KR100665243B1 - 스퍼터링 표적재 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

소결 재료로 이루어진 스퍼터링 표적재에 있어서, 상기 스퍼터링 표적재는, Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)를 0.5∼50원자% 함유하고, 그 나머지의 양으로 Mo 및 불가피한 불순물을 함유하며, 스퍼터링 표면에 대해 수직인 단면에서 본 마이크로 조직에서의 금속 원소(M)의 각각의 아일랜드 주위에 산화물 입자가 존재하고, 상기 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드의 최대 면적이 1.0㎟ 이하인 것을 특징으로 한다.

스퍼터링 표적재, 금속 원소, 아일랜드, 압분체, Mo 합금, 마이크로 조직, 소성 가공성

Description

스퍼터링 표적재 및 그의 제조 방법{SPUTTER TARGET MATERIAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

도 1은 본 발명의 스퍼터링 표적재인 Mo-Cr 합금 마이크로 조직의 단면을 나타내는 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이다.

도 2는 도 1의 마이크로 조직을 나타내는 개략도이다.

도 3은 실시예에서의 시험편 채취 위치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 SEM으로 촬영한 실시예 시료 번호 4 스퍼터링 표적재의 마이크로 조직을 나타내는 사진(배율: 500배)이다.

도 5는 도 4와 동일 시야에서 EPMA로 Nb 아일랜드를 컬러 맵핑했을 때의 스케치이다.

도 6은 SEM으로 촬영한, 실시예 2의 시료 번호 14 스퍼터링 표적재의 마이크로 조직을 나타내는 사진(배율: 1500배)이다.

도 7은 도 6과 동일 시야에서 EPMA로 Nb 아일랜드를 컬러 맵핑했을 때의 스케치이다.

본 발명은 스퍼터링 표적재에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 평면 표시장치 등의 전기 배선, 전극 등에 이용되는 Mo 합금 박막의 형성에 사용되는 스퍼터링 표적재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 평면 표시장치의 일종인 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, 이하 LCD라함) 등의 박막 전극 및 박막 배선 등에는 전기 저항이 작은 Mo와 같은 고융점 금속(refractory metal)의 막이 널리 이용되고 있다. 그리고, 이들 박막 전극 및 박막 배선 등에는 박막 형성의 제조 공정중에 내열성, 내식성이 요구되기 때문에, 예를 들면, Cr 또는 W를 첨가한 Mo 합금의 사용을 선호하는 것이 추세이다.

일반적으로, 배선의 형성에 상기 Mo 합금을 이용할 때, 동일한 화학적 조성을 가진 표적재를 사용하여 스퍼터링 방법을 수행한다. Mo 합금의 스퍼터링 표적재에 관해서, 바람직한 화학적 조성 및 표적재에 포함되는 불순물의 저감 방법 등을 포함하여 여러 가지 제안이 있다.

예를 들면, 일본 특허공개공보 평9-059768호에는 스퍼터링 표적재로서 Cr을 1∼5중량% 함유한 Mo-Cr 합금이 개시되어 있다.

국제 특허공보 WO95-16797호에는 스퍼터링 표적재로서 W를 20∼70원자% 함유한 Mo-W 합금이 개시되어 있다.

일본 특허공개공보 2002-327264호에는 스퍼터링 표적재로서 Nb 및/또는 V를 2∼50원자% 함유한 Mo 합금이 개시되어 있다.

융점이 높은 Mo는 용해주조법(溶解鑄造法)에 의해 스퍼터링 표적재의 제조가 어렵기 때문에, 일반적으로 분말 소결법이 이용되고 있다.

