KR20010005546A

KR20010005546A - 후면에 확산 니켈 플레이트된 타겟과 그의 생성방법

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Publication number: KR20010005546A
Application number: KR1019997008606A
Authority: KR
Inventors: 리테스피.샤; 데이비드이.스틸; 윌리암알.터너; 안토니에프.바이얼; 제닌케이.칼도커스; 수잔디.스트로털
Original assignee: 존슨매테이일렉트로닉스, 인코퍼레이티드
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2001-01-15
Also published as: JP2000509765A; US20020003010A1; WO1998041669A1; US6555250B2

Abstract

본 발명은 열처리 스퍼터링 타겟의 제조 방법 및 스퍼터링 타겟의 후면 확산 층에 견고한 침전물로 구성하는 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

Description

후면에 확산 니켈 플레이트된 타겟과 그의 생성방법{Ni-Plated Target Diffusion Bonded To A Backing Plate And Method Of Making Same}

박막 스퍼터링 타겟의 특정 스퍼터링 챔버 내에 구성된 스퍼터링 타겟을 조절하는 경우에 있어서는 제조 가격의 감소를 기대할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이러한 응용 분야에서는 스퍼터링 타겟의 전체 두께를 1 인치 이하로 구성하는 것을 필요로 한다. 그러나, 이러한 스퍼터링 타겟 구조물에 있어서, 후면의 내구성을 증가시키는 것은 한 쪽 면은 냉각시키기 위하여 높은 수압을 갖고 있고, 또 다른 한 쪽 면은 스퍼터링 제조 공정 중에 높은 진공 상태를 유지하는 스퍼터링 챔버 내의 조건을 초과하게 되는 것이다. 타겟의 전면부에 진공 조건을 갖어야 하는 타겟 구조물의 후면에 영향을 미치는 순환 냉각으로 인한 열 순환 및 압력은 타겟 후면 구조를 탄력성 및 형성력을 갖도록 변형되는 결과를 초래하게 된다.

비록 스퍼터링 타겟 구조가 여러 가지 재료로 구성된 후면을 타겟에 결합물을 사용하여 결합하여도, 결합물에 의한 결합 구조는 고압의 스퍼터링 응용에서는 견딜수 없다는 단점을 갖고 있다. 따라서, 확산에 의한 결합된 스퍼터링 타겟 구조가 제기된다.

본 발명은 일반적으로 스퍼터링 챔버 내에서 발생되는 압력을 견딜 수 있도록 스퍼터링 타겟에 결합된 내구성이 높은 후면 확산 층을 갖는 스퍼터링 타겟 구조를 제조하는 방법을 고안한 것이다.

본 발명은 스퍼터링 타겟에 결합된 후면 확산 층에 견고한 침전물로 구성된 스퍼터링 타겟에 관한 것이다.

도 1a는 니켈을 포함하지 않은 알루미늄 확산 층에 대한 탄타늄의 인터페이스를 비교한 현미경사진이며, 도 1b는 확산 층을 결합하기 전에 탄타늄과 알루미늄 사이에 니켈 판을 혼합한 후 알루미늄 확산 층에 대한 탄타늄의 인터페이스를 비교한 현미경사진이며, 도 2는 타겟 내의 위치에 따른 인장 강도를 도시한 그래프이다.

본 발명은 스퍼터링 타겟과 스퍼터링 타겟에 결합된 후면의 확산 층을 견고하게 위한 열 처리가 가능한 침전물로 구성되어 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조의 제조 방법을 고안한 것이며, 스퍼터링 타겟 구조에 결합된 확산 층은 타겟과 후면 사이의 확산 층 결합이 손실없도록 침전물을 후면에 견고하게 구성되도록 열 처리된 것이다. 본 방법은 열 처리에 의해서 후면을 견고하기 위한 침전물로 구성되며, 열 처리는 공정에 의해서 스퍼터링 타겟 구조에 결합된 확산 층을 소멸시키는 과정을 포함하며, 확산 층을 소멸시키는 퀀칭 과정은 스퍼터링 타겟을 가라앉히지 않고 후면을 가라앉게 하게 위하여 퀀천트 내에 스퍼터링 타겟 구조를 가라앉히는 과정에 의해서 확산 층을 결합한 후 수행된다. 스퍼터링 타겟 구조는 후면내에 요구되는 탄성을 제공하기 위하여 가열 및 퀀칭 과정을 포함하는 침전물을 견고하게 하기 위한 처리 과정 중에 불순물이 첨가될 수도 있다. 바람직하게도, 후면은 열 처리 가능한 2000, 6000 및 7000 계열의 알루미늄 합금으로 구성되며, 스퍼터링 타겟은 알루미늄, 티타늄 또는 니켈, 티타늄-텅스텐, 텅스텐, 코발트, 탄타늄 및 이들의 합금으로 구성된다. 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 구조는 스퍼터링 타겟에 결합된 후면 확산 층을 견고하게 하기 위한 침전물을 구성한다.

