KR20170129301A - 솔더, 스퍼터링 타겟 물질, 및 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 솔더, 스퍼터링 타겟 물질 및 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법을 제공한다. 스퍼터링 타겟 물질의 제조시 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합시키기 위한 솔더는 중량%가 8 내지 9인 아연, 중량%가 82 내지 91.5인 주석 및 중량%가 0.5 내지 10 중량%인 인듐을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같다. 본 발명의 솔더는 대면적 및 고온의 스퍼터링 조건하에서 타겟 물질층과 백킹 플레이트의 접합 강도를 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 스퍼터링 타겟 물질을 제조하기 위한 솔더 및 상기 솔더를 이용한 스퍼터링 타겟 물질에 관한 것이다. 특히는, 인듐(In)을 함유한 솔더 및 상기 솔더를 이용하여 제조되는 스퍼터링 타겟 물질에 관한 것이다.
박막 스퍼터링 기술은 펄스 DC 플라즈마(Plasma)로 금속 타겟 물질 표면을 충격함으로써, 타겟 물질의 원자를 방출시켜 타겟 기판의 표면에 스퍼터링 증착되어 박막을 형성하는 것으로, 해당 기술은 고품질, 양호한 부착력, 우수한 공정 안정성 등 장점을 가지고 있으며, 플라스틱, 금속, 유리, 천 또는 복합재료의 코팅에 사용된다.
스퍼터링 조작 과정에서, 타겟 물질은 대량의 열에너지 축적이 발생하므로, 열전도성이 비교적 좋은 금속 백킹 플레이트(backing plate), 예를 들면 구리(Cu) 소재의 백킹 플레이트 또는 구리 합금 백킹 플레이트를 사용하여 타겟 물질과 접합시켜 이에 의해 타겟 물질의 열량이 확산되도록 하고 타겟 물질을 냉각시킨다. 타겟 물질과 백킹 플레이트의 접합 강도가 좋지 않거나 또는 경계면의 열전도 성능이 좋지 않을 경우, 스퍼터링 조작 과정에서 타겟 물질의 온도가 급격히 상승하여 디솔더링(Desoldering) 분층, 백킹 플레이트 용해 또는 설비의 과열화 등의 문제를 야기할 수 있다.
종래의 방식에 의하면, 통상적으로 용융점이 비교적 낮은 인듐(In)을 솔더로 사용하여 타겟 물질과 백킹 플레이트를 접합한다. 그러나, 인듐의 가격이 비싸고, 또한 대면적의 타겟 물질에 적용할 때 열에 의해 들뜸현상이 발생하며 고온에서 조작시 접합 강도가 좋지 않아 타겟 물질이 백킹 플레이트로부터 쉽게 박리된다.
따라서, 선진적인 솔더 및 이러한 솔더를 사용하여 제조하는 스퍼터링 타겟 물질을 제공하여 종래 기술에 따른 문제를 해결할 필요성이 있다.
본 발명의 목적은, 솔더, 스퍼터링 타겟 물질 및 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법을 제공하여 상기 합금 솔더가 대면적 및 고온의 스퍼터링 조건하에서 타겟 물질층과 백킹 플레이트의 결합 강도를 유지할 수 있도록 하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스퍼터링 타겟 물질의 제조시 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합시키기 위한 솔더(solder)를 제공한다. 상기 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 82 내지 91.5인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 0.5 내지 10인 인듐(In)을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91중량%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 솔더 중에서, 아연의 중량%는 9이고, 주석의 중량%는 89이며, 인듐의 중량%는 2이다.
여기서, 상기 솔더는 금속 타겟 물질층과, 구리(Cu) 함유 백킹 플레이트를 접합하기 위한 것이다.
여기서, 상기 솔더는 알루미늄(Al) 함유 타겟 물질층과 구리(Cu) 함유 백킹 플레이트를 접합하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 타겟 물질층, 백킹 플레이트 및 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합하기 위한 솔더를 포함하는 스퍼터링 타겟 물질을 제공한다. 여기서, 상기 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 82 내지 91.5인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 0.5 내지 10인 인듐(In)을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같다.
여기서, 상기 솔더 중에서, 아연의 중량%는 9이고, 주석의 중량%는 89이며, 인듐의 중량%는 2이다.
여기서, 상기 타겟 물질층은 금속 타겟 물질층이고; 상기 백킹 플레이트는 구리 함유 백킹 플레이트이다.
여기서, 상기 타겟 물질층은 알루미늄 함유 타겟 물질층이고; 상기 백킹 플레이트는 구리 함유 백킹 플레이트이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법을 제공한다. 상기 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 82 내지 91.5인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 0.5 내지 10인 인듐(In)을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같은 솔더를 제공한다. 이어서, 솔더를 백킹 플레이트와 타겟 물질층 사이에 위치시킨다. 다음, 솔더에 의해 백킹 플레이트와 타겟 물질층을 접합하도록 압착 공정을 진행한다.
