 여기서 두께 방향이란, 스퍼터면에 대하여 수직인 방향이다. 그리고, 대칭면에서 동일한 거리의 위치에, 동일한 오목 형상의 페어, 및/또는 동일한 볼록 형상의 페어가 존재하도록 프로파일화되어도 된다. 구체적인 실시 형태에 있어서는, 타깃은 원판형이며, 그 경우에는, 동심원상의 프로파일이 된다. 따라서, 상기 「면 대칭」이라고 하는 개념은, 「동심원」이라고 하는 개념을 포함한다.
예를 들어, 타깃이 원형인 경우, 대칭면의 위치는, 원의 중심을 통과하는 면과 동일 위치가 된다. 그리고, 타깃이 원형인 경우, 요철부에 의해 형성되는 홈이 동심원상으로 형성된다.
예를 들어, 타깃이 직사각형인 경우, 대칭면의 위치는, 이하의 2개의 조건을 충족한다. 첫 번째 조건은, 대칭면이 직사각형의 중심 위치(예를 들어, 직사각형에 2개 대각선의 교점)를 통과하는 것이다. 두 번째 조건은, 대칭면이 직사각형의 대향하는 2개의 변과 평행으로 되는 것이다. 그리고, 타깃이 직사각형인 경우, 요철부에 의해 형성되는 홈이, 대칭면과 평행하게 형성된다.
예를 들어, 타깃이 원통형인 경우, 대칭면의 위치는, 이하의 2개의 조건을 충족한다. 첫 번째 조건은, 대칭면이 원통형의 길이 방향의 중심 위치를 통과하는 것이다. 두 번째 조건은, 대칭면이 반경 방향과 평행으로 되는 것이다. 그리고, 타깃이 원통형인 경우, 요철부에 의해 형성되는 홈이, 대칭면과 평행하게 형성된다.
면 대칭형에 요철부를 갖도록 프로파일화를 행하는 이유로서, 스퍼터링에 의한 에로전 분포가 면 대칭형으로 형성되는 것을 들 수 있다(도 7 내지 9). 즉, 스퍼터링에 의해 깎아내기 쉬운 부분과, 깎아내기 어려운 부분이 교대로 또한 면 대칭형으로 분포한다(도 2의 점선 부분 참조). 따라서, 스퍼터링에 의해 깎아내기 쉬운 부분의 두께를 두껍게 하고, 스퍼터링에 의해 깎아내기 어려운 부분의 두께를 얇게 함으로써 스퍼터링의 이용 효율을 높일 수 있다. 단, 스퍼터면의 형상을 과도하게 복잡하게 하면 아킹이나 이그니션 에러 등의 문제가 발생하기 때문에, 스퍼터면에 있어서의 프로파일화의 정도에는 한도가 있다. 이와 같은 점에서, 비 스퍼터면을 프로파일화하는 것이 바람직하다. 따라서, 일 실시 형태에 있어서는, 타깃의 비 스퍼터면측에 있어서의 면 대칭형의 요철부는, 적용되는 스퍼터 조건에 따라서 형성되는 스퍼터면의 면 대칭형의 요철 형상에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.
프로파일화의 구체적인 형상은 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어, 도 1의 (A) 내지 (E)에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 요철부를 마련해도 된다. 도 1은, 타깃의 단면도이며, 상측이 스퍼터면, 하측이 비 스퍼터면을 나타낸다. 예를 들어, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 직사각형의 홈을 형성해도 된다. 예를 들어, 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 삼각형의 홈을 형성해도 된다. 예를 들어, 도 1의 (C)에 도시한 바와 같이, 반원형의 홈을 형성해도 된다. 예를 들어, 도 1의 (D)에 도시한 바와 같이, 사인파의 파형의 홈을 형성해도 된다. 예를 들어, 도 1의 (E)에 도시한 바와 같이, 홈의 깊이 또는 산의 높이는 불균일하여도 된다.
또한, 타깃의 비중 수치에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 인서트재의 비중과의 관계로 결정된다. 그러나, 실온에서의 비중이, 적어도 2.900g/㎤ 이상이 바람직하고, 12.000g/㎤ 이상이 더 바람직하다. 실온에서의 비중의 상한값은 특별히 한정되지는 않고, 전형적으로는 25.000g/㎤ 이하가 바람직하다.
