KR100841418B1 - Fabrication of a precious metal target using a spark plasma sintering - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 귀금속 타겟재를 새로운 소결법인 방전플라즈마 소결(SPS;Spark Plasma Sintering)을 이용하여 제조하는 것이다.The present invention is to produce a precious metal target material using spark plasma sintering (SPS), which is a new sintering method.
기존의 용해주조법이나 분말소결법에 비해 본 발명에 사용된 방전플라즈마 소결법은 제조시에 저비용이고, 단시간에 이론비중에 근접하고, 미세한 결정립을 갖는 타겟제조가 가능하다.The discharge plasma sintering method used in the present invention, compared to the conventional dissolution casting method or powder sintering method, can be manufactured at low cost, close to theoretical weight in a short time, and having a fine grain.
이를 위해서 목적타겟의 분말을 준비 후, 균일한 입도분포를 갖도록 분쇄 및 건조처리를 행한 후, 소정 크기의 몰드에 충진 및 압축시키고, 충진된 몰드를 방전플라즈마 소결장치에 세팅하여, 감압 후 방전플라즈마 소결법을 이용하여 제조방법이 간단하고, 이론밀도에 가까운 고밀도를 가지며, 우수한 물성을 갖는 귀금속 타겟재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.To this end, after preparing the powder of the target target, after grinding and drying treatment to have a uniform particle size distribution, it is filled and compressed in a mold of a predetermined size, and the charged mold is set in the discharge plasma sintering apparatus, after the pressure reduction discharge plasma It is an object of the present invention to provide a method for producing a noble metal target material having a simple sintering method, a high density close to theoretical density, and excellent physical properties.
방전플라즈마 소결법(SPS;Spark Plasma Sintering), 백금(Pt) 타겟, 루테늄(Ru) 타겟, 이리듐(Ir) 타겟, 로듐(Rh) 타겟, 파라듐(Pd) 타겟, 귀금속 타겟 Spark Plasma Sintering (SPS), Platinum (Pt) Target, Ruthenium (Ru) Target, Iridium (Ir) Target, Rhodium (Rh) Target, Palladium (Pd) Target, Precious Metal Target
Description
도 1은 본 발명의 방전플라즈마 소결법을 이용한 귀금속 타겟의 제조의 전체 흐름도이다.1 is an overall flowchart of the production of a noble metal target using the discharge plasma sintering method of the present invention.
도 2는 본 발명의 귀금속 타겟을 제조하는데 사용된 장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an apparatus used to make a noble metal target of the present invention.
본 발명은 최근에 반도체 메모리(RAM, MRAM, FeRAM), 헤드(MR, GMR, TMR) 및 캐패시터(Capacitor)와 관련해서 사용되는 웨이퍼(Wafer)나 글라스(Glass)상의 전극용으로 귀금속 박막(Pt, Ir, Ru, Pd, Rh 등의 백금족 박막)에 사용되어지는 귀금속 타겟재에 대한 새로운 소결법을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 새로운 소결법인 방전플라즈마 소결법에 의해 이러한 귀금속 타겟재를 만드는 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a thin film of precious metal (Pt) for electrodes on wafers or glass, which are recently used in connection with semiconductor memories (RAM, MRAM, FeRAM), heads (MR, GMR, TMR) and capacitors. The present invention relates to a method for manufacturing a noble metal target material used in a platinum group thin film (Ir, Ru, Pd, Rh, etc.) using a new sintering method. It is about a method.