확산 층이 결합된 스퍼터링 타겟 구조를 생성하는 과정에서의 문제점은 후면을 견고 조건을 충분히 만족하는 즉, 후면을 견고하게 하기 위한 침전물을 갖는 스퍼터링 타겟 구조를 생성하는 것이 어렵다는 것이다. 예를 들면, 확산 층이 결합된 스퍼터링 타겟 구조는 충분한 제련 조건 또는 요구되는 강도이하의 조건 내에서 플렌지로 생성되어 지고, 그 결과로 인하여 스퍼터링 타겟 구조의 최적의 기계적인 강도는 고려되지 않고 구조는 제조 공정 중에 결함이 발생하게 된다. 특히 이러한 문제점에 약점이 있는 스퍼터링 타겟 구조 시스템의 예는 확산 결합 공정 중에 발생되는 상승된 온도에 노출되어 부드러워지는 알루미늄 합금 후면을 갖는 구조이다. 비록 알루미늄 합금이 고 강도를 얻기 위하여 열 처리하기가 용이하나, T6의 경도 조건으로 열 처리하여야 하고, 또한 그러한 열 처리는 확산 층 결합이 얇은 조각으로 갈라지거나 또는 다른 붕괴되는 약점을 갖고 있는 확산 결합 구조를 생성할 수 있는 퀀칭 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시예로서, 스퍼터링 타겟에 결합된 열 처리 가능한 알루미늄 합금 확산 층을 포함하는 스퍼터링 타겟 구조에 결합된 확산 층을 생성하는 한 예를 설명한다. 열 처리 가능한 재료, 즉 알루미늄 합금은 상승된 온도에서 가용성이 증가되고, 저온에서 제한된 가용성을 갖는 요소들을 포함하는 재료로 정의된다. 비록 이러한 예가 열 처리 가능한 알루미늄 하븜의 예이나, 공정은 티타늄, 동 또는 알루미늄 합금과 같은 견고한 재료로 또 다른 침전물의 후면에 유용하게 적용될 수 있다. 마찬가지로, 여러 가지 타겟 재료, 즉 티타늄, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄-텅스텐, 탄타늄, 코발트 및 그들의 합금들이 적용될 수 있다. 일반적으로, 티타늄 타겟과 결합된 확산 층은 타겟의 충분한 제련 조건에 의해서 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 후면을 결합할 수 있다. 확산 층 결합 구조는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 후면을 강도가 큰 상태로 생성할 수 있는 충분히 큰 온도인 약 300℃를 초과하는 상승된 온도로 가열함으로서 생성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 구조는 후면을 경도의 조건으로 하여 제조되어야 한다. 예를 들면, 알루미늄 합금의 경우에 있어서, 2000, 6000 및 7000 계열의 알루미늄 합금과 같은 상용적인 열 처리 가능한 알루미늄 합금을 스퍼터링 타겟 구조 내에서 타겟의 변형 또는 사용중 타겟의 갈라짐 현상이 없이 높은 강도를 갖도록 제조할 수 있다.

도 1a와 도 1b의 현미경 사진은 니켈을 함유하지 않고 탄타늄 대 알루미늄 확산 층 결합 구조를 50배 확대하여 도시한 것이고 (도 1a), 니켈을 함유한 탄타늄 대 알루미늄 확산 층 결합 구조를 50배 확대하여 도시한 것이다 (도 1b).

일례로서, 스퍼터링 타겟 구조는 열 처리 가능한 알루미늄 합금 6061을 사용하여 후면을 생성할 수 있다. 약 0.4에서 0.8%의 실리콘과 약 0.8에서 1.2%의 마그네슘과 약 0.7%의 철로 구성된 주 합금 요소를 갖는 상기의 상용 합금은 99.0에서 99.99 %의 순도를 갖고 있다. 6000 계열의 알루미늄내의 요소 중 주가 되는 강도가 큰 침전물은 Mg₂Si이다.