또한, 타깃의 융점에 대해서도, 특별히 한정되지는 않는다. 바람직한 실시 형태에 있어서, 인서트재의 융점과의 관계에 감안하여 결정해도 된다. 예를 들어, 1000℃ 이상이어도 되며, 바람직하게는 1500℃ 이상이어도 된다. 상한값은 특별히 한정되지는 않지만, 전형적으로는 3500℃ 이하여도 된다.
3. 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브
배킹 플레이트 또는 배킹 튜브는, 타깃과 결합되어, 타깃을 지지한다. 또한, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브 내에 수로를 마련해도 된다. 이에 의해, 운전중에는 수로에 물을 흐르게 해서 스퍼터링 타깃 전체를 냉각시키고, 인서트재가 용해되어박리되는 일이 없도록 해도 된다. 또한, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브는, 타깃 및/또는 인서트재와 본딩되는 측의 면과, 당해 면에 대한 반대측의 면을 갖는다. 타깃 및/또는 인서트재와 본딩되는 측의 면은, 평활해도 되며, 혹은 타깃을 매립하기 위한 오목부를 형성해도 된다.
배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 성분은 특별히 한정되지는 않고, Cu, Ti, Mo,및 이들의 적어도 1종을 함유하는 합금(예를 들어, Cu-Ni-Si 합금(예를 들어, C18000 등), CuZn 합금, CuCr 합금) 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 열전도율이 높은 재료가 바람직하고, 이 관점에서, Cu가 적합하다.
4. 인서트재
인서트재는, 타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 사이에 마련되어 양자를 결합시키는 역할을 담당한다. 인서트재는, 타깃의 비 스퍼터면에 접촉하는 부분과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 접촉하는 부분을 적어도 구비한다. 상술한 바와 같이, 타깃의 비 스퍼터면은, 면 대칭형에 요철부를 갖도록 프로파일화되어 있기 때문에, 타깃의 비 스퍼터면에 접촉하는 인서트재의 부분은, 이 프로파일화된 면에 밀착하는 형상이다. 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 접촉하는 인서트재의 부분 형상에 대해서는, 특별히 한정되지는 않지만, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 밀착되는 형상이어도 된다.
또한, 인서트재는, 타깃의 비 스퍼터면의 모두를 덮는 것은 필수적이지 않다. 예를 들어, 도 2에서는, 인서트재의 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분이 교대로 표시되어 있지만, 극단적인 예로서, 얇은 부분의 두께는 제로여도 된다(즉, 일부, 인서트재를 통하지 않고, 타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브가 직접 접촉해도 된다). 인서트재의 두께가 제로로 되는 개소가 부분적으로 존재하는 경우, 인서트재는 복수의 블록으로 구성되어도 된다(도 5).
인서트재의 성분은, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어진다. 적합하게는, 인서트재 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속은 모두, 타깃 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 어느 금속의 비중보다도 5g/㎤ 이상 가벼운 것이 바람직하고, 8g/㎤ 이상 가벼운 것이 보다 바람직하며, 10g/㎤ 이상 가벼운 것이 더욱 보다 바람직하다. 인서트재 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속과, 타깃 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속을 구성하는 금속과의 비중 차에 상한은 없지만, 예를 들어 20g/㎤ 이하로 할 수 있으며, 전형적으로는 15g/㎤ 이하로 할 수도 있다.
예를 들어, 타깃의 성분이 Ta(실온에서 약 16.654g/㎤)인 경우, 이보다도 가벼운 Al(실온에서 약 2.70g/㎤) 및/또는 Zn(실온에서 약 7.14g/㎤)이어도 된다. 상기한 바와 같이 프로파일화된 면에 밀착되는 형상인 것, 및 인서트재의 성분이 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어짐으로써, 스퍼터링 타깃 제품 전체로서의 중량을 저감시킬 수 있다.