본 발명과 관계되는 방전플라즈마 소결법은 분말을 1축으로 가압하면서 가압방향과 평행한 방향으로 직류펄스전류를 인가하여 소결하는 방법인데, 분체 입자간의 틈새에 압력과 저전압 및 대전류를 투입하고 이때 발생하는 스파크(Spark)에 의 해 순식간에 발생하는 플라즈마(Plasma)의 고에너지를 전계확산, 열확산 등에 응용한 소결법이다. 종래의 열간압축법(Hot Press)에 비해서, 소결온도가 200~500℃ 더 낮고, 승온 및 유지시간을 포함하여 단시간에 소결을 완료할 수 있기 때문에 전력소비가 크게 줄며, 취급이 간편하고, 러닝코스트가 저렴하고, 소결기술에 대한 숙련이 필요하지 않고, 난소결재 및 고온에서 가공이 어려운 재료들에 대해서도 적용이 가능하다.The discharge plasma sintering method according to the present invention is a method of applying a direct current pulse current in a direction parallel to the pressing direction while sintering the powder in one axis, and injecting pressure, a low voltage and a large current into the gap between the powder particles, It is a sintering method in which high energy of plasma generated by a spark is applied to electric field diffusion and thermal diffusion. Compared to the conventional hot press method, the sintering temperature is 200 to 500 ° C lower, and the sintering can be completed in a short time including the temperature raising and holding time, which greatly reduces the power consumption, and the handling is easy. Inexpensive, skilled in the sintering technique is not required, and can be applied to materials that are difficult to process at high temperatures and sintering materials.
종래의 귀금속타겟재의 제조방법으로는 용해법(플라즈마 아크용해, 아크용해, 고주파 유도용해 등)에 의해 주조 후 플라즈마나 아크 등으로 용접을 실시하고, 평탄화 및 재결정화를 위해, 후가공공정(열간압연, 냉간압연, 열처리 등)을 거쳐 제조하거나, 분말소결법(HP(Hot Press), HIP(Hot Isostatic Press))을 이용하여 연마 후 제작되어지고 있다.Conventional methods of manufacturing precious metal target materials include welding by plasma or arc after casting by melting (plasma arc melting, arc melting, high frequency induction melting, etc.), and post-processing (hot rolling, Cold rolling, heat treatment, etc.), or after grinding using a powder sintering method (Hot Press (HP), Hot Isostatic Press (HIP)).
그러나, 용해법으로 제작된 타겟의 경우에는 재료의 특성상 부분적으로 용해하여 용접을 실시하기 때문에 형상이 불균일하여 일정형상으로 제작하기 위한 후공정 등이 추가되고, 또한 결정립 제어를 위해 가공조직을 부여한 후 열처리를 행하여 재결정화시켜 사용해야 하는 단점이 있다.However, in the case of the target produced by the dissolution method, since partial melting is performed due to the characteristics of the material, welding is performed so that a post-process for the production of a uniform shape is added, and a processing structure is added to the grain control to control the grain. There is a disadvantage to use it by recrystallization.
분말소결법을 이용하는 경우에는, 가스(gas)가 다량 함유되어 고밀도화가 어려운데, 이러한 가스들이 함유된 타겟을 이용하여 박막을 성막하는 경우에는 파티클(Particle)이 발생되기 쉽고, 이러한 파티클은 후공정에 악영향(파티클 탈락에 의한 Pin hole 발생 등)을 주어, 건전한 귀금속 박막을 얻기 어려운 단점이 있다.In the case of using the powder sintering method, it is difficult to increase the density by containing a large amount of gas. Particles are easily generated when a thin film is formed by using a target containing these gases, and such particles adversely affect post-processing. (Pin hole generation, etc. due to particle dropping), it is difficult to obtain a healthy precious metal thin film.
