KR20140026686A

KR20140026686A - 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구

Info

Publication number: KR20140026686A
Application number: KR1020120092048A
Authority: KR
Inventors: 권세희; 강수남; 박훈
Original assignee: 삼성코닝정밀소재 주식회사
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-03-06

Abstract

본 발명은 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 로터리 타겟 내부에 정체되어 있는 탈지 가스로 인해 발생되는 탈지성 크랙을 방지할 수 있는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 로터리 타겟용 타겟재의 하측 배치되어 상기 타겟재를 지지하고, 탈지 공정 시 상기 타겟재 내부에 발생된 탈지 가스를 외부로 배출시키는 지지 블록; 및 상기 타겟재와 상기 지지 블록 사이에 배치되어 소결 공정 시 상기 타겟재와 상기 지지 블록 간의 반응을 차단시키는 원형 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구를 제공한다.

Description

로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구{SINTERING KILN FURNITURE FOR PREVENTING DEGREASING CRACK OF ROTARY TARGET}

본 발명은 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 로터리 타겟 내부에 정체되어 있는 탈지 가스로 인해 발생되는 탈지성 크랙을 방지할 수 있는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구에 관한 것이다.

스퍼터링 공법은 진공용기 내에 예컨대, 아르곤(Ar) 가스와 같은 비활성기체를 투입하여 스퍼터링 타겟재를 포함하는 캐소드에 직류(DC) 전력 또는 고주파(RF)전력을 공급하여 글로우(glow) 방전을 발생시켜서 성막(成膜)하는 방법이다.

스퍼터링 공법에 의한 성막은 부착력이 강한 박막을 용이하게 얻을 수 있고, 막 두께의 제어가 용이하고, 합금의 박막화에 있어서의 재현성이 좋고, 고융점 재료의 박막화가 용이한 특징을 가지고 있으므로, 반도체 등의 전자ㆍ전기 부품용 재료의 성막, 예를 들면, 액정 디스플레이용 투명 도전막의 제작, 하드디스크의 기록층 제작, 반도체 메모리의 배선재료의 제작 등의 넓은 분야에서 사용되고 있다.

스퍼터링 공법에 의한 성막에 사용되는 스퍼터링 타겟은 평판형이 주를 이루고 있으나, 최근 들어, 로터리 스퍼터링 타겟이 개발되어 상용화되고 있다.

로터리 스퍼터링 타겟은 원통형 백킹 튜브와, 원통형 백킹 튜브의 외측면과 에어갭을 두고 설치되는 스퍼터링 타겟재와, 원통형 백킹 튜브와 스퍼터링 타겟재 사이의 에어갭에 충진되어 원통형 백킹 튜브와 스퍼터링 타겟재를 접착시키는 본딩재를 포함하여 형성된다. 여기서, 스퍼터링 타겟재는 타겟 원료를 원통형으로 성형한 다음 이를 소결함으로써 제조된다. 이때, 소결은 소성하는 동안 소자 내의 입자들이 강도를 지닌 응결체로 서로 결합하여 수축과 함께 치밀화가 일어나는 것을 말하는데, 세라믹 제조에서 소결 현상의 제어가 세라믹의 성능을 결정한다고 표현해도 무관할 정도로 중요한 부분을 차지한다. 이러한 소결은 3단계로 구분된다. 먼저, 초기단계는 입자와 입자 사이에 neck이 생기는 단계이고, 중기단계는 입자와 입자 사이가 상당히 접근되어 소결 수축의 대부분이 일어나는 단계이며, 말기단계는 기공율이 5~10%일때부터 이론밀도에 이를 때까지의 단계이다. 소결 공정에서는 상기의 3단계를 거치며 최종적으로 성형체 대비 소결체의 사이즈는 줄어든다. 이때, 이와 같은 수축 과정에서 소결체의 상, 하부의 온도 편차로 인하여 수축률에 차이가 발생할 경우 소결체에 휨이 발생하며, 또한, 초기 소결 온도 영역에서 분말 생산에 사용된 유기화합물을 연소(burn-out)시키는 탈지 구간이 발생하는데, 수축률에 차이가 발생할 경우, 탈지가 불균일하게 일어나게 되어, 결국, 탈지성 크랙이 발생하게 된다. 이러한 탈지성 크랙은 소결체 제조 과정에서의 생산성 및 수율 저하에 직접적인 원인이 된다. 특히, 로터리 타겟에 사용되는 스퍼터링 타겟재의 경우 그 형태적인 요인에 의해 원통 내부의 연소된 가스가 흐르지 못하고 타겟재 내에 정체되는데, 이러한 현상이 크랙으로 이어지는 경우가 많다. 이 경우, 크랙은 타겟재의 하측에 많이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 로터리 타겟 내부에 정체되어 있는 탈지 가스로 인해 발생되는 탈지성 크랙을 방지할 수 있는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 로터리 타겟용 타겟재의 하측 배치되어 상기 타겟재를 지지하고, 탈지 공정 시 상기 타겟재 내부에 발생된 탈지 가스를 외부로 배출시키는 지지 블록; 및 상기 타겟재와 상기 지지 블록 사이에 배치되어 소결 공정 시 상기 타겟재와 상기 지지 블록 간의 반응을 차단시키는 원형 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구를 제공한다.

