KR100415384B1 - 고밀도산화인듐-산화주석소결체및그제조방법 - Google Patents

고밀도산화인듐-산화주석소결체및그제조방법 Download PDF

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Abstract

ITO소결체는 노듈의 형성이나 입자의 발생을 방해할 수 있도록 준비된다.
ITO소결체는 인듐, 주석 및 산소로 이루어지며, 평균길이 0.7㎛ 이하인 보이드크기를 갖는다. 이 ITO소결체는 산화인듐분말과 산화주석분말과의 혼합분말로부터 형성된 성형체를 실질적으로 산소분위기에서 소결합으로써 제조되며, 이때 혼합분말이 5%∼15%의 함량범위로 산화주석분말을 함유하며, 산화주석분말은 그 90%이상을 차지하는 입자의 입자크기가 1㎛이하이며; 산화인듐분말과 산화주석분말과의 혼합분말로부터 형성되는 성형체를 산소분위기에서 소결함으로써 제조되며, 이때 혼합분말은 1.8g/cm3이상의 탭밀도를 가지며, 산화주석분말은 최대입자크기가 1㎛ 이하이며 메디안직경이 0.4㎛이하이다.

Description

고밀도 산화인듐-산화주석 소결체 및 그 제조방법{High-density sintered ITO compact and manufacturing method}
본 발명은 고밀도 ITO소결체와, 투명도전막의 제조에 사용되는 ITO 스퍼터링 타깃(sputtering target)에 관한 것으로, 특히 노듈(nodule)형성이 없는 ITO 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.
ITO(Indium Tin Oxide)박막은 높은 도전성과 높은 투과율을 가지고 있어 미세한 포토 리소그래프를 용이하게 수행할 수 있기 때문에, 플랫패널용 표시전극, 태양전지용 창재 및 정전기방지막 등의 각종 다양한 적용분야에 널리 사용되어 왔다. 최근 대형화 및 표시화질의 미세화 추세에 있는 액정 표시장치등과 같은 플랫패널의 화소전극용으로 그러한 ITO박막에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러한 ITO박막의 제조방법은 스프레이 건조 열분해법과 CVD법 등의 화학적 성막법과, 전자빔 증착법과 스퍼터링법 등의 물리적 성막법으로 크게 분류된다. 이러한 방법중에서, 스퍼터링법이 고성능을 갖는 큰면적의 박막을 제조하기에 용이하기 때문에 다양한 적용분야로 사용되고 있다.
스퍼터링법으로 ITO박막을 제조하는데 있어서, 사용된 스퍼터링 타깃은 금속성의 인듐과 금속성의 주석으로 이루어진 합금타깃(이후 "IT타깃"이라 함)과, 산화인듐과 산화주석으로 이루어진 복합산화물 타깃(이후 "ITO타깃"이라 함)을 포함하고 있다. 이러한 타깃 중에서, ITO타깃이 최종으로 얻어진 박막의 저항도와 투과율의 시간에 대한 변화가 적고 IT타깃과 비교해서 성막조건을 컨트롤하는 것이 용이하기 때문에 ITO박막제조에 널리 사용된다.
ITO타깃의 스퍼터링을 아르곤-산소 가스혼합물의 분위기 내에서 연속적으로 수행하는 경우에는, 적산스퍼터링시간의 증가와 함께 노듈(nodule)이라 부르는 흑색물질이 타깃의 표면에 발생하게 된다. 그러한 흑색물질은 인듐의 저급산화물이라 생각되는 것으로, 이는 타깃의 부식통로의 주위에 형성되어서, 스퍼터링 중에 아크방전을 야기시키는 경향이 있으며, 성막된 박막에 입자의 발생원이 되는 것으로 알려져 있다.
그 결과, 스퍼터링이 연속적으로 수행되는 동안, 성막된 박막내의 입자에 의해 결함이 발생하게 되어, 액정표시장치 등의 플랫패널 표시장치의 생산성을 저하시키게 되었다. 최근, 플랫패널표시장치는 보다 미세하고 훨씬 정밀하게 되는 추세에 있기 때문에, 박막에 대한 입자결함의 발생은 심각한 문제점이다.
종래의 ITO박막의 제조에 있어서는, 타깃표면에 형성된 노듈을 정기적으로 제거하여 박막내의 결함의 발생을 방지하였다. 이러한 타깃클리닝작업은 생산성을 극도로 저하시켰기 때문에, 노듈형성을 덜 야기시킬 수 있는 ITO타깃이 요구되었다.
ITO타깃에 노듈의 형성을 방지하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 소결을 1기압이상의 가압산소분위기에서 실시하는 방법(일본 특허공고평 5-30905 호 참조)이 있다. 이 방법에 있어 ITO소결체는 7.06g/cm3의 대단히 높은 밀도를 갖는다. 그렇지만, 고압상태에서 소결을 위해서는, 소결로 전체를 내압용기에 설치하여야만 하였기에, 대형 및 고가의 제조설비가 필요하였으며, 그러한 대형의 제조장치를 손쉽게 설치할 수 없는 문제점이 있었다.
평균직경 3∼8㎛의 보이드를 1500 void/mm2이하의 보이드밀도로 갖는 소결된 ITO타깃이 아크방전, 노들, 가스흡착 등의 발생을 극도로 저하시키는 것으로 알려져 있다(일본 특허공개평 5-148636호 공보참조). 그렇지만, 이러한 타깃은 1기압이상의 산소분위기에서 소결시켜야 할 필요가 있었다. 따라서, 제조장치의 대형화에 있어 동일한 문제점을 내포하고 있다.
노듈(nodule)형성을 지체시키는 또다른 방법에는, 각각 0.1㎛ 이하의 평균입경(粒徑)을 갖는 분말상의 산화인듐과 분말상의 산화주석을 산소분위기중에서 1350℃ 이상의 온도로 열처리한 다음, 그 결과로 얻어진 열처리된 분말물질을 재차 분쇄한 다음, 100 kg/cm2이상의 가압상태에서 500-1000℃의 온도로 무산소분위기중에서 소결시켜, 아크방전을 덜 야기시키는 ITO소결체를 제조하는 방법이 있다(일본 특허공개평 4-160047호 공보참조).
