JP3651909B2 - Ceramic rotating cathode target and manufacturing method thereof - Google Patents

Ceramic rotating cathode target and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はセラミックス膜、特に透明で優れた耐久性を有する非晶質酸化物膜をスパッタにより形成する際に用いるセラミックス回転カソードターゲットおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からガラス、プラスチック等の透明基板に薄膜を形成して光学的機能を付加したものとしてミラー、熱線反射ガラス、低放射ガラス、干渉フィルター、カメラレンズやメガネレンズの反射防止コート等がある。
通常のミラーでは、無電解メッキ法でAgが、また、真空蒸着法、スパッタ法などでAlやCrなどが形成される。これらの中でCr膜は比較的丈夫なのでコート面が露出した表面鏡として用いられている。
【0003】
熱線反射ガラスにおいては、酸化チタンや酸化スズ等がスプレー法、CVD法または浸漬法等で形成されてきた。最近では金属膜、窒化物膜、スズをドープした酸化インジウム(ITO)膜等がスパッタ法でガラス表面に形成されたものが熱線反射ガラスに使われるようになってきた。スパッタ法は膜厚コントロールが容易で、かつ複数の膜を連続して形成でき、透明酸化物膜と組合せて透過率、反射率、色調などを設計できる。このため意匠性を重視する建築などに需要が伸びている。
【0004】
室内の暖房機や壁からの輻射熱を室内側に反射する低放射ガラス(Low Emissivityガラス)は、銀を酸化亜鉛で挟んだZnO/Ag/ZnOの3層系またはZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnOの5層系(特開昭63−239043号公報参照)などの構成をもち、複層ガラスまたは合せガラスの形で使われる。近年ヨーロッパの寒冷地での普及が目ざましい。
レンズ等の反射防止コートは酸化チタン、酸化ジルコニウム等の高屈折率膜と酸化ケイ素、フッ化マグネシウム等の低屈折率膜とを交互に積層する。通常は真空蒸着法が用いられ、成膜時は基板加熱して耐擦傷性の向上を図っている。
【0005】
表面鏡、単板の熱線反射ガラスおよびレンズ等の反射防止コート等はコートされた膜が空気中に露出した状態で使用される。このため化学的な安定性や耐摩耗性に優れていなければならない。一方、低反射ガラスでも複層ガラスまたは合せガラスになる前の運搬や取扱い時の傷などにより不良品が発生する。このため安定で耐摩耗性に優れた保護膜または保護膜を兼ねた光学薄膜が望まれている。
【0006】
耐久性向上のためには通常化学的に安定で透明な酸化物膜が空気側に設けられる。該酸化物膜として酸化チタン膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ケイ素膜などがあり、必要な性能に応じて選択され使用されてきた。
しかし、酸化チタン膜、酸化ジルコニウム膜は化学的安定性に優れているが、結晶質の膜になりやすく表面の凹凸が大きくなる傾向があり、このため擦ったときの摩擦が大きくなり耐摩耗性に劣る。一方、酸化スズ膜、酸化ケイ素膜はそれぞれ酸アルカリに弱く、長時間の浸漬には耐えない。酸化タンタル膜はこれらの中で耐摩耗性、化学安定性の両方を兼ね備えているが耐摩耗性に関して充分とはいえない。
【0007】
また、酸化チタン膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ジルコニウム膜は屈折率が比較的高く、一方、酸化ケイ素膜は屈折率が比較的低く、各種光学的機能を持たせるにあたり光学設計の自由度に制限がある。
【0008】
このように高い耐久性を持ちかつ広い光学設計の自由度を併せ持つ薄膜が要望されている。本出願人は特開平3−187733号公報にて、かかる高耐久薄膜として、Zr、Ti、Hf、Sn、Ta、In、Crのうち少なくとも1種と、B(ホウ素)、Si(ケイ素)、O(酸素)のうち少なくとも1種とを主成分とするターゲットおよびこれをスパッタして形成した非晶質酸化物膜を提案した。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