상기에 기술한 바와 같이, 기존에 알려진 방법(용해법, 분말소결법)에 의해 귀금속 타겟을 제조하기 위해서는 복잡한 공정에 의해 고비용이 요구되거나, 고밀도타겟의 확보가 어려운데, 본 발명은 이러한 문제점들을 극복하기 위해 제안된 것으로, 분말을 목적형상의 몰드에 충진한 후 방전 플라즈마소결법에 의해 공정이 간단하고, 이론밀도에 가까운 고밀도를 갖으며, 우수한 물성을 갖는 귀금속 타겟재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.As described above, in order to produce a noble metal target by a conventionally known method (dissolution method, powder sintering method) requires a high cost by a complicated process, or difficult to secure a high-density target, the present invention to overcome these problems The present invention aims to provide a method for producing a precious metal target material having a simple process, a high density close to theoretical density, and excellent physical properties by discharging the powder into a mold of a desired shape and then discharging the plasma by a plasma sintering method. do.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 준비된 목적타겟의 분말을 분쇄 및 건조 처리하는 단계와, 방전플라즈마 소결용 몰드에 카본시트(carbon sheet)를 준비하는 단계와, 목적타겟의 분말을 상기의 몰드에 충진하여 몰드 세트(set)를 준비 후 방전플라즈마 소결장치 챔버(chamber)내에 세팅(setting)하는 단계와, 상기의 챔버를 진공장치에 의해 감압 후 가압 및 전류투입에 의한 승온단계와, 최종 소결 온도부근에서 가압 및 수십분 유지 후 노내에서 냉각하는 단계와, 상기의 소결체에 고착된 카본시트를 제거하는 단계로 구성된다.In order to solve the above technical problem, the present invention comprises the steps of pulverizing and drying the powder of the prepared target target, preparing a carbon sheet (carbon sheet) in the discharge plasma sintering mold, the powder of the target target After filling the mold of the mold set to prepare a set (set) in the discharge plasma chamber sintering apparatus (chamber), the step of heating the chamber by depressurization and pressurization and current input after depressurizing the chamber by a vacuum apparatus, It is composed of a step of cooling in the furnace after pressurizing and maintaining for several tens of minutes near the final sintering temperature, and removing the carbon sheet adhered to the sintered body.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 공정에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the process of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
먼저, 목적타겟의 분말에 분쇄 및 건조를 행한다(S1).First, the powder of the target target is ground and dried (S1).
분쇄는 일반적으로 행해지는 볼밀(ball mill), 어트리터밀(attritor mill), 유성밀 등을 통하여 행하고, 200℃이하에서 1시간 건조하여 수분 등을 제거한다. 이러한 공정은, 초기 준비된 분말에 있어, 분말의 크기나 형상이 균일하지 않을 수 있기 때문에 분쇄 및 건조를 통하여 미세하고 균일한 분말을 제조하고, 후 공정에 서의 방전플라즈마 소결시에도 동일한 조건을 유지하기 위함이다.Grinding is carried out through a ball mill, an attritor mill, a planetary mill, or the like, which is generally performed, followed by drying at 200 ° C. or less for 1 hour to remove moisture and the like. In this process, since the size or shape of the powder may not be uniform in the initially prepared powder, fine and uniform powder is prepared through pulverization and drying, and the same conditions are maintained even during the sintering of the plasma discharged in the subsequent process. To do this.
다음으로는, 분말을 충진할 방전플라즈마 소결용 몰드에 카본시트를 준비한다(S2).Next, a carbon sheet is prepared in a mold for discharging plasma to be filled with powder (S2).
몰드 내부에는 일반적으로 구하기 쉬운 두께 0.2㎜ 정도의 카본 시트를 사용하여 몰드 내부크기에 끼워 넣는다. 카본시트는 방전플라즈마 소결시에 분말과 상하부펀치 및 다이와의 접촉을 피하기 위한 것으로, 카본 시트를 사용하지 않는 경우에는 방전플라즈마 소결시 인가되는 높은 하중과 전류에 의해 고온까지 상승하여 몰드와 소결체간에 고착되는 문제가 발생하고, 이를 분리할 경우에 고비용의 몰드가 파손될 우려가 있다. 반면, 카본시트를 사용한 경우에는 카본시트가 고착된 소결체와 몰드간에 분리가 용이하고, 연마에 의해 카본시트를 제거하여 간단하게 건전한 소결체를 얻을 수 있다. 소결온도가 더욱 높아지면, 카본시트를 사용한 경우에도 몰드와 소결체간에 반응이 일어날 수 있는데, 이때에는 초고온용 BN을 추가로 사용하면 반응을 억제할 수 있다.Inside the mold, a carbon sheet having a thickness of about 0.2 mm, which is generally available, is inserted into the mold. The carbon sheet is intended to avoid contact between powder, upper and lower punches and dies during the discharge plasma sintering. When the carbon sheet is not used, the carbon sheet rises to a high temperature due to the high load and current applied during the discharge plasma sintering and is fixed between the mold and the sintered body. There arises a problem, and there is a fear that expensive mold is broken when it is separated. On the other hand, when the carbon sheet is used, the carbon sheet is easily separated from the sintered body and the mold, and the carbon sheet is removed by polishing, so that a healthy sintered body can be obtained simply. If the sintering temperature is higher, even when a carbon sheet is used, a reaction may occur between the mold and the sintered body. In this case, the reaction may be suppressed by additionally using ultra high temperature BN.