상기 ITO소결체 제조방법은 분말상의 원료혼합물에 대한 열처리공정과, 연속적인 분쇄공정, 성형공정 및 소결공정을 필요로 한다. 따라서, 제조공정이 복잡하게 되어 생산효율이 저하되게 된다. 더구나, 소결체밀도가 상대밀도에 비해 약 94%정도로 낮아짐에 따라서, 소결체밀도를 상승시키는 충분한 효과가 손쉽게 달성될 수 없었다.
본 발명의 목적은 타깃표면상에 노듈형성을 야기시키지 않는 고밀도 ITO스퍼터링 타깃을 제공함으로써, 플랫패널표시장치의 투명전극 등으로 사용하는 ITO박막을 스퍼터링법으로 성막시 상기 ITO박막에 결함의 발생을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위한 포괄적인 연구 끝에, 노듈의 발생양은 스퍼터링시 타깃표면에 발생하는 아크방전의 회수와 밀접한 관계에 있다는 것을 발견하였다.
상기 발견을 기초로 하여, 본 발명의 발명자는 소결체내부에 존재하는 보이드의 아크방전 빈도수 및 노듈형성에 대한 영향을 더한층 연구하여, 아래와 같은 사실을 발견하였다.
(1) 아크방전 빈도수와 발생된 노듈의 양은 ITO소결체내의 보이드크기의 길이
에 따라 결정되며, 평균길이 0.7㎛ 이하의 보이드크기를 갖는 ITO소결체가 아크방전의 빈도수가 낮으며 노듈형성을 덜 야기시킨다.
(2) 평균길이 0.7㎛ 이하의 보이드크기를 갖는 ITO소결체에 의해, 소결체가 7.08 g/cm3이상의 밀도 및/또는 (직경법으로 측정할 때) 최대길이 5.0㎛ 이하의 보이드크기를 가질 때, 아크방전 빈도수와 노듈형성을 더한층 감소시킨다.
또한, 본 발명의 발명자는 ITO소결체의 소결기구를 명확히 연구하고자 다양한 상대밀도를 갖는 ITO소결체에 관한 더한층의 연구를 하여서, 다음과 같은 발견을 얻게 되었다.
(1) 산화주석은 소결체의 내부에 있는 보이드의 주위를 편석(偏析)한다.
(2) 소결체내의 보이드의 크기는 편석된 산화주석의 크기에 따라 결정되며, 소결체의 보이드직경은 산화주석의 편석크기가 감소함에 따라 감소한다.
3) 대형의 산화주석의 편석은 낮은 소결밀도를 갖는 ITO소결체의 내부에서 관찰되며, 대형의 산화주석의 편석수는 소결밀도의 증가에 따라 감소한다.
(4) 소결된 그레인 또는 대단히 큰 그레인크기는 낮은 소결밀도의 ITO소결체에서 관찰되며, 이는 ITO의 비정상적인 그레인성장에 기인하는 것으로 여겨진다.
또한, 더한층의 연구 끝에, 본 발명의 발명자는 다음과 같은 사실을 발견하였다.
(1) ITO소결체의 밀도는 산화인듐분말과, 최대크기가 1.0㎛ 이하이며 메디안
직경이 0.4㎛ 이하인 산화주석분말을 혼합하여, 이를 원료로써 사용함으로써 큰 폭으로 상승된다.
(2) 상기 1항의 혼합분말의 탭(tap)밀도가 1.8 g/cm3미만이면, 결과로 얻어지는 성형체(green compact)의 강도가 낮아져서, 소결시 성형체에 크랙이 생길 수도 있다.
(3) 상기 혼합분말로 이루어진 성형체의 소결밀도는 산소분위기내에서 소결시켜야만 상승한다. 그러한 소결밀도는 소결이 대기중이나 혹은 비-산화성 분위기중에서 실시되면, 큰 폭으로 저하된다.
(4) 상기 혼합분말로 제조된 고밀도 소결체로 이루어져서 7.08 g/cm3이상의 소결밀도를 갖는 ITO 스퍼터링 타깃은 종래의 타깃보다 훨씬 효과적으로 노듈형성을 방지한다.
또한, 상기 발견들을 기초로 산화주석분말의 입자크기와 산화인듐분말의 입자크기에 대한 소결밀도와 소결체 내부의 보이드의 의존관계를 고려하여, 각종 실험을 행하였다. 그 결과, 특정범위내의 입경을 갖는 원료를 사용함으로써, 높은 소결밀도를 갖는 ITO소결체를 얻을 수 있다는 것과, 그러한 결과로 얻어진 소결체는 스퍼터링에 의한 ITO박막 제조용 타깃으로 유용하다는 것을 알게 되었으며, 결과적으로 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 타깃표면에 노듈형성을 야기시키지 않는 고밀도의 ITO스퍼터링 타깃을 제공함으로써, 플랫패널 표시장치의 투명전극 등으로 사용하기 위한 ITO박막을 스퍼터링으로 성막시 결함을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1양태에 따르면, 실질적으로 인듐, 주석 및 산소로 이루어지며, 그 표면의 단위면적에 직경법으로 구할 때 평균길이 0.7㎛ 이하의 보이드크기를 갖는 ITO소결체가 제공된다.
본 발명의 제 2양태에 따르면, 산화인듐분말과 산화주석분말의 혼합분말로 이루어진 성형체를 산소분위기중에서 소결시켜, 산화인듐-산화주석(ITO소결체를 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 혼합분말은 5%∼15%의 함량범위로 산화주석분말을 함유하고 있으며, 상기 산화주석분말은 1㎛ 이하의 입경을 갖는 입자를 가지고 있으며, 그러한 입자가 전체의 90% 이상의 부분을 구성하고 있다.
본 발명의 제 3양태에 따르면, 산화인듐분말과 산화주석분말의 혼합분말로 이루어진 성형체를 산소분위기중에서 소결시켜, 산화인듐-산화주석(ITO소결체를 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 혼합분말은 1.8 g/cm3이상의 탭밀도를 가지며, 상기 산화주석분말은 1㎛ 이하의 최대입자크기와 0.4㎛ 이하의 메디안직경(누적입자크기분포의 50%에 해당하는 입자크기)을 갖는 입자로 이루어진다.
본 발명의 제 4양태를 따르면, ITO소결체로부터 ITO스퍼터링 타깃을 제조하는 방법이 제공되는 바, 여기서 ITO소결체는 산화인듐분말과 산화주석분말로 이루어진 혼합분말을 산화분위기중에서 소결시킴으로써 제조되며, 상기 혼합분말은 1.8 g/cm3이상의 탭밀도를 가지며, 상기 산화주석분말은 1㎛ 이하의 최대입자크기와 0.4㎛ 이하의 메디안직경(누적입자크기분포의 50%에 해당하는 입자크기)을 갖는 입자로 이루어진다.