바람직하게도, Mg₂Si의 침전물의 과다를 제어하기 위한 2 차의 인공적인 에이징 단계에 따른 가용 처리를 포함하는 2 단계의 열 처리 과정이 사용되어 지며, 그 결과로 인하여 기계적인 특성을 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 에이징 열 처리 과정 중에 높게 포화된 고체 용액의 침전물 경도는 완전히 분산된 침전물 형태를 포함한다. 상기의 용해 처리, 즉 높게 포화된 고체 용액을 획득하고, 인공적인 에이징 열처리의 중요한 면은 퀀칭이다.

또한, 에이징 경도에 따른 침전물 경도는 높게 포화된 고체 용액으로부터 제 2의 면을 갖는 침전물을 포함한다. 침전물은 더 강하고 연성이 더 작은 합금을 형성하는 단층의 이동을 방해한다. 합금을 경도가 좋은 침전물로 되기 위해서는 부분적으로 고체 용해성을 나타내어야 하며, 온도가 감소함에 따라 고체 용해성이 감소되어야 한다. 침전물 경도는 용해 또는 "가용"을 포함하고, 이러한 용해는 균일한 고체 용액을 형성하기 위하여 용해 가능한 온도 이상으로 가열하는 것이 필요하고, 퀀칭은 에이징 스텝에 따른 고체 용액 내에 합금 요소의 최대 량을 유지하기 위하여 상온로 되어야 한다. 즉, 제 2 면의 균일한 요소를 갖는 침전물을 허용하기 위하여 용해점 아래로 합금을 가열하여야 한다. 용해점은 고체-용액 영역과 고체 용액에 부과된 제 2 면을 포함하는 영역 사이의 면 다이아그램에서의 경계를 표시한다. 이러한 합금의 열 처리 과정 중에, 초 현미경적인 요소들의 제어 가능한 분산은 미세 구조로 형성되고, 합금의 최종적인 특징은 요소들이 분산되어지는 방법과 요소들의 크기 및 안정성에 좌우된다.

타겟 구조에 결합된 확산 층은 서로 다른 열 확장 계수(Coeff. of Thermal Expansion)를 갖는 재료로 구성된다. 이러한 시스템의 빠른 냉각은 부분적인 왜곡 현상 및 결합 구조의 재료들을 분리시키는 결과를 초래한다. 본 발명의 과정의 실제로서, 확산 층 결합은 AL-6061내의 T6 특성과 같은 요구되는 특성을 갖는 후면을 생성하기 위한 열 처리 과정을 포함한다. 이러한 과정은 타겟 및 후면의 열 확장 계수의 오류를 조절하고 결합 실패를 피할 수 있다.

예로서, 스퍼터링 타겟에 사용되어지는 재료는 후면에 결합되어지는 표면을 세척한 확산 층 결합이 제공되어야 한다. 표면은 먼지를 제거하고 화학적인 세척을 한 후 결합되어지는 표면 내에 나선형이 형성되어진 하나의 연속적인 채널을 규격화하는 것이 제공되어야 한다. 균일한 알루미늄 6061 강편 또는 열 처리 가능한 합금 또는 경도가 좋은 재료와 같은 후면에 사용되는 재료는 요구되는 타겟의 체적 및 전체 길이에 기준하여 압력의 흐름을 감소시킬 수 있는 충분한 온도로 사전 가열된 일정 길이로 잘라야 하고, 상온에서 플래튼을 갖는 용철로에서 가열하거나 또는 동일한 온도에서 가열되는 부분의 온도로 상승하게 하고, 경도가 좋은 AL-6061 합금 후면을 생성하기 위하여 물과 같은 퀀천트 내에 완전히 잠기게 하여 소멸시켜야 한다. 후면은 용철로의 경도 효과를 제거하기 위하여 제련되어지고, 타겟과 결합되어 지는 후면의 표면은 선반에서 머시닝, 밀링 또는 터닝에 의해서 제조되고 세척된다. 타겟 및 후면은 상기에서 설명한 제조된 표면과 먼저 사전 열 처리되어 결합된 확산 층과 결합하여 후면의 압력의 흐름을 감소하기에 충분한 온도로 제조되고, 포징 단계 동안 제조된 표면의 접촉면을 아주 밀접하게 되도록 하고, 가열한다. 플래튼은 온도를 상승시키기 위하여 단지 한 번만 가열되고, 결합면을 완전히 밀착하기 위하여 약 20,00 psi에서 35,000 psi의 압력이 타겟과 후면 구조물에 적용된다. 이후 용철 구조물은 구조물을 직접 사전 가열하는 노에 넣어서 열 처리된다. 열 처리는 후면 재료를 견고하게 하기 위하여 요구되는 특성, 즉 합금 6061에 대해서는 T6의 특성을 생성하도록 설계되어 진다. 열 처리는 최소한 약 985℉의 온도로 스퍼터링 타겟 구조에 결합되는 확산 층을 가열함으로서 후면을 용해 처리하는 과정과, 용액 내로 제 2 면이 용해되기 충분한 시간에 대한 온도로 구조물을 유지하는 과정과 퀀칭 과정을 포함한다. 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조는 물과 같은 퀀천트 내에서 구조물을 부분적으로 제거하기 위하여 제거 과정을 수행하고, 이에 따라서 후면은 타겟이 잠기지 않은 상태에서 잠기게 된다. 이러한 방법에서의 퀀칭에 의하여 후면은 타겟으로 부터 열을 제거하기 위한 방열판으로 동작하게 되고, 확산 층의 원래 모습을 유지하게 된다.

