JP2016191092A - 円筒型スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】円筒型スパッタリングターゲットを破損することなく、効率良く製造することが可能な円筒型スパッタリングターゲットの製造方法の提供。【解決手段】焼結体の線膨張係数αMに対して、成形型の線熱膨張係数αD、及び、中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、成形型及び中子の材質を設定し、焼結温度TS(℃)に加熱して焼結を行う焼結工程S03と、この焼結工程の後に、成形型から中子を抜き取る中子抜取工程S04と、を有し、中子抜取工程S04における中子抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とする円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。【選択図】図2
Description
本発明は、円筒型スパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。
上述の円筒型スパッタリングターゲットとしては、例えば、薄膜をスパッタ成膜する際に用いられる円筒型スパッタリングターゲット等が挙げられる。特許文献1には、Cu−Ga合金の円筒型スパッタリングターゲットが提案されている。このCu−Ga合金スパッタリングターゲットは、Cu−In−Ga−Se四元系合金薄膜からなる光吸収層を備えたCIGS系太陽電池において、光吸収層を形成する際に用いられるものである。
ここで、円筒型スパッタリングターゲットは、その外周面がスパッタ面とされており、スパッタリングターゲットを回転しながらスパッタを実施することから、平板型スパッタリングターゲットを用いた場合に比べて連続成膜に適しており、かつ、スパッタリングターゲットの使用効率に優れるといった利点を有している。
そして、上述の円筒型スパッタリングターゲットは、特許文献1−3に示すような方法を用いて製造される。
特許文献1には、円筒形のカプセルに原料粉末を充填し、熱間静水圧プレス(HIP)によって円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている。
特許文献2には、溶解鋳造によって得られたインゴットに対して、ワイヤー放電加工をすることで、円筒形状のスパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている。
特許文献3には、原料粉末を、真空又は不活性雰囲気中で400℃以上900℃以下の温度で熱処理を行った後、加圧して焼結する方法が提案されている。
特許文献1には、円筒形のカプセルに原料粉末を充填し、熱間静水圧プレス(HIP)によって円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている。
特許文献2には、溶解鋳造によって得られたインゴットに対して、ワイヤー放電加工をすることで、円筒形状のスパッタリングターゲットを製造する方法が提案されている。
特許文献3には、原料粉末を、真空又は不活性雰囲気中で400℃以上900℃以下の温度で熱処理を行った後、加圧して焼結する方法が提案されている。
ところで、特許文献1に記載されたように、熱間静水圧プレス(HIP)を用いる場合には、大型の加熱加圧設備が必要となるため、製造コストが増加するといった問題があった。また、円筒型スパッタリングターゲットの表面に付着したカプセルを旋盤加工によって除去する必要があった。
また、特許文献2に記載されたように、ワイヤー放電法によってインゴットを円筒形状に成形する場合には、加工時間が長く、かつ、原料歩留も低下することから、加工コストが大幅に増加するといった問題があった。
さらに、円筒型スパッタリングターゲットを、特許文献3に記載された加圧焼結によって製造する場合、中子を配置した成形型を用いることになるが、焼結後の冷却時に焼結体の収縮によって中子を抜き取ることが困難となり、中子の抜き取り時に焼結体が破損してしまうおそれがあった。
また、特許文献2に記載されたように、ワイヤー放電法によってインゴットを円筒形状に成形する場合には、加工時間が長く、かつ、原料歩留も低下することから、加工コストが大幅に増加するといった問題があった。
さらに、円筒型スパッタリングターゲットを、特許文献3に記載された加圧焼結によって製造する場合、中子を配置した成形型を用いることになるが、焼結後の冷却時に焼結体の収縮によって中子を抜き取ることが困難となり、中子の抜き取り時に焼結体が破損してしまうおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、円筒型スパッタリングターゲットを破損することなく、効率良く製造することが可能な円筒型スパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、焼結後の冷却過程においては、成形型の外側から抜熱されることから、成形型側と中子側とで温度差が生じ、成形型、焼結体、中子の冷却過程における収縮量の違いによって、中子の抜き取りが困難となり、焼結体、成形型、中子に破損が生じるとの知見を得た。
