KR100583795B1

KR100583795B1 - 일산화 규소 증착 재료 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100583795B1
Application number: KR1020047003038A
Authority: KR
Inventors: 니시오카가즈오
Original assignee: 스미토모 티타늄 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2006-05-26
Also published as: CN100516283C; EP1443126A4; JPWO2003025246A1; KR20040035743A; JP4252452B2; US20040241075A1; EP1443126B1; DE60226478D1; WO2003025246A1; EP1443126A1; CN1547622A

Abstract

본 발명은, 일산화 규소 증착막형성시의 스플래시 현상의 발생을 현저하게 저감 한 일산화 규소 증착 재료와 그 제조 방법의 제공을 목적으로 하고, 규소 분말과 이산화 규소 분말과의 혼합 원료를, 진공 분위기하의 원료실에서 가열 반응시켜 일산화 규소 가스를 발생시켜, 원료실상부에 설치한 석출실의 석출 기체 상에, 상기 일산화 규소 가스를 석출시키는 방법에 있어서, 상기 석출 기체로서, 둘레의 벽을 수선에 대해(1)~(45)도 기울이고 상단 옆을 짠 석출 기체를 사용하고, 석출실의 압력이(7P)a~(40P)a의 진공 분위기 하에서 제조함으로써, 래틀러 시험의 중량 감소율(래틀러 값)이 1.0% 이하로, 일산화 규소 증착막형성시의 스플래시 현상의 발생이 적은 일산화 규소 증착 재료를 제조할 수 있다.

래틀러 시험, 중량 감소율, 래틀러 값, 진공 응축법, 일산화 규소 증착 재료

Description

일산화 규소 증착 재료 및 그 제조 방법{SILICON MONOXIDE VAPOR DEPOSITION MATERIAL AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}

본 발명은 식품이나 의료품, 의약품 등의 포장용 재료로서, 뛰어난 가스 장벽을 가지는 규소 산화물 증착막을 제조하기 위해서 사용되는 일산화 규소 증착 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

식품포장 분야에서는, 포장되는 유지나 단백질의 열화 방지, 즉 포장재료를 투과하는 산소나 수증기, 방향성 가스 등에 기인하는 산화에 의한 품질의 열화를 억제하는 것이 요구되어 있다.

또, 의료품, 의약품에 있어서는, 더욱 높은 기준에서 내용물의 변질이나 열화의 억제가 요구되어 있다.

따라서, 식품이나 의료품, 의약품 등의 포장용 재료에는, 내용물의 품질을 열화시키는 산소나 수증기, 방향성 가스 등의 투과에 대한 가스 장벽성이 높은 재료가 요구된다.

이와 같이 높은 가스 장벽성을 가지는 포장재료로서, 규소 산화물을 고분자 필름 상에 증착한 증착 필름이 있다. 특히, 산소나 수증기, 방향성 가스 등에 대해 뛰어난 가스 장벽성을 가지는 일산화 규소 증착막이 주목되고 있다.

이 일산화 규소 증착막을 형성하기 위한 원료인 일산화 규소용 증착 재료는 규소 분말과 이산화 규소 분말을 혼합한 원료를, 고온의 진공 분위기 하에서 승화시켜 반응 생성한 일산화 규소 가스를, 석출 기판 상에 석출, 응축시킴으로써, 상기 증착 재료를 제조하고 있다. 이 제조법을 진공 응축법이라고 부른다.

진공 응축법에 의해 제조되는 일산화 규소용 증착 재료는 막대한 공정을 거쳐 제조되기 때문에 고가이면서, 그 두께 방향의 조직이 불균일하다는 문제가 있다.

상세히 설명하면, 석출 기판 상에 최후에 석출된 증착 재료의 표면 부근은 문제없지만, 석출 기판에 최초에 석출된 부분은 침상 조직을 가지고 있으며, 이 부분을 증착 재료로서 필름 상에 성막할 때, 스플래시 현상이 많이 발생하고, 얻어진 일산화 규소 증착막에 핀홀 등의 결함이 생겨 내투과성이 열화되는 문제를 일으킨다.

본 발명은 진공 응축법에 의해 제조되는 일산화 규소용 증착 재료에 있어서, 필름 위에 성막할 때에 스플래시 현상이 생기기 어려운 구성으로 이루어진 일산화 규소 증착 재료와 그 제조 방법의 제공을 목적으로 하고 있다.