퀀칭 과정을 수행한 스퍼터링 타겟 구조에 결합된 확산 층은 가공되고 평판화된다. 이러한 평판화는 경화 특성 조건으로 후면에 경화된 침전물에 인공적으로 에이징할 수 있다. 즉, 온도에서 가열하고 상기에서 기술한 퀀천트 내에 타겟을 빠뜨리지 않고 후면을 잠기게 하는 퀀칭 공정의 부분적인 제거에 의해서 알루미늄 매트릭스 내에 제 2 면에 침전되기 위한 충분한 시간을 유지함으로서 에이징할 수 있다. 최종적인 스퍼터링 타겟 구조는 T6와 같은 타겟에 결합된 확산 특성을 갖는 AL-6061과 같은 후면에 경화된 침전물을 포함한다. 상기의 공정은 타겟과 후면의 확산 층에 불리하게 작용하지 않고 T4 등과 같은 임의의 특성을 갖는 후면을 생성할 수 있도록 조절할 수 있다.

일반적으로, 열 처리되지 않은 알루미늄 합금에 의해서 생성된 스퍼터링 타겟 구조에 결합된 확산층에 대한 응력 강도는 평균 16,000psi가 되도록 약 12,000psi에서 20,000psi 범위 내에 있다. 알루미늄 합금 6061-T6로 구성된 스퍼터링 타겟 구조는 상온에서 약 22,000psi에서 23,000psi의 결합 응력 강도를 갖고, 392℉에서 약 17,700psi의 결합 응력 강도를 갖는다. 상기에서 설명한 바와 같이, 공정은 T4와 같은 다른 특성을 갖는 후면을 갖는 스퍼터링 타겟 구조를 생성할 수 있다. 특수한 스퍼터링 타겟 구조의 기계적인 특징과 물리적인 특징을 아래에 기술한다.

A. 응력 강도, 티타늄 대비 알루미늄 결합 강도

70℉ (21℃) : 23Ksi에서 23Ksi (151MPa에서 158MPa)

392℉ (200℃) : 17.7Ksi (122MPa)

B. 후면의 궁극적인 인장 강도

70℉ (21℃) : 45Ksi (310MPa)

C. 항복 강도, 탄성 한계

70℉ (21℃) : 36Ksi (248MPa)

D. 완성된 후면의 경도 : 100 - 109HBW

E. 티타늄 요소 구조는 확산층과 6061-T6 처리 단계에 의해서 대체되지 않는다.

목적을 비교하기 위하여, 열 확장된 기계적인 특성을 확인하는 데에 사용되는 6061 상용 알루미늄 합금 특성을 아래에 도시한다.

T6 : 전형적인 상용 특성

45Ksi (310MPa)의 궁극적인 인장 강도

95HBW의 경도 (브리넬 상수)

T4 : 전형적인 상용 특성

35Ksi (241MPa)의 궁극적인 인장 강도

65HBW의 경도

기계적인 특성은 ASTM E8-89b 또는 ASTM B557-94에 적합한 인장 실험에 의해서 측정되었고, 경도는 ASTME 10-93에 적합한 브리넬 상수-HB, 500kg의 부하, 10mm의 볼로 측정되었다.

약 95 브리넬 상수의 경도 내에서 45Ksi (310MPa)의 전형적인 궁극적인 인장 강도를 형성하는 6061 알루미늄으로 구성된 스퍼터링 타겟 구조는 T6 특성 조건으로 표현된다.

