JP2002338354A - 酸化ニオブ焼結体とその製造方法及びこれを用いたスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】破損が発生しやすく、相対密度が小さい。 【解決手段】酸化ニオブ含有量が９９．９重量％以上、
相対密度が９０％以上及び平均結晶粒子径が５〜２０μ
ｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面ブラウン管テ
レビ画面、プラズマディスプレイ画面、携帯電話等の液
晶画面に用いられる高屈折率反射防止膜をスパッタリン
グ法にて形成する際のスパッタリングターゲット等に使
用される酸化ニオブ焼結体とその製造方法及びそれを用
いたスパッタリングターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板上に薄膜を成膜する方法
として、プラズマ中で生成したイオン流をターゲットに
照射し、ターゲットの表面から原子をはじき出してスパ
ッタ粒子を基板上に堆積させ、薄膜を成膜するスパッタ
リング法が用いられている。

【０００３】かかるスパッタリング法は、基板に対する
密着性が高く、高融点物質等の被膜の組成制御が容易で
あることから、一部に透明導電膜や金属、導電性セラミ
ックス等の導電性や熱線反射等の各種機能を有する膜を
成膜させることによって、帯電防止や熱線反射、電磁波
カット等の機能をもたせた多層膜系の反射防止コート、
反射増加コート等多分野に用いられている。

【０００４】これら多層膜の分光特性は、各層の屈折率
ｎと膜厚をパラメータとして光学的設計され、高屈折率
膜と低屈折率膜を組み合わせて用いられ、これらの膜を
建築用ガラス、自動車用ガラス、フラットディスプレイ
等の大面積の基板に成膜する際には前記スパッタリング
法の中でも、特に直流放電を利用したＤＣスパッタリン
グ法が最適である。

【０００５】一般に、前記高屈折率膜をＤＣスパッタリ
ング法で成膜する場合、導電性を有する金属質ターゲッ
トを酸素雰囲気中でスパッタリングする、いわゆる反応
性スパッタリングが用いられている。

【０００６】しかし、この金属質ターゲットを用いた方
法では酸素分圧の変化によって成膜速度がきわめて遅い
ことから、生産効率が悪く、コストが高くなるという問
題を有していた。また、酸化物セラミックスの焼結体を
ターゲットに用いる方法もあるが、一般に酸化物セラミ
ックスは導電性を有しておらず、ＤＣスパッタリング法
に用いることは困難であった。

【０００７】そこで、上述の問題点を解決するため高屈
折率膜として酸化ニオブ粉末にホットプレス処理を施す
ことによって導電性を持たせ、ＤＣスパッタリング法が
可能な導電性の酸化ニオブ焼結体から成るスパッタリン
グターゲットが提案されている（国際公開番号WO97/083
59号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
導電性を有する酸化ニオブ焼結体から成るスパッタリン
グターゲットは、ホットプレスによって作製されている
ため、該ホットプレスは加圧方向が一軸方向のみである
ため、大面積や複雑な形状の成形体を得ることが困難で
あり、コストが非常に高くなるという欠点を有してい
た。

【０００９】また、前記ホットプレスは不活性ガス雰囲
気中で行われるため、大面積の成形体を得る場合、充填
する不活性ガス量が増加し製造コストが高くなるという
欠点を有しており、また、酸化ニオブ焼結体の相対密度
が９０％程度と低いことから、スパッタリングターゲッ
トとして用いた際、安定した放電が得られにくく、亀裂
や破損が生じやすく長期間の使用に供することができな
いという欠点を有していた。また、スパッタリング中に
パーティクルといったごみの発生率が高くなり生産性が
低下するという欠点を有していた。

【００１０】そこで、本発明は上述の欠点に鑑み案出さ
れたものであって、その目的は緻密で機械的強度が優
れ、特にスパッタリングターゲットとして好適に使用し
得る酸化ニオブ焼結体を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸化ニオブ含
有量が９９．９重量％以上、相対密度が９０％以上及び
平均結晶粒径が５〜２０μｍであることを特徴とするも
のである。

【００１２】また、本発明は、表面抵抗値が５０Ω以下
であることを特徴とするものである。

【００１３】さらに、本発明は、純度が９９．９重量％
以上、比表面積が５．０ｍ²／ｇ以上、酸化ニオブ粉末
を８５０〜１３５０℃で仮焼し、比表面積を０．５〜
６．４ｍ²/ｇとした後、所定形状に成形し成形体を得、
該成形体を大気雰囲気中で１２５０〜１５２０℃で焼成
する工程から成ることを特徴とするものである。

