KR100575570B1 - 일산화 규소 소결체와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일산화 규소 증착 재료로서 요구되는 조직의 균질성, 양호한 기계 가공성, 저(低)스플래시성이 얻어지는 일산화 규소 소결체, 또는 스퍼터링용 타깃 재료로서 요구되는 임의의 형상이며, 또한 100mm 이상의 직경을 가지는 일산화 규소 소결체를 안정적으로 제조성이 양호하게 제공하는 것을 목적으로 하며, 15MPa 이상의 프레스 압력, 1200∼1350℃의 온도 조건으로 핫 프레스에 의한 소결을 실행함으로써, 겉보기 밀도가 1.68g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체를 얻을 수 있고, 또한 일체형의 외형 내에 간극을 형성하여 복수 분할한 내형을 내장하는 구조이며, 이 간극에 완충제를 배치하는 프레스형을 사용함으로써 직경이 100mm 이상이며, 또한 겉보기 밀도가 진밀도(眞密度)의 95% 이상인 2.13g/㎤ 이상의 일산화 규소 소결체를 얻을 수 있어, 진공 증착이나 스퍼터링 등에 최적의 기상(氣相) 성막용 재료를 제공할 수 있다.

일산화 규소 소결화, 겉보기 밀도, 진밀도, 증공 증착, 완충재.

Description

일산화 규소 소결체와 그 제조 방법 {SILICON MONOXIDE SINTERED PRODUCT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 진공 증착이나 스퍼터링 등의 기상(氣相) 성막용 재료인 일산화 규소 소결체의 개량에 관한 것이며, 원료 분말을 특정 범위의 핫 프레스(hot press) 조건, 또한 복수 분할한 내형(內型)과 완충재를 사용하여 핫 프레스법으로 소결(燒結)함으로써, 기계 가공성이 우수하고 조직이 균질(均質)이고 저(低)스플래시성을 가지는 증착 재료가 얻어지며, 또 스퍼터링용 타깃(sputtering target)으로서 소정의 형상이며 우수한 평면성이 얻어지는 일산화 규소 소결체와 그 제조 방법에 관한 것이다.

일산화 규소를 진공 증착법 등으로 성막하여 얻은 박막은 여러 가지의 재료에 대하여 밀착성이 양호하고, 절연 저항이 높고, 유전(誘電) 특성도 우수할 뿐만 아니라, 비교적 저온으로 증착이 가능하고 성막(成膜)이 용이한 등의 특징을 가진다.

일산화 규소 증착막은 상기와 같이 우수한 특성을 가지기 때문에 많은 용도로 이용되는 바, 예를 들면 광학 특성을 이용하는 용도로서 유리 등의 반사 방지막, 보호막, 또는 태양 전지의 반사 방지막이 있으며, 또 절연 특성을 이용하는 것으로서 박막 콘덴서가 있다.

또한 산소, 수증기, 향기 등에 대한 가스 차단성이 양호하고, 플라스틱 필름에 증착하여 가스 배리어성 필름을 이루어 식품, 의약품, 정밀 전자 부품 등의 포장에 사용되고 있다.

이러한 일산화 규소막은 각종의 증착 방법 외에, 스퍼터링법 등에 의해 성막되기 때문에, 성막 원료가 되는 일산화 규소용 증착 재료나 스퍼터링용 타깃이 각 성막법에서 요구되는 형상 치수로 가공된다.

상기 일산화 규소 증착막을 만들기 위한 증착 재료는, 일반적으로, 금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물을 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 기체(氣體) 일산화 규소를 비교적 저온의 석출(析出) 기체에 증착시켜 얻어지는 일산화 규소 덩어리가 사용된다. 또는 상기 혼합물 외에, 일산화 규소 덩어리를 생성할 때 발생하는 스크랩을 첨가한 원료가 사용되는 일도 있다.

상기 일산화 규소 덩어리는 물러서 깨지기 쉬워 기계 가공이 곤란하기 때문에, 사용하기 쉬운 크기로 깨뜨려 작은 덩어리로 하여, 예를 들면 50mm 정도로 깨뜨린 판형의 작은 덩어리가 사용된다. 이 일산화 규소의 작은 덩어리는 전자 빔 증착법이나 저항 가열 증착법 또는 플라스마 가열 증착법 등의 증착 재료로서 사용된다.

진공 증착으로 제조한 일산화 규소 덩어리는 조직이 균일하지 않고, 증착 초기에 석출 기판에 석출한 부분은 침상(針狀) 조직을 하고 있어, 이 부분을 증착 재료로서 필름 상에 성막하면, 스플래시 현상이 다발하는 문제가 있다. 그리고, 석 출 기판 상에 그후 석출한 증착 재료의 표면 부근은 이러한 문제가 없다.

