KR101342823B1 - 스퍼터 타깃과 ｘ-레이 애노드의 제조 또는 재처리를 위한코팅 공정 - Google Patents

스퍼터 타깃과 ｘ-레이 애노드의 제조 또는 재처리를 위한코팅 공정 Download PDF

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에이치. 씨. 스타아크 아이앤씨
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Abstract

스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 공정이 개시되어 있으며, 가스 흐름은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 이들 중 적어도 두 가지 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 물질의 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성한다. 상기 분말은 0.5 ㎛ 내지 150 ㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되고, 초음속 제트가 재처리 또는 제조될 대상물의 표면 위로 향한다.

Description

스퍼터 타깃과 Ｘ-레이 애노드의 제조 또는 재처리를 위한 코팅 공정{COATING PROCESS FOR MANUFACTURE OR REPROCESSING OF SPUTTER TARGETS AND X-RAY ANODES}
본 발명은 산소 등의 단지 소량의 기체 불순물을 함유하는 층을 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드에 도포하기 위한 공정에 관한 것이다.
표면에 대한 내화 금속 층의 코팅은 여러 가지의 문제점을 나타낸다.
널리 알려진 공정에 있어서, 금속은 일반적으로 완전히 또는 부분적으로 용융되며, 그 결과 금속은 용이하게 산화되거나 또는 다른 기체 불순물을 흡수한다. 따라서 증착 용접과 플라즈마 용사(spraying) 등과 같은 종래의 공정들은 반드시 불활성 가스 하에서 또는 진공 내에서 실행되어야 한다.
이러한 경우, 고가의 장치가 필요하며, 구성 요소의 크기는 한정되고, 기체 불순물의 함량은 여전히 만족스럽지 못하다.
코팅 대상물로 전달된 다량의 열의 주입은 일그러질 가능성을 증가시키는 원인이 되고, 이는 저온에서 용해되는 성분을 또한 종종 포함하는 복잡한 구성 요소의 경우에는 이러한 공정들을 이용할 수 없다는 것을 의미한다. 이러한 구성 요소들은 특히 금속의 음극 스퍼터링에서 사용되는 금속의 소스가 되는 소위 스퍼터링 타깃이다. 따라서 복잡한 구성 요소들은 처리 이전에 반드시 제거되어야 하며, 이것은 대개 처리가 실제로 비경제적이며, 단지 구성 요소의 재료의 재생(스크래핑)을 수행한다는 것을 의미한다.
진공 플라즈마 용사에 있어서, 사용된 전극에서부터 비롯되는 텅스텐과 구리의 불순물은 층으로 더 주입되며, 이는 대개 바람직하지 못하다. 예컨대, 탄탈 또는 니오브 층들이 부식 보호용으로 사용될 경우, 이들 불순물은 소위 마이크로-갈바니 전지의 형성에 의해 코팅의 보호 작용을 감소시킨다. 스퍼터 타깃의 경우, 이러한 오염은 결국 요소를 사용 불가능하게 만들 수 있다.
이러한 공정들은 더욱이 예컨대, 단축(unidirectional) 입자 성장 등의 이들 고유의 단점을 항시 수반하는 용융 야금학 공정이다. 이것은, 특히 적절한 분말이 표면에 코팅되어 레이저 빔에 의해 용융되는 레이저 공정에서 발생한다. 다른 문제점은 특히 금속 분말이 우선 코팅되고 이것이 그 다음 열 소스로 용융될 경우 특히 관측될 수 있는 공극률(porosity)에 있다. 실로 WO 02/064287에서는 예컨대, 레이저 빔 등의 에너지 빔에 의해 분말 입자를 단지 피상적으로 용융 및 소결시킴으로써 이러한 문제점을 해결하기 위한 시도가 있었다. 그러나 그 결과는 항시 만족스럽지 못하고, 고가의 장치가 필요하며, 실로 감소되었지만 그럼에도 불구하고 복잡한 구성 요소로의 높은 열 주입과 관련한 문제점이 여전히 남아 있다.
WO-A-03/106,051에는 저압 저온 용사를 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이러한 공정에서, 분말 입자의 코팅은 실질적으로 주위의 온도에서 가스 내에서 공작물로 용사된다. 상기 공정은 용사된 분말 입자를 가속시키기 위해 대기압 미만의 낮은 주위 압력의 환경에서 수행된다. 이러한 공정을 이용하여 가공 대상물에는 분말 코팅이 형성된다.
EP-A-1,382,720에는 또 다른 저압 저온 용사를 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이러한 공정에서, 코팅될 타깃과 저온 용사 건은 80 kPa 미만의 압력의 진공 챔버 내에 배치된다. 이러한 공정을 이용하면, 공작물은 분말로 코팅된다.
이러한 종래 기술의 관점에서, 재료의 재생 또는 타깃의 제거를 필요로 하지 않고, 낮은 열 주입 및 저가의 장치와 다양한 캐리어 물질 및 스퍼터 물질 또는 X-레이 애노드 물질의 광범위한 응용 가능성에 의해 두드러지게 되는, 코팅될 금속이 처리 중에 용융되지 않거나 피상적으로 용융되는 그러한 스퍼터링 타깃 또는 X-레이 애노드의 재생을 위한 신규의 공정을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 목적은 청구항 1항에 따른 방법에 의해 소망하는 표면에 원하는 내화 금속을 도포시킴으로써 달성된다.
종래의 열 용사(화염, 플라즈마, 고속 화염, 아크, 진공 플라즈마, 저압 플라즈마 용사) 및 증착 용접 공정과는 대조적으로 코팅 장치에서 발생된 열에너지에 의해 야기된 코팅 물질의 피상적인 용융, 또는 용융이 발생하지 않는 공정은 대개 이러한 목적에 적합하다. 이에 관련해서, 전술한 공정은 분말 입자의 산화에 영향을 받을 수 있고 이로 인해 얻은 층의 산소 함량이 증가하기 때문에 화염 또는 고온 연소 가스와의 접촉은 피할 수 있게 된다.
이러한 공정은 예컨대, 저온 가스 용사, 저온 용사 공정, 저온 가스 다이나믹 용사, 동적 용사(kinetic spray)로 당업자들에게 공지되어 있으며, 예컨대 EP-A-484533에 설명되어 있다. 마찬가지로, DE-A-10253794에 개시된 공정은 또한 본 발명에 적합하다. 소위 저온 용사 공정 또는 동적 용사 공정은 본 발명에 따른 공정에 특히 적합할 수 있으며, 명시적으로 참조한 EP-A-484533에 설명되어 있는 저온 용사 공정이 특히 적합할 수 있다.
