KR20120058736A

KR20120058736A - 슬립캐스팅을 이용한 ｉｔｏ 타깃의 제조방법

Info

Publication number: KR20120058736A
Application number: KR1020100120159A
Authority: KR
Inventors: 오중표
Original assignee: (주)다이세라
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-08

Abstract

본 발명은 ITO 타깃의 제조방법에 관한 것으로, 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않을 뿐만 아니라 다품종 소량생산에 적합한 특징이 있다.
본 발명은 크게 다섯 부분으로 구성되는 바, 산화인듐 90중량%와 산화주석 10중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입하는 슬러리 제작공정(S1)과; 상기 제작된 슬러리를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에 투입한 후, 40RPM의 속도로 5시간 동안 분쇄하는 볼밀공정(S2)과; 상기 혼합?분쇄된 슬러리에 존재하는 기포를 제거하기 위해 스포이트를 이용하여 기포를 제거하고, 석고 몰드에 슬러리를 주입한 후 습도 65% 온도 21℃의 조건에서 4일 동안 건조시키는 탈포 및 성형공정(S3)과; 상기 성형된 혼합물을 전기로에 넣어 상온에서 600℃까지 5℃/min의 승온속도로 승온시킨 후 2시간 동안 유지시켜 첨가물을 번 아웃시킨 다음, 5℃/min의 승온속도로 1550℃까지 승온시킨 후 10시간 동안 유지시키는 소결공정(S4)과; 소결이 완료된 후 로냉시킨 다음, 석고 몰드로부터 ITO 타깃을 꺼내어 외관을 검사하는 후가공공정(S5)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않아 ITO 타깃의 제작효율을 증대시키는 효과가 있다.
또한, 다양한 크기의 ITO 타깃을 제작하기 위해서도 간단한 석고 몰드만 준비하면 제조가 가능하여 대응력이 신속할 뿐만 아니라 다품종 소량생산이 가능하여 제품의 제조원가 절감에도 유익한 또 다른 효과가 있다.

Description

슬립캐스팅을 이용한 ＩＴＯ 타깃의 제조방법 { The manufacturing method of the ITO Target use slip casting }

본 발명은 ITO 타깃의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않을 뿐만 아니라 다품종 소량생산에 적합한 ITO 타깃의 제조방법에 관한 것이다.

ITO(Indium Tin Oxide)는 산화인듐(In₂O₃)에 산화주석(SnO₂)을 고용시킨 물질로서 가시광영역에서 광투과도가 크고 전기 전도도가 우수하여 투명 전도성막이나 투명전극의 재료로 많이 이용되고 있다.

이러한 투명전도성막은 액정 디스플레이(LCD), EL 디스플레이 등의 평판 표시 소자, 태양전지, 열선 차폐, 선택적 광투과 등 여러 전기적, 광학적 분야에 응용되고 있으며 그 사용처가 날로 확대되고 있는 실정이다.

ITO 박막의 특성은 박막 증착 방법 및 두께에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다.

이러한 ITO 투명 전도성 막을 제조하는 방법으로는 이온플레이팅, 진공증착법, 스퍼터링 등과 같은 물리적인 방법과 스프레이법, 화학기상증착법과 같은 화학적 방법이 있으며, 특히 평면 표시 소자의 경우와 같이 대면적의 균일한 박막이 요구되는 제품의 생산에는 스퍼터링 방법이 가장 보편적으로 사용되고 있다.

스퍼터링을 사용하여 박막을 증착시키는 경우 무엇보다 먼저 치밀한 타깃용 소결체가 필요하게 된다.

ITO의 경우 증발 응축 기구로 소결이 이행되기 때문에, 치밀한 소결체 제조가 매우 힘든 난소결성 물질로 알려져 있다.

따라서 치밀한 조직을 갖는 ITO 타깃용 소결체를 얻기 위해서 Hot Press, Hot Isostatic Press, 분위기 소결, 그리고 소결 조제를 이용하는 방법 등이 현재 사용되고 있으나, 높은 초기 설비비와 소결체의 크기 제한 등으로 많은 제약이 따르는 실정이었다.