근래, 전자 빔 가열 증착법에 의한 성막의 생산성을 향상시키기 위해, 일산화 규소 증착 재료를 연속적으로 공급하여 연속 성막을 실행하는 방법이 검토되고 있다. 증착 재료를 연속적으로 공급하기 위해 입상(粒狀) 원료를 가열 용기에 연속적으로 공급하는 방법이 고려되지만, 스플래시가 심하게 발생하는 문제가 있다. 그래서, 원주(圓柱)나 각주(角柱)의 긴 증착 재료를 수냉(水冷)의 바닥이 없는 도가니 하방으로부터 연속적으로 공급하고, 증착 재료의 상면을 전자 빔이나 플라스마 빔으로 가열하여 연속 성막을 실행하는 것도 고려되지만, 종래의 증착 재료는 물러서 기계 가공이 곤란하고 불균일하여, 설사 침상 조직 부분을 제거했다고 해도 채용이 곤란하다.

한편, 일산화 규소 증착 재료를 염가에 제조하는 방법으로서, 규소 분말과 이산화 규소 분말을 건식(乾式)으로 혼합하여 가압 성형하고 소결한 것을 일산화 규소용 증착 재료로 하는 제안이 이루어져 있다[일본국 특개소 63(1988)-310961호 공보]. 이 소결법에 의하면, 비교적 저코스트로 제조할 수 있지만, 겉보기 밀도가 낮아 상기 스플래시 현상을 충분히 억제할 수 없었다.

종래의 진공 응축법으로 얻은 일산화 규소용 증착 재료, 및 규소 분말과 이산화 규소 분말을 건식으로 혼합하여 가압, 성형 후에 소결하여 얻은 이 증착 재료는 모두 스플래시의 발생을 충분히 억제할 수 없었다.

또 후자의 소결법의 경우에는, 가열에 의해 규소와 이산화 규소가 반응하여 일산화 규소를 생성한 후에 승화(昇華), 성막이 일어나기 때문에 성막 속도가 느리 다고 하는 문제가 있다.

한편, 사용할 증착 장치의 타깃 지지부 형상에 증착 재료의 형상을 맞출 필요 로 재료를 기계 가공하는 경우가 있다. 그러나, 종래의 진공 응축법으로 얻거나, 원료 분말을 건식으로 혼합하여 가압, 성형 후에 소결하여 얻은 일산화 규소용 증착 재료에서는, 가공 시에 균열이나 파손이 다발하기 때문에, 원하는 형상으로 기계 가공하는 것이 곤란했다.

또 일산화 규소는 스퍼터링용 타깃으로서 사용된다. 이 타깃 재료로서는 스퍼터링 장치의 타깃 홀더에 따른 형상으로 가공되어 있을 것, 스퍼터링 시의 파티클 발생을 억제하기 위해 고밀도일 것, 조직이 균질일 것이 요구되고 있다.

스퍼터링 타깃으로서 바람직한 밀도로서는, 그 겉보기 밀도가 진밀도(眞密度)의 95% 이상이다. 여기에서, 일산화 규소의 진밀도는 2.24g/㎤이기 때문에, 겉보기 밀도가 진밀도의 95% 이상은 2.13g/㎤ 이상에 상당한다.

일본국 특개평 9(1997)-143689호 공보와 일본국 특개평 9(1997)-143690호 공보에는, 규소 분말과 이산화 규소 분말을 함유하는 슬러리를 습식(濕式) 성형하고, 그 성형 시에 겔화시켜 얻어진 성형물을 건조하여 소성하는 다공질 증착 재료가 제안되어 있다. 이 공보에 기재된 증착 재료는 겉보기 밀도가 0.67∼1.57g/㎤(진밀도의 30∼70%에 상당) 밖에 안돼, 스퍼터링 시의 파티클의 발생이 염려된다.

전술한 일본국 특개소 63(1988)-310961호 공보에 기재된 증착 재료는 규소 분말과 이산화 규소 분말의 혼합 소결체로서, 규소 분말과 이산화 규소 분말 사이에서의 반응은 거의 진행되지 않아 겉보기 밀도는 1.2∼1.3g/㎤ 정도이며, 2.13g/ ㎤ 이상의 소결체는 얻어지지 않는다.

