KR20140008681A

KR20140008681A - 산화인듐 및 산화갈륨으로 구성된 폐타겟을 활용한 고밀도 타겟 제조방법

Info

Publication number: KR20140008681A
Application number: KR1020120075510A
Authority: KR
Inventors: 강민호; 임선권; 양승호; 윤원규
Original assignee: 희성금속 주식회사
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR101419438B1

Abstract

본 발명에서는 산화인듐 및 산화갈륨으로 이루어진 폐타겟을 리사이클링하여 습식 용해 공정 없이 건식 공정만을 적용하여 간단하고 고수율로 고밀도 스퍼터링 타겟 제조방법을 제공한다.

Description

산화인듐 및 산화갈륨으로 구성된 폐타겟을 활용한 고밀도 타겟 제조방법{Manufacturing method of High density Target, utilizing waste Targets consisting of Gallium Oxide and Indium Oxide}

본 발명은 디스플레이용 전도성 소자 물질로 사용되는 인듐, 갈륨 산화물로 이루어진 스퍼터링 타겟재의 제조방법에 관한 것이다.

최근 LCD, PDP 및 OLED 등 각종 평판 디스플레이의 발달에 따라 대면적화 및 높은 해상도를 요구하는 공정 및 재료 연구가 활발히 이루어지고 있다. 인듐 및 갈륨 산화물로 이루어진 타겟 조성은 투명 소자재료로 사용되는 물질이며 높은 이동도 및 반응속도를 가지기 때문에 적용하고자 하는 연구가 많은 조성이다.

하지만 인듐 및 갈륨은 희귀자원으로 매장량의 한계로 인해 가격이 높은 이유로 타겟 가격이 매우 높고 평판형 타겟 사용시 소진율이 30～40% 수준이기 때문에 리사이클에 대한 제조사 및 업계의 연구가 지속 요구되고 있다.

본 발명에서는 상기 타겟의 스크랩을 재활용하여 본래의 타겟과 조성 변화가 없는 투명전극용 고밀도 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한 상기 타겟을 제조시 소결 조제를 통해 본래보다 낮은 소결온도에서 타겟을 제조하는 방법에 관한 것이다.

산화인듐 및 산화갈륨으로 이루어진 폐 타겟재에서 고가의 인듐과 갈륨을 추출하여 금속화시킨 후 재사용하는 사례는 이미 개발되어 있으며, 수율을 향상시키기 위한 제조사의 움직임이 있다.

하지만 본 발명에서는 상기 조성으로 이루어진 폐타겟을 습식 용해 공정 없이 건식 공정만을 적용하여 고밀도 스퍼터링 타겟 제조방법을 제공한다.

상기 조성으로 이루어진 타겟은 일반적으로 알려진 고밀도를 구현하기 위해서 1150℃ 이상의 온도에서 소결을 실시한다.

이러한 고밀도의 폐타겟을 리사이클하기 위해선 분쇄공정을 통해 미립화시키고 미립화된 분말을 재조립하여 성형체를 만든다. 이 성형체를 소결하여 고밀도 타겟을 만드는 공정이 요구된다.

고밀도 소결체를 만드는 과정에서 기존 생성된 타겟의 온도보다 낮은 온도 에서 고밀도의 타겟을 생성하기 위해 소결조제를 사용하고 기존의 조성을 깨뜨리지 않는 범위내에서 첨가한다.

소결온도를 낮추어서 소결하는 것은 이미 소결된 분말을 재소결시 고온에서 특정 성분의 휘발이 발생할 가능성도 있으며 이로 인해 조성의 편차가 발생할 수도 있기 때문이다. 더불어 저온 소결시 공정 측면에서 비용시 절감할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서는 산화인듐 및 산화갈륨으로 이루어진 폐타겟을 습식 용해공정없이 건식 공정만을 적용하여 간단하고 고수율로 고밀도 스퍼터링 타겟 제조하는 방법을 제공한다.

산화인듐, 산화갈륨으로 이루어진 폐타겟을 리사이클링하여 고밀도 타겟을 만들기 위해서는 아래와 같은 공정이 요구된다.