여기서, 상기 솔더를 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 사이에 위치시키는 단계는, 상기 백킹 플레이트 또는 상기 타겟 물질층을 상기 솔더의 용융점(melting point) 온도 이상에 도달할 때까지 가열하는 단계; 상기 솔더를 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 중 어느 하나에 도포하는 단계; 및 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 중 다른 하나를 상기 솔더와 대면시키는 단계를 포함한다.
상술한 내용에 따르면, 본 발명의 실시예는 특정된 중량%의 주석-아연-인듐을 조성 성분으로 하는 합금 솔더를 이용하여 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합하여 스퍼터링 타겟 물질을 제조한다. 이러한 합금 솔더는 대면적 및 고온의 스퍼터링 조건하에서 타겟 물질층과 백킹 플레이트의 결합 강도를 유지할 수 있고, 타겟 물질층이 백킹 플레이트로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 솔더 중 인듐의 함량을 실질적으로 10중량%보다 작거나 같도록 감소시킬 수 있어 스퍼터링 타겟 물질의 제조 원가를 대폭 줄일 수 있다. 이와 같이, 스퍼터링 타겟 물질의 강도, 열전도성 및 내열성, 조작의 편리성 및 원가를 고루 감안하여 종래 기술에 따른 문제를 해결할 수 있다.
이하 구체적인 실시예와 결합하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
본 발명은 솔더, 스퍼터링 타겟 물질 및 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법을 제공하여, 종래의 스퍼터링 타겟 물질의 제조 원가가 높은 문제를 해결할 수 있고, 대면적 응용에 따른 어려움 및 열로 인한 들뜸의 문제를 해결할 수 있다. 본 발명의 상술한 목적과 기타 목적, 특징과 장점이 더욱 명확해지고 이해하기 쉽도록 하기 상이한 성분 비례의 솔더로 제조되는 다양한 스퍼터링 타겟 물질을 실시예로 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 반드시 주의해야 할 것은, 이런 특정된 실시예와 방법은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 기타 특징, 어셈블리, 방법 및 변수를 이용하여 실시할 수도 있다. 바람직한 실시예는 단지 본 발명의 기술 특징을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자들은 하기 명세서의 설명에 따라 본 발명의 사상 범위를 벗어나지 않으면서 균등한 수식과 변화를 실시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 솔더는, 스퍼터링 타겟 물질의 제조 시 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합하기 위한 것이다. 여기서, 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 82 내지 91.5인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 0.5 내지 10인 인듐(In)을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같다. 다시말해, 해당 솔더는 실질적으로 주석-아연-인듐의 합금으로 조성된다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 83 내지 91인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 1 내지 8인 인듐(In)을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 86 내지 91인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 1 내지 5인 인듐(In)을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 솔더는 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 실질적으로 88 내지 91인 주석(Sn) 및 중량%가 실질적으로 1 내지 3인 인듐(In)을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 솔더는 중량%가 실질적으로 8.5 내지 9인 아연, 중량%가 실질적으로 89 내지 90인 주석 및 중량%가 실질적으로 1.5 내지 2인 인듐을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 솔더에서 아연의 중량%는 실질적으로 9이고, 주석의 중량%는 실질적으로 89이며, 또한 인듐의 중량%는 실질적으로 2이다.
한편, 본 발명의 일부 실시예에 있어서, 솔더는 미량의 기타 원소, 예를 들면 0.5%보다 작은 기타 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄, 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 구리, 크롬(Cr), 은(Ag), 규소(Si) 및 희토류 원소이고, 상기 희토류 원소는 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu), 이트륨y), 스칸듐(Sc) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 타겟 물질층은 금속 타겟 물질층일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 타겟 물질층은 알루미늄(Al) 함유 타겟 물질층일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 타겟 물질층은 구리(Cu) 함유 타겟 물질층일 수 있다. 백킹 플레이트는 구리(Cu)를 함유한 백킹 플레이트인 것이 바람직하고, 예를 들면, 구리 소재의 백킹 플레이트 또는 구리 함유 합금의 백킹 플레이트일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 상술한 솔더 합금을 이용하여 금속 타겟 물질층 및 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하는 온도는 실질적으로 180℃ 내지 220℃이다. 일 실예에 있어서, 본 발명의 상술한 솔더 합금을 이용하여 알루미늄 함유 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하는 온도는 실질적으로 180℃ 내지 220℃이다.
