KR101358345B1 - 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계가공성에 뛰어나고, 주로 Cu, Ga를 함유하는 화합물막을 성막할 수 있는 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 스퍼터링 타겟은, Ga: 20~40at%, Sb: 0.1~3at%, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가진다. 이러한 스퍼터링 타겟의 제조방법은, 적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 분말로 한 원료 분말을 제작하는 공정과, 상기 원료분말을 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기에서 열간가공하는 공정을 가지고, 상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스퍼터링 타겟 및 그 제조방법{Sputtering target and method for producing same}
본 발명은 주로 Cu, Ga를 함유하는 화합물막을 형성할 때에 사용하는 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, CuGa 타켓은, 이른바 셀렌(Se)화법에 의한 Cu-In-Ga-Se 사원계 합금막(이른바 CIGS막)을 광흡수층에 이용한 태양전지를 제조하기 위하여 필수인 재료이다. 한편, 셀렌화법이란, 예를 들어 CuGa를 약 500㎚ 스퍼터하고, 그 위에 In을 약 500㎚ 스퍼터한 적층막을 500℃의 H2Se 가스 중에서 가열하며, Se를 CuGaIn에 확산시켜, CuInGaSe의 화합물막을 형성하는 방법이다(특허문헌 1을 참조).
한편, Cu-In-Ga-Se 사원계 합금막으로 이루어지는 광흡수층의 발전 효율을 향상시키기 위하여, 이러한 광흡수층에 Na를 첨가하는 것이 요구되고 있다. 예를 들어, 비특허문헌 1에서는 프리커서막(Cu-In-Ga-Se 사원계 합금막) 중의 Na 함유량을 0.1% 정도로 하는 것이 일반적이라고 제안하고 있다.
선행기술문헌
(특허문헌)
특허문헌 1: 일본등록특허공보 제3249408호
(비특허문헌)
비특허문헌 1: A. Romeo, 'Development of Thin-film Cu(In, Ga)Se2 and CdTe Solar Cells', Prog. Photovolt: Res. Appl. 2004; 12:93~111(DOI: 10.1002/pip.527)
상기 종래 기술에는 다음의 과제가 남아 있다. 즉, 고밀도로 높은 Ga 함유량의 CuGa 타겟은, 매우 단단하며 연성이 부족하므로, 절삭에서의 표면 가공이 어려워서 연삭 가공을 사용할 수 밖에 없는 문제가 있었다. 이 때문에, 타겟의 가공 속도가 느리고, 복잡한 형상의 가공이 매우 어려웠다. 또한, CuGa에 Na를 도핑한 타겟에 있어서도 상기와 같은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 기계가공성에 뛰어나며, 주로 Cu, Ga를 함유하는 화합물막을 성막할 수 있는 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 주로 Cu, Ga를 함유하는 화합물막용 스퍼터링 타겟을 제조하기 위하여 연구를 행하였다. 그 결과, Sb를 소량 첨가하면 기계가공성을 개선할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 따라서, 본 발명은 상기 지식에서 얻어진 것으로, 상기 과제를 해결하기 위하여 다음의 구성을 채용하였다. 즉, 제 1 발명의 스퍼터링 타겟은, Ga:20~40at%, Sb: 0.1~3at%, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 제 1 발명에서는, Sb:0.1~3at%를 함유하고 있으므로, 고밀도라도 높은 피절삭성을 가질 수 있다.
한편, Sb의 첨가량을 상기 범위 내로 설정한 이유는, 0.1at% 미만이면 기계가공성의 향상 효과가 얻어지지 않고, 3at%를 넘으면 스퍼터링 타겟이 취화(脆化)하여 절삭 가공시에 갈라짐이나 깨짐이 발생하기 쉬워진다.
또한, 제 2 발명에서는, 제 1 발명에 따른 스퍼터링 타겟에 있어서 Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상(相)의 결정입자 내 또는 그 입자경계에 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물을 함유하는 조직을 가지는 것을 특징으로 한다.
즉, 제 2 발명에서는 Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상의 결정입자 중 또는 그 입자경계(이하, 입자경계 등으로 줄여 기재하는 경우가 있음)에, Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물을 함유하는 조직을 가지므로, 입자경계 등에 있는 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물에 의하여 쾌삭성(快削性)을 발휘할 수 있어, 피절삭성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 3 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 스퍼터링 타겟에 있어서, 스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga가 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명자들은 Sb를 첨가한 경우, 스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga 단체의 존재는, 스퍼터링 타겟의 피절삭성에 영향을 주는 것을 발견하였다. 즉, Ga가 단체로 스퍼터링 타겟에 함유되면, Sb를 함유한 Cu-Ga 스퍼터링 타겟은 소결 후의 기계가공시에 칩핑이나 깨짐 등이 발생하기 쉬어지는 것을 알았다. 이것을 해결하고자, 본 발명의 스퍼터링 타겟에서는, 스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga가 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, Ga를 Cu-Ga의 고용체 또는 금속간 화합물로 함으로써, 소결 후에 절삭가공 중에 칩핑, 깨짐을 발생시키지 않아, 스퍼터에 적합한 가공 표면을 실현할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟 중의 Ga는 CuGa 합금 및 부분적으로 GaSb 합금으로서 함유된다.
