KR101537733B1

KR101537733B1 - 다결정 ＭｇＯ 소결체 및 그 제조 방법과 스퍼터링용 ＭｇＯ 타겟

Info

Publication number: KR101537733B1
Application number: KR1020107019026A
Authority: KR
Inventors: 미츠요시 나가노; 마사노부 다카수; 요 아리타; 사토루 사노
Original assignee: 니혼텅스텐 가부시키가이샤; 우베 마테리알즈 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2015-07-17
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: TWI464133B; WO2009096384A1; DE112009000280B4; US8454933B2; KR20100129282A; US20100294657A1; JP5231823B2; JP2009173502A; TW200948743A; CN101925555A; DE112009000280T5

Abstract

소결 밀도가 이론 밀도에 가깝고, 기계적 성질 및 열전도율이 양호하고, 가스 발생에 따른 분위기의 오염을 저감시킬 수 있는 Mg0 소결체 및 그 제조 방법이 개시된다. 상기 Mg0 소결체는 1축 압력을 가한 면에 (111)면을 많이 배향시킨 독자적인 결정 이방성을 갖는 다결정 MgO 소결체이다. 이러한 다결정 MgO 소결체는, 입경이 1μm 이하인 MgO 원료 분말을 1축 가압 소결하는 공정과, 그 후 산소가 0.05 부피% 이상 존재하는 분위기 하에서 1273K 이상의 온도에서 1분간 이상 열처리하는 공정을 거침으로써 얻을 수 있다.

Description

다결정 ＭｇＯ 소결체 및 그 제조 방법과 스퍼터링용 ＭｇＯ 타겟{Polycrystalline MgO sintered compact, process for producing the polycrystalline MgO sintered compact, and MgO target for sputtering}

본 발명은, Mg0 원료 분말을 소결하여 얻어지는 다결정 Mg0 소결체(이하, 단지 「Mg0 소결체」라고 함) 및 그 제조 방법과 Mg0 소결체를 이용한 스퍼터링용 Mg0 타겟에 관한 것이다.

MgO는 뛰어난 열전도율, 내열성, 화학적 안정성, 내산화성 및 절연성을 구비하는 재료이기 때문에, 내열 용도를 비롯하여 다양한 용도로 사용되고 있다(특허문헌 1, 2 참조).

이 MgO는 비교적 소결성이 양호하여, 보통 소결에서도 상대 밀도로 99% 근방까지의 치밀함을 얻을 수 있다. 그러나, 이론 밀도까지 소결 밀도를 높이는 것은 어려워 소결체에는 마이크로포어나 수μm에 미치는 포어, 즉 기공이 잔존한다. 소결 밀도 향상(기공 저감)을 위해 소결 온도를 높이는 것을 생각할 수 있는데, 소결 밀도 향상을 최우선으로 소결 온도를 높이는 것은 결정 입자의 성장을 촉진하게 되어 조대(粗大) 결정 입자 중에 기공이 잔존하며, 이 기공은 그 후의 고온 고압에 의한 HIP처리에서도 소멸시키기는 어렵다.

이와 같이, 종래의 MgO 소결체는 그 소결 밀도가 충분하지 않아 소결 밀도를 높이고자 하면 입성장(粒成長)이 생기기 때문에, 특히 치공구나 단열판 등의 구조용 부재로서 적용하는 데는 이하의 문제가 있다.

1) 기계적 성질의 저하

(1) 강도의 저하

강도에는 굽힘 강도, 압축 강도, 전단 강도 등이 있는데, 모두 소결체 내부의 잔존 기공에 의존한다. 또한, 소결시의 입성장에 의한 조대 입자도 파괴의 기점이 되기 쉽다. 기공과 입성장에 의한 강도 부족은 구조용 부재로서의 사용에 있어서 파손, 결손 등의 치명적인 손상을 일으킨다.

(2) 경도의 저하

기공과 입성장의 존재는 경도를 저하시키는 요인도 되기 때문에, 내마모성의 저하로 이어져 마모에 기인하는 수명 저하를 일으킨다.

