KR20030045153A

KR20030045153A - 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트조립체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030045153A
Application number: KR10-2003-7005916A
Authority: KR
Inventors: 오다쿠니히로; 오카베타케오; 미야시타히로히또
Original assignee: 가부시키 가이샤 닛코 마테리알즈
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-06-09
Also published as: DE60107280T2; JP2002129316A; EP1331283A1; EP1331283B1; WO2002036848A1; DE60107280D1; JP3905301B2; EP1331283A4; US20030134143A1; KR100528888B1; TW554060B; US6759143B2

Abstract

탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트와 동합금제 배킹 플레이트가 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 삽입재를 넣어서 확산접합되어 있고, 각각의 재료 사이에서 확산접합 계면을 구비한 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동(銅)합금제 배킹 플레이트 조립체에 관한 것이며, 타겟트재와 배킹 플레이트재의 열팽창율의 차이가 큰 경우에도 확산접합 후의 변형이 적고, 또한 타겟트와 배킹 플레이트 사이의 박리나 균열의 발생이 적은 하이 파워 스퍼터에 견디는 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-배킹 플레이트 조립체 및 그 제조방법을 얻는다.

Description

탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트 조립체 및 그 제조방법{TANTALUM OR TUNGSTEN TARGET-COPPER ALLOY BACKING PLATE ASSEMBLY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

하이 파워 스퍼터에 견디는 스퍼터링 타겟트와 배킹 플레이트의 접합방법으로서 확산접합(擴散接合)은 유효한 방법이고, 본 출원인은 일본 특개평 6-108246에서 타겟트와 배킹 플레이트 사이에 삽입재(材)를 넣은 고상(固相)확산접합 타겟트 조립체 및 그 제조방법을 제시하였다. 이 고상확산접합(固相擴散接合)에 의해 제조한 스퍼터링 타겟트 조립체는 우수한 밀착성과 강도를 갖고 있다.

그런데, 최근 웨이퍼의 대구경화에 따라 스퍼터링 타겟트 자체도 대형화하고 있으며, 특히 타겟트재와 배킹 플레이트재의 열팽창율의 차이가 큰 경우에는 확산접합 후의 변형이 큰 문제로 되어 왔다.

스퍼터링 타겟트의 열팽창율이 배킹 플레이트에 비해서 적은 경우(대부분의경우, 이와 같은 타겟트-배킹 플레이트 조립구조로 된다)는, 확산접합되는 온도에서부터 실온까지 냉각되면 타겟트를 위로하고 배킹 플레이트를 아래로 한 경우는 위쪽으로 철상(凸狀)으로 휘어져 버려, 확산접합 강도가 약한 경우는 접합계면의 외주부에서 박리(剝離)가 일어나 버리는 경우가 있다.

또한, 박리가 발생하지 않더라도 휘어짐의 량이 크게되어, 타겟트의 두께를 규정(規定)하기 위해서는 미리 휘어짐 량만큼 여분으로 두꺼운 타겟트를 확산접합 한 후, 그 철(凸)부를 가공(절삭(切削))하든지, 혹은 실온에서 휘어짐을 교정하는 것이 필요하였다. 이러한 것은, 작업 공정이 증가되어 코스트 증가를 초래한다고 하는 문제를 발생시켰다.

특히 텅스텐 등과 같이 분말야금법에 의하여 작성되는 타겟트는 이러한 휘어짐이 큰 경우에는 균열이 발생해 버린다고 하는 사고도 발생하였다.

이러한 문제가 있는 사례의 타겟트재로서는 탄탈륨 또는 텅스텐을 사용하고 또 배킹 플레이트로써 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등을 사용하는 경우에 자주 일어나는 것을 알았다.

더욱이 하이 파워 스퍼터링의 열영향에 의해서 배킹 플레이트가 변형해 버려서 냉각수의 누수가 일어나 버리는 것도 있었다.

예컨대, φ350mm 두께10mm의 탄탈륨 타겟트에 알루미늄 합금(A5052)제 배킹 플레이트를 진공 중, 500℃, 면압 15kgf/mm²로 확산접합 한 바, 휘어짐 량이 로트

(lot)마다 4mm에서 7mm로 변동하며, 또한 일부 접합계면이 박리해 버리는 것도 있었다.

그리고, 휘어짐이 4mm인 접합 조립체를 타겟트 형상으로 가공하여 이것을 스퍼터 파워 20KW로 스퍼터를 행한 바, 변형하여 누수가 일어나 버리는 사고가 발생하였다.