또한, 제 4 발명은, 제 1 내지 제 3 발명에 따른 스퍼터링 타겟에 있어서, 더욱이 Na가 NaF 화합물, Na2S 화합물 또는 Na2Se 화합물로서 함유되고, 스퍼터링 타겟 중의 전체 금속원소에 대하여 Na가 0.05~2at% 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제 4 발명은, 더욱이 Na가 NaF 화합물, Na2S 화합물 또는 Na2Se 화합물의 상태로 스퍼터링 타겟 중의 전체 금속원소에 대하여 0.05~2at% 함유되어 있으므로, 발전효율의 향상에 유효한 Na를 함유한 Cu-Ga막을 성막할 수 있다. 한편, 이 Na를 함유한 Cu-Ga막에서의 F(불소), 유황(S)은, 태양전지의 광흡수층의 특성에 특별히 영향을 주지 않는다. 여기에서, Na의 함유량을 상기 범위로 설정한 이유는, Na 첨가량이 2at%를 넘으면 기초가 되는 Mo 전극으로의 밀착력이 저하하여, 그 후의 셀렌화 프로세스 중에 박리가 발생하기 때문이다. 또한, Na 첨가량은 0.05at%보다 작으면 발전효율의 향상 효과가 얻어지지 않기 때문이다. 한편, Na의 바람직한 양은 0.1at%~0.5at%이다.
제 5 발명은, 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 하나에 따른 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법으로서, 적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 분말로 한 원료분말을 제작하는 공정과, 상기 원료분말을 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기에서 열간가공하는 공정을 포함하고, 상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제 5 발명에서는 원료분말로서 Ga를 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유하므로, 금속 Ga만으로 원료분말에 첨가하는 경우보다 소결체 조직 중의 Ga를 확실하게 합금화할 수 있어, Cu, Ga, Sb로 이루어지는 소결체의 절삭가공성을 향상시킬 수 있다.
제 6 발명은, 제 4 발명에 따른 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법으로서, 적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 금속분말로 하여, 상기 금속분말에 NaF 분말, Na2S 분말 또는 Na2Se 분말을 혼합하여 원료분말을 제작하는 공정과, 상기 원료분말을 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기에서 열간가공하는 공정을 가지고, 상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제 6 발명에서는, 원료분말 중에서 Ga를 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유하므로, 금속 Ga만으로 원료분말에 첨가하는 경우보다 소결체 조직 중의 Ga를 확실하게 합금화할 수 있어, Cu, Ga, Sb로 이루어지는 소결체의 절삭가공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 이하의 효과를 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법에 의하면, Sb:0.1~3at%를 함유하므로, 고밀도여도 높은 피삭성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 스퍼터링 타겟에서는, 절삭에서의 표면가공이 용이하고, 스퍼터링 타겟의 가공 속도가 빠르며, 복잡한 형상의 가공도 쉬워진다. 또한, 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용함으로써, 스퍼터법에 의하여 Sb 함유 Cu-Ga막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법의 실시예에 있어서, 가공 후의 타겟 표면을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법의 비교예에 있어서, 가공 후의 타겟 표면을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예에 있어서, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의한 조성화상(COMP화상), Cu의 원소 맵핑화상, Ga의 원소 맵핑화상 및 Sb의 원소 맵핑화상을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법의 일 실시형태를 설명한다.
본 실시형태의 스퍼터링 타겟은, 스퍼터링 타겟 중의 전체 금속원소에 대하여 Ga:20~40at%를 함유하고, 더욱이 Sb:0.1~3at%를 함유하며, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고 있다. 또한, 본 실시형태의 스퍼터링 타겟은 Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상의 결정입자 내 또는 입자경계에, Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물을 함유하는 조직을 가지고 있다. 더욱이, 이러한 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물이, 예를 들어 200㎛×150㎛의 범위에 있어서 입자직경(내접원 상당 직경) 0.5㎛ 이상의 그 상이 3개 이상 존재하는 것이 바람직하다. 한편, Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상의 결정입자 내 또는 입자경계에 개재한 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물 및 그 입자직경은, 예를 들어 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의한 Cu, Ga, Sb 원소 맵핑상에 의하여 측정할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태의 스퍼터링 타겟에 있어서, 타겟 구성 중의 Ga는 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유되어 있다. 즉, 스퍼터링 타겟 구성 중에 Ga 단체의 존재가 없어짐으로써, 스퍼터링 타겟의 절삭성이 향상된다. Ga 단체의 유무의 판정 및 CuGa 합금의 유무는, 예를 들어 스퍼터링 타겟의 X선 회절(回折)(XRD) 측정으로 판정할 수 있다. 즉, 이들의 스퍼터링 타겟의 표면을 연마 후(Ra: 5㎛ 이하), XRD 측정을 행하여, Ga 단체에 속하는 θ=15.24°(방위 111) 부근, 22.77°(방위 113) 부근, 23.27°(방위 202) 부근의 피크에 의하여 Ga 단체의 존재를 판정할 수 있다. CuGa 합금의 유무는, 같은 방법으로 XRD 측정을 하여, 표준 회절곡선의 커브로 판정할 수 있다. 스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga 합금의 형성방법으로서는, 스퍼터링 타겟의 원료로 하는 Ga를 원료분말 중에 CuGa의 합금 또는 금속간 화합물, GaSb의 합금 또는 금속간 화합물로서 첨가하는 방법, 또는 원료가 되는 Cu, Ga, Sb를 함께 용해하여 합금으로 하는 방법 등이 있다.