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法は、成形型内に中子を配置し、形成されたキャビティ内に焼結体の原料粉末を充填して加熱焼結する円筒型スパッタリングターゲットの製造方法であって、前記焼結体の線膨張係数αMに対して、前記成形型の線熱膨張係数αD、及び、前記中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、前記成形型及び前記中子の材質を設定し、焼結温度TS(℃)に加熱して焼結を行う焼結工程と、この焼結工程の後に、前記成形型から前記中子を抜き取る中子抜取工程と、を有し、前記中子抜取工程における中子抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とすることを特徴としている。
このような構成とされた本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法においては、焼結温度TS(℃)に加熱して焼結を行う焼結工程と、この焼結工程の後に、前記成形型から前記中子を抜き取る中子抜取工程と、を有し、前記中子抜取工程における中子抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内としているので、焼結後の冷却時において、成形型側と中子側との温度差が大きくなる前に、成形型から中子を抜き取ることができる。
そして、前記焼結体の線膨張係数αMに対して、前記成形型の線熱膨張係数αD、及び、前記中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、前記成形型及び前記中子の材質を設定しているので、焼結後の冷却時において、成形型及び焼結体の収縮量が、中子の収縮量よりも大きくなることを抑制でき、焼結工程後の冷却過程において中子を容易に抜き取ることができ、中子抜取工程における円筒型スパッタリングターゲットの破損を防止することができる。また、焼結工程後の冷却過程において、成形型及び中子に割れ等が発生することを抑制できる。
そして、前記焼結体の線膨張係数αMに対して、前記成形型の線熱膨張係数αD、及び、前記中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、前記成形型及び前記中子の材質を設定しているので、焼結後の冷却時において、成形型及び焼結体の収縮量が、中子の収縮量よりも大きくなることを抑制でき、焼結工程後の冷却過程において中子を容易に抜き取ることができ、中子抜取工程における円筒型スパッタリングターゲットの破損を防止することができる。また、焼結工程後の冷却過程において、成形型及び中子に割れ等が発生することを抑制できる。
ここで、本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法においては、前記焼結体が、Gaを20原子%以上40原子%以下、残部がCu及び不可避不純物とされたCu−Ga合金で構成されており、前記中子抜取工程における前記中子抜取温度TRを700℃以下とすることが好ましい。
この構成の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法においては、前記焼結体が、Gaを20原子%以上40原子%以下、残部がCu及び不可避不純物とされたCu−Ga合金で構成されているが、このCu−Ga合金は、高温強度が十分ではない。そこで、本発明では、前記中子抜取工程における前記中子抜取温度TRを700℃以下に設定することで、中子抜取工程において、Cu−Ga合金で構成された円筒型スパッタリングターゲットが破損することを確実に抑制することができる。
この構成の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法においては、前記焼結体が、Gaを20原子%以上40原子%以下、残部がCu及び不可避不純物とされたCu−Ga合金で構成されているが、このCu−Ga合金は、高温強度が十分ではない。そこで、本発明では、前記中子抜取工程における前記中子抜取温度TRを700℃以下に設定することで、中子抜取工程において、Cu−Ga合金で構成された円筒型スパッタリングターゲットが破損することを確実に抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、円筒型スパッタリングターゲットを破損することなく、効率良く製造することが可能な円筒型スパッタリングターゲットの製造方法を提供することが可能となる。