Mo 합금의 스퍼터링 표적재는 Mo 분말과 첨가 원소의 분말로 이루어진 혼합 분말을 소결함으로써 제조된다. 이 방법에 따르면, 혼합 분말 중의 첨가 원소의 분말이 서로 응집하기 쉬우므로, 소결 후에 합금 성분의 편재(偏在)가 발생되어, 스퍼터링에 의해 소결재로부터 형성된 박막이 균일한 성분 원소의 분포를 갖지 못하게 되는 문제가 있다. 또 다른 문제는, 소결체를 소성(塑性) 가공하는 경우에 성분 원소의 편재로 인해 크래킹(cracking) 등의 결함이 발생되기 쉽다는 문제도 있다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 감안하여, 성분의 편재가 억제됨으로써 스퍼터에 의해 Mo 합금 스퍼터링 표적재로부터 형성된 박막의 성분 균일성을 향상시키는 Mo 합금 스퍼터링 표적재를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 문제점을 여러 가지로 검토한 결과, 첨가하는 금속 원소(M)와 Mo의 분말로 이루어진 분말 블렌드(powder blend)를 제조하고, 상기 분말 블렌드를 압축하여 압분체(green compact)를 제조하고, 분말로 이루어진 상기 압분체를 소결함으로써, Mo 매트릭스에 산소를 고정시킬 수 있는 첨가용 금속 원소(M)를 상기 Mo 매트릭스 중에 매우 미세하게 분산할 수 있고, 상기 금속 원소(M)의 주위에 Mo 매트릭스 중의 산소를 고정시킨 금속 조직을 갖는 소결 제품을 얻을 수 있음을 발견하여, 본 발명에 도달했다. 또한, 상기 소결 제품은 금속 원소(M)의 주위에 산소를 고정시킴으로써 소성 가공성에 있어서도 향상됨을 발견했다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 소결 재료로 이루어진 스퍼터링 표적재에 있어서, Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)를 0.5∼50원자% 함유하고, 그 나머지의 양으로 Mo 및 불가피한 불순물을 함유하며, 스퍼터링 표면에 대해 수직인 단면에서 본 마이크로 조직(microstructure)에서의 금속 원소(M)의 각각의 아일랜드(island) 주위에 산화물 입자가 존재하고, 상기 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역(closed zone)을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드의 최대 면적이 1.0㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 표적재가 제공된다. 상기 금속 원소(M)는 Nb인 것이 바람직하다. 상기 스퍼터링 표적재의 스퍼터링 표면적은 1㎡ 이상인 것이 바람직하다.

상기 스퍼티링 표적재의 일 실시예는 한 변의 길이가 바람직하게 1m 이상인 직사각형 스퍼터링 표면을 가진다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 스퍼터링 표적재의 제조 방법에 있어서,

Mo 원료 분말과 Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)의 원료 분말을 혼합하는 단계;

상기 혼합된 원료 분말을 압축하여 압분체(green compact)를 형성하는 단계;

상기 압분체를 분쇄하여 평균 입경이 5.0mm 이하인 2차 분말을 제조하는 단계;

상기 2차 분말을 가압 용기에 충전하는 단계; 및

상기 가압 용기에 담겨있는 상태로 상기 2차 분말을 가압 하에 소결하여 상 기 스퍼터링 표적재를 제조하는 단계

를 포함하고,

상기 스퍼터링 표적재는, 스퍼터링 표면에 대해 수직인 단면에서 본 마이크로 조직에서의 금속 원소(M)의 각각의 아일랜드 주위에 산화물 입자가 존재하고, 상기 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드의 최대 면적이 1.0㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 표적재의 제조 방법이 제공된다.

상기 소결재에 대해서 소성 가공을 실시하는 것이 바람직하다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명에서의 핵심적인 특징은, Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)를 0.5∼50원자% 함유하고, 그 나머지의 양으로 Mo 및 불가피한 불순물을 함유하며, 스퍼터링 표면에 대해 수직인 단면에서 본 마이크로 조직에서의 금속 원소(M)의 각각의 아일랜드 주위에 산화물 입자가 존재하고, 상기 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드의 최대 면적이 1.0㎟ 이하인 Mo 합금 스퍼터링 표적재의 마이크로 조직을 발견한 것에 있다. 상기 마이크로 조직에 따르면, Mo 합금 스퍼터링 표적재는 향상된 소성 가공성을 가진다.

이하에 본 발명의 금속 조직 및 한정 이유에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 스퍼터링 표적재는, 도 1에 예시된 Mo-Cr 합금의 단면에 대한 현미경 사진에서 알 수 있는 바와 같이, Mo 매트릭스에 금속 원소(M)(예; Cr)의 아일 랜드가 분산된 마이크로 조직을 가진다. 도 1의 마이크로 조직을 개략적으로 나타낸 도 2를 참조하여 더 상세하게 설명하면, 본 발명의 스퍼터링 표적재에는, Mo 매트릭스(1)에, 금속 원소(M)의 아일랜드(2)의 내부 및 주위에 산화물 입자(3)가 형성되어 있다. 그리고, 금속 원소(M)의 아일랜드(2)의 주위에 존재하는 산화물 입자(3)를 연결하여 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드 면적이란, 도 2에 나타낸 바와 같이 금속 원소(M)의 각 아일랜드 주위에 존재하는 산화물(3)의 중심을 연결하는 선분으로 둘러싸인 면적(4)을 의미한다.

Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)는, Mo에 첨가됨으로써 Mo의 내식성을 향상시킬 수 있기 때문에, Mo 합금의 첨가제로서 바람직한 것이다. 각각의 금속 원소(M)는 Mo와 비교하여 산화물 생성 에너지 준위가 낮기 때문에, 산화물을 생성하기 쉬운 원소이다. 따라서, Mo 분말과 금속 원소(M) 분말을 사용하여 분말 야금 방법에 의해 Mo 합금 표적재를 제조할 때, Mo 매트릭스에 존재하는 산소(고용체 또는 산화물을 포함하는 침전물로서)가 산화물로서 금속 원소(M)의 각 아일랜드 주위에 고정된다. 이러한 산소의 Mo 매트릭스로부터의 이동에 의해, Mo 매트릭스 자체의 소성 가공성이 향상되는 동시에, 상기 금속 원소(M)의 내부 또는 주위에 산화물이 고정된 금속 원소(M)의 아일랜드가 미세하게 분산됨으로써, 소결체 전체로서의 소성 가공성도 향상되는 것으로 판단된다.

본 발명에 있어서, 성분의 편재를 억제하는 점과 양호한 소성 가공성을 고려할 때, 표적재의 단면 마이크로 조직에서의 금속 원소(M)의 각 아일랜드 주위에 존 재하는 산화물 입자를 직선으로 연결하여 폐쇄된 구역으로 구획되는 금속 원소(M)의 각 아일랜드의 면적을 보다 작게 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 스퍼터링 표적재의 소성 가공성 및 스퍼터링에 의해 스퍼터링 표적재로부터 형성된 박막의 특성의 관점에서 금속 원소(M)의 아일랜드 면적의 최적치를 검토한 바, 최대치인 경우라 해도 1.0㎟ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎟ 이하라는 결론을 얻었다.

금속 원소(M)의 함유량을 0.5∼50원자%로 설정한 이유는, 하한이 0.5원자% 미만일 경우는, 금속 원소(M)가 Mo에서 산소를 흡수하는 효과가 매우 작아지기 때문이며, 금속 원소(M)의 함유량이 50원자%를 넘으면 Mo 본래의 성질을 상실하기 때문이다.

다음에, 본 발명의 스퍼터링 표적재를 제조하기 위한 바람직한 방법을 이하에 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 표적재의 특징은, 금속 원소(M)가 Mo 원료 분말의 표면에 부착된 산소를 흡수하는 점이다. 금속 원소(M)의 원료 분말은, 비중, 형상, 입경을 포함한 분말 특성면에서 Mo와 상이하므로, 단순히 상기 두 분말을 혼합하는 것으로는 분말 블렌드의 균일한 분산을 실현할 수 없다. 이것은 첨가제인 금속 원소(M)를 함유한 Mo 합금의 특성을 최대한으로 활용하는 관점에서 분말 블렌드의 균일한 분산성이 중요하다는 것을 의미한다.

금속 원소(M)의 원료 분말과 Mo 원료 분말의 혼합에 관해서, 금속 원소(M)의 균일한 분산을 실현하기 위해서는, V형 혼합기 또는 크로스 로터리 믹서(cross rotary mixer) 등의 일반적인 혼합기를 이용하여 Mo와 금속 원소(M)의 원료 분말을 혼합하는 단계, 얻어진 분말 블렌드를, 예를 들면, 냉간 정수압 프레스법(cold isostatic pressing; CIP)에 의해 압축하여 압분체를 성형하는 단계, 및 상기 압분체를 분쇄하여 2차 분말을 제조하는 단계를 포함하는 방법에 의존하는 것이 매우 중요하다. 이것은, 압축성형(예; CIP법)에 의해 제조된 압분체가 원료 분말 블렌드의 상태를 반영하는 성분 균일성을 갖는 한편, 압축된 상기 분말이 압분체의 분쇄 단계에서 다시 분리되어 미세하게 분산됨으로써 2차 분말의 성분 균일성을 향상시키기 때문이다. 또한, 분산 효과의 관점에서 2차 분말의 입경이 중요하다. 2차 분말의 평균 입경이 5mm를 넘으면, 재분쇄(re-pulverizing)에 의한 분산 효과가 작다. 따라서, 2차 분말의 평균 입경은 바람직하게는 5mm 이하, 보다 바람직하게는 3mm 이하, 더욱 바람직하게는 1mm 이하이다.