특히, 디스플레이 기판의 크기가 점점 대형화되어 감에 따라서 투명전극용 스퍼터링 타깃의 대형화도 필수적인 바, 이에 대응하기 위해서는 Nodule이나 Particle 발생의 원인이 되는 분할면이 없는 1 Piece target의 제조 기술이 확보되어야 한다.

이러한 ITO 타깃 재료 기술 중 분할면을 감소시키는 기술은 성형단계에서 압력방식이 주로 사용되는데 이러한 압력방식은 고가의 설비가 반드시 필요할 뿐만 아니라 설비의 설치에도 대단히 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 다양한 크기의 디스플레이 기판을 제작하기 위해서는 스퍼터링 타깃의 크기도 다양하게 구비할 필요가 있는데, 이러한 다양한 크기의 ITO 타깃을 제작하기 위해서는 결국 여러 대의 서로 다른 설비를 갖추어야 하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않아 ITO 타깃의 제작효율을 증대시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 다양한 크기의 ITO 타깃을 제작하기 위해 간단한 석고 몰드만 준비하면 제조가 가능하여 대응력이 신속할 뿐만 아니라 다품종 소량생산이 가능하여 제품의 제조원가 절감에도 큰 도움이 되도록 함을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 크게 다섯 부분으로 구성되는 바, 산화인듐 90중량%와 산화주석 10중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입하는 슬러리 제작공정(S1)과; 상기 제작된 슬러리를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에 투입한 후, 40RPM의 속도로 5시간 동안 분쇄하는 볼밀공정(S2)과; 상기 혼합?분쇄된 슬러리에 존재하는 기포를 제거하기 위해 스포이트를 이용하여 기포를 제거하고, 석고 몰드에 슬러리를 주입한 후 습도 65% 온도 21℃의 조건에서 4일 동안 건조시키는 탈포 및 성형공정(S3)과; 상기 성형된 혼합물을 전기로에 넣어 상온에서 600℃까지 5℃/min의 승온속도로 승온시킨 후 2시간 동안 유지시켜 첨가물을 번 아웃시킨 다음, 5℃/min의 승온속도로 1550℃까지 승온시킨 후 10시간 동안 유지시키는 소결공정(S4)과; 소결이 완료된 후 로냉시킨 다음, 석고 몰드로부터 ITO 타깃을 꺼내어 외관을 검사하는 후가공공정(S5)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않아 ITO 타깃의 제작효율을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 다양한 크기의 ITO 타깃을 제작하기 위해서도 간단한 석고 몰드만 준비하면 제조가 가능하여 대응력이 신속할 뿐만 아니라 다품종 소량생산이 가능하여 제품의 제조원가 절감에도 유익한 또 다른 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 공정 순서도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 XRD분석 그래프
도 4 내지 도 5는 본 발명 실시 예 및 비교 예의 SEM분석 사진

본 발명은 ITO 타깃의 제조방법에 관한 것으로, 슬립캐스팅 방식을 이용하여 대기 상압 소결을 통해 고밀도, 고순도, 대면적 스퍼터링용 타깃을 제조할 수 있도록 함으로써 복잡한 설비가 필요치 않을 뿐만 아니라 다품종 소량생산에 적합한 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 예시도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 공정 순서도를 나타낸 것이고, 도 2는 및 도 3은 본 발명에 따른 XRD분석 그래프를 나타낸 것이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명 실시 예 및 비교 예의 SEM분석 사진을 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 본 발명은 다섯 공정으로 이루어지는 바, 원료를 계량한 후 혼합하는 슬러리 제작공정(S1)을 거친 후, 이를 볼밀을 통해 분쇄하는 볼밀공정(S2)을 완료한 다음, 기포를 제거하고 석고 몰드에 주입하여 건조시키는 탈포 및 성형공정(S3)을 거친 후, 전기로에서 번 아웃과 소결하는 소결공정(S4)을 거친 다음, 로냉된 소결체를 석고 몰드에서 꺼낸 다음 외관을 검사하고 다듬는 후가공공정(S5)으로 구성된다.