또한 일본국 특개소 63(1988)-166965호 공보에는, 종래법으로서 이산화 규소와 금속 규소와의 혼합물을 진공 중에서 승화ㆍ석출한 일산화 규소를 분쇄한 후 가압ㆍ소결하여 얻어진 성형체로부터 타깃을 얻는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 발명자들의 실험에서, 일산화 규소는 진공 중에서 약 1200℃에서 고체로부터 기체로 승화되는 성질이 있기 때문에, 승화 온도 이하에서 가열 상한 온도로 생각되는 1150℃에서 가압ㆍ소결을 실행했지만, 그 소결체의 겉보기 밀도는 1.3g/㎤ 정도 밖에 얻지 못했다.

종래 어느 제조 방법에서도, 일산화 규소 소결체의 겉보기 밀도는 1.5g/㎤를 넘는 것이 없었다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 보이는 문제를 해결하여, 양호한 기계 가공성, 저스플래시성 및 균질성의 조건을 만족시키고, 진공 증착에 의한 연속적인 상막도 가능하게 하는 일산화 규소 증착 재료로서 이용할 수 있는 일산화 규소 소결체의 제공을 목적으로 하고 있다.

또 본 발명은 스퍼터링용 타깃으로서, 타깃 홀더에 장착 가능한 형상을 얻는 것이 용이하며, 고밀도로 균일한 조직을 가지고 파티클의 발생을 억제할 수 있는 일산화 규소 소결체의 제공을 목적으로 하고 있다.

발명자들은 일산화 규소 소결체 조직의 균질화와 고밀도화에 대하여, 여러 가지 검토한 결과, 진공 증착법으로 얻은 일산화 규소 덩어리로부터 얻은 분말은 프레스 성형을 할 수 없어 소결에 이르지 않는 것, 특히 일산화 규소 덩어리는 겉보기 밀도가 1.95g/㎤ 이상의 것이 얻어지지만, 스퍼터링용 타깃에 기계 가공하면, 두께 방향의 비커스 경도(Vickers hardness)에 불균일을 가져 균질의 조직이라고는 말할 수 없기 때문에, 가공 중 전량에 균열이나 파손이 발생하여 사용 불능인 것을 발견했다.

발명자들은 또한 검토를 더하여 소결체의 겉보기 밀도를 높임으로써, 소결체의 기계 가공성과 저스플래시성을 향상시키는 것에 착안하여, 가압 소결에 대하여 검토한 결과, 어느 제조법으로 얻어진 일산화 규소 분말도 승화 온도 이하이며 가열 상한 온도로 생각되는 1150℃에서 가압ㆍ소결을 실행해도 소결체의 겉보기 밀도는 1.3g/㎤ 정도이며, 그 이상 상승하지 않는 것을 발견했다.

또 발명자들은 가압 소결에 대하여 예의 검토한 결과, 진공 분위기 하에서 원료를 가압ㆍ성형하면서 소결하는 수단을 채용하고, 이것을 일산화 규소의 승화 온도 이상인 1200℃ 이상에서 가압 성형하면, 승화되지 않고 원하는 형상의 일산화 규소 소결체가 얻어지는 것, 적어도 겉보기 밀도가 1.6g/㎤ 이상의 소결체가 얻어지는 것, 또한 소결 온도를 1250℃ 이상으로 함으로써, 원료 입자 간의 소결에 의한 결합이 보다 촉진되는 결과, 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상의 소결체가 얻어지는 것을 발견했다.

또한 발견자들은 상기 가압ㆍ성형하면서 승화 온도 이상의 가열 조건으로 소결하는 방법에 있어서, 피처리재의 치수가 커지면, 소결 후의 냉각 중에 소결체에 균열이 생기거나, 프레스형의 파손이 염려되지만, 일체형의 외형(外型) 내에 복수 분할한 내형을 완충재 시트를 통해 내장한 구성의 프레스형을 사용함으로써, 예를 들면 직경이 100mm 이상의 스퍼터링용 타깃 소재가 용이하게 얻어지는 것을 발견하고, 이 발명을 완성했다.

즉, 본 발명은

일산화 규소의 덩어리 입자 또는 분말 또는 그 양쪽을 프레스형에 충전하고,

프레스 압력이 10MPa 이상, 소결 온도가 1200∼1350℃,

유지 시간이 30분 이상의 조건으로 핫 프레스를 실행하여 소결함으로써, 겉보기 밀도가 1.68g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체를 얻는 제조 방법이다.

또 본 발명은 상기 구성의 제조 방법에 있어서, 압력이 15MPa 이상, 소결 온도가 1300∼1350℃, 유지 시간이 1hr 이상의 조건으로 진밀도와 거의 동일한 겉보기 밀도가 2.2g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제조 방법에서 사용하는 프레스형의 일부를 파단하여 나타내는 사시(斜視) 설명도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 프레스형에서 내형을 약간 상방으로 어긋나게 한 상태의 종단(縱斷) 정면 설명도이다.

