JP2002210717A

JP2002210717A - セラミックス成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2002210717A
Application number: JP2001008567A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takatsuka; 裕二高塚; Shoji Takanashi; 昌二高梨
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】型からの離型、移動などで、変型、破損しな
いセラミックス成形体の製造方法を提供する。【解決手段】液体ポンプ１と、液体ポンプ１に接続し
た複数の孔２ａを平坦な成形面２ｂに有する下型２と、
気体ポンプ３と、気体ポンプ３に接続した複数の孔４ａ
を有する上型４とからなる。スラリーを注入して鋳込み
成形を行うことにより、成形体１０を得て、気体ポンプ
３から供給される気体を上型４の孔４ａから吐出し、上
型４を下型２から相対移動させて、前記成形体１０を上
型４から離型させる。前記液体ポンプ１から供給される
水またはフロリナートを下型２の孔２ａから吐出し、前
記成形体１０を下型２から離型させて、液体に浮いた状
態の成形体１０を水平方向に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス成形
体の製造方法に関し、特に、太陽電池や液晶表示素子な
どに用いられる透明導電膜、半導体メモリのキャパシ
タ、コンデンサ、ＰＤＰの放電電極の保護膜などに用い
られる高・強誘電体膜を、スパッタリング法で製造する
際に利用され、高密度で大型の焼結体ターゲットのため
のセラミックス成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スパッタリング用の焼結体ターゲ
ットは、ボールミルや媒体攪拌ミルでの原料粉末の粉砕
・混合工程、スプレードライヤーによる造粒工程、金型
成形、鋳込み成形や冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）等での
成形工程、焼結炉での焼結工程を経る常圧焼結法で製造
されることが多い。このほかの製造方法として、ホット
プレス等の加圧焼結法があるが、装置コストが高く、大
型のスパッタリング用の焼結体ターゲットの製造方法と
しては一般的ではない。

【０００３】図面に基づいて、従来の成形法の一例を説
明する。図５は、従来の成形法で上型と下型の間の成形
空間に成形材料を注入した状態の断面図である。図６
は、成形体を上型に真空吸着して、下型から離型した状
態の断面図である。図７は、成形体を上型から離型した
状態の断面図である。

【０００４】従来、１００ｍｍ角、厚さ１０ｍｍ程度の
小型成形体は、上型４の孔４ａから真空吸引し、かつ下
型２の孔２ａからガスを吹き出すことで、成形体１０を
下型２から離型し、下型２の上に適当な板１１を置い
て、上型４の孔４ａからガスを吹き出すことで、成形体
１０を上型４から離型し、前記板１１の上に落下させて
いた。従って、上型４に接続されるポンプ３は、真空吸
引および気体送出の両方が可能であることが必要であ
る。

【０００５】ところが、比重の高い原料粉を用いた大型
の成形体１０は、上型４に真空吸引させることが難し
い。

【０００６】近年、液晶表示素子や太陽電池の大型化や
半導体のＳｉウェハーの大口径化に伴って、スパッタリ
ングターゲットも大型化し、７００ｍｍ角の酸化錫添加
酸化インジウム（ＩＴＯ）ターゲット、ガリウム添加酸
化亜鉛（ＧＺＯ）ターゲットおよびアルミニウム添加酸
化亜鉛（ＡＺＯ）ターゲットや、直径３５０ｍｍのスト
ロンチウム添加チタン酸バリウムターゲット等が開発さ
れている。

【０００７】このような大型の成形体で、特に、５００
ｍｍ×５００ｍｍを超えるような大型の成形体では、鋳
込み成形法で成形体を得ても、型からの離型、移動等
で、角部に応力が集中して、成形体にクラックが入りや
すく、成形体が変形、破損するという問題があった。特
に、面積に比べて薄いスパッタリングターゲットの製造
では、成形体を型から取り外すことが難しかった。

【０００８】さらに大きい８００ｍｍ角程度の大型のス
パッタリングターゲットは、金型成形で製造するには、
面圧４９ＭＰａ（５００ｋｇ／ｃｍ²）とすると２５０
０トンの金型プレスが必要となり、ＣＩＰ法でも大型の
装置が必要なため現実的でなく、複数の焼結体を貼り合
わせた分割ターゲットが使用されていた。