전형적인 성분으로서, Al 및 Zn 및 이들 중 적어도 1종을 함유하는 합금 등을 들 수 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 인서트재의 성분은, 적어도 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어진다. 적합하게는, 인서트재 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속은 모두, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 어느 금속의 비중보다도 5g/㎤ 이상 가벼운 것이 바람직하고, 8g/㎤ 이상 가벼운 것이 보다 바람직하며, 10g/㎤ 이상 가벼운 것이 보다 더 바람직하다. 인서트재 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브 중에서 10질량％ 이상을 차지하는 금속을 구성하는 금속과의 비중차에 상한은 없지만, 예를 들어 20g/㎤ 이하로 할 수 있으며, 전형적으로는 15g/㎤ 이하로 할 수도 있다. 또한, 인서트재의 비중의 수치에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 타깃의 비중과의 관계로 결정된다. 그러나, 실온에서의 비중이, 적어도 8.000g/㎤ 이하가 바람직하고, 3.000g/㎤ 이하가 더 바람직하다. 실온에서의 비중의 하한값은 특별히 한정되지는 않고, 전형적으로는 1.000g/㎤ 이상이 바람직하다. 예를 들어, 타깃의 성분이 Ta(실온에서 약 16.654g/㎤)인 경우, 또한, 배킹 플레이트의 성분이 Cu(실온에서 8.94g/㎤)인 경우, 인서트재는, 이들보다도 가벼운 Al(실온에서 약 2.70g/㎤)이어도 된다.
구체적인 비교 대상의 예를 들면, 인서트재를 마련하지 않고, 타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 열처리 등으로 접합시키는 케이스를 생각한다(도 3). 이 경우, 타깃의 비 스퍼터측을 프로파일화하면, 이것에 적합하도록 배킹 플레이트측 또는 배킹 튜브측의 일부도 프로파일화한 형상으로 할 필요가 있다.
그러나, 상기 바람직한 실시 형태에서는, 인서트재의 성분은, 적어도 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어지기 때문에, 그만큼, 상기 비교 대상보다도 경량화를 실현할 수 있다. 즉, 타깃의 프로파일화한 면의 오목부를 매립하는 부분을, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 성분이 아니라, 인서트재의 성분으로 함으로써, 경량화를 실현할 수 있다.
또한, 비교 대상의 예에서는 접합 강도가 내려가는 경향이 있어, 스퍼터 중의 물리적 자극에 의해 분리할 가능성이 있다. 나아가, 비교 대상의 예에서는, 배킹 플레이트측 또는 배킹 튜브측도 프로파일화할 필요가 있기 때문에, 리사이클의 효율이 나빠질 가능성이 있다.
또한, 다른 바람직한 실시 형태에 있어서, 인서트재의 성분의 융점은, 타깃의 융점보다도 낮다. 더욱 바람직하게는, 인서트재의 성분의 융점은, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 융점보다도 낮다. 예를 들어, 타깃이 Ta이고 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브가 Cu인 경우(Ta, Cu 모두 융점이 1000℃ 이상), 인서트재로서 Al(융점 660.32℃) 또는 Al 합금을 사용할 수 있다. 예를 들어, 인서트재의 Al은, 배킹 플레이트측의 Cu와 일부 합금화함으로써 융점이 더욱 내려간다(Cu와 Al의 비율에 따라 다르지만, 예를 들어 548℃). 이에 의해, 스퍼터링 타깃 제품의 리사이클이 용이해진다. 구체적으로는, 타깃의 융점보다도 낮고, 또한 인서트재의 융점 부근의 온도 및 이보다도 높은 온도에서 열처리를 함으로써, 타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 용이하게 분리할 수 있다. 인서트재의 융점의 수치 범위는, 타깃의 융점과의 관계로 결정되며(보다 바람직하게는, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 융점과의 관계로 결정되며), 특별히 한정되지는 않지만, 300℃ 내지 700℃의 범위가 바람직하다.
또한, 융점이 낮은 재료를 인서트재에 사용함으로써, 접착 강도를 안정화시키는 것이 가능하게 된다. 이 이유로서, 융점이 낮은 재료는, 확산 접합 시의 고온 및 고압력하에서의 추종성이 높은 점, 그리고, 복잡한 형상으로 변형 가능한 점을 들 수 있다. 이 특성은, 스퍼터 시의 물리적인 자극의 관점에서 중요하다. 스퍼터 중, 타깃의 스퍼터면은 고온에 노출되고, 한쪽에서 비 스퍼터면측은 수랭되기 때문에, 휨이 발생한다. 따라서, 접합 불량을 야기할 가능성이 있다. 그러나, 융점이 낮은 재료를 인서트재에 사용함으로써, 휨에 대한 추종성이 높아져서, 결과적으로 접합 불량을 방지할 수 있다. 또한, 접합 강도에 대해서는, 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 6kgf/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 9kgf/㎟ 이상이다. 상한값은 특별히 한정되지는 않지만, 전형적으로는 30kgf/㎟ 이하이다.
