KR20110083681A

KR20110083681A - Ｉｔｏ 소결체의 제조 방법 및 ｉｔｏ 스퍼터링 타겟의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110083681A
Application number: KR1020117011579A
Authority: KR
Inventors: 사츠키 나가야마; 카오루 사토노소노; 코우치 키우라; 나오토 히다카
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-07-20
Also published as: TW201119975A; KR101259713B1; WO2011052160A1; JP2011093729A; CN102264666A

Abstract

고품질인 소결체를 저가로 제조할 수 있는 ITO 소결체의 제조 방법 및 ITO 스퍼터링 타겟의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시 형태와 관련되는 ITO 소결체의 제조 방법은, 산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하는 공정을 포함한다. 상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 파쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말이 제작된다. 상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말이 제작된다. 상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체가 제작된 후, 소결된다.

Description

ＩＴＯ 소결체의 제조 방법 및 ＩＴＯ 스퍼터링 타겟의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ITO SINTERED BODY AND METHOD FOR PRODUCING ITO SPUTTERING TARGET}

본 발명은, 예컨대 스퍼터링 타겟으로서 사용되는 ITO 소결체의 제조 방법 및 ITO 스퍼터링 타겟의 제조 방법에 관한 것이다.

플랫 패널 디스플레이나 태양 발전 모듈의 제조 분야에서, 투명 도전막으로서 산화 인듐(indium oxide) 및 산화 주석(tin oxide)을 주성분으로 하는 ITO막이 넓게 이용되고 있다. ITO막은, 진공 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 성막된다. 스퍼터링법에서는, ITO로 구성된 스퍼터링 타겟이 사용된다. ITO 타겟으로는, 산화 인듐과 산화 주석의 혼합 분말의 소결체가 넓게 이용되고 있다. 특히 근년, 제조 코스트의 삭감을 도모하기 위해서, 사용이 종료된 ITO 타겟의 리사이클이 검토되고 있다(예컨대 특허 문헌 1~3 참조).

특허 문헌 1에는, 스퍼터링 성막에 사용한 후의 ITO 타겟의 표면 부착물을 제거한 후, 이를 자생 분쇄하는 것에 의해 분말로 하고, 다음으로 이 분말을 소결하는, ITO 소결체의 제조 방법이 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 스크랩(scrap) 된 ITO 소결체를 0.5 mm 이하의 과립으로 분쇄한 후, 해당 ITO 과립과 실질적으로 인듐, 주석 및 산소로 이루어지는 분말을 혼합한 후, 성형, 소결을 실시하는, ITO 소결체의 재생 방법이 개시되고 있다.

특허 문헌 3에는, ITO 리사이클 가루를 열처리하고, 비표면적을 2.5~7.0 m²/g의 범위로 조정한 분말을 이용하여 슬립주입 성형법(Slip Casting)에 따라 성형하고, 얻어진 성형체를 건조 후, 산소 분위기로 소성하는, ITO 소결체의 제조 방법이 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평7-316798호 공보(단락[0015]) 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평11-100253호 공보(단락[0009]) 특허 문헌 3 : 일본특허공개 평11-228219호 공보(단락[0005])

안정된 스퍼터 성막과 고품질의 박막 형성을 실현하는 데에는, 스퍼터링 타겟에 조직의 치밀화 및 균일화가 요구된다. 이 때문에, 원료 분말을 미세화하여 소결 밀도를 향상시키는 것이 필수가 된다. 하지만, 사용이 종료된 타겟을 원료로 하는 소결체의 제조 시에서는, 원료가 되는 소결체의 미세화에 코스트가 높아져, 고밀도 또한 균질성이 높은 ITO 소결체를 저가로 제조하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.

이상과 같은 사정에 고려하여, 본 발명의 목적은, 고품질의 소결체를 저가로 제조할 수 있는 ITO 소결체의 제조 방법 및 ITO 스퍼터링 타겟의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태와 관련되는 ITO 소결체의 제조 방법은, 산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군(燒結片群)을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하는 공정을 포함한다. 상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀(media mixing mill) 또는 제트 밀(jet mill)에 의해 파쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말이 제작된다. 상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말이 제작된다. 상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리(slurry)를 거푸집(型)에 캐스트 하는 것으로 성형체가 제작된 후, 상기 성형체는 소결된다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태와 관련되는 ITO 스퍼터링 타겟의 제조 방법은, 산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하는 공정을 포함한다. 상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 파쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말이 제작된다. 상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말이 제작된다. 상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체가 제작된 후, 상기 성형체는 소결된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태와 관련되는 ITO 소결체의 제조 방법을 나타내는 공정 플로우이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 사용이 종료된 타겟의 분리 공정을 설명하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 소결편의 준비 공정을 설명하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의 제1 ITO 분말의 제작 공정을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 제3 ITO 분말 및 이를 포함한 슬러리의 제작 공정을 설명하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 성형 공정에 이용되는 성형형(成形型)의 모식도이고, (A)는 측단면도, (B)는 거푸집 본체의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에서 제작된 소결체의 모식도이다.