(a) 제 1단계 : 폐타겟을 900℃이상의 온도로 가열하는 단계,

(b) 제 2단계 : 가열된 타겟을 급냉 처리하여 조직을 연화시키는 단계,

(c) 제 3단계 : 급냉 처리된 타겟을 조분쇄하는 단계,

(d) 제 4단계 : 조분쇄된 타겟을 미분쇄하는 단계,

(e) 제 5단계 : 미분쇄된 분말을 체질하는 단계,

(f) 제 6단계 : 체질된 분말을 beads mill 처리하는 단계,

(g) 제 7단계 : beads mill 처리시 소결조제를 첨가하여 혼합하는 단계,

(h) 제 8단계 : 혼합된 슬러리를 조립 분말로 만드는 단계,

(i) 제 9단계 : 조립된 분말을 성형체로 만드는 단계, 및

(j) 제 10단계 : 성형체를 소결하여 고밀도 타겟을 제조하는 단계.

다음에 실시예 및 시험예로서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예 1]

제 1단계 : 폐타겟을 900～1100℃의 온도로 2시간 동안 가열한 다음;

제 2단계 : 가열된 타겟을 15℃이하의 온도로 유지되는 순수로 채워진 항온

조에서 급냉처리 한 다음;

제 3단계 : 급냉처리된 폐타겟은 crack이 되어 있는 것도 있으며 표면 및

조직 내부에 crack이 존재하는 타겟도 있으며, 이 타겟을 사용

하여 조분쇄기에 넣어서 조분쇄를 실시 한 다음;

제 4단계 : 조분쇄된 분말은 Ball mill을 사용하여 미분쇄를 실시하고 10～

20파이 사이의 지르코니아 볼을 이용하여 24시간 이상 실시한다;

제 5단계 : 미분쇄된 분말은 120～150 mesh 사이의 체를 이용해 125 미크

론이하의 분말을 취득하며, 이때에 상기 체눈금을 통과하지 않

은 분말은 다시 Ball mill 처리를 행한 다음;

제 6단계 : 체질된 분말은 0.5～1.0wt% 내의 분산제를 첨가한 순수에 일정

한 양으로 분산시킨다. 이 때 체질된 미세분말이 가라앉지 않도

록 교반을 충분히 하며 실시하고 분말을 한번에 투입하지 않는

다. 한번 투입시 교반 속도가 빠르지 않으면 가라앉아서 분말의

뭉침이 발생하기 때문에 분산정도를 확인하며 일정한 양으로 투

입한다;

제 7단계 : Beads mill을 통한 1차 분산 및 미세화가 끝난 슬러리에 소결

조제인 B₂0₃를 첨가한다. B₂0₃의 첨가량은 타겟이 가지고 있는

기본조성을 깨지 않는 수준인 0.1wt%～0.3wt%로 첨가한다.

0.1w% 미만의 양으로 첨가시 소결 조제로써의 효과가 거의 없

는 밀도가 구현된다. 소결 조제 첨가후 성형체 제조시 성형성을

구현하기 위하여 결합제를 0.5wt%～1wt%의 양으로 첨가하여

beads mill 처리를 행한 다음;

제 8단계 : 이와 같이 혼합된 슬러리는 스프레이 드라이어를 사용하여 분무

건조시킨다. 분무건조된 분말은 150mesh 체를 사용하여 과립분

말을 제거한다;

제 9단계 : 조립 체질된 분말은 1차 성형을 실시하고 형상이 갖추어지면 등

방압 성형을 통해 성형강도가 확보된 성형체를 제조한 다음;

제 10단계 : 성형체는 1000℃이상의 가장 적절한 온도를 설정하고, 0₂ 가스

분위기하에서 소결을 실시하여 고밀도 타겟을 제조한다.

[시험예 1]

실시예 1의 폐타겟을 고온으로 가열시 가열온도를 변화시켜서 타겟을 구성하는 성분의 함량변화와 조분쇄 수율을 확인하였으며 그 결과를 표 1에 나타냈다.

1100℃ 이상의 온도로 가열하게 되면 조성의 변화가 발생한다.

이는 ICP 분석을 통하여 확인하였으며, In, Ga 함량을 비교하였다.

이는 1100℃에서 In의 휘발에 의해 0.1wt% 이상의 조성변화가 관찰되며, 1050℃ 이하의 온도에서는 이러한 큰 조성의 변화가 관찰되지 않았다.

