KR102707659B1 - 스퍼터링 타겟 접합체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체는 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟 및 상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트를 포함하고, 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 크며, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함한다.

Description

스퍼터링 타겟 접합체 {SPUTTERING TARGET ASSEMBLY}

본 발명은 스퍼터링 타겟 접합체에 관한 것이며, 구체적으로는 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟 및 상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트를 포함하고, 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 크며, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함하는 스퍼터링 타겟 접합체에 관한 것이다.

스퍼터링은 프로세싱 챔버내에 장착된 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 코팅하는 단계를 포함하는 공정을 말하며, 여기서, 웨이퍼는 이격 대향 배치된 스퍼터링될 재료로 제조된 스퍼터 타겟에 대하여 전기적으로 바이어스된다. 불활성 가스가 저온에서 챔버내로 도입되고, 전기장이 적용되어 상기 가스를 이온화한다.

상기 가스로부터의 이온은 상기 타겟에 충돌하게되고, 상기 타겟으로부터 원자들을 분리시켜내며, 이들은그후, 타겟 재료로 코팅될 웨이퍼 또는 다른 기판상에 증착되게 된다.

반도체 산업에 사용되는 스퍼터 타겟, 특히, 복합 집적 회로상에 박막을 물리적으로 기상증착하는데 사용되는 스퍼터 타겟의 제조시에, 막 균일성과, 높은 증착율과, 스퍼터링 동안 최소의 입자 생성과, 소정의 전기적 특성을 갖는 스퍼터 타겟을 제공하는 것이 바람직하다.

입자가 크고, 균일하지 못하면, 타겟 성능이 감소되게 된다. 부가적으로, 막 균일성과 스퍼터 증착률은 스퍼터링 타겟의 결정학적 지향성에 관련되어 있으며, 이는 타겟으로부터 배출된 재료의 산포에 영향을 미친다. 또한, 타겟으로부터의 원자의 스퍼터링은 타겟 재료의 밀집 방향을따라 발생되고, 입자 지향방향이 랜덤하면 스퍼터링된 막의 균일성이 양호해진다.

알루이늄 또는 구리 타겟을 제조하는 종래의 방법에서는 200 또는 220 방향으로 지향된 결정 구조 및/또는 10㎛에 달하는 대형 제 2 상 합금 석출 중 어느 한쪽을 발생시킨다. 강한 200 또는 220 결정 지향성을 가진 타겟은 균일성이 열악한 막을 발생시킨다. 그러므로, 타겟은 랜덤 또는 약한 지향방향을 가지는 것이 바람직하다. 대형 제 2 상 석출의 열악한 도전성은 스퍼터링 동안 국부적인 아크현상을 발생시키며, 이는 웨이퍼상에 대형 입자가 증착되게 하거나 높은 입자 밀도를 발생시킨다.

종래의 타겟 캐소드 조립체에서, 타겟은 일반적으로 알루미늄 또는 구리인 비자성 백플레이트(backing plate)상에 하나의 접착면으로 부착되어 조립체 내에서 백플레이트와 스퍼터 타겟 사이에 평행한 경계면을 형성하게된다. 상기 백플레이트(backing plate)는 타겟을 스퍼터링 챔버내에서 유지하는 수단을 제공하며, 타겟에 대한 구조적 안정성을 제공한다. 또한, 상기 백플레이트는 타겟의 이온 충돌에 의해 발생된 열을 방출하기 위해 일반적으로 수냉식이다. 타겟과 백플레이트 사이에 양호한 열적 전기적 접촉을 달성하기 위해, 이들 부재들은 일반적으로 용접, 납땜, 확산 본딩, 클램핑, 스크류 패스너 또는 에폭시 시멘트 등을 사용하여 서로 부착되어 있다.

납땜 접합은 스퍼터링 작업 동안 분리되어버리기 쉽다. 부가적으로, 연납은 접합 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 스퍼터링 동안 타겟이 작동될 수 있는 온도 범위가 작아진다. 따라서, 납땜으로 접합된 조립체는 보다 비싸며, 타겟이 낮은 전압 수준에서 사용되어야 하고, 따라서, 백플레이트로부터 타겟의 분리를 방지 하기 위해서는 스퍼터링 속도가 감소되어야 하기 때문에 사용자들이 많은 시간을 소모하게 된다.