以下に、本発明の実施形態である円筒型スパッタリングターゲットの製造方法について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットとして使用されるものである。このCu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットは、例えばCIGS系薄膜太陽電池においてCu−In−Ga−Se四元系合金薄膜からなる光吸収層を形成するために、Cu−Ga薄膜をスパッタによって成膜する際に用いられるものである。
なお、本発明によれば、特に限定なく各種の原料粉末によって円筒型スパッタリングターゲットの製造が可能であるが、本実施形態では、一例として、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットについて説明する。
本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットとして使用されるものである。このCu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットは、例えばCIGS系薄膜太陽電池においてCu−In−Ga−Se四元系合金薄膜からなる光吸収層を形成するために、Cu−Ga薄膜をスパッタによって成膜する際に用いられるものである。
なお、本発明によれば、特に限定なく各種の原料粉末によって円筒型スパッタリングターゲットの製造が可能であるが、本実施形態では、一例として、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットについて説明する。
本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、図1に示すように、軸線Oに沿って延在する円筒形状をなしており、例えば外径Dが150mm≦D≦200mmの範囲内、内径dが120mm≦d≦190mmの範囲内、軸線O方向長さLが200mm≦L≦2000mmの範囲内とされている。
ここで、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10の外周面が、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットにおけるスパッタ面とされる。
ここで、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10の外周面が、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットにおけるスパッタ面とされる。
本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、Cu−Ga合金円筒型スパッタリングターゲットによって成膜されるCu−Ga薄膜に応じた組成とされており、本実施形態では、Gaの含有量が20原子%以上40原子%以下の範囲内とされ、残部がCu及び不可避不純物からなるCu−Ga合金で構成されている。
また、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、相対密度が90%以上とされている。なお、相対密度は、Ga含有量と密度のグラフにおいて、純銅の密度ρCu=8.96g/cm3とCu−Ga合金(Cu:69.23原子%、Ga:30.77原子%)の密度ρCuGa=8.47g/cm3とを直線で結び、当該Cu−Ga合金の組成(Gaの含有量)に応じて内挿あるいは外挿することによって求めた値を100%として算出されたものである。
また、本実施形態に係る円筒型スパッタリングターゲット10は、相対密度が90%以上とされている。なお、相対密度は、Ga含有量と密度のグラフにおいて、純銅の密度ρCu=8.96g/cm3とCu−Ga合金(Cu:69.23原子%、Ga:30.77原子%)の密度ρCuGa=8.47g/cm3とを直線で結び、当該Cu−Ga合金の組成(Gaの含有量)に応じて内挿あるいは外挿することによって求めた値を100%として算出されたものである。
次に、本実施形態である円筒型スパッタリングターゲット10の製造方法について、図2及び図3を参照して説明する。
本実施形態である円筒型スパッタリングターゲット10の製造方法は、図2に示すように、原料粉末20を準備する原料粉末準備工程S01と、成形型30内部に形成された円筒形状のキャビティに原料粉末20を充填する原料粉末充填工程S02と、非酸化雰囲気中で焼結温度TS(℃)にまで加熱して焼結する焼結工程S03と、焼結工程S03後の冷却過程で中子35を抜き取る中子抜取工程S04と、を備えている。
本実施形態である円筒型スパッタリングターゲット10の製造方法は、図2に示すように、原料粉末20を準備する原料粉末準備工程S01と、成形型30内部に形成された円筒形状のキャビティに原料粉末20を充填する原料粉末充填工程S02と、非酸化雰囲気中で焼結温度TS(℃)にまで加熱して焼結する焼結工程S03と、焼結工程S03後の冷却過程で中子35を抜き取る中子抜取工程S04と、を備えている。