【００１４】またさらに、上述の焼成工程後、さらにＨ
ＩＰ（熱間静水圧）処理を施すことを特徴とするもので
ある。

【００１５】さらにまた、前記酸化ニオブ焼結体を用い
てスパッタリングターゲットを得ることを特徴とするも
のである。

【００１６】本発明の酸化ニオブ焼結体によれば、酸化
ニオブ含有量が９９．９重量％以上、相対密度が９０％
以上、及び平均結晶粒径が５〜２０μｍであることか
ら、緻密で、機械的強度が高く、特にスパッタリングタ
ーゲットとして用いた際、安定した放電が立ちやすく、
亀裂や破損が生じるのを有効に防止でき長期間の使用に
供することができる。

【００１７】また、本発明の酸化ニオブ焼結体によれ
ば、その表面抵抗値を５０Ω以下とすることができるこ
とから、スパッタリングターゲットとして用いた際、安
定した放電が可能となる。

【００１８】さらに、本発明の酸化ニオブ焼結体は、純
度が９９．９重量％以上、比表面積が５．０ｍ²／ｇ以
上の酸化ニオブ粉末を８５０〜１３５０℃で仮焼し、比
表面積を０．５〜６．４ｍ²/ｇとし、成形体を得た後、
大気雰囲気中で１２５０〜１５２０℃で焼成する工程か
ら成ることから、仮焼工程によって酸化ニオブ粉末の比
表面積を０．５〜６．４ｍ²/ｇとし、得られる焼結体の
相対密度を高いものとするとともに、大面積や複雑な形
状も容易に得ることができる。

【００１９】またさらに、本発明の酸化ニオブ焼結体に
よれば、大気雰囲気中で焼成した酸化ニオブ焼結体に非
酸化性雰囲気においてＨＩＰ処理を施すことによって、
酸化ニオブ焼結体の酸素原子とニオブ原子の結合を弱
め、部分的に酸素原子を還元することによって、導電性
を有する酸化ニオブ焼結体を得ることができることか
ら、高いスパッタレートを有するスパッタリングターゲ
ットとして好適に用いることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の酸化ニオブ焼結体は、酸
化ニオブ含有量が９９．９重量％以上、相対密度が９０
％以上、平均結晶粒径が５〜２０μｍであり、好ましく
は表面抵抗値を５０Ω以下とすることで、この酸化ニオ
ブ焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた際、
成膜速度が大きく、安定した放電を行うことができる。

【００２１】また、本発明の酸化ニオブ焼結体は、その
相対密度を９０％以上、且つ平均結晶粒径を５〜２０μ
ｍとすることで、緻密で亀裂や損傷の生じ難い焼結体を
得ることができ、より好ましくは、相対密度を９７％以
上、且つ平均結晶粒径を１５〜１８μｍとする。この酸
化ニオブ焼結体は、特にスパッタリングターゲットとし
て好適に使用でき、成膜速度が大きく、安定した放電を
行ことができる。

【００２２】前記酸化ニオブ焼結体の相対密度を９０％
以上、且つ平均結晶粒径を５〜２０μｍとするには、酸
化ニオブ焼結体の出発原料の平均粒径を調整すること、
製造工程に出発原料を仮焼し、比表面積を調整する工程
を加えること等によってできる。

【００２３】なお、前記酸化ニオブの含有量は、酸化二
オブ焼結体中の不純物をＩＣＰもしくは原子吸光法で測
定し、その値の合計を１００％から差引いた値である。
この不純物はタンタル、鉄、ニッケル、銅、アルミニウ
ム、ビスマス、カルシウム、コバルト、クロム、マンガ
ン、マグネシウム、鉛、シリコン、スズ、チタン、バナ
ジウム等を酸化物換算したものであり、また、前記平均
結晶粒径は、焼結体表面を鏡面研磨し、エッチングで表
面を洗浄した後、ＳＥＭにて写真をとり、任意の直線を
写真上に引いて直線状にある結晶数を数えることによっ
て算出した。

【００２４】さらに、本発明の酸化ニオブ焼結体は、そ
の表面抵抗値が５０Ω以下であることが好ましく、酸化
ニオブ焼結体をスパッタリングターゲットとして用いた
際、その表面抵抗値が５０Ω以下であると安定した放電
を行ことができ、表面抵抗値を５０Ω以下にするために
は、大気雰囲気中で焼成して得られた酸化二オブ焼結体
に、ＨＩＰ処理（熱間静水圧処理）を施し、酸化ニオブ
焼結体（酸素の価数＝２．５）に非酸化性雰囲気（アル
ゴンガス）の圧力を高め、酸素原子とニオブ原子の結合
を弱めて還元することによって、酸化ニオブ焼結体中の
酸素の価数を２．５未満に減少させることによってでき
る。