예비 처리 등으로 조면화된 면을 가진 확산 본딩은 보다 강한 접합을 제공하지만, 제조에 많은 시간이 소모된다. 특히, 확산 본딩이 고온에서 진행되기 때문에 예비 본딩 공정 동안 얻어진 미세 구조에 변화가 발생된다. 따라서, 타겟 제조 단계에서 미세 입자 크기나 랜덤 지향방향이 달성될 수 있다 하더라도, 현재의 확산 본딩 기술에 의해 그 특성들이 사라지게 된다. 구리 및 알루미늄 타겟에서, 확산 본딩 동안 적용되는 고온은 입자 크기를 거의 두배로 만드는 효과를 갖는다. 따라서, 미세구조 및 야금학적 특성의 변화 및 분리는 종래의 확산 본딩 기술의 심각한 단점이며, 이로인해 작고, 균일한 입자가 바람직한 스퍼터 타겟에서 구리 타겟 조립체용으로 이들을 사용하는 것이 바람직하지 못해진다.

또한, 백플레이트가 없는 모놀리식 스퍼터 타겟을 사용하는 것도 대형 실리콘 웨이퍼를 스퍼터링하기 위해 필요한 타겟 직경을 지속적으로 증가시키기 어려우며, 타겟 재료의 필요 순도를 증가시키기 어렵고, 이들 양자 모두는 모놀리식 타겟의 제조 비용을 증가시키게 된다.

특히, 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트를 접합시킬 때에는 확산접합공정을 사용할 수 있는데, 이러한 확산접합 과정에서 휘어지는 변형으로 인해서 가공시 재료의 손실이 발생하게 된다. 이러한 문제는 기본적으로 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트의 열팽창 계수가 다르기 때문에 발생하게 된다. 따라서, 이렇게 열팽창계수가 다른 이종 물질간 확산접합을 위해서는 이러한 문제점을 해결할 필요가 있다.

국내 공개특허 제10-2009-0016599호 (공개일 : 2009.02.16.) 국내 공개특허 제10-2015-0013876호 (공개일 : 2015.02.05.) 국내 공개특허 제10-2015-0135530호 (공개일 : 2015.12.02.)

본 발명의 목적은 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟 및 상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트를 포함하고, 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 크며, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함하는 스퍼터링 타겟 접합체를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체는 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟; 및 상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트;를 포함한다.

또한, 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수와 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 클 수 있다.

또한, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 홈부의 폭은 0.5 내지 2 밀리미터(mm)이고, 상기 홈부의 깊이는 0.75 내지 6 밀리미터(mm)일 수 있다.

또한, 상기 백킹 플레이트에서 상기 홈부가 차지하는 면적은 상기 백킹 플레이트와 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면적의 3 내지 20%일 수 있다.

또한, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 상기 백킹 플레이트와 접합하는 과정에서 발생하는 기포를 배출하기 위한 기포배출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟 및 상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트를 포함하고, 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 크며, 상기 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함하는 스퍼터링 타겟 접합체를 제공할 수 있다.

도 1은 스퍼터링 타겟이 백킹 플레이트에 접합된 모습을 나타낸 사진이다.
도 2는 종래기술에서 열팽창 계수의 차이로 인하여, 확산접합 이후에 휨 현상이 발생하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟 접합체를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스퍼터링 타겟 접합체를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체의 홈부 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체에서 백킹 플레이트에 홈부가 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체에에서 백킹 플레이트에 홈부가 형성된 모습을 나타낸 사진이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 오일 누유 방지 구조를 갖는 플런저 펌프에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 스퍼터링 타겟이 백킹 플레이트에 접합된 모습을 나타낸 사진이고, 도 2는 종래기술에서 열팽창 계수의 차이로 인하여, 확산접합 이후에 휨 현상이 발생하는 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명은 열팽창 계수가 다른 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트를 확산접합 할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이러한 이종 접합은 결정 성장 기술로 원자층 레벨의 급격한 조성 변화를 나타내는 계면에서 접합하는 것을 의미한다.