一方、スパッタ用プレーナ型ターゲットは、無機化合物の原料を混合し成形、焼成およびスパッタ装置に合った形状にするための加工およびボンディングという長い工程を通って作成される。この中で成形、焼成、加工、ボンディング等の工程はターゲットが小さい場合には大がかりな治具装置は必要でないが、大型の生産機用ターゲットでは上記治具装置は大がかりとなり、またボンディングにおいてもセラミックスターゲットをターゲットホルダー金属板に接合する場合、分割して加工接合する等して作製されているが、大がかりな装置、高価なInハンダを大量に使用する等、労力、コストがかかる。
【0010】
さらに建築用の大面積ガラスへのスパッタにおいては、生産性を上げるため高いスパッタパワーをかけ成膜速度を上げているが、この場合ターゲットの冷却により、成膜速度が制限される他、ターゲットの割れ、剥離等のトラブルが起きている。
【0011】
これらの点を改良した新しいタイプのマグネトロン型回転カソードターゲットが知られている(特表昭58−500174号公報参照)。これは、円筒状ターゲットの内側に磁場発生手段を設置し、ターゲットの内側から冷却しつつ、ターゲットを回転させながらスパッタを行うものであるため、プレーナ型ターゲットより、単位面積あたり大きなパワーを投入でき、したがって高速成膜が可能とされている。マグネトロン型回転カソードターゲットのほとんどは、スパッタすべき金属や合金からなる円筒状の回転カソードで構成されたターゲットであるが、スパッタすべき物質が、柔らかいまたは脆い、金属や合金の場合は円筒状のターゲットホルダー上に製作されたターゲットである。
【0012】
しかし金属ターゲットの場合、各種のスパッタ雰囲気で酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜等を形成でき多層膜のコートが可能であるが、異種雰囲気にすると既に成膜された膜が損傷し、目的の組成のものが得られず、また低融点金属ターゲットではパワーをかけすぎると溶融する等の欠点があり、セラミックスのターゲットが望まれる。
【0013】
特開昭60−181270号公報に溶射によるスパッタターゲットの製法が提案されているが、セラミックスと金属の熱膨張の差が大きくて溶射膜を厚くできず、また使用時の熱ショックにより密着性が低下し剥離する等の問題がある。また、セラミックス焼結体を円筒状に製作してターゲットホルダー金属にIn金属にて接合する方法もあるが、作りにくくコストもかかる。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり、円筒状ターゲットホルダーの外表面に、スパッタすべきターゲットとなるセラミックス層を形成するセラミックス回転カソードターゲットの製造方法において、円筒状ターゲットホルダーの外表面を荒面加工した後、その外表面上に、前記セラミックス層の熱膨張係数と前記ターゲットホルダーの熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、および、前記セラミックス層の熱膨張係数に対し±2×10−6/℃の範囲内にある熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、をこの順にアンダーコートとして形成し、次いで、セラミックス粉末を高温ガス中で半溶融状態にしつつ前記高温ガスにより前記アンダーコート上に輸送して付着させ、前記セラミックス層を形成することを特徴とするセラミックス回転カソードターゲットの製造方法を提供する。
【0015】
また、本発明は、円筒状ターゲットホルダーの荒面加工された外表面上に、スパッタすべきターゲットとなるセラミックス層が形成されてなるセラミックス回転カソードターゲットにおいて、前記セラミックス層と前記ターゲットホルダーとの間にアンダーコートとして、前記ターゲットホルダーの外表面上に、前記セラミックス層の熱膨張係数と前記ターゲットホルダーの熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、および、前記セラミックス層の熱膨張係数に対し±2×10−6/℃の範囲内にある熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、が順に形成されてなることを特徴とするセラミックス回転カソードターゲット(以下、単に回転カソードターゲットという)を提供する。
【0016】
本発明の方法は、セラミックス粉末を例えばプラズマ溶射装置を用いて半溶融状態にし、ターゲットホルダーに溶射付着せしめ、直接ターゲットとなるセラミックス層を形成する。これによって金型に粉末を詰めてプレス成形する工程、それを電気炉中で焼結する工程、またはホットプレスにより焼結する工程、適当な形状に加工修正する工程、セラミックスとホルダーを接合する工程を必要としない。溶射粉末を得るに際し、特に容易に入手できない複雑な化合物の場合、化学的合成または固相反応を利用して作製する。溶射粉末は粉砕分級して溶射に適当な流動しやすい粒径に揃えることで利用できる。