따라서 유리하게 채택되는, 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 표면에 코팅을 도포하기 위한 공정에 있어서, 가스 흐름은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 적어도 두 가지의 혼합물 또는 이들 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 물질의 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성하며, 상기 분말은 0.5 내지 150㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되고, 가스/분말 혼합물 내의 분말의 속도가 300 내지 2,000m/s, 바람직하게는 300 내지 1,200m/s로 되도록 보장하는 초음속 제트가 형성되고, 상기 제트가 대상물의 표면 위로 향한다.
대상물의 표면에 충돌하는 금속 분말 입자는 층을 형성하며, 그 입자는 심하게 변형된다. 분말 입자는 0.01 내지 200g/sㆍcm2, 바람직하게는 0.01 내지 100g/sㆍcm2, 매우 바람직하게는 0.01 내지 20g/sㆍcm2, 또는 가장 바람직하게는 0.05 내지 17g/sㆍcm2의 입자 유량 밀도를 보장하는 양으로 제트에 존재하는 것이 유리하다.
상기 유량 밀도는 공식 F = m/(π/4*D2)로부터 계산되는데, 여기서 F = 유량 밀도, D = 노즐 단면, m = 분말 이송률이다. 통상적인 분말 이송률은 예컨대, 70g/min = 1.1667g/s이다.
2mm 미만의 낮은 D의 값에서, 20g/sㆍcm2 보다 상당히 더 큰 값을 얻을 수 있다. 이러한 경우, F는 더 높은 분말 이송률에서 50g/sㆍcm2 또는 더 높은 값으로 쉽게 가정할 수 있다.
아르곤, 네온, 헬륨 또는 질소 또는 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 등의 불활성 가스는, 일반적으로 금속 분말이 이와 함께 가스 분말 혼합물을 형성하게 될 가스로서 사용된다.
특별한 경우, 공기가 또한 사용될 수 있다. 만약 안전 규칙을 충족할 경우, 수소 또는 다른 가스와의 수소 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
상기 공정의 양호한 실시예에 있어서, 용사는 다음의 단계들을 포함한다. 즉,
- 용사에 의해 코팅될 표면에 인접하게 용사 오리피스를 제공하는 단계;
- 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 적어도 두 가지의 혼합물 또는 이들의 합금 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 미립자 물질의 분말을 용사 오리피스에 공급하는 공급 단계로서, 상기 분말은 0.5 내지 150㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 분말이 압력 하에 있는 것인 공급 단계;
- 용사 오리피스에 정적 압력이 형성되도록 압력 하에서 불활성 가스를 용사 오리피스에 공급하고, 코팅될 표면상에 상기 미립자 물질 및 가스의 용사를 제공하는 단계; 및
- 코팅될 상기 표면 상에 상기 미립자 물질 및 가스의 용사의 실질적인 가속을 제공하기 위해 1 기압 미만이고 용사 오리피스에서의 정적 압력보다 실질적으로 더 낮은 주위 압력의 영역 내에 용사 오리피스를 배치하는 단계를 포함한다.
상기 공정의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 용사는 저온 용사 건과 코팅될 타깃을 이용하여 수행되고, 저온 용사 건은 80 kPa 미만의 압력, 바람직하게는 0.1 내지 50 kPa, 가장 바람직하게는 2 내지 10 kPa의 압력에서 진공 챔버 내에 배치된다.
또 다른 유리한 실시예는 청구 범위로부터 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 분말로서 분말 형태로 사용되는 내화 금속은 일반적으로 99%의 순도 또는 그 이상의 순도, 예컨대 99.5% 또는 99.7% 또는 99.9%의 순도를 갖는다.
본 발명에 따르면, 내화 금속은 금속 불순물을 기초하여 적어도 99.95%의 순도, 특히 적어도 99.995% 또는 적어도 99.999%, 특히 적어도 99.9995%의 순도를 갖는 것이 유리하다.
개별적인 내화 금속 대신에 합금을 사용할 경우, 적어도 내화 금속은 이러한 순도를 갖지만, 바람직하게는 전체 합금은 이러한 순도를 갖기 때문에 대응하는 높은 순도의 층이 형성될 수 있다.
금속 분말은 더욱이 1,000 ppm 미만, 또는 500 미만, 또는 300 미만, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 갖는다. 적어도 99.7%, 유리하게는 적어도 99.9%, 특히 99.95%의 순도를 지니면서 1,000 ppm 미만의 산소 함량, 또는 500 ppm 미만의 산소, 또는 300 ppm 미만의 산소, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 지닌 내화 금속 분말이 특히 적합할 수 있다.
적어도 99.95%, 특히 적어도 99.995%의 순도를 지니면서 1,000 ppm 미만의 산소 함량, 또는 500 ppm 미만의 산소 함량, 또는 300 ppm 미만의 산소 함량, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 지닌 내화 금속 분말이 특히 적합할 수 있다.
적어도 99.999%, 특히 적어도 99.9995%의 순도를 지니면서, 1,000 ppm 미만의 산소 함량, 또는 500 ppm 미만의 산소 함량, 또는 300 ppm 미만의 산소 함량, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 지닌 내화 금속 분말이 특히 적합할 수 있다.
전술한 모든 분말에 있어서, 탄소, 질소 또는 수소 등의 다른 비금속 불순물의 총 함량은 500 ppm 미만, 바람직하게는 150 ppm 미만으로 되어야 하는 것이 유리하다.
특히, 산소의 함량은 50 ppm 이하, 질소의 함량은 25 ppm 이하 그리고 탄소의 함량은 25 ppm 이하로 되는 것이 유리하다.
금속 불순물의 함량은 500 ppm 이하, 바람직하게는 100 ppm 이하, 가장 바람직하게는 50 ppm 이하, 특히 10 ppm 이하로 되는 것이 바람직하다.
적절한 금속 분말은 예컨대, 커패시터의 제조에 또한 적합할 수 있는 많은 내화 금속 분말이다.
이러한 금속 분말은 환원제와의 내화 금속 화합물의 환원과, 바람직하게는 후속의 탈산소에 의해 제조될 수 있다. 이러한 절차에 있어서, 예컨대, 산화 텅스텐 또는 산화 몰리브덴은 상승된 온도에서 수소 스트림 내에서 환원된다. 이러한 제조는 예컨대, Schubert, Lassner 저서의 1999년 판 뉴욕 Kluwer Academic/Plenum 출판사의 "텅스텐" 또는 Brauer 저서의 1981년 판 Ferdinand Enke Verlag Stuttgart의 "Handbuch der Praeparativen Anorganischen Chemie"의 p.1530에 기술되어 있다.