본 발명의 일실시 형태와 관련되는 ITO 소결체의 제조 방법은, 산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하는 공정을 포함한다. 제1 ITO 분말은, 소결편 상호 간의 충돌 작용에 의해, 제1 평균 입자 지름(예컨대 2 ㎛)을 갖는 크기로 파쇄된다. 상기 소결편군은, 정형(定形) 또는 부정형의 기성의 ITO 소결 재료의 소편(小片), 또는 그 소결 재료를 적당의 형상으로 분할한 분할편으로 할 수 있다. 소결 재료로서는, ITO 소결 제품의 제조시에 불가피하게 발생하는 폐재(廢材)나 사용이 종료된 소결 제품 등을 예시할 수 있고, 소결 제품으로서는, 전형적으로는, ITO 스퍼터링 타겟이다.

여기서, 본 명세서에서 「평균 입자 지름」은, 레이저 회절 산란법으로 측정한 입도 분포의 적산 %가 50%의 값을 의미한다. 또, 평균 입자 지름의 값은, 닛키소(주) 제작 레이저 회절 산란식 입도 분석계(MT3000II)에 의한 측정치를 이용하였다.

상기 제1 ITO 분말은, 상기 소결편군을 수지 용기 내에서 파쇄하는 것으로 제작된다. 이에 의해, 예컨대 금속제 용기 내에서 해당 ITO 분말을 제작하는 경우와 비교하여, 분말 중으로의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다. 물론, 수지제 용기를 사용한 경우, 그 수지 성분이 분말 중에 혼입할 우려는 있지만, 탈지 공정 또는 소결 공정에서 해당 수지 성분을 소실 시킬 수 있다.

다음으로, 상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 분쇄하는 것으로, 제2 평균 입자 지름(예컨대 0.6 ㎛)를 갖는 제2 ITO 분말이 제작된다. 이에 의해, 상기 소결편으로부터 보다 미세한 ITO 분말을 제작하는 것이 가능해진다.

매체교반 밀로는, 진동 볼 밀(vibratory ball mill )이나 로드 밀(rod mill) 등을 예시할 수 있다. 매체교반 밀 또는 제트 밀은, 습식이라도 무방하고 건식이라도 무방하다. 또, 매체교반 밀을 이용하는 경우, 교반매체로 이루어진 볼이나 로드의 표면에 수지 코트가 시행되는 것을 채용하는 것에 의해, 분체 중으로의 불순물의 혼입을 효과적으로 억제할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 매체교반 밀로서 진동 볼 밀이 매우 적합하게 이용된다. 제트 밀로는, 습식 제트 밀이 매우 적합하다.

계속해서, 상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름(예컨대 0.20 ㎛~0.30 ㎛)를 갖는 제3 ITO 분말이 제작된다. 제2 ITO 분말에 혼합되는 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말로서는, 각각 미사용의 분말이 이용되지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말의 평균 입자 지름은 특별히 한정되지 않고, 적당의 입자 지름을 채용할 수 있다.

상기 제3 ITO 분말은, 매체교반 밀을 이용하여 제작할 수 있다. 이에 의해, 비교적 미세한 평균 입자 지름을 갖는 ITO 분체를 용이하게 제작할 수 있다. 매체교반 밀로는, 볼 밀, 로드 밀 등이 적용 가능하지만, 진동 볼 밀이 매우 적합하다.

상기 제3 ITO 분말의 평균 입자 지름(제3 평균 입자 지름)을 0.20 ? 이상 0.30 ㎛ 이하로 하는 것으로, 상대 밀도가 99.8% 이상이고, 조성의 균일성이 뛰어난 고품질의 ITO 소결체를 제조할 수 있다.

상기 제3 ITO 분말 중에서의 상기 제2 ITO 분말의 혼합 비율은, 10 중량% 이상, 40 중량% 이하로 할 수 있다. 이에 의해, ITO 소결체의 재료 코스트를 효과적으로 저감 할 수 있다. 또한, 제2 ITO 분말의 혼합 비율이 40 중량%를 넘으면, 제3 ITO 분말의 목적으로 하는 평균 입자 지름이나, ITO 소결체의 목적으로 하는 상대 밀도나 조성을 얻을 수 없게 되는 우려가 있다. 또, 제2 ITO 분말의 혼합 비율이 10 중량% 미만의 경우, ITO 소결체의 재료 코스트의 저감 효과가 낮아진다.

다음으로, 상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체가 제작되고, 이 성형체를 소결 하는 것으로, 목적으로 하는 ITO 소결체가 제작된다. 슬립주입 성형법은, 저점도의 슬러리(슬립)를 석고형 등의 흡수성의 주형 중에 흘려 넣고, 그 주형의 성형실 내벽에 분체의 퇴적층을 형성시켜, 건조한 후, 주형으로부터 취출하고 성형체를 얻는 방법이다. 슬립주입 성형법을 채용하는 것으로, 비교적 저가로 성형체를 제작할 수 있다.