도 3은 본 발명에 의한 소결체로 만들어진 증착용 일산화 규소 재료를 수냉 구리제 도가니에 연속 공급하고, 전자 빔을 조사하면서 연속 제막하기 위한 진공 증착 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.

본 발명으로 얻어지는 일산화 규소 소결체는 적어도 겉보기 밀도가 1.6g/㎤ 이상이며, 핫 프레스 조건에 따라서는 2.13g/㎤ 이상, 또한 일산화 규소의 진밀도와 거의 동일한 겉보기 밀도가 2.2g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체를 얻을 수 있다.

또 본 발명에 의한 일산화 규소 소결체는 겉보기 밀도가 1.6g/㎤ 이상이며, 기계 가공성이 우수하여 진공 증착 재료를 여러 가지 형상으로 가공 가능하며, 또 조직이 균질이며, 진공 증착 재료로서 우수한 내(耐)스플래시 성능을 발휘하는 특별한 장점이 있다.

본 발명으로 얻어지는 일산화 규소 소결체는 핫 프레스 성형에 의해 스퍼터링용 타깃 소재로서 유용한 직경이 100mm 이상이며, 타깃 홀더에 형상이 일치되는 소요 형태의 재료가 얻어지며, 또한 소결체의 조직이 균질이며, 그 겉보기 밀도가 진밀도의 95% 이상인 2.13g/㎤ 이상의 값이 얻어지며, 파티클의 발생이 적어 양호한 스퍼터링 속도가 얻어지는 특별한 장점이 있다.

본 발명에 의한 일산화 규소 소결체의 제조 방법은 일산화 규소의 덩어리 입자 또는 분말 또는 그 양쪽을 프레스형에 충전하고, 프레스 압력이 10MPa 이상, 소결 온도가 1200∼1350℃, 유지 시간이 30분 이상, 바람직하게는 1hr 이상의 조건(단, 1200℃×10MPa를 제외함)으로 핫 프레스를 실행하여 소결하는 방법이다.

본 발명에서, 원료가 되는 일산화 규소의 분말은 그 제조 방법이나 성상(性狀)에 대하여 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물로 이루어지는 원료를 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 일산화 규소 덩어리를 파쇄한 것을 사용하면 된다.

본 발명에서, 원료가 되는 일산화 규소의 덩어리는 진공 증착에 의해 생성된 일산화 규소의 덩어리를 판형인 채 또는 파단한 작은 조각으로 하여 사용하는 것이 가능하다. 또한 상기 덩어리로부터 입상(粒狀)∼분말화한 것을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 일산화 규소의 분말 입경(粒徑)은 250㎛ 이상, 2mm 이하인 것이 바람직하다. 즉, 250㎛ 미만에서는, 입자 표면적이 너무 늘어나 산소 농도가 증가하는 것, 분체(粉體) 제조 시의 파쇄에 따른 오염이 염려되기 때문에, 250㎛ 이상의 분말인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 또 2mm를 넘으면, 형 내에 삽입할 때의 충전율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에 의한 핫 프레스에서는, 얻어지는 일산화 규소 소결체의 겉보기 밀도가 1.6∼2.1g/㎤인 경우에는, 소결체의 형태는 밀도의 상승과 함께 유리화되지만 아직 투명하지 않아 입상감(粒狀感)이 남는 경우도 있는 외관을 나타내고 있다. 그러나, 겉보기 밀도가 2.1g/㎤ 이상인 경우에는, 투명하게 되어 점점 유리 형상이 되기 때문에, 2.1g/㎤ 이상을 목적으로 하는 핫 프레스에 의한 소결 원료에는, 전술한 진공 증착에 의해 생성한 일산화 규소의 덩어리를 판형인 채 사용하거나, 또는 파단한 작은 조각으로서 사용하여, 고압 고온의 소결을 실시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에서 진공 분위기는 특히 한정되지 않지만, 소결 시에 원료 분말로부터 가스 등의 방출이 없도록 충분히 감압 진공화하여 먼저 탈기(脫氣)해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1×10^-2Torr 정도까지 감압하고 그후 핫 프레스하거나, 감압 후에 아르곤 가스를 도입하는 등의 방법을 채용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 프레스 하중을 10MPa 이상이며, 또한 소결 온도를 1200∼1350℃로 한 것은 주로 프레스 하중과 소결 온도와의 조합에 의해, 겉보기 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 소결체가 얻어지기 때문이다. 그러나, 실시예에 명백한 것과 같이, 온도가 1200℃이며 압력이 10MPa인 경우에는, 겉보기 밀도가 1.6g/㎤ 미만이 되기 때문에 제외하지만, 온도가 1200℃에서도 압력이 10MPa를 넘으면 겉보기 밀도가 향상되고, 또 압력이 10MPa에서도 온도가 1200℃를 넘으면 겉보기 밀도가 향상되어 1.6g/㎤ 이상이 된다. 특히 분위기 온도의 상승은 겉보기 밀도의 향상에 현저하게 작용하는 경향이 있다.