본 발명은, 하이 파워 스퍼터에 견디는 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제

(製) 배킹 플레이트 조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또 본 명세서에 기재된 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트는 이들을 주성분으로 하는 합금 타겟트를 포함하는 것이다.

도1은 스퍼터링 타겟트, 삽입재 및 배킹 플리이트 조립체의 개략도이고, 도2는 확산 접합 후의 휘어짐 량의 설명도이다.

(발명의 개시)

본 발명은, 타겟트재와 배킹 플레이트재의 열팽창율의 차이가 큰 경우라도 확산접합 후의 변형이 적고, 또한 타겟트와 배킹 플레이트 사이의 박리나 균열의 발생이 없는 하이 파워 스퍼터에 견디는 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-배킹 플레이트 조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

여기서 확산접합 후의 휘어짐 량이 적고, 하이 파워 스퍼터링에 견디는 배킹 플레이트와 확산접합 한 탄탈륨 혹은 텅스텐 타겟트의 제조에 관해서 예의(銳意)연구한 바, 배킹 플레이트로서는 알루미늄 합금보다도 열팽창율이 적고, 경도가 강하여 변형이 적은 열전도성이 좋은 동(銅)합금을 사용하고 삽입재에는 어느 정도의 두께를 갖는 알루미늄 또는 그 합금판을 사용하는 것이 극히 유효한 것을 알았다.

본 발명은 이 알아낸 것에 근거하여,

1. 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트와 동합금제 배킹 플레이트가 두께 0.5mm 이상의 알

루미늄 또는 알루미늄 합금판의 삽입재를 넣어서 확산접합되어 있고, 각각의 재

료 사이에서 확산접합 계면을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 또는 텅스텐

타겟트-동(銅)합금제 배킹 플레이트 조립체

2. 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 삽입재로 하여 탄탈륨 혹

은 텅스텐 타겟트와 동합금 배킹 플레이트를 진공 하에서 400℃부터 548℃ 사이

의 온도 및 1∼20kg/mm²의 압력조건으로 확산 접합하는 것을 특징으로 하는 탄탈

륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트 조립체의 제조방법

을 제공한다.

(발명의 실시의 형태)

본 발명은, 배킹 플레이트로서 동합금제 배킹 플레이트를 사용한다. 이 동합금제 배킹 플레이트의 재료로서는 알루미늄 합금보다도 열팽창율이 적고, 경도가 강하여 변형이 적고, 더욱이 열전도성이 양호한 동-크롬 합금이나 동-아연 합금 등의 동합금을 사용한다.

삽입재로서는, 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 사용한다. 이와 같이, 삽입재가 0.5mm 이상의 두께가 필요한 것은 확산접합 시의 온도에서 충분히 부드럽게 되어, 마이크로적으로 보아 표면 산화막의 파괴에 의해 활성인 새로운 면(新生面)이 나타나 원자가 확산하기 쉽게 되는 것 및 확산접합 후 실온까지 냉각될 시의 스퍼터링 타겟트와 배킹 플레이트 사이의 열팽창 차이에 의해서 생기는 응력을 완화할 수가 있기 때문이다.

종래, 이러한 확산접합을 할 시에, 접합 강도 등의 면에서 삽입재가 엷을수록 좋다고 되어 있었지만, 본 발명에 있어서는 이러한 종래의 발상을 크게 바꾸는 것이다.

삽입재를 삽입하지 않은 경우, 예컨대 탄탈륨 타겟트재의 비커스 경도(硬度)는 109이며, 한편 배킹 플레이트의 동-크롬 합금의 비커스 경도는 135이지만, 어느 쪽도 같은 정도의 경도이기 때문에 마이크로적인 표면 산화막의 파괴가 일어나기 어렵다.

따라서 활성인 새로운 신생면(新生面)이 출현하지 않기 때문에 확산접합이 어렵게 된다고 하는 현상이 일어나는 것을 알았다. 또한, 이것은 동일하게 삽입재가 엷은 경우에도 삽입재로서의 기능이 낮아서 유효하지 않는 것도 알았다.

이러한 것으로부터, 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트 조립체의 제조에 있어서는, 삽입재로서 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 사용은 불가결하다.

탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트 조립체의 제조에 있어서는 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 삽입재로서 탄탈륨 혹은 텅스텐 타겟트와 동합금 배킹 플레이트의 사이에 개재시켜, 이것을 진공 하에서 400℃부터 548℃ 사이의 온도 및 1∼2Okg/mm²의 압력을 가하여 확산접합 함으로써 얻을 수 있다.

이것에 의해서, 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 동합금제 배킹 플레이트와 알루미늄 또는 알루미늄 합금 사이에 고상확산접합상

(固相擴散接合相)이 형성되어, 밀착성과 접합 강도에 우수한 접합체를 얻을 수 있다.