상기에서 설명한 공정은 T6 특성을 형성하기 위하여 요구되어 지는 2 단계의 열 처리 과정을 갖는 확산 층 결합 과정을 포함한다. 6061 알루미늄의 특성은 부차적인 인공 에이징 단계에 뒤따르는 초기 용해 처리 과정을 포함한다. 2 단계의 열 처리 과정은 강도를 증가시키기 위하여 Mg₂Si 의 침전물을 제어한다. 높은 포화 고체 용액의 침전물 강도에 대한 일반적인 요구 사항은 에이징 열 처리 과정 중 분산되는 최종적인 침전물의 형태를 포함한다. 특별하게 기술된 퀀칭 기법은 후면에 대한 타겟의 확산 층 결합에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 요구되는 기계적인 특성을 얻기 위한 매우 중요한 부분이다. 상용 알루미늄 6061은 T6 조건에서 얻을 수 있고, 이후의 과정에 대한 특성을 제련할 수 있으며, 또한 경도가 좋은 재료는 후면에 사용될 수 있다. 표 1은 표에 나타낸 Ti-6061-1, -2, -3으로 표현된 서로 다른 3 가지의 방법에 의해서 생성된 스퍼터링 타겟 구조의 특성을 비교한 표이다. 첫 번째 타겟은 상기에서 설명한 인공 에이징 경도와 물 퀀칭에 따른 표준 확산 층 결합 요소에 의해서 생성된 것이다. 두 번째 구조는 확산 층 결합에 의해서 생성된 것이며, 물 퀀칭과 부차적인 인공 에이징 경도에 따른 합금 6061의 용해 처리 과정을 포함한다. 세 번째 과정은 부분적으로 제거된 부차적인 인공 에이징 경도 과정을 형성하는 물 퀀칭에 따른 합금 6061의 용해 처리 과정을 포함하는 확산 층 결합 구조에 관한 것이다. 3 가지 샘플 모두 주사방식(Ultrasound Bondline Scan practice) 실험을 통하여 처리하였고, 본드 라인의 극소 실험에 대해서는 부분적으로 수행하였다. 샘플들은 인장 테스트, 경도와 금속 조직학에 대해서 수행되었다.

단계 1 : 타겟 평가 데이터

타겟	C-Scan	경도 HB	인장강도 psi
Ti-6061-1	100%	42.4	15,150
Ti-6061-2	99%	109	17,615
Ti-6061-3	99%	100	19,021

가공동안 타겟과 후면판이 얇은 조각으로 갈라지는 것은 보고되지 않았는데, 이는 금속조직학에 의하여 확인되었다. Ti-6061-2시편을 위한 공정도 인장 강도 값의 평가에 대한 결과를 받아들일 수 있으나, 전단강도치와 결합선의 금속조직학 평가에 있어서 완전한 급냉은 전체적인 결합선에 부정적인 충격을 형성할 수 도 있음을 암시하고 있다. 그러나, 이 시편 또한 타겟과 후면판 재료가 적당한 금속간 결합을 형성하는 경우에는 채택될 수 있다는 것을 암시하고 있다.

표 2는 확산 층 결합된 타겟을 형성하는 합금 6061 후면을 갖는 접점 내에 사용되는 전체 규모의 티타늄 공백에 대한 예의 결과를 나타낸 것이다. 실험 과정은 상기에서 기술한 타겟과 후면의 재료 표면 준비 과정과 상기에서 기술한 Ti-6061-3 구조에 대한 처리 과정을 사용하였다. 인장 샘플은 MIL-J-24445A(SH), 즉 Triple Lug 특성에 적합하도록 선정하였고 분석하였다. 인장 테스트의 결과를 표 2에 보인다.

단계 2 : 인장력, 상온과 200℃에서 형성된 3 가지 러그의 인장력 테스팅

1998년 2월 9일샘플	러그	온도(℃)	하중, lbs	인장강도, psi	평균
1	A	21	4657	24.739	23,535
	B	21	3432	19,124
	C	21	4916	26,744
2	A	21	3830	21,681	22,678
	B	21	3872	20,879
	C	21	4903	25,472
3	A		2778	15,309	17,727
	B		3472	18,622
	C		3474	19,251

상온에서 평균 확산 층 결합 인장력은 약 22.6에서 23.5Ksi 범위내에 있다. 200℃로 온도를 상승하면 인장력은 17.7Ksi가 되며, 둘 다 상온에서 테스트할 경우 표준 후면 재료의 공칭 인장력을 초과하고 있다.