실시예 1의 폐타겟을 특정온도로 가열시 1100℃를 제외한 1050℃로 가열시 5mm이하 입자기준 가장 높은 조분쇄율을 나타냈다.

	성분량(Wt%, ICP)		조분쇄 수율
Base 조성	In	Ga	5mm↓
폐타겟	9.00	1.00
1100℃	8.86	0.99	88%
1050℃	8.92	0.99	83%
1000℃	8.95	1.00	81%
950℃	8.97	1.00	75%
900℃	8.97	1.00	64%

[시험예 2]

B₂0₃ 첨가량에 따른 밀도를 시험하였으며, 그 결과는 표 2에 나타냈다.

기존 타겟이 가지고 있는 밀도는 95%이상을 가진다. 본 타겟과 동등 수준의 밀도를 가져야 박막 공정에서 안정적인 특성을 가질 수 있다. 소결 조제의 첨가량은 0.1wt%에서 0.3wt%에서 투입하였고 소결온도는 1150～1500℃에서 소결평가를 진행하였다.

	소결온도에 따른 상대밀도
B₂O₃첨가량 (wt%)	1150℃	1250℃	1350℃	1450℃	1500℃
0.30	97.1%	98.1%	98.7%	97.0%	96.1%
0.25	94.0%	95.5%	97.2%	98.8%	97.6%
0.20	91.5%	92.4%	94.5%	96.7%	96.1%
0.15	88.5%	90.6%	92.4%	95.7%	95.1%
0.10	84.9%	89.1%	89.6%	90.5%	92.5%

B₂0₃의 첨가량이 0.25wt%에서 98.8%로 가장 높은 밀도를 나타내었으며 소결온도는 1450℃에서 관찰되었다.

첨가량이 0.30wt%와 소결온도 1350℃에서도 98.7%를 나타내지만 불순물로 들어가는 B₂0₃의 첨가량이 상대적으로 많으므로 첨가량 0.25wt%보다는 적합하지 않다고 할 수 있다.

0.10wt% 이하의 첨가량은 95%이상의 밀도를 구현하지 못하였고 밀도 증대에 따른 소결온도가 지속 높아지는 경향을 보였다.

[시험예 3]

B₂0₃ 첨가량에 따른 최고 조건의 타겟 밀도하에서 타겟 자체의 비저항을 측정하였으며, 그 결과는 표 3에 나타냈다.

B₂O₃첨가량 (wt%)	타겟비저항 (Ω㎝)
폐타겟(Base)	3.50E-03
0.30	3.40E-03
0.25	3.50E-03
0.20	4.30E-03
0.15	5.40E-03
0.10	1.01E-04

스퍼터 공정에서의 안정성을 가지기 우해서는 9.0 x 10^-3Ωcm 이하의 비저항을 가져야 한다. B₂0₃의 첨가량 대비 가장 고밀도를 나타낸 타겟의 비저항을 측정한 결과 B₂0₃ 0.1wt%를 제외한 영역에서 비저항 수준을 만족하는 전기전도성을 나타냈다.

Claims

산화인듐, 산화갈륨으로 이루어진 폐타겟을
(a) 900℃이상의 온도로 가열하는 단계;
(b) 가열된 타겟을 급냉 처리하여 조직을 연화시키는 단계;
(c) 급냉 처리된 타겟을 조분쇄하는 단계;
(d) 조분쇄된 타겟을 미분쇄하는 단계;
(e) 미분쇄된 분말을 체질하는 단계;
(f) 체질된 분말을 beads mill 처리하는 단계;
(g) beads mill 처리시 소결조제를 첨가하여 혼합하는 단계;
(h) 혼합된 슬러리를 조립 분말로 만드는 단계;
(i) 조립된 분말을 성형체로 만드는 단계; 및
(j) 상기 성형체의 소결을 특징으로 하는 폐타겟으로부터 산화인듐, 산화갈륨으로 이루어진 고밀도 타겟을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, (a)의 단계를 1050℃이하의 온도에서 행하는 방법.
제 1항에 있어서, (g)의 단계에서 소결조제로 B₂0₃을 0.15wt%～0.3wt%를 첨가하여 행하는 방법.
제 1항에 있어서, (g)의 단계에서 결합제 0.5wt%～1.0wt%를 더 첨가하여 행하는 방법.