최종 처리된 분말을 상기의 몰드에 충진하여 몰드 세트를 준비 후 방전플라즈마 소결장치 챔버내에 세팅한다(S3).After the final powder is filled in the mold to prepare a mold set and set in the discharge plasma sintering chamber (S3).
방전플라즈마 소결도중 하중이 한쪽으로 치우쳐 몰드의 파손을 방지하기 위하여, 몰드 세트 준비 후 소결다이 외부로 나온 상하부펀치의 높이를 동일수준으로 조절한다. 또한 방전플라즈마 소결장치 내부에 세팅할 때에도 세트가 전극의 중앙에 오도록 조절하여 몰드를 보호한다.In order to prevent the damage of the mold due to the load biased to one side during the discharge plasma sintering, the height of the upper and lower punches which come out of the sintering die after preparing the mold set is adjusted to the same level. In addition, the set is protected at the center of the electrode to protect the mold even when the discharge plasma is set inside the sintering apparatus.
상기의 챔버를 진공장치에 의해 감압 후 가압 및 전류투입에 의한 승온을 실 시한다(S4).After the chamber is decompressed by the vacuum apparatus, the chamber is heated by pressurization and current injection (S4).
본 발명에서는 로타리 펌프(RP), 부스터펌프(BP) 및 확산 펌프(DP) 등의 진공장치를 이용하여 감압을 하였는데, 이는 귀금속재료들이 소결온도가 1000℃이상으로 높아, 유일하게 고온에서 사용 및 고강도 유지가 가능한 카본몰드의 사용을 위한 분위기조절이다. 또한, 진공분위기에서 휘발되기 쉬운 고온 소결재에 대해서는 분위기(N2, Ar 등)를 조절하여 소결이 가능하다.In the present invention, the pressure reduction was performed using a vacuum device such as a rotary pump (RP), a booster pump (BP), and a diffusion pump (DP), and the noble metal materials have a high sintering temperature of 1000 ° C. or higher, and are used only at high temperatures. Atmosphere control for the use of carbon molds that can maintain high strength. In addition, the high temperature sintered material which is easily volatilized in the vacuum atmosphere can be sintered by adjusting the atmosphere (N 2, Ar, etc.).
일정수준으로 감압이 되면, 하중을 인가하고 일정시간, 동일폭으로 전류를 상승시켜 승온하는 것이 바람직하다. 이때, 가해지는 압력은 20~80MPa, 승온속도는 50 ~ 200℃/min 수준으로 조절한다. 압력의 경우, 20MPa이하가 되면 소결이 불충분하게 이루어 질 수 있고, 80MPa은 현재 상용화된 카본몰드의 최고 강도이다.When the pressure is reduced to a certain level, it is preferable to apply a load and raise the current by raising the current at the same width for a predetermined time. At this time, the pressure is applied to 20 ~ 80MPa, the temperature increase rate is adjusted to 50 ~ 200 ℃ / min level. In the case of pressure, sintering may be insufficient when the pressure is 20 MPa or less, and 80 MPa is the highest strength of the commercially available carbon mold.
인가되는 전류는 각각의 장비 크기 및 몰드크기에 따라 각기 다르므로, 온도로 조절하는 것이 용이한데 승온속도가 낮으면 소결시간이 길어질 수 있고, 높으면 급격한 소결이 진행되어 정확한 소결온도 예측이 어렵다.Since the applied current is different depending on the size and mold size of each equipment, it is easy to control the temperature, but if the temperature rise rate is low, the sintering time can be long, if it is high, rapid sintering proceeds, it is difficult to accurately predict the sintering temperature.