【0017】
本発明で用いるセラミックス粉末は例えば次の方法で作製する。Zr、B、Si、ZrB2 、ZrSi2 、ZrO2 (Y23 、CaO、MgO等を3〜8mol%添加したZrO2 を含む)、B23 、SiO2 等の粉末または混合粉末(非酸化物のターゲットを形成する場合には、必要に応じて、酸化物を還元するためのカーボン粉末を混合したもの)を化学的合成または固相反応を利用した高温雰囲気炉中で焼成することにより塊状の単一系または複合系の粉末が得られる。Ti、Ta、Hf、Mo、W、Nb、Sn、La、In、Cr等の金属のホウ化物、ケイ化物等も同様である。
【0018】
この粉末を粉砕し10〜75μm程度の粒径に分級して、溶射するセラミックス粉末を得るのが好ましい。75μmより大きいと高温ガス中で半溶融状態にしにくく、また、10μmより小さいと、溶射時に、ガス中で分散してしまい、ターゲットホルダー上に付着しにくくなる。
なお、前述のセラミックス粉末はFe、Al、Mg、Y、Mn、Hを総計3wt%以下含んでいてもよく、Cは成膜中にCO2 となって消えてしまうのでCを20wt%以下含んでいてもよい。さらに不純物程度のCu、V、Co、Rh、Ir等を含んでいてもよい。
【0019】
円筒状ターゲットホルダーとしては、ステンレス、銅、またはセラミックス層に近似した熱膨張係数を有するTi、Moなどが使用できる。セラミックス粉末の溶射に先だって、密着性向上のため、円筒状ターゲットホルダーの外表面を、Al23 やSiCの砥粒を用いてサンドブラストする等により、荒しておくことが必要である。また、セラミックス粉末の溶射に先だって、円筒状ターゲットホルダーの外表面をV溝状やネジ状に加工した後、Al23 やSiCの砥粒を用いてサンドブラストして密着性がよくなるように荒しておくことも好ましい。
【0020】
外表面を荒面加工した円筒状ターゲットホルダーには、セラミックス層とターゲットホルダーとの熱膨張差を緩和し、またスパッタ時の熱ショックによる剥離が起きないよう密着力を高めるために、アンダーコートを形成する。かかるアンダーコートとしては、ターゲットホルダーとセラミック層の中間の熱膨張係数を有する金属または合金からなる層(以下、A層という)、または、セラミック層に近い熱膨張係数を有する金属または合金からなる層(以下、B層という)、の少なくとも1層を形成(好ましくはその粉末をプラズマ溶射して形成)することが好ましい本発明では、両方の層を形成し、ターゲットホルダー/A層/B層/セラミックス層という構成とる。
【0021】
アンダーコートがB層だけであっても、金属や合金は弾性が高く、脆さが小さいので、セラミックス層とターゲット材料のターゲットホルダーとの密着力を高めることができる。B層の熱膨張係数は、セラミック層の熱膨張係数±2×10-6/℃の範囲内の値である。
【0022】
アンダーコートの材料としては、Mo、Ti、Ni、Nb、Ta、W、Ni−Al、Ni−Cr、Ni−Cr−Al、Ni−Cr−Al−Y、Ni−Co−Cr−Al−Y等の導電性の粉末を使用できる。アンダーコートの膜厚はそれぞれ30〜100μm程度が好ましい。
【0023】
アンダーコートの材料は、セラミックス層の熱膨張係数に応じて変わる(ターゲットホルダーに使用可能な、CuやSUS304等の熱膨張係数は、17〜18×10-6/℃である。)。
【0024】
例えば、セラミックス層が、Zr−B系、Zr−B−Si系、Hf−Si系、Ti−B系、Cr−Si系、Sn−Si系、Zr−Si系(Zr:Si(原子比)=33:67よりZrが少ない場合)等(熱膨張係数5〜6×10-6/℃)の場合は、アンダーコートA層の好ましい熱膨張係数は12〜15×10-6/℃であり、その材料としては、Ni、Ni−Al、Ni−Cr、Ni−Cr−Al、Ni−Cr−Al−Y、Ni−Co−Cr−Al−Y等が挙げられる。また、アンダーコートB層の好ましい熱膨張係数は5〜8×10-6/℃であり、その材料としては、Mo、W、Ta、Nb等が挙げられる。
【0025】
セラミックス層が、Ta−B系、Ta−Si系、Ti−Si系(Ti:Si(原子比)=33:67よりTiが少ない場合)、Zr−Si系(Zr:Si(原子比)=33:67またはこれよりZrが多い場合、ZrSi2 を含む)等(熱膨張係数8〜9×10-6/℃)の場合は、アンダーコートA層の好ましい熱膨張係数は12〜15×10-6/℃であり、その材料としては、Ni、Ni−Al、Ni−Cr、Ni−Cr−Al、Ni−Cr−Al−Y、Ni−Co−Cr−Al−Y等が挙げられる。また、アンダーコートB層の好ましい熱膨張係数は8〜10×10-6/℃であり、その材料としては、Ti、Nb等が挙げられる。