한편, 본 실시형태의 스퍼터링 타겟에 Na를 NaF 화합물, Na2S 화합물 또는 Na2Se 화합물의 상태로 스퍼터링 타겟 중의 전체 금속원소에 대하여 Na로서 0.05~2at% 함유시켜도 상관없다.
상기 각 금속원소의 조성 평가는 스퍼터링 타겟을 분쇄하여, ICP법(고주파 유도 결합 플라즈마법)을 사용하여 함유량을 정량 분석한다.
상기 본 실시형태의 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법은, 적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 분말로 한 원료분말을 제작하는 공정과, 원료분말을 진공, 불활성 가스 분위기, 또는 환원성 분위기 중에서 핫프레스(HP), 열간정수압 프레스(HIP)에 의한 소결 등의 열간가공하는 공정을 가지거나, 또는 제작한 원료분말을 가압성형한 후, 진공 또는 기압 0.01kgf/㎠~10kgf/㎠의 불활성 가스 분위기, 또는 환원성 분위기 중에서 비가압 상태로 소결하는 등의 열간가공하는 공정을 가지고 있다. 한편, 상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 핫프레스법을 이용한 소결은, 핫프레스 온도(핫프레스시의 유지온도)가 500℃~650℃의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 핫프레스 온도를 상기 범위로 설정한 이유는, 500℃ 미만이면 소결체의 밀도가 낮아 절삭가공시에 칩핑이 발생하기 쉽고, 650℃를 넘으면 핫프레스 중에 Sb가 용출하여 소결체 중의 조성 어긋남의 원인이 되기 때문이다. 금속 Sb의 융점은 630℃ 부근에 있는데, 본 출원의 발명자의 연구 성과에 의하면, 본 출원의 Sb 첨가량에서는 핫프레스의 경우 핫프레스 온도 650℃ 이하에서는 Sb의 용출이 발생하지 않는다. 또한, 상기 HIP법을 이용한 소결은 HIP 온도(HIP시의 유지 온도)가 400℃~620℃의 범위 내에서 행해지는 것이 바람직하다. HIP 온도를 상기 범위로 설정한 이유는 400℃ 미만이면 소결체의 밀도가 낮아 절삭가공시에 칩핑이 발생하기 쉽고, 620℃를 넘으면 HIP 중에 Sb가 용출하여, 소결체 중의 조성 어긋남의 원인이 되기 때문이다. 원료분말을 가압성형한 후, 성형체를 진공, 불활성 분위기 또는 환원성 분위기로 소결하는 방법을 이용하는 소결은, 소결 온도(소결시의 유지 온도)가 550℃~650℃의 범위 내에서 행해지는 것이 바람직하다. 한편, 소결온도를 상기 범위로 설정한 이유는, 550℃ 미만이면 소결체의 밀도가 낮아 절삭가공시에 칩핑이 발생하기 쉽고, 650℃를 넘으면 소결 중에 Sb가 용출하여 소결체 중의 조성 어긋남의 원인이 되기 때문이다. 금속 Sb의 융점은 630℃ 부근에 있지만, 본 출원의 발명자의 연구 성과에 의하면 본 발명의 Sb 첨가량에서는 상기 방법을 이용하여 소성하는 경우, 소성온도 650℃ 이하에서는 Sb의 용출이 발생하지 않는다.
이러한 열간가공을 행하기 위한 원료분말의 제조는, 예를 들어 이하의 (a)~(d) 중 어느 한 방법으로 행한다. (a) 애터마이즈(atomize) 장치에 의하여 소정량의 CuGaSb 전량을 CuGaSb 애터마이즈 분말로서 제조하고, 원료분말로 한다. 한편, Na를 첨가하는 경우, 소정량의 NaF, Na2S 또는 Na2Se의 분말을 상기 원료분말에 혼합한다. (b) 애터마이즈 장치에 의하여 소정량의 CuGa 전량을 CuGa 애터마이즈 분말로서 제조하고, 더욱이 Sb 분말을 이 CuGa 애터마이즈 분말과 혼합하여, 소정 조성의 원료분말을 제작한다. 한편, Na를 첨가하는 경우, 소정량의 NaF, Na2S 또는 Na2Se 분말을 상기 원료분말에 혼합한다. (c) 애터마이즈 장치에 의하여 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하고, 더욱이 CuGa 분말, Cu 분말 또는 Sb 분말을 이 CuGaSb 애터마이즈 분말에 첨가하여, 소정 조성의 혼합분말을 제작한다. 한편, Na를 첨가하는 경우, 소정량의 NaF, Na2S 또는 Na2Se의 분말을 상기 원료분말에 혼합한다. (d) 소정량의 CuGaSb 전량을 용해하고, 주조(鑄造)한 잉곳을 분쇄하여, 그 분말을 원료분말로서 이용한다. 한편, Na를 첨가하는 경우, 소정량의 NaF, Na2S 또는 Na2Se의 분말을 상기 원료분말에 혼합한다.
