JP2010229499A

JP2010229499A - ターゲットの製造方法

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Publication number: JP2010229499A
Application number: JP2009078734A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamaguchi; 山口　　剛; Shuhin Cho; 守斌張; Yuya Rikuta; 雄也陸田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5278099B2

Abstract

【課題】大型基板に高品質のセラミックス薄膜をスパッタ形成するための大型のターゲットを提供する。
【解決手段】材料粉末Ｐをプレス成形により板状に圧縮成形して、プレス成形体１１を形成するプレス成形工程と、複数のプレス成形体１１を互いに接触させて板状に並べ、これらプレス成形体１１を冷間等方圧加圧により圧縮して一体に接合し、プレス成形体１１よりも大面積の板状のＣＩＰ接合体１３を形成するＣＩＰ工程と、ＣＩＰ接合体１３を焼成して、板状の焼成体１４を形成する焼成工程とを有するターゲットの製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリングに用いられるターゲットの製造方法に関する。

従来、セラミックスからなるターゲットをスパッタすることによりセラミックス薄膜をガラス等の基板に形成する方法が知られている。スパッタリングにより高品質のスパッタ薄膜を形成するためには、セラミックスターゲットの密度が高く均一であることが求められる。

たとえば特許文献１では、金型プレス装置を用いて比較的低いプレス圧力で材料粉末を成形した後、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧：ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）を複数回行って高密度にプレスした圧粉体を焼成することにより、均一かつ高密度な成形体を製造することが提案されている。

このように製造されたターゲットは、スパッタ装置においてバッキングプレート上に固定されて、基板に対向するように設置される。バッキングプレートは、ターゲットを保持するとともに、スパッタリング時のターゲットを冷却するために用いられる（特許文献２参照）。

特開平６−１８２７３２号公報特開２００７−２４５２１１号公報

近年、太陽電池やフラットパネルディスプレイなどの大型化に伴い、大型の基板にセラミックス薄膜を形成することができる大型のセラミックスターゲットが求められている。しかしながら、前述の方法で大型のセラミックスターゲットを製造するには金型の大型化が必要となり、多大なコストを要するという問題がある。また金型が大きい場合には十分なプレス圧を得られず圧粉体の密度が低くなり、セラミックスターゲットの品質が低下しやすく、高品質な薄膜を形成することが難しいという問題がある。

このため、金型プレス装置に比較して大型化が容易なＣＩＰにより大型の圧粉体を成形することが考えられる。ＣＩＰでは、材料粉末を型に充填する際の充填密度が不均一であると、圧粉体の密度も不均一になるので、材料粉末を均一に充填することが重要である。しかしながら、ＣＩＰの成形型が大型であると、材料粉末を均一に充填することが難しく、圧粉体の密度を均一にすることが困難になる。また、ＣＩＰにより大型の圧粉体を成形すると、反りや表面の凹凸が生じやすいため、材料歩留まりが悪いという問題もある。

あるいは、小型のプレス金型装置を用いて製造した小型の焼成体を複数枚バッキングプレート上に並べて固定することにより、面積の大きいセラミックスターゲットを製造することが考えられる。この場合、各焼成体の密度を高く均一にすることは比較的容易であるが、焼成体の熱膨張差による割れを防止するために、焼成体間に隙間を設けて配置する必要があり、スパッタ処理時にこの隙間や焼成体の角部で異常放電が発生し、高品質の薄膜を形成することができないおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、大型基板に高品質のセラミックス薄膜をスパッタ形成するための大型のターゲットを提供することを目的とする。

本発明は、材料粉末をプレス成形により板状に圧縮成形して、プレス成形体を形成するプレス成形工程と、複数の前記プレス成形体を互いに接触させて板状に並べ、これらプレス成形体を冷間等方圧加圧により圧縮して一体に接合し、前記プレス成形体よりも大面積の板状のＣＩＰ接合体を形成するＣＩＰ工程と、前記ＣＩＰ接合体を焼成して、板状の焼成体を形成する焼成工程とを有するターゲットの製造方法である。
ここで、プレス成形とは、金型間に設けられたキャビティに材料を充填し、このキャビティを一軸又は二軸方向に縮小させるように加圧することにより、材料をプレス成形する方法である。