【００２５】ここで、本発明の酸化ニオブ焼結体の製造
方法を説明する。

【００２６】先ず、出発原料として純度９９．９重量％
以上、平均粒径０.４〜５０μｍで比表面積が５ｍ²／ｇ
以上の酸化ニオブ粉末を８５０〜１３５０℃で仮焼す
る。

【００２７】なお、前記仮焼温度を８５０〜１３５０
℃、としておくと、仮焼後に得られる酸化ニオブ粉末の
比表面積を０．５〜６．４ｍ²／ｇの範囲とし、得られ
る酸化ニオブ焼結体の相対密度を高いものとすることが
できる。前記仮焼温度が８５０℃未満となると、仮焼後
の酸化ニオブ粉末の比表面積が６．４ｍ²／ｇを超え、
酸化ニオブ焼結体の相対密度も低下してしまう。一方、
１３５０℃を超えると、粒成長が進み焼結時の焼結活性
が低下し、仮焼後の比表面積も相対密度も低下してしま
う。また、前記仮焼温度を１１００〜１３００℃とする
ことがより好ましく、仮焼後に得られる酸化ニオブ粉末
の比表面積を１.５〜５.０ｍ²／ｇとして、得られる酸
化ニオブ焼結体の相対密度を９７％以上とより高い値に
することができる。

【００２８】次いで、仮焼した酸化ニオブ粉末に水、有
機系バインダーを添加、混合し、泥漿を得、スプレード
ライヤにより噴霧乾燥させて造粒体を得る。

【００２９】その後、得られた造粒体を金型成形、冷間
静水圧プレス等の成形法によって所定の形状に成形し、
成形体を得る。なお、焼成後の酸化ニオブ焼結体の相対
密度を９０％以上とするため、成形圧は０．８ｔｏｎ／
ｃｍ²以上、より好ましくは１．０ｔｏｎ／ｃｍ²以上と
する。

【００３０】そして、得られた成形体を大気雰囲気、大
気圧雰囲気中で約１２５０〜１５２０℃の温度で１〜５
時間焼成する。前記焼成温度を１２５０〜１５２０℃の
温度で１〜５時間とすると、酸化ニオブ焼結体全体に焼
結が進み、酸化ニオブ焼結体の平均結晶粒径を５〜２０
μm、相対密度を９０％以上とでき、さらには前記焼成
温度を１３８０〜１５００℃とすることで得られる酸化
ニオブ焼結体の平均結晶粒径を１５〜１８μｍとし、相
対密度を９７％以上のより緻密な焼結体を得ることがで
きる。

【００３１】さらに、得られた酸化ニオブ焼結体にＨＩ
Ｐ処理を施すことによって導電性を有する酸化ニオブ焼
結体を得ることができる。前記ＨＩＰ処理の条件として
は、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気中で１５００〜２
５００気圧、焼成温度を１１００〜１３００℃としてお
くことが好ましい。前記酸化ニオブ焼結体（酸素の価数
＝２．５）を上述の条件でＨＩＰ処理を行うことによっ
て、酸化ニオブ焼結体（酸素の価数＝２．５）に非酸化
性雰囲気（アルゴンガス）の圧力を高め、酸素原子とニ
オブ原子の結合を弱めて還元することによって、酸化ニ
オブ焼結体中の酸素の価数が２．５未満に減少し、表面
抵抗値が５０Ω以下の導電性を有する焼結体を得ること
ができる。

【００３２】こうして得られた酸化ニオブ焼結体は、酸
化ニオブの含有量が９９．９重量％以上、相対密度が９
０％以上、平均結晶粒径が５〜２０μｍと緻密で機械的
強度の高くすることができ、さらに得られた酸化ニオブ
焼結体にＨＩＰ処理を施すことによって、表面抵抗値が
５０Ω以下の導電性を有し、特に、スパッタリングター
ゲットとして好適に使用できる。

【００３３】また、前記酸化ニオブ焼結体は、上述のよ
うに大気雰囲気中で焼成して得られることから、大面積
や複雑な形状のスパッタリングターゲットを容易に得る
ことができるとともに、安定した放電が得られ、亀裂や
破損が生じ難く長期間の使用に供することができる。さ
らに、酸化ニオブの含有量が９９．９重量％以上である
ことから、スパッタリング中にパーティクルといったご
みが発生するのを有効に防止できる。

【００３４】なお、本発明の酸化ニオブ焼結体及びスパ
ッタリングターゲットは上述の実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、
種々の変更は可能である。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００３６】先ず、純度９９．９重量％、平均粒径０．
５μｍ、比表面積６．５ｍ²／ｇの酸化ニオブ粉末を、
純度９６重量％以上の高純度アルミナ匣鉢に詰めた後、
表１に示す如く８５０〜１３５０℃にて仮焼し、得られ
た仮焼粉末に水及び有機系バインダーを添加、混合し、
スラリーを作成した後、該スラリーを３００℃にて噴霧
乾燥して得た造粒体を成形し、脱脂行程を経て表１に示
す如く１２５０〜１５２０℃にて焼成した。得られた焼
結体を直径６０ｍｍ、厚み５ｍｍとなるように研削し、
酸化ニオブ焼結体の試料を得た。