솔더 합금은 중량%가 실질적으로 82 내지 91.5인 주석을 포함하므로, 고온 하에서 금속 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트 사이에 아주 높은 접합 강도를 유지시킬 수 있다. 예를 들면, 150℃ 온도 하에서, 알루미늄 함유 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트 사이의 접합 강도는 실질적으로 2.5㎏f/㎟이상에 도달할 수 있고, 바람직하게는 3.0㎏f/㎟까지 도달할 수 있다.
이 밖에, 솔더 합금은 중량%가 실질적으로 8 내지 9인 아연을 함유한다. 따라서, 솔더 합금 중의 주석과 구리 함유 백킹 플레이트 중의 구리 원소가 반응하는 것을 억제할 수 있고, 접합 시 발생할 수 있는 침식 현상을 감소시킬 수 있으며, 솔더 합금의 습윤성을 제고하여 솔더와 구리 함유 타겟 물질을 긴밀하게 접합시킨다.
금속 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하여 스퍼터링 타겟 물질을 제조하는 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다. 우선, 금속 타겟 물질의 접합면에 대하여 표면 가공을 진행하며, 예를 들면 거칠기 처리(Roughing Treatment)한 후 세척 및 탈지시킨다. 다음, 금속 타겟이 솔더 합금의 용융점 온도 이상에 도달할 때까지 가열하고, 침지법에 의해 솔더 합금을 금속 타겟 물질의 접합면에 도포하여 접합층을 형성한다. 솔더 합금의 시트 저항을 고려하여, 접합층의 두께는 실질적으로 2㎜이하이고, 바람직하게는 실질적으로 0.1㎜ 내지 1㎜이다.
아울러, 구리 함유 백킹 플레이트의 접합면에 대하여 탈지를 진행하고, 또한 솔더 합금의 용융점 온도 이상에 도달할 때까지 가열한 후, 구리 함유 백킹 플레이트의 접합면을 접합층과 대면시키고, 다시 3자를 압착시킨다. 압착하는 압력은 금속 타겟의 면적에 따라 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서 압력은 0.0001MPa 내지 0.1MPa이다. 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 먼저 접합층을 구리 함유 백킹 플레이트의 접합면에 도포한 후 다시 금속 타겟 물질의 접합면을 접합층과 대면시켜 압착할 수 있다.
이하, 복수의 구체적인 실시예를 설명하고, 또한 비교예와 함께 인장강도를 비교함으로써, 본 발명의 기술적 장점을 설명하도록 한다. 먼저, 순도가 99.99%인 주석, 순도가 99.99%인 아연 및 순도가 99.99%인 인듐을 원료로 하고, 중량비가 89:9:2인 주석/아연/인듐(Sn/Zn/In)을 포함하는 연성 플럭스(솔더 합금)를 조제하며, 이하에 주석-아연-인듐(Sn-Zn-2In)으로 연성 플럭스를 표시한다.
다음, 주석-아연-인듐(Sn-Zn-2In) 연성 플럭스는 알루미늄 함유 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트를 접합시켜 스퍼터링 타겟 물질을 형성하여 그 중에서 3조의 스퍼터링 타겟 물질을 실시예의 측량 샘플로 하고, 3조의 인듐 소재의 솔더를 이용하여 제조된 스퍼터링 타겟 물질을 비교예로 하여 인장강도 테스트를 진행했다. 본 실시예의 인장강도 테스트에 의하면, 밑면적이 10㎜×50㎜인 알루미늄 함유 타겟 물질층과 사이즈가 20㎜×20㎜×5㎜인 구리 함유 백킹 플레이트를 결합하여 스퍼터링 타겟 물질을 형성하고, 인장실험장치 AUTOGRAPH AGS－500B(시마즈 제조사(일본) 제조)를 이용하여 실온(23℃) 하에 상기 스퍼터링 타겟 물질에 대하여 테스트를 진행했다. 측정 결과는 아래의 표1에 도시된 바와 같다.
| 샘플 | 사용한 연성 플럭스 | 인장강도(N/㎟) | 인장강도(Kg/㎟) |
| 실시예1 | Sn-Zn-2In | 21.8 | 2.22 |
| 실시예2 | Sn-Zn-2In | 24 | 2.45 |
| 실시예3 | Sn-Zn-2In | 18.1 | 1.85 |
| 비교예1 | In | 13.73 | 1.40 |
| 비교예2 | In | 13.46 | 1.37 |
| 비교예3 | In | 11 | 1.12 |
인장강도 테스트 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, Sn-Zn-2In 연성 플럭스를 이용하여 접합을 진행하는 스퍼터링 타겟 물질의 인장강도는, 인듐 소재의 솔더로 제조된 스퍼터링 타겟 물질보다 32% 내지 98% 높다. 이는, 본 발명의 실시예가 제공하는 솔더로 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하여 스퍼터링 타겟 물질을 제조할 경우 확실히 고온의 스퍼터링 조건 하에서 알루미늄 함유 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트의 접합강도를 유지할 수 있음을 설명한다. 그리고, 솔더에 사용되는 인듐의 함량은 아주 낮으므로, 제작 원가를 낮추는데 이롭다.