다음으로, 상기 (a)~(d) 중 어느 한 방법으로 제작한 원료분말을 핫프레스나 HIP(열간정수압 프레스), 또는 원료분말을 가압성형한 후, 성형체를 소결하는 등의 방법으로 열간가공한다. 한편, 이들의 열간가공시에는 Cu-Ga 합금 또는 Cu의 산화방지를 위하여, 진공, 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 중에서 행한다. 핫프레스나 HIP의 압력이 스퍼터링 타겟 소결체의 밀도에 큰 영향을 미치므로, 핫프레스에서의 바람직한 압력은 100~500kgf/㎠로 한다. HIP시의 바람직한 압력은 500~1500kgf/㎠로 한다. 또한, 가압은 소결 승온 개시 전부터 하여도 좋고, 일정 온도에 도달하고나서 하여도 좋다.
그리고, 상기 열간가공에서 소결한 Sb 함유 Cu-Ga 소결체(또는 Sb, Na 함유 Cu-Ga 소결체)는, 기계가공성에 뛰어나므로, 절삭공법을 이용하여 스퍼터링 타겟의 지정 형상으로 가공한다. 또한, 이러한 가공 후의 스퍼터링 타겟을 In을 이용하여 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 백킹(backing) 플레이트에 본딩하여 스퍼터에 제공한다. 한편, 가공완료된 스퍼터링 타겟의 산화, 흡습을 방지하기 위하여, 스퍼터링 타겟 전체를 진공팩 또는 불활성 가스 치환한 팩으로 보관하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제작한 본 실시형태의 스퍼터링 타겟을 이용한 스퍼터는, 직류(DC) 마그네트론 스퍼터법으로 Ar 가스 중에서 행한다. 이때의 직류 스퍼터에서는, 펄스 전압을 부가하는 펄스 중첩 전원을 이용하여도 좋고, 펄스가 없는 DC 전원이어도 좋다.
이와 같이 본 실시형태의 스퍼터링 타겟에서는 Sb:0.1~3at%를 함유하고 있으므로, 고밀도여도 높은 절삭성을 가진다. 특히, Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상의 결정입자 중 또는 그 입자경계에 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물을 함유하는 조직을 가지므로, 입자경계 등에 있는 Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물에 의하여 결정입자 사이의 강도가 저하하여, 보다 절삭성을 향상시킬 수 있다. 타겟 구성 중의 Ga는 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유된다. 즉, Ga를 Cu-Ga의 고용체 또는 금속간 화합물로 함으로써, 소결 후에 절삭가공 중에 있어서 칩핑, 깨짐을 발생시키지 않아, 스퍼터에 적합한 가공 표면을 실현할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타겟 중의 Ga는 CuGa 합금 및 부분적으로 GaSb 합금으로서 함유된다.
또한, Na를 NaF 화합물, Na2S 화합물 또는 Na2Se 화합물의 상태로 스퍼터링 타겟 중의 전체 금속원소에 대하여 Na로서 0.05~2at% 함유된 경우에는, 스퍼터법에 의하여 발전효율의 향상에 유효한 Na를 함유한 Cu-Ga막을 성막할 수 있다. 한편, 이러한 Na를 함유한 Cu-Ga막에서의 F(불소), 유황(S)은, 태양전지의 광흡수층의 특성에 특별히 영향을 미치지 않는다. 또한, 본 실시형태의 스퍼터링 타겟의 제조방법에서는, 원료분말로서 분말 중에 포함되는 Ga는 CuGa 합금 또는 GaSb 합금 상태이므로, Ga 단상을 원료분말에 첨가하는 경우보다 스퍼터링 타겟의 절삭가공성이 향상된다.
실시예
다음으로, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 및 그 제조방법을 상기 실시형태에 근거하여 실제로 제작한 실시예에 의하여 평가한 결과를 설명한다.
(원료분말의 작성) 우선, 실시예 1 내지 6의 원료분말로서는 표 1의 조성이 되도록 Cu, Sb, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하였다. 실시예 7의 원료분말로서는, 표 1의 조성이 되도록 Sb, Ga의 전량 및 Cu의 절반을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하의 Cu 분말을 투입하고, 건식 볼밀(직경: 5㎜의 ZrO2볼, 볼 대 금속분말 중량비=3:1)로 4시간 혼합하여 소정의 조성이 되는 Cu, Ga, Sb 혼합분말을 제작하였다. 한편, 실시예·비교예에서도 건식 볼밀은 모두 같은 조건을 이용하고 있다.
실시예 8의 원료분말로서는, 표 1의 조성이 되도록 Cu, Sb, Ga의 전량을 진공용해로에 넣고, 1150℃로 승온한 후, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고나서 수냉 주형(鑄型)에 출탕하여 CuGaSb로 이루어지는 잉곳을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGaSb 잉곳을 평균 입자직경 5㎛ 이하로 분쇄하고, 소정의 조성이 되는 Cu, Ga, Sb 혼합분말을 제작하였다.
실시예 9의 원료분말로서는, 우선 Cu57Ga40Sb3(at%)이 되도록 Cu, Ga, Sb를 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 Cu57Ga40Sb3(at%)의 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, Cu67Ga30Sb3(at%)이 되도록 Cu, Ga, Sb를 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 Cu67Ga30Sb3(at%)의 애터마이즈 분말을 제작하였다. 더욱이, 표 1의 조성이 되도록, 얻어진 두 가지 조성의 CuGaSb 애터마이즈 분말을 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 1의 소정의 조성이 되는 Cu, Ga, Sb 혼합분말을 제작하였다.