(原料粉末準備工程S01)
まず、原料となるCuGa合金粉を準備する。CuGa合金粉は、例えば以下に示すアトマイズ法によって製造される。
塊状のCu原料及びGa原料を所定の組成となるように秤量し、カーボン製のるつぼに入れてガスアトマイズ装置にセットする。真空排気を行って1000℃以上1200℃の温度条件で1分以上30分以下保持して原料を溶解した後、孔径1mm以上3mm以下のノズルから溶湯を落下させながら、噴射ガス圧10kgf/cm2以上50kgf/cm2以下の条件でArガスを噴射させ、ガスアトマイズ粉を作製する。冷却後、得られたガスアトマイズ粉をふるいで分級することにより、所定の粒径のCuGa合金粉を得る。なお、Cu及びGaの組成比によっては、噴射温度が高いために、溶湯が凝固して粉になる前にチャンバーに到達してしまうおそれがある。その場合は、噴射温度を加熱保持温度から100〜400℃程度下げて行うことが好ましい。
まず、原料となるCuGa合金粉を準備する。CuGa合金粉は、例えば以下に示すアトマイズ法によって製造される。
塊状のCu原料及びGa原料を所定の組成となるように秤量し、カーボン製のるつぼに入れてガスアトマイズ装置にセットする。真空排気を行って1000℃以上1200℃の温度条件で1分以上30分以下保持して原料を溶解した後、孔径1mm以上3mm以下のノズルから溶湯を落下させながら、噴射ガス圧10kgf/cm2以上50kgf/cm2以下の条件でArガスを噴射させ、ガスアトマイズ粉を作製する。冷却後、得られたガスアトマイズ粉をふるいで分級することにより、所定の粒径のCuGa合金粉を得る。なお、Cu及びGaの組成比によっては、噴射温度が高いために、溶湯が凝固して粉になる前にチャンバーに到達してしまうおそれがある。その場合は、噴射温度を加熱保持温度から100〜400℃程度下げて行うことが好ましい。
以上のようなアトマイズ法によって製造されたCuGa合金粉(平均粒径1μm以上1000μm以下)を、Gaの含有量が所定値(本実施形態では、Gaの含有量:20原子%以上40原子%以下)となるように秤量し、原料粉末20を得る。
(原料粉末充填工程S02)
次に、上述の原料粉末20を充填する成形型30及び中子35を準備する。本実施形態においては、図3に示すように、円筒形状をなすダイ31の内部に中子35を配置するとともに、ダイ31の下方側に下パンチ32を挿入している。
そして、成形型30内に原料粉末20を充填した後、上パンチ33を挿入する。
本実施形態においては、成形型30は、円筒形状をなすダイ31と下パンチ32及び上パンチ33で構成されている。
次に、上述の原料粉末20を充填する成形型30及び中子35を準備する。本実施形態においては、図3に示すように、円筒形状をなすダイ31の内部に中子35を配置するとともに、ダイ31の下方側に下パンチ32を挿入している。
そして、成形型30内に原料粉末20を充填した後、上パンチ33を挿入する。
本実施形態においては、成形型30は、円筒形状をなすダイ31と下パンチ32及び上パンチ33で構成されている。
ここで、成形型30(ダイ31、下パンチ32、上パンチ33)及び中子35については、成形される焼結体(Cu−Ga合金)の線膨張係数αMに対して、成形型30の線熱膨張係数αD、及び、中子35の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、成形型30及び中子35の材質を選択した。
(焼結工程S03)
次に、充填された原料粉末20を、非酸化雰囲気で焼結温度TS(℃)にまで加熱して保持し、焼結を行う。本実施形態では、上パンチ33と下パンチ32とで原料粉末20を加圧して加熱する。このときの加圧圧力(焼結圧力)は、1MPa以上100MPa以下の範囲内とすることが好ましい。加圧圧力(焼結圧力)が1MPa未満だと焼結時の電流が不安定になる。また、100MPaを超える圧力に耐えるには焼結型を大きくする必要があり、ハンドリング困難になる。
また、本実施形態では、焼結工程S03は、非酸化雰囲気中で実施される構成とされており、例えばAr、N2等の不活性ガス雰囲気、これらの不活性ガスに水素ガスを混合した還元雰囲気、あるいは、圧力2000Pa以下の真空雰囲気で実施することが好ましい。なお、真空雰囲気下で焼結を行う場合、その圧力が2000Paを超えると得られる焼結体の密度が低くなるおそれがある。
次に、充填された原料粉末20を、非酸化雰囲気で焼結温度TS(℃)にまで加熱して保持し、焼結を行う。本実施形態では、上パンチ33と下パンチ32とで原料粉末20を加圧して加熱する。このときの加圧圧力(焼結圧力)は、1MPa以上100MPa以下の範囲内とすることが好ましい。加圧圧力(焼結圧力)が1MPa未満だと焼結時の電流が不安定になる。また、100MPaを超える圧力に耐えるには焼結型を大きくする必要があり、ハンドリング困難になる。