확산접합이란 금속재료를 밀착시켜 소재를 융점 이하의 온도로 가열하면서 소성변형을 일으키지 않을 정도로 압력을 가해, 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법을 말한다. 같은 종류의 금속만이 아닌, 이종금속의 접합에도 사용될 수 있다.

이러한 확산접합을 할 때 종래기술의 경우 일정온도로 가열후 접합이 완료되고, 열팽창 계수가 다른 스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트가 냉각되는 과정에서 도 2와 같이 휘어지는 현상이 발생하게 된다. 또한, 이렇게 휨이 발생한 상태에서 가공을 하는 경우 재료의 손실이 발생하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 타겟 접합체를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스퍼터링 타겟 접합체를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체의 홈부 단면을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체에서 백킹 플레이트에 홈부가 형성된 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체에에서 백킹 플레이트에 홈부가 형성된 모습을 나타낸 사진이다.

본 발명에 의한 스퍼터링 타겟 접합체는 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟 및 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트를 포함한다.

고체의 열팽창 계수는 온도가 1K 올라갈 때 고체가 얼마나 팽창하는 지를 알려주는 지수이며, 스퍼터링 타겟은 티타늄, 백킹 플레이트는 티타늄보다 열팽창 계수가 더 큰 알루미늄인 것이 바람직하다.

스퍼터링 타겟과 백킹 플레이트를 확산 접합하는 과정에서 도 3과 같은 구조로 접합시키는 것도 가능하고, 도 4 및 도 7과 같이 백킹 플레이트에 스퍼터링 타겟이 내측으로 안착할 수 있도록 스퍼터링 타겟 수납부를 포함하고 홈부 및 기포배출부는 스퍼터링 타겟이 수납되는 수납부에 형성되도록 하여 구조적 안정성을 더할 수 있다.

접합면의 경우 고온에서 접합하며 발생하는 것으로, 종래 기술에서는 접합면의 밀착을 향상시키기 위해서 접합면에 얇은 금속등을 삽입하였다. 그러나, 본 발명에서는 후술하는 백킹 플레이트에 형성되는 홈부를 이용하여 밀착력을 강화시키기 때문에 별도의 금속등을 접합면에 삽입하지 않는 것이 바람직하다.

스퍼터링 타겟의 열팽창 계수와 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 서로 다른 경우가 바람직하며, 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 큰 경우가 가장 바람직하다.

스퍼터링 타겟은 티타늄, 백킹 플레이트는 알루미늄으로 하여 실험을 진행한 결과, 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고, 단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함하고, 도 5와 같이, 상기 홈부의 폭(w)은 0.5 내지 2 밀리미터(mm)이고, 상기 홈부의 깊이(h)는 0.75 내지 6 밀리미터(mm)인 것이 바람직하다.

홈부의 깊이와 홈부가 접합면에서 차지하는 면적을 동일하게 하고, 홈부의 폭을 변화하시키면서 홈부의 폭(w)을 아래와 같이 변화시키면서 실험한 결과, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. (품질지수는 최저 1, 최고 10 기준)

(1) 0.01 내지 0.3 밀리미터(mm) - 품질지수 3

(2) 0.3 내지 0.5 밀리미터(mm) - 품질지수 5

(3) 0.5 내지 2 밀리미터(mm) - 품질지수 9

(4) 2 내지 5 밀리미터(mm) - 품질지수 4

(5) 5내지 10 밀리미터(mm) - 품질지수 2

또한, 홈부의 폭(w)을 0.5 내지 2 밀리미터(mm)으로 고정하고, 홈부가 접합면에서 차지하는 면적을 동일하게 하여 홈부의 깊이(h)를 변화시키면서 측정한 결과, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. (품질지수는 최저 1, 최고 10 기준)

(1) 0.01 내지 0.75 밀리미터(mm) - 품질지수 7

(2) 0.75 내지 6 밀리미터(mm) - 품질지수 10

(3) 6 내지 12 밀리미터(mm) - 품질지수 6

(4) 12 내지 20 밀리미터(mm) - 품질지수 4

백킹 플레이트에서 홈부가 차지하는 면적은 백킹 플레이트와 스퍼터링 타겟이 접합하는 면적의 3 내지 20%이고, 백킹 플레이트는 상기 스퍼터링 타겟이 백킹 플레이트와 접합하는 과정에서 발생하는 기포를 배출하기 위한 기포배출부를 더 포함한다. 기포배출부는 접합과정에서 발생하는 기포가 기포배출부를 통하여 배출될 수 있도록 구조적으로 형성하는 것이며, 도 6과 같이 제1 기포배출부와 제2 기포배출부를 포함한다.