상기 ITO 소결체의 제조 방법에 의하면, 소결체의 원료의 일부로, 기성의 소결편의 파쇄분을 이용하고 있으므로, 원료 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또, 상기 소결편의 파쇄분을 단계적으로 미세화하고 있기 때문에, 공정수의 대폭적인 증가나 특수한 처리를 실시하지 않고 소결 입자의 미세화를 달성할 수 있고, 고품질의 소결체를 비교적 저비용으로 제작하는 것이 가능해진다. 따라서, 이상의 처리를 거치는 것으로, 고품질의 ITO 스퍼터링 타겟을 제조할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 ITO 소결체의 제조 방법을 설명하는 공정도이다. 도 2~도 7은, 각 공정을 설명하는 모식도이다. 본 실시 형태에서는, 소결편의 준비 공정(스텝 1)과, 조분쇄 공정(스텝 2)과, 미분쇄 공정(스텝 3)과, 혼합 미분쇄 공정(스텝 4)과, 슬러리 조정 공정(스텝 5)과, 성형 공정(스텝 6)과, 소결 공정(스텝 7)을 가진다.

[소결편 준비 공정]

이 공정에서는, 원료의 일부가 되는 소결편이 준비된다. 여기에서는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 사용이 종료된 ITO 스퍼터링 타겟(2)을 적당한 형상 및 크기로 분할하는 것으로, 목적으로 하는 소결편(2a)를 제작한다. 스퍼터링 타겟(2)은, 이를 지지하는 베이킹 플레이트(1)로부터 분리된 형태로 사용된다. 분리된 스퍼터링 타겟(2)은, In 등의 납재 및 표면에 부착한 불순물을 없애기 위해서 산으로 세정되고, 그 후 소결편(2a)이 제작된다. 사용되는 스퍼터링 타겟(2)은, 이를 원료로서 제작되는 새로운 ITO 소결체와 동일한 조성을 갖는 것이 이용된다.

[조분쇄 공정]

이 공정은, 제작된 적당량의 소결편(2a)을 수지제 용기(3)에 수용하고(도 4(A)), 해당 용기(3a)를 회전시켜, 이들 소결편군을 충격에 의해 파쇄한다(도 4(B)). 상기 수지제 용기(3a)로서는, 볼 밀이나 로드 밀 등에 이용되는 분쇄용의 용기를 이용할 수 있다. 이 파쇄공정은, 상기 용기(3a) 내에 순수한 물을 적당한 양을 첨가하여 실시된다. 이 공정에 의해, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말 P1이 제작된다. 제1 평균 입자 지름은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 2 ㎛로 할 수 있다. 또한, 도시한 예에서는 ITO 분말 P1를 약간 과장하여 도시하고 있다.

제1 ITO 분말 P1를 수지제 용기(3a) 내에서 제작 함으로써, 예컨대 금속제 용기 내에서 해당 ITO 분말을 제작하는 경우와 비교하여, 분말 중으로의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다. 물론, 수지제 용기를 사용했을 경우, 그 수지 성분이 분말 중에 혼입할 우려는 있지만, 탈지 공정 또는 소결 공정에서 해당 수지 성분을 소실시키는 것이 가능하다.

[미분쇄 공정]

이 공정은, 상기 제1 ITO 분말 P1를 진동 볼 밀 또는 습식 제트 밀을 이용하여 분쇄하는 것으로, 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말(P2)을 제작한다. 이에 의해, 제1 ITO 분말을 보다 미세화 할 수 있다. 제2 평균 입자 지름의 크기는 특별히 한정되지 않고, 예컨대 0.6 ㎛로 할 수 있다.

이 미분쇄 공정에서도, 제2 ITO 분말은 수지제 용기 내에서 분쇄된다. 또, 진동 볼 밀을 이용하는 경우, 교반매체로서 표면에 수지 코팅이 시행된 볼이 이용된다. 이에 의해, 제2 ITO 분말로의 이종 금속의 혼입을 억제하는 것이 가능해진다. 이 미분쇄 공정은, 상기 용기 내에 순수한 물이나 적당의 분산제를 첨가하여 실시할 수 있다. 얻어진 제2 ITO 분말은, 필요에 따라 건조된다.

[혼합 미분쇄 공정]

이 공정은, 도 5(A), (B)에 도시한 바와 같이, 제2 ITO 분말 P2에, 산화 인듐(In₂O₃) 분말 P2a 및 산화 주석(SnO₂) 분말 P2b를 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말 P3를 제작한다. 제3 ITO 분말 P3의 평균 입자 지름을 0.20 ㎛ 이상 0.30 ㎛ 이하로 하는 것으로, 상대 밀도가 99.8% 이상이고, 조성의 균일성이 뛰어난 고품질의 ITO 소결체를 제조할 수 있다.

제2 ITO 분말 P2와 혼합되는 산화 인듐 분말 P2a 및 산화 주석 분말 P2b에는, 모두 미사용의 분말이 이용된다. 기성의 소결편으로부터 제작된 원료 분말과 미사용의 원료 분말을 조합에 의해, 원료 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또, 스퍼터링 타겟 등의 사용이 종료된 재료를 좋은 효율로 리사이클하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 평균 입자 지름이 0.9 ㎛의 산화 인듐 분말 P2a와, 평균 입자 지름이 1.3 ㎛의 산화 주석 분말 P2b가 이용된다. 산화 인듐 분말 P2a 및 산화 주석 분말 P2b의 평균 입자 지름은 상기의 예로 한정되지 않고, 예컨대 제2 ITO 분말 P2의 평균 입자 지름과 동등 또는 그 이하의 크기의 것을 이용할 수 있다.

