KR19990067149A

KR19990067149A - 유리형상탄소 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR19990067149A
Application number: KR1019980703095A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 사이토; 다케시 이시마쓰
Original assignee: 모치즈키 아키히로; 닛신보세키 가부시키 가이샤
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-08-16
Also published as: DE69709047T2; KR100430460B1; WO1998008772A1; TW401375B; EP0858968A1; EP0858968A4; JP3505187B2; EP0858968B1; DE69709047D1

Abstract

본 발명의 유리형상탄소는, 페놀수지를 가열하고 경화시키고, 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 얻어지는 유리형상탄소에 있어서 상기 페놀수지가,

페놀수지의 수 평균분자량 : 300∼500

페놀수지의 농도: 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액인 것을 특징으로 하는 것이며, 본 발명의 유리형상탄소의 제조방법은, 페놀수지를 가열하고 경화시키고 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 이루어지는 유리형상탄소의 제조방법에 있어서, 상기 페놀수지로서,

페놀수지의 수 평균분자량 : 300∼500

페놀수지의 농도: 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유리형상탄소는 표면이나 내부에 결함이 없기 때문에 내부에 가스가 잔류하지 않고, 특히 자기기록매체용기판이나 플러즈머 에칭용 전극판으로서 사용한 경우에서도 자기기록층을 불균일하게 하거나 미세한 먼지를 발생하는 경우가 거의 없다.

Description

유리형상탄소 및 그 제조방법

유리형상탄소는, 내열성, 내식성이나 도전성같은 탄소재의 성질을 갖는 외에, 그 특징있는 치밀한 비정질구조에서 유래하는 강인성, 가스불투과성, 미발진성(微發塵性)뿐만아니라, 금속소재에 비교해서 저비중이라는 성질도 가짐으로써, 자기기록매체용기판이나 엘렉트로닉스산업으로 사용되는 반도체제조장치부재등에 응용되고 있다.

한편으로, 자기기록매체의 자기밀도의 고도화에 따라, 보다 결함이 적은 고정밀도의 자기기록매체용기판이 요구되게 되고, 또한 반도체제조장치부재로서는, 근년의 반도체집적회로의 고밀도화, 즉, 미세가공에 있어서의 선폭의 미세화에 따른 종래는 문제가 되지 않은 미세한 먼지의 발생이 문제시되기 시작하여, 특히 반도체의 플라즈머 에칭가공에 쓰이는 플라즈머 에칭용 전극판에 대해서는, 에칭시에 전극판으로부터 발생하는 먼지가 보다 미세하고, 더구나 그 발생량이 보다 적은 것이 요구되게 되었다.

그러나, 종래의 자기기록매체용기판이나 반도체제조장치부재에 쓰이는 유리형상탄소는, 치밀한 비정질구조를 가지며, 미발진성이라고는 하나, 표면이나 내부에는 미시적으로는 미세구멍이나 치밀성이 결여된 균질이 아닌 부분(결함)이 존재하기 때문에, 내부에 가스가 잔류하기쉽고, 그 표면에 자기기록층을 형성하더라도, 상기 표면의 결함이나 내부잔류 가스가, 자기기록층을 국소적이기는 하지만 불균일이 되기쉽다는 난점이 있고, 또, 이러한 유리형상탄소를 플라즈머 에칭용전극판으로서 사용한 경우는, 상기 표면이나 내부의 결함부분이 에칭시의 이상방전에 의해 조직파괴가 일어나고, 미세한 먼지의 발생원이 된다는 난점이 있었다.

본 발명은, 표면이나 내부에 결함이 없기 때문에 내부에 가스가 잔류하지 않고, 특히 자기기록매체용기판이나 플라즈머 에칭용전극판으로서 사용한 경우라도, 자기기록층을 불균일하게 하거나, 미세한 먼지를 발생하는 경우가 거의 없는 유리형상탄소및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 이루어졌다.