실시예 10, 11, 12의 원료분말로서는 Cu74Ga25 .5Sb0 .5(at%)가 되도록, 우선 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하로 분쇄한 Sb 분말을 넣고, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여, 표 1의 Cu, Ga, Sb 혼합분말을 제작하였다. 실시예 13의 원료분말로서는 Cu68 .5Ga30Sb0 .5Na0 .5F0.5(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하로 분쇄한 Sb 분말 및 평균 입자직경 1㎛ 이하의 NaF 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다.
실시예 14의 원료분말로서는, Cu78 .5Ga20Sb0 .5Na0 .5F0.5(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하로 분쇄한 Sb 분말, 및 평균 입자직경 1㎛ 이하의 NaF 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다. 실시예 15의 원료분말로서는 Cu63.5Ga35Sb0.5Na0.5F0.5(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 1㎛ 이하의 NaF 분말을 투입하여, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다.
실시예 16의 원료분말로서는, Cu63 .5Ga35Sb0 .5Na0 .5F0.5(at%)가 되도록 Cu의 절반, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하의 Cu 분말 및 평균 입자직경 1㎛ 이하의 NaF 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다.
실시예 17의 원료분말로서는 Cu63 .75Ga35Sb0 .5Na0 .5S0 .25(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 1㎛ 이하의 Na2S분말을 투입하고, 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다. 실시예 18의 원료분말로서는, Cu63 .75Ga35Sb0 .5Na0 .5Se0 .25(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에, 평균 입자직경 1㎛ 이하의 Na2Se 분말을 넣고, 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 1의 혼합분말을 제작하였다.
[비교예] 본 발명의 비교예 1의 원료분말로서는 Cu75Ga25(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 표 2의 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하였다. 본 발명의 비교예 2의 원료분말로서는, 우선 Cu55Ga45(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 Cu55Ga45(at%) 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 같은 방법으로 Cu85Ga15(at%) 애터마이즈 분말을 제작하였다. 더욱이, 상기 Cu55Ga45(at%) 애터마이즈 분말과 Cu85Ga15(at%) 애터마이즈 분말의 혼합분말이 Cu75Ga25(at%)가 되도록 칭량(秤量)하여, 2종류의 애터마이즈 분말을 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다.
본 발명의 비교예 3의 원료분말로서는, 우선 Cu55Ga45(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 Cu55Ga45(at%) 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 상기 Cu55Ga45(at%) 애터마이즈 분말과 순수한 Cu 분말(평균 입자직경 2㎛)의 혼합분말이 Cu75Ga25(at%)가 되도록 칭량하여, 2종류의 분말을 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다. 비교예 4는 표 2의 Cu75Ga25(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속의 전량을 진공 용해 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 흑연제 주형으로 출탕하여 잉곳을 제작하였다. 얻어진 잉곳을 질소 중에서 800℃까지 더 가열, 1시간 유지 한 후에 압하율 5%/패스, 합계 4패스의 압연을 행하였다. 비교예 5의 원료분말로서는 Cu69 .98Ga30Sb0 .02(at%)가 되도록 Cu, Sb, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 표 2의 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하였다.
비교예 6의 원료분말로서는 Cu69 .98Ga30Sb0 .02(at%)가 되도록, 우선 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하로 분쇄한 Sb 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 8시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다. 비교예 7은, 표 2의 Cu69 .98Ga30Sb0 .02(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 진공 용해 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 흑연제 주형에 출탕하여 잉곳을 제작하였다. 얻어진 잉곳을 질소 중에서 600℃까지 더 가열, 1시간 유지한 후에 압하율 5%/패스, 합계 4패스의 압연을 행하였다. 비교예 8의 원료분말로서는, Cu60Ga35Sb5(at%)가 되도록 Cu, Sb, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 표 2의 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하였다.
비교예 9의 원료분말로서는, Cu73Ga20Sb5Na1 .0F1.0(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 1㎛ 이하의 NaF 분말을 투입하고, 건식볼밀로 8시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다. 비교예 10의 원료분말로서는, Cu61 .5Ga35Sb3 .5(at%)가 되도록, 우선 Cu, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuSb 애터마이즈 분말을 제작하며, 동시에 20℃ 이하의 저온에서 Ga 잉곳을 분쇄하여, 구멍 0.5㎜의 체로 걸러 0.5㎜ 이하의 Ga 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuSb 애터마이즈 분말에 상기 Ga 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 15℃ 이하의 온도에서 1시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다.
비교예 11의 원료분말로서는, 우선 Cu66Ga32Sb2 .0(at%)가 되도록 Cu, Ga, Sb 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGaSb 애터마이즈 분말을 제작하였다. 동시에, 20℃ 이하의 저온에서 Ga 잉곳을 분쇄하여 구멍 0.5㎜의 체로 걸러 0.5㎜ 이하의 Ga 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGaSb 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 2㎛ 이하로 분쇄한 Sb 분말과, 상기 Ga 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 15℃ 이하의 온도에서 1시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다. 비교예 12의 원료분말로서는, Cu63 .5Ga35Na1 .0S0 .5(at%)가 되도록 Cu,Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 1㎛ 이하의 Na2S 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다. 비교예 13의 원료분말로서는 Cu63 .5Ga35Na1 .0Se0 .5(at%)가 되도록 Cu, Ga 금속의 전량을 애터마이즈 장치에 넣고, 1150℃로 승온하여, 금속이 전부 용탕으로 되어 있는 것을 확인하고, 애터마이즈를 행함으로써 CuGa 애터마이즈 분말을 제작하였다. 다음으로, 얻어진 CuGa 애터마이즈 분말에 평균 입자직경 1㎛ 이하의 Na2Se 분말을 투입하고, 건식 볼밀로 4시간 혼합하여 표 2의 혼합분말을 제작하였다.
