JP2007217723A - Method for manufacturing pressure-sintered target material - Google Patents

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淳 福岡
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洋 高島
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Suguru Ueno
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Katsumi Yamazaki
勝己 山崎
Mitsuharu Fujimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a pressure-sintered target material by which a plurality of sintered compacts being close to a final shape can be obtained. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the pressure-sintered target material includes: filling a raw material powder composed mainly of refractory metal elements and plate-like spacers each having, in its central part, a plane surface more recessed than its peripheral part into the mold of a hot press in such a way that they are alternately laminated with respect to the axial direction of pressure application; carrying out pressure sintering; and separating the spacers to obtain the plurality of sintered compacts. Moreover, the method for manufacturing the pressure-sintered target material in which the spacers are composed of silicon carbide is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、加圧焼結によってターゲット材を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a target material by pressure sintering.

薄膜を形成するための物理蒸着法の一種であるスパッタリング法には、母材としてターゲット材が使用されている。一般的に、ターゲット材の製造方法としては、原料を溶解鋳造したインゴットを加工して板状とする方法や、原料粉末を焼結して得た焼結体を加工して板状とする方法が採られている。特に、高融点金属元素を主成分とするターゲット材においては、溶解温度が高く鋳造が困難であるため、粉末焼結法によって作製した焼結体が利用されている。   A sputtering method, which is a kind of physical vapor deposition method for forming a thin film, uses a target material as a base material. Generally, as a method for producing a target material, a method of processing an ingot obtained by melting and casting a raw material into a plate shape, or a method of processing a sintered body obtained by sintering raw material powder into a plate shape Has been adopted. In particular, a target material mainly composed of a refractory metal element has a high melting temperature and is difficult to cast. Therefore, a sintered body produced by a powder sintering method is used.

現在、粉末焼結法によって製造されるターゲット材においては、生産性を高めるため、一度の焼結工程で多くのターゲット材を作製する方法が試みられている。例えば、加圧焼結法の一種であるホットプレスにおいてモールド中に、原料粉末と板状の黒鉛製スペーサーとを交互に重ねて充填し、ホットプレスすることにより複数のターゲット材を同時に焼結する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−60745号公報
At present, in a target material manufactured by a powder sintering method, a method for producing a large number of target materials in a single sintering process has been attempted in order to increase productivity. For example, in a hot press which is a kind of pressure sintering method, a raw material powder and a plate-like graphite spacer are alternately stacked and filled in a mold, and a plurality of target materials are simultaneously sintered by hot pressing. A method is disclosed (for example, see Patent Document 1).
JP 2005-60745 A

特許文献1に記載されるターゲット材の製造方法は、ホットプレスのカーボンモールド中に原料粉末と板状のスペーサーとを交互に複数充填することで、一度の加圧焼結で複数のターゲット材が製造可能であるため、生産効率を向上させる上で有利である。
他方、従来、ターゲット材は銅やアルミからなるバッキングプレートにロウ材を介して接合した状態でスパッタ装置に取り付けられていたが、最近では、図1に示すようにスパッタリング装置への取付け部としてターゲット材1の周辺部に、つば部2を形成した形状のものが増加している。このような形状のターゲット材を、上記の特許文献1に記載される方法によって得られる平板状の焼結体から作製する場合は、前記つば部を切削加工により形成せねばならず、切削時間が増加することや、切削により除去される部分が発生するため、素材歩留が低下するなどの生産効率上好ましくない問題がある。
In the method for producing a target material described in Patent Document 1, a plurality of target materials can be obtained by one-time pressure sintering by alternately filling a plurality of raw material powders and plate-like spacers into a hot-press carbon mold. Since it can be manufactured, it is advantageous in improving the production efficiency.
On the other hand, the target material has been conventionally attached to the sputtering apparatus in a state where the target material is bonded to a backing plate made of copper or aluminum via a brazing material. Recently, as shown in FIG. In the peripheral part of the material 1, the thing of the shape which formed the collar part 2 is increasing. When the target material having such a shape is produced from a flat plate-like sintered body obtained by the method described in Patent Document 1, the collar portion must be formed by cutting, and the cutting time is reduced. There is an unfavorable problem in terms of production efficiency, such as an increase or a portion that is removed by cutting, resulting in a decrease in material yield.

本発明の目的は、上述した問題点を鑑みてなされたものであり、最終形状に近い複数の焼結体が得られる加圧焼結ターゲット材の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is made in view of the above-described problems, and is to provide a method for producing a pressure sintered target material that can obtain a plurality of sintered bodies close to the final shape.