즉, 온도가 1200℃ 미만에서는, 밀도의 상승 효과가 없어 원하는 형상의 소결체가 얻어지지 않으며, 1350℃에서 겉보기 밀도가 진밀도와 동일한 2.24g/㎤의 소결체가 얻어지기 때문에 1350℃를 넘어 가열할 필요는 없다.

또 프레스 하중은 10MPa 이상, 특히 15MPa 이상이면 온도와의 조합으로 원하는 밀도가 얻어지기 때문에, 특히 한정할 필요는 없지만, 20MPa를 넘으면 밀도의 향상 효과에 차이가 보이지 않기 때문에, 20MPa 이하 범위의 압력에서도 충분하다.

본 발명에서의 핫 프레스 유지 시간은 프레스 하중과 소결 온도와의 조합에 따르지만, 적어도 30분은 필요하며, 충분한 소결을 얻는 데는 1시간 이상이 필요하다. 바람직하게는, 1∼2시간이다.

본 발명에서, 압력이 15MPa∼20MPa, 소결 온도가 1250℃∼1350℃, 유지 시간이 1hr 이상의 조건으로 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체가 얻어진다.

또 압력이 15MPa 이상, 소결 온도가 1300℃∼1350℃, 유지 시간이 1hr 이상의 조건으로 겉보기 밀도가 2.2g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체를 얻는 것이 가능하다.

본 발명에서, 가압ㆍ성형하면서 승화 온도인 1200℃ 이상의 가열 조건으로 소결하지만, 소결 후의 냉각 중에 소결체에 균열이 발생하거나, 프레스형이 파손되는 경우가 있으며, 그 원인은 상세하지 않다. 그래서 발명자들은 여러 가지 검토하여, 소결 후의 냉각 중에 프레스형은 수축되지만, 소결체는 반대로 소결 온도로부터의 냉각 중에 팽창한다고 생각되기 때문에, 핫 프레스에 사용하는 흑연제 프레스형에 체적 팽창에 의한 응력의 완화가 가능한 구조를 채용하여, 냉각 중의 소결체에 균열이 발생하는 것을 방지했다.

즉, 체적 팽창에 의한 응력을 완화할 수 있는 구조의 프레스형으로서는, 일체형의 외형에, 예를 들면 2분할 내지 3분할한 분할형의 내형을 소요 간극을 가지고 조합하고, 이 간극에 완충재를 삽입한 프레스용 조합형을 사용함으로써, 냉각 중 소결체의 균열 발생을 방지할 수 있다. 상기 완충재로서는, 탄소 섬유 시트나 실리카계 섬유 시트 등의 탄성에 의해 자유롭게 신축될 수 있는 재료로 이루어지는 시트를 사용할 수 있다.

프레스형에 일체형의 외형 내에 간극을 형성하여 복수 분할한 내형을 조합하 고, 또한 이 간극에 완충재를 삽입한 구성을 채용함으로써, 예를 들면, 시판의 일산화 규소 분말을 충전하여 진공 분위기 하에서 가압ㆍ성형하면서 소결 온도 1250∼1350℃로 소결함으로써, 직경 100mm 이상, 높이 50mm 이상의 대형이며 조직이 균질된 고품위의 일산화 규소 소결체를 균열이나 파손을 발생시키지 않고, 효율 양호하게 제조할 수 있다.

여기에서, 직경 100mm 이상이란 스퍼터링 타깃으로서 직경 100mm를 기계 가공에 의해 꺼낼 수 있는 사이즈의 소결체를 표시한다.

상기 프레스형 조합형의 일례를 도면에 따라 설명한다. 도 1은 원주형 소결체를 제조하는 경우의 프레스용 조합형을 나타낸다. 흑연제의 내형(1)은 직경 방향에서 2분할되고, 소요 두께부에 하향으로 테이퍼를 부착한 분할형이다. 흑연제의 외형(2)은 그 내경이 상기 내형(1)을, 예를 들면, 1mm 정도의 간극을 통해 내장 가능하도록 동일한 테이퍼를 부착하고 있다.