산화 인듐 분말 P2a 및 산화 주석 분말 P2b의 첨가량은, 제2 ITO 분말 P2의 성분 조성이나 목적으로 하는 ITO 소결체의 성분 조성에 따라 적당히 조정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 산화 인듐 분말 P2a와 산화 주석 분말 P2b가 중량비로 9：1이 되도록 제2 ITO 분말 P2에 혼합된다. 또, 제3 ITO 분말 P3중에서의 제2 ITO 분말 P2의 혼합 비율은, 10 중량% 이상, 40 중량% 이하로 할 수 있다. 이에 의해, ITO 소결체의 재료 코스트를 효과적으로 저감 할 수 있다.

이 혼합 공정에서도, 제3 ITO 분말 P3는 수지제 용기(3b) 내에서 분쇄된다. 또, 볼 밀을 이용하는 경우, 교반매체로서 표면에 수지 코팅이 시행된 볼이 이용된다. 이에 의해, 제3 ITO 분말 P3로의 이종 금속의 혼입을 억제하는 것이 가능해진다. 이 혼합 공정은, 용기(3b) 내에 순수한 물이나 적당의 분산제를 첨가하여 실시할 수 있다.

[슬러리 조정 공정]

이 공정은, 제3 ITO 분말 P3를 포함한 슬러리 S를 조정한다(도 5(B)). 슬러리 S는, 제3 ITO 분말 P3를 순수한 물에서 현탁한 액상 물질이고, 슬러리 중에서의 ITO 분말 P3의 농도가 예컨대 70%~80%가 되도록 조정된다. 이 슬러리 S의 조정 공정은, 상기 혼합 공정에 포함되어 있어도 무방하고, 이 경우, 해당 혼합 공정의 최종 단계에서 슬러리 S가 조정된다.

[성형 공정]

성형 공정은, 도 6(A), (B)에 도시하는 성형형(4) 내에 슬러리 S를 충전하는 것으로 성형체를 얻는다. 성형형(4)은, 예컨대 석고 등의 흡수성이 있는 재료로 구성되고, 본체(4a)로 덮개(4b)를 갖춘다.

본체(4a)에는, 내부 공간(4c)과, 이 내부 공간에 연통하는 주입구(4d)를 구비한다. 도시한 구성은 일례이며, 내부 공간(4c)의 형상이나 주입구(4d)의 위치 등은 적당 설정하는 것이 가능하다. 슬러리 S는, 주입구(4d)를 통해 내부 공간(4c)에 소정 압력으로 충전되고, 또한 그 상태가 소정 시간 보관 유지된다. 이에 의해, 슬러리 S중의 수분은 성형형(4)에 흡수되고, ITO 분말 P3는 거푸집 내에 착육(attachment) 하는 것으로 고밀도로 성형된다. 성형체의 제작에 이러한 슬립주입 성형법을 채용 함에 따라, 비교적 저가로 성형체를 제작할 수 있다.

성형형(4)은, 석고 슬러리를 소재로 하고, 이를 성형한 후, 건조하는 것으로 형성된다. 석고 슬러리의 용매인 물의 비율은, 50 중량% 이상 65 중량% 이하로 할 수 있다. 석고 슬러리 중의 용매가 과잉하게 많으면(예컨대 65 중량%를 넘는 경우), 성형형의 흡액량은 커지지만, 성형형의 평균 기공 지름도 커지기 때문에, 모세관 현상에 기인하는 흡수력이 작아진다. 그 결과, 성형체를 제조할 때의 성형시에서, 슬러리 중의 용매인 물의 배수 효율이 나빠지고, 성형에 장시간을 필요로 하게 된다. 또, 석고 슬러리 중의 용매가 적으면(예컨대 50 중량% 미만의 경우), 성형형의 흡액량이 작아지기 때문에, 성형체를 제조할 때의 성형시에서, 슬러리 중의 용매인 물의 배수를 충분히 할 수 없게 되고, 만족할 수 있는 성형체를 제작하는 것이 곤란해진다.

제작된 성형체는, 건조 공정을 거쳐, 건조된다. 건조 공정은, 소정 온도로 유지된 건조실 내에서 실시할 수 있다. 건조 후, 필요에 따라, 성형체의 탈지 공정을 실시하여도 무방하다. 이에 의해, 성형체 내에 포함되는 수지 성분이 제거되고, 성형체의 순도를 높일 수 있다.

[소결 공정]

소결 공정은, 얻어진 성형체를 소결 하는 것으로, 목적으로 하는 ITO 소결체 Sc를 제작한다. 소결은 예컨대 대기 중에서 실시되고, 소결 온도는 예컨대 1500 ℃~1650 ℃로 할 수 있다.

이상과 같이 하여 제작된 ITO 소결체 Sc는, 99.8% 이상의 상대 밀도와 5 ㎛이하의 평균 결정립 지름을 가진다. 소결체 Sc의 제작 후, 이를 소정 형상으로 절삭 또는 연삭 하는 것으로, ITO 스퍼터링 타겟이 제작된다.