본 발명은 유리형상탄소 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명이 채용한 유리형상탄소의 구성은, 페놀수지를 가열하여 경화시키고 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 얻어지는 유리형상탄소에 있어서, 상기 페놀수지가,

페놀수지의 수 평균분자량 : 300∼500

페놀수지의 농도 : 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액인 것을 특징으로 하는 것이며, 마찬가지로 상기목적을 달성하기 위해서 본 발명이 채용한 유리형상탄소의 제조방법의 구성은, 페놀수지를 가열하여 경화시키고 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 이루어지는 유리형상탄소의 제조방법에 있어서, 상기 페놀수지로서,

페놀수지의 수평균분자량 : 300∼500

페놀수지의 농도 : 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

<발명을 실시하는 최상의 형태>

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 유리형상탄소는, 상기한 바와 같이 페놀수지를 가열하여 경화시켜, 또한 비산화성분위기하에서 소성하는 것에서 얻어지는 것이지만, 본 발명에서 사용하는 페놀수지로서는, 친수성유기용매에 용해하는 페놀수지를 사용할 수가 있다. 구체적으로는 레졸계 페놀수지, 노볼락계 페놀수지를 들 수 있지만, 레졸계 페놀수지는 친수성유기용매와의 상용성이 높기때문에 바람직하고, 또한 액형상의 레졸계 페놀수지가 가장 바람직하다.

상기 페놀수지의 수 평균분자량으로서는, 300∼500인 것이 바람직하다. 수 평균분자량이 300보다도 작으면, 페놀수지의 경화시에 생성하는 단위중량당 물의 양이 많아져, 경화한 페놀수지중에 수분에 의한 거품이 생기기 쉽고, 또한 평균분자량이 500보다도 크면, 이하에 설명하는 페놀수지용액으로 한 경우의 점도가 높게 되어, 페놀수지용액을 성형형에 따라 넣을 때에 혼입하는 거품이 빠지기 어렵게 되고, 얻어지는 유리형상탄소에 결함이 생기기 쉬워지게 된다.

본 발명의 유리형상탄소는, 용액형상으로 한 상기 페놀수지에서 얻을 수 있는 것이며, 페놀수지용액의 용매로서는, 페놀수지의 열경화시에 생성하는 물을 수지중에 균일하게 분산시키기위해서, 친수성유기용매를 사용한다.

상기 친수성유기용매로서는, 테트라히드로플렌(THF), 디옥산등의 에테르류; 디메틸포름아미드(DMF), N, N-디메틸 아세트아미드등의 산유도체류; 아세톤, 메틸에틸케톤등의 케톤류; 아세트니트릴, 프로피오니트릴등의 니트릴류; 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소펜틸알콜, 벤질 알콜등의 알콜류나 페놀을 예시할 수가 있다. 그 중에서도 비점이 100℃이하인 것이, 수지의 경화시에 용매를 제거하기쉬우며, 바람직하다. 또한, 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, sec-부틸알콜등의 탄소수 1∼5의 저속 알콜이, 수지용액의 점도가 비교적낮고, 수지농도도 높게 할 수 있으므로 특히 바람직하다. 이것들의 친수성유기용매는 2종 이상을 혼합하여 쓸 수도 있다.

또한, 상기 페놀수지용액에 있어서의 수지농도는, 40∼80 중량% 라는 범위내이어야 한다.

상기 페놀수지용액은, 페놀수지를 경화시킬 때 핸들링하기가 쉽고, 혼입하는 거품이 빠지기 쉽다는 관점에서, 그 25℃에 있어서의 점도가 200∼300 cp의 범위에 있는 것이 바람직하고, 200∼250 cp의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다. 수 평균분자량이 300∼500의 페놀수지를, 수지농도가 40∼80 중량% 가 되도록, 예컨대 상기와 같은 알콜류에 용해하여 얻어지는 페놀수지용액은, 점도가 상기 범위로 된다.

그러나, 예컨대 페놀수지의 수지농도가 40중량%보다도 낮으면, 경화시에 제거해야하는 용매가 많아지고, 수지의 경화에 시간이 걸려 경제적이지 않고, 또한 수지농도가 80중량%보다도 높으면, 얻어지는 페놀수지용액의 점도가 300 cp 이상이 되고, 페놀수지용액을 성형형에 흘려 넣을 때에 혼입하는 거품이 빠지기 어렵게 되어, 얻어지는 유리형상탄소에 결함이 생기기 쉽게 된다.

또한, 상기 페놀수지용액에서는, 그 150℃ 보온기법에 의한 겔화시간이 80∼150초의 범위인 것이 바람직하고, 100∼130초의 범위인 것이 더욱 바람직하다. 겔화시간이 너무나 짧으면, 페놀수지용액의 따라 넣을 때에 혼입하는 거품이 빠지기 어렵고, 또한 겔화시간이 길면 페놀수지의 경화에 시간이 걸려, 경제적이지 않다.