소결 종료온도 부근에서 가압 및 수십분 유지 후 노내에서 냉각을 행한다(S5).Cooling is performed in a furnace after pressurization and tens of minutes is maintained near the sintering temperature (S5).
소결종료온도는 가압 및 승온시에 분말의 수축이 더 이상 일어나지 않는 온도(높이의 변화가 없는 온도)를 말하는데, 이는 분말의 종류, 분말의 크기, 형상 및 순도 등에 의해 변할 수 있다.The sintering end temperature refers to a temperature (temperature without change in height) in which the powder no longer contracts upon pressurization and temperature increase, which may vary depending on the type of powder, the size, shape and purity of the powder.
방전플라즈마 소결이 단시간에 일어나는 프로세스(Process)인데 반해, 본 발 명에서 다루어지는 재료가 소결온도가 매우 높은 귀금속이기 때문에 중심부까지 완전한 소결이 이루어지도록 하여 고밀도의 소결체를 얻기 위하여, 상기와 같이 소결 종료 후 수십분 유지시켜준다. 소결시간의 증가에 의해 결정립의 성장이 일어날 수 있으나, 전체 공정시간이 승온 및 냉각과정을 포함하여 수시간 이내이므로, 큰 결정립의 성장은 없다.While discharge plasma sintering is a process that takes place in a short time, the material covered in the present invention is a precious metal with a very high sintering temperature, so that the sintering is completed as described above to obtain a high-density sintered body to complete sintering to the center part. After dozens of minutes. Grain growth may occur by increasing the sintering time, but there is no large grain growth because the entire process time is within several hours including the temperature raising and cooling processes.
방전 플라즈마 소결공정이 종료된 후에는 카본몰드 보호를 위해 지속적으로 감압하면서 100℃이하까지 노내에서 냉각하여야 한다.After the completion of the discharge plasma sintering process, it should be cooled in the furnace to 100 ° C or lower while continuously reducing the pressure to protect the carbon mold.
상하부전극에는 냉각수가 연결되어 있으므로 최소하중을 인가하면서 전극을 몰드에 접촉시키면 빠른 냉각이 가능하다. 이와 같은 방법은 열전도가 큰 금속재료에는 적용이 가능하나, 이와는 반대로 열전도가 낮은 세라믹재료 등은 냉각시에 급격한 온도구배로 인해 내외부의 팽창이 다르게 되어, 크랙(crack)의 위험이 있으므로 삼가해야 한다.Since the coolant is connected to the upper and lower electrodes, rapid cooling is possible by contacting the electrode with the mold while applying a minimum load. This method can be applied to metal materials with high thermal conductivity. On the other hand, ceramic materials with low thermal conductivity should be refrained due to the risk of cracking due to the rapid expansion of the inside and outside due to the rapid temperature gradient during cooling. .
소결체에 고착된 카본시트를 제거한다(S6).The carbon sheet fixed to the sintered body is removed (S6).
이는 최종 목적 두께를 조절하는 단계이기도 하다. 백금 타겟의 경우에는 고온까지 산소와의 반응이 없어, 대기중 고온열처리에 의해 간단히 카본시트가 제거되고, 루테늄 및 이리듐의 경우에는 산소와의 반응이 일어나 변색 및 독성의 산화물이 휘발되므로 대기열처리를 피해야 하며, 기타 귀금속 타겟도 표면조도 확보를 위해 기계적연마를 실시하여 두께를 조절하는 것이 바람직하다.This is also a step in adjusting the final target thickness. In the case of platinum target, there is no reaction with oxygen until high temperature, carbon sheet is easily removed by high temperature heat treatment in the air, and in case of ruthenium and iridium, reaction with oxygen occurs, causing discoloration and toxic oxides to be volatilized. It should be avoided, and it is desirable to control the thickness of other precious metal targets by mechanical polishing to secure the surface roughness.