【0026】
セラミックス層が、Cr−B系、Ti−Si(Ti:Si(原子比)=33:67またはこれよりTiが多い場合、TiSiを含む)系等(熱膨張係数10〜13×10−6/℃)の場合は、アンダーコート(B層)の好ましい熱膨張係数は10〜13×10−6/℃であり、その材料としては、Ni、Ni−Al、Ni−Cr、Ni−Cr−Al、Ni−Cr−Al−Y、Ni−Co−Cr−Al−Y等が挙げられる。かかるアンダーコートの材料の中でも、組成比を変えて、ターゲットホルダーに近い熱膨張係数の層と、セラミックス層に近い熱膨張係数の層の2層を設けてもよい。
【0027】
その上に前述のセラミックス粉末を高温ガス中、好ましくは、Ar、N2 、He等の非酸化雰囲気下での高温ガス中(『非酸化雰囲気下での高温ガス中』とは、非酸化雰囲気でシールドした高温ガス中、のことをいう。以下同じ)で、半溶融状態にしつつ高温ガスにより上記アンダーコート上に輸送して付着させ、スパッタすべきターゲットとなるセラミックス層を形成する。特に、高温ガスプラズマ中(さらには、非酸化雰囲気下での高温ガスプラズマ中)で行うプラズマ溶射法により形成するのが好ましい。上記アンダーコートを挿入したことにより2〜5mmの膜厚の安定なセラミックス層を形成できる。
【0028】
また、前述のアンダーコートを形成する際も、高温ガスプラズマ中(特に非酸化雰囲気下での高温ガスプラズマ中)でのプラズマ溶射法により形成するのが好ましい。
【0029】
セラミックス粉末を非酸化雰囲気下での高温ガス中で、半溶融状態にしつつアンダーコート上に付着させてセラミックス層を形成する場合には、セラミックス層形成中のセラミックス粉末の酸化が少なく、化学組成の変動もなく均質なセラミックス層を形成できる。
【0030】
このようにして作製した回転カソードターゲットはターゲット物質からターゲットホルダー、さらにはカソード電極への熱伝導もよく、また強固にターゲットホルダーに密着しているので成膜速度を上げるための高いスパッタパワーをかけた場合でも冷却が充分行われ、急激な熱ショックによるターゲットの剥離、割れもなく、単位面積当りに大きな電力を投入できる。
【0031】
さらに、本発明の製造方法において、非酸化雰囲気でセラミックス層を形成する場合には、セラミックス層形成時の酸化が少なく、化学組成の変動もなく、均質なターゲットを形成できる。
【0032】
また、セラミック層の侵食ゾーンが全面になるため、ターゲットの利用効率もプレーナ型と比べ高いという利点がある。また、セラミック層が減少した部分に同じ物質の溶射粉末を溶射することにより元の状態に再生することもできる。さらにセラミック層の厚みに場所による分布をもたせることも容易であり、それによってセラミック層表面での磁界の強さや温度の分布をもたせて生成する薄膜の厚み分布をコントロールすることもできる。
【0033】
【0034】
さらに、本発明の回転カソードターゲットは、マグネトロンスパッタにてDC(直流)、RF(高周波)の両者のスパッタリング装置に使用でき、高速成膜、ターゲット利用効率も大であり、安定して成膜できる。
【0035】
Zr、Ti、Ta、Hf、Mo、W、Nb、Sn、La、In、Cr等の酸化物に、Bおよび/またはSiが添加された回転カソードターゲットを用いて成膜した薄膜は、非晶質となる。これはBおよび/またはSiがかかる酸化物の格子を破壊しかかる酸化物の結晶粒の成長を妨げ、膜をより非晶質にするためと考えられる。膜表面の凹凸は微結晶の集合である膜よりも非晶質の膜の方が少ない結果、非晶質の膜は摩擦係数が低いと考えられる。
【0036】
このため非晶質膜は非常に潤滑性に優れ、引っかかりが少ないために摩擦による傷がつきにくく、高耐擦傷性および高耐摩耗性を有すると考えられる。
【0037】
【実施例】
参考例1](アンダーコート1層、Arガスプラズマの例)
本実施例では、透明で優れた耐久性を有する非晶質酸化物膜が安定して高速成膜できるZrBセラミックスのマグネトロンスパッタ用回転カソードターゲットの製法を説明する。
溶射用セラミックス粉末原料としてZrO、Bおよびカーボンの混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級して99.5%純度の20〜45μm粒径のZrB粉末を得た。
【0038】
内径50.5mmφ×外径67.5mmφ×長さ406mmの銅製円筒状ターゲットホルダーを旋盤に取付け、その外表面側をAl23 砥粒を用いてサンドブラストにより荒面加工し、表面を荒し粗面の状態にした。次にアンダーコートとして、Ni−Al(9:1)の合金粉末をプラズマ溶射(メトコ溶射機を使用)し、膜厚50μmの被覆を施した。