우선, 본 발명의 제 1공정인 슬러리 제작공정(S1)을 살펴보면, 산화인듐(In₂O₃) 90중량%와 산화주석(SnO₂) 10중량%를 계량하여 준비한 다음, 상기 혼합분말 전체 중량에 대하여 물을 약 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산(Citric acid)을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입하여 슬러리 제작을 완료한다.

상기 사용되는 원료를 보다 상세히 살펴보면, 산화인듐(In₂O₃)은 평균 입경이 2.9㎛인 것을 사용하도록 하는바, 이는 상업적으로 성공한 Indium Corporation of America Co., LTD.에서 제조한 Type B(99.99%)를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 산화주석(SnO₂)은 평균 입경이 2.5㎛인 것을 사용하도록 하는바, 이는 상업적으로 성공한 Kojundo Chemical Lab Co., Ltd.에서 제조한 SNO03PBSnO₂를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 산화인듐(In₂O₃)과 산화주석(SnO₂)을 슬러리화 하기 위해서는 산화인듐과 산화주석으로 이루어진 혼합분말과 물을 45 : 55의 비율로 혼합하되, 이와 함께 사용되는 분산제는 열처리시 분해온도가 400℃이하인 시트르산을 단독으로 사용함으로써 다양한 첨가물로 인해 소결성이 낮은 문제점을 최소화하도록 하는 구성을 갖는다.

그 후 행해지는 제 2공정인 볼밀공정(S2)을 살펴보면, 상기 제작된 혼합 슬러리를 볼밀에서 40RPM의 속도로 5시간 동안 분쇄한다.

상기 볼밀에 장입되는 볼은 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.

그런 다음 제 3공정인 탈포 및 성형공정(S3)을 살펴보면, 상기 혼합?분쇄된 슬러리에 존재하는 기포를 제거하고, 석고 몰드에 슬러리를 주입한 후 건조시키는 공정을 완료한다.

상기 혼합된 슬러리에 있는 기포를 제거하기 위해서는 스포이트를 이용한 탈포방법을 사용하는 바, 종래에는 냉각장치를 이용하여 저온에서 장시간 탈포하였는데, 본 발명은 이와는 달리 슬러리의 응집성을 이용한 탈포방법을 사용함으로써 별도의 냉각장치를 이용하지 않고도 단시간에 탈포처리할 수 있어서 저비용으로 신속하게 탈포를 행하도록 구성된다.

상기 탈포가 완료되면 미리 제작된 석고 몰드에 탈포된 슬러리를 주입하는바, 이러한 석고 몰드는 완성될 ITO 타깃의 크기와 형상에 따라 제작되는 것으로, 별도의 복잡한 장치 없이도 다양한 크기의 ITO 타깃을 제작할 수 있는 장점이 있으며, 석고 몰드에 주입된 슬러리는 습도 65% 온도 21℃의 조건에서 4일 동안 건조시키는 구성을 갖는다.

그 후 행해지는 제 4공정인 소결공정(S4)의 구성을 살펴보면, 상기 성형된 혼합물을 전기로에 장입하여 우선적으로 첨가물을 번 아웃시킨 다음, 소결하여 완료한다.

상기 공정에서 첨가물을 번 아웃시키기 위해서는 상온에서 600℃까지는 5℃/min의 승온속도로 승온한 다음 2시간 동안 유지시킴으로써 분산제인 시트르산이 소멸되도록 구성된다.

그런 다음, 5℃/min의 승온속도로 1550℃까지 승온한 후 10시간 동안 유지시킴으로써 소결이 완료된다.

그런 다음 마지막 공정인 후가공공정(S5)을 살펴보면, 상기 소결공정(S4)을 통해 소결이 완료되면 로냉시킨 후, 석고 몰드로부터 소결체를 꺼내어 외관을 검사한다.

상기 공정을 통해 소결체를 유관 관찰시 Greenish yellow의 색상을 나타내는 것으로 보아 ITO가 된 것을 알 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 XRD(X-ray Diffraction)분석 그래프를 통해 산화인듐(In2O3) 90wt%와 산화주석(SnO2) 10wt%로 이루어진 고용체를 이루었음을 알 수 있다.