이하, 본 발명의 적절한 실시예에 대한 상세한 설명이 이루어진다.
본 발명의 ITO소결체는 실질적으로 인듐, 주석 및 산소로 이루어지며, 그 표면상에 직경법으로 측정할 때 평균길이 0.7㎛ 이하의 보이드크기를 갖는 보이드를 가지고 있다.
보이드의 평균길이는 아래와 같이 측정된다.
(1) ITO소결체의 표면을 회전연마기 등을 이용하여 미러 연마한다(예를 들어＃200, ＃500, ＃800, ＃1000의 방수연마페이퍼 및 알루미나 슬러리로 완전히 연마한다).
(2) 연마된 소결체의 표면을 써멀에칭처리 및 캐미컬에칭처리를 수행하여 그레인경계를 표면으로 노출시킨다. 써멀에칭처리는 소결체를 전기로내에서 1400℃의 온도로 5분간 열처리하여 수행한다. 캐미컬에칭처리는 소결체를 실온에서 왕수(王水)내에 1∼10분간 침수시켜 수행한다.
(3) 에칭된 소결체의 표면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰하여, 5개 이상의 표면부를 임의로 선택하여 약 1000∼5000의 배율로 SEM사진을 촬영한다.
4) SEM사진중에서 적어도 200개 이상의 보이드를 임의로 취하여, 그 크기를 직경법에 따라 측정한다. 여기서, 용어 "직경법에 의해 측정된 개개의 보이드크기"는 SEM사진내의 임의의 동일방향에 있는 각각의 보이드의 최대길이를 의미한다. 평균길이의 보이드크기는 동일방향의 각각의 보이드에서 최대길이를 측정함으로써 얻어진다.
본 발명의 ITO소결체의 보이드크기의 평균길이는 0.7㎛ 이하이다. 적절하게는, 보이드크기의 평균길이는 0.7㎛ 이하이고, 그 최대길이는 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 보이드크기의 평균길이는 가능하면 작은 것이 바람직하며, 그 하한선은 규정되어 있지 않다. 그렇지만, 실용적으로는, 보이드크기의 평균길이의 하한선은 약 0.1㎛이다. 소결체의 밀도는 7.08 g/cm3이상인 것이 바람직하다.
상술한 ITO소결체를 예를 들어 아래에 나타낸 방법으로 제조할 수 있다.
일반적으로, ITO소결체는 산화인듐분말과 산화주석분말의 혼합물을 소결시킴으로써 제조된다. 그러나, 직경 1㎛ 이하의 입자가 90% 이상의 부분을 구성하는 산화주석분말을 하나의 원료로써 사용하여 제조할 수도 있다.
직경 1㎛ 이하의 입자가 90% 이상의 부분을 이루는 산화인듐분말을 다른 원료로써 사용하여 보다 높은 밀도를 달성할 수 있다.
또 다른 방법에는, 1.8 g/cm3이상의 탭밀도를 갖는 산화주석-산화인듐의 혼합분말을 사용하는 방법이 있으며, 여기서 산화주석은 1㎛ 이하의 최대 입자크기를 가지며, 0.4㎛ 이하의 메디안직경을 갖는다.
메디안직경은 여기서 50%의 누적입자크기분포에 해당하는 입자크기를 의미한다. 본 발명에 있어서 입자크기는 2차의 입자크기를 의미하며, 입자크기분포의 백분율은 전체체적에 대한 체적백분율이다. 본 발명에 있어, 입자크기분포는 "CAPA-300"(상품명, 호리바 세이사쿠쇼에서 제조됨)을 이용하여, 2㎛ 미만의 입자크기에 대해서는 원심침강식(회전속도: 2000rpm)으로, 2㎛ 이상의 입자크기에 대해서는 중력침강식으로 측정한다.
본 발명의 탭밀도는 분말기법에서 일반적으로 언급되는 분말물질의 물리적 특성값이며, 조밀하게 충전된 체적밀도라고도 부른다. 탭밀도는 분말을 실린더내에 충진시키고, 실린더를 두드려서 분말의 체적을 감소시킨 다음, 분말의 최종체적과 중량을 측정함으로써 얻을 수 있다. 탭핑(tapping)폭과 탭핑회수는 특별히 제한받지 않으며, 분말의 체적이 일정하게 유지될 때까지 탭핑을 수행한다. 예를 들어,탭핑을 60mm의 탭핑폭에서 500번 이상 반복한다.
상기 특성을 갖는 분말상의 원료는 다음과 같은 방법으로 제조된다. 산화주석(SnO2)분말을 이온교환수내에 넣는다. 이온교환수의 pH를 액화암모니아 등을 첨가하여 9.5∼10.0의 범위가 되도록 조정한다. 산화주석분말을 교반하여 수용액내에서 분산시킨다. 수용액중에 분말을 균일하게 분산시키기 위해서는, 초음파를 적용하는 것이 적절하다. 미세한 산화주석분말입자를 얻기 위해서, 분산처리는 적절하게는 1시간 이상 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 충분한 분말의 분산을 위해서는 pH를 상술한 범위내로 조정한다. 분말을 분산처리전에 볼밀 등을 이용하여 10시간 이상 분쇄하는 것이 적절하다. 그러한 분쇄는 미세한 입자성분을 양호한 수율로 준비하는 것을 가능하게 해준다.
이온교환수는 분말에 대한 중량비 5%∼80%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 그렇게 함에 따라서, 분말을 이온교환수내에서 균일하게 분산시킬 수 있으며, 고수율로 미세한 입자성분을 얻을 수 있다.
분산처리를 수행한 다음, 용액을 소정의 시간동안 정체시켜서, 굵은 입자로 하여금 용기의 바닥에 침강되도록 한다. 일반적으로, 용매내에 분산된 입자는 입경함수로써 아래에 나타낸 스토크스의 중력침강속도식에 따르는 속도로 침강된다. 그러한 침강속도는 입자의 크기에 따라 중가한다.
여기서, Vi는 입경 Di를 갖는 입자의 침강속도(mm/min)이며; Di는 입경(㎛)이며; ρs는 입자의 밀도(g/cm3)이고; ρf는 용매의 밀도(g/cm3)이며; μ는 용매의 점도(센티포이즈)이다.