원하는 치수의 표적재를 얻기 위해서 2차 분말은 다음과 같은 공정으로 처리된다:

(1) 2차 분말을 가압 용기에 충전한다;

(2) 상기 가압 용기를 탈기(脫氣)한 후 밀봉한다;

(3) 용기에 담긴 상태에서 상기 충전된 분말을 가압 소결하여 소결체를 얻는다;

(4) 상기 소결체를 기계 가공하거나 소성 가공(예; 열간 압연(hot rolling))하여 표적재를 얻는다.

2차 분말을 사용한 소결법에 의해, 가압 소결 전의 2차 분말 내 성분의 균일한 분산을 실현함으로써 표적재의 금속 원소(M)가 Mo 매트릭스 중에 미세하게 분산 될 수 있으며, 따라서 금속 원소(M)의 각 아일랜드의 면적을 1.0㎟ 이하로 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 스퍼터링 표적재에 함유되는 금속 원소(M)로는, 스퍼터링 표적재를 LCD 등의 박막 배선, 박막 전극의 형성에 사용하는 경우에, 박막이 낮은 전기 저항 및 내식성을 갖기 때문에 V, Nb 및 Cr이 바람직하다. 그 중에서도 보다 저저항인 박막을 얻기 위해서 Nb가 바람직하다. Zr 및 Ti는, V, Nb 및 Cr에 비교하여 Mo에 첨가한 경우에 저항을 증가시키지만, 내식성을 향상시키는 효과가 높기 때문에, LCD 등의 주된 도전막용 배리어 필름의 형성에 사용하는 것이 바람직하다.

최근, LCD의 패널 사이즈의 대형화 추세에 따라, LCD의 박막 배선, 박막 전극에 사용되는 스퍼터링 표적재도, 표면적이 1㎡ 이상이거나, 또는 한 변의 길이가 1m 이상인 것이 필요하다.

이들 대면적 또는 길이가 긴 표적재를 제조하기 위해서는, 소결체에 소성 가공을 실시하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 금속 조직을 가진 스퍼터링 표적재는 소성 가공성이 우수하고, 스퍼터링 표면의 성분 균일성이 우수하기 때문에, 1㎡ 이상의 스퍼터링 표면, 또는 한 변의 길이가 1m 이상인 표적재의 제조에 매우 적합하다.

또한, 본 발명의 금속 조직을 가진 스퍼터링 표적재는, 그 전장(全長)을 스퍼터링 표면을 가로질러 그을 수 있는 가장 긴 직선의 길이로 정의하고, 스퍼터링 표적재를 그 전장에 걸쳐 50mm 길이의 부분마다 검사할 경우, 상대 밀도가 각 부분에서의 상대 밀도가 98% 이상이고, 금속 원소(M)의 함유율 변화가 20% 이하인 것을 특징으로 한다. 금속 원소(M)의 함유율 변화란 본 발명의 스퍼터링 표적재의 공칭(nominal) 화학적 조성에 관하여 금속 원소(M)의 최대 함량과 최소 함량의 차이를 의미한다. 구체적으로, 상기 변화는, 전술한 50mm 길이의 각 부분에서 검사한 금속 원소(M)의 함유율 차이의 최대치를 본 발명의 스퍼터링 표적재 중 금속 원소(M)의 공칭 함유율로 나누어 구해지는 값에 의해 평가할 수 있다. 바람직한 금속 원소(M)의 함유율 변화를 20% 이하로 설정하는 이유는 상기 변화가 작을수록 금속 원소(M)가 더 균일하게 분산되며, 그에 따라 스퍼터링 시 균일한 막 특성을 가진 증착막을 형성하는 것으로 예상되기 때문이다. 상기 변화가 20%를 넘으면, 전술한 50mm 길이의 검사 부분 중 금속 원소(M)의 성분 변화가 커짐으로써 스퍼터링에 의해 형성된 증착막에서의 금속 원소(M)의 국부적 농도차가 발생되어 막 특성의 차이를 초래하며 그 결과 막의 에칭성에 악영향을 주기 때문이다.