소결체 Sc의 상대 밀도 및 결정립 지름은, 슬러리 중의 ITO 분말 P3의 평균 입자 지름으로 주로 결정되고, ITO 분말 P3의 평균 입자 지름을 0.2 ㎛~0.3 ㎛로 함으로써, 상술한 모든 특성의 소결체를 안정적으로 얻는 것이 가능해진다. 또, 소결편(2a)의 파쇄분(P1)을 단계적으로 미세화하고 있기 때문에, 공정수의 대폭적인 증가나 특수한 처리를 필요로 하지 않고 소결 입자의 미세화를 달성할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 결정립이 미세하고 조직이 균일한 고밀도의 소결체를 저비용으로 제작할 수 있다.

이상과 같이 하여 제작된 스퍼터링 타겟은, 결절(nodule)의 발생을 억제하고, 안정된 스퍼터 성막을 실현하는 것이 가능해진다.

(실시예 1)

사용이 종료된 ITO 타겟을 200 ℃로 가열하여 베이킹 플레이트로부터 박리하고, 이를 50% 희류산에 24시간 침지하는 것으로, 표면에 부착한 본딩용 납재를 제거하였다. 그 ITO 타겟을 적당의 크기로 분할하고, 소결편으로서의 타겟편을 제작하였다. 이들 타겟편 200 kg를 순수한 물 20 리터와 함께 용량 300 리터의 수지제 용기에 투입하고, 해당 용기를 35 rpm의 회전수로 24시간 교반 함으로써, 각 타겟편을 파쇄하였다. 그 후, 파쇄분을 분급하여 100 ㎛ 이하의 분말을 회수하고, 동분말을 200 ℃에서 24시간 건조하고, 이를 제1 ITO 분말로 하였다. 얻어진 제1 ITO 분말의 평균 입자 지름은 2 ㎛(최대치 80 ㎛)이 였다.

다음으로, 진동 볼 밀을 이용하여 제1 ITO 분말을 분쇄하고, 제2 ITO 분말을 제작하였다. 보다 구체적으로는, 용량 50 리터의 수지제 용기에, 제1 ITO 분말 9 kg와, 표면이 수지 코팅된 직경 10 mm의 볼(교반매체) 50 kg를 넣고, 아울러 순수한 물 10 리터와 카르본산계 분산제 180 밀리리터를 첨가하고, 5시간, 진폭 8 mm의 조건에서, 제1 ITO 분말을 분쇄하였다. 얻어진 제2 ITO 분말의 평균 입자 지름은 0.6 ㎛(최대치 5 ㎛)이 였다.

제2 ITO 분말을 200 ℃에서 24시간 건조한 후, 스핀 밀로 해쇄(解?) 하였다. 그리고, 용량 200 리터의 수지제 용기에, 이 제2 ITO 분말 30 중량%(42 kg)과, 미사용의 원료 분말 70 중량%(산화 인듐 분말 88.2 kg, 산화 주석 분말 9.8 kg)와, 직경 10 mm의 지르코니아 볼(교반매체) 272 kg를 투입하고, 순수한 물 37.4 리터, 카르본산계 분산제 2.31 리터를 첨가하여, 84 시간 혼합하였다. 이에 의해, 평균 입자 지름이 0.25 ㎛(최대치 2 ㎛)의 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 제작하였다. 슬러리의 농도는 78%, 점도는 200 cps이 였다. 제작한 슬러리에 카르본산계 바인더 1 중량%를 더해 회전수 20 rpm으로 30분간, 슬러리를 진공 탈포하였다.

세로 415 mm, 가로 780 mm, 두께 10.5 mm의 성형체를 제작 가능한 양면착육 구조의 석고형을 준비하였다. 이 석고형에, 탈포기의 주입 밸브를 조정하는 것으로 슬러리를 성형 압력 3 kg/cm²로 흘려 넣고, 성형하였다. 성형 시간은 80분으로 하였다. 얻어진 성형체는, 30 ? 분위기의 건조실에서 6일간 자연 건조시키고, 세로 380 mm, 가로 780 mm, 두께 10.5 mm의 성형체를 얻었다. 그 후, 대기 중에서 600 ℃, 3시간의 가열 조건으로 성형체를 탈지 처리하였다. 탈지 후, 성형체를 소결하였다. 소결 온도는 1600 ℃, 소결 시간은 8시간으로 하였다. 소결 분위기는, 산소 분위기로 하고, 산소 도입량은 매분 200 리터로 하였다.

얻어진 소결체는, 세로 310 mm, 가로 620 mm, 두께 8.5 mm이 였다. 이 소결체의 양면을 연삭하고, 단면을 절단하는 것으로, 세로 300 mm, 가로 610 mm, 두께 7 mm로 마무리 하였다. 소결체의 평균 결정립 지름은 4.2 ㎛, 상대 밀도는 99.8%이 였다. 이 소결체를 세로 127 mm, 가로 381 mm, 두께 6 mm로 재가공하고, 구리제의 베이킹 플레이트에서 본딩 하는 것으로, ITO 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

해당 타겟을 스퍼터링 장치에 내장하고, 100 kWh 스퍼터 하였는데, 타겟 표면으로의 결절의 발생이 거의 없는 것이 확인되었다. 게다가 해당 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 ITO막(200 nm)의 저항값을 측정 하였는데, 0.2×10-3 Ω cm이 였다. 이 결과, 해당 ITO막은, 미사용의 원료 분말 만으로 소결된 ITO 타겟을 이용하여 성막된 ITO막과 동등의 저항값인 것이 확인되었다.