탄탈과 니오브의 경우, 그 제조는 일반적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 토 금속과, 예컨대, 헵타플루오르탄탈레이트 나트륨, 헵타플루오르탄탈레이트 칼륨, 헵타플루오르니오베이트 나트륨, 또는 헵타플루오르니오베이트 칼륨 등의 알칼리 금속 헵타플루오르탄탈레이트와 알칼리 토금속 헵타플루오르탄탈레이트 또는 산화물의 환원에 의해 실행된다. 이러한 절차에서, 상기 환원은 예컨대, 나트륨의 첨가로 용융된 염에서 또는 칼슘 증기 또는 마그네슘 증기가 유리하게 사용되는 가스 상(gas phase)에서 수행될 수 있다. 내화 금속 화합물은 또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 혼합 및 가열될 수 있다. 수소 분위기가 유리할 수 있다. 수많은 적절한 공정들이 당업자들에게 알려져 있으며, 당업자가 적절한 반응 조건을 선택할 수 있는 공정 변수들이 공지되어 있다. 적절한 공정은 예컨대, 미국 특허 제4483819호 및 WO 98/37249호에 개시되어 있다.
환원 이후, 유리하게는 탈산소가 수행된다. 이것은 예컨대, 내화 금속 분말을 Mg, Ca, Ba, La, Y 또는 Ce와 혼합시킨 다음 가열시키거나 또는 금속 분말로부터 게터 물질로 가능한 산소의 이동을 제공하는 분위기 내에서 게터 물질의 존재 하에서 내화 금속을 가열시킴으로써 실행될 수 있다. 내화 금속 분말은 그 다음 보통 산과 물과 함께 탈산화제의 염으로부터 자유롭게 되고 건조된다. 여기서 산소 함량을 줄이기 위해 금속을 사용할 때, 금속 불순물을 계속 낮게 유지할 수 있으면 유리해진다.
산소 함량이 낮은 순수 분말의 제조를 위한 또 다른 공정은 예컨대, WO 01/12364 및 EP-A-1200218에 개시된 바와 같이, 환원제로서 알칼리성 토금속을 이용한 내화 금속 수소화물의 환원을 포함한다.
본 발명은 또한 스퍼터 타깃(금속의 음극 스퍼터링에서의 금속 공급원)의 재처리 또는 제조를 위한 공정에 관한 것으로, 가스 흐름은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 적어도 두 가지의 혼합물 또는 이들 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 물질의 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성하며, 상기 분말은 0.5 내지 150㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되고, 초음속 제트가 재처리 또는 제조될 대상물의 표면 위로 향한다.
스퍼터 타깃은 금속의 음극 스퍼터링에서의 금속 공급원이다. 이것은 집적 회로, 반도체 및 다른 전기 제품, 자성의 띤 제품 및 광학 제품의 제조에 이용된다. 스퍼터링 공정 동안, 일반적으로 스퍼터 타깃의 금속 표면은 균일하지 않게 마모되며, 이는 표면 상에 깊은 주름의 형성 원인이 된다. 백킹 플레이트의 재료에 의한 오염이나 심지어 냉각액의 막대한 돌파를 피하기 위해, 내화 금속 층이 소모되지만 사전에 신속하게 서비스를 중단할 때까지 스퍼터 타깃은 사용되지 않기 때문에, 새로운 스퍼터 타깃이 사용될 때, 단지 상대적으로 소량의 내화 금속이 소모된다. 그러나 대부분은 단지 작은 조각으로서 판매될 수 있거나 그 재료는 재생되는데 그 이유는 백킹 플레이트의 제거가 요구되고 새로운 내화 금속 플레이트로의 접속을 필요하기 때문이다. 그러나, 여기서 상기 백킹 플레이트는 저가인 스퍼터 타깃의 일부이다.
따라서 스퍼터 타깃의 가능한 재처리를 위해 백킹 플레이트를 분리할 필요 없이 이러한 재처리를 행하거나 또는 백킹에 직접 스퍼터 물질을 침착시킬 가능성을 부여하는 기술의 필요성이 존재한다.
이러한 목적을 위해, 사용된 스퍼터 타깃의 깊은 주름은 전술한 바와 같이 저온 용사 공정에 의해 특별한 내화 금속으로 다시 충전된다. 이를 위해, 가스/분말 혼합물의 초음속 제트는 깊은 주름 위로 향하고 깊은 주름의 완전한 길이와 형상에 걸쳐 이동한다. 이것은 깊은 주름을 다시 충전시킬 필요가 있을 만큼 종종 반복되기 때문에 스퍼터 타깃의 표면은 실질적으로 평탄한 영역을 다시 형성하고 및/또는 충전된 물질은 스퍼터 타깃의 표면 위로 약간 상승한다. 바람직하게는, 가스/분말 혼합물의 초음속 제트는 그 다음 스퍼터 타깃의 나머지 표면 위로 향하고, 스퍼터 타깃의 표면을 완전히 덮는 균일하게 두껍고 평탄한 층이 얻어질 때까지 스퍼터 타깃 표면의 완전한 길이, 폭 및 형상에 걸쳐 안내된다. 획득한 거친 표면은 그 다음 종래의 공정에 의해 연마 및 광택 처리될 수 있어 소망의 매끈한 표면을 얻게 된다.
새로운 스퍼터 타깃을 생산하는 동안, 층은 백킹 플레이트에 도포된다. 타깃의 구조에 따라, 가스/분말 혼합물의 초음속 제트는 스퍼터 타깃의 백킹 플레이트의 완전한 표면 위로 향하고 스퍼터 타깃의 표면을 완전히 덮는 균일하고 충분히 두껍고 평탄한 층이 얻어지거나 또는 단지 플라즈마의 접촉 영역이 도포되어 상당한 재료의 절약을 초래할 때까지 스퍼터 타깃 표면의 완전한 길이, 폭 및 형상에 걸쳐 안내된다.
층의 두께는 보통 0.01mm 보다 크다. 상기 층의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 100mm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 45mm, 더더욱 바람직하게는 8 내지 40mm, 더더욱 바람직하게는 10 내지 30mm, 더더욱 바람직하게는 10 내지 20mm, 가장 바람직하게는 10 내지 15mm이다.
획득한 층의 순도와 산소 함량은 분말의 순도와 산소 함량으로부터 50% 이하, 바람직하게는 20% 이하로 편향되어야 한다.
이것은 재처리될 스퍼터 타깃이 불활성 가스 하에서 코팅될 경우 유리하게 달성될 수 있다. 아르곤은 불활성 가스로서 유리하게 사용되는데, 그 이유는 공기보다 높은 밀도로 인해 아르곤은 코팅될 대상물을 덮고, 특히 아르곤이 빠져나가거나 넘치는 것을 방지하고 아르곤을 연속적으로 충전시키는 용기 내에 스퍼터 타깃이 있을 경우 현재의 상태를 유지하는 경향이 있기 때문이다.