2) 면조도의 저하

소결체 내부에 기공과 입성장이 있는 것은 면조도가 저하되는 것을 의미한다. 구조용 부재로서의 용도에 있어서, 사용면에서의 높은 면조도가 요구되는 용도는 많다. 면조도가 낮으면, (1) 슬라이딩면에서의 기공이 결여의 기원이 되어 면조도의 저하를 조장하여 수명이 저하되고, (2) 면조도의 저하에 의해 마찰 계수가 증대하고, 이상 발열이나 상대재료와의 반응, 응착 등의 문제가 발생하는 등의 문제가 생긴다.

3) 열전도율의 저하

Mg0에는 열전도율이 높은 특성이 있는데, 그것을 손상시키는 요소 중 하나로 기공의 존재가 있다. 즉, 입계에 기공이나 불순물이 있으면 열전도가 방해되어 본래의 열전도율을 얻을 수 없다. 따라서, 높은 열전도율을 얻기 위해서는 기공을 줄이는, 바꿔 말하면 소결체의 상대 밀도를 이론 밀도 근처까지 높이는 것이 필요하다.

4) 가스 발생에 따른 분위기의 오염

소결체 중에 존재하는 기공 중에는 소결 분위기의 가스가 봉입된다. 예를 들면, 대기 소결에서는 질소 가스나 이산화탄소, 산소 등의 대기 성분, Ar이나 질소 가스 분위기 소결에서는 이러한 분위기 가스가 기공으로서 봉입된다. 이 가스는 소결체가 고온도 영역에서 사용되어 입계가 연화되면 소결체로부터 분출된다. 특히 반도체 제조 등의 미량의 불순물이라도 허용되지 않는 용도에서 치명적인 결함이 된다.

한편, Mg0 소결체는 스퍼터링용 타겟으로서도 다용되고 있는데(특허문헌 3, 4 참조), 이 타겟 용도에서도 스퍼터링시의 갈라짐이나 박리를 방지하는 데에 있어서, 그 기계적 성질이나 열전도성의 향상은 중요하고, 또한 스퍼터링 장치 내의 분위기의 오염을 방지하는 데에 있어서, 소결체로부터의 가스 발생을 저감시키는 것도 중요하다.

특허문헌 1: 일본특허공개 평7-133149호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2006-169036호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 평10-158826호 공보 특허문헌 4: 일본특허공개 2005-330574호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 소결 밀도가 이론 밀도에 가깝고, 기계적 성질 및 열전도율이 양호하고, 가스 발생에 따른 분위기의 오염을 저감시킬 수 있는 Mg0 소결체 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 MgO 소결체는, MgO 원료 분말을 1축 가압 소결하는 공정을 거쳐 얻어지는 Mg0 소결체로서, Mg0 소결체 중의 Mg0의 X선 회절에 의한 강도비가 식(1)로 표시되는 (111)면의 비율 α(111)의 값에 관해, 1축 압력을 가한 면의 값을 αV(111), 1축 압력을 가한 면에 수직인 면의 값을 αH(111)이라고 했을 때, αV(111)/αH(111)>1.5인 것을 특징으로 하는 것이다.

α(111)={-0.4434*(Ra)²+1.4434*Ra}…(1)

여기서, Ra=I(111)/(I(111)+I(200))

I(111): Mg0의 (111)면의 X선 회절 강도

I(200): MgO의 (200)면의 X선 회절 강도

즉, 본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, MgO 소결체에 독자적인 결정 이방성을 갖게 하도록 한 것이다. 보다 구체적으로는, 보통 소결에서 얻어지는 통상의 MgO 소결체는 (200)면이 주체가 되고, 결정 입자의 성장을 볼 수 있는 것에 대해, 1축 가압 소결을 채용하여 그 압력을 가한 면에 (111)면을 증가시킴으로써 소결 밀도를 이론 밀도에 가깝게 할 수 있고, 기계적 성질 등을 향상시킬 수 있다는 식견에 기초하여 완성된 것이다.

또, 1축 가압 소결시의 온도를 높이거나 유지 시간을 길게 함으로써 결정입자가 조대화되어 αV(111)이 증가하고, αV(111)/αH(111)의 값이 커지는데, 결정입자의 조대화는 강도나 경도의 저하를 초래하여, 예를 들면 내마모 부재로서의 성능을 손상시키게 된다. 따라서, αV(111)/αH(111)은 20 이하인 것이 바람직하다.