【０００９】しかし、この様な分割ターゲットを使用す
ると、（１）スパッタリングで出るゴミが分割部に貯ま
り、スパッタリング膜表面に再付着してピンホールの原
因となり、あるいは（２）分割部の周囲にノジュールと
呼ばれる黒色異物が発生し、成膜速度を低下させるスパ
ッタリング膜の光透過率の低下、スパッタリング膜の電
気抵抗の増加、および異常放電を起こして、ピンホール
が発生するという問題がある。

【００１０】また、ノジュールはスパッタリングターゲ
ット中の低密度部分にも発生するため、大型のスパッタ
リングターゲットには、分割部が無いこと、密度が高い
こと、さらに密度が均一であることが必要であった。

【００１１】最近、特公平６−６５９号公報や特開平９
−１８８５６４号公報に示されるような圧力鋳込み成形
法を用いることで、金型プレス法やＣＩＰ法よりも大型
かつ高密度のスパッタリングターゲットが製造できるよ
うになった。

【００１２】これらの圧力鋳込み成形法に用いる型に
は、石膏や、特公昭５６−１４４５１号公報（特許第１
０７３０６８号）に記載されたようなフェノール樹脂系
の多孔質プラスチックが使用可能である。

【００１３】圧力鋳込み成形法を用いると、比較的簡単
に大型の成形体を形成することができるが、鋳込み直後
の成形体は水を含んでいるためべとべとして、下型に密
着したり、変形しやすい。そのため、乾燥を行うために
成形体を下型から離型することが難しい。

【００１４】さらに最近では、ＬＣＤや太陽電池等が大
型化する傾向にあり、１ｍ以上の長さを持つスパッタリ
ングターゲットが要求されるようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決し、型からの離型、移動などで、変型、破損しな
いセラミックス成形体の製造方法を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス成
形体の製造方法は、成形原料のスラリーを上型および下
型からなる鋳込み型に注入して、鋳込み成形を行う際
に、上型から気体を吐出させることにより、成形体を上
型から離型させ、下型から液体を吐出させることによ
り、成形体を下型から離型させる。

【００１７】さらに、液体送出機構と、該液体送出機構
に接続した複数の孔を平坦な成形面に有する下型と、気
体送出機構と、該気体送出機構に接続した複数の孔を成
形面に有する上型とからなる鋳込み型を使用して、以下
の工程によることが望ましい。

【００１８】（１）前記上型および前記下型により形成
される成形空間に、成形原料を注入して鋳込み成形を行
うことにより、成形体を得る工程と、（２）前記気体送
出機構から供給される気体を上型の孔から吐出し、上型
を下型から相対移動させて、前記成形体を上型から離型
させる工程と、（３）前記液体送出機構から供給される
液体を下型の孔から吐出し、前記成形体を下型から離型
させて、水平方向に取り出す工程。

【００１９】また、下型の成形面が通液性を備えた材質
により形成され、上型の成形面が通気性を備えた材質に
より形成され、前記孔はそれぞれの材質の微細孔である
とよい。

【００２０】前記成形原料が、金属酸化物粉末、バイン
ダー、分散剤および水から主としてなるスラリーであ
り、前記液体送出機構から供給される液体が、水または
フロリナートであるとよい。

【００２１】前記金属酸化物粉末が、インジウム、錫、
亜鉛、アルミニウム、ガリウム、セリウム、ゲルマニウ
ム、珪素、ストロンチウム、チタン、バリウムの酸化物
およびこれらの複合酸化物よりなる群から選ばれる１種
以上であるとよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、成形体を上型に真
空吸引させることなく、上型から離型させ、下型の上に
成形体を残し、下型から成形体を動かす方法を検討し
た。その結果、本発明者らは、下型から水やフロリナー
トのような液体を吐出させて、成形体を浮かせて下型か
ら離型させて、液体に浮かせた状態で滑らせることで、
乾燥用の定盤に移動させる方法を創作するに至った。

【００２３】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明
する。

【００２４】図１〜４は、本発明の鋳込み型の一実施例
を示す断面図である。

【００２５】本発明の鋳込み型は、液体ポンプ１と、液
体ポンプ１に接続した複数の孔２ａを平坦な成形面２ｂ
に有する下型２と、気体ポンプ３と、気体ポンプ３に接
続した複数の孔４ａを有する上型４とからなる。下型２
と上型４の間に成形体１０を形成するための空洞があ
り、該空洞を囲むように上型４は周囲部分が下方へ突出
し、かつ、下型２の成形面２ｂの周囲には、前記上型４
の周囲部分と合わさる面部２ｃが成形面２ｂと同一平面
で形成されている。