또한, 융점이 낮은 재료를 인서트재로서 사용하는 것은, 비 스퍼터면의 프로파일화에 있어서 요구되는 가공 정밀도의 관점에서도 유리하다. 상술한 바와 같이, 스퍼터면측에서는 이그니션 에러 등의 문제가 있기 때문에, 프로파일화 시에 요구되는 가공 정밀도가 높다. 한편, 비 스퍼터면측에서는 그와 같은 문제는 발생하지 않기 때문에, 요구되는 가공 정밀도가 상대적으로 낮다. 그리고, 가공 정밀도가 낮은 비 스퍼터면과 접합시키기 위해서는, 인서트재는 변형 가능한 것이 바람직하다. 융점이 낮은 재료의 인서트재는, 이 요구에 적합하다.
다른 바람직한 실시 형태로는, 인서트재의 성분은, 인서트재의 에칭 레이트가, 타깃보다도 높아지는 성분이다(더욱 바람직하게는, 인서트재의 성분은, 인서트재의 에칭 레이트가, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 에칭 레이트보다도 높아지는 성분이다). 예를 들어, 타깃이 Ta이며, 또한 인서트재가 Al 또는 Zn인 경우, 일반적으로는 Al 또는 Zn의 쪽이, Ta보다도 에칭 레이트가 높다. 당해 바람직한 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 인서트재의 일부가 외부에 노출되어 있다. 이에 의해, 인서트재를 에칭하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 스퍼터링 타깃 제품의 리사이클이 용이해진다. 구체적으로는, 에칭에 의해 인서트재를 용해시켜, 타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 용이하게 분리할 수 있다.
인서트재는, 일부에서도 노출되어 있으면, 거기에서부터 에칭이 진행된다. 노출 부분은, 전형적으로는 인서트재의 측면 부분(즉, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와 접촉하는 부분 이외의 부분)이다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 에칭 레이트는, 30％ 질산 수용액에서 실시하였을 때의 에칭 레이트를 가리킨다(액온에 대해서는 특별히 한정되지는 않지만 전형적으로는 35℃이다).
다른 바람직한 실시 형태에서는, 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 인서트재로 덮여 있거나(도 4), 또는 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와 인서트재의 양쪽에 의해 덮여 있다(도 5). 전자의 경우에는, 바꾸어 말하면, 인서트재를 통해 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브로 덮여 있다. 이 경우, 타깃과 배킹 플레이트를 더욱 용이하게 분리할 수 있다. 후자의 경우에는, 타깃의 비 스퍼터면측은, 인서트재와 접촉하고 있는 부분과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와 접촉하고 있는 부분이 존재하게 된다.
타깃의 비 스퍼터면측의 일부가 노출되어 있으면(도 6), 마그네트론 스퍼터링의 경우, 마그네트의 회전에 의해 발생하는 와전류가 악영향을 미칠 가능성이 있다. 그러나, 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분을 덮음으로써, 이러한 악영향을 저감시킬 수 있다.
5. 리사이클 방법
일 실시 형태에 있어서, 본 개시는, 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 이하의 공정을 포함한다.
타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 분리하는 공정.
배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 새로운 타깃을 접합하는 공정.
인서트재의 융점이, 타깃의 융점보다도 낮은 경우, 상기 분리하는 공정은, 열처리에 의해 인서트재를 연화 또는 용융시키는 것을 포함한다. 이때의 열처리는, 인서트재의 융점 부근의 온도(예를 들어, 융점±100℃) 또는 이보다도 높고, 또한 타깃의 융점보다도 낮은 온도에서 처리하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 타깃에 대미지를 주지 않고 대미지를 최소한으로 하여, 양자를 분리할 수 있다.
또한, 인서트재의 융점이, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 융점보다도 낮은 경우, 상기 열처리는, 인서트재의 융점 부근의 온도(예를 들어, 융점±100℃) 또는 이보다도 높고, 또한 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 융점보다도 낮은 온도에서 처리하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 대미지를 주지 않거나 또는 대미지를 최소한으로 하여, 양자를 분리할 수 있다.
인서트재의 에칭 레이트가, 타깃의 에칭 레이트보다도 높은 경우, 상기 분리하는 공정은, 에칭 처리에 의해 인서트재를 용해시키는 것을 포함한다. 이에 의해, 타깃에 대미지를 주지 않거나 또는 대미지를 최소한으로 하여, 양자를 분리할 수 있다.