[실시예 1] 백금 타겟 제조Example 1 Platinum Target Preparation
직경 4인치 크기의 두께 6㎜를 갖는 백금 타겟을 제작하기 위해, 소결종료후 연마에 의해 제거되는 양을 고려하여 순도4N급의 백금분말 1,061g을 준비한다.In order to produce a platinum target having a thickness of 6 mm having a diameter of 4 inches, 1,061 g of purity 4N grade platinum powder was prepared in consideration of the amount removed by polishing after finishing sintering.
준비된 분말은 유성밀을 통하여 분쇄를 실시한 후 건조를 행한다. 분쇄 및 건조 후의 분말의 크기는, 입도분석결과 1 ~ 20㎛수준이였고, 중심입도는 약 8㎛수준이다. 준비된 분말은 외경 200㎜, 내경 102㎜형상의 몰드에 충진한 후, 몰드 세트를 방전플라즈마 소결장치 챔버 내부에 세팅한다. 세팅 후 진공장치를 이용하여 1Pa이하까지 감압후 33ton(환산시 약 40MPa)으로 가압후 1000A/min로 전류를 인가하여 승온속도가 100℃/min수준이 되도록 조절한다. 수축 후 높이의 변화가 없는 온도(1000~1100℃부근)에서 약 30분 유지 후 종료하고, 최소하중으로 상하부 전극을 몰드에 부착시켜 냉각하였다. 100℃이하로 냉각 후 진공을 해제하고 몰드와 카본시트가 고착된 소결체를 분리 후 연마에 의해 카본시트 제거 및 두께조절을 하여 최종적으로 4인치 직경에 두께 6㎜를 갖은 건전한 백금타겟을 얻을 수 있다.The prepared powder is pulverized through a planetary mill and then dried. The size of the powder after pulverization and drying was in the range of 1 to 20 µm, and the central particle size was about 8 µm. The prepared powder is filled into a mold having an outer diameter of 200 mm and an inner diameter of 102 mm, and then the mold set is set inside the discharge plasma sintering apparatus chamber. After setting, reduce the pressure to 1Pa or below by using a vacuum apparatus, pressurize to 33ton (about 40MPa in terms of conversion), and apply a current at 1000A / min to adjust the temperature increase rate to 100 ° C / min. After the shrinkage, it was terminated after holding for about 30 minutes at a temperature (near 1000 to 1100 ° C.) where the height did not change, and the upper and lower electrodes were attached to the mold with a minimum load and cooled. After cooling below 100 ℃, the vacuum is released, and the sintered compact in which the mold and the carbon sheet are fixed are separated, and the carbon sheet is removed and the thickness is adjusted by polishing. Finally, a healthy platinum target having a thickness of 6 mm and a 4 inch diameter can be obtained. .
[실시예 2] 이리듐타겟 제조Example 2 Preparation of Iridium Target
실시예 1과 동일 크기의 이리듐 타겟을 제조하기 위해 3N5급의 분쇄 및 건조처리된 이리듐 분말 1,109g을 준비한다. 분말의 크기는 0.05 ~ 14㎛수준의, 중심입도는 약 6㎛수준이다. 준비한 분말은 실시예 1과 동일 공정으로 진행하여, 최종적인 이리듐 타겟을 제조한다.To prepare an iridium target having the same size as in Example 1, 1,109 g of 3N5 grade pulverized and dried iridium powder was prepared. The size of the powder is 0.05 ~ 14㎛ level, the central particle size is about 6㎛. The prepared powder was processed in the same manner as in Example 1 to prepare a final iridium target.