【００２６】通液性を備えるように、下型２の成形面を
気孔率２５〜３５％、気孔径１〜７μｍのフェノール樹
脂や多孔質ステンレス等で作製することにより、微細な
孔２ａを備えるようにし、通気性を備えるように、上型
４の成形面を気孔率２５〜３５％、気孔径１〜７μｍの
フェノール樹脂や多孔質ステンレス等で作製することに
より、微細な孔４ａを備えるようにする。

【００２７】前記鋳込み型を使用して、以下の工程によ
り、セラミックス成形体を製造する。

【００２８】（１）インジウム、錫、亜鉛、アルミニウ
ム、ガリウム、セリウム、ゲルマニウム、珪素の酸化物
およびこれらの複合酸化物よりなる群から選ばれる１種
以上からなる金属酸化物粉末の所定量を配合した後、バ
インダー、分散剤および水と混合して、粒径が０．１μ
ｍになるように湿式（ボールミルや媒体攪拌ミル）で粉
砕して、スラリーを得る。

【００２９】さらに、上型４および下型２により形成さ
れる成形空間に、前記スラリーを注入して、鋳込み成形
を行うことにより、成形体１０を得る。

【００３０】（２）図２に示すように、気体ポンプ３か
ら供給される気体を上型４の孔４ａから吐出し、上型４
を下型２から相対移動させて、前記成形体１０を上型４
から離型させる。

【００３１】（３）図３に示すように、前記液体ポンプ
１から供給される水またはフロリナートを下型２の孔２
ａから吐出し、前記成形体１０を下型２から離型させ
て、液体に浮いた状態の成形体１０を、図４に示すよう
に水平方向に取り出す。

【００３２】使用する液体は、成形体や鋳込み型と反応
しなければ何を用いてもよいが、室温で蒸発し難く、安
全性の高い液体として、水、または３Ｍ製のＦＣ−７
５、ＦＣ−４０などのフロリナートがよい。

【００３３】水の吐出圧力は、低いと成形体１０を下型
２から離型できないが、高いと液体が飛び散るため、１
９．６ｋＰａ（０．２ｋｇ／ｃｍ²）〜１９６ｋＰａ
（２ｋｇ／ｃｍ²）が望ましい。

【００３４】（４）得られる成形体１０を、図示しない
焼成装置により乾燥、焼結する。

【００３５】（実施例）以下、本発明の実施例を示し
て、本発明を具体的に説明する。

【００３６】（実施例１）酸化インジウム粉末２２６０
ｇ、酸化錫２５１ｇ、所定量の固形分４０質量％のポリ
カルボン酸系分散剤、固形分４０質量％のアクリルエマ
ルジョン系バインダー１８９ｇ、および所定量の水とを
調合して、高速媒体攪拌ミルで混合粉砕して、濃度８０
質量％のスラリーを作製した。得られたスラリーを真空
脱法した後、図１に示すような上型４と下型２とからな
り、内寸法３６０ｍｍ×１９５ｍｍ×１０ｍｍのフェノ
ール樹脂の鋳込み型に注入し、鋳込み圧力４９０ｋＰａ
（５ｋｇ／ｃｍ²）で鋳込み成形を行った。

【００３７】鋳込み成形完了後、図２に示すように、上
型４の孔４ａに１９．６ｋＰａ（０．２ｋｇ／ｃｍ²）
の空圧をかけて、成形体１０を下型２の上に残して、上
型４を上昇移動させた。

【００３８】さらに、図３に示すように、水圧４９ｋＰ
ａ（０．５ｋｇ／ｃｍ²）で水を下型２の孔２ａから吐
出させ、図４に示すように、水の上を滑らせてＡ１定盤
１１の上に成形体１０を移動させた。

【００３９】この成形体１０を１０枚作製し、恒温恒湿
槽（図示せず）で３０℃、８０ＲＨ％の条件で乾燥させ
た。恒温恒湿槽での乾燥は、鋳込み成形直後に成形体中
に含まれる水分の７０％が蒸発した時点で終了とした。
１０枚の成形体のうち、クラックの入ったものは無く、
それらの成形体に、恒温槽内で１００℃、１時間の熱処
理を行った。