본 발명에 따른 공정은 스퍼터링 타깃의 처리 또는 생산에 특히 적합한데, 그 이유는 한편으로 열기계학적인 공정에 의한 생산 동안 상이한 간격에서 변할 수 있는 결정학적인 바람직한 배향이 종종 발생하고, 이에 따라 균일한 텍스쳐(texture)를 얻을 수 없고 그 대신 소위 밴드, 즉 상이한 바람직한 배향의 영역을 얻게 되기 때문이다. 열 기계학적 공정에 있어서, 이것은 많은 비용을 들여야만 방지할 수 있다. 이와 대조적으로, 바람직한 배향이 예컨대, 표면 상의 임의의 소망하는 평면 즉, 표면의 법선에 대해 수직, 평행 또는 대각선 방향으로 놓인 평면에 대해 30% 미만으로 변하는 균일한 텍스쳐와, 내화 금속 층의 두께에 걸쳐 30% 미만으로 변하는 바람직한 배향이 본 발명에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있다.
균일한 입자 크기 분포(그레인 크기)가 상기 층들에서 마찬가지로 획득되기 때문에 또한 이것을 희망하지 않을 경우 상이한 입자 크기의 밴드를 얻지 못하게 된다.
분말이 스퍼터 타깃에 도포되고 용융되는 공정에 있어서, 버블링(bubbling)과 입자 성장이 발생하는 것이 경험에 의해 알려져 있다. 또한 본 발명에 따른 공정에서는 이것을 관찰할 수 없다.
층을 도포한 이후, 스퍼터 타깃의 표면은 적절한 매끈한 표면을 얻기 위해 연마 및 광택 처리되어야 한다. 이것은 종래 기술에 따른 통상의 공정에 의해 수행될 수 있다.
새로운 스퍼터 타깃의 생산에 있어서, 층은 백킹 수단 예컨대, 백킹 플레이트에 도포된다. 이러한 플레이트는 일반적으로 구리 또는 알루미늄 또는 이들 금속 중 적어도 1개와 베릴륨과의 합금의 플레이트이다. 이러한 백킹 플레이트는 냉각 매체가 그 내부에 존재하는 채널을 포함할 수 있다.
따라서 상기 백킹 플레이트와 또한 스퍼터 타깃은 로드, 실린더, 블록 또는 다른 임의의 소망하는 형상과 같은 원형 또는 각을 이룬 단면을 지닌 플레이트의 형태로 될 수 있다. 추가적인 구성 요소들로 액체 냉각 코일 및/또는 대형 냉매 저장조 및/또는 복잡한 플랜지 또는 다른 기계적 또는 전기적 구조체가 또한 부착될 수 있다.
본 발명에 따라 도포되는 층 또는 스퍼터 타깃의 생산 또는 재처리 동안 형성되는 층들은 높은 순도와 낮은 산소 함량을 갖는다.
이들 층들은 1,000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것이 유리하다. 특히, 이들 층들은 적어도 99.7%, 바람직하게는 적어도 99.9%, 특히 적어도 99.95%의 순도와, 1,000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 갖는다.
특히, 이들 층들은 99.95%, 특히 적어도 99.995%의 순도와, 1,000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 갖는다.
특히, 이들 층들은 적어도 99.999%, 특히 적어도 99.9995%의 순도와, 1,000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만, 특히 100 ppm 미만의 산소 함량을 갖는다.
본 발명에 따른 층들은 바람직하게는 500 ppm 미만, 가장 바람직하게는 150 ppm 미만의 탄소, 질소 또는 수소 등의 다른 비금속성 불순물의 총 함량을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 공정을 이용하면, 높은 불순물 함량을 지닌 층을 또한 형성할 수 있다.
도포된 층은 이러한 층을 형성할 당시의 시작 분말의 함량으로부터 50% 이하, 20% 이하, 또는 10% 이하 또는 5% 이하 또는 1% 이하로 편향되는 기체 불순물의 함량을 지닌다. 이에 관련해서, 상기 용어 편향은 특히 증가의 의미로서 이해되어야 하며, 따라서 획득한 층들은 시작 분말의 함량보다 50% 이하인 기체 불순물의 함량을 갖는 것이 유리하다.
도포된 층은 시작 분말의 산소 함량으로부터 5% 이하, 특히 1% 이하로 편향되는 산소 함량을 갖는 것이 바람직하다.
전술한 모든 층들에 있어서, 탄소, 질소 또는 수소 등의 다른 비금속성 불순물의 총 함량은 500 ppm 미만이 유리하며, 150 ppm 미만이 가장 바람직하다.
특히, 산소 함량은 50 ppm 이하, 질소 함량은 25 ppm 이하, 탄소 함량은 25 ppm 이하인 것이 유리하다.
금속성 불순물의 함량은 50 ppm 이하, 특히 10 ppm 이하인 것이 유리하다.
유리한 실시예에 있어서, 상기 층들은 또한 적어도 97%, 바람직하게는 98% 초과, 특히 99% 또는 99.5% 초과의 밀도는 갖는다. 여기서 층의 밀도는 층의 폐쇄된 성질 및 공극율의 측정값이다. 97%의 층 밀도는 그 층이 벌크 물질의 97%의 밀도를 갖는 것을 의미한다. 폐쇄된, 실질적으로 세공이 없는 층은 항상 99.5% 초과의 밀도를 갖는다. 밀도는 이러한 층의 단면 이미지(단면)의 이미지 분석에 의해 또는 헬륨 피크노메트리(helium pyknometry)에 의해 결정될 수 있다. 후자의 방법은 매우 조밀한 층의 경우 표면으로부터 더 떨어진 층에 존재하는 세공이 검출되지 않고 실제로 존재하는 것보다 낮은 기공률이 측정되기 때문에 덜 선호되고 있다. 상기 밀도는 우선 현미경의 이미지 섹션에서 조사 대상의 층의 총 면적을 측정한 다음, 이 면적을 세공의 면적과 관련시킴으로써 행해지는 이미지 분석에 의해 결정될 수 있다. 표면으로부터 훨씬 떨어져 기판과의 계면에 근접하는 세공은 또한 이러한 방법에 의해 기록된다. 적어도 97%, 바람직하게는 98% 초과, 특히 99% 또는 99.5% 초과의 높은 밀도는 스퍼터 타깃의 생산 또는 재처리에서 특히 중요하다.
상기 층들은 이들의 높은 밀도와 입자의 높은 변형에 의해 초래되는 높은 기계적 강도를 보여준다. 따라서 탄탈의 경우, 금속 분말이 가스/분말 혼합물을 형성하기 위해 사용할 가스가 질소이면 강도는 적어도 80 MPa, 바람직하게는 적어도 100 MPa, 가장 바람직하게는 적어도 140 MPa이다.
헬륨을 사용할 경우, 강도는 보통 적어도 150 MPa, 바람직하게는 적어도 170 MPa, 가장 바람직하게는 적어도 200 MPa, 더더욱 바람직하게는 250 MPa 초과이다.