(실시예 2)

사용이 종료된 ITO 타겟을 200 ℃로 가열해 베이킹 플레이트로부터 박리하고, 이를 50% 희류산에 24시간 침지하는 것으로, 표면에 부착한 본딩용 납재를 제거하였다. 그 ITO 타겟을 적당의 크기로 분할하고, 소결편으로서의 타겟편을 제작하였다. 이들 타겟편 200 kg를 순수한 물 20 리터와 함께 용량 300 리터의 수지제 용기에 투입하고, 해당 용기를 35 rpm의 회전수로 24시간 교반 함으로써, 각 타겟편을 파쇄하였다. 그 후, 파쇄분을 분급하여 100 ㎛ 이하의 분말을 회수하고, 이를 제1 ITO 분말로 하였다. 얻어진 제1 ITO 분말의 평균 입자 지름은 2 ㎛(최대치 80 ㎛)이 였다.

다음으로, 진동 볼 밀을 이용하여 제1 ITO 분말을 분쇄하고, 제2 ITO 분말을 제작하였다. 보다 구체적으로는, 용량 50 리터의 수지제 용기에, 제1 ITO 분말 9 kg로 표면이 수지 코팅된 직경 10 mm의 볼(교반매체) 50 kg를 넣고, 아울러 순수한 물 10 리터와 카르본산계 분산제 180 밀리리터를 첨가하고, 5시간, 진폭 8 mm의 조건으로, 제1 ITO 분말을 분쇄하였다. 얻어진 제2 ITO 분말의 평균 입자 지름은 0.6 ㎛(최대치 5 ㎛)이 였다.

제2 ITO 분말을 200 ℃로 24 시간 건조한 후, 스핀 밀로 해쇄하였다. 그리고, 용량 200 리터의 수지제 용기에, 이 제2 ITO 분말 10 중량%(14 kg)과, 미사용의 원료 분말 90 중량%(산화 인듐 분말 113.4 kg, 산화 주석 분말 12.6 kg)와, 직경 10 mm의 지르코니아 볼(교반매체) 272 kg를 투입하고, 순수한 물 37.4 리터, 카르본산계 분산제 2.31 리터를 첨가하여, 84 시간 혼합하였다. 이에 의해, 평균 입자 지름이 0.25 ㎛(최대치 2 ㎛)의 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 제작하였다. 슬러리의 농도는 78%, 점도는 200 cps이 였다. 제작한 슬러리에 카르본산계 바인더 1 중량%를 더해 회전수 20 rpm로 30분간, 슬러리를 진공 탈포하였다.

세로 415 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 제작 가능한 양면착육 구조의 석고형을 준비하였다. 이 석고형에, 탈포기의 주입 밸브를 조정하는 것으로 슬러리를 성형 압력 3 kg/cm² 로 흘려 넣어, 성형하였다. 성형 시간은 80분으로 하였다. 얻어진 성형체는, 30 ? 분위기의 건조실에서 6 일간 자연 건조시키고, 세로 380 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 얻었다. 그 후, 대기 중에서 600 ℃, 3시간의 가열 조건으로 성형체를 탈지 처리하였다. 탈지 후, 성형체를 소결하였다. 소결 온도는 1600 ℃, 소결 시간은 8시간으로 하였다. 소결 분위기는, 산소 분위기로 하고, 산소 도입량은 매분 200 리터로 하였다.

얻어진 소결체는, 세로 310 mm, 가로 610 mm, 두께 15 mm이 였다. 이 소결체의 양면을 연삭하고, 단면을 절단하는 것으로, 세로 300 mm, 가로 610 mm, 두께 7 mm로 마무리 하였다. 소결체의 평균 결정립 지름은 4.3 ㎛, 상대 밀도는 99.9%이 였다. 이 소결체를 세로 127 mm, 가로 381 mm, 두께 6 mm로 재가공하고, 구리제의 베이킹 플레이트에 본딩하는 것으로, ITO 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

해당 타겟을 스퍼터링 장치에 내장하고, 100 kWh 스퍼터 했는데, 타겟 표면으로의 결절의 발생이 거의 없는 것이 확인되었다. 게다가 해당 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 ITO막(200 nm)의 저항값을 측정했는데, 0.2×10-3 Ω cm이 였다. 이 결과, 해당 ITO막은, 미사용의 원료 분말만으로 소결된 ITO 타겟을 이용하여 성막된 ITO막과 동등의 저항값인 것이 확인되었다.