【００４０】その後、寸法と重量を測定して成形体密度
を算出した。成形体密度は４９％であった。

【００４１】得られた成形体を、６００℃で脱バインダ
ー処理した後、１５５０℃、２５時間焼結して、ＩＴＯ
ターゲットを得た。このＩＴＯターゲットの焼結密度は
９９．３％〜９９．７％であった。

【００４２】（従来例１）実施例１と同じ方法で鋳込み
成形を行った。鋳込み型は、図５に示すように下型２に
は気体ポンプ３を接続した。

【００４３】鋳込み成形完了後、図６に示すように、下
型２の孔２ａに１９．６ｋＰａ（０．２ｋｇ／ｃｍ²）
の空圧をかけ、上型４の孔４ａ内をロータリーポンプ３
で真空にして、成形体１０を上型４に吸引して持ち上げ
た。

【００４４】下型２の空圧を下げた後、図７に示すよう
に、下型２の上にＳＵＳの定盤１１を置き、上型４を降
ろして成形体１０が定盤１１に接するようにして、上型
４の孔４ａに空圧１９．６ｋＰａ（０．２ｋｇ／ｃ
ｍ²）をかけて離型した。

【００４５】この成形体１０を１０枚作製し、恒温恒湿
槽（図示せず）で３０℃、８０ＲＨ％の条件で乾燥させ
た。恒温恒湿槽での乾燥は、鋳込み成形直後に成形体中
に含まれる水分の７０％が蒸発した時点で終了とした。
１０枚の成形体１０はいずれも、２０〜３０％の水分が
蒸発した時点で側面にクラックが発生した。

【００４６】真空吸引により成形体１０の上型４に接す
る表面は引っ張られるが、成形体１０の内部や下面には
重力による力が働くため、成形体１０の内部に上下方向
の逆向きの力が発生する。従って、成形体１０が引き裂
かれるような応力を受けて、クラックが発生すると考え
られる。

【００４７】また、真空吸引により成形体１０の表面の
水分が強制的に奪われ、成形体１０の中の水分量に不均
一な分布ができる。これも、乾燥時の不均一な収縮や応
力集中の原因となり、クラック発生の一因と考えられ
る。

【００４８】実施例１および従来例１から分かるよう
に、本発明の方法により、大型成形体でも乾燥時にクラ
ックが発生せず、従来の方法よりも優れていることが分
かる。

【００４９】実施例１では、ＩＴＯターゲットの作製を
行ったが、ＧＺＯターゲットやＡＺＯターゲットの作製
においても同様であった。

【００５０】（実施例２）実施例１で得た焼結体（焼結
密度９９．４％）から、直径１２５ｍｍ、厚さ７ｍｍの
円形の一体ＩＴＯターゲットを作製した。

【００５１】得られた一体ＩＴＯターゲットを、スパッ
タリング装置（芝浦電気製ＣＳＦ５２−Ｆ）で、長時間
スパッタリング試験を行った。スパッタリング条件は、
ガス圧０．６Ｐａ、酸素分圧２％、スパッタ電流は１．
２Ａで行った。

【００５２】本実施例の一体ＩＴＯターゲットでは、エ
ロージョンの深さが６ｍｍ程度までノジュールの発生量
が少なく、スパッタリング膜の比抵抗は５×１０^-4Ω・
ｃｍ程度で安定していた。

【００５３】パーティクルは、スパッタリング中の異常
放電と関係していると言われている。

【００５４】そこで、マイクロアークモニター（ランド
マークテクノロジー製）を用いて、上記のスパッタリン
グ試験中のアーク発生回数を測定した。

【００５５】結果を表１に示す。表中で、大アークは１
回のアークエネルギーが５０ｍＪ以上、中アークは５０
ｍＪ未満１０ｍＪ以上、小アークは１０ｍＪ未満であ
る。また、発生回数は１分当たりの平均発生回数であ
る。

【００５６】

【表１】

【００５７】（比較例１）実施例１で得た焼結体（焼結
密度９９．４％）から、直径１２５ｍｍ、厚さ７ｍｍの
円形に作製し、さらに２分割にして、２枚のそれぞれを
バッキングプレートに貼り合わせ、分割ＩＴＯターゲッ
トを作製した。