그리고, 상기 페놀수지용액에 대해서는 경화제를 첨가할 필요는 없고, 오히려 경화제나 경화촉진제를 첨가하면, 경화한 페놀수지의 분자구조가 미시적으로 불균일하게 되기쉽고, 소성한 유리형상탄소에 입계가 생기기때문에 바람직하지 못하다.

본 발명의 유리형상탄소는, 상기와 같은 페놀수지용액을 원료로서, 본 발명의 제조방법에 따라서, 다음과 같이 하여 제조된다. 즉, 우선, 상기 페놀수지용액을 필요에 따라 여과하여 불순물을 제거하는 것이고, 이 공정에서의 방법으로서는 특히 제한은 없지만, 예컨대 1∼10 μm의 필터로 가압여과하는 방법등을 들 수 있다.

이어서, 여과된 페놀수지용액을, 예컨대 폴리틸렌테레프탈레이트(PET) 필름상에 캐스트하여, 50∼200℃의 범위로 가열하고, 페놀수지를 경화시킨다. 구체예로 나타내면, 우선 70에서 85℃까지 40시간을 걸려 승온하고, 페놀수지를 경화시킨 후에 상기 PET 필름으로부터 모형하여, 이어서 90에서 100℃까지를 10시간 걸려서 승온하고, 페놀수지를 더욱 경화시키는 것이다. 또한, 적어도 가열의 초기단계는 클린룸안에서 행하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 하여 얻어진 페놀수지경화물을, 필요에 따라 샌드밸트등으로 연마하여 두께를 조정한 뒤, 특히 두꺼운 페놀수지경화물은, 내부에 페놀수지용액의 용매나 경화시에 생성하는 물등의 탈가스성분이 잔류하기쉽고, 탈가스성분이 후술하는 소성공정에서 급격히 발산하면 페놀수지경화물이 깨어져 버리기때문에, 산화성분위기하에서 시간을 들여 200℃까지 가열하고, 페놀수지를 완전경화시킴과 동시에 용매나 탈가스성분을 제거하는 것이 바람직하다.

또한 페놀수지경화물의 표면에 생성하는 페놀수지가 과산화한 피막은, 이 단계에서 연마하여 제거한다.

얻어지는 유리형상탄소의 용도가 미리 명확하게 되어 있는 경우는, 후술하는 소성공정을 거침으로써 유리형상탄소에 변환되고 나서는, 해당 용도에 알맞은 형상으로 가공이 하기 어렵기때문에, 이 페놀수지경화물의 단계에서, 도려 내는 가공이나 연삭가공등에 의해 최종목적형상의 상사형으로 해두는 것이 바람직하다. 이러한 가공은, 본 발명의 유리형상탄소를 플라즈머 에칭전극판으로서 사용하는 경우의 가스분출구멍등의 구멍뚫기가공이나, 도넛원반형상으로 하드디스크기판을 오려 내는 코어뽑기가공으로 대표되지만, 소성공정에서 페놀수지경화물이 수축하는 것, 바꾸어 말하면 구멍뚫기가공에 의한 구멍이 수축하는 것(예컨대 1000℃에서의 소성으로, 페놀수지경화물은 원래의 크기의 약 83%로 수축한다)을 기대하고 가공한다.

필요에 따라 상기와 같은 가공이 이루어진 페놀수지경화물은, 최종적으로 소성되어, 본 발명의 유리형상탄소로 변환되지만, 이 소성공정은 바람직하게는 다음과 같이 적어도 2단계로 행하는 것으로 한다. 즉, 우선 비산화성분위기하에서 1000℃까지, 2∼20℃/시간의 승온속도로 가열하여, 상기 페놀수지경화물을 유리형상탄소원판으로 하는 것이며, 얇은 페놀수지경화물만큼 승온속도를 높게 할 수가 있지만, 열분해물의 탈가스가 급격히 일어나지 않도록 승온속도를 자주 조정하는 것이 바람직하다.