따라서, 분산용액의 액상표면에서 깊이 L로 침강되는 직경 Di의 입자의 침강시간(Ti)은 식: Ti = L / Vi로 표현된다. Di 이상의 직경을 갖는 입자는 Vi 이상의 속도로 침강하며, 그 결과 침강시간(Ti)이 경과한 상태에서, Di 이상의 입자는 액상표면에서부터 깊이 L까지의 범위의 분산용액내에 존재하지 않는다.
이러한 이론에 따라서, Ti의 시간이 경과한 후, 상기 깊이 L의 범위에 있는 용액을 분리함으로써 1㎛미만의 직경을 갖는 입자가 90% 이상 함유되어 있는 산화주석분말을 얻을 수 있다.
그러한 디캔테이션 분리법은 제한 받지 않으며, 종래의 방법으로도 수행할 수 있다. 그 방법은 마이크로-튜브펌프를 이용하여 요구된 용액부분을 분리하는 것을 포함하고 있다.
디캔테이션으로 분리되어 요구된 입경을 갖는 분말을 함유하고 있는 분산 용액을 회전건조기, 스프레이 건조기 등을 이용하여 건조처리하여서 수분과 암모니아를 제거하고, 원료산화주석분말을 얻는다. 필요하다면, 건조된 분말을 이온교환수에 다시 넣어서 세정할 수도 있다.
산화인듐분말에 대해서도 상기와 동일한 방식으로 처리하여서 요구된 입경을 갖는 산화인듐(In2O3)분말을 얻을 수 있다.
그렇게 얻어진 산화주석분말과 산화인듐분말을 볼밀 등과 같은 혼합장치를이용하여서 건식혼합 및 습식혼합하여서 혼합분말을 제조한다. 그러한 혼합물은 중량비 5%∼15%의 함량범위로 산화주석을 적절하게 함유하는 것이 바람직한 바, 그 이유는 스퍼터링으로 ITO박막을 제조시 특정저항도가 상기 범위내에서 최저가 되기 때문이다. 건조처리에 의해 얻어지는 산화주석분말 또는 산화인듐분말은 느슨하게 뭉쳐져서 제 3차입자를 형성하게 될 수도 있다. 따라서, 혼합을 5시간 이상 계속하여 수행하는 것이 바람직하다.
결과로 얻어진 혼합분말을 프레스, 슬립주조(slip casting) 등과 같은 성형법을 이용하여 ITO성형체로 성형한다. 프레스성형에서는, 혼합분말을 요구된 크기의 금형에 채우고, 프레스기를 이용하여 100∼300 kg/cm2의 압력범위에서 프레스하여 성형체를 성형한다. 필요하다면, 폴리비닐알콜 등과 같은 고착제를 성형시 첨가할 수도 있다. 슬립주조성형에서는, 혼합분말을 물, 분산제 및 고착제로 혼합하여서 50∼5000센티포이즈 범위의 점도를 갖는 슬러리를 형성한 다음, 그러한 슬러리를 주형에 붓고 3∼25 kg/cm2의 압력 범위로 프레스하여서 성형체를 성형한다.
또한 필요하다면, 결과로 얻어진 성형체를 CIP를 이용하여 압밀화처리를 수행할 수도 있다. CIP처리는 2톤/cm2이상의 압력으로 수행하여서 충분한 압밀효과를 달성하는 것이 바람직하다. CIP처리 후, 슬립주조방식으로 성형된 성형체를 5∼20시간동안 300∼500℃의 온도에서 건조 및 고착제제거 처리를 수행하여, 성형체내에 함유된 수분과 유기화합물을 적절하게 제거하는 것이 좋다. 또한, 고착제를 사용하여 프레스성형된 성형체도 동일한 방식으로 고착제제거를 위한 처리를 행하는 것이바람직하다.
계속해서, 그렇게 얻어진 성형체를 소결로에서 소결시킨다. 소결은 실질적으로 대기압에서 산소분위기중에서 수행될 수도 있다. 적절하게는, 가스체산소를 2.5 cm/min 이상의 직선속도로 소결로내에 투입하는 것이 바람직하다. 산소가스투입은 충분한 밀도상승을 가능케 해준다. 소결온도는 산화주석이 산화인듐내에 고용되기 쉬운 온도인 1450℃ 이상으로, 적절하게는 1450℃∼1550℃의 범위에 있는 것이 바람직하다. 소결지속시간은 충분한 밀도상승효과를 달성하기 위해서는 3시간 이상에 있는 것이 바람직하다.
상기 조건하에서는, 표면상에 평균길이 0.7㎛ 이하의 보이드크기를 갖거나 또는 평균길이 0.7㎛ 이상의 보이드크기와 7.08 g/cm3이상의 소결밀도를 갖는 ITO소결체 및/또는 최대길이 5.0㎛ 이하의 보이드크기를 갖는 ITO소결체가 제조되게 된다.
그런 다음, 그렇게 제조된 ITO소결체를 요구된 타깃형상으로 기계가공한다. 고밀도 ITO소결체는 종래의 ITO소결체보다 높은 경도를 갖는다. 크랙을 피하기 위해서 기계가공을 습식처리로 행하는 것이 좋다. 필요하다면 알루미나 슬러리등의 재료를 이용하여 스퍼터링면을 미러연마하여서, 습식기계가공후 표면 상에 남게 되는 미세한 찰상들을 제거해도 좋다.
가공된 ITO소결체를 인듐납땜등의 납땜을 이용하여서 무산소구리등으로 만들어지는 배킹플레이트와 접착하여서 타깃을 형성한다.
이러한 방식으로 준비된 본 발명의 ITO스퍼터링타깃은 스퍼터링도중 노듈 형성을 억제하는 효과를 확실히 나타낸다.
본 발명은 본 발명을 한정하지 않는 예들을 참고하여서 이하에 상세히 설명된다.
예 1
3L 폴리에틸렌병에 산화주석입자를 구성하는 70%가 1㎛이하의 입자크기를 갖는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경 15mm인 나일론 볼 3kg을 넣었다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌용기 내의 5000g의 이온교환수에 넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가하여 9.5로 조절하였다. 그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 이후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플의 점도는 1.0센티포이즈였다. 용기 내의 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다. 직경 1㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스(Stokes)식에 따라서 측정될때 0.19mm/분이었다.