また、本実施形態では、焼結工程S03は、非酸化雰囲気中で実施される構成とされており、例えばAr、N2等の不活性ガス雰囲気、これらの不活性ガスに水素ガスを混合した還元雰囲気、あるいは、圧力2000Pa以下の真空雰囲気で実施することが好ましい。なお、真空雰囲気下で焼結を行う場合、その圧力が2000Paを超えると得られる焼結体の密度が低くなるおそれがある。
本実施形態では、上パンチ33及び下パンチ32が電極とされており、上パンチ33及び下パンチ32に電力を印加することで、原料粉末20に通電し、ジュール熱によって原料粉末を加熱する構成とされており、いわゆる放電プラズマ焼結を採用している。そして、焼結工程S03の終了後には、上パンチ33及び下パンチ32を抜き取る。
なお、焼結の温度条件は、本実施形態では、昇温速度を5℃/min以上75℃/min以下、保持温度TSを0.5×TL以上TL以下、保持時間を0.5min以上60min以下の範囲内とすることが好ましい。TLは液相出現温度を意味する。昇温速度が5℃/min未満だと、時間が掛かり、コストが増大する。昇温速度が75℃/minを超えると、温度制御が困難になる。また、保持時間をTSに到達してからの経過時間と定義すると、0.5min未満では焼結収縮による変位が止まらず、焼結が完了しない。60minを超えると時間が掛かり、コストが増大する。
なお、焼結の温度条件は、本実施形態では、昇温速度を5℃/min以上75℃/min以下、保持温度TSを0.5×TL以上TL以下、保持時間を0.5min以上60min以下の範囲内とすることが好ましい。TLは液相出現温度を意味する。昇温速度が5℃/min未満だと、時間が掛かり、コストが増大する。昇温速度が75℃/minを超えると、温度制御が困難になる。また、保持時間をTSに到達してからの経過時間と定義すると、0.5min未満では焼結収縮による変位が止まらず、焼結が完了しない。60minを超えると時間が掛かり、コストが増大する。
(中子抜取工程S04)
上述の焼成工程S03が終了した後、冷却の過程において中子35を抜き取る。このとき、中子35の抜取温度TR(℃)は、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とする。すなわち、焼結工程S03の完了直後から0.5×TSの温度となるまでに中子35を抜き取ることになる。
ここで、本実施形態においては、Cu−Ga合金の円筒型スパッタリングターゲット10を製造するものとしていることから、中子35の抜取温度TRを700℃以下に設定している。
なお、このときの焼結温度TS及び中子35の抜取温度TRは、成形型30(ダイ31)に埋め込まれた温度計を用いて測定された値を用いている。
上述の焼成工程S03が終了した後、冷却の過程において中子35を抜き取る。このとき、中子35の抜取温度TR(℃)は、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とする。すなわち、焼結工程S03の完了直後から0.5×TSの温度となるまでに中子35を抜き取ることになる。
ここで、本実施形態においては、Cu−Ga合金の円筒型スパッタリングターゲット10を製造するものとしていることから、中子35の抜取温度TRを700℃以下に設定している。
なお、このときの焼結温度TS及び中子35の抜取温度TRは、成形型30(ダイ31)に埋め込まれた温度計を用いて測定された値を用いている。
そして、中子35を抜き取った後、さらに室温にまで冷却を行うことで、円筒型焼結体が製造される。この円筒型焼結体に対してさらに加工を施すことで、円筒型スパッタリングターゲット10が製造される。
以上のような構成とされた本実施形態である円筒型スパッタリングターゲット10の製造方法によれば、焼結温度TS(℃)に加熱して焼結を行う焼結工程S03と、この焼結工程S03の後に、成形型30から中子35を抜き取る中子抜取工程S04と、を有し、中子抜取工程S04における中子抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内としているので、焼結後の冷却時において、成形型30側と中子35側との温度差が大きくなる前に、成形型30から中子35を抜き取ることができる。
そして、円筒型スパッタリングターゲット10の線膨張係数αMに対して、成形型30の線熱膨張係数αD、及び、中子35の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、成形型30及び中子35の材質を設定しているので、焼結後の冷却時において、成形型30及び円筒型スパッタリングターゲット10の収縮量が、中子35の収縮量よりも大きくなることを抑制でき、焼結工程S03の後に、中子35を容易に抜き取ることができ、円筒型スパッタリングターゲット10の破損を防止することができる。また、焼結工程S03後の冷却過程において、成形型30及び中子35に割れ等が生じることを抑制できる。