따라서 본 발명은 또한 내화 금속 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 이들 중 두 가지 이상의 합금 또는 전술한 특성을 지닌 다른 금속과의 합금의 적어도 한 층을 포함하는 스퍼터 타깃에 관한 것이다.
특히, 상기 층들은 탄탈 또는 니오브의 층이다.
바람직하게는 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 또는 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 이들 중 두 가지 이상의 합금 또는 다른 금속과의 합금의 층, 매우 바람직하게는 탄탈 또는 니오브의 층들은 코팅될 기판의 표면에 저온 용사에 의해 도포된다. 놀랍게도, 감소된 산소 함량 예컨대, 1000 ppm 미만의 감소한 산소 함량을 지니면서 상기 분말 또는 분말 혼합물, 바람직하게는 탄탈 및 니오브 분말을 이용하며, 90% 초과의 매우 높은 침착율을 지닌 저온 용사된 층을 생산할 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 저온 용사된 층들에 있어서, 금속의 산소 함량은 분말의 산소 함량에 비해 거의 변하지 않는다. 이러한 저온 용사된 층들은 플라즈마 용사 또는 진공 용사에 의해 형성된 층보다 상당히 더 높은 밀도를 갖는 것을 보여준다. 또한, 이들 저온 용사된 층은 분말 특성과 코팅 변수에 따라 어떠한 텍스쳐도 없거나 또는 작은 텍스쳐를 갖도록 형성될 수 있다.
저온 용사된 층을 포함하는 스퍼터 타깃은 스퍼터링 공정에서 종래의 스퍼터 타깃으로 제조한 얇은 층에 필적하는 균일성과 전기 저항성을 보여주는 얇은 층을 형성한다.
놀랍게도, 저온 용사된 타깃 층의 산소 함량을 감소시키면, 스퍼터링에 의해 피막을 입힌 층들의 밀도와 다른 특성들이 향상되었다는 것을 발견하였다.
적절한 비내화 금속과 내화 금속의 합금, 유사 합금, 및 분말 혼합물을 포함하는 금속 분말은 또한 본 발명에 따른 공정에 사용하기에 적합할 수 있다. 동일한 합금 또는 유사 합금을 포함할 수 있는 스퍼터링 타깃이 재처리되거나 또는 그것과 함께 또한 생산될 수 있다. 이들은 특히 코발트, 니켈, 로듐, 팔라듐, 백금, 구리, 은 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속과 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄, 티탄으로 이루어진 군에서 선택된 내화 금속의 합금, 유사 합금 또는 분말 혼합물을 포함한다. 종래 기술에 속하는 이러한 분말은 당업자들에 원칙적으로 공지되어 있고, 예컨대 EP-A-774315 및 EP-A-1138420에 개시되어 있다. 이들은 종래의 공정에 의해 제조될 수 있으며, 따라서 분말 혼합물은 미리 만들어 놓은 금속 분말의 균질한 혼합에 의해 획득 가능하며, 상기 혼합은 한편으로 본 발명에 따른 공정에서 사용하기 이전에 이루어질 수 있거나 또는 가스/분말 혼합물의 생산을 하는 동안 수행할 수도 있다.
합금 분말은 보통 합금 파트너들을 서로 용융 및 혼합시킴으로써 얻어질 수 있다. 본 발명에 따르면, 합금 분말로서 소위 사전 합금된 분말을 또한 사용할 수 있다. 예컨대, 합금 파트너의 염, 산화물 및/또는 수소화물과 같은 화합물이 혼합된 다음 환원되어 특별한 금속의 친밀한 혼합물을 얻게 되는 공정에 의해 생산되는 분말이 존재한다.
유사 합금은 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 유사 합금은 종래의 용융 야금학에 의해 얻지 못하지만, 예컨대 연마, 소결, 침투(infiltration)에 의해, 또는 물질들을 함께 후속한 소결을 이용하거나 그렇지 않고 용사 건조/응집에 의해 얻어질 수 있는 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
공지의 물질은 예컨대, 텅스텐/구리 합금 또는 텅스텐/구리 혼합물이며, 이들의 특징은 공지되고 예로서 아래의 표에 실려 있다.
< 표 >

타입		 밀도(g/cm3)
HB(MPa)		 전기 전도성(% IACS) 열팽창 계수(ppm/K) 열전도도
(W/m.k)
WCu10 16.8-17.2 ≥2,550 ＞27 6.5 170-180
WCu15 16.3 7.0 190-200
WCu20 15.2-15.6 ≥2,160 ＞34 8.3 200-220
WCu25 14.5-15.0 ≥1,940 ＞38 9.0 220-250
WCu30 13.8-14.4 ≥1,720 ＞42
전술한 것과 동일한 비율로 된 몰리브덴/구리 합금 혹은 몰리브덴/구리 혼합물이 또한 공지되어 있다. 예컨대, 10, 40 또는 65 중량%의 몰리브덴을 포함하는 몰리브덴/은 합금 또는 몰리브덴/은 혼합물이 또한 공지되어 있다. 예컨대, 10, 40 또는 65 중량%의 텅스텐을 포함하는 텅스텐/은 합금 또는 텅스텐/은 혼합물이 또한 공지되어 있다.
이들은 예컨대, 열 파이프, 히트 싱크 또는 일반적으로 온도 관리 시스템에 사용될 수 있다.
텅스텐/레늄 합금은 또한 사용될 수 있지만, 금속 분말은 아래의 조성 즉, 94 내지 99 중량%, 바람직하게는 95 내지 97 중량%의 몰리브덴, 1 내지 6 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량%의 니오브, 0.05 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.02 중량%의 지르코늄의 합금이다. 순수 내화 금속 분말과 마찬가지로, 이들 합금은 저온 가스 용사를 이용하는 스퍼터 타깃의 재처리 또는 제조를 위해 적어도 99.95%의 순도로 사용될 수 있다.
도 1은 처리 가스를 헬륨으로 하고 에칭 처리하지 않는 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 2는 처리 가스를 헬륨으로 하고 에칭 처리하지 않는 탄탈 층의 단면을 보여주는 상대적으로 낮은 배율의 개략적인 현미경 사진이다.
도 3은 처리 가스를 헬륨으로 하고 플루오르화 수소산으로 에칭 처리한 탄탈 층의 단면을 보여주는 상대적으로 낮은 배율의 개략적인 현미경 사진이다.
도 4는 처리 가스를 헬륨으로 하고 플루오르화 수소산으로 에칭 처리한 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 5는 기공률의 측정을 위해 이미지 섹션을 사용하고, 처리 가스를 헬륨으로 한 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 6은 처리 가스를 헬륨으로 하고 플루오르화 수소산으로 에칭 처리한 기판 계면의 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 7은 처리 가스를 질소로 하고 에칭 처리하지 않는 탄탈 층의 단면을 보여주는 상대적으로 낮은 배율의 개략적인 현미경 사진이다.