발명자는 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생을 억제할 수 있는 일산화 규소 증착 재료의 성질과 상태나 구성에 대하여 여러 가지 검토한 바, 재료 자체의 취성(brittleness)이 스플래시 현상에 크게 영향을 준다는 것을 발견했다. 또한 발명자는 스플래시 현상이 생기기 어려워지는 해당 재료의 취성의 기준 에 대하여 열심히 검토한 결과, 압분체의 평가에 사용되는 래틀러 시험을, 일산화 규소 증착 재료에 적용하여 특정의 내중량감소율(래틀러 값)을 가지는 경우에, 스플래시 현상의 발생을 억제할 수 있다는 것을 발견했다.

그리고 본 발명에 있어서 래틀러 값은 일본 분말야금 공업회(JPMA)의 규격 「JPMAP11-1992 금속 압분체의 래틀러 값 측정 방법」에 기재된 방법으로 측정했다.

또한 본 발명자는 특정의 래틀러 값을 가지는 일산화 규소 증착 재료의 제조 방법에 대하여 여러 가지 검토한 결과, 종래의 진공 응축법에 있어서, 가열 승화한 증발 재료가 상승 중에, 석출, 응축하는 기판으로서 이용되고 있던 석출 기체(基體)로 되는 원통 내주면을, 원통 상부의 내경을 하부의 내경보다 작게 해서 형성한 필요 경사 내주면으로 이루어지게 하고, 여기에 승화 재료를 석출, 응축시킴으로써, 상기 특정의 래틀러 값을 가지는 일산화 규소 증착 재료를 안정적으로 얻을 수 있어 발명의 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성했다.

즉, 본 발명은 래틀러 시험의 중량 감소율(래틀러 값)이 1.0% 이하인 성질과 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 진공 응축법에 의한 일산화 규소 증착 재료를 제공한다.

또한 본 발명은 필요한 원료를 가열 승화시킨 증발 원료를 석출 기체로서의 관상 내주면에 응축시켜 일산화 규소 증착 재료를 얻을 때에, 당해 관상체의 상부측을 작은 직경으로 해서 관의 내주벽이, 예를 들면 수직선에 대해 1 ~ 45도 기울어진 경사 내주면으로 된 석출 기체를 사용하는 것을 특징으로 하는 일산화 규소 증착 재료의 제조 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 일산화 규소 증착 재료의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.

본 발명에 의한 일산화 규소 증착 재료의 제조 방법을 도 1의 제조 장치예에 따라 상술한다. 장치는 원료실(1)의 상부에 석출실(2)을 탑재한 구성으로 이루어지며, 진공실(3) 내에 설치된다.

원료실(1)은 여기서는 원통체이며, 그 중앙에 바닥을 가진 원통의 원료 용기(4)를 삽입 배치하고, 그 주위에 예를 들면 전열 히터로 이루어진 가열원(5)을 배치하며, 가열원(5)에서 승화 반응한 일산화 규소 가스가 해방 상단으로부터 상승한다. 석출실(2)은 원료실(1)에서 승화한 일산화 규소 가스를 석출시키기 위해서 설치되고, 상기 원료실(1)의 원료 용기(4) 상에 해방 상단구와 연통하여 배치되는 석출 기체(6) 내부를 승화한 가스 성분이 상승 통과한다.

석출 기체(6)는 스테인레스 강철제의 단두 원뿔통이나 단두 각뿔통 형상으로 이루어진다. 즉, 석출 기체(6)는 통상의 원통 또는 각통의 상단 내경이 하단 내경보다 작아서 상단측이 좁혀진 형상으로 이루어지며, 승화한 일산화 규소 가스를 석출시키기 위한 내주면이 수직선에 대해서 소정 각도만큼 기울어진 경사면을 구성하며, 또 기체 상단에는 중앙에 관통공을 가진 탈착이 자유로운 덮개(7)를 설치하고 있다.

상기 석출 기체(6)는 일체형의 관상체의 예를 설명했지만, 반드시 일체형이 아니어도 임의 개수의 분할형이어도 되고, 또한 반드시 내주면의 모두가 소정 경사면에서 또한 주위 방향으로 연속하여 있을 필요도 없고, 예를 들면 다각형 통상의 경우에 각부에서 인접하는 경사면 사이에 틈새가 있어도 된다. 또 본 발명에 의한 경사 내주면을 가지는 분할형의 관상체를, 다른 통상의 관상체 내에 배치 지지시키는 구성이어도 좋다.

본 발명에 있어서, 석출 기체(6)의 내주면을 소정 경사면으로 하는 것은, 스플래시 현상의 발생을 억제한 고품질의 일산화 규소 증착 재료, 즉 래틀러 시험의 중량 감소율(래틀러 값)이 1.0% 이하의 일산화 규소 증착 재료를 얻기 위함이다.