여기서, 상기 지지 블록의 외주면에는 적어도 하나의 가스 배출구가 형성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 지지 블록은 Al₂O₃와 SiO₂를 포함하되, Al₂O₃는 86%-0.02~0.03% 포함하고, SiO₂는 13%+0.02~0.03% 포함할 수 있다.

그리고 상기 타겟재와 상기 지지 블록은 연통될 수 있다.

이때, 상기 원형 플레이트는 링 형태로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 로터리 타겟용 타겟재의 하부에 탈지 가스를 배출시키는 복수개의 가스 배출구가 형성되어 있는 지지 블록을 설치하고, 로터리 타겟용 타겟재와 지지 블록 간의 반응을 억제하는 원형 플레이트를 이들 사이에 설치함으로써, 탈지 가스로 인해 로터리 타겟용 타겟재의 하측에 많이 발생되는 탈지성 크랙을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구를 나타낸 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결 요도구에 로터리 타겟용 타겟재가 장착된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 자른 단면도.
도 4는 입도 변화에 따른 지지 블록의 강도 증가 과정을 보여주는 모식도.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구에 대해 상세히 설명한다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 요도구(100)는 로터리 타겟용 타겟재(10)의 탈지성 크랙을 방지하기 위한 장치로, 지지 블록(110) 및 원형 플레이트(120)을 포함하여 형성된다.

여기서, 로터리 타겟용 타겟재(10)는 타겟을 이루는 물질을 혼합한 후 가압 성형한 성형체일 수 있다. 이때, 성형체에는 원료 입자들의 응집을 방지하고, 성형성을 향상시키며, 기포를 제거하는 역할을 하는 각종 바인더가 첨가된다. 이러한 바인더는 성형체에 대한 소결 공정 전 소결 온도보다 낮은 온도로 열처리하는 탈지 공정을 통해 제거된다. 본 발명의 실시 예에 따른 소결 요도구(100)는 이러한 탈지 공정 시 성형체 내부에 발생되는 탈지 가스를 원활하게 배출시켜 탈지 가스로 인해 로터리 타겟용 타겟재(10)에 크랙이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 로터리 타겟용 타겟재(10)는 성형체를 소결한 소결체일 수 있다. 여기서, 도시하진 않았지만, 로터리 타겟은 상기의 소결체, 소결체의 중공을 관통하는 형태로 배치되는 백킹 튜브 및 소결체와 백킹 튜브 사이에 충진되어 백킹 튜브와 소결체를 접착시키는 본딩재를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 소결체는 백킹 튜브의 길이 방향을 따라 복수개 형성될 수 있고, 이를 통해, 대형의 로터리 타겟을 구현할 수 있다.