내형(1)을 외형(2)에 내장할 때는, 양자 간의 간극에 링형의 완충재(3)를 통해 통해 조합한다. 이 완충재(3)는 탄소 섬유 시트나 실리카계 섬유 시트 등과 같이, 탄성에 의해 직경 방향으로 신축될 수 있는 소재로 구성한다.

소결 후에 소결체를 꺼낼 때는, 하(下)펀치를 아래로부터 밀어 올리면, 내형(1)과 외형(2)과의 간격이 생겨, 내형(1)과 소결체를 꺼낼 수 있으며, 꺼내진 내형을 분해하여 소결체를 용이하게 분리 회수할 수 있다.

상기 2피스의 내형(1)과 1피스의 외형(2)을 완충재(3)를 통해 조합한 프레스형에 원료인 일산화 규소 분말을 충전하고, 진공 중에서 가압ㆍ성형하면서 소결하 여 얻은 소결체는 냉각 도중에 팽창되지만, 분할된 내형(1)이 외향으로 눌려지고 또한 완충재(3)가 압축되기 때문에, 내형(1)이 외향으로 열려 소결체의 팽창에 의해 발생하는 응력을 흡수하는 것이 가능하게 되어, 냉각 시의 균열이나 파손의 발생을 저지할 수 있다.

이러한 구성은, 예를 들면, 실시예와 같이 직경 110mm, 높이 40mm의 일산화 규소 소결체를 제조할 수 있지만, 또한 내형(1)의 내경을 200mm, 300mm, 400mm로 크게 하고, 또한 높이를 임의로 변경함으로써, 임의로 대형 소결체를 제조할 수 있다.

실시예

실시예 1

금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물로 이루어지는 원료를 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 일산화 규소 덩어리를 파쇄하여 최소 입경 0.3∼최대 입경 1.7mm의 일산화 규소 분말을 제조하고, 이것을 시판의 흑연제형을 가지는 핫 프레스 장치를 사용하여, 진공도 10Pa 하에 프레스 압력 9MPa∼20MPa의 여러 가지 조건으로 가압하면서, 소결 온도 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃로 1시간 유지하여, 직경 50mm, 두께 20mm의 소결체를 제조했다.

얻어진 소결체의 겉보기 밀도를 측정했다. 그 결과를 핫 프레스 조건과 함께 표 1에 나타낸다. 또 얻어진 소결체의 특성으로서, 기계 가공성, 진공 증착 재료로서 사용했을 때의 저스플래시성 및 균질성, 균열 상황에 대하여 조사했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

기계 가공성은 증착 재료의 치수로 절삭 가공할 때의 가공 시간, 균열이나 파손의 발생 정도에 대하여 평가하고, 저스플래시성은 얻어진 증착막의 성상으로부터 평가하고, 균질성은 일정 시간 승화 후의 상황에 의해 평가하여, 각각 양호(better)를 ○ 표시, 보통(fair)을 △ 표시, 나쁨(poor)을 × 표시로 나타낸다.

표 1의 결과에서, 핫 프레스 조건이 본 발명에서 규제하고 있는 소결 온도 1200℃∼1300℃, 프레스 압력 15MPa 이상의 2개 조건을 만족시키지 못하고 있는 비교예 1∼5 소결체의 겉보기 밀도는 모두 1.52g/㎤ 이하이다. 이에 대하여 본 발명의 실시예 1∼5는 모두 겉보기 밀도가 1.68g/㎤ 이상이며, 특히 1300℃의 고온으로 소결한 것의 겉보기 밀도는 진밀도와 동일한 2.24g/㎤가 얻어졌다.

또 표 2의 소결체 특성을 조사한 결과로부터, 비교예 1∼5는 모두 균질성은 양호하지만, 기계 가공성이 떨어져 저스플래시성이 나쁜 것을 알 수 있다. 이에 대하여 본 발명의 실시예 1∼5는 모두 균질성이 양호해, 우수한 기계 가공성과 저스플래시성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

그리고 2.13g/㎤ 이상의 밀도를 가지는 경우에는, 유리질이며, EB에 의한 대량의 입열(入熱)로 승화할 때에 극히 드물게 균열을 발생시키는 일이 있다.

실시예 2

실시예 1의 본 발명 No.8의 실시에 의해 얻어진 일산화 규소 소결체를 직경 30mm, 두께 20mm로 절삭 가공했지만, 균열이나 파손을 발생하지 않고 마무리할 수 있었다. 얻어진 일산화 규소 증착 재료를 사용하고, 도 3에 나타내는 진공 증착 장치(1)를 이용하여 증착막을 형성했다.