이어서, 비산화성분위기하에서 또한 1200∼2000℃까지, 5℃/분이하의 승온속도로 가열하는 것이고, 이 최종 도달온도에 있어서, 유리형상탄소원판으로부터 잔존하는 열분해물의 탈가스성분, 특히 자기기록매체용기판으로서의 용도에는 대단히 유해한 잔존수소를 제거할 수가 있다.

한편, 상기한 바와 같이 하여 얻어진 유리형상탄소원판에 대해서는, 필요에 따라 절삭이나 연삭을 하여 외형을 갖추거나, 랩핑하여 휘어짐을 잡음과 동시에 두께를 마무리하거나, 폴리싱하여 필등이 없는 적시의 표면의 거침정도가 유리형상탄소성형품으로 완성하여도 좋다.

또한, 기름성분이나 연마제등의 유리형상탄소원판의 표면에 부착하고 있는 얼룩이나 불순물등을 적절한 액형상조성물로 용해하거나, 초음파에 노출하여 제거하는 세정공정이나, 고온감압분위기하, 할로겐 가스를 작용시킴으로써 유리형상탄소원판중이나 표면에 포함되는 불순물을 탈회하는 순화행정을 조합하여 적용하여도 좋다.

이하에 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.

한편, 이하의 실시예에 있어서, 점도는 B 형점도계를 이용하여 25℃ 2번로터, 회전수 30 rpm의 조건으로 측정하였다.

겔화시간은 JIS K 6909의 방법에 준하여, 150±1℃에 유지한 보온기상에 수지용액을 5g 얹어, 이것을 금속제 스푼으로 연속하여 뒤섞어, 더 이상 섞이지 않게 될 때까지의 시간을 측정하였다.

자성막의 밀착성은 JIS K 5400-1990에 기재된 X 컷테이프시험에 준하여 다음과 같이 평가하였다. 기판상에 마련한 자성막에, 기판면까지 관통하는 서로 30도의 각도로 교차하는 길이 40 mm의 상처를 커터 나이프로 붙여, 이 X 자모양의 상처의 위에 셀로판점착테이프를 부착하여, 테잎의 일끝단을 가지고 자성막의 수직방향으로 순간적으로 벗겨, 이 때의 X 자모양으로 상처부의 벗겨진 상태를 목시에 의해 이하의 표 1과 같이 평가하였다.

평가점수	X자모양의 상처부의 상태
10	전혀 벗겨지지 않음
8	교점에 벗겨짐이 없고 X자모양의 상처에 조금 벗겨짐이 있다.
6	X자모양의 상처부의 교점에서 어느 한 방양으로 1.5 mm이내의 벗겨짐이 있다.
4	X자모양의 상처부의 교점에서 어느 한 방양으로 3.0 mm이내의 벗겨짐이 있다.
2	X자모양의 상처부의 대부분에 벗겨짐이 있다.
0	X자모양의 상처부보다도 크게 벗겨져 있다.

(실시예 1)

수 분자량 400, 수지농도 62중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도: 250 cp, 겔화시간 : 115초)을, 클린룸안에서 기공 사이즈 3μm의 필터로 여과하여, PET제 샤알레상에 6 mm의 두께가 되도록 따라 넣어, 85℃까지 30시간 걸려 가열한 후, 같은온도로 10시간 유지하였다. 일단 페놀수지를 PET제 샤알레로부터 이형하여, 더욱 90℃에서 5시간, l00℃에서 5시간 가열하고, 경화시켜 페놀수지경화물을 얻었다.

얻어진 페놀수지경화물을 감삭기로 두께 2 mm에 연삭하여, NC 프라이즈반에서 외경 88 mm, 내경 10 mm의 링형상에 오려 낸 후, CNC 선반에서 두께 1.2 mm로 연삭하였다.

성형한 상기 페놀수지경화물을, 소성화로속에서 비산화성분위기하, 1000℃까지 18℃/시간의 승온속도로 가열하고, 또한 1300℃까지 2℃/시간의 승온속도로 마무리하고 소성하여, 유리형상탄소원판을 얻었다.

상기 유리형상탄소원판을, 감삭기로 외경 65 mm, 내경 20 mm의 링으로 연삭하고, 래핑 머신으로 평탄도가 2μm, 두께 640μm로 되도록 가공하고, 이어서 포싱 머신으로 표면거침도가 Ra가 1 nm이하, 최대표면거침도 Rmax가 10 nm이하, 롤 오프가 15 nm 이하가 되도록 마무리하여, 유리형상탄소에 의한 하드 디스크기판을 얻었다.