[실시예 3] 루테늄타겟 제조Example 3 Ruthenium Target Preparation
실시예 1과 동일 크기의 루테늄 타겟을 제조하기 위해 3N5급의 분쇄 및 건조처리된 루테늄 분말 612g을 준비한다. 분말의 크기는 1 ~ 15㎛수준의, 중심입도 는 약 4.7㎛였다. 준비한 분말은 실시예 1과 동일 공정으로 진행하여, 최종적인 루테늄 타겟을 제조한다.To prepare a ruthenium target of the same size as in Example 1, 612 g of 3N5 grade pulverized and dried ruthenium powder was prepared. The powder size ranged from 1 to 15 µm and the median particle size was about 4.7 µm. The prepared powder was processed in the same manner as in Example 1 to prepare a final ruthenium target.
[비교예 1] 백금 타겟 제조Comparative Example 1 Platinum Target Preparation
실시예 1에 사용된 동일크기의 백금분말을 이용하여 용해법으로 백금 타겟을 제조한다. 타겟 제조방법은 종래의 제조방법인, 고주파 유도 용해법으로 용해 후 봉상의 잉곳(ingot)을 제조한다. 제조된 잉곳은 주조조직 파괴 및 사각형상의 모양으로 변화시키기 위해 1000℃이상에서 열간단조를 행하고, 면삭 후 냉간압연에 의해 최종두께 6㎜로 제어 후 열처리를 통해 재결정조직을 만든다. 열처리된 판재는 와이어 커팅기 및 연마기를 이용하여 4인치 크기의 백금 타겟을 얻었다.Using a platinum powder of the same size used in Example 1 to prepare a platinum target by the dissolution method. The target manufacturing method produces a rod-shaped ingot after melting by a high frequency induction melting method which is a conventional manufacturing method. The manufactured ingot is subjected to hot forging at 1000 ° C. or more in order to break the cast structure and change it into a rectangular shape, and control the final thickness to 6 mm by cold rolling after face-to-face making a recrystallized structure through heat treatment. The heat-treated plate was obtained by using a wire cutter and a polishing machine to obtain a 4 inch platinum target.
[비교예 2] 이리듐 타겟 제조Comparative Example 2 Preparation of Iridium Target
실시예 2에서 사용된 동일크기의 분말을 이용하여 용해법으로 이리듐 타겟을 제조한다. 타겟 제조방법은 프레스(press)에 의해 가성형체로 제조 후 진공아크용해를 이용하여 잉곳 4개를 제조하였다. 제조된 잉곳은 플라즈마 용접기를 이용하여 하나의 형상으로 용접하였고, 산세처리를 통하여 표면에 묻은 이물질을 제거하였다. 제거된 잉곳은 1300℃이상에서 열간단조 및 압연을 실시하여 플레이트(Plate)로 제조하고, 최종 열처리를 통해 결정립을 제어 후 와이어 커팅기 및 연마기를 이용하여 4인치 크기의 이리듐 타겟을 얻었다.An iridium target was prepared by dissolution using the same size powder used in Example 2. In the target manufacturing method, four ingots were manufactured by using vacuum arc melting after being manufactured into a pseudo-molded body by pressing. The manufactured ingot was welded into one shape by using a plasma welding machine, and foreign substances on the surface were removed by pickling. The removed ingot was hot plated and rolled at 1300 ° C. to produce a plate, and after controlling the grain through final heat treatment, an iridium target having a size of 4 inches was obtained by using a wire cutter and a polishing machine.
[비교예 3] 루테늄 타겟 제조Comparative Example 3 Ruthenium Target Preparation
실시예 3에서 사용된 동일크기의 분말을 이용하여 용해법으로 루테늄 타겟을 제조한다. 타겟제조 방법은 프레스(press)에 의해 가성형체로 제조 후 진공아크 용해를 이용하여 잉곳을 제조한다. 이렇게 만들어진 잉곳은 루테늄 특성상 용접이나 기타 작업이 어려워 상하면을 연삭 후 플레이트로 제작하고, 와이어 커팅기 및 연마기를 이용하여 최종적인 루테늄 타겟을 얻었다.A ruthenium target was prepared by a dissolution method using the same size powder used in Example 3. In the target manufacturing method, the ingot is manufactured by using vacuum arc melting after being manufactured into a pseudo-molded body by pressing. The ingot thus made is difficult to weld or other operations due to the ruthenium properties, and the upper and lower surfaces are ground and plated, and a final ruthenium target is obtained by using a wire cutter and a polishing machine.