한편, 지지 블록(110)은 로터리 타겟용 타겟재(10)의 하측에 배치된다. 즉, 로터리 타겟용 타겟재(10)는 지지 블록(110) 상에 안착되어 지지 블록(110)에 의해 지지된 채 탈지 및 소결을 위해 전기로에 투입된다. 또한, 지지 블록(110)은 탈지 공정 시, 성형된 로터리 타겟용 타겟재(10)에 포함되어 있는 바인더의 연소에 의해 발생되는 탈지 가스를 외부로 배출시켜, 종래 탈지 가스의 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부 정체로 인해 크랙이 발생되던 현상을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 지지 블록(110)에는 가스 배출구(111)가 형성될 수 있다. 여기서, 지지 블록(110)은 로터리 타겟용 타겟재(10)의 하측을 지지하는 받침대 역할을 하므로, 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부에 발생된 탈지 가스를 외부로 배출시키기 위해서는 지지 블록(110)의 측면 둘레, 즉, 외주면에 가스 배출구(111)가 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 원활한 탈지 가스 배출을 위해, 도시한 바와 같이, 가스 배출구(111)는 지지 블록(110)의 외주면을 따라 복수개 형성될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시 예와 같이, 지지 블록(110)의 외주면에 구멍 형태의 복수개의 가스 배출구(111)가 형성되면, 로터리 타겟용 타겟재(10)에 의해 수직 하중을 받는 지지 블록(110)의 특성 상 구조적으로 취약해질 수밖에 없다. 즉, 지지 블록(110)에 형성되어 있는 가스 배출구(111)를 통해 탈지 가스는 원활하게 배출시키더라도 본연의 역할인 로터리 타겟용 타겟재(10)를 지지하는 역할에는 문제가 발생될 수 있다. 다시 말해, 탈지 가스에 의한 크랙으로 인해 발생되는 파손은 방지할 수 있을지라도 지지 블록(110) 붕괴로 인한 로터리 타겟용 타겟재(10)의 이탈 및 낙하로 인한 파손의 발생 가능성은 크게 존재하게 된다. 이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 종래 지지 블록을 이루는 하이(high) 조성(a)에서 입도 비율을 조절함으로써, 고 강도의 지지 블록(110)을 구현한다. 즉, 지지 블록(110)을 이루는 조성 중 미분의 양은 줄임(b)과 동시에 굵은 골재의 비율을 늘려 줄어든 미분을 효과적으로 분산(c)시키는 방법을 통해 지지 블록(110)의 강도를 향상시킨다. 예를 들어, 통상 지지 블록(110)은 Al₂O₃와 SiO₂를 주성분으로 하여 형성되는데, 종래 하이 조성비는 Al₂O₃와 SiO₂가 각각86% 및 13%를 이룬다. 이에, 본 발명의 실시 예에서, 지지 블록(110)은, Al₂O₃는 86%-0.02~0.03% 포함하고, SiO₂는 13%+0.02~0.03% 포함한다. 즉, 미분인 Al₂O₃는 종래보다 0.02~0.03% 줄이고, 굵은 골재인 SiO₂는 종래보다 0.02~0.03% 늘려, 미분인 Al₂O₃의 분산성을 향상시킴으로써, 지지 블록(110)을 고 강도로 구현한다. 이때, 이와 같은 입도 제어를 통해, 지지 블록(110)의 밀도(bulk density)는 종래 2.89g/㎤에서 2.90 g/㎤으로 향상된다. 또한, 흡수성(water absorption)은 종래 5.62%에서 5.60%로 낮아지며, 겉보기 기공율(apparent porosity) 또한 종래 16.25%에서 16.24%로 낮아진다. 이와 같은 지지 블록(110)의 물리적 특성 변화를 통해 종래보다 강도가 향상되었음을 확인할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 지지 블록(110)에 형성되어 있는 가스 배출구(111)를 통해 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부에 발생된 탈지 가스를 원활하게 배출시키면, 로터리 타겟용 타겟재(10)에 크랙이 발생되는 현상을 방지 혹은 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 종래에는 소결 후 양품율이 48.8%에 지나지 않았다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따라, 지지 블록(110)의 외주면에 가스 배출구(111)를 형성하고 이를 통해 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부에 발생된 탈지 가스를 외부로 원활하게 배출시킨 경우, 소결 후 양품율은 대략 90% 이상인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 분석해 보면, 탈지 가스로 인한 크랙이 제품 불량 발생의 주요 원인인 것으로 확인되었고, 탈지 가스로 인한 크랙은 본 발명의 실시 예에 따른 지지 블록(110)에 의해 충분히 방지 혹은 감소될 수 있는 것 또한 확인되었다.