この製造方法において、各プレス成形体を小型にしておくことにより、プレス装置を大型化せずにプレス成形により形成できる。また、プレス成形を用いることにより、プレス成形体の密度を均一化することが容易である。このプレス成形体を並べてＣＩＰによりさらに圧縮し、接合するので、反りや表面の凹凸を生じさせずに、高密度かつ均一で大型のＣＩＰ接合体を形成できる。したがって、本発明の製造方法によれば、大面積を有し、密度が高く均一である高品質なターゲットの製造が可能となる。

前記ＣＩＰ工程において、プレス成形体同士の接合部の外面に、隣接する両プレス成形体間にわたる接続部材を前記各プレス成形体に接触させて配置しておき、これらプレス成形体にさらに前記接続部材を一体に接合することが好ましい。この場合、焼成の際に各プレス成形体に収縮量の差が生じても、これらプレス成形体同士を接続部材が接続しているので、接合部で各ターゲット部材間に隙間が生じるのを防止できる。

前記プレス成形体同士の前記接合部は、これらプレス成形体の側面同士を互いに接触させる傾斜面状であってもよい。また、前記プレス成形体同士の前記接合部は、これらプレス成形体の側面同士を互いに係合させる凹凸面状であってもよい。これらの場合、接合部におけるプレス成形体同士の接触面積が大きくなるので、プレス成形体同士をより強固に接合することができる。

本発明のターゲットの製造方法によれば、均一な密度で大型のターゲットを、プレス装置の大型化を伴わずに製造することができ、高品質なセラミックス薄膜を大型基板に形成することが可能になる。

本発明のセラミックスターゲットの製造方法において、プレス成形体を形成するプレス成形工程を示す断面模式図である。本発明のセラミックスターゲットの製造方法において、複数のプレス成形体を接合してＣＩＰ接合体を形成するＣＩＰ工程を示す模式図である。本発明の製造方法により形成されたセラミックス焼成体を示す平面図である。プレス成形体およびＣＩＰ接合体の変形例を示す斜視図である。プレス成形体およびＣＩＰ接合体のさらに別の変形例を示す斜視図である。プレス成形体およびＣＩＰ接合体のさらに別の変形例を示す斜視図である。プレス成形体およびＣＩＰ接合体のさらに別の変形例を示す斜視図である。プレス成形体およびＣＩＰ接合体のさらに別の変形例を示す斜視図である。接続部材の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明に係るセラミックスターゲットの製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、材料粉末Ｐをプレス成形により板状に圧縮成形して、プレス成形体１１を形成するプレス成形工程（図１）と、複数のプレス成形体１１を互いに接触させて板状に並べるとともに、プレス成形体１１同士の接合部の外面に、隣接する両プレス成形体１１間にわたる接続部材１２を各プレス成形体１１に接触させて配置しておき、これらプレス成形体１１および接続部材１２を冷間等方圧加圧により圧縮して一体に接合し、プレス成形体１１よりも大面積の板状のＣＩＰ接合体１３を形成するＣＩＰ工程（図２）と、ＣＩＰ接合体１３を焼成して、板状のセラミックス焼成体１４を形成する焼成工程（図３）とを有する。

図１に示すプレス成形工程では、プレス装置２０により材料粉末Ｐを板状に圧縮成形して、プレス成形体１１を形成する。材料粉末Ｐは、酸化物系の粉末材料と有機バインダとを含み、加圧により成形され、焼成によりセラミックスとなる。プレス装置２０は、一軸方向にプレス圧力を発生する油圧プレス装置であって、ダイプレート２１、上パンチ２２および下パンチ２３の間にキャビティ２４が形成される。このキャビティ２４に材料粉末Ｐを充填し、キャビティ２４の厚さを小さくするように上パンチ２２および下パンチ２３を駆動することにより、キャビティ２４内の材料粉末Ｐが圧縮される。