또한, 인서트재의 에칭 레이트가, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브의 에칭 레이트보다도 높은 경우, 타깃 및 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 대미지를 주지 않거나 또는 대미지를 최소한으로 하여, 양자를 분리할 수 있다.
또한, 배킹 플레이트(또는 배킹 튜브)는, 타깃을 삽입하기 위한 오목부를 형성해도 된다. 그러나, 리사이클 시에는, 사용 완료 타깃을, 배킹 플레이트(또는 배킹 튜브)로부터 분리할 필요가 있다. 따라서, 오목부의 형상은, 오목부로부터 사용이 끝난 타깃을 빼낼 때 간섭하는 일이 없는 형상이 바람직하다. 예를 들어, 오목부의 측벽이 형성하는 각도는, 0° 이상이 바람직하다(예를 들어, 도 13의 (A) 및 (B)). 또는, 오목부의 형상은, 도브테일 이음이 되는 부분(도 13의 (C) 및 (D))이 존재하지 않는 것이 바람직하다. 이에 의해, 사용 완료 타깃을 원활하게 배킹 플레이트의 오목부로부터 빼낼 수 있다.
분리 후에는 공지된 수단에 의해, 새로운 타깃(사용 완료 타깃을 재생시킨 물 포함함)을 다시 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 접합시킨다. 이에 의해, 스퍼터링 타깃 제품의 재생품이 완성된다. 이때의 인서트재에 대해서는, 리사이클 전일 때와 동일한 성분의 인서트재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 새로운 타깃은, 리사이클 전일 때와 동일하게 비 스퍼터면을 프로파일화한 타깃이 바람직하다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 설명해 왔다. 상기 실시 형태는, 본 발명의 구체예에 불과하며, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상술한 실시 형태의 하나에 개시된 기술적 특징은, 다른 실시 형태에 적용할 수 있다. 또한, 특기하지 않는 한, 특정한 방법에 대해서는, 일부의 공정을 다른 공정의 순서와 교체하는 것도 가능하며, 특정한 2개의 공정의 사이에 공정을 더 추가해도 된다. 본 발명의 범위는, 청구범위에 의해 규정된다.
10: 스퍼터링 타깃 제품
20: 타깃
30: 인서트재
40: 배킹 플레이트
20: 타깃
30: 인서트재
40: 배킹 플레이트
Claims (7)
- 스퍼터링 타깃 제품이며,
상기 스퍼터링 타깃 제품은, 타깃과, 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와, 인서트재의 층을 포함하고,
상기 타깃의 비 스퍼터면측의 적어도 일부가 면 대칭형의 요철부를 갖도록 프로파일화되고,
상기 인서트재의 층은 상기 프로파일화된 면에 밀착하도록 형성되고,
상기 인서트재는, 적어도 타깃을 구성하는 금속보다도 비중이 가벼운 금속으로 이루어지는, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제1항에 있어서,
상기 인서트재의 융점이, 상기 타깃의 융점보다도 낮은, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 인서트재의 에칭 레이트가, 상기 타깃의 에칭 레이트보다도 높고,
상기 인서트재의 층의 측면의 적어도 일부가, 상기 타깃 및 상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 의해 덮이지 않고 노출되어 있는, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제1항에 있어서,
상기 타깃이 Ta 또는 Ta 합금을 포함하고,
상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브가 Cu 또는 Cu 합금을 포함하며,
상기 인서트재가 Al 또는 Al 합금을 포함하는, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 상기 인서트재로 덮여 있거나, 또는, 상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브와 상기 인서트재의 양쪽에 의해 덮여 있는, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제5항에 있어서,
상기 타깃의 비 스퍼터면측의 모든 부분이, 상기 인서트재로 덮여 있는, 당해 스퍼터링 타깃 제품. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃 제품의 재생품을 제조하는 방법이며, 상기 방법은,
타깃과 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브를 분리하는 공정과,
상기 배킹 플레이트 또는 배킹 튜브에 새로운 타깃을 접합하는 공정을
포함하고,
상기 분리하는 공정은,
열처리에 의해 인서트재를 연화 또는 용융시키는 것, 및
에칭 처리에 의해 인서트재를 용해시키는 것
중 어느 하나를 포함하는, 당해 방법.
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