도 8은 처리 가스를 질소로 하고 에칭 처리하지 않는 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 9는 기공률의 측정을 위해 이미지 섹션을 사용하고, 처리 가스를 질소로 한 탄탈 층의 단면을 보여주는 현미경 사진이다.
도 10은 처리 가스를 질소로 하고 에칭 처리하지 않는 탄탈 층의 단면을 보여주는 높은 배율의 현미경 사진이다.
도 11은 코팅 이전의 스퍼터 타깃으로서의 탄탈 디스크를 보여주는 현미경 사진이다.
도 12는 코팅 이후의 스퍼터 타깃으로서의 탄탈 디스크를 보여주는 현미경 사진이다(도 12a는 평면도, 도 12b는 측면도).
도 13은 연마 및 광택 처리 이후 조립 준비가 된 코팅 이후의 스퍼터 타깃으 로서의 탄탈 디스크를 보여주는 현미경 사진이다(디스크 1개는 처리 가스로 질소를 사용하여 코팅한 것이고, 다른 디스크 하나는 처리 가스로 헬륨을 사용하여 코팅한 것).
본 발명에 따른 공정에 적합한 재료는 표 1 내지 표 15에 목록으로 실려 있다. 개개의 재료는 다수의 표에 의해 표시되어 있고 다음에 표 1과 같이 다수의 성분과 비내화 금속의 양의 조합에 의해 표시되어 있다. 예컨대, 재료 22.0005는 표 22에 표시된 재료로, 정확한 조성은 표 1에 위치 번호 5로 목록으로 실려 있는 바와 같이 비내화 금속과 그것의 양으로 정의되어 있다.
적절한 니오브 합금은 표 1에 목록으로 실려 있다.
<표 1>
번호 내화 금속 비내화 금속 비내화 금속의 양(중량%)
1.001 니오브 코발트 2-5
1.002 니오브 니켈 2-5
1.003 니오브 로듐 2-5
1.004 니오브 팔라듐 2-5
1.005 니오브 백금 2-5
1.006 니오브 구리 2-5
1.007 니오브 은 2-5
1.008 니오브 금 2-5
1.009 니오브 코발트 5-10
1.010 니오브 니켈 5-10
1.011 니오브 로듐 5-10
1.012 니오브 팔라듐 5-10
1.013 니오브 백금 5-10
1.014 니오브 구리 5-10
1.015 니오브 은 5-10
1.016 니오브 금 5-10
1.017 니오브 코발트 10-15
1.018 니오브 니켈 10-15
1.019 니오브 로듐 10-15
1.020 니오브 팔라듐 10-15
1.021 니오브 백금 10-15
1.022 니오브 구리 10-15
1.023 니오브 은 10-15
1.024 니오브 금 10-15
1.025 니오브 코발트 15-20
1.026 니오브 니켈 15-20
1.027 니오브 로듐 15-20
1.028 니오브 팔라듐 15-20
1.029 니오브 백금 15-20
1.030 니오브 구리 15-20
1.031 니오브 은 15-20
1.032 니오브 금 15-20
1.033 니오브 코발트 20-25
1.034 니오브 니켈 20-25
1.035 니오브 로듐 20-25
1.036 니오브 팔라듐 20-25
1.037 니오브 백금 20-25
1.038 니오브 구리 20-25
1.039 니오브 은 20-25
1.040 니오브 금 20-25
1.041 니오브 코발트 25-30
1.042 니오브 니켈 25-30
1.043 니오브 로듐 25-30
1.044 니오브 팔라듐 25-30
1.045 니오브 백금 25-30
1.046 니오브 구리 25-30
1.047 니오브 은 25-30
1.048 니오브 금 25-30
<표 2>
표 2는 48개의 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 탄탈이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 3>
표 3은 48개의 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 텅스텐이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 4>
표 4는 48개의 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 몰리브덴이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 5>
표 5는 48개의 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 티탄이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 6>
표 6은 48개의 유사 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 탄탈이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 7>
표 7은 48개의 유사 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 텅스텐이 내화 금 속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 8>
표 8은 48개의 유사 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 몰리브덴이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 9>
표 9는 48개의 유사 합금으로 이루어져 있고, 니오브 대신 티탄이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 10>
표 10은 48개의 분말 혼합물로 이루어져 있고, 니오브 대신 탄탈이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 11>
표 11은 48개의 분말 혼합물로 이루어져 있고, 니오브 대신 텅스텐이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 12>
표 12는 48개의 분말 혼합물로 이루어져 있고, 니오브 대신 몰리브덴이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 13>
표 13은 48개의 분말 혼합물로 이루어져 있고, 니오브 대신 티탄이 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 14>
표 14는 48개의 유사 합금으로 이루어져 있고, 니오브가 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
<표 15>
표 15는 48개의 분말 혼합물로 이루어져 있고, 니오브가 내화 금속이며, 비내화 금속과 그것의 함량은 중량 퍼센트로 표 1에 목록으로 기재된 바와 같다.
서로 상이한 내화 금속의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물을 포함하는 금속 분말은 또한 본 발명에 따른 공정에 사용하기에 적합할 수 있다.
따라서 예컨대, 50 : 50의 원자퍼센트 비율의 몰리브덴과 티탄의 합금 또는 약 90 : 10 중량퍼센트의 양으로 된 텅스텐과 티탄의 합금이 공지되어 있고, 본 발명에 따른 공정에 사용하기에 적합할 수 있다.
그러나 원칙적으로 내화 금속 서로 간의 모든 합금은 서로 본 발명에 따른 공정에 사용하기에 적합할 수 있다.
본 발명에 따른 공정에 적합할 수 있는 내화 금속의 이원 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물은 표 16 내지 표 36의 목록에 실려 있다. 개개의 재료는 표의 번호에 의해 표시되어 있고, 다음에 표 16과 같이 성분의 조합의 번호에 의해 표시되어 있다. 예컨대, 재료 22.005는 표 22에 표시된 재료로, 그 중에 정확한 조성은 표 16에 위치 번호 5와 표 22에 목록으로 실려 있는 바와 같은 양으로 정의되어 있다.