본 발명자는 여러 가지 시험한 결과, 적어도 1도의 경사에 의해, 상기 래틀러 값을 만족시켜 스플래시 현상의 발생이 억제되는 것을 확인했다. 불과 1도의 경사라도, 원료실로부터의 석출 기체로의 방사열이 변화되고, 그것에 의해 석출실 안의 가스 대류 및 석출 기판의 온도 분포 등에도 변화가 생기는 것에 의해, 상기 래틀러 값을 만족시켜 스플래시 현상의 발생이 억제되는 것으로 추측하고 있지만, 상세한 이유는 불명확하다.

또, 이 경사 각도는 45도를 넘으면 석출된 일산화 규소 석출층이 석출 기체로부터 박리되는 빈도가 커지기 때문에, 전체의 두께가 균일하고 또한 균질의 산화 규소 증착 재료를 얻으려면, 석출 기체의 경사를 1도 ~ 45도의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2도 이상, 2 ~ 20도의 범위이다.

진공실(3) 내에 설치되는 석출실(2) 내의 압력은 40Pa를 넘으면 석출된 일산 화 규소 석출층의 표면이 요철면으로 되므로 바람직하지 않다. 또, 당해 압력이 7Pa 미만이면, 석출층의 직밀성(織密性)이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 압력에 의해 석출층 상태가 현저하게 변화하는 이유는 불명하지만, 7Pa ~ 40Pa의 범위 밖의 압력에서는 래틀러 값이 1.0 이하로 되지 않고, 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생을 충분히 억제할 수가 없다.

본 발명에 있어서, 석출실(2) 내의 압력 제어 수단은 실내의 진공계에 의해 소정 범위로 되도록 진공 펌프의 밸브 제어를 행하는 간단한 제어로부터 매스 플로우 컨트롤을 행하는 등의 공지의 임의 제어 수단, 장치도 채용할 수 있다.

본 발명의 진공 응축법에 따르는 제조 장치에 있어서, 특징으로 하는 단두 원뿔통이나 단두 각뿔통의 형상을 가지는 석출 기체 이외의 장치의 구성, 예를 들면 가열원으로는 공지의 어느 수단도 채용할 수 있고 또한, 진공실에 관한 구성 등에 대해서도 공지의 어느 구성도 채용할 수 있다.

실시예

도 1에 도시되는 제조 장치의 원료 용기(4)에 투입하는 원료로서, 여기서는 반도체용 실리콘 웨이퍼를 기계적으로 파쇄한 규소 분말(평균 입자도 10㎛ 이하)과 시판되는 이산화 규소 분말(평균 입자도 10㎛ 이하)을 소정 비율로 배합하고, 순수한 물을 사용하여 습식 조립을 행한 후, 조립한 원료를 건조시켜 혼합 원료도 만들었다.

혼합 원료(11)를 원료실(1)의 원료 용기(4)에 채워 진공실(3)의 배기 밸브(8)를 열고, 압력 40Pa, 25Pa, 10Pa 및 7Pa의 진공 분위기까지 배기하고, 압력 계(9)에 의해 소정 압력을 확인한 후, 원료실(1)의 가열원(5)으로 흐르게 해서 원료실(1) 내를 가열하고, 1100 ~ 1350℃의 범위의 소정 온도에서 약 1시간 이상의 소정 시간 유지하고 반응시켜, 일산화 규소 가스를 발생시켰다.

생성한 일산화 규소 가스는 원료실(1)로부터 상승해서 석출실(2)에 들어가고, 미리 300 ~ 800℃로 가열되어 있는, 경사 1도 ~ 45도의 석출 기체(6)의 내주벽에서 석출되었다. 석출 기체(6)에서 석출된 일산화 규소 석출층(12)은 당해 기체(6) 전체에 같은 두께로 균일하게 석출되었다.

또 비교를 위해, 상기 본 발명의 실시예와 같은 혼합 원료를 사용하고, 압력 60Pa, 40Pa, 25Pa 및 5Pa의 진공 분위기에서 석출 기체의 경사를 60도, 10도, 0도(종래의 석출 기체)로 해서 일산화 규소 가스를 석출 기체에 석출되었다.

상기의 조건에 의해 제조된 각 일산화 규소 증착 재료에 대하여, 래틀러 시험에 의해 중량 감소율을 측정하였다.

또, 얻어진 일산화 규소 증착 재료를 사용해서, 저항 가열 증착 장치에 의해 일산화 규소 증착막을 제조하였다. 그리고, 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생 상황을 관찰하였다. 상기 래틀러 값과 스플래시의 발생 상황을 표 1에 나타낸다.