원형 플레이트(120)는 로터리 타겟용 타겟재(10)와 지지 블록(110) 사이에 배치된다. 이때, 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부에 발생된 탈지 가스가 지지 블록(110)의 외주면에 형성되어 있는 가스 배출구(111)를 통해 외부로 배출되기 위해서는 로터리 타겟용 타겟재(10)와 지지 블록(110)은 연통되어야 한다. 이를 위해, 로터리 타겟용 타겟재(10)와 지지 블록(110) 사이에 배치되는 원형 플레이트(120)는 중심이 개구된 링 형태로 형성될 수 있다. 또한, 원형 플레이트(120)는 이의 테두리에 안착되는 로터리 타겟용 타겟재(10)의 안정성을 보다 확보하기 위해 상부 테두리면이 로터리 타겟용 타겟재(10)의 하부 테두리면보다 폭이 넓은 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 원형 플레이트(120)는 고온 소결 시 로터리 타겟용 타겟재(10)와 지지 블록(110) 간의 반응을 차단시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구의 작용에 대해 설명하기로 한다.

외주면에 복수개의 가스 배출구(111)가 형성되어 있는 지지 블록(110) 상에 링 형태의 원형 플레이트(120)를 배치한 소결 요도구(100) 상에 로터리 타겟용 타겟재(10)를 안착시킨 후 전기로에 투입하여 열처리하면, 먼저, 소결 온도보다 낮은 온도에서 탈지 공정이 진행된다. 탈지 공정에서는 성형된 로터리 타겟용 타겟재(10)에 포함되어 있는 바인더가 연소되는 과정에서 탈지 가스를 발생시킨다. 이때, 로터리 타겟용 타겟재(10) 외주면에서 발생된 탈지 가스는 그대로 공기 중으로 날아가고, 로터리 타겟용 타겟재(10) 내주면에서 발생된 탈지 가스는 공기보다 무거워 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부의 하측에 모이게 된다. 이때, 로터리 타겟용 타겟재(10)는 하측의 지지 블록(110)에 의해 지지되고, 로터리 타겟용 타겟재(10)의 내부와 지지 블록(110)의 내부는 연통되어 있으므로, 탈지 가스는 지지 블록(110) 내부로 하향 이동하게 된다. 그리고 이러한 탈지 가스는 지지 블록(110)의 외주면에 형성되어 있는 복수개의 가스 배출구(111)를 통해 외부로 원활히 배출되어, 종래 로터리 타겟용 타겟재(10) 내부의 탈지 가스 정체로 인해 발생되던 크랙을 방지 혹은 감소시킬 수 있다. 한편, 탈지 공정 후 로터리 타겟용 타겟재(10)는 소결 요도구(100)에 지지된 채 전기로의 승온을 통해 소결된다. 이 경우, 원형 플레이트(120)는 로터리 타겟용 타겟재(10)와 지지 블록(110) 간의 고온 반응을 방지하여, 소결된 로터리 타겟용 타겟재(10)의 품질 향상에 기여하게 된다. 또한, 원형 플레이트(120)는 소결 후 로터리 타겟용 타겟재(10)의 분리를 용이하게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 로터리 타겟용 타겟재(10)가 안착되는 원형 플레이트(120)의 상부 테두리면에는 릴리즈 파우더가 얇게 도포될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구(100)를 통해, 탈지 공정에서 발생되는 탈지 가스를 적절하게 배출하여 탈지 가스로 인해 로터리 타겟용 타겟재(10)에 탈지성 크랙이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 이는 결국, 소결된 로터리 타겟용 타겟재(10)에 대한 양품률의 대폭적인 향상으로 이어지게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 소결 요도구 110: 지지 블록
111: 가스 배출구 120: 원형 플레이트
10: 타겟재

Claims

로터리 타겟용 타겟재의 하측 배치되어 상기 타겟재를 지지하고, 탈지 공정 시 상기 타겟재 내부에 발생된 탈지 가스를 외부로 배출시키는 지지 블록; 및
상기 타겟재와 상기 지지 블록 사이에 배치되어 소결 공정 시 상기 타겟재와 상기 지지 블록 간의 반응을 차단시키는 원형 플레이트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구.
제1항에 있어서,
상기 지지 블록의 외주면에는 적어도 하나의 가스 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구.
제1항에 있어서,
상기 지지 블록은 Al₂O₃와 SiO₂를 포함하되, Al₂O₃는 86%-0.02~0.03% 포함하고, SiO₂는 13%+0.02~0.03% 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구.
제1항에 있어서,
상기 타겟재와 상기 지지 블록은 연통되는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구.
제4항에 있어서,
상기 원형 플레이트는 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 타겟의 탈지 크랙 방지용 소결 요도구.