<표 16>
적절한 이원 내화 금속 합금
성분 1 성분 2
16.001 Nb Ta
16.002 Nb W
16.003 Nb Mo
16.004 Nb Ti
16.005 Ta Nb
16.006 Ta W
16.007 Ta Mo
16.008 Ta Ti
16.009 W Ta
16.010 W Nb
16.011 W Mo
16.012 W Ti
16.013 Mo Ta
16.014 Mo Nb
16.015 Mo W
16.016 Mo Ti
16.017 Ti Ta
16.018 Ti Nb
16.019 Ti W
16.020 Ti Mo
<표 17>
표 17은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 2 내지 5 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 18>
표 18은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 5 내지 10 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 개개의 성분들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 19>
표 19는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 10 내지 15 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 20>
표 20은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 15 내지 20 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 21>
표 21은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 20 내지 25 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 22>
표 22는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 25 내지 30 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 23>
표 23은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 30 내지 35 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 24>
표 24는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 35 내지 40 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 25>
표 25는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 40 내지 45 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 26>
표 26은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 45 내지 50 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 27>
표 27은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 50 내지 55 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 28>
표 28은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 55 내지 60 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 29>
표 29는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 60 내지 65 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 30>
표 30은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 65 내지 70 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 31>
표 31은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 70 내지 75 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 32>
표 32는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 75 내지 80 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 33>
표 33은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 80 내지 85 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 34>
표 34는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 85 내지 90 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 35>
표 35는 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 90 내지 95 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
<표 36>
표 36은 표 16에 따라 20개의 합금, 유사 합금 및 분말 혼합물로 이루어져 있고, 그 중 성분 1은 95 내지 99 중량퍼센트로 존재하며, 성분 2는 100 중량퍼센트까지의 양으로 존재하고, 혼합물에서 개개의 파트너들은 표 16에 목록으로 실려 있다.
원칙적으로, X-레이 애노드, 바람직하게는 X-레이 회전 애노드는 또한 스퍼터 타깃과 동일한 방법으로 재처리 또는 제조될 수 있다. 특히 텅스텐/레늄 합금 또는 금속 분말의 경우, 아래의 조성의 합금이 적합할 수 있다. 즉, 94 내지 99 중량%, 바람직하게는 95 내지 97 중량%의 몰리브덴과, 1 내지 6 중량%, 바람직하게 는 2 내지 4 중량%의 니오브와, 그리고 0.05 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.02 중량%의 지르코늄으로 포함한다.
X-레이 애노드, 바람직하게는 X-레이 회전 애노드는 종종 그 배면 상에서 열의 분산을 위한 일반적인 납땜 그래파이트 층(soldered-on graphite layer)을 유지한다. 이러한 열 분산용 층은 또한 본 발명의 공정에 의해, 예컨대, 저온 가스 용사를 이용하여 그래파이트 입자 또는 높은 열 용량을 지닌 또 다른 물질의 입자를 포함하는 적절한 합금 또는 금속 분말을 도포함으로써 도포될 수 있다.
실시예
적절한 분말의 제조를 위한 공정
탄탈 분말의 제조
탄탈 수소화물 분말을 0.3 중량%의 마그네슘과 혼합하였고, 그 혼합물을 진공 오븐 내에 배치하였다. 상기 오븐을 비우고 아르곤으로 충전시켰다. 압력을 860 mmHg로 하였고 아르곤 스트림을 유지하였다. 오븐 온도를 일정한 온도로 안정시킨 이후 50℃씩 650℃까지 상승시켰고, 4시간 동안 유지하였다. 그 다음, 오븐 온도를 일정한 온도로 안정시킨 이후 50℃씩 1,000℃까지 상승시켰고, 6시간 동안 유지하였다. 이러한 시간이 경과한 후, 오븐을 끄고 아르곤 하에서 실온까지 냉각시켰다. 형성된 마그네슘과 화합물을 산으로 세척함으로써 종래의 방식으로 제거하였다. 그 결과로 생긴 탄탈 분말은 -100 메쉬(<150㎛)의 입자 크기와, 77 ppm의 산소 함량과, 255cm2/g의 BET 비표면적으로 갖게 되었다.
티탄 분말의 제조
그 절차를 탄탈 분말의 제조를 위한 절차와 마찬가지로 하였다. 93 ppm의 산소 함량을 지닌 티탄 분말을 획득하였다.
사전 합금된 티탄/탄탈 분말의 제조
1:1 몰비의 탄탈 수소화물 분말과 티탄 수소화물 분말의 혼합물을 제조하였고, 0.3 중량 %의 마그네슘과 혼합하였으며, 그 절차를 탄탈 분말의 제조를 위한 절차와 마찬가지로 하였다. 89 ppm의 산소 함량을 지닌 티탄/탄탈 분말을 획득하였다.
층의 형성
탄탈과 니오브의 층들을 형성하였다. 탄탈 분말로서 AMPERIT(등록상표) 150.090을 사용하였고, 니오브 분말로서 AMPERIT(등록상표) 160.090을 사용하였으며, 이들 모두는 Goslar 소재의 H.C. Starck GmbH로부터 상업적으로 입수할 수 있는 물질이다. Ampfing 소재의 CGT GmbH로부터 상업적으로 입수 가능한 타입 MOC 29의 노즐을 사용하였다.
재료 탄탈 탄탈 니오브 니오브
노즐 MOC 29 MOC 29 MOC 29 MOC 29
0.52Nm3/h에서 이송률의 결정
3.0 rpm(g/30s / g/min)
4.0 rpm(g/30s / g/min)
35.5 / 71.0
35.5 / 71.0
14.7 / 29.4
19.8 /39.6
14.7 / 29.4
19.8 / 39.6
운동 데이터:
용사 속도(m/min)/기판 위로의 노즐 속도(mm/s)
라인 급송(mm)
용사 거리(mm)
20 / 333

1.5
30
20 / 333

1.5
30
20 / 333

1.5
30
20 / 333

1.5
30
처리 가스:
압력(bar)
유량(Nm3/h)
전달 가스의 함량(%)		 질소
30
65
8		 헬륨
28
190/He181
3 (N2)		 질소
30
60
8		 헬륨
28
190/He181
3 (N2)
분말 전달
분말 전달율(g/min)
통과 수
71
3
71
3
39.6
3
39.6
3
기판

사전 시트 두께(mm)
사후 시트 두께(mm)
층 두께(㎛)
기공률/밀도		 1FTa 1FS 1FV
1FS 1RV 1RS
2.86
3.38
520.00
0.9% / 99.1%		 1FTa 1FV 2FS
1RV 1RS
2.92
3.44
520.00
2.2% / 97.8%		 2FS 2FV 1RS
1RV
2.91
3.35
436.00		 2FS 2FV 1RV
1RS
2.84
3.36
524.00
기판 : 샘플 캐리어 상에 기판을 나란히 배치하고 전술한 시험 조건 하에서 코팅하였다. 이때 기판의 명칭은 다음과 같다. 첫 번째 숫자는 나란히 놓인 동일한 기판의 수를 나타낸다. 다음의 문자는 초기에 도입한 견본이 평탄한 견본(F)인지 둥근 견본(R, 튜브)인지를 표시한다. 후속한 문자는 재료를 나타내며, 여기서 Ta는 탄탈, S는 구조강, V는 방청(rustproof) 강(크롬/니켈강)을 표시한다.