용기바닥에 분말침전물이 누적되는 것을 고려하여, 직경 1.0㎛인 산화주석입자가 액체표면으로부터 180mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간은 15.5시간으로 측정되었다. 15.5시간이 경과한 후에, 분리시에 1㎛이상의 입자크기가 혼입되는 것을 피하기 위해서 표면으로부터 170mm깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로튜브펌프로 분리하였다. 산화주석을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기로 건조하여서 산화주석분말 73g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기를 입자분포 측정장치로 측정하였으며, 1㎛이하의 입자크기가 전체체적의 90%를 차지한다는 것을 발견했다.
이 산화주석분말 40g과, 전체체적의 60%가 1㎛이하의 입경을 갖는 산화인듐분말 360g을 건식 볼밀을 이용하여 16시간동안 혼합하여서 혼합분말을 준비했다. 혼합분말을 직경 120mm인 금형에 채우고, 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력으로 CIP처리하여서 3.93g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다.
성형체를 순수산소분위기의 소결로에서 이하의 조건으로 소결시켰다. 얻어진 소결체의 아르키메데스(Archimedes)법에 의거한 밀도는 7.06g/cm3이었다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 25℃/시
소결시간: 5시간 산소 선속도: 2.7cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 얻어진 가공된 소결체의 파재는 보이드를 측정하는데 이용되었다. 파재의 표면을 방수연마페이퍼와 알루미나 슬러리를 이용하여 습식 연마하여서 미러표면을 얻었다. 이 파재 연마면을 1400℃에서 5분동안 써멀에칭처리하였다. 써멀에칭된 표면을 SEM으로 관찰하고, 3500배 배율로 임의로 선택된 부분에서 20매 현미경사진을 취했다. 현미경사진을 이용하여서 직경법으로 각 보이드의 보이드크기의 각 길이를 측정하였다. 보이드크기의 평균길이는 0.7㎛였고 보이드크기의 최대길이는 2.4㎛였다.
가공된 ITO소결체를 무산소구리로 이루어진 배킹플레이트에 인듐납땜을 이용하여 접착하여서 타깃을 형성하였다. 이 타깃을 가지고, 이하의 스퍼터링조건으로 스퍼터링하는 동안 연속방전테스트를 행하였다. 테스트를 시작한 후 대략 60시간의 시간부터, 노듈이 에로젼(erosion) 레이스코스 근처에 점차적으로 형성되는 것이 발견되었으나, 그 노듈의 양은 지극히 소량이었다.
(스퍼터링 조건)
DC 파워: 120W(2.6W/cm2), 가스압력: 0.5Pa
아르곤가스 유량: 50 SCCM 산소가스 유량: 0.6 SCCM
예 2
4개의 5L 폴리에틸렌 용기에 각각 5000g의 이온교환수과, 산화인듐입자를 구성하는 60%가 1㎛이하의 입자크기를 갖는 산화인듐분말 250g(총 1000g)을 넣었다. 소량의 암모니아수를 첨가하여 분산매의 pH를 9.5로 조절하였다. 그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파처리하였다.
분산처리 후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플의 점도는 1.0센티포이즈였다. 용기내 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다. 직경이 1.0㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스식에 따라서 0.20mm/분으로 계산되었다.
용기 바닥으로의 분말침전물의 누적을 고려하여, 직경 1.0㎛인 산화인듐 입자가 액체표면으로부터 180mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간은 15시간으로 측정되었다. 15시간이 경과한 후에, 분리시에 1㎛ 이상인 입자크기가 혼입되는 것을 고려하여, 표면으로부터 170mm의 깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로튜브 펌프를 이용하여 분리하였다. 산화인듐을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기로 건조하여서 산화인듐분말 380g을 얻었다. 산화인듐 분말의 입자크기는 입자분포 측정장치를 이용하여 측정하였으며 1㎛이하의 입자크기가 전체체적의 90%를 구성한다는 것을 발견하였다.
별도로, 3L 폴리에틸렌병에, 산화주석입자를 구성하는 70%가 1㎛이하의 입자크기를 갖는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경15mm인 나일론 볼 3kg을 넣었다. 산화주석분말을 72시간동안 볼밀(ball-mill)분쇄하였다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌 용기 내의 5000g의 이온교환수에 넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가하여 9.5로 조절하였다. 그후, 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플의 점도는 1.0센티포이즈였다. 용기 내의 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다.
직경 0.5㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스 식에 의거해서 0.05mm/분으로 계산되었다.
용기 바닥으로의 분말침전물의 누적을 고려하여, 액체표면으로부터 140mm 깊이까지의 직경 0.5㎛인 산화주석입자의 침강시간은 46.7시간으로 측정되었다. 46.7시간이 경과한 후에, 표면으로부터 135mm깊이까지의 분산용액 부분은 분리시에 0.5㎛이상의 입자크기의 혼입을 회피하기 위해 마이크로튜브펌프를 이용하여 분리하였다. 산화주석을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기로 건조하여서 산화주석분말 60g분말을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기는 입자분포 측정장치를 이용하여 측정하였으며, 모든 입자가 1㎛이하의 직경을 갖는다는 것을 발견했다.
얻어진 산화인듐분말 360g과 얻어진 산화주석분말 40g을 건조상태에서 16시간동안 볼밀 혼합하여 혼합분말을 준비하였다. 이 혼합분말을 직경 120mm인 금형에 채우고 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력하에서 CIP처리하여서 3.92g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소분위기의 소결로 내에서 이하에 설명될 조건으로 소결시켰다. 얻어진 소결체는 아르키메데스법에 따라서 7.12g/cm3의 밀도를 갖는다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 25℃/시
소결시간: 10시간 산소 선속도: 3.0cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 얻어진 가공된 소결체의 파재를 보이드를 관찰하는데 이용하였다. 이 파재의 연마된 면을 습식연마하여서 미러-표면을 얻었다. 이 파재의 표면을 1400℃에서 5분동안 써멀에칭처리하였다. 써멀에칭된 표면을 SEM으로 관찰하였으며, 20매 현미경사진이 예 1에서와 동일한 방식으로 임의로 선택된 위치에서 3500배 배율로 취해진다. 각 보이드의 보이드크기의 각 길이를 현미경사진을 이용하여 직경법으로 측정하였다. 보이드크기의 평균길이는 0.6㎛였으며, 보이드크기의 최대길이는 1.7㎛였다.
가공된 ITO소결체를 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 인듐납땜을 이용하여 접착하여서 타깃을 형성하였다.