このプレス装置２０におけるプレス圧力は３９．２ＭＰａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ^２）以上とし、形成されるプレス成形体１１の成形密度は４０％以上６０％以下とする。成形密度の下限を４０％に設定することにより、プレス成形体１１の形状が維持される。一方、プレス成形体１１の成形密度の上限は、ＣＩＰ工程によりさらに圧縮するために６０％に設定する。このプレス成形工程により、材料粉末Ｐは全体がほぼ均一な密度の板状のプレス成形体１１に形成される。

なお、このプレス成形工程においては、プレス装置２０の可能な出力に対して受圧面積が大きすぎると十分なプレス圧力を得ることができないので、高品質なプレス成形体１１を得るのに十分なプレス圧力を達成できる大きさのプレス装置２０が用いられる。しかしながら、この製造方法においては、複数枚のプレス成形体１１を接合して大面積のＣＩＰ接合体１３を形成するので、プレス成形体１１を大型化する必要はなく、したがって特に大型の金型やプレス装置２０を用いる必要はない。

図２に示すＣＩＰ工程では、複数枚（本実施形態では３枚）のプレス成形体１１を冷間等方圧加圧（ＣＩＰ：ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）により圧縮して一体に接合し、ＣＩＰ接合体１３を形成する。より具体的には、プレス成形体１１を互いに接触させて板状に並べるとともに、隣接するプレス成形体１１同士の接合部をわたる接続部材１２を各プレス成形体１１に接触させて配置し、これらのプレス成形体１１および接続部材１２をゴム型（図示せず）内に入れて真空封入し、ＣＩＰ装置（図示せず）での加圧により矢印で図示するように全体を加圧圧縮する。

接続部材１２は、焼成時の収縮率がプレス成形体１１と同程度の材質であることが好ましく、本実施形態ではプレス成形体１１と同じく、プレス装置２０で材料粉末Ｐを圧縮して成形して成形された矩形板状の部材である。

ＣＩＰ装置の圧力は１６６．７ＭＰａ（１．７ｔｏｎ／ｃｍ^２）とする。このように圧縮されることにより、互いに隣接するプレス成形体１１同士およびプレス成形体１１と接続部材１２とが接合され、１枚の板状のＣＩＰ接合体１３が形成される。形成されるＣＩＰ接合体１３の成形密度は、プレス成形体１１の成形密度よりも高く、５５％以上６５％以下とする。

このように形成されたＣＩＰ接合体１３を焼成することにより、材料粉末Ｐの有機バインダが焼失するとともに、酸化物粉粒体が焼結されて、図３に示すセラミックス焼成体１４が形成される（焼成工程）。焼成によって各プレス成形体１１および接続部材１２は収縮し、たとえばプレス成形体１１の接合部において隣接する角部同士が離れるように変形する。しかしながら、本実施形態のＣＩＰ接合体１３では、接続部材１２がこの接合部に設けられ、各プレス成形体１１に接合されているので、焼成に伴う収縮によってプレス成形体１１の角部同士が離れることが防止される。以上のように、複数のプレス成形体１１が隙間なく接合された、密度が均一であり大面積を有するセラミックス焼成体１４が得られる。