MgO 소결체는 고상 소결체이기 때문에, 결정 입자경이 커짐에 따라 강도나 경도가 저하된다. 따라서, 특히 구조용 부재로서의 특성을 확보하기 위해서는, 평균 결정 입자경은 30μm이하인 것이 바람직하고, 20μm이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, MgO 소결체의 순도는 클린 환경 하에서의 오염에 영향을 주기 때문에 최대한 높게 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 99.99% 이상으로 한다.

본 발명의 MgO 소결체는, 구조용 부재 이외에 스퍼터링용 타겟으로서 적합하게 사용할 수 있다. Mg0 타겟의 스퍼터링은 2차 전자 방출이 지배적이기 때문에, 결정면으로서는 (111)면이 많은 쪽이 스퍼터링 효율이 향상된다. 본 발명의 Mg0 소결체는 상술한 바와 같이, 1축 압력을 가한 면에 (111)면이 많이 배향되어 있기 때문에, 2차 전자 방출이 촉진되어 스퍼터링 효율이 향상된다.

이러한 결정 이방성을 갖는 본 발명의 MgO 소결체는, 입경이 1μm이하인 MgO 원료 분말을 1축 가압 소결하고, 그 후, 산소가 0.05 부피% 이상 존재하는 분위기 하에서 1273K 이상의 온도에서 1분간 이상 열처리함으로써 얻을 수 있다.

즉, 상술한 바와 같은 결정 이방성을 갖는 본 발명의 MgO 소결체를 얻기 위해서는, 이하에 상술하는 바와 같이 (1) MgO 원료 분말의 미세화, (2) 1축 가압 소결, (3) 산소 분위기 열처리가 필수이다.

(1) MgO 원료 분말의 미세화

Mg0는 이소결성 세라믹이고 단체(單體)이어도 소결할 수 있으므로 결정 입자가 성장하기 쉽지만, 원료의 단계에서 미세한 분말을 사용함으로써 통상 형성하는 (200)면이 많은 결정으로부터 (111)면을 증가시키는 것이 가능하게 된다. Mg0 원료 분말의 입경은 1μm이하이면 이방성의 촉진은 가능하게 되지만, 0.5μm이하가 바람직하다.

(2) 1축 가압 소결

소결시에 압력을 가하면 소결성이 개선되어 보통 소결보다도 소결 온도를 내릴 수 있다. 소결 온도를 내릴 수 있으면, 결정립 성장을 억제할 수 있고, 미세 결정으로 이루어진 치밀한 소결체를 얻을 수 있다. 또, 1축 가압 소결에 의해 소결시에 1축 방향으로 압력을 가하면, 그 1축 압력을 가한 면에 (111)면이 증가하여 본 발명의 결정 이방성이 발현한다. 이 결정 이방성을 확실히 발현하기 위해서는 5MPa 이상의 압력을 거는 것이 바람직하다. 가압 방법에 대해서는, 소결시에 프레스체 상에 웨이트 등으로 5MPa 이상의 하중을 가하는 방법이어도 되지만, 핫프레스법을 이용하는 것이 바람직하다. 또, Mg0 소결체 중의 기공을 보다 확실히 없애기 위해서는, 1축 가압 소결을 행한 후, HIP소결을 더 행하는 것이 바람직하다.

(3) 산소 분위기 열처리

환원 분위기 하에서 소결된 Mg0 소결체에서는 일부가 산소 결함 상태에 있는 결정이 되고, 색조도 회백색을 보이는 불균일한 조직으로 되어 있다. 이 산소 결함은 본 발명이 목적으로 하는 (111)면의 결정 형성을 방해하는 요인이 된다. 따라서, 소결 후, 산소 분위기 하에서 열처리를 함으로써 Mg0 원료 분말의 미세화와 1축 가압 소결에 의해 얻어진 독자적인 결정 이방성을 촉진할 수 있다. 분위기의 산소 농도는 0.05 부피% 이상이면, 나머지는 질소 가스나 아르곤 등의 비산화성 가스이어도 된다. 바람직하게는, 분위기의 산소 농도는 0.1 부피% 이상으로 한다. 열처리의 온도는 1273K 이상에서 적어도 1분간 이상의 유지가 필요하고, 바람직하게는 1673K 이상의 온도에서 1시간 이상의 열처리를 하면 산소 결함을 소멸시켜 (111)면의 결정 형성을 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 MgO 원료 분말은, Mg(OH)₂를 0.01~0.2 질량% 함유하는 것이 바람직하다. Mg(OH)₂는 소결을 활성화하는 거동을 갖고 있고, 소결 단계에서 흡착 수분이나 결정수를 연속적으로 방출하여 Mg0로 변화하기 때문에, Mg0 소결체의 순도를 저하시키지 않고 소결 밀도를 올릴 수 있다. 단, Mg(OH)₂의 함유량이 0.2 질량%를 넘으면 Mg(OH)₂를 소결 과정에서 완전히 탈수하기가 어려워, 소결체 내부에 기공이 잔존하기 쉬워진다. 한편, Mg(OH)₂의 함유량이 0.01 질량% 미만에서는, 소결을 활성화하는 효과를 얻을 수 없다.