本発明者は、上記の課題を検討した結果、ホットプレスのモールド内に原料粉末とともに充填するスペーサーを特定の形状とすることで改善できることを見いだし本発明に到達した。
すなわち、本発明は、ホットプレスのモールド内に、高融点金属元素を主体とする原料粉末と、周辺部より窪んだ平面を中央部に有する板状のスペーサーとを、加圧軸方向に対して交互に重ねて充填し、次いで加圧焼結した後、前記スペーサーを分離して複数の焼結体を得る加圧焼結ターゲット材の製造方法である。
好ましくは、前記スペーサーは炭化珪素からなる。また、好ましくは、前記スペーサーの表面に炭化珪素からなる皮膜が形成されていることである。そして、好ましくは、前記スペーサーの表面粗さ(Ra)は0.5μm以下である。また、好ましくは、前記高融点金属元素はRuである。
As a result of examining the above problems, the present inventor has found that the spacer filled with the raw material powder in the hot press mold can be improved to have a specific shape, and has reached the present invention.
That is, the present invention provides a hot-press mold in which a raw material powder mainly composed of a refractory metal element and a plate-like spacer having a flat surface recessed from the peripheral part in the central part with respect to the pressure axis direction. This is a method for producing a pressure sintered target material, in which a plurality of sintered bodies are obtained by separating and filling the spacers after alternately laminating and filling and then pressure sintering.
Preferably, the spacer is made of silicon carbide. Also preferably, a film made of silicon carbide is formed on the surface of the spacer. Preferably, the spacer has a surface roughness (Ra) of 0.5 μm or less. Preferably, the refractory metal element is Ru.

本発明の加圧焼結ターゲット材の製造方法は、周辺部より窪んだ平面を中央部に有する板状のスペーサーを使用することで、複数の最終形状に近い焼結体を製造することが可能なため、ターゲット材を低コストで安定して製造することが可能となる。   The method for producing a pressure-sintered target material of the present invention can produce sintered bodies close to a plurality of final shapes by using a plate-like spacer having a flat surface recessed from the peripheral part in the central part. Therefore, the target material can be stably manufactured at a low cost.

上述したように、本発明の重要な特徴は、図2の模式図に示すようにスペーサーの形状を、周辺部より窪んだ平面を中央部に有する板状としたことにある。上記の形状のスペーサーを、ホットプレスのモールド中に、原料粉末とともに充填することで、周辺部につば部を形成し中央部に対して段差をつけた形状のターゲット材を製造する際に、ターゲット材の最終形状に近い焼結体を製造することが可能となる。
そして、本発明においては、図3に示すようにホットプレスのモールド4内に、上記スペーサー3と、高融点金属元素からなる原料粉末5とを、加圧軸方向に対して交互に重ねて充填する。その後、図4に示すように、モールド全体を外部ヒーターにより加熱しながら、上パンチ7、下パンチ6を介して加圧焼結した後に、得られた焼結体8とスペーサー3とを分離して一度に複数の最終形状に近い焼結体を得ることが可能となる。
As described above, the important feature of the present invention is that the spacer has a plate-like shape having a flat surface recessed from the peripheral portion at the central portion as shown in the schematic diagram of FIG. Filling the spacer with the above shape together with the raw material powder into the hot press mold, the target is formed when a target material having a stepped shape with respect to the central portion is formed in the peripheral portion and a step is formed. A sintered body close to the final shape of the material can be manufactured.
In the present invention, as shown in FIG. 3, the spacer 3 and the raw material powder 5 made of a refractory metal element are alternately stacked in the hot press mold 4 in the direction of the pressing axis. To do. Thereafter, as shown in FIG. 4, while the entire mold is heated by an external heater and subjected to pressure sintering through the upper punch 7 and the lower punch 6, the obtained sintered body 8 and the spacer 3 are separated. Thus, a sintered body close to a plurality of final shapes can be obtained at a time.

なお、高融点金属元素を主体とする原料粉末としたのは、Feの約1535℃よりも高い融点を有する高融点金属元素を主体とする組成では、溶解鋳造法によりターゲット材を製造することが、特に困難で、粉末焼結法が適しているためである。高融点金属元素を主体とする原料粉末としては、例えば、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt等の純金属粉末、あるいはこれらの元素を50原子%以上含む混合粉末もしくは合金粉末が挙げられる。   Note that the raw material powder mainly composed of a refractory metal element is made of a composition mainly composed of a refractory metal element having a melting point higher than about 1535 ° C. of Fe, and the target material can be produced by a melt casting method. This is because it is particularly difficult and the powder sintering method is suitable. Examples of the raw material powder mainly composed of a refractory metal element include pure metal powders such as Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, and Pt. Alternatively, a mixed powder or alloy powder containing these elements at 50 atomic% or more can be used.