(실시예 3)

사용이 종료된 ITO 타겟을 200 ℃로 가열하여 베이킹 플레이트로부터 박리하고, 이를 50% 희류산에 24시간 침지하는 것으로, 표면에 부착한 본딩용 납재를 제거하였다. 그 ITO 타겟을 적당의 크기로 분할하고, 소결편으로서의 타겟편을 제작하였다. 이들 타겟편 200 kg를 순수한 물 20 리터와 함께 용량 300 리터의 수지제 용기에 투입하고, 해당 용기를 35 rpm의 회전수로 24시간 교반 함으로써, 각 타겟편을 파쇄하였다. 그 후, 파쇄분을 분급하여 100 ㎛ 이하의 분말을 회수하고, 이를 제1 ITO 분말로 하였다. 얻어진 제1 ITO 분말의 평균 입자 지름은 2 ㎛(최대치 80 ㎛)이 였다.

다음으로, 진동 볼 밀을 이용하여 제1 ITO 분말을 분쇄하고, 제2 ITO 분말을 제작하였다. 보다 구체적으로는, 용량 50 리터의 수지제 용기에, 제1 ITO 분말 9 kg로 표면이 수지 코팅된 직경 10 mm의 볼(교반매체) 50 kg를 넣고, 더욱이 순수한 물 10 리터와 카르본산계 분산제 180 밀리리터를 첨가하고, 5시간, 진폭 8 mm의 조건으로, 제1 ITO 분말을 분쇄하였다. 얻어진 제2 ITO 분말의 평균 입자 지름은 0.6 ㎛(최대치 5 ㎛)이 였다.

제2 ITO 분말을 200 ?로 24시간 건조한 후, 스핀 밀로 해쇄하였다. 그리고, 용량 200 리터의 수지제 용기에, 이 제2 ITO 분말 40 중량%(56 kg)과, 미사용의 원료 분말 60 중량%(산화 인듐 분말 75.6 kg, 산화 주석 분말 8.4 kg)와, 직경 10 mm의 지르코니아 볼(교반매체) 272 kg를 투입하고, 순수한 물 37.4 리터, 카르본산계 분산제 2.31 리터를 첨가하고, 84시간 혼합하였다. 이에 의해, 평균 입자 지름이 0.25 ㎛(최대치 2 ㎛)의 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 제작하였다. 슬러리의 농도는 78%, 점도는 200 cps이 였다. 제작한 슬러리에 카르본산계 바인더 1 중량%를 더해 회전수 20 rpm로 30분간, 슬러리를 진공 탈포하였다.

세로 415 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 제작 가능한 양면착육 구조의 석고형을 준비하였다. 이 석고형에, 탈포기의 주입 밸브를 조정하는 것으로 슬러리를 성형 압력 3 kg/cm² 로 흘려 넣어, 성형하였다. 성형 시간은 80분으로 하였다. 얻어진 성형체는, 30 ? 분위기의 건조실에서 6일간 자연 건조시키고, 세로 380 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 얻었다. 그 후, 대기 중에서 600 ?, 3시간의 가열 조건으로 성형체를 탈지 처리하였다. 탈지 후, 성형체를 소결하였다. 소결 온도는 1600 ?, 소결 시간은 8시간으로 하였다. 소결 분위기는, 산소 분위기로 하여, 산소 도입량은 매분 200 리터로 하였다.

얻어진 소결체는, 세로 310 mm, 가로 610 mm, 두께 15 mm이 였다. 이 소결체의 양면을 연삭하고, 단면을 절단하는 것으로, 세로 300 mm, 가로 610 mm, 두께 7 mm로 마무리하였다. 소결체의 평균 결정립 지름은 4.5 ㎛, 상대 밀도는 99.9%이 였다. 이 소결체를 세로 127 mm, 가로 381 mm, 두께 6 mm로 재가공하고, 구리제의 베이킹 플레이트에 본딩하는 것으로, ITO 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

(비교예)

사용이 종료된 ITO 타겟을 200 ?에 가열하여 베이킹 플레이트로부터 박리하고, 이를 50% 희류산에 24시간 침지하는 것으로, 표면에 부착한 본딩용 납재를 제거하였다. 그 ITO 타겟을 적당의 크기로 분할하고, 이들 타겟편 200 kg를 순수한 물 20 리터와 함께 용량 300 리터의 수지제 용기에 투입하고, 해당 용기를 35 rpm의 회전수로 24시간 교반 함으로써, 각 타겟편을 파쇄 하였다. 그 후, 파쇄분을 분급하여 100 ㎛ 이하의 분말을 회수하였다. 얻어진 ITO 분말의 평균 입자 지름은 2 ㎛(최대치 80 ㎛)이 였다.

용량 200 리터의 수지제 용기에, 이 ITO 분말 30 중량%(42 kg)와, 미사용의 원료 분말 70 중량%(산화 인듐 분말 88.2 kg, 산화 주석 분말 9.8 kg)와, 직경 10 mm의 지르코니아 볼(교반매체) 272 kg를 투입하고, 순수한 물 37.4 리터, 카르본산계 분산제 2.31 리터를 첨가하고, 84시간 혼합하였다. 얻어진 슬러리의 평균 입자 지름은 0.7 ㎛(최대치 10 ㎛), 농도는 78%, 점도는 200 cps이 였다. 제작한 슬러리에 카르본산계 바인더 1 중량%를 더해 회전수 20 rpm로 30분간, 슬러리를 진공 탈포하였다.