제1 기포배출부는 홈부와 연결되어 있으며, 접합과정에서 홈부에서 발생하는 기포가 제1 기포배출부로 이동하여, 제2 기포배출부를 통하여 외부로 배출된다. 제2 기포배출부는 홈부에는 연결되지 않고 제1 기포배출부에만 연결되어 있기 때문에, 접합하는 과정에서 홈부에서 발생한 기포는 제1 기포배출부로 확산되어 이동하고, 제1 기포배출부로 확산되어 이동한 기포는 다시 제1 기포배출부에만 연결되어 있는 제2 기포배출부를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

홈부의 폭(w)을 0.5 내지 2 밀리미터(mm), 홈부의 깊이(h)를 0.75 내지 6 밀리미터(mm)로 고정하고, 백킹 플레이트에서 홈부가 차지하는 면적을 변화시키면서 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. (품질지수는 최저 1, 최고 10 기준)

(1) 0.01 내지 3% - 품질지수 7

(2) 3 내지 10% - 품질지수 10

(3) 10 내지 20% - 품질지수 10

(4) 20 내지 30% - 품질지수 8

(5) 30 내지 40% - 품질지수 5

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 스퍼터링 타겟
20 : 백킹 플레이트
21 : 홈부
w : 홈부의 폭
h : 홈부의 깊이
22 : 제1 기포배출부
23 : 제2 기포배출부
30 : 접합면
100 : 스퍼터링 타겟 접합체

Claims (7)

1. 일정한 열팽창 계수를 가지는 스퍼터링 타겟; 및
   상기 스퍼터링 타겟과 접합되고, 일정한 열팽창 계수를 가지는 백킹 플레이트;를 포함하고,
   상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수와 상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 서로 다르고,
   상기 백킹 플레이트의 열팽창 계수는 상기 상기 스퍼터링 타겟의 열팽창 계수보다 크고,
   상기 백킹 플레이트는
   상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 형성되고,
   단면이 ‘V’자 모양을 형성하는 홈부를 포함하고,
   상기 홈부의 폭은 0.5 내지 2 밀리미터(mm)이고,
   상기 홈부의 깊이는 0.75 내지 6 밀리미터(mm)이고,
   상기 백킹 플레이트에서 상기 홈부가 차지하는 면적은
   상기 백킹 플레이트와 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면적의 3 내지 20%이고,
   상기 백킹 플레이트는
   상기 스퍼터링 타겟이 상기 백킹 플레이트와 접합하는 과정에서 발생하는 기포가 확산되어 배출되어 지는 기포배출부를 더 포함하고,
   상기 기포배출부는
   상기 홈부와 연결되어 있는 제1 기포배출부 및
   상기 홈부에는 연결되지 않고 상기 제1 기포배출부에만 연결되어 있는 제2 기포배출부를 포함하고,
   상기 접합하는 과정에서 상기 홈부에서 발생한 기포는 상기 제1 기포배출부로 확산되어 이동하고, 상기 제1 기포배출부로 확산되어 이동한 기포는 다시 상기 제1 기포배출부에만 연결되어 있는 제2 기포배출부를 통하여 외부로 배출되고,
   상기 홈부는 상기 백킹 플레이트의 상기 스퍼터링 타겟이 접합하는 면에 동심원 모양으로 최소한 2개 이상 형성되고, 상기 제1 기포배출부는 상기 최소한 2개 이상의 동심원 모양의 홈부와 최소한 2개 이상의 접점을 통하여 연결되고, 상기 제2 기포배출부는 상기 제1 기포배출부의 양단에 형성되면서 상기 백킹 플레이트의 외곽에 형성되어 외부와 연결되는 것을 특징으로 하는
   스퍼터링 타겟 접합체.
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