표 1의 결과로부터, 본 발명에 의한 실시예1 ~ 13은 모두 래틀러 값이 1.0 이하이며, 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생이 적다. 특히 압력을 10 ~ 25Pa로 내리고, 또한 석출 기체의 경사를 2도 이상으로 한 실시예에서는, 더욱 낮은 래틀러 값을 얻을 수 있어 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상 의 발생이 지극히 적게 된다.

한편, 비교예1은 진공 증착법에 의해, 경사가 없는 석출 기체를 사용한 종래의 실시예이지만, 래틀러 값이 2.0%보다 높고, 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생이 많다.

또, 경사가 있는 석출 기체를 사용해도 압력이 60Pa인 비교예2의 경우에는, 스플래시 현상의 발생이 많다. 압력이 40Pa 이하의 조건을 만족하지만, 경사가 60도의 석출 기체를 사용한 비교예4, 6의 경우에는, 석출된 일산화 규소 석출층이 박리했으므로 시험할 수가 없었다. 또한, 압력이 25Pa로 낮은 상태에서도, 경사가 없는 석출 기체를 사용한 비교예5의 경우에는, 스플래시 현상의 발생이 많고, 경사가 10도인 석출 기체를 사용해도 압력을 5Pa까지 내린 비교예7에서는, 석출층이 물러져서, 스플래시 현상의 발생이 많다.

이들 비교예의 시험 결과로부터, 석출 기체의 경사가 1 ~ 45도인 것, 보다 바람직하게는 석출 실내의 압력이 7 ~ 40Pa를 만족하면, 일산화 규소 증착막 형성 시의 스플래시 현상의 발생을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.

표1

	No.	석출의 조건		래틀러 값 (%)	스플래시 발생상황
		압력 (Pa)	경사각 (도)
		압력 (Pa)	경사각 (도)			실 시 예	1	40	1	0.9	적다
2	40	2	0.8	적다
3	40	10	0.8	적다
4	40	20	0.8	적다
5	40	45	0.8	적다
6	25	1	0.8	적다
7	25	2	0.6	매우 적다
8	25	10	0.5	매우 적다
9	25	20	0.5	매우 적다
10	25	45	0.5	매우 적다
11	20	8	0.5	매우 적다
12	10	10	0.6	매우 적다
13	7	10	0.8	적다
비 교 예	1	60	0	2.0	많다
	2	60	10	1.6	많다
	3	40	0	1.3	많다
	4	40	60	-	-
	5	25	0	1.1	많다
	6	25	60	-	-
	7	5	10	1.2	많다

본 발명에 의하면, 진공 응축법에 의해 제조되는 일산화 규소용 증착 재료를, 래틀러 시험의 중량 감소율(래틀러 값)이 1.0% 이하로 되는 성질과 상태를 부여함으로써, 필름 위에 성막할 때에 스플래시 현상이 생기기 어렵고, 내투과성이 뛰어난 일산화 규소 증착막을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 일산화 규소용 증착 재료를 진공 응축법에 의해 제조할 때에, 일체형의 단두 원뿔통이나 단두 각뿔통, 또는 분할형의 단두 원뿔통 형체나 단두 각뿔통 형체로 이루어지는 석출 기체를 사용함으로써, 상기 래틀러 값이 1.0% 이하인 일산화 규소용 증착 재료를 안정적으로 양산할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 진공 응축법에 의한 제조 시에, 석출 기체 내의 압력을 7Pa ~ 40Pa로 제어함으로써, 상기 래틀러 값이 더욱 작고, 성막 시의 스플래시 현상이 현저하게 감소되는 일산화 규소용 증착 재료를 제조할 수 있다.

Claims

래틀러 시험의 중량 감소율(래틀러 값)이 1.0% 이하인 성질과 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 진공 응축법에 의한 일산화 규소 증착 재료.
원료를 가열 승화시킨 증발 원료를 석출 기체(基體)의 표면에 석출, 응축시켜 일산화 규소 증착 재료를 얻을 때에, 관상체(筒體)의 상부쪽 내경(內徑)을 하부쪽 보다 작은 직경으로 하여 관상체의 내주벽이 경사면으로 된 석출 기체를 사용하여 상기 경사 내주면에 석출, 응축시키고,

상기 석출 기체 내의 분위기는 7Pa 내지 40Pa의 진공 분위기이며,

상기 석출 기체의 경사 내주면은 수직선에 대해 1도 내지 45도 기울어진 경사면인 것을 특징으로 하는 일산화 규소 증착 재료의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 관상체의 내주벽이 경사면으로 된 석출 기체의 상기 관상체의 내주벽이 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 일산화 규소 증착 재료의 제조 방법.
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