400℃ 미만에서는 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다. 또한 548℃를 넘으면 알루미늄과 동의 공정(共晶)온도를 초과해 버려서 액상(液相)이 나와버리기 때문에 바람직하지 못하다.

또한, 약 500℃을 넘으면 알루미늄과 동의 계면에는 수 ㎛의 반응층이 형성되지만, 이 반응층은 경도가 높은 금속간(金屬間) 화합물이기 때문에, 너무 두텁게 되어서는 안된다. 따라서, 상기의 온도 범위에서 확산접합을 행하는 것이 필요하다.

또, 스퍼터 장치상(裝置上) 타겟트나 배킹 플레이트의 형상은 결정되어 있고, 삽입재의 두께가 두꺼우면 상대적으로 배킹 플레이트의 두께를 엷게하지 않으면 안된다. 그러나, 배킹 플레이트의 두께를 엷게한다 해도 강도적으로 한도가 있기 때문에, 상기의 것을 생각하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 삽입재의 상한의 두께는 배킹 플레이트의 두께의 l/2로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명한다. 또 실시예는 어디까지나 본 발명의 일례이고, 이 실시예에 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 기술 사상에 근거하여, 변형이나 다른 태양은 전부 본 발명에 포함되는 것이다.

(실시예1)

직경 φ350mm, 두께10mm의 탄탈륨 타겟트를 기계 가공에 의해 제작하였다. 배킹 플레이트는 동-크롬 합금을 사용하였다.

삽입재로서는 각각 0.8mm, 1.0mm, 2.0mm, 6.0mm의 순 알루미늄(A-1050)판을 사용하고 배킹 플레이트의 두께는 삽입재의 두께와 합하여 19mm가 되도록 하였다.

타겟트, 삽입재 및 배킹 플레이트의 확산 접합이 되는 계면은 아세톤을 용매로 사용하여 초음파 세정한 후, 다시 이소프로필 알콜로 충분히 세정하였다.

이들 조립체를 철제의 용기에 진공 봉입(진공도는 O.l torr 이하)하여, 열간 정수압 프레스(HIP)로써 500℃×4hr, 15kg/mm²의 압력으로 확산 접합하였다.

접합 후에는, 철제 용기를 기계 가공으로 제거하였다. 탄탈륨 타겟트를 위쪽으로 하여 휘어짐 량을 휘어짐 측정 게이지(gauge)로 측정하였다. 도2에 확산접합 후의 휘어짐 량의 설명도를 나타낸다.

(비교예1)

실시예1과 같은 방법으로, 탄탈륨 타겟트와 동-크롬 합금 배킹 플레이트와의 사이에 알루미늄 삽입재를 넣어 그 두께를 0.3mm 및 0.4mm로 한 경우이다.

또한 그 밖의 삽입재로서 두께 2mm의 니켈판 및 은판을 사용하여 확산접합하였다. 접합 후에는 철제 용기를 기계 가공으로 제거하였다. 탄탈륨 타겟트를 위쪽으로 하여 휘어짐 량을 휘어짐 측정 게이지(gauge)로 측정하였다. 또한, 탄탈륨 타겟트와 알루미늄 삽입재 사이에서 박리한 것은 그 상황을 관찰하였다.

실시예1과 비교예1의 결과를 표1에 나타낸다.

상기 표1의 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위의 삽입재로서 0.8mm, 1.0mm, 2.0mm, 6.0mm의 순 알루미늄판을 사용한 것에 관해서는 휘어짐 량이 각각 3mm, 2.8mm, 2.5mm, 1.7mm로 되어, 어느 것이나 근소한 휘어짐 량을 나타내었다. 또한 이 휘어짐 량은 알루미늄판의 판 두께 증가에 따라 보다 적게 되는 경향을 나타내었다.

이에 대하여, 동표1의 비교예에 나타낸 바와 같이 삽입재로서 본 발명의 두께의 범위 외인 0.3mm 및 0.4mm의 순 알루미늄판을 사용한 것에 관해서는 전자가 탄탈륨 타겟트와 알루미늄 삽입재 사이에서 박리하며, 후자에 관해서는 휘어짐 량이 각각 4mm로 큰 휘어짐 량을 나타내었다.

또한, 두께 2mm의 니켈판 및 은판을 사용해서 확산접합 한 경우는, 두께가 충분한 두께임에도 불구하고 탄탈륨 타겟트와 니켈 혹은 은 삽입재 사이에서 박리한다는 현상이 일어났다.