이는 도 2에서 보여지는 출발분말의 XRD분석 그래프인 JCPDS Card와 완전히 일치함을 확인할 수 있다.

이하 구체적인 실시 예와 비교 예를 통해 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

[실시 예]

산화인듐 90중량%와 산화주석 10중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입한 후, 이를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에서 분당 40회의 속도로 5시간 동안 분쇄한다.

그런 다음, 스포이트를 이용하여 기포를 제거하고, 석고 몰드에 슬러리를 주입한 후 습도 65% 온도 21℃의 조건에서 4일 동안 건조시키고, 이를 전기로에 넣어 상온에서 600℃까지는 5℃/min의 승온속도로 승온한 2시간 동안 유지시켜 첨가물을 번 아웃시킨 다음, 5℃/min의 승온속도로 1550℃까지 승온한 후 10시간 동안 유지시킨 후 로냉시켜 ITO 타깃을 제조하였다.

그 결과 도 4에서 보이는 바와 같이 부피밀도가 5.981g/㎤ 이고 상대밀도가 76.67%인 ITO 타깃의 미세구조를 확인할 수 있었다.

[비교 예1]

산화인듐 85중량%와 산화주석 15중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입한 후, 이를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에서 분당 40회의 속도로 5시간 동안 분쇄한다.

그 결과 도 5에서 보이는 바와 같이 부피밀도가 4.722g/㎤ 이고 상대밀도가 65.53%인 ITO 타깃의 미세구조를 확인할 수 있었다.

[비교 예2]

산화인듐 80중량%와 산화주석 20중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하되, 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입한 후, 이를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에서 분당 40회의 속도로 5시간 동안 분쇄한다.

그 결과 도 6에서 보이는 바와 같이 부피밀도가 5.045g/㎤ 이고 상대밀도가 70.04%인 ITO 타깃의 미세구조를 확인할 수 있었다.

상기와 비교 예1 내지 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예와 같이 ITO 타깃을 제조할 경우 상대밀도가 가장 우수한 ITO 타깃을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

S1: 슬러리 제작공정 S2: 볼밀공정
S3: 탈포 및 성형공정 S4: 소결공정
S5: 후가공공정

Claims

ITO 타깃의 제조방법에 있어서,
산화인듐 90중량%와 산화주석 10중량%를 계량하여 준비한 혼합분말에 대하여 물을 1.2배 투입하여 슬러리 상태로 제작하는 슬러리 제작공정(S1)과;
상기 제작된 슬러리를 직경이 3Ø인 지르코니아 재질의 볼이 장입된 볼밀에 투입한 후, 40RPM의 속도로 5시간 동안 분쇄하는 볼밀공정(S2)과;
상기 혼합?분쇄된 슬러리에 존재하는 기포를 제거하기 위해 스포이트를 이용하여 기포를 제거하고, 석고 몰드에 슬러리를 주입한 후 습도 65% 온도 21℃의 조건에서 4일 동안 건조시키는 탈포 및 성형공정(S3)과;
상기 성형된 혼합물을 전기로에 넣어 상온에서 5℃/min의 승온속도로 1550℃까지 승온시킨 후 10시간 동안 유지시키는 소결공정(S4)과;
소결이 완료된 후 로냉시킨 다음, 석고 몰드로부터 ITO 타깃을 꺼내어 외관을 검사하는 후가공공정(S5)으로 구성됨을 특징으로 하는 슬립캐스팅을 이용한 ITO 타깃의 제조방법.
제 1항에 있어서,
슬러리 제작공정(S1) 시 분산제인 시트르산을 슬러리 전체 중량의 0.1% 투입하여 다양한 첨가물로 인해 소결성이 낮은 문제점을 최소화하도록 함을 특징으로 하는 슬립캐스팅을 이용한 ITO 타깃의 제조방법.
제 1항에 있어서,
소결공정(S3) 시 상온에서 600℃까지 5℃/min의 승온속도로 승온시킨 후 2시간 동안 유지시켜 첨가물을 번 아웃을 실시한 후 소결이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 슬립캐스팅을 이용한 ITO 타깃의 제조방법.