また、本発明のスペーサーの形状は、周辺部より窪んだ平面を中央部に有する板状であればよく、周辺部から窪んだ平面へ至る側面を、この平面に対して図2に示すように垂直に構成しても、図5に示すようにテーパー状に構成しても良い。周辺部から窪んだ平面へ至る側面を、この平面に対して垂直に構成したスペーサーを使用して焼結すると、より最終形状に近い焼結体を製造することが可能である。また、テーパー状に構成したスペーサーを使用する場合は、垂直に構成したスペーサーを使用する場合よりも、切削による除去部は増加するが、焼結体とスペーサーの離型性が向上する効果がある。   Moreover, the shape of the spacer of this invention should just be a plate shape which has the plane recessed from the peripheral part in the center part, and the side surface which leads to the flat surface recessed from the peripheral part is shown in FIG. 2 with respect to this plane. It may be configured vertically or may be tapered as shown in FIG. When the side surface extending from the peripheral part to the recessed plane is sintered using a spacer configured perpendicular to the plane, a sintered body closer to the final shape can be manufactured. In addition, when using a spacer configured in a tapered shape, the removal portion by cutting increases compared to using a vertically configured spacer, but there is an effect of improving the releasability of the sintered body and the spacer. .

また、本発明のスペーサーの材質としては、機械的強度と熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さいカーボンや炭化物が好適である。   Moreover, as a material of the spacer of the present invention, carbon or carbide having high mechanical strength and thermal conductivity and a small thermal expansion coefficient is preferable.

高融点金属元素を主体とする原料粉末を加圧焼結する場合は、加熱温度を高温に保つことが好ましい。このように高温で焼結する場合には、カーボンをスペーサーに使用すると、カーボンが焼結体中に拡散し汚染する場合がある。特に、前記高融点金属のうちZr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wは、炭化物を生成し易く、また、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Ptは、カーボンを一定量固溶するため、カーボンの拡散による汚染を生じやすい。一般的に、ターゲット材を使用して高品質な薄膜を形成するためには、ターゲット材中の不純物の低減が望まれるので、焼結体中にカーボンが拡散して汚染された部分は機械加工等によって削り取る必要が生じ、素材歩留の低下につながる場合がある。   When pressure-sintering the raw material powder mainly composed of a refractory metal element, it is preferable to keep the heating temperature high. In the case of sintering at such a high temperature, if carbon is used as a spacer, the carbon may diffuse into the sintered body and become contaminated. In particular, among the refractory metals, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W easily generate carbides, and Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, and Pt include carbon. Because it dissolves in a certain amount, contamination due to carbon diffusion is likely to occur. Generally, in order to form a high-quality thin film using a target material, it is desirable to reduce the impurities in the target material. Therefore, the part contaminated by carbon diffusion in the sintered body is machined. It may be necessary to scrape off, etc., which may lead to a decrease in material yield.

よって、焼結体の汚染は極力低減する必要があり、そのためには、原子間の結合力が高く非常に安定な物質である炭化物からなるスペーサーを使用することが望ましい。なお、炭化物の中でも特に、炭化珪素は、高温においても分解しにくく、焼結中にSiとC(カーボン)とが焼結体に拡散し、汚染することが殆ど無いため、本発明のスペーサーとしてより望ましい。しかも、炭化珪素は、高温強度が高いという、スペーサーとして望ましい性質をも有する。   Therefore, it is necessary to reduce the contamination of the sintered body as much as possible. For this purpose, it is desirable to use a spacer made of carbide, which is a highly stable substance with high bonding force between atoms. In particular, among carbides, silicon carbide is difficult to decompose even at high temperatures, and Si and C (carbon) hardly diffuse and become contaminated during sintering. More desirable. Moreover, silicon carbide has a desirable property as a spacer, ie, high temperature strength.

また、本発明においてスペーサーとして炭化珪素を使用する場合は、カーボンの焼結体への拡散を抑制する効果から、スペーサー全体が炭化珪素からなるものを使用してもよいが、焼結体と接触する表面部分だけに炭化珪素からなる皮膜が形成されたものであってもよい。   In addition, when silicon carbide is used as a spacer in the present invention, the entire spacer may be made of silicon carbide from the effect of suppressing the diffusion of carbon into the sintered body, but it is in contact with the sintered body. A film made of silicon carbide may be formed only on the surface portion.