상술한 내용에 따르면, 본 발명의 실시예는 특정된 중량%의 주석-아연-인듐을 조성 성분으로 하는 합금 솔더를 이용하여 타겟 물질층과 백킹 플레이트를 접합하여 스퍼터링 타겟 물질을 제조한다. 이러한 합금 솔더는 대면적 및 고온의 스퍼터링 조건 하에서 타겟 물질층과 백킹 플레이트의 결합 강도를 유지할 수 있고, 타겟 물질층이 백킹 플레이트로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 솔더 중 인듐의 함량을 실질적으로 10 중량%보다 작거나 같도록 감소시킬 수 있으므로, 스퍼터링 타겟 물질의 제조 원가를 대폭 줄일 수 있다. 이와 같이, 스퍼터링 타겟 물질의 강도, 열전도성 및 내열성, 조작의 편리성 및 원가를 고루 감안하여 종래 기술에 따른 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로 상기와 같이 개시하였지만, 이는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 상기 서술한 공정 단계와 구조는 전체적인 집적 회로를 제조하는 완전한 제조 과정을 포함하지 않았다. 본 발명은 종래의 또는 향후 제기될 수 있는 여러가지 상이한 집적 회로 제작 기술과 합병되어 실시할 수 있다.
물론, 본 발명은 기타 다양한 실시예가 있을 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 본질을 벗어나지 않으면서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명에 따라 각종 상응한 변화와 변형을 실시할 수 있으며, 이러한 상응한 변화와 변형은 모두 본 발명의 청구범위가 보호하고자 하는 범위에 속해야 한다.
Claims (10)
- 스퍼터링 타겟 물질(Sputtering Target Material)의 제조시 타겟 물질층(target material layer)과 백킹 플레이트(backing plate)를 접합시키기 위한 솔더(solder)에 있어서,
중량%가 8 내지 9인 아연, 중량%가 82 내지 91.5인 주석 및 중량%가 0.5 내지 10인 인듐을 포함하고; 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 솔더. - 제1항에 있어서,
상기 솔더 중에서, 아연의 중량%는 9이고, 주석의 중량%는 89이며, 인듐의 중량%는 2인 것을 특징으로 하는 솔더. - 제1항에 있어서,
상기 솔더는 금속 타겟 물질층과, 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하기 위한 것을 특징으로 하는 솔더. - 제1항에 있어서,
상기 솔더는 알루미늄 함유 타겟 물질층과 구리 함유 백킹 플레이트를 접합하기 위한 것을 특징으로 하는 솔더. - 타겟 물질층;
백킹 플레이트; 및
상기 타겟 물질층과 상기 백킹 플레이트를 접합하기 위한 솔더를 포함하고,
상기 솔더는 중량%가 8 내지 9인 아연, 중량%가 82 내지 91.5인 주석 및 중량%가 0.5 내지 10인 인듐을 포함하고; 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질. - 제5항에 있어서,
상기 솔더 중에서, 아연의 중량%는 9이고, 주석의 중량%는 89이며, 인듐의 중량%는 2인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질. - 제5항에 있어서,
상기 타겟 물질층은 금속 타겟 물질층이고, 상기 백킹 플레이트는 구리 함유 백킹 플레이트인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질. - 제5항에 있어서,
상기 타겟 물질층은 알루미늄 함유 타겟 물질층이고, 상기 백킹 플레이트는 구리 함유 백킹 플레이트인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질. - 중량%가 8 내지 9인 아연(Zn), 중량%가 82 내지 91.5인 주석 및 중량%가 0.5 내지 10인 인듐을 포함하고, 주석과 인듐의 총 함량은 91 중량%보다 작거나 같은 솔더를 제공하는 단계;
상기 솔더를 백킹 플레이트와 타겟 물질층 사이에 위치시키는 단계; 및
상기 솔더에 의해 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층을 접합시키도록 압착 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 솔더를 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 사이에 위치시키는 단계는,
상기 백킹 플레이트 또는 상기 타겟 물질층을 상기 솔더의 용융점(melting point) 온도 이상에 도달할 때까지 가열하는 단계;
상기 솔더를 상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 중 어느 하나에 도포하는 단계; 및
상기 백킹 플레이트와 상기 타겟 물질층 중 다른 하나를 상기 솔더와 대면시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 물질의 제조 방법.
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