진공 증착 장치(1)는 배기구(5)를 가지는 진공실의 바닥면에, 바닥이 없는 원통체로 이루어지는 수냉 구리 도가니(2)를 설치하고, 이 도가니(2)에 대향한 진공실의 상부에는 외부의 구동원에 의해 회전되는 회전축이 배치되며, 그 하단에 유리제의 증착 기판(3)을 설치하고 있다.

이 진공 증착 장치(1)는 챔버 내를 배기구(5)로부터 배기하여 진공 상태로 유지하고, 수냉 구리 도가니(2)에 일산화 규소 소결체로 이루어지는 증착 재료(4)를 삽입 배치하고, 증착 재료(4) 표면에 전자 빔을 조사하여 가열ㆍ승화시키고, 증착 기판(3)의 하면에 일산화 규소를 증착시킴으로써 성막을 완료한다. 여기에서는, 수냉 구리 도가니(2)에 5개의 증착 재료를 하방으로부터 연속적으로 공급하고, 증착 재료(4)를 연속하여 가열ㆍ승화시킬 수 있고, 증착 기판(3)을 도시하지 않은 기판 교환 장치에 의해 연속적으로 교환함으로써, 연속적으로 복수 매의 가판에 일산화 규소 박막을 성막할 수 있다.

본 발명에 의한 일산화 규소 소결체로 제작한 증착 재료를 사용하는 연속적 진공 증착 장치에서의 성막 속도는 종래의 비연속적 증착 장치에 의한 경우와 동일하며, 스플래시에 의한 핀 홀의 발생이 없어 양호한 일산화 규소막을 형성할 수 있었다.

증착 중에는, 스플래시의 발생이 항상 적었기 때문에, 도중에 증착을 중단할 필요도 없고, 또 균열을 발생하지 않고 5개의 증착 재료를 연속적으로 사용할 수 있었다.

실시예 3

금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물로 이루어지는 원료를 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 일산화 규소 덩어리를 파쇄하여, 입경(최소∼최대) 0.3∼1.7mm의 A 타입, 0.45mm 이하의 B 타입, 5∼15mm의 C 타입 등 3종류의 일산화 규소 분말을 제작했다.

실시예 1과 동일하게, 흑연제형을 가지는 핫 프레스 장치를 사용하여, 진공 도 10Pa 하에 프레스 압력 9MPa, 10MPa, 15MPa, 20MPa의 4조건으로 가압하면서, 소결 온도 1150℃, 1200℃, 1250℃, 1300℃, 1350℃의 5조건에서 유지 시간 1시간으로 핫 프레스를 실행하여, 직경 50mm, 두께 10mm의 소결체를 제조했다. 얻어진 소결체의 겉보기 밀도를 측정한 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3의 결과로부터 핫 프레스 조건이 본 발명에서 특정하고 있는 소결 온도와 프레스 압력의 조건을 만족시키지 않고 있는 비교예 11∼15 소결체의 겉보기 밀도는 모두 1.6g/㎤ 미만으로 증착 재료로서도 부적하며, 또 스퍼터링 타깃용 소결체로서 조건인 겉보기 밀도 2.13g/㎤를 만족시키고 있지 않다.

이에 대하여, 본 발명의 실시예 16∼26은, 모두 겉보기 밀도는 1.60g/㎤ 이상이며, 1250℃ 이상이며 15MPa 이상의 조건에서는, 2.13g/㎤ 이상이 되며, 또한 1300∼1350℃의 고온으로 소결한 것은 그 겉보기 밀도는 진밀도와 동일한 2.24g/㎤가 얻어졌다.

실시예 4

금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물로 이루어지는 원료를 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 일산화 규소 덩어리를 파쇄하여, 입경 0.3∼1.7mm의 A 타입, 5∼15mm의 C 타입 등 2종류의 일산화 규소 분말을 제작하고, 이것을 도 1에 나타내는 2분할한 내형을 일체형의 외형 내에 탄소 섬유 시트의 완충재를 통해 내장한 프레스용 조합형을 가지는 핫 프레스 장치를 사용하여, 진공도 10Pa 하에 프레스 압력 15MPa, 20MPa의 조건으로 가압ㆍ성형하면서, 소결 온도 1250℃∼1300℃로 1시간 유지하여 소결하고, 직경 110mm, 높이 40mm의 소결체를 제조했다.

또 비교예로서, 통상 사용되고 있는 일체형의 흑연제 프레스형을 사용하여, 소결 온도 1150℃∼1200℃로 1시간 유지하여 소결하고, 직경 110mm, 높이 40mm의 소결체를 제조했다.