特に、本実施形態では、焼結工程S03において、上パンチ33と下パンチ32とで原料粉末20を加圧し、これら上パンチ33及び下パンチ32に電力を印加することで、原料粉末20に通電し、ジュール熱によって原料粉末を加熱する構成とされており、いわゆる放電プラズマ焼結を採用している。この放電プラズマ焼結においては、焼結時において、通常の焼結法よりも割れが発生しやすいことから、成形される焼結体(Cu−Ga合金)の線膨張係数αM、成形型30の線熱膨張係数αD、中子35の線熱膨張係数αCとの関係、及び、中子抜取工程S04における中子抜取温度TR(℃)を上述のように規定することによって、割れの発生を確実に抑制することが好ましい。
なお、放電プラズマ焼結によって焼結した場合であっても、焼結後の円筒型スパッタリングターゲットにおいては、十分な抗折強度を有している。
なお、放電プラズマ焼結によって焼結した場合であっても、焼結後の円筒型スパッタリングターゲットにおいては、十分な抗折強度を有している。
また、本実施形態では、Gaを20原子%以上40原子%以下、残部がCu及び不可避不純物とされたCu−Ga合金の円筒型スパッタリングターゲット10を対象としており、中子35の抜取温度TRを700℃以下に設定しているので、中子35の抜き取り時にCu−Ga合金で構成された円筒型スパッタリングターゲット10が破損することを確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、非酸化雰囲気で焼結工程S03を実施しており、例えばAr、N2等の不活性ガス雰囲気、これらの不活性ガスに水素ガスを混合した還元雰囲気、あるいは、圧力2000Pa以下の真空雰囲気で実施する構成とされていることから、円筒型スパッタリングターゲット10や成形型30及び中子35の酸化を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、真空雰囲気中で、上パンチ33及び下パンチ32に電力を印加することで、原料粉末20に通電し、ジュール熱によって原料粉末を加熱する構成とされており、いわゆる放電プラズマ焼結を採用しているので、短時間で昇温して焼結することができ、円筒型スパッタリングターゲット10を効率良く製造することができる。
また、本実施形態では、上パンチ33及び下パンチ32における加圧圧力(焼結圧力)を1MPa以上100MPa以下の範囲内としているので、原料粉末20に確実に通電することができ、通電焼結を良好に行うことができる。
また、本実施形態では、上パンチ33及び下パンチ32における加圧圧力(焼結圧力)を1MPa以上100MPa以下の範囲内としているので、原料粉末20に確実に通電することができ、通電焼結を良好に行うことができる。
また、本実施形態では、昇温速度を5℃/min以上75℃/min以下、保持温度TSを0.5×TL以上TL以下、保持時間を0.5min以上60min以下に設定していることから、Cu−Ga合金からなる原料粉末20を確実に焼結することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、Gaの含有量が20原子%以上40原子%以下の範囲内とされ、残部がCu及び不可避不純物からなる組成のCu−Ga合金スパッタリングターゲットとして説明したが、これに限定されることはなく、Cu及びGa以外にアルカリ金属等の添加元素を含むものであってもよいし、その他の金属材料の円筒型スパッタリングターゲットを製造するものとしてもよい。
例えば、本実施形態では、Gaの含有量が20原子%以上40原子%以下の範囲内とされ、残部がCu及び不可避不純物からなる組成のCu−Ga合金スパッタリングターゲットとして説明したが、これに限定されることはなく、Cu及びGa以外にアルカリ金属等の添加元素を含むものであってもよいし、その他の金属材料の円筒型スパッタリングターゲットを製造するものとしてもよい。
さらに、成形型(中子)の寸法や形状については、本実施形態に限定されることはなく、製造する円筒型スパッタリングターゲットの形状やサイズに応じて適宜設計変更してもよい。
また、本実施形態においては、昇温速度を5℃/min以上75℃/min以下、保持温度TSを0.5×TL以上TL以下、保持時間を0.5min以上60min以下の範囲内とするものとして説明したが、焼結工程S03の温度条件は、製造される円筒型スパッタリングターゲットの材質に応じて適宜設定することが好ましい。
また、本実施形態においては、昇温速度を5℃/min以上75℃/min以下、保持温度TSを0.5×TL以上TL以下、保持時間を0.5min以上60min以下の範囲内とするものとして説明したが、焼結工程S03の温度条件は、製造される円筒型スパッタリングターゲットの材質に応じて適宜設定することが好ましい。