이 타깃을 가지고,예 1에서와 동일한 스퍼터링 조건하에서 스퍼터링하는 동안 연속방전테스트를 행했다. 타깃의 수명이 끝날때까지 노듈이 형성되지 않았다.
비교예 1
입자를 구성하는 70%가 1㎛이하의 입자크기를 갖는 산화주석분말 40g과, 입자를 구성하는 60%가 1㎛이하의 크기를 갖는 산화인듐 360g을 예 1에서와 동일한 조건하에서 건조상태에서 볼밀을 이용하여 혼합하여서 혼합분말을 준비했다. 혼합분말을 프레스성형하고, 예 1에서와 동일한 조건하에서 CIP처리하여서 성형체를 형성하였다. 결과 성형체는 3.94g/cm3의 밀도를 가졌다. 이러한 성형체를 예 1에서와 동일한 소결 조건에서 소결하여서 ITO소결체를 준비하였다.
결과 소결체는 아르키메데스 법에 의거한 6.97g/cm3의 밀도를 갖는다. 이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO소결체는 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 인듐납땜에 의해 접착되어서 타깃을 형성한다. 기계가공도중 얻어진 소결체의 파재를 보이드를 관찰하기 위해 이용하였다. 파재의 표면을 미러-연마하였으며, 1400℃에서 5분간 써멀에칭처리하였다. 써멀에칭된 표면은 SEM을 이용하여 관찰하였으며, 20매 현미경사진이 예 1에서와 동일한 방식으로 임의로 선택된 부분에서 3500배 배율로 취해졌다. 각 보이드의 보이드크기의 각 길이는 현미경사진을 이용하여서 직경법에 의해 측정하였다.보이드크기의 평균길이는 0.8㎛이며, 보이드크기의 최대길이는 14㎛이었다.
이 타깃을 가지고, 예 1에서와 동일한 스퍼터링 조건에서 스퍼터링하는 동안 연속방전테스트를 행했다. 타깃을 이용하기 시작한 후 대략 30시간의 시간으로부터, 에로젼 레이스코스 근처에 점차적으로 노듈이 형성되는 것을 발견했다.
예 3
3L 폴리에틸렌병에 산화주석입자를 구성하는 70%가 1㎛이하의 입자크기를 가지는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경 15mm인 나일론 볼 3kg을 넣었다. 산화주석분말을 72시간동안 볼밀분쇄하였다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌 용기 내의 5000g의 이온교환수에 채워넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가하여서 9.5로 조절하였다. 그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 후, 분산용액으로부터 취해진 샘플의 점도는 1센티포이즈였다.
용기 내의 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다. 직경이 0.8㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스 식에 의거해서 0.124mm/분으로 측정되었다.
용기 바닥으로의 분말침전물의 누적을 고려하여, 직경이 0.8㎛인 산화주석입자가 액체표면으로부터 160mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간은 21.5시간으로 측정되었다. 21.5시간이 경과한 후에, 표면으로부터 160mm 깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로-튜브펌프로 분리하였다.
산화주석분말을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기로 건조하여서 산화주석분말 89g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기는 입자분포 측정장치로 측정하였으며, 1㎛ 이하의 입자크기는 전체체적의 92%를 차지하며 0.5㎛이하의 직경을 갖는 입자는 78%를 차지한다는 것을 발견했다.
이 산화주석분말 40g과, 입자를 구성하는 61%가 1㎛이하의 입경을 가지는 산화인듐분말 360g을 건식 볼밀로 16시간동안 혼합하여서 혼합분말을 준비하였다. 이 혼합분말을 120mm의 직경을 갖는 금형에 채워넣고, 250kg/cm2의 압력하에서 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력으로 CIP처리하여서 3.91g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소분위기의 소결로 내에서 이하의 조건으로 소결시켰다. 얻어진 소결체의 아르키메데스법에 의거한 밀도는 7.09g/cm3이었다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 25℃/시
소결시간: 6시간 산소 선속도: 2.8cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO 소결체를 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 인듐납땜을 이용하여 접착하여서 타깃을 형성하였다. 이 타깃을 가지고, 이하의 스퍼터링 조건으로 스퍼터링하는 동안 연속방전테스트를 행했다.
(스퍼터링 조건)
DC파워: 120W(2.6W/cm2), 가스압력: 0.5Pa
아르곤가스 유량: 50 SCCM 산소가스 유량: 0.6 SCCM
연속 스퍼터링테스트의 결과, 타깃의 수명이 끝날때까지 노즐이 형성되지 않았다.
예 4
3L 폴리에틸렌병에 산화주석입자를 구성하는 71%가 1㎛이하의 크기를 갖는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경 15mm인 나일론 볼 3kg을 넣었다. 산화주석분말을 72시간동안 볼밀분쇄하였다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌 용기 내의 5000g의 이온교환수에 채워넣었다. 분산매의 pH를 소량의 암모니아수를 첨가함으로써 9.5로 조절하였다. 그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 이후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플의 점도는 1센티포이즈였다. 용기 내의 분산용액 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다. 직경이 0.4㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스 식에 의거해서 0.031mm/분으로 측정되었다. 용기 바닥에 분말침전물의 누적을 고려해서, 직경이 0.4㎛인 산화주석입자가 액체표면으로부터 130mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간은 69.9시간으로 측정되었다.
69.9시간이 경과한 후에, 표면으로부터 130mm깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로-튜브펌프로 분리하였다. 산화주석분말을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기를 이용하여 건조시켜서 산화주석분말 55g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기는 입자분포 측정장치로 측정하였으며, 1.0㎛이하의 입자크기가 전체체적의 98%를 차지하며, 0.5㎛ 이하의 입자크기가 전체체적의 92%를 차지한다는 것이 밝혀졌다.
이 산화주석분말 40g과, 입자를 구성하는 60%가 1㎛이하의 입경을 갖는 산화인듐분말 360g을 건식 볼밀을 이용하여 16시간 동안 혼합하여서 혼합분말을 형성하였다. 이 혼합분말을 직경 120mm의 금형에 채우고, 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력으로 CIP처리하여서 3.93g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소분위기의 소결로 내에서 이하의 조건으로 소결하였다. 그 결과 소결체는 아르키메데스법에 의거한 밀도 7.13g/cm3를 갖는다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 25℃/시
소결시간: 6시간 산소 선속도: 2.8cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO소결체를 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 인듐납땜을 이용하여 접착시켜서 타깃을 형성하였다. 이 타깃을 가지고, 예 1에서와 동일한 스퍼터링 조건하에서의 스퍼터링 동안 연속방전테스트를 행했다. 연속 스퍼터링테스트의 결과, 타깃의 수명이 끝날때까지 노듈이 형성되지 않았다.