얻어진 하드 디스크기판상에, 마그네트론스패터장치(아넬바제 L-430S)에 의해 1000 Å의 크롬(Cr)층, 500 Å의 코발트(Co)-크롬(Cr)층, 200 Å의 탄소층을 적층하고, SEM에서 관찰하였다. 또, 기판상에 마련한 층의 밀착성을 X 컷테이프시험에 준하여 측정하였다.

얻어진 하드 디스크기판은, 그 표면에는 필, 기공등의 표면결함이 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³이고, 또는 기판내부에 잔존수소가 없기 때문에 막붙임중에 탈가스가 일어나는 경우가 없고, 기판표면에 균일하고 밀착성이 좋고, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 분자량 460, 수지농도 45중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 240 cp, 겔화시간 : 100초)을 사용한 이외는 똑같이 하여, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 1에 있어서, 분자량 320, 수지농도 75중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 240 cp, 겔화시간 : 135초)을 사용한 이외는 동일하게 하여 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착성이 좋고, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 1에 있어서, 분자량400, 수지농도62중량%의 레졸계 페놀수지 에탄올용액(25℃의 점도: 265 cp, 겔화 시간 : 110초)을 사용한 것외는 동일하게 하여, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 5)

실시예 1에 있어서, 분자량400, 수지농도62중량%인 레졸계 페놀수지 이소프로필알콜용액(25℃의 점도: 255 cp, 겔화시간 : l15초)을 사용한 것외에는 동일하게 하고,필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판표면에는 균일하고 밀착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 1에 있어서, 페놀수지 메탄올용액의 가열경화를, 90℃까지 20시간 걸려 가열하여 동온도로 15시간 유지하고, 100℃에서 5시간 가열한 것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.57 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착성이 좋고, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 7)

실시예 1에 있어서, 성형한 수지원판의 마무리 소성온도를 1200℃로 한 이외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.57 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 8)

실시예 1에 있어서, 성형한 수지원판의 마무리하여 소성온도를 1500℃로 한것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.57 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판 표면에는 균일하고 밀착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수가 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 9)

실시예 1에 있어서, 성형한 수지원판의 마무리하여 소성온도를 1600℃로 한 것되는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이나 기판내부의 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.56 g/cm³의 하드 디스크기판을 얻었다. 이 하드 디스크기판표면에는 균일하고 밀착성이 좋으며, 보자력이 양호한 자성막을 형성할 수 있었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

	페놀수지수평균분자량	수지용액농도(wt%)/용액	점도(cp)	겔화수지경화온도(℃)/유지시간(hr)	페놀수지경화온도(℃)/유지시간(hr)	소성온도(℃)/상온온도(℃/hr)	구부러짐강도(kg/mm²)	밀도(g/cm³)	자성막의 밀착성	자기유지력(Oe)
실시예 1	400	62/MeOH	250	115	1st 85/102nd 90/53rd 100/5	1st 1000/182nd 2000/2	17	1.58	10	2300
실시예 2	460	45/MeOH	240	100	↑	↑	17	1.58	10	2250
실시예 3	320	75/MeOH	240	135	↑	↑	17	1.58	10	2350
실시예 4	400	62/EtOH	265	110	↑	↑	17	1.58	10	2350
실시예 5	400	62/IPA	255	115	↑	↑	17	1.58	10	2400
실시예 6	400	62/MeOH	250	115	1st 90/152nd 100/5	↑	16	1.57	10	2250
실시예 7	400	62/MeOH	250	115	1st 85/102nd 90/53rd 100/5	1st 1000/182nd 1200/2	16	1.57	10	2300
실시예 8	400	62/MeOH	250	115	↑	1st 1000/182nd 1500/2	16	1.57	10	2350
실시예 9	400	62/MeOH	250	115	↑	1st 1000/182nd 1600/2	16	1.57	10	2200

(비교예 1)

수평균분자량 25 cc 수지농도 85중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 400 cp, 겔화시간 : 600초)을 사용하고, 실시예 1과 같은 조건으로 탄소 하드 디스크기판을 얻어, 그 후 실시예1와 같이 얇은 막을 제작하였다. 얻어진 기판에는, 표면에 0.2 mm 정도의 결함이 100정도 존재하고 있고, 구부러짐 강도 10 kg/mm², 밀도1.47 g/cm³과 강도의 탄소재로, 자기유지력도 1250 Oe라는 낮은 값이었다. 그 밖의 측정결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 2)