알루미늄 합금 후면에 경도가 좋은 침전물을 부착하지 않은 경우와 비교하여 6061 알루미늄의 화학적인 또는 야금학적인 변화에도 불구하고 확산 층의 결합의 뚜렷한 손실이 없는 것으로 야금학 실험을 통하여 입증되었다. 평판화 및 머시닝 작업 후, T6 조건 및 가공 처리되지 않은 머신의 조건하에 타겟의 스캔닝은 99.99%의 결합 지역을 갖고 있는 것으로 입증되었다. 기계적인 테스팅 결과를 아래 표 3에 보인다. 장력 경도 테스팅 쿠폰 및 방법은 ASM E8과 B557 표준에 입각하여 수행하였다. 장력 강도 테스트의 응력 곡선은 ASTME111-82 로 특징지워지는 Young의 모듈로 평가 식에 의해서 측정되었고, 경도 테스트는 ASTM E10-93에 의해서 수행되었다. 표 3의 결과는 티타늄 확산 결합된 타겟과 6061-T6 알루미늄 후면 타겟, 0 템퍼 내의 6061 알루미늄 및 전형적인 확산 결합된 타겟으로부터 획득한 1%의 실리콘과 0.5%의 구리를 포함하는 알루미늄 합금 후면을 비교한 결과이다. 6061 후면은 T6 조건 하의 6061에 대한 전형적인 산업 표준에 입각한 것이다.

단계 2 : 6061의 공식적인 데이터 및 후면 알루미늄 합금과 비교한 기계적인 데이터

재료	소스	최종 응력, ksi	항복 응력, ksi	신장율, % (1/2" 직경, 시편)	영율,X 10⁶psi	경도, HB
6061-T6	공개	45.0	40.0	17.00	10.00	95
6061-0	미가공재	20.8	7.7	24.33	10.03	38
6061-T6	확산결합된 T6	43.8	41.5	11.00	19.90	96
Al+1%Si+0.5%Cu	선택적인 Al 합금	15.7	7.0	39.33	4.77	29

스퍼터링 타겟에 후면 확산 결합된 경도성이 좋은 침전물을 갖는 스퍼터링 타겟 구조를 제조하는 적절한 실시예를 티타늄 스퍼터링 타겟에 확산 결합된 알루미늄 6061 합금 후면을 생성하는 방법을 설명한 것에 의해서 아래에 설명한다.

연속적으로 캐스트된 6061로 균일화된 강편을 확산 결합된 타겟의 최종적인 측정 단위에 대해서 특정 길이로 절단한다. 강편의 지름은 약 7에서 12인치의 범위 내로 한다.

6061 강편은 572℉의 온도로 사전 열 처리되고, 약 20에서 30분간 온도를 유지하도록 한다. 다음으로, 강편은 지정된 높이로 제련되고 퀀치된다. 본 응용에 사용되는 노는 최소 약 10,000psi의 압력을 유지할 수 있고, 균일 온도 조건에 대해서 균일하게 열 처리할 수 있는 장점을 갖고 있다. 결과는 가공되지 않은 조건 내에서의 후면이 된다.

다음으로, 후면은 최소 3 시간동안 약 775℉의 온도에서 후면을 열 처리하는 후면 제조 단계에서의 효과를 제고하기 위하여 제련된다. 775℉에서 3 시간동안 잠기게 한 후, 온도를 시간 당 약 50℉의 비율로 하여 500℉로 감소시킨다. 500℉의 온도에 도달하게 되면, 상온에서 공기로 냉각시킨다.

타겟과 후면은 결합되어진 면이 준비되어지고 세척된 후 확산 결합되어 진다. 예를 들면, 타겟 면은 표면 내에 하나의 연속적인 스레드 채널을 갖는 머시닝에 의해서 준비되어지고 세척되며, 표면의 먼지를 제거하고, 화학적으로 표면을 세척한다. 후면의 표면은 선반에서 머시닝, 밀링 및 터닝에 의해서 세척된다. 후면과 타겟은 적절한 재료 플로우에 적합한 온도로 사전 열 처리됨으로서 확산 결합되어 지고 제련된다.