【００３７】上述のように得られた各試料の相対密度を
アルキメデス法によって測定し、また平均結晶粒径を測
定するため、焼結体表面を鏡面研磨し、エッチングで表
面を洗浄しＳＥＭにて写真をとり、任意の対角線を写真
上に引き、対角線上の結晶を数え、対角線の長さを結晶
数で割ることによって平均結晶粒径を算出した。

【００３８】さらに、得られた試料に焼成温度１２００
℃、アルゴンガス雰囲気中にて、圧力２０００気圧の条
件にてＨＩＰ処理を施し、表面抵抗値を４端子法にて測
定した。

【００３９】結果を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から明らかなように、本発明の試料
（Ｎｏ．１〜１２）は、仮焼を施すことによって平均結
晶粒径が５〜２０μｍとなり、相対密度が９２％以上と
高くなることが判った。

【００４２】特に、仮焼温度を１１００〜１３００℃と
し、焼成温度を１３８０〜１５２０℃とした試料（Ｎ
ｏ．３〜６、Ｎｏ．１１，１２）は、平均結晶粒径が１
５〜１８μｍとなり、相対密度が９７％以上とより向上
していることが判った。また、ＨＩＰ処理を施した試料
（Ｎｏ．４，９〜１１）は、表面抵抗値が４４Ω以下と
なり導電性を有していることが判った。これに対し、本
発明の請求範囲外の試料（Ｎｏ．１３，１４）は、平均
結晶粒径が３μｍ以下と小さく、相対密度が８６％以下
と低下していることが判った。

【００４３】

【発明の効果】本発明の酸化ニオブ焼結体によれば、酸
化ニオブ含有量が９９．９重量％以上、相対密度が９０
％以上、及び平均結晶粒径が５〜２０μｍであることか
ら、緻密で、機械的強度が高く、特にスパッタリングタ
ーゲットとして用いた際、放電が立ちやすく、亀裂や破
損が生じるのを有効に防止でき、長期間の使用に供する
ことができる。

【００４４】また、本発明の酸化ニオブ焼結体によれ
ば、その表面抵抗値を５０Ω以下とすることができるこ
とから、スパッタリングターゲットとして用いた際、安
定した放電が可能となる。

【００４５】さらに、本発明の酸化ニオブ焼結体は、純
度が９９．９重量％以上、比表面積が５．０ｍ²／ｇ以
上の酸化ニオブ粉末を１１００〜１３５０℃で仮焼し、
比表面積を０．５〜５．０ｍ²/ｇとし、成形体を得た
後、大気雰囲気中で１３００〜１５２０℃で焼成する工
程から成ることから、仮焼工程によって酸化ニオブ粉末
の比表面積を０．５〜５．０ｍ²/ｇとし、得られる焼結
体の相対密度を高いものとするとともに、大面積や複雑
な形状も容易に得ることができる。

【００４６】またさらに、本発明の酸化ニオブ焼結体に
よれば、大気雰囲気中で焼成した酸化ニオブ焼結体に非
酸化性雰囲気においてＨＩＰ処理を施すことによって、
酸化ニオブ焼結体の酸素原子とニオブ原子の結合を弱
め、部分的に酸素原子を還元することによって、導電性
を有する酸化ニオブ焼結体を得ることができることか
ら、高いスパッタレートを有するスパッタリングターゲ
ットとして好適に用いることが可能となる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化ニオブ含有量が９９．９重量％以上、
   相対密度が９０％以上及び平均結晶粒径が５〜２０μｍ
   であることを特徴とする酸化ニオブ焼結体。
2. 【請求項２】表面抵抗値が５０Ω以下であることを特徴
   とする請求項１記載の酸化ニオブ焼結体。
3. 【請求項３】純度が９９．９重量％以上、比表面積が
   ５．０ｍ²／ｇ以上、酸化ニオブ粉末を８５０〜１３５
   ０℃で仮焼し、比表面積を０．５〜６．４ｍ²/ｇとした
   後、所定形状に成形し、得られた成形体を大気雰囲気中
   で１２５０〜１５２０℃で焼成する工程から成ることを
   特徴とする酸化ニオブ焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】前記焼成工程後、さらにＨＩＰ処理を施す
   ことを特徴とする請求項３に記載の酸化ニオブ焼結体の
   製造方法。
5. 【請求項５】請求項１又は２に記載の酸化ニオブ焼結体
   からなるスパッタリングターゲット。