[실시예]

실시예 1

평균 입경이 6㎛인 Mo 분말과, 평균 입경이 각각 100㎛인 Nb 분말, Cr 분말, Ti 분말, Zr 분말 및 V(바나듐) 분말을 준비했다.

표 1에 나타내는 본 발명의 표적재 시료 번호 1 내지 6을 하기 공정에 의해 제조했다.

(1) 각각의 시료를 제조하기 위해, Mo 분말 및 각 첨가 원소의 분말을 소정의 원자% 비율로 칭량(稱量)했다.

(2) V형 혼합기를 사용하여 상기 분말을 10분간 혼합하여 원료 분말을 얻었 다.

(3) 상기 원료 분말을 CIP 기계로 압축하여 압분체를 성형했다.

(4) 죠 크러셔(jaw crusher) 및 디 스크밀(disc mill)을 사용하여 상기 압분체를 분쇄하여 2차 분말을 제조했다.

(5) 상기 2차 분말을 다시 V형 혼합기로 10분간 혼합한 후, 내측 치수로 두께100mm×폭1250mm×높이1450mm의 연강제(軟鋼製) 가압 용기에 충전했다. 2차 분말을 가압 용기에 충전한 후, 유입 개구부를 밀폐하기 위해 탈기구(脫氣口)가 설치된 가압 용기의 상측 덮개를 용접했다.

(6) 2차 분말이 충전된 가압 용기를 450℃의 온도에서 진공 탈기한 다음 탈기구를 밀봉했다.

(7) 열간 정수압 프레스(HIP) 기계를 이용하여 2차 분말을 상기 가압 용기와 함께 가압 상태에서 소결했다. HIP 기계의 조작 조건은 온도 1250℃, 압력 120MPa 및 조작 시간 5시간이었다.

(8) 이와 같이 하여 얻어진 소결체를 절단 및 기계 가공하여, 치수가 두께16mm×폭980mm×길이1150mm인 직사각형 스퍼터링 표적재를 제조했다.

표 1에 제시한 시료 번호 7, 8의 비교 표적재를 하기 공정에 의해 제조했다.

(1) 각각의 시료를 제조하기 위해, Mo 분말 및 Nb 분말을 소정의 원자% 비율로 칭량했다.

(2) V형 혼합기를 사용하여 상기 분말을 10분간 혼합하여 원료 분말을 얻었다.

(3) 상기 원료 분말을 압축 가공하지 않은 상태로 전술한 치수와 동일한 내부 공간을 가진 연강제 가압 용기에 충전했다. 원료 분말을 가압 용기에 충전한 후, 유입 개구부를 밀폐하기 위해 탈기구가 설치된 가압 용기의 상측 덮개를 용접했다.

(4) 원료 분말이 충전된 가압 용기를 450℃의 온도에서 진공 탈기(脫氣)한 다음 탈기구를 밀봉했다.

(5) HIP 기계를 이용하여 2차 분말을 상기 가압 용기와 함께 가압 상태에서 소결했다. HIP 기계의 조작 조건은 온도 1250℃, 압력 120MPa 및 조작 시간 5시간이었다.

(6) 이와 같이 하여 얻어진 소결체를 절단 및 기계 가공하여, 치수가 두께16mm×폭890mm×길이980mm인 직사각형 스퍼터링 표적재를 제조했다.

각각의 상기 시료로부터, 스퍼터링면에 수직인 단면 치수가 6×10mm인 시험편을 채취했다. 상기 시험편은, 스퍼터링면(6)의 도면인 도 3에 나타낸 바와 같이 스퍼터링 표적재(5)의 대각선의 단부(7) 및 중앙부(8)에서 5개 지점으로부터 채취했다. 시험편 각각의 마이크로 조직을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해서 관찰했다.

SEM에 의한 마이크로 조직의 관찰에 있어서, 각 시험편의 전반적 스퍼터링 표면을 관찰하고, 금속 원소(M)의 아일랜드 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 밀폐 구역을 형성하도록 연결하여 구획되는 면적이 최대인 금속 원소(M)의 아일랜드를 선택하여, 선택된 아일랜드를 해당 시험편의 대표적 금속 원소(M)의 아일랜 드로 판정했다. 상기 각 시험편의 금속 원소(M)의 대표적 아일랜드 주위의 마이크로 조직을 촬영했다. 사진을 이용하여, 상기 밀폐 구역의 면적을 측정하고 또한 상기 아일랜드의 2치 화상(binary image)을 이용한 화상 분석에 의해 대표적 금속 원소(M)의 아일랜드의 면적을 판정했다. 각 시료로부터 채취한 상기 5개 시험편의 면적 중에서 최대인 것을 대표치로서 표 1에 나타낸다. 또한, 각 시료의 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