확산 결합 후, 확산 결합된 구조물은 T4 조건을 얻기 위하여 약 3 시간동안 985℉의 온도에서 용액 열 처리된다. 온도에 대한 시간은 타겟의 두께에 의해서 결정되어 지고, 3 시간은 전형적은 낮은 프로필을 갖는 타겟에 적합한 것이다. 시간은 처음 1/2인치에 대해서는 65분이 적용되고 1/2인치가 증가할수록 각각 30분이 추가된다. 확산 결합된 스퍼터링 타겟 구조물은 약 50℉애서 72℉의 범위 내의 온도로 유지되는 물 탱크와 같은 퀀천트 내에서 퀀치된다. 후면으로부터 타겟이 얇게 잘라지는 것을 피하기 위하여 구조물은 단지 부분적으로 퀀천트 내에 잠겨야 한다. 즉, 타겟이 잠기지 않도록 퀀천트 내에 후면이 잠겨야 한다. 전형적으로, 물은 타겟 면의 최상 표면으로 부터최대 1/2인치를 유지하여야 하고, 구조물은 냉각되어진다.

다음으로, 타겟은 다음의 공정을 위하여 적절한 지름을 갖도록 절단되어 진다. 이 단계에서는 확산 결합된 구조물은 뒤틀어질 수도 있고, 만약 그런 경우에는 타겟은 중심보다 높게 위치하여야 한다. 이러한 가시적인 조건은 최종적인 열 처리 공정 전에 100톤 이상의 용량의 압력을 갖는 수소 프레스를 사용하여 평활화하여 수정되어야 한다. 철판은 타겟 표면위에 위치되며, 뒤틀린 표면을 유연성을 갖도록 전체 판 또는 구조물 단위는 타겟의 외경으로 규격화된 스틸 링 내에 위치되어야 한다.

평활화된 구조물은 공기 로에서 8 시간동안 최소 350℉의 온도에서 열 처리됨으로서 인공적으로 에이징된다. 확산 결합된 스퍼터링 구조물은 상기에서 설명한 퀀칭 방법과 동일하게 퀀치된다. 이상에서 설명한 과정의 결과는 최종적으로 머시닝할 수 있는 T6 조건 내의 스퍼터링 타겟 구조물이 된다.

또한, 타겟과 후면 사이에 니켈 층을 삽입함으로서 타겟과 후면의 확산 층 결합이 향상되었음을 입증하였다. 예를 들면, 탄타늄과 알루미늄은 탄타늄 타겟과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 후면 사이의 최적의 확산 층 결합을 형성하는 것이 극히 어렵게 될 정도로 무시할 수 있는 용액의 용해성으로 제한된다. 니켈의 중간 층은 탄타늄과 니켈 그리고 니켈과 알루미늄 사이의 확산을 향상시킨다. 최적의 확산 층 결합은 니켈의 중간 층이 없이는 얻을 수 없다.

상기에서 설명한 바와 같이, 도 1a 및 도 1b의 현미경 사진은 니켈이 없는 경우의 탄타늄에 대한 알루미늄 확산 층 결합과 확산 결합하기 전에 탄타늄과 알루미늄 사이에 니켈 판을 삽입 한 후의 탄타늄과 알루미늄 사이에 형성된 확산 층 결합을 비교한 것이다. 결과는 극적이다.

이 효과를 더 보이기 위해서, 장력 강도와 UT 스트레스 및 UT 록에 대한 타겟 내의 위치를 설명한 도 2와 같은 참고 자료를 구성하였다. 이 결과를 표 4에 요약하여 나타낸다.

인장강도
위치	UT 하중	UT 강도
종단	25,00	5,680
중앙	3,970	9,610
중심부	4,350	10,050

타겟과 후면 사이에 니켈 층을 갖는 확산 결합된 타겟은 다음 과정에 의해서 제조될 수 있다.

A. 확산 결합된 타겟의 표면을 하나의 연속적인 약 0.015"의 깊이를 갖는 스크롤에 의해서 스크롤한다.

B. 스크롤된 표면은 다음을 포함하는 과정에 의해서 니켈 층이 된다.

1. 표면을 면 작업을 수행하기 위한 비드 블래스팅 과정

2. 약 75분 동안 약 150℉의 온도에서 알카리성 세척 용액 내에서 표면을 전자 세척하는 과정

3. 60%의 황산, 20%의 HF와 물을 20% 탈이온화한 용액 내에서 표면을 에칭하는 과정

4. 1.3pH 및 약 105℉의 온도를 를 갖는 "바렛트 니켈 설파메이트 스트라이크 욕조" 내에서 500분 동안 니켈을 타겟에 플레이트하고, 타겟을 250분 동안 180°회전하여 플레이트 하는 과정과 이를 반복하는 과정