아래의 표 1, 표 2 및 표 3은 방전플라즈마 소결 및 용해법에 의해 제조된 귀금속 타겟들에 대하여 상대비중, 경도, 결정립 크기 및 제조시간을 나타낸다.Table 1, Table 2 and Table 3 below shows the relative specific gravity, hardness, grain size and manufacturing time for the precious metal targets produced by the discharge plasma sintering and dissolution method.
방전플라즈마 소결법에 의해 제조된 귀금속 타겟재의 경우, 이론비중에 가까운 상대비중을 나타내고 있으며 용해법에 비해 높은 경도, 미세한 결정립 및 제조시간이 단축된 우수한 성질들을 나타낸다. 이러한 결과들로부터, 실시예의 방전플라즈마 소결법에 의해 종래보다 우수하고 단시간에 귀금속 타겟의 제작이 가능하다.The precious metal target material produced by the discharge plasma sintering method shows a relative specific gravity close to the theoretical specific gravity, and exhibits excellent properties such as high hardness, fine grains, and shorter manufacturing time than the dissolution method. From these results, by the discharge plasma sintering method of the embodiment, it is possible to produce a precious metal target superior to the conventional and in a short time.
본 발명의 귀금속 타겟재를 제조하는데 사용된 방전플라즈마 소결장치의 개략도를 도 2에 나타내었다.A schematic diagram of the discharge plasma sintering apparatus used to manufacture the precious metal target material of the present invention is shown in FIG. 2.
방전플라즈마 소결장치는 수직한 축에 가압기구를 갖는 소결기계 본체와 수냉부 내장의 특수통전기구, 수냉진공챔버, 분위기 제어기구(진공, Ar 및 N2 등 제어), 진공 배기장치, SPS 직류전원공급장치, 제어장치 등으로 구성되어 있다.The discharge plasma sintering apparatus is composed of a main body of a sintering machine having a pressurizing mechanism on a vertical axis, a special energization mechanism with a built-in water cooling unit, a water cooling vacuum chamber, an atmosphere control mechanism (control of vacuum, Ar and N 2, etc.), a vacuum exhaust device, and an SPS DC power supply. It consists of a supply apparatus, a control apparatus, etc.
상기에서와 같이 기존 방법에 의한 귀금속 타겟 제조는 공정이 복잡하고, 작업환경이 열악하며, 고비용의 소결방법이 요구된다. 그러나, 본 발명에서는 목적 타겟의 분말에 분쇄 및 건조처리에 의해 최종 결정분말의 크기를 균일하게 조절하고, 방전플라즈마 소결법을 이용하여 제조방법이 간단하고, 이론밀도에 가까운 고밀도를 가지며, 우수한 물성을 갖는 귀금속 스퍼터링 타겟재의 제조가 가능하다. 이렇게 제조된 귀금속 타겟은 반도체 분야 등 여러 산업의 귀금속 박막재료로의 제공이 가능한데, 특히 반도체 메모리(RAM, MRAM, FeRAM), 헤드(MR, GMR, TMR) 및 캐패시터와 관련해서 사용되는 웨이퍼나 글라스상의 전극용으로 적용되는 귀금속 박막의 스퍼터 재료로 이용될 수 있다.As described above, the production of a noble metal target by the conventional method requires a complicated process, a poor working environment, and a costly sintering method. However, in the present invention, the size of the final crystal powder is uniformly controlled by pulverizing and drying the powder of the target target, and the production method is simple by using the discharge plasma sintering method, has a high density close to the theoretical density, and excellent physical properties. Production of the noble metal sputtering target material which has is possible. The precious metal targets thus manufactured can be provided as thin metal materials for noble metals in various industries, such as semiconductors. In particular, wafers and glasses used in connection with semiconductor memories (RAM, MRAM, FeRAM), heads (MR, GMR, TMR) and capacitors It can be used as a sputtering material of a thin noble metal applied for phase electrodes.
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