예 5
4개의 5L 폴리에틸렌 용기 각각에는, 이온교환수 5000g과 산화인듐입자를 구성하는 60%가 1㎛이하의 입경을 갖는 산화인듐분말 250g(총 1000g)을 채워넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가함으로써 9.5로 조절하였다. 그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플은 1센티포이즈의 점도를 갖는다. 용기 내의 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다. 직경이 1.2㎛인 산화주석입자의 침강속도는 침강속도용 스토크스 식에 의거해서 0.291mm/분으로 측정되었다. 용기 바닥에 분말침전물의 누적을 고려해서, 직경이 1.2㎛인 산화인듐입자가 액체표면으로부터 180mm의 깊이까지 침전하는데 걸리는 시간은 10.3시간으로 측정되었다. 10.3시간이 경과한 후에, 표면으로부터 180mm깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로튜브펌프로 분리하였다.
산화인듐을 함유하는 분리된 분산용액이 회전증발기를 이용하여 건조시켜서 산화인듐분말 406g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기를 입자분포 측정장치로 측정하였으며, 1.0㎛이하의 입자크기는 전체체적의 91%를 차지한다는 사실을 발견했다.
별도로, 산화주석분말이 예 4에서와 동일한 방법으로 준비되었으며, 여기서 1㎛이하의 입자크기는 산화주석의 98%를 차지하며, 0.5㎛이하의 입자크기는 전체체적의 92%를 차지했다.
상기에서 얻어진 산화인듐분말 360g과, 얻어진 산화주석분말 40g과를 건조상태에서 16시간동안 볼밀혼합하여 혼합분말을 준비했다. 이 혼합분말을 직경 120mm인 금형에 채우고, 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력으로 CIP처리하여서 3.93g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소분위기의 소결로 내에서 이하의 조건으로 소결시켰다. 그 결과 얻어진 소결체는 아르키메데스법에 의한 밀도가 7.14g/cm3이었다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율:25℃/시
소결시간: 6시간 산소 선속도: 2.8cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 높이 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO소결체를 인듐납땜으로 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 접착하여서 타깃을 형성하였다. 이 타깃을 가지고, 예 1에서와 동일한 스퍼터링 조건에서의 스퍼터링 동안 연속방전테스트를 행하였다.
타깃의 수명이 끝날때까지 어떠한 노듈도 형성되지 않았다.
예 6
3L 폴리에틸렌병에 최대입자크기가 9.0㎛이며 메디안크기가 1.9㎛인 입자로 구성되는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경 15mm인 나일론 볼 3kg을 채워넣었다. 산화주석분말을 48시간동안 볼밀분쇄하였다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌 용기 내에 있는 5000g의 이온 교환수에 넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가하여 9.5로 조절하였다.그후 분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파로 처리하였다.
분산처리 후에, 분산용액으로부터 취해진 샘플은 1센티포이즈의 점도를 가졌다. 용기내 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다.
직경 1.0㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스 식에 의해 0.194mm/분으로 측정되었다. 용기 바닥에 분말침전물이 누적되는 것을 고려해서, 직경 1.0㎛인 산화주석입자가 액체표면으로부터 180mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간이 15.5시간으로 측정되었다. 15.5시간이 경과된 후에, 표면으로부터 180mm깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로튜브펌프로 분리하였다. 산화주석분말을 함유하는 분리된 분산용액을 회전증발기로 건조시켜서 산화주석분말 106g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기는 입자분포 측정장치를 이용하여 측정하였으며, 입자는 1.0㎛인 최대입자크기와 0.4㎛인 메디안직경을 갖는다는 것을 발견하였다.
이 산화주석분말 40g과, 최대입자크기가 3.6㎛이며 메디안직경이 0.7㎛인 산화인듐분말 360g을 16시간 동안 건식 볼밀로 혼합하여서 혼합분말을 형성한다. 이 혼합분말은 2.04g/cm3의 탭밀도를 갖는다.
이 혼합분말을 직경 120mm의 금형에 채우고, 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력에서 CIP 처리하여서 3.93g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소분위기의 소결로 내에서 이하의 조건으로 소결시켰다. 얻어진 소결체는 아르키메데스법에 의한 밀도7.08g/cm3를 갖는다.
(소결조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 25℃/시
소결시간: 5시간 산소 선속도: 2.7cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO소결체를 인듐납땜에 의해서 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 접착하여서 타깃을 형성하였다.
이 타깃을 가지고, 이하의 스퍼터링 조건하에서 스퍼터링하는 동안 연속 방전테스트를 행했다. 연속 스퍼터링테스트의 결과, 타깃의 수명이 끝날때까지 노듈이 형성되지 않았다.
(스퍼터링 조건)
DC 파워: 120W(2.6W/cm2) 가스압력: 0.5Pa
아르곤가스 유량: 50 SCCM 산소가스 유량: 0.6 SCCM
예 7
3L 폴리에틸렌병 안에 최대입자크기가 9.0㎛이며 메디안크기가 1.9㎛인 입자로 구성되는 산화주석분말 250g과, 철심을 갖는 직경 15mm인 나일론 볼 3kg을 채웠다. 산화주석분말을 48시간동안 볼밀분쇄하였다.
볼밀처리된 산화주석분말을 5L 폴리에틸렌 용기 내의 5000g의 이온교환 수속에 넣었다. 분산매의 pH는 소량의 암모니아수를 첨가하여 9.5로 조절하였다. 그후분산용액을 교반날개로 교반하면서 1시간동안 초음파를 공급하여 처리하였다. 분산처리 후에, 그 분산용액으로부터 취해진 샘플은 1센티포이즈의 점도를 갖는다. 용기내 분산용액의 표면높이는 바닥으로부터 250mm만큼 높았다.
직경 0.5㎛인 산화주석입자의 침강속도는 스토크스 식에 의해 0.048mm/분으로 측정되었다. 용기바닥에 분말침전물이 누적되는 것을 고려하여, 직경 0.5㎛인 산화주석입자가 액체표면으로부터 180mm깊이까지 침강하는데 걸리는 시간이 62.5시간으로 측정되었다. 62.5시간이 경과한 후에, 표면으로부터 180mm깊이까지의 분산용액 부분을 마이크로튜브펌프를 이용하여 분리하였다.