MgO 원료 분말 중의 불순물은, 소결성 혹은 소결체 특성을 저해하거나, 클린 환경 하에서의 오염에 관여하기 때문에, 최대한 적게 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 불순물 농도는 0.01 질량% 미만으로 한다. 또, Mg(OH)₂는 MgO 원료 분말의 불순물이 아니기 때문에, 상기 불순물 농도는 Mg(OH)₂를 제외한 것이다.

본 발명의 MgO 소결체는, 1축 압력을 가한 면에 (111)면이 많이 존재한다는 독자적인 결정 이방성을 갖도록 함으로써, 소결체 중의 기공이 적어져 소결 밀도를 이론 밀도 근처까지 향상시킬 수 있다. 즉, 등방적으로 결정이 성장하는 보통 소결에 비해, 소결시에 1축 압력을 가함으로써 결정 성장에 이방성이 생기고, 이에 의해 기공이 입계를 따라 밖으로 나가기 쉬워지며, 결정의 재배열에 의해 치밀화가 가능하게 된다. 그 결과, 이하의 효과를 얻는다.

1) 기계적 성질의 향상

(1) 강도 및 인성의 향상

기공율의 저감은 Mg0 소결체의 강도의 향상에 크게 기여한다. 특히 굽힘 강도의 향상에는, 기공을 비롯한 내부 결함의 제거와 결정 입자의 미세화가 가장 효과가 높고, 본 발명에 의해 굽힘 강도를 대폭으로 향상시킬 수 있다. 또한, 파괴 인성도 동시에 향상하여, 종래의 Mg0 소결체에서는 대응할 수 없었던 고강도·고인성이 요구되는 구조용 부재의 용도에도 적용할 수 있다.

(2) 내마모성(경도)의 향상

구조용 부재로는, 강도, 인성과 함께 내마모성(경도)이 요구되는 경우가 많다. 종래의 Mg0 소결체는 결정 입자경이 큰 것에 의한 저강도가 원인으로 내마모 부품 등의 용도에는 채용되지 않았다. 그러나, 결정 입자경이 작고 강도가 개선된 본 발명의 Mg0 소결체는 내마모성이 향상되고, 또한 결정 입자가 미세하여 그 결합 강도가 향상되어 있기 때문에, 블라스트 마모 평가에서도 이방성이 없는 종래의 상압 소결 Mg0 소결체보다도 뛰어난 특성을 얻을 수 있다.

2) 열전도율의 향상

열전도율은 소결체 내부의 Mg0 순도, 기공율, 결정립계의 상태 등에 의존하고, 특히 기공이 존재하면 열전도율이 저하된다. 본 발명의 Mg0 소결체에서는, 치밀화에 따른 기공율의 저감 효과로 열전도율이 향상된다. 따라서, 총체적으로 종래의 보통 소결 Mg0 소결체보다도 열전도성이 뛰어난 소결체를 얻을 수 있다.

3) 가스 발생의 저감

기공율의 저감에 의해 기공에 봉입되는 가스량도 저감되고, 사용시에 소결체로부터 분출하는 가스량을 저감할 수 있어, 분위기의 오염을 저감할 수 있다.

또, 본 발명의 MgO 소결체는, 1축 압력을 가한 면에 (111)면이 많이 배향되어 있기 때문에, 스퍼터링용 타겟으로서 사용하면, 2차 전자 방출이 촉진되어 스퍼터링 효율이 향상된다.