세로 415 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 제작 가능한 양면착육 구조의 석고형을 준비하였다. 이 석고형에, 탈포기의 주입 밸브를 조정하는 것으로 슬러리를 성형 압력 3 kg/cm²로 흘려 넣어, 성형하였다. 성형 시간은 80분으로 하였다. 얻어진 성형체는, 30 ? 분위기의 건조실에서 6일간 자연 건조시키고, 세로 380 mm, 가로 780 mm, 두께 17 mm의 성형체를 얻었다. 그 후, 대기 중에서 600 ?, 3시간의 가열 조건으로 성형체를 탈지 처리하였다. 탈지 후, 성형체를 소결하였다. 소결 온도는 1600 ?, 소결 시간은 8시간으로 하였다. 소결 분위기는, 산소 분위기로 하고, 산소 도입량은 매분 200 리터로 하였다.

얻어진 소결체는, 세로 310 mm, 가로 610 mm, 두께 15 mm이 였다. 이 소결체의 양면을 연삭하고, 단면을 절단하는 것으로, 세로 300 mm, 가로 610 mm, 두께 7 mm로 마무리하였다. 소결체의 평균 결정립 지름은 7.0 ㎛, 상대 밀도는 99.2%이 였다. 이 소결체를 세로 127 mm, 가로 381 mm, 두께 6 mm에 재가공하고, 구리제의 베이킹 플레이트에 본딩하는 것으로, ITO 스퍼터링 타겟을 제작하였다.

해당 타겟을 스퍼터링 장치에 내장하고, 100 kWh 스퍼터 했는데, 타겟 표면에서 많은 결절이 확인되었다. 게다가 해당 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 ITO막(200 nm)의 저항값을 측정했는데, 0.8×10-3 Ω cm이 였다. 이 결과, 해당 ITO막은, 미사용의 원료 분말만으로 소결된 ITO 타겟을 이용하여 성막된 ITO막 보다 고저항값인 것이 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 근거하여 다양한 변형이 가능하다.

예컨대 이상의 실시 형태에서는, 제2 ITO 분말의 제작에 진동 볼 밀을 이용하였지만, 습식 제트 밀 등의 다른 분쇄 방법을 이용하여도 무방하다.

또, 이상의 실시 형태에서는, 성형체의 소결 분위기를 산소 가스 분위기로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 대기 분위기라고 하여도 무방하다.

2 (사용이 종료된) 스퍼터링 타겟
2a 소결편
3a, 3b 수지제 용기
4 성형형
P1 제1 ITO 분말
P2 제2 ITO 분말
P3 제3 ITO 분말
S 슬러리
Sc 소결체

Claims

산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하고,
상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 분쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말을 제작하며,
상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말을 제작하고,
상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체를 제작하며,
상기 성형체를 소결하는
ITO 소결체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 ITO 분말을 제작하는 공정은, 상기 소결편군을 수지제 용기 내에서 파쇄하는
ITO 소결체의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 제3 ITO 분말을 제작하는 공정은, 상기 제3 ITO 분말을 매체교반 밀에 의해 제작하는
ITO 소결체의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 제 3의 평균 입자 지름은, 0.20 ㎛ 이상 0.30 ㎛ 이하인
ITO 소결체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 ITO 분말 중에서의 상기 제 2의 혼합 분말의 혼합 비율은, 10 중량% 이상, 40 중량% 이하인
ITO 소결체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 소결편군은, 사용이 종료된 ITO 스퍼터링 타겟의 분할편군인
ITO 소결체의 제조 방법.
산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하고,
상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 분쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말을 제작하며,
상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말을 제작하고,
상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체를 제작하며,
상기 성형체를 소결하는
ITO 스퍼터링 타겟의 제조 방법.
산화 인듐 및 산화 주석을 주성분으로 하는 소결편군을 용기 내에서 교반하면서 파쇄하는 것으로, 제1 평균 입자 지름을 갖는 제1 ITO 분말을 제작하고,
상기 제1 ITO 분말을 매체교반 밀 또는 제트 밀에 의해 분쇄하는 것으로, 상기 제1 평균 입자 지름 보다 작은 제2 평균 입자 지름을 갖는 제2 ITO 분말을 제작하며,
상기 제2 ITO 분말에 산화 인듐 분말 및 산화 주석 분말을 혼합하고, 그 혼합 분말을 분쇄하는 것으로, 상기 제2 평균 입자 지름 보다 작은 제3 평균 입자 지름을 갖는 제3 ITO 분말을 제작하고,
상기 제3 ITO 분말을 포함한 슬러리를 거푸집에 캐스트 하는 것으로 성형체를 제작하며,
상기 성형체를 소결하는 것으로 제작되는
ITO 스퍼터링 타겟.
제8항에 있어서,
상기 제 3의 평균 입자 지름은, 0.20 ㎛ 이상 0.30 ㎛ 이하인
ITO 스퍼터링 타겟.
제8항에 있어서,
상기 제3 ITO 분말 중에서의 상기 제2 혼합 분말의 혼합 비율은, 10 중량% 이상, 40 중량% 이하인
ITO 스퍼터링 타겟.
제8항에 있어서,
상기 소결편군은, 사용이 종료된 ITO 스퍼터링 타겟의 분할편군인
ITO 스퍼터링 타겟.