수 평균분자량 600, 수지농도 35중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 450 cp, 겔화시간 : 60초)을 사용하여, 실시예 1과 같은 조건으로 탄소 하드 디스크기판을 얻어, 그 후 실시예1와 같이 얇은 막을 제작하였다. 얻어진 기판에는, 표면에 0.5 mm 정도의 결함이 셀 수 없을 정도로 많이 존재하고, 구부러짐 강도 8 kg/mm², 밀도 1.42 g/cm³와 저강도의 탄소재로, 자기유지력도 측정할 수 없을 정도로 낮았다. 그 밖의 측정결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 3)

실시예 1의 것과 같은 수지용액을 써서, 소성시간을 1000℃로 한 것외는 동일한 조건으로, 탄소 하드 디스크를 제작하였다. 자기박막을 스패터하기 위해서 진공 챔버에 넣어 감압하였지만, 탈가스가 많기때문에 충분히 진공상태까지 뺄 수 없었다. 얻어진 기판에는, 필, 기공등의 표면결함은 없고, 구부러짐 강도 15 kg/mm², 밀도 1.57 g/cm³로, 자기유지력은 800 Oe로 낮았다. 그 밖의 측정결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 4)

실시예 1의 것과 같은 수지용액을 써서, 소성시간을 3000℃로 한 것외는 동일한 조건으로, 탄소 하드 디스크을 제작하였다. 얻어진 기판에는, 표면에 0.2 mm 정도의 결함이 200정도 존재하고 있고, 구부러짐 강도 12 kg/mm², 밀도 1.25 g/cm³와 저강도의 탄소재로, 자기유지력도 800 Oe로 낮은 값이었다. 그 밖의 측정결과를 표 3에 나타낸다.

(비교예 5)

실시예 1의 것과 같은 수지용액을 이용하여, 85℃에서 100℃까지의 열경화를 행하지 않고, 1300℃에서 소성을 하였다. 그 결과, 수지원판의 형상이 멈추지 않고, 거품이 발생하고 있어, 탄소판을 얻을 수 없었다.

(비교예 6)

실시예 1과 같은 수지용액을 써서, 캐스트후의 열경화를 250℃, 10시간 행하였다. 이 열경화 종료한 상태를 관찰하면, 거품이 다수발생하고 있어, 소성공정에 이행할 수가 없었다.

	페놀수지수평균분자량	수지용액농도(wt%)/용액	점도(cp)	겔화시간(sec)	페놀수지경화온도(℃)/유지시간(hr)	소성온도(℃)/상온온도(℃/hr)	구부러짐강도(kg/mm²)	밀도(g/cm³)	자성막의 밀착성	자기유지력(Oe)
비교예 1	250	85	400	600	1st 85/102nd 90/53rd 100/5	1st 1000/182nd 2000/2	10	1.47	4	1250
비교예 2	600	35	450	60	↑	↑	8	1.42	4	＜800
비교예 3	400	62/MeOH	250	115	1st 85/102nd 90/53rd 100/5	1st 1000/18	15	1.57	6	800
비교예 4	400	62/EtOH	250	115	1st 85/102nd 90/53rd 100/5	1st 3000/18	12	1.25	6	800

(실시예 10)

분자량 400, 수지농도 62중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도: 260 cp, 겔화시간 : 115초)을 클린룸중, 기공 사이즈 3μm의 필터로 여과하고, PET 제 샤알레상에 7 mm의 두께에 캐스트하여, 85℃까지 30시간 걸려 가열하여 동온도로 10시간 유지하였다. 일단 페놀수지를 PET 제 샤알레로부터 이형하고, 또한 90 ℃에서 5시간, 100℃에서 5시간 가열하고, 경화시켜 수지원판을 얻었다.

수지원판을 감삭기로 두께 6.7 mm로 감삭하고, 100℃에서 200℃까지 70시간 걸려 가열하고 수지원판을 완전 경화시키고, 감삭기로 두께 6.0 mm로 연삭하고, 원반형상수지원판의 중앙부분에 519개의 구멍을 뚫었다.