5. 1에서 4까지의 과정 사이의 탈이온화된 물로 타겟을 세척하는 과정

6. 마지막으로 세척한 후 건조하는 과정

C. 니켈과 타겟 사이에 발생되는 확산 층을 허용하기 위하여 니켈 플레이트된 타겟을 진공으로 제련한다. 예를 들면, 탄타늄 타겟에 대해서 진공 제련 작업은 확산을 djer 위하여 약 825℃의 온도로 수행하게 된다.

D. 진공 제련 작업을 수행한 후, 타겟은 알루미늄 6061-T6와 같은 높은 강도를 갖는 후면에 확산 결합되어 진다. 바람직하게도, 후면은 2000, 6000 또는 7000 계열의 열 처리된 알루미늄 합금을 포함하고, 스퍼터링 타겟은 탄타늄, 코발트, 구리, 텅스텐, 티타늄, 티타늄-텅스텐 그리고 이들의 합금 중 최소한 하나를 포함한다.

여러 가지의 변형예 및 향상된 예는 본 발명의 범위 내에서 구성되어진다. 또한, 본 발명의 범위는 청구 범위 내의 내용으로만 한정된다.

Claims

스퍼터링 타겟에 대하여 후면을 제공하고;

스퍼터링 타겟을 제공하고;

스퍼터링 타겟 구조물을 생성하기 위하여 스퍼터링 타겟에 확산 결합한 후면;과

열 처리 및 스퍼터링 타겟을 잠기지 않게 하는 퀀천트 내에 후면을 잠기게 함으로서 형성되는 퀀칭 과정을 포함하는 확산 층 결합된 스퍼터링 타겟 구조물의 후면을 경화시키는 침전물을 얻기 위한 스퍼터링 타겟 구조물의 열 처리 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

퀀치된 스퍼터링 타겟 구조물의 평활화 과정;

후면의 인공적인 에이징 과정;과

타겟을 잠기지 않게 하고 후면을 잠기게 하는 퀀천트 내에서 스퍼터링 타겟 구조물을 부분적으로 잠기게 하는 퀀칭 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후면은 스퍼터링 타겟에 확산 결합하기 전에 경화 작업이 수행된 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 스퍼터링 타겟 구조물의 후면은 확산 결합하기 전에 용액 제련하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

확산 결합된 스퍼터링 타겟 구조물의 후면에 요구되는 특징을 얻기 위하여 열 처리와 부분적으로 잠기게 하는 퀀칭을 포함하는 침전물 경화 처리를 위한 스퍼터링 타겟 구조물을 제시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후면은 열 처리 가능한 티타늄, 알루미늄 또는 구리 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 후면은 열 처리 가능한 2000, 6000 또는 7000 계열의 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 퀀천트는 물인 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 스퍼터링 타겟은 알루미늄, 구리, 텅스텐, 니켈, 티타늄, 티나튬-텅스텐, 탄타늄, 코발트와 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
스퍼터링 타겟에 확산 결합된 후면을 경화하는 침전물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 처리된 스퍼터링 타겟 구조물.
제 10 항에 있어서,

상기 후면은 열 처리 가능한 티타늄, 알루미늄 또는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 10 항에 있어서,

상기 후면은 2000, 6000 또는 7000 계열의 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 10 항에 있어서,

상기 스퍼터링 타겟은 알루미늄, 텅스텐, 니켈, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 탄타늄, 코발트와 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 10 항에 있어서,

상기 후면은 여러 가지 경화된 템퍼 조건 0, T4와 T6인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 10 항에 있어서,

상기 후면은 T6 템퍼를 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
타겟은 알루미늄, 구리, 텅스텐, 니켈, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 탄타늄, 코발트와 이들의 합금 중 최소한 하나로 구성되고, 이들 사이에 니켈 등을 갖는 후면에 대하여 확산 층이 결합된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 16 항에 있어서,

상기 타겟은 탄타늄을 포함하고, 니켈 층은 니켈 플레이트을 포함하고, 후면은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물.
제 16 항에 있어서,

A. 하나의 연속적인 약 0.015"의 깊이를 갖는 스크롤에 의해서 확산 층이 결합된 타겟의 표면을 스크롤하는 과정;

B. 니켈을 스크롤된 표면에 플레이트하는 과정;

C. 니켈 플레이트된 타겟을 진공 제련하는 과정;과

D. 니켈 플레이트되고 진공 제련된 타겟을 후면에 확산 층 결합하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 타겟은 알루미늄, 탄타늄, 코발트, 구리, 텅스텐, 티타늄, 티타늄-텅스텐과 이들의 합금 중 최소한 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 타겟은 탄타늄을 포함하고, 후면은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 구조물을 생성하는 방법.