(스퍼터링 타겟의 제작, 평가) 이와 같이 제작한 실시예 및 비교예의 원료분말을 이용하여, 표 3 및 표 4에 나타내는 진공 핫프레스법, HIP법 또는 가압성형 후의 분위기 소결법(소결시의 분위기는 2기압의 20% 수소와 80% 질소의 혼합 가스를 사용), 또는 주조법 등의 방법으로 직경 200㎜ 두께 6㎜의 스퍼터링 타겟을 제작하였다. 얻어진 타겟의 치수밀도를 산출하고, 이론밀도비로써 계산한 결과를 표 3과 표 4에 기재하였다. 더욱이, 타겟의 조직관찰 및 X선 회절 측정을 행하고, 또한, ICP법(고주파 유도 결합 플라즈마법)에 의한 타겟 중의 금속성분인 Ga, Sb, Na의 정량분석을 행하였다. 그리고, 타겟의 가공성 및 절삭효과의 평가로서 가공 후 칩핑의 유무 및 표면조도(Ra: 산술평균조도, Rz: 십점평균조도)를 각각 측정하여 평가하였다. 그 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다.
한편, 타겟 구성 중의 Ga 단체의 존재는, 소결이 완료된 타겟의 XRD차트를 이용하여 Ga 단체로서 동정하였다. 즉, 이들의 소결체 표면을 연마한 후(Ra:5㎛ 이하), X선 회절(XRD)을 행하고, Ga 단상에 속하는 θ=15.24°(방위 111) 부근, 22.77°(방위 113) 부근, 23.27°(방위 202) 부근의 피크에 의하여, Ga 단상의 존재를 동정하였다. 스퍼터링 타겟의 조직관찰은, 소결한 스퍼터링 타겟의 파편을 수지로 매립하여 평탄한 면이 되도록 습식 연마한 후, EPMA(전자선 마이크로 애널라이저: JEOL제품 JXA-8500F)로 Cu, Ga, Sb의 각 원소의 면분포(MAPPING) 측정으로 행하였다. 관찰 조건은, 가속전압 15kV, 조사전류 50nA, 스캔타입: 한쪽 방향, 픽셀(X, Y) 240, 180, 스폿 사이즈(X, Y) 0.2㎛, 0.2㎛, 측정시간 10mS로 하였다. 또한, 관찰배율을 2000배로 하고, 200×150㎛의 범위를 수회로 나누어 원소 분포(맵핑)를 측정하였다. 얻어진 맵핑 이미지로부터 Sb 단체 및 Sb와 Cu를 포함하는 화합물의 적어도 한쪽이 존재하는 조직(이하, 개재 Sb상이라고 함)이, Cu-Ga 합금을 주로 하는 합금상의 결정입자 내 또는 입자경계에서의 존재의 유무를 확인하였다. 더욱이, Sb의 조성분포도 중, 개재 Sb상이 내접원 상당 직경 0.5㎛ 이상인 부분의 수를 계측하였다. 이상의 결과를 표 5, 표 6에 기재하였다.
또한, 가공성 및 절삭효과의 평가방법은, 우선 모리세이키세이사쿠쇼 제품 선반: MS850G를 사용하여, 실시예 또는 비교예의 소결한 CuGa 소결체 또는 CuGaSb 소결체를 건식가공하였다. 소결체 사이즈는 직경: φ80㎜, 두께: 6㎜로 하였다. 그리고, 가공시의 회전속도는 140rpm, 절삭공구의 절삭량은 0.3㎜, 이송속도는 0.097㎜/rev로 하였다. 사용한 가공용 바이드(미츠비시 머테리얼 제품)는 형상 모델번호: STFER1616H16, 인서트 형상 모델번호: TEGX160302L, 재료 종류는 HTi10으로 하였다. 그리고, 각 소결체의 표면으로부터 0.5㎜ 두께를 절삭한 후의 소결체 표면을 평가하였다. 즉, 이렇게 가공된 소결체의 중심부로부터 20㎜ 떨어진 장소에서 표면 조도 측정과 표면의 가공 칩핑 유무의 확인을 하였다. 한편, 표면 조도의 측정장치는, 미츠토요 제품 surftest SV-3000을 사용하고, 평가 길이는 4㎜로 하였다. 또한, 칩핑 유무의 판정은, 저배율 광학현미경으로 2㎠의 범위를 사진 촬영하고, 내접원 상당 직경 0.3㎜ 이상의 칩핑의 유무로 판단하였다.