セラミックスターゲットは、このように形成されたセラミックス焼成体１４に対して機械加工等を施すことにより製造される。すなわち、セラミックス焼成体１４の外形を切削して所望の形状としたり、表面を研削して平面度を向上させたりする加工を行う。このように製造されたセラミックスターゲットは、プレス成形によって均一に圧縮された複数のプレス成形体１１を冷間等方加圧により接合して大型化したＣＩＰ接合体１３を焼成してなるので、全体の密度が均一であり、面積が大きく、隙間がない。したがって、このセラミックスターゲットを用いたスパッタ処理により、高品質なセラミックス薄膜を大型基板上に形成することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
たとえば、図４に示すように、プレス成形体１１Ａを台形板として、斜めに形成された端面同士を接合してもよい。この場合、接合部がプレス成形体１１Ａ同士を互いに接触させる傾斜面状であるので、前記実施形態の接合部に比較して接合面が大きくなり、より確実にプレス成形体１１Ａ同士が接合されたＣＩＰ接合体１３Ａを形成することができる。この場合も、接続部材１２を用いてプレス成形体１１Ａ同士の剥離を防止することが好ましい。

また、図５に示すように、ジグザグ状の接合部により各プレス成形体１１Ｂ同士を係合させたＣＩＰ接合体１３Ｂにおいても、接合面が大きいので、プレス成形体１１Ｂ同士の接合をより確実にすることができる。
また、図６に示すように、プレス成形体１１Ｃの端面を表面に対して傾斜させ、この傾斜面同士が互いに接触するようにプレス成形体１１Ｃを接合させることにより、接合面を大きくして、ＣＩＰ接合体１３Ｃにおける接合をより確実することもできる。
また、図７に示すＣＩＰ接合体１３Ｄは、プレス成形体１１Ｄの端面に段差を設けることにより、プレス成形体１１Ｄ同士の接合部がこれらプレス成形体１１Ｄ同士を互いに係合させる凹凸面状となっている。これにより、ＣＩＰ接合体１３Ｄにおいても、接合面が大きく設けられ、より確実な接合が図られている。

さらに、プレス成形体１１Ｅを縦横に並べて大面積化を図る場合、図８に示すように、各プレス成形体１１Ｅ同士の接合面が連続しないようにずらすことにより、隣接するプレス成形体１１Ｅが接続部材の役目を果たすので、より大面積のＣＩＰ接合体１３Ｅにおいても焼成時の収縮による割れや剥離を防止できる。

なお、長方形板状の接続部材１２を設けることにより、ＣＩＰ工程においてプレス成形体に応力が集中し、接続部材１２とプレス成形体とが形成する隅部近傍に割れが生じる場合には、図９に示すように、三角形板状の接続部材１２Ｆを用いるように、プレス成形体１１と接続部材１２Ｆとの隅部を鈍角にして応力集中を避けることにより、ＣＩＰ工程におけるＣＩＰ接合体１３Ｆの破損を防止することができる。

１１プレス成形体
１２接続部材
１３ＣＩＰ接合体
１４セラミックス焼成体
２０プレス装置
２１ダイプレート
２２上パンチ
２３下パンチ
２４キャビティ
Ｐ材料粉末

Claims

材料粉末をプレス成形により板状に圧縮成形して、プレス成形体を形成するプレス成形工程と、
複数の前記プレス成形体を互いに接触させて板状に並べ、これらプレス成形体を冷間等方圧加圧により圧縮して一体に接合し、前記プレス成形体よりも大面積の板状のＣＩＰ接合体を形成するＣＩＰ工程と、
前記ＣＩＰ接合体を焼成して、板状の焼成体を形成する焼成工程と、
を有することを特徴とするターゲットの製造方法。
前記ＣＩＰ工程において、前記プレス成形体同士の接合部の外面に、隣接する両プレス成形体間にわたる接続部材を前記各プレス成形体に接触させて配置しておき、これらプレス成形体にさらに前記接続部材を一体に接合することを特徴とする請求項１に記載のターゲットの製造方法。
前記プレス成形体同士の前記接合部は、これらプレス成形体同士を互いに接触させる傾斜面状であることを特徴とする請求項１または２に記載のターゲットの製造方法。
前記プレス成形体同士の前記接合部は、これらプレス成形体同士を互いに係合させる凹凸面状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ターゲットの製造方法。