시료 번호	화학적 조성 (원자%)	원료분말의 평균입경		2차 분말의 평균입경(*1) (mm)	금속원소M 아일랜드의 면적(㎟)	상대밀도 (%)	비고
		Mo (㎛)	금속원소 M (㎛)
1	70Mo-30Ti	6	100	1.0	0.007	98.9	본발명 시료
2	91.5Mo-8.4Zr	6	100	1.0	0.005	99.2	본발명 시료
3	91.5Mo-8.4V	6	100	1.0	0.003	99.3	본발명 시료
4	95Mo-5Nb	6	100	1.0	0.002	99.6	본발명 시료
5	91.5Mo-1.5Nb	6	100	1.0	0.009	99.6	본발명 시료
6	95.5Mo-4.5Cr	6	100	1.0	0.005	99.4	본발명 시료
7	95Mo-5Nb	6	100	제조못함(*2)	3.15	99.5	비교예 시료
8	99.8Mo-0.2Nb	6	100	제조못함(*2)	1.87	99.5	비교예 시료

주 *1: 2차 분말은, CIP 방법으로 제조된 원료 분말의 압분체를 분쇄하여

제조됨.

주 *2: 시료 7 및 8에서는 2차 분말이 제조되지 않았음.

도 4는 본 발명의 시료 번호 4 스퍼터링 표적재의 마이크로 조직을 SEM으로 촬영한 사진(배율: 500배)을 나타낸다. 도 5는 도 4와 동일한 시야에서 EPMA(Electron Probe Micro-analyser)를 이용하여 컬러 맵핑(color mapping)한 Nb 아일랜드의 스케치를 나타낸다. 도 4 및 도 5로부터, 도면의 중앙 부분에 5개의 Nb 아일랜드가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4로부터, 각각의 Nb 아일랜드의 주위에 흑색으로 식별할 수 있는 산화물 입자가 존재하고, Nb 아일랜드의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 Nb 아일랜드의 최대 면적이 모두 1.0㎟ 이하인 것을 알 수 있다. 또한, EPMA 컬러 맵으로부터, 도 4의 Nb 아일랜드 주위에 존재하는 흑색 입자가 산화물인 것을 확인했다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 시료 번호 1∼6의 스퍼터링 표적재에 있어서, 금속 원소(M)의 아일랜드의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 면적이 각각 1.0㎟ 이하인 것을 알 수 있다.

한편, 비교예의 시료 번호 7, 8의 스퍼터링 표적재에 있어서는, 부위에 따라 금속 원소(M)의 분포에 차이가 있음이 확인되고, 금속 원소(M)의 아일랜드의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드 면적이 1.0㎟를 넘는 것으로 확인됐다.

실시예 2

실시예 1에서 제조한 것과 동일한 조성 및 치수를 가진 소결체를 실시예 1의 경우와 동일한 방법으로 제조하고, 계속해서 열간 압연을 실시했다. 열간 압연은, 각각의 소결체에 대해 HIP 공정 후에 가압 용기를 제거하지 않고 가압 용기에 들어있는 상태에서 1150℃까지 가열하고 압하율(reduction ratio) 50% 이하의 압연을 5회 반복하여 실시했다. 목표 압하율은 25%였다. 열간 압연 후에 각각의 가공품을 절단 및 기계 가공하여, 치수가 두께10mm×폭1130mm×길이1200mm인 직사각형 스퍼터링 표적재를 얻었다. 실시예 1의 경우와 동일하게, 스퍼터링면에 수직인 단면으로 크기가 6×10mm인 시험편을 스퍼터링 표적재 시료로부터 채취하고, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해서 마이크로 조직을 관찰했다. 각각의 시험편에 관해, 금속 원소(M)의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획된 금속 원소(M)의 아일랜드의 면적을 측정했다. 그 면적의 측정값을 표 2에 나타낸다. 또한, 각 스퍼터링 표적재의 상대 밀도를 아르키메데스법에 의해 측정하여 동일하게 표 2에 나타낸다. 각각의 비교 시료 번호 17, 18에 있어서, 열간 압연중에 소결체의 테두리 면에 크랙이 발생했기 때문에, 스퍼터링 표적재를 제조할 수 없었다.