 전체 금속량에 대한 각 금속의 함유량(at%)
Ga Sb함유량 Na
(NaF로서 첨가)		 Na
(Na2S로서 첨가)		 Na
(Na2Se로서 첨가)		 Cu
실시예1 20.0 0.30 - - - 잔량
실시예2 20.0 0.30 - - - 잔량
실시예3 20.0 0.30 - - - 잔량
실시예4 30.0 3.00 - - - 잔량
실시예5 30.0 0.10 - - - 잔량
실시예6 30.0 1.00 - - - 잔량
실시예7 35.0 1.00 - - - 잔량
실시예8 35.0 2.00 - - - 잔량
실시예9 35.0 3.00 - - - 잔량
실시예10 25.5 0.50 - - - 잔량
실시예11 25.5 0.50 - - - 잔량
실시예12 25.5 0.50 - - - 잔량
실시예13 30.2 0.50 0.50 - - 잔량
실시예14 20.1 0.50 0.50 - - 잔량
실시예15 35.2 0.50 0.50 - - 잔량
실시예16 35.2 0.50 0.50 - - 잔량
실시예17 35.1 0.50 - 0.50 - 잔량
실시예18 35.1 0.50 - - 0.50 잔량

전체 금속량에 대한 각 금속의 함유량(at%)
Ga Sb함유량 Na
(NaF로서 첨가)		 Na
(Na2S로서 첨가)		 Na
(Na2Se로서 첨가)		 Cu
비교예1 25.0 0.00 - - - 잔량
비교예2 25.0 0.00 - - - 잔량
비교예3 25.0 0.00 - - - 잔량
비교예4 25.0 0.00 - - - 잔량
비교예5 30.0 0.02 - - - 잔량
비교예6 30.0 0.02 - - - 잔량
비교예7 30.0 0.02 - - - 잔량
비교예8 35.0 5.00 - - - 잔량
비교예9 20.2 5.05 1.01 - - 잔량
비교예10 35.0 3.50 - - - 잔량
비교예11 35.0 3.50 - - - 잔량
비교예12 35.2 0.00 - 1.01 - 잔량
비교예13 35.2 0.00 - - 1.01 잔량
소성방법 압력(kgf/㎠)
HP,HIP법은 소결시의 압력
프레스성형,소결법은 프레스 압력		 소성온도
(℃)		 소성시간
(H)		 타겟 밀도
(%)
실시예1 HP 300 650 2 97
실시예2 HIP 800 600 1 99
실시예3 프레스성형·소결 1200 650 2 97
실시예4 HP 300 630 2 95
실시예5 HIP 800 590 1 98
실시예6 HP 350 630 2 97
실시예7 HP 300 560 2 95
실시예8 HIP 700 500 1 99
실시예9 프레스성형·소결 1500 620 3 96
실시예10 HP 250 650 2 98
실시예11 HIP 1000 600 1 99
실시예12 프레스성형·소결 1300 625 3 96
실시예13 프레스성형·소결 1000 650 4 97
실시예14 HIP 1200 600 2 98
실시예15 HP 350 550 2 96
실시예16 HP 250 560 3 97
실시예17 HP 300 560 3 98
실시예18 HP 300 550 3 98
소성방법 압력(kgf/㎠)
HP,HIP법은 소결시의 압력
프레스성형,소결법은 프레스 압력		 소성온도
(℃)		 소성시간
(H)		 타겟
밀도
(%)
비교예1 HP 400 700 2 97
비교예2 HIP 1000 650 1 98
비교예3 프레스성형·소결 800 880 5 97
비교예4 주조압연법 - - - 100
비교예5 HP 300 630 2 95
비교예6 HIP 800 590 1 98
비교예7 주조압연법 - - - 압연중
잉곳 깨짐
비교예8 HP 300 580 2 97
비교예9 HP 200 650 1 94
비교예10 HIP 700 560 1 (*)
비교예11 HP 350 580 1 98
비교예12 HP 350 610 2 95
비교예13 HP 350 610 2 94
(*) 소결체 중 Ga의 용출이 있어, Ga 분포가 현저하게 불균일하여 평가중지

 XRD에 의한
상의 검출 		ICP분석에
의한
금속함유량
(at%)
 200×150㎛
범위 중
개재sb상의
유무
 200×150㎛
범위의
입자직경
0.5㎛ 이상의
개재sb상의 개수
 가공
칩핑
유무
 표면
조도
(Ra)
(㎛)
 표면
조도
(Rz)
(㎛)
Ga상 CuGa상 Ga Sb Na
실시예1 없음 있음 19.0 0.2 - 있음 50 없음 0.4 4.1
실시예2 없음 있음 19.0 0.3 - 있음 60 없음 0.3 3.2
실시예3 없음 있음 20.0 0.3 - 있음 30 없음 0.5 5
실시예4 없음 있음 31.0 2.9 - 있음 200 없음 0.3 3.5
실시예5 없음 있음 29.0 0.1 - 있음 6 없음 0.85 8.1
실시예6 없음 있음 30.0 1.1 - 있음 164 없음 0.61 5.1
실시예7 없음 있음 34.0 0.9 - 있음 100 없음 0.65 5.4
실시예8 없음 있음 34.0 2.1 - 있음 121 없음 0.61 5.2
실시예9 없음 있음 35.0 2.9 - 있음 65 없음 0.77 6.2
실시예10 없음 있음 25.5 0.4 - 있음 90 없음 0.5 5.7
실시예11 없음 있음 25.3 0.5 - 있음 90 없음 0.71 7.5
실시예12 없음 있음 25.4 0.4 - 있음 80 없음 0.64 6.3
실시예13 없음 있음 29.5 0.5 0.4 있음 100 없음 0.73 7.8
실시예14 없음 있음 20.6 0.4 0.6 있음 96 없음 0.77 8.1
실시예15 없음 있음 34.5 0.4 0.4 있음 94 없음 0.76 7.9
실시예16 없음 있음 34.8 0.5 0.5 있음 97 없음 0.68 7.2
실시예17 없음 있음 35.2 0.5 0.4 있음 85 없음 0.7 7.1
실시예18 없음 있음 35.0 0.4 0.5 있음 82 없음 0.69 7.1

XRD에 의한
상의 검출 		ICP분석에
의한
금속함유량