성형한 수지원판을, 소성화로로 비산화성분위기하에서, 1000℃까지 3℃/시간의 승온속도로 가열하고, 또한 2000℃까지 2℃/시간의 승온속도로 마무리하여 소성하여, 유리형상탄소원판을 얻었다.

유리형상탄소원판을, 감삭기로 외경 280 mm의 원반에 연삭하여, 래핑 머신으로 평탄도를 1O μm, 두께 4.OOmm로 가공하였다. 이어서 머신센터로 원반의 주변부에 스포트훼이싱을 설치하고, 폴리싱 머신으로 원판표면의 Ra가 0.01 μm이하, Rmax가 0.1μm 이하가 되도록 마무리하고, 또한 순화화로에서 2000℃하에서 할로겐 가스를 주입하여 고순도화하여 플라즈머 에칭전극판을 얻었다.

얻어진 플라즈머 에칭전극판은, 그 표면에는 필, 기공등의 표면결함이 없고, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.57 g/cm³이었다.

다음에, 얻어진 플라즈머 에칭전극판을 평행평판형 플라즈머 에칭장치에 상부전극판으로서 장착하고, 반응 가스로서 CF₄와 CHF₃를 써서, 캐리어 가스로서 아르곤을 각각 20/20/400 sccm의 조건으로 흘리고, 챔버압력 350 mToor, 전력 800 w의 조건으로 실리콘 웨이퍼의 산화막 에칭을 행하였다. 방전은 웨이퍼 1장당 60초간 행하고, 웨이퍼상에 남은 0.25 μm 이상의 더스트수를 광학식 카운터로 측정하였다. 또한, 사용뒤의 전극표면을 SEM에서 측정한 바, 상기 플라즈머 에칭전극판은 표면결함이 없고, 지극히 평활한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 11)

실시예 10에 있어서, 분자량 460, 수지농도 45중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 240 cp, 겔화시간 : 100초)을 사용한 것외는 동일하게 하고, 표면에 필, 기공등의 표면결함이 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 플러즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 12)

실시예 10에 있어서, 분자량 320, 수지농도 75중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 240 cp, 겔화시간 : 135초)을 사용한 것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 13)

실시예 10에 있어서, 분자량 400, 수지농도 62중량%의 레졸계 페놀수지 에탄올용액(25℃의 점도 : 265 cp, 겔화시간 : 110초)을 사용한 것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 14)

실시예 10에 있어서, 분자량400, 수지농도 62중량%의 레졸계 페놀수지 이소프로필알콜용액(25℃의 점도 : 255 cp, 겔화시간 : 115초)을 사용한 것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 17 kg/mm², 밀도가 1.58 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 15)

실시예 10에 있어서, 페놀수지 메탄올용액의 가열경화를, 90℃까지 20시간 걸려 가열하고 동온도로 15시간 유지하며, 100℃에서 5시간 가열하여 행한 것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.57 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 16)

실시예 10에 있어서, 성형한 수지원판을, 마무리하여 소성온도를 1600℃로 한것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없고, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.56 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 17)

실시예 10에 있어서, 성형한 수지원판을, 마무리하여 소성온도를 1800℃로 한것외는 동일하게 하고, 필, 기공등의 표면결함이 없고, 기판내부에 잔존수소가 없으며, 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.56 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은 플라즈머 에칭때의 먼지의 발생이 적고, 발생하는 먼지도 극히 미세한 것이었다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(비교예 7)

실시예 10에 있어서, 분자량 200, 수지농도 60중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 100 cp, 겔화시간 : 250초)을 사용한 것외는 동일하게 하고, 표면에 조금 결함이 보이는 구부러짐 강도가 16 kg/mm², 밀도가 1.55 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 사용시에 발생하는 먼지가 약간 많았다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

(비교예 8)

실시예 10에 있어서, 분자량 550, 수지농도 55중량%의 레졸계 페놀수지 메탄올용액(25℃의 점도 : 2000 cp, 겔화시간 : 40초)을 사용한 것외는 동일하게 하여, 표면에 거품형상의 결함이 보이는 구부러짐 강도가 15 kg/mm², 밀도가 1.54 g/cm³의 플라즈머 에칭전극판을 얻었다. 이 플라즈머 에칭전극판은, 사용시에 발생하는 먼지가 많았다. 측정결과를 표 4에 나타낸다.