얻어진 소결체의 겉보기 밀도와 균열 발생의 유무를 조사한 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4의 결과로부터 종래의 일체형의 프레스형을 사용하여 소결한 비교예는 모두 균열이나 파손이 많이 발생하고 있어, 실용으로 제공할 수 있는 대형의 소결체는 얻어지지 않는 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 본 발명의 실시예에 나타내는 것과 같이, 분할된 내형과 일체형의 외형을 완충재를 삽입하여 조합한 프레스형을 사용함으로써, 직경이 110mm이며 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상인 대형 소결체를 균열이나 파손을 발생시키지 않고, 생산 효율 양호하게 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.

얻어진 겉보기 밀도가 진밀도의 95% 이상인 2.13g/㎤ 이상의 본 발명에 의한 스퍼터링용 타깃을 사용하여, 스퍼터 속도, 파티클의 발생 상황을 조사한 결과 매우 양호한 것을 확인했다.

실시예 5

실시예 4에서, 표 4의 원료 외에 진공 증착법으로 제조한 일산화 규소 원료를 사용하고, 이것을 파쇄하지 않고 기계 가공에 의해, 직경이 대략 105mm, 두께가 대략 25mm인 원판 형상으로 잘라냈다. 기계 가공 시에, 파손이 발생했지만, 이것을 2매 겹쳐 그대로 소결 원료로 하고, 온도 1300℃, 압력 20MPa, 유지 시간 1시간의 핫 프레스 조건으로 소결했다. 그 결과, 겉보기 밀도 2.24g/㎤의 소결체가 얻어졌다.

본 발명에 의한 일산화 규소 소결체는 겉보기 밀도가 1.60g/㎤ 이상이며, 기계 가공성이 우수하여 진공 증착 재료를 여러 가지 형상으로 가공 가능하며, 또 조직이 균질이며, 진공 증착 재료로서 우수한 내(耐)스플래시 성능을 발휘한다. 즉, 도 3에 나타내는 진공 증착 장치와 같이, 증착 재료를 연속 공급하여 진공 증착을 연속 실시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에서 얻어지는 일산화 규소 소결체는 핫 프레스 성형에 의해 스퍼터링용 타깃 소재로서 유용한 직경이 100mm 이상이며, 타깃 홀더에 형상이 일치되는 소요 형태의 재료가 얻어지며, 또한 소결체의 조직이 균질이며 그 겉보기 밀도가 진밀도의 95% 이상인 2.13g/㎤ 이상의 값이 얻어지며, 파티클의 발생이 적어 양호한 스퍼터링 속도가 얻어지는 특별한 장점이 있다.

Claims (12)

1. 소결체(燒結體)의 겉보기 밀도가 1.60g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체.
2. 소결체의 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상인 일산화 규소 소결체.
3. 소결체의 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상이며, 직경이 100mm 이상의 스퍼터링용 타깃 소재(sputtering target material)인 일산화 규소 소결체.
4. 소결체의 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상이며, 직경이 100mm 이상인 일산화 규소 소결 타깃.
5. 일산화 규소의 분말을 프레스형(press die)에 충전하고, 프레스 압력이 10MPa 이상, 소결 온도가 1200∼1350℃, 유지 시간이 30분 이상의 조건(단, 온도가 1200℃이며 압력이 10MPa의 경우를 제외함)으로 핫 프레스(hot press)를 실행하여 소결시켜, 겉보기 밀도가 1.60g/㎤ 이상인 소결체를 얻는 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
6. 일산화 규소의 덩어리 또는 분말 또는 그 양쪽을 프레스형에 충전하고, 프레스 압력이 15MPa 이상, 소결 온도가 1250∼1350℃, 유지시간이 1시간 이상의 조건에서 핫 프레스를 행하여 소결시켜, 겉보기 밀도가 2.13g/㎤ 이상인 소결체를 얻는 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 일산화 규소의 분말은 금속 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합물로 이루어지는 원료를 진공 중에서 가열ㆍ반응시켜 생성한 일산화 규소 덩어리를 파쇄(破碎)한 것인 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 일산화 규소의 덩어리는 진공 증착으로 형성되는 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 유지 시간이 1∼2시간인 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
10. 제5항 또는 제6항에 있어서,

    상기 일산화 규소 분말의 평균 입경이 0.3mm 이상 2mm 이하인 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
11. 제5항에 있어서,

    상기 프레스형이 일체형의 외형(outer die) 내에 간극을 형성하여 복수 분할한 내형(inner die)을 조합하는 구성이며, 상기 간극에 완충재를 끼우는 일산화 규소 소결체의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 완충재가 탄소 섬유 시트(sheet) 또는 실리카계 섬유 시트인 일산화 규소 소결체의 제조 방법.

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