(at%)
 200×150㎛
범위 중
개재sb상의
유무		 200×150㎛
범위의
입자직경
0.5㎛ 이상의
개재sb상의 개수		 가공
칩핑
유무		 표면
조도
(Ra)
(㎛)		 표면
조도
(Rz)
(㎛)
Ga상 CuGa상 Ga Sb Na
비교예1 없음 있음 24.8 0 - 없음 없음 있음 1.5 10.1
비교예2 없음 있음 25.1 0 - 없음 없음 있음 1.9 12.3
비교예3 없음 있음 25.0 0 - 없음 없음 있음 1.2 11
비교예4 없음 있음 24.9 0 - 없음 없음 있음 2.4 30.2
비교예5 없음 있음 29.7 0.01 - 있음 1 있음 2.1 13.1
비교예6 없음 있음 30.1 0.02 - 있음 1 있음 1.8 14.1
비교예7 없음 있음 29.8 0.01 - 있음 1 가공 갈라짐으로 평가중단
비교예8 없음 있음 34.8 4.9 - 있음 732 표면가공에서 깨짐 발생. 평가중단
비교예9 없음 있음 20.1 5.1 0.9 있음 841 표면가공에서 깨짐 발생. 평가중단
비교예10 있음 있음 35.0 3.6 - 있음 조직 분균일로 미평가
비교예11 있음 있음 35.2 3.5 - 있음 260 표면가공에서 깨짐 발생. 평가중단
비교예12 없음 있음 35.1 0 1.1 없음 없음 있음 3.1 11.5
비교예13 없음 있음 35.1 0 0.8 없음 없음 있음 2.9 11.8
이들의 평가결과로부터 Sb가 첨가되어 있지 않거나, 또는 본 발명의 함유량보다 적은 비교예 1~7, 비교예 12, 13에서는 가공 후 칩핑이 다수 발생하고 있는 동시에 표면조도(Ra)가 1.2 이상, 표면조도(Rz)가 10.1 이상으로 큰 것에 대하여, Sb를 유효한 함유량으로 첨가하고 있는 본 발명의 실시예 1~5에서는 모두 가공 후 칩핑이 없고, 표면조도(Ra)가 0.85 이하, 표면조도(Rz)가 8.1 이하로 적어 뛰어난 피절삭성이 얻어지고 있다. 한편, 일례로서 Cu69Ga30Sb1(at%)로 한 본 발명의 실시예와 Cu69 .9Ga30Sb0 .01(at%)로 한 본 발명의 비교예와의 가공 후에서의 타겟 표면의 사진을 도 1 및 도 2에 나타낸다.
또한, 조직관찰 결과로부터, 본 발명의 실시예 1~8은 모두 개재 Sb상의 개수가 6개 이상으로, 조직 중에 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 일례로서 Cu64Ga35Sb1(at%)로 한 본 발명에 실시예에 대하여, EPMA에 의한 원소 분포 맵핑상을 도 3에 나타낸다. 이러한 EPMA의 화상은 모두 원소상이 컬러상이지만, 그레이 스케일에 의한 흑백화상으로 변환하여 기재하고 있어, 명도가 높을수록 함유량이 높은 경향이 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 모두 타겟은 95% 이상의 고밀도가 얻어지고 있다.
한편, 본 발명의 기술범위는 상기 실시형태 및 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 가할 수 있다.

Claims (7)

  1. Ga:20~40at%, Sb:0.1~3at%, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Cu-Ga 합금을 포함하는 합금상의 결정입자 내 또는 입자경계에, Sb 단체 또는 Sb와 Cu를 포함하는 화합물의 적어도 한쪽을 함유하는 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  3. 제 1 항에 있어서,
    스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga가 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  4. 제 2 항에 있어서,
    스퍼터링 타겟 구성 중의 Ga가 Cu-Ga 이원합금의 형태로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  5. Ga:20~40at%, Sb:0.1~3at%, Na 화합물, 잔부가 Cu 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고,
    상기 Na 화합물이, NaF 화합물, Na2S 화합물 또는 Na2Se 화합물이며, 전체 금속원소에 대하여 Na가 0.05~2at% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법으로서,
    적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 분말로 한 원료분말을 제작하는 공정과,
    상기 원료분말을 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기에서 열간가공하는 공정을 포함하고,
    상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
  7. 제 5 항에 기재된 스퍼터링 타겟을 제작하는 방법으로서,
    적어도 Cu, Ga 및 Sb의 각 원소를 단체 또는 이들 중 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로서 금속분말로 하고, 상기 금속분말에 NaF 분말, Na2S 분말 또는 Na2Se 분말을 혼합하여 원료분말을 제작하는 공정과,
    상기 원료분말을 진공, 불활성 분위기, 또는 환원성 분위기에서 열간가공하는 공정을 포함하고,
    상기 원료분말에 포함되는 Ga가 CuGa 합금 또는 GaSb 합금으로서 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟의 제조방법.
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