이상으로부터, 삽입재로서 본 발명의 범위의 두께의 알루미늄판의 사용이 극히 유효한 것을 알았다.

(실시예2)

텅스텐 분말을 핫프레스로 진공 가압 소결 한 후, 직경 φ350mm, 두께8mm로 선반 가공하였다. 배킹 플레이트에는 동-아연 합금을 사용하였다.

삽입재로서는 각각 0.8mm, 1mm, 2mm, 6mm의 순 알루미늄(A-1050)판을 사용하고 배킹 플레이트의 두께는 삽입재의 두께와 합하여 19mm가 되도록 하였다.

타겟트, 삽입재, 배킹 플레이트의 확산 접합되는 계면은 아세톤을 용매로 사용하여 초음파 세정한 후, 다시 이소프로필 알콜로 세정하였다. 다시 텅스텐 타겟트를 진공 건조기에서 충분히 건조하였다.

실시예1과 같은 방법으로 확산접합하여 철제 용기를 제거 한 후, 텅스텐 타겟트를 위쪽으로 하여 휘어짐 량을 휘어짐 측정 게이지(gauge)로 측정하였다.

(비교예2)

실시예2와 같은 방법으로, 텅스텐 타겟트와 동-아연 합금 배킹 플레이트와의 사이에 알루미늄 삽입재를 넣어 그 알루미늄 삽입재의 두께를 0.3mm 및 0.4mm로 한 경우이다. 그 밖의 삽입재로서 두께 2mm의 니켈판 및 은판을 사용하였다.

텅스텐 타겟트를 위쪽으로 하여 휘어짐 량을 휘어짐 측정 게이지(gauge)로 측정하였다. 또한, 텅스텐 타겟트와 알루미늄 삽입재 사이에서 박리한 것은 그 상황을 관찰하였다.

실시예2와 비교예2의 결과를 표2에 나타낸다.

상기 표2의 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위의 삽입재로서 0.8mm, 1.0mm, 2.0mm, 6.0mm의 순 알루미늄판을 사용한 것에 관해서는 휘어짐 량이 각각 3.3mm, 3.2mm, 2.6mm, 1.7mm로 되어, 어느 것이나 근소한 휘어짐 량을 나타내었다. 또한 이 휘어짐 량은 알루미늄판의 판 두께 증가에 따라 보다 적게 되는 경향을 나타내었다.

이에 대하여, 동표2의 비교예에 나타낸 바와 같이 삽입재로서 본 발명의 두께의 범위 외인 0.3mm 및 0.4mm의 순 알루미늄판을 사용한 것에 관해서는 텅스텐 타겟트에 균열이 발생해 버려서 약 4mm의 큰 휘어짐 량을 나타내었다.

또한, 두께 2mm의 니켈판 및 은판을 사용하여 확산접합 한 경우에는, 두께가 충분한 두께임에도 불구하고 텅스텐 타겟트와 알루미늄 삽입재 사이에서 박리한다는 현상이 일어났다.

이상으로부터, 실시예2에서도 삽입재로서 본 발명의 범위의 두께의 알루미늄판의 사용이 극히 유효한 것을 알았다.

또, 본 실시예에서는 삽입재로서 순 알루미늄을 사용하였지만, A5052 등의 알루미늄 합금판에서도 동일한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

타겟트재와 배킹 플레이트재의 열팽창율의 차이가 큰 경우에도 확산접합 후의 변형이 적고, 또한 타겟트와 배킹 플레이트 사이의 박리나 균열의 발생이 적은 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-배킹 플레이트 조립체를 얻을 수 있다. 또한 확산 접합 후의 휘어짐 량을 감소시키는 것에 의해 타겟트 두께 보증을 용이하게 하여 타겟트 생산율을 향상시켜며, 더욱이 접합 후의 가공 절삭 공정 혹은 교정 공정의 경감을 가능하게 한다. 하이 파워 스퍼터링에 견뎌내는 신뢰성이 높은 타겟트 조립체를 제공하여 타겟트 대형화에도 대응할 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

Claims

탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트와 동합금제 배킹 플레이트가 두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 삽입재를 넣어서 확산접합되어 있고, 각각의 재료 사이에서 확산접합 계면을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-

동(銅)합금제 배킹 플레이트 조립체
두께 0.5mm 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 삽입재로 하여 탄탈륨 혹은 텅스텐 타겟트와 동합금 배킹 플레이트를 진공 하에서 400℃부터 548℃ 사이의 온도 및 1∼20kg/mm²의 압력조건으로 확산접합하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨 또는 텅스텐 타겟트-동합금제 배킹 플레이트 조립체의 제조방법