【００５８】さらに、実施例２と同様に長時間スパッタ
リング試験を行った。

【００５９】分割ＩＴＯターゲットでは、エロージョン
の深さが３ｍｍを超えると、ノジュールが増加し、スパ
ッタリング膜の比抵抗は５×１０^-4Ω・ｃｍ程度から９
×１０^-4Ω・ｃｍまで増加した。

【００６０】スパッタリング試験中のアーク発生回数の
測定結果を表２に示す。

【００６１】

【表２】

【００６２】表１および表２から分かるように、分割Ｉ
ＴＯターゲットの比較例１が、一体ＩＴＯターゲットの
実施例２よりも、小アークの発生回数が多い。

【００６３】これから、一体ＩＴＯターゲットとするこ
とが異常放電の減少に有効であり、本発明の方法によ
り、パーティクルやピンホールを減少させることが可能
なセラミックス成形体を製造できることが分かる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
り、鋳込み成形後、成形体にクラックを発生させること
なく、乾燥させることが可能になった。

【００６５】また、大型の一体ターゲットを作製するこ
とができるので、スパッタリングにおけるスパッタリン
グ膜の比抵抗の悪化の防止、および異常放電の防止に効
果を有する。

【００６６】本発明の方法により得られる大型の一体タ
ーゲットは、ＩＴＯ焼結体ターゲットを用いた透明導電
膜の作製に極めて有効である。

【００６７】以上から、本発明は極めて工業的価値の高
いものであるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳込み型の一実施例を示す断面図で
ある。

【図２】上型を上昇させた状態を示す断面図である。

【図３】下型から液体を吐出した状態を示す断面図で
ある。

【図４】成形体を水平に移動した状態を示す断面図で
ある。

【図５】従来の鋳込み型の一例を示す断面図である。

【図６】成形体を吸引した上型を上昇させた状態を示
す断面図である。

【図７】成形体を上型から離型させた状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１液体ポンプ２下型２ａ孔３気体ポンプ４上型４ａ孔１０成形体１１定盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G052 CA05 CB21 CC05 CC18 4K029 BA43 BA44 BA45 BA46 BA47 BA48 BA49 BA50 CA05 DC05 DC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形原料のスラリーを上型および下型か
らなる鋳込み型に注入して、鋳込み成形を行うことによ
り得られる焼結用成形体を製造するセラミックス成形体
の製造方法において、上型から気体を吐出させることに
より、成形体を上型から離型させ、下型から液体を吐出
させることにより、成形体を下型から離型させることを
特徴とするセラミックス成形体の製造方法。
【請求項２】液体送出機構と、該液体送出機構に接続
した複数の孔を平坦な成形面に有する下型と、気体送出
機構と、該気体送出機構に接続した複数の孔を成形面に
有する上型とからなる鋳込み型を使用して、以下の工程
によるセラミックス成形体の製造方法；（１）前記上型および前記下型により形成される成形空
間に、成形原料を注入して鋳込み成形を行うことによ
り、成形体を得る工程と、（２）前記気体送出機構から
供給される気体を上型の孔から吐出し、上型を下型から
相対移動させて、前記成形体を上型から離型させる工程
と、（３）前記液体送出機構から供給される液体を下型
の孔から吐出し、前記成形体を下型から離型させて、水
平方向に取り出す工程。
【請求項３】下型の成形面が通液性を備えた材質によ
り形成され、上型の成形面が通気性を備えた材質により
形成され、前記孔はそれぞれの材質の微細孔であること
を特徴とする請求項２に記載のセラミックス成形体の製
造方法。
【請求項４】前記成形原料が、金属酸化物粉末、バイ
ンダー、分散剤および水から主としてなるスラリーであ
り、前記液体送出機構から供給される液体が、水または
フロリナートであることを特徴とする請求項１から３の
いずれかに記載のセラミックス成形体の製造方法。
【請求項５】前記金属酸化物粉末が、インジウム、
錫、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、セリウム、ゲルマ
ニウム、珪素、ストロンチウム、チタン、バリウムの酸
化物およびこれらの複合酸化物よりなる群から選ばれる
１種以上であることを特徴とする請求項１から４のいず
れかに記載のセラミックス成形体の製造方法。