산화주석분말을 함유하는 분리된 분산용액은 회전증발기를 이용하여 건조시켜서 산화주석분말 63g을 얻었다. 산화주석분말의 입자크기는 입자분포측정장치를 이용하여 측정하였으며, 입자는 0.5㎛의 최대입자크기를 가지며 0.3㎛의 메디안직경을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
이 산화주석 40g과, 최대입자크기가 3.6㎛와 메디안직경이 0.7㎛인 산화인듐분말 360g을 건조상태에서 16시간 동안 볼밀을 이용하여 혼합하여서 혼합분말을 준비하였다. 이 혼합분말은 2.06g/cm3의 탭밀도를 갖는다.
이 혼합분말을 직경이 120mm인 금형에 채우고, 250kg/cm2의 압력으로 프레스하여서 성형체를 형성하였다. 이 성형체를 3톤/cm2의 압력에서 CIP처리하여서 3.93g/cm3의 밀도를 갖는 성형체를 얻었다. 이 성형체를 순수산소 분위기의 소결로내에서 이하 조건으로 소결시켰다. 그 결과 소결체는 아르키메데스 법에 의한 밀도가 7.12g/cm3이었다.
(소결 조건)
소결온도: 1500℃ 온도상승율: 50℃/시
소결시간: 5시간 산소 선속도: 2.7cm/분
이 소결체를 습식가공법에 의해 직경이 76.2이며 두께가 6mm인 소결체로 가공하였다. 이 가공된 ITO소결체를 인듐납땜에 의해서 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트와 접착시켜서 타깃을 형성하였다.
이 타깃을 가지고, 예 1에서와 동일한 스퍼터링 조건에서 스퍼터링하는 동안 연속방전테스트를 행했다. 연속 스퍼터링테스트의 결과, 타깃의 수명이 끝날때까지 노듈이 형성되지 않았다.
비교예 2
최대입자크기가 9.0㎛이며 메디안직경이 1.9㎛인 입자로 구성된 산화주석분말 40g과, 최대입자크기가 4.2㎛이며 메디안직경이 0.6㎛인 산화인듐 360g을 예 1에서와 동일한 조건하에서 건조상태에서 볼밀을 이용하여 혼합하여서 혼합분말을 준비하였으며, 예 1에서와 동일한 조건으로 프레스성형하고 CIP처리하여서 성형체를 형성하였다. 그 결과 성형체의 밀도는 3.92g/cm3이었다. 이 성형체를 예 1에서와 동일한 소결조건으로 소결시켜서 ITO소결체를 준비하였다.
결과 소결체의 아르키메데스 법에 의거한 밀도는 6.86g/cm3이었다. 이 소결체를 습식가공법에 의해 직경 76.2mm이며 두께 6mm인 소결체로 가공하였다. 가공된 ITO소결체를 무산소구리로 만들어진 배킹플레이트에 인듐 납땜을 이용하여 접착하여서 타깃을 형성하였다. 이 타깃을 가지고, 예1에서와 동일한 스퍼터링 조건하에서의 스퍼터링 동안에 연속방전테스트를 행했다. 타깃을 이용하기 시작한 후 대략 30시간의 시간으로부터, 에로젼레이스코스 근처에 점차적으로 노듈이 형성되는 것을 발견했다.
비교예 3
예 6에서와 동일한 방식으로 준비되며, 최대입자크기가 1.0㎛이며 메디안직경이 0.4㎛인 입자로 구성되는 산화주석분말 40g과, 최대입자크기가 3.6㎛이며 메디안직경이 0.7㎛인 입자로 구성되는 산화인듐 360g을 10분 동안 볼밀을 이용하여 혼합하여서 혼합분말을 형성하였다. 결과 혼합분말은 1.7g/cm3의 탭밀도를 갖는다. 이 혼합분말을 프레스성형하고 CIP처리하여서 성형체를 얻었다. 그 결과 성형체는 3.93g/cm3의 밀도를 가졌다.
이 성형체를 예 1에서와 동일한 소결조건으로 소결처리하였다. 얻어진 소결체에 크랙이 발생했다.
본 발명의 ITO소결체는 제어된 평균직경의 보이드크기를 가지며, 7.08 g/cm3이상의 고밀도를 갖는다. 이러한 소결체로 이루어진 ITO 스퍼터링 타깃은 스퍼터링도중에 노듈이 형성되지 않도록 하며, 스퍼터링 도중의 입자발생을 방지한다. LCD제조에 있어서의 수율을 확실히 개선할 수 있다.

Claims (9)

  1. 실질적으로 산화주석분말 5∼15중량%과 산화인듐분말 85∼95중량%을 혼합한 혼합물을 소결하여 이루어진 ITO소결체에 있어서,
    표면 보이드의 직경법에 의한 평균직경이 0.7㎛이하인 것을 특징으로 하는 ITO소결체.
  2. 제 1항에 있어서,
    ITO소결체는 7.08g/cm3이상의 소결밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 ITO소결체.
  3. 제 1항에 있어서,
    보이드크기의 최대길이는 직경법으로 구할때 5.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 ITO소결체.
  4. 제 2항에 있어서,
    보이드크기의 최대길이는 직경법으로 구할때 5.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 ITO소결체.
  5. 산화주석분말 5∼15중량%과 산화인듐분말 85∼95중량%의 혼합분말로부터 형성되는 성형체를 산소분위기에서 소결시키는 공정을 포함하여 이루어지며, 상기 산화주석분말은 그 90%이상을 차지하는 입자가 1㎛ 이하의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 산화인듐-산화주석(ITO)소결체의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    산화주석분말의 90%이상의 입자가 1㎛이하의 크기를 가지며, 산화주석 분말의 80%이상의 입자가 0.5㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 ITO소결체의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    산화인듐분말의 90%이상의 입자가 1㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 ITO소결체의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    산화인듐분말의 90% 이상의 입자가 1㎛이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 ITO소결체의 제조방법.
  9. 산화주석분말 5∼15중량%과 산화인듐분말 85∼95중량%의 혼합분말로부터 형성되는 성형체를 산소분위기에서 소결시키는 공정을 포함하여 이루어지며, 여기서혼합분말은 1.8g/cm3이상의 탭밀도를 가지며, 산화주석분말은 최대입자크기가 1㎛이하이며 메디안직경(누적입경분포의 50%에 상당하는 입경)이 0.4㎛이하인 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화인듐-산화주석(ITO)소결체의 제조방법.
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