낮은 기공률과 특별한 기판에 대한 우수한 접착성을 갖는 매우 견고하고 조밀한 층을 획득하였다.
도 1 내지 도 10에는 획득한 탄탈 코팅 단면의 광 현미경 사진이 도시되어 있다. 진공 플라즈마 용사로 형성된 대응하는 층에서 발생하는 것과 같이 구리 또 는 텅스텐의 함유를 검출할 수 없었다. 이미지엑세스(ImageAccess) 이미지 분석 프로그램에 의해 기공률을 자동으로 측정하였다.
도 11 내지 도 13에는 코팅 전후와 연마 및 광택 처리 이후 조립 준비가 된, 스퍼터 타깃으로서의 탄탈 디스크들이 도시되어 있다.

Claims (30)

  1. 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법으로서,
    가스 흐름은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 이들 중 적어도 두 가지 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 물질의 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성하며, 상기 분말은 0.5 내지 150㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되며, 초음속 제트가 재처리 또는 제조될 대상물의 표면 위로 향하고,
    상기 분말은 1,000 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분말은 0.01 g/sㆍcm2 내지 200 g/sㆍcm2의 입자 유량 밀도를 보장하는 양으로 상기 가스에 추가되는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
    - 용사에 의해 코팅될 표면에 인접하게 용사 오리피스를 제공하는 단계;
    - 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 적어도 두 가지의 혼합물 또는 이들의 합금 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 미립자 물질의 분말을 용사 오리피스에 공급하는 단계로서, 상기 분말은 0.5 ㎛ 내지 150 ㎛의 입자 크기를 지니고, 상기 분말은 압력하에 있는 것인 공급 단계;
    - 용사 오리피스에 정적 압력이 형성되도록 압력 하에서 불활성 가스를 용사 오리피스에 공급하고, 코팅될 표면에 상기 미립자 물질 및 가스의 용사를 제공하는 단계; 및
    - 코팅될 상기 표면 상에 상기 미립자 물질 및 가스의 용사의 실질적인 가속을 제공하기 위해 1 기압 미만이고 용사 오리피스에서의 정적 압력보다 실질적으로 더 낮은 주위 압력의 영역 내에 용사 오리피스를 배치하는 단계를 포함하는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방법은 저온 용사 건과 코팅될 타깃을 이용하여 수행되고, 저온 용사 건은 80 kPa 미만의 압력의 진공 챔버 내에 배치되는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 백킹 플레이트, 또는 상기 백킹 플레이트 이외에 스퍼터 타깃에 부착된 구성 요소들은 재처리 이전에 제거되지 않는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스/분말 혼합물 내의 분말의 속도는 300 m/s 내지 2,000 m/s인 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층은 5 ㎛ 내지 150 ㎛의 입자 크기를 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말은 중량을 기준으로 200 ppm 내지 2,500 ppm의 기체 불순물을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층은 1,000 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  12. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층은 시작 분말의 함량으로부터 50% 이하로 편향되는 기체 불순물의 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층은 시작 분말의 함량으로부터 20% 이하로 편향되는 기체 불순물의 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  14. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층은 시작 분말의 산소 함량으로부터 5% 이하로 편향되는 산소 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  15. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 상기 층의 산소 함량은 100 ppm 이하인 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  16. 제1항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 도포된 금속 층은 탄탈 또는 니오브를 포함하는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  17. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 상기 층의 두께는 10㎛ 내지 10mm인 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  18. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 대상물의 표면 상에서 충돌하는 분말 입자는 층을 형성하며, 상기 층은 저온 용사에 의해 코팅될 대상물의 표면에 도포되는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서, 형성된 층은 1000 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드의 재처리 또는 제조를 위한 방법.
  20. 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드를 재처리 또는 제조하기 위한 공정에서 분말을 이용하는 방법으로서,
    상기 분말은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄, 티탄 또는 이들의 합금 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질의 분말이며, 150㎛ 이하의 입자 크기를 갖고, 가스 흐름이 상기 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성하며, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되고, 초음속 제트가 재처리 또는 제조될 대상물의 표면 위로 향하며, 상기 분말은 1,000 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것인 분말의 이용 방법.
  21. 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드를 재처리 또는 제조하기 위한 공정에서, 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드 플레이트를 생산 또는 재처리하기 위해 분말을 이용하는 방법으로서,
    상기 분말은 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄, 티탄 또는 이들의 합금 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 물질의 분말이며, 150㎛ 이하의 입자 크기를 갖고, 가스 흐름이 상기 분말과의 가스/분말 혼합물을 형성하며, 상기 가스 흐름에 초음속이 부여되고, 초음속 제트가 재처리 또는 제조될 대상물의 표면 위로 향하며, 상기 분말은 1,000 ppm 미만의 산소 함량을 갖는 것인 분말의 이용 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 이용되는 분말은 300 ppm 이하의 산소 함량과 150㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 것인 분말의 이용 방법.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서, 150㎛ 이하의 입자 크기와 300 ppm 미만의 산소 함량을 지닌 니오브 또는 탄탈 분말을 이용하는 것인 분말의 이용 방법.
  24. 제20항 또는 제21항에 있어서, 0.5 ㎛ 내지 150 ㎛의 입자 크기 및 500 ppm 이하의 산소 함량을 지닌 텅스텐 또는 몰리브덴 분말을 이용하는 것인 분말의 이용 방법.
  25. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 분말은 이하의 조성 즉, 94 중량% 내지 99 중량%의 몰리브덴, 1 중량% 내지 6 중량%의 니오브, 0.05 중량% 내지 1 중량%의 지르코늄의 합금인 것인 분말의 이용 방법.
  26. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 분말은 코발트, 니켈, 로듐, 팔라듐, 백금, 구리, 은 및 금으로 이루어진 군에서 선택된 금속과 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택된 내화 금속의 합금, 유사 합금 또는 분말 혼합물인 것인 분말의 이용 방법.
  27. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 분말은 텅스텐/레늄 합금을 포함하는 것인 분말의 이용 방법.
  28. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 분말은 텅스텐 분말 또는 몰리브덴 분말과 티탄 분말의 혼합물을 포함하는 것인 분말의 이용 방법.
  29. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 스퍼터 타깃 상의 또는 X-레이 애노드 상의 내화 금속 층.
  30. 니오브, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코늄, 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 이들 중 두 가지 이상의 합금 또는 다른 금속과의 합금으로 이루어지고, 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 처리 또는 재처리되는 내화 금속의 적어도 하나의 층을 포함하는 것인 스퍼터 타깃 또는 X-레이 애노드.
KR1020077027010A 2005-05-05 2007-11-20 스퍼터 타깃과 ｘ-레이 애노드의 제조 또는 재처리를 위한코팅 공정 KR101342823B1 (ko)

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