이하, 실시예에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

주성분으로서 평균 입자경이 0.2μm인 MgO(산화 마그네슘) 분말을 메탄올 용매 중에서 나일론 볼을 넣은 나일론 포트 중에서 20시간 분산 혼합하여, Mg0 슬러리를 얻었다. 얻어진 Mg0 슬러리를 나일론 포트에서 취출한 후, 알코올계의 바인더를 첨가하여 클로즈드 스프레이 드라이어에 의해 질소 분위기 중에서 조립(造粒) 혼합을 하였다.

얻어진 조립분을 금형 프레스로 성형함으로써, 각종 평가용 시료의 성형체를 얻고, 각 성형체를 대기 분위기 중 1673K의 온도로 상압 소결(1차 소결)한 후, Ar가스 분위기 중 1773K의 온도로 핫프레스 장치로 소결시에 20MPa의 압력을 가하면서 핫프레스 소결(2차 소결)하여, 소결체를 얻었다.

일부의 소결체에 대해서는, 소결체의 치밀성을 더 높여 기공을 없앨 목적으로 1673K~1823K의 온도영역, Ar가스를 이용하여 압력 100MPa로 HIP소결(3차 소결)을 행하였다.

그 후, 소결시에 비활성 가스 분위기에서 환원된 소결체를 산소가 18 부피% 존재하는 산화 분위기 중 1823K의 온도로 5시간 산화 처리하고, 환원된 개소의 산화 처리를 행하였다. 얻어진 소결체를 연삭 가공하여 소정 크기의 시료를 제작하고, 각 평가에 이용하였다.

비교 시료로서 상압 소결만으로 제작한 시료(이하, 「보통 소결품」이라고 함), 소결 후에 산소 분위기 열처리를 하지 않은 시료 및 Mg(OH)₂를 원료 분말로 한 시료를 제작하고, 각 평가에 이용하였다.

표 1에 각 시료의 처리 공정과 X선 회절에 의한 결정 이방성의 평가 결과를 나타낸다.

표 1에서, ○표시는 그 소결 혹은 산소 분위기 열처리를 행한 것을 나타낸다. 또한, 결정 이방성에 대해서는, 상기 식(1)로 표시되는 (111)면의 비율α(111)의 값에 관해, 기준면으로서 핫프레스 압력, 즉 1축 압력을 가한 면의 값을 αV(111), 1축 압력을 가한 면에 수직인 면의 값을 αH(111)으로 하여, αV(111)/αH(111)의 값으로 평가하였다. 즉, αV(111)/αH(111)의 값이 클수록 1축 압력을 가한 면에 (111)면이 많이 존재하여 결정 이방성이 크다는 것이고, αV(111)/αH(111)>1.5가 본 발명의 조건이다. 또, 1축 가압 소결을 하지 않은 비교 시료에 대해서는, 기준면의 값을 αV(111), 그 면에 수직인 면의 값을 αH(111)으로 하여 αV(111)/αH(111)의 값을 구하였다.

표 1로부터 핫프레스 소결(HP 소결) 공정과 산소 분위기 열처리 공정을 포함하여 제작된 본 발명의 MgO 소결체(본 발명품)는 모두 αV(111)/αH(111)의 값이 1.5를 넘어, 독자적인 결정 이방성을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명품의 평균 결정 입자경은 모두 1Oμm정도이었다.

또, 본 실시예에 있어서 본 발명품에서는 전부 상압 소결(1차 소결)을 행하고 있는데, 이 상압 소결(1차 소결)은 생략할 수도 있다.

표 2에 표 1에 나타낸 각 시료의 평가 결과를 나타낸다.

각 시료의 평가로서는, 밀도(최종 도달 밀도, 상대 밀도), 기공율, 굽힘 강도, 경도를 측정하고, 이들 측정 결과에 기초하여 구조용 부재로서의 특성을 종합적으로 평가하였다. 구조용 부재로서의 특성에 대해 표 2에서는, 충분히 사용할 수 있는 것을 ◎, 조건에 따라서는 사용할 수 있는 것을 △, 사용할 수 없는 것을 ×로 나타내었다.

또한, 주로 스퍼터링용 타겟재로서의 특성을 평가하기 위해, 불순물 부착성, 진공도 저하, 갈라짐을 평가하였다.