以下に、本発明に係る円筒型スパッタリングターゲットの製造方法について評価した評価試験の結果について説明する。
まず、表1に示す焼結体を形成するために、原料粉末を配合し、中子を配置した成形型に充填した。なお、成形型(ダイ、上パンチ及び下パンチ)と中子によって画成されるキャビティの寸法は、外径100mm,内径75mm,軸線方向長さ130mmとした。
ここで、成形型(ダイ、上パンチ及び下パンチ)と中子として、表1に示す材質のものを使用した。
そして、表2に示す条件で焼結を行い、焼結時における成形型、中子及び焼結体の割れの有無等を評価した。なお、割れの有無は目視にて判断した。また、温度条件は、成形型(ダイ)に埋め込んだ温度計の温度とした。評価結果を表2に示す。
ここで、成形型(ダイ、上パンチ及び下パンチ)と中子として、表1に示す材質のものを使用した。
そして、表2に示す条件で焼結を行い、焼結時における成形型、中子及び焼結体の割れの有無等を評価した。なお、割れの有無は目視にて判断した。また、温度条件は、成形型(ダイ)に埋め込んだ温度計の温度とした。評価結果を表2に示す。
焼結体の線膨張係数αMに対して、成形型の線熱膨張係数αD、及び、中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となっておらず、成形型の線熱膨張係数αDが焼結体の線膨張係数αMよりも大きくされた比較例1においては、成形型に割れが認められた。
また、中子の線熱膨張係数αCが焼結体の線膨張係数αMよりも小さく比較例2においては、焼結体に割れが認められた。
中子の抜出温度TRが300℃とされ、焼結温度TS(650℃)に対して、TR<0.5×TSとされた比較例3においては、焼結体に割れが認められた。
また、中子の線熱膨張係数αCが焼結体の線膨張係数αMよりも小さく比較例2においては、焼結体に割れが認められた。
中子の抜出温度TRが300℃とされ、焼結温度TS(650℃)に対して、TR<0.5×TSとされた比較例3においては、焼結体に割れが認められた。
これに対して、焼結体の線膨張係数αMに対して、成形型の線熱膨張係数αD、及び、中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、成形型及び中子の材質を設定し、かつ、中子の抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とした本発明例においては、割れの発生がなく、円筒型スパッタリングターゲットを良好に製造することができた。
また、焼結時の雰囲気を非酸化雰囲気とすることにより、円筒型スパッタリングターゲットの酸化を抑制可能であることが確認された。なお、焼結体の酸化については、JIS Z 2613「金属材料の酸素定量方法通則」に記載された赤外線吸収法で測定し、150重量ppmを超えた焼結体を酸化と判断した。
また、焼結時の雰囲気を非酸化雰囲気とすることにより、円筒型スパッタリングターゲットの酸化を抑制可能であることが確認された。なお、焼結体の酸化については、JIS Z 2613「金属材料の酸素定量方法通則」に記載された赤外線吸収法で測定し、150重量ppmを超えた焼結体を酸化と判断した。
以上のことから、本発明によれば、円筒型スパッタリングターゲットを破損することなく、効率良く製造できることが確認された。
10 円筒型スパッタリングターゲット
30 成形型
35 中子
S03 焼結工程
S04 中子抜取工程
30 成形型
35 中子
S03 焼結工程
S04 中子抜取工程
Claims (2)
- 成形型内に中子を配置し、形成されたキャビティ内に焼結体の原料粉末を充填して加熱焼結する円筒型スパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記焼結体の線膨張係数αMに対して、前記成形型の線熱膨張係数αD、及び、前記中子の線熱膨張係数αCが、αD≦αM≦αCの関係となるように、前記成形型及び前記中子の材質を設定し、
焼結温度TS(℃)に加熱して焼結を行う焼結工程と、この焼結工程の後に、前記成形型から前記中子を抜き取る中子抜取工程と、を有し、
前記中子抜取工程における中子抜取温度TR(℃)を、焼結温度TS(℃)に対して、0.5×TS≦TR≦1.0×TSの範囲内とすることを特徴とする円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。 - 前記焼結体が、Gaを20原子%以上40原子%以下、残部がCu及び不可避不純物とされたCu−Ga合金で構成されており、前記中子抜取工程における前記中子抜取温度TRを700℃以下とすることを特徴とする請求項1に記載の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。
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