[표 2]

시료 번호	화학적 조성 (원자%)	원료분말의 평균입경		2차분말의 평균입경 (*1)(mm)	금속원소 M 아일랜드의면적(㎟)	열간 압연	상대 밀도 (%)	비고
		Mo (㎛)	금속원소 M (㎛)
11	70Mo-30Ti	6	100	1.0	0.006	예	99.1	본발명시료
12	91.5Mo-8.4Zr	6	100	1.0	0.003	예	99.3	본발명시료
13	91.5Mo-8.4V	6	100	1.0	0.005	예	99.5	본발명시료
14	95Mo-5Nb	6	100	1.0	0.002	예	99.7	본발명시료
15	91.5Mo-1.5Nb	6	100	1.0	0.004	예	99.7	본발명시료
16	95.5Mo-4.5Cr	6	100	1.0	0.006	예	99.6	본발명시료
17	95Mo-5Nb	6	100	제조못함 (*2)	-	아니오 (크랙발생)	-	비교예시료
18	99.8Mo-0.2Nb	6	100	제조못함 (*2)	-	아니오 (크랙발생)	-	비교예시료

(주) *1: 2차 분말은, CIP 방법으로 제조된 원료 분말의 압분체를 미분하여

제조됨.

(주) *2: 시료 1 및 1에서는 2차 분말이 제조되지 않았음.

도 6은 본 발명의 시료 번호 14 스퍼터링 표적재의 마이크로 조직을 SEM으로 촬영한 사진(배율: 1500배)을 나타낸다. 도 7은 도 6과 동일한 시야에서 EPMA(Electron Probe Micro-analyser)를 이용하여 컬러 맵핑한 Nb 아일랜드의 스케치를 나타낸다. 도 6 및 도 7로부터, 도면의 중앙 부분에 1개의 Nb 아일랜드가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6으로부터, 각각의 Nb 아일랜드의 주위에 흑색으로 식별할 수 있는 산화물 입자가 존재하고, Nb 아일랜드의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 Nb 아일랜드의 최대 면적이 모두 1.0㎟ 이하인 것을 알 수 있다. 또한, EPMA 컬러 맵으로부 터, 도 6의 Nb 아일랜드 주위에 존재하는 흑색 입자가 산화물인 것을 확인했다.

표 2에 나타낸 바와 같이, Nb 아일랜드의 주위에 존재하는 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 Nb 아일랜드의 최대 면적이 모두 1.0㎟ 이하인 본 발명의 각 시료는 소정의 형상을 제공하도록 압연할 수 있었다. 또한, 본 발명의 시료 번호 11∼16은 각각 만족스러운 상대 밀도를 가진다.

본 발명의 스퍼터링 표적재에 따르면, Mo 합금 스퍼터링 표적재에서의 성분의 편재가 억제되어, 스퍼터링에 의해 Mo 합금 스퍼터링 표적재로부터 형성되는 박막의 성분 균일성을 향상시킬 수 있으며, 상기 Mo 합금 스퍼터링 표적재는 향상된 소성 가공성을 갖는다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 스퍼터링 표적재의 제조 방법에 있어서,

   Mo 원료 분말과 Ti, Zr, V, Nb 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 원소(M)의 원료 분말을 혼합하는 단계;

   상기 혼합된 원료 분말을 압축하여 압분체(green compact)를 형성하는 단계;

   상기 압분체를 분쇄하여 평균 입경이 5.0mm 이하인 2차 분말을 제조하는 단계;

   상기 2차 분말을 가압 용기에 충전하는 단계; 및

   상기 가압 용기에 담겨있는 상태로 상기 2차 분말을 가압 하에 소결하여 상기 스퍼터링 표적재를 제조하는 단계

   를 포함하고,

   상기 스퍼터링 표적재는, 스퍼터링 표면에 대해 수직인 단면에서 본 마이크로 조직에서의 금속 원소(M)의 각각의 아일랜드 주위에 산화물 입자가 존재하고, 상기 산화물 입자를 직선으로 연결함으로써 밀폐 구역을 형성하도록 구획되는 금속 원소(M)의 아일랜드의 최대 면적이 1.0㎟ 이하인 것을 특징으로 하는

   스퍼터링 표적재의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 소결된 스퍼터링 표적재에 대해 소성 가공을 실시하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 표적재의 제조 방법.

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