불순물 부착성에 대해서는, 각 시료를 30×30×5mm^t로 가공하고, 순수(純水) 용매 중에 넣어 초음파를 걸어 파티클 카운터로 혼입한 불순물이나 입자 탈락을 조사하였다. 표 2에서는 불순물 부착이나 입자 탈락이 없거나 또는 미량인 것을 ◎, 소량 부착 또는 소량 탈락하는 것을 △, 대량으로 부착 또는 탈락이 많은 것을 ×로 나타내었다. 진공도 저하에 대해서는, 각 시료를 30×30×5mm^t로 가공하고, 가열 가능한 진공 용기에 넣어 온도를 매분 1K로 승온하여, 기공에 흡착된 휘발성 불순물이나 봉입된 가스가 입계를 통해 방출되는 것에 의한 진공도의 저하를 관찰하였다. 표 2에서는 진공도의 저하를 볼 수 없거나 또는 저하가 얼마 안 되는 것을 ◎, 진공계의 범위 내의 저하가 있는 것을 △, 진공계의 범위 밖까지 저하되는 것을 ×로 나타내었다. 갈라짐에 대해서는, 타겟으로서 사용한 후, 갈라짐을 확인하였다. 표 2에서는 갈라지지 않은 것을 ◎, 갈라지는 것이 있지만 빈도가 적은 것을 △, 갈라짐의 빈도가 큰 것을 ×로 나타내었다.

이하, 표 2에 나타내는 평가 결과에 대해 해설한다.

(1) 밀도와 기공율

본 발명품은 보통 소결품에 비해 소결 밀도가 높고 기공이 매우 적은 것을 알 수 있다. 보통 소결품(시료 No.9~11)은 상대 밀도로 95% 정도이기 때문에 소결체 중에는 기공이 꽤 남아 있어, 굽힘 강도의 대폭적인 차로서 나타나 있다. 굽힘 강도의 저하는 구조용 부재나 내마모 부재로서의 용도에 있어서 치명적인 결함이 된다. 본 발명품에서는 상대 밀도가 99% 이상인 치밀하고 미세한 결정 조직을 갖는 소결체를 얻을 수 있고, 보통 소결품에 비해 뛰어난 기계적 성질을 나타내고 있다.

(2) 굽힘 강도

굽힘 강도는 구조용 부재로서 사용중의 파손이나 치핑에 대한 저항으로서 중요한 특성이다. 그 향상에는 여러가지 방법이 있다. 효과적인 것으로서 (가) 기공율의 저감, (나) 결정 입자의 미세화, (다) 결정 이방성에 의한 강화 등이 있다. 본 발명품에서는 이 3요소가 전부 개선 방향으로 유리한 효과를 내고, 보통 소결품을 비롯한 비교품에 비해 굽힘 강도가 향상된다.

(3) 경도

경도는 굽힘 강도와 같이 구조용 부재로서 내마모성을 개선하기 위해서는 중요한 기계적 성질의 하나이다. 이를 향상시키기 위한 요소는 굽힘 강도의 경우와 동일하며, 본 발명품에서는 보통 소결품을 비롯한 비교품에 비해 경도가 향상된다.

(4) 구조용 부재로서의 특성

본 발명품은, 상술한 바와 같은 기계적 성질의 향상에 따라 지금까지 사용할 수 없었던 구조용 부재로서의 용도에도 응용할 수 있다.

(5) 스퍼터링용 타겟으로서의 특성

타겟 중에 기공이 있으면 불순물 입자를 취입하기 쉬워, 반도체 제조용 등의 불순물이 없는 것이 중요한 용도에는 사용할 수 없는데, 본 발명품과 같이 기공이 실질적으로 전혀 없으면 불순물 입자의 부착이나 혼입 혹은 진공도의 저하가 없어, 스퍼터링용 타겟으로서 적합하게 사용할 수 있다. 타겟 중의 기공이 실질적으로 전혀 없어지는 것은, 기계적 성질의 개선과 동시에 타겟에 내재하는 가스가 실질적으로 전혀 없어지는 것을 의미한다. 타겟은 스퍼터링의 진행에 따라 마모되고, 그것에 따라 내부가 노출된다. 이 때, 기공이 있으면, 그것이 개방되어 가스가 분출하고, 스퍼터링 장치 내의 분위기가 오염되게 된다. 기공에 봉입된 가스는 소결 단계에서의 환경에 존재하는 가스로서, 대기 분위기 소결에서는 산소, 질소 등이, 비산화 분위기에서는 아르곤이나 질소 등이 봉입된다. 그 양은 타겟의 기공율에 의존하여, 본 발명에서는 0.5% 이하의 기공율을 달성하고 있으므로, 종래품에 비교하여 60분의 1 이하의 가스량이 되고, 장치 내의 불순물 오염이 비약적으로 개선될 수 있다. 또한, 타겟은 사용시에 그 표면이 가열됨과 동시에 이면측은 냉각되기 때문에, 열 충격을 받고 있는 상태에 있고, 이 열 충격에 의해 갈라지기 쉬운 경향이 있다. 열 충격 저항은 굽힘 강도 및 열전도율에 비례하고, 열팽창 계수에 반비례하기 때문에, 본 발명에 따르면, 타겟의 갈라짐에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.