また、スペーサーの表面形態は、凹凸が大きいとスペーサーと焼結体とが強固に接合され、離型が困難になる場合がある。よって、スペーサーの表面は平滑であることが望ましく、好ましくは、表面粗さ(Ra)は0.5μm以下である。それは、表面粗さ(Ra)を0.5μm以下にすると、スペーサーと焼結体の離型が非常に容易になり、焼結体表面も平滑になるため、焼結体への機械加工を最小限に留めることができるためである。
なお、本発明において、表面粗さ(Ra)とは、日本工業規格(JIS)B0601:2001に定める算出平均粗さであり、基準長さにおける粗さ曲線の絶対値の平均で定義する。表面粗さ(Ra)の測定方法としては、最も広く普及している触針式粗さ測定法が好適である。
Moreover, if the surface form of the spacer is large, the spacer and the sintered body are firmly bonded, and it may be difficult to release the spacer. Therefore, the surface of the spacer is desirably smooth, and preferably the surface roughness (Ra) is 0.5 μm or less. When the surface roughness (Ra) is 0.5 μm or less, the release of the spacer and the sintered body becomes very easy and the surface of the sintered body becomes smooth, so that machining to the sintered body is minimized. This is because it can be limited.
In the present invention, the surface roughness (Ra) is a calculated average roughness defined in Japanese Industrial Standard (JIS) B0601: 2001, and is defined as an average of absolute values of a roughness curve at a reference length. As the method for measuring the surface roughness (Ra), the most widely used stylus roughness measuring method is suitable.

また、上述した高融点金属元素の中でも、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Ptは、カーボンの固溶限が数原子%と大きいため、焼結中にカーボンの拡散による汚染を生じやすい元素である。
中でもRuは延性に乏しいため粉末の焼結過程で塑性変形による緻密化がほとんど期待できない。このため焼結体の完全緻密化図るためには加圧焼結の際に加熱温度を高く設定する必要があり、前記カーボンによる汚染を特に受けやすい。また、Ruは、産出量が少ない高価な貴金属であるため、素材歩留の向上の目的からも、本発明の製造方法が非常に好適である。
Among the above-mentioned refractory metal elements, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, and Pt have a carbon solid solubility limit as large as several atomic%, and thus cause contamination due to carbon diffusion during sintering. It is an easy element.
In particular, since Ru is poor in ductility, densification due to plastic deformation can hardly be expected during the powder sintering process. For this reason, in order to achieve complete densification of the sintered body, it is necessary to set the heating temperature high during pressure sintering, which is particularly susceptible to contamination by the carbon. Moreover, since Ru is an expensive noble metal with a small output, the production method of the present invention is very suitable for the purpose of improving the material yield.

ターゲット材を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a target material. 本発明のスペーサーの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the spacer of this invention. 本発明のホットプレスの加圧焼結モールド内に、原料粉末とスペーサーとを充填した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which filled the raw material powder and the spacer in the pressure sintering mold of the hot press of this invention. 本発明の加圧焼結の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the pressure sintering of this invention. 本発明のスペーサーの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the spacer of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1.ターゲット材、2.つば部、3.スペーサー、4.モールド、5.原料粉末、
6.下パンチ、7.上パンチ、8.焼結体
1. 1. Target material, Collar part, 3. Spacer, 4. Mold, 5. Raw powder,
6). 6. Lower punch, Top punch, 8. Sintered body

Claims (5)

ホットプレスのモールド内に、高融点金属元素を主体とする原料粉末と、周辺部より窪んだ平面を中央部に有する板状のスペーサーとを、加圧軸方向に対して交互に重ねて充填し、次いで加圧焼結した後、前記スペーサーを分離して複数の焼結体を得ることを特徴とする加圧焼結ターゲット材の製造方法。 Fill the hot press mold with raw material powder mainly composed of refractory metal elements and plate-like spacers with a flat surface that is recessed from the peripheral part in the center part, alternately overlapping the pressure axis direction. Then, after pressure-sintering, the spacer is separated to obtain a plurality of sintered bodies. 前記スペーサーが、炭化珪素からなることを特徴とする請求項1に記載の加圧焼結ターゲット材の製造方法。 The method for producing a pressure sintered target material according to claim 1, wherein the spacer is made of silicon carbide. 前記スペーサーの表面に、炭化珪素からなる皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の加圧焼結ターゲット材の製造方法。 The method for producing a pressure sintered target material according to claim 1, wherein a film made of silicon carbide is formed on a surface of the spacer. 前記スペーサーの表面粗さ(Ra)が0.5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の加圧焼結ターゲット材の製造方法。 The method for producing a pressure-sintered target material according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer has a surface roughness (Ra) of 0.5 µm or less. 前記高融点金属元素が、Ruであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の加圧焼結ターゲット材の製造方法。 The method for producing a pressure-sintered target material according to any one of claims 1 to 4, wherein the refractory metal element is Ru.
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KR101231330B1 (en) * 2011-01-31 2013-02-07 엘지이노텍 주식회사 Method for manufacturing sintered body

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