	이물수(min)	이물수(max)	평균치(n=10)	SEM관측
실시예 10	0	3	1.2	평활
실시예 11	0	3	1.5	평활
실시예 12	0	5	1.8	평활
실시예 13	1	2	1.5	평활
실시예 14	0	2	1.0	평활
실시예 15	0	2	0.8	평활
실시예 16	0	5	1.5	평활
실시예 17	0	2	1.0	평활
비교예 7	8	18	13.5	조금 결함 있음
비교예 8	12	55	33.0	결함 있음

이렇게하여 얻어진 유리형상탄소는, 치밀하고 균질한 비정질구조를 가지며, 미시적인 미세구멍이나 치밀성이 결여된 부분이 없을 뿐만 아니라, 표면, 내부 모두 결함이 없고, 유리형상탄소로서 고강도로 등방성인 것이다.

상기와 같은 본 발명의 유리형상탄소를 자기기록매체용기판으로서 쓰면, 해당 유리형상탄소의 표면에는 결함이 없고, 내부에 잔류 가스도 없기 때문에, 균일한 자기기록층을 마련할 수 있다.

또한 상기와 같은 본 발명의 유리형상탄소를 플라즈머 에칭용전극판으로서 쓰면, 해당 유리형상탄소에는, 그 표면뿐만 아니라 내부에도 결함이 없기 때문에 에칭전극판으로서 사용을 개시할 때 뿐만 아니라, 전극이 소모하여 가는 사이에도 이상방전이 일어나기 어렵고, 미세한 먼지가 거의 발생하지 않기 때문에, 웨이퍼의 미세가공이 생산수율이 좋게 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명은, 페놀수지가 가열에 의해 경화할 때에 생성하는 수분을 어떻게 적게 하며, 또한, 이 수분을 유리형상탄소중에 어떻게 균일하게 분산시켜 물에서 기인하는 거품을 없앨 것인가 라는 관점에서, 탈가스(탈수증기, 탈용매)와, 그것을 방해하는 열경화중에 증대하는 점도(경도)와의 밸런스를 잡는 방법을 안출함으로써, 유리형상탄소중에 거품이 형성되지 않도록 균질하게 열경화시킬 수가 있고, 이 균질한 수지경화물을 소성함으로써, 결함이 존재하지 않은 유리형상탄소를 얻을 수 있게 된 것이다.

Claims

페놀수지를 가열하여 경화시켜, 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 얻어지는 유리형상탄소에 있어서, 상기 페놀수지가,

페놀수지의 수 평균분자량: 300∼500

페놀수지의 농도 : 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항에 있어서, 친수성유기용매가 알콜인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 2 항에 있어서, 알콜은, 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필 알콜 또는 부틸알콜로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한항에 있어서, 페놀수지용액의 25℃에서의 점도가 200∼300 cp 인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항에 있어서, 페놀수지용액의 겔화시간이 80∼150초인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항에 있어서, 경화온도가 50∼200℃인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항에 있어서, 소성온도가 1200∼2000℃인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소.
제 1 항에 있어서, 기공을 갖는 경우가 없는 유리형상탄소.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한항에 있어서, 유리형상탄소로 이루어지는 자기기록매체용기판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한항에 있어서, 유리형상탄소로 이루어지는 플라즈머 에칭용전극판.
페놀수지를 가열하여 경화시켜, 또한 비산화성분위기하에서 소성함으로써 이루어지는 유리형상탄소의 제조방법에 있어서, 상기 페놀수지로서,

페놀수지의 수 평균분자량 : 300∼500

페놀수지의 농도: 40∼80중량 %

로 한 친수성유기용매의 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 친수성유기용매가 알콜인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 12 항에 있어서, 알콜은, 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필 알콜 또는 부틸알콜로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항 내지 제 13 항의 어느 한항에 있어서, 페놀수지용액의 25℃에서의 점도가 200∼300 cp 인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 페놀수지용액의 겔화시간이 80∼150초인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 경화온도가 50∼200℃인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 소성온도가 1200∼2000℃인 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 얻어지는 유리형상탄소가 기공을 갖는 경우가 없는 것을 특징으로 하는 유리형상탄소의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 경화후 또한 소성전에, 임의의 형상으로 성형하는 유리형상탄소의 제조방법.