또, MgO 타겟의 스퍼터링은 2차 전자 방출이 지배적이고, 결정면에서는 (111면)이 많은 쪽이 유리하게 된다. 그러나, 종래의 보통 소결로 제조한 MgO 타겟은 (200)면이 주체이고, 2차 전자 방출의 관점에서는 적합하지 않은 재료이었다. 본 발명에서는 미세 분말을 이용하여 소결 단계에서의 가압에 의해 스퍼터링면에 (111)면을 많이 형성시킬 수 있어, 2차 전자 방출이 촉진되어 스퍼터링 효율이 향상된다. 즉, 본 발명품은, 스퍼터링면에서의 (111)면의 결정면 비율이 높고, 이것이 치밀화에 의한 기공율의 삭감 및 2차 전자 방출의 촉진이라는 타겟으로서 유용한 효과를 얻는다.

표 3에는, 산소 분위기 열처리 전후의 결정 형성의 차이를 나타낸다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 산소 분위기 열처리에 의해 핫프레스 압력(1축 압력)을 가한 면의 αV(111)의 값이 증가하여, (111)면의 비율이 증가하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 MgO 소결체는, 전자 부품 제조용의 고온 치공구 혹은 노벽이나 단열판 등의 구조용 부재에 적합하게 이용할 수 있는 것 외에 스퍼터링용 타겟에도 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

Mg0 원료 분말을 1축 가압 소결하는 공정을 거쳐 얻어지는 다결정 Mg0 소결체로서, 다결정 Mg0 소결체 중의 Mg0의 X선 회절에 의한 강도비가 식(1)로 표시되는 (111)면의 비율 α(111)의 값에 관해, 1축 압력을 가한 면의 값을 αV(111), 1축 압력을 가한 면에 수직인 면의 값을 αH(111)이라고 했을 때, αV(111)/αH(111)>1.5인 다결정 MgO 소결체.
α(111)={-0.4434*(Ra)²+1.4434*Ra}…(1)
여기서, Ra=I(111)/(I(111)+I(200))
I(111): Mg0의 (111)면의 X선 회절 강도
I(200): MgO의 (200)면의 X선 회절 강도
제1항에 있어서,
평균 결정 입자경이 30μm이하인 다결정 MgO 소결체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
MgO 순도가 99.99% 이상인 다결정 MgO 소결체.
제1항 또는 제2항에 기재된 다결정 MgO 소결체로 이루어지는 스퍼터링용 Mg0 타겟.
제1항에 기재된 다결정 Mg0 소결체를 제조하는 방법으로서, 입경이 1μm이하인 Mg0 원료 분말을 1축 가압 소결하는 공정과, 이 1축 가압 소결하는 공정 후에 산소가 0.05 부피% 이상 존재하는 분위기 하에서 1273K 이상의 온도에서 1분간 이상 열처리하는 공정을 포함하는 다결정 Mg0 소결체의 제조 방법.
제5항에 있어서,
MgO 원료 분말이 Mg(OH)₂를 0.01~0.2 질량% 함유하는 다결정 Mg0 소결체의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
MgO 원료 분말의 불순물 농도가 0.01 질량% 미만인 다결정 Mg0 소결체의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
1축 가압 소결하는 공정에서 인가하는 압력이 5MPa 이상인 다결정 Mg0 소결체의 제조 방법.
제3항에 기재된 다결정 MgO 소결체로 이루어지는 스퍼터링용 MgO 타겟.
제7항에 있어서, 1축 가압 소결하는 공정에서 인가하는 압력이 5MPa 이상인 다결정 MgO 소결체의 제조 방법.