このプラズマ溶射は、Arガスをプラズマガスに用い、毎分42.5リットルの流量で700A・35KVのパワーを印加して行い、10000〜20000℃のArガスプラズマにより、Ni−Al(9:1)の合金粉末を瞬間的に加熱し、ガスとともにターゲットホルダーに輸送し、そこで凝集させて行った。ターゲットホルダーを旋盤にて回転させながらプラズマ溶射ガンを左右に動かす操作を何度も繰返してアンダーコートを形成した。
【0039】
次に、上述のZrB2 粉末を用いて、同様のプラズマ溶射法によって最終厚み3mmのZrB2 を被覆した回転カソードターゲットを得た。
このようにして得られたZrB2 製回転カソードターゲットをマグネトロンスパッタ装置に装填しガラス基板上にZrBxy 膜(Zr:B:O=1:2:5(原子比))を形成した。スパッタはArとO2 の混合雰囲気中で1×10-3〜1×10-2Torr程度の真空中で行い、1000Åの透明な非晶質酸化物膜を得た。
【0040】
上記ターゲットは従来の窯業的手法によりセラミックスを作りそれをターゲットホルダーにはりつけたプレーナ型ターゲットと比較し熱ショックによる破損に対し強固であった。上記の従来法によるプレーナ型ターゲットではスパッタ電力が2.5KW程度でクラックが入り一部剥離を起すが、本発明の回転カソードターゲットでは5KWでも何らクラックは認められず、アーキングも発生せず安定して成膜でき、従来のプレーナ型ターゲットで25Å/secの成膜速度が本発明の回転カソードターゲットでは約4倍の100Å/secの高速成膜速度であった。
【0041】
参考例2](アンダーコート1層、Arガスプラズマの例)
溶射用セラミックス粉末原料としてZrO、SiOおよびカーボン粉末の混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級し純度99.5%の20〜75μm粒径のZrSi粉末を得た。この粉末を用いて参考例1と同様にして回転カソードターゲットを作製し、マグネトロンスパッタ装置で成膜した。その結果1000Åの厚さのZrSi(Zr:Si:O=1:2:6(原子比))の透明な薄膜を得た。また、従来の窯業的手法によるプレーナ型ターゲットと比べ約4倍の成膜速度が得られ、パワーアップしても何ら破損は認められなかった。
【0042】
参考例3](アンダーコート1層、Arガスプラズマの例)
溶射用原料としてZrO、SiO、Bおよびカーボン粉末の混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級し純度99.5%で20〜75μm粒径のZr−B−Si(原子比で1:1:8)の粉末を得た。この粉末を用いて参考例1と同様にして回転カソードターゲットを作製し、マグネトロンスパッタ装置で成膜した。その結果1000Åの厚さのZrBSi膜(Zr:B:Si:O=1:1:8:18.5(原子比))の透明な薄膜を得た。また、従来の窯業的手法によるプレーナ型ターゲットと比べ約3.5倍の成膜速度が得られ、パワーアップしても亀裂や破損は全く認められず、安定して高速成膜ができた。
【0043】
[実施例](アンダーコート2層、Arガスシールド雰囲気の例)
溶射用セラミックス粉末原料としてZrO、Bおよびカーボンの混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級して99.5%純度の20〜45μm粒径のZrB粉末を得た。
【0044】
内径50.5mmφ×外径67.5mmφ×長さ406mmの銅製円筒状ターゲットホルダーを旋盤に取付け、その外表面側をネジ状に加工しさらにAl23 砥粒を用いてサンドブラストにより表面を荒し粗面の状態にした。次にアンダーコートとして、Ni−Al(配合重量比8:2)の合金粉末をArガスシールド雰囲気下でプラズマ溶射(メトコ溶射機を使用)し、膜厚50μmの被覆を施した。
さらにこの上にZrB2 の熱膨張係数に近似したMo金属粉末をArガスシールド雰囲気下でプラズマ溶射し膜厚50μmの被覆を得た。
【0045】
このArガスシールド雰囲気下のプラズマ溶射は、プラズマ溶射ガンと円筒状ターゲットホルダーを金属製のシールドボックスにより囲い、その中にArガスをスパイラル状にフローさせた雰囲気下で行うものでArガスをプラズマガスに用い、毎分42.5リットルの流量で700A・35KVのパワーを印加して行い、10000〜20000℃のArガスプラズマにより、Ni−Al(配合重量比8:2)の合金粉末やMo金属粉末を瞬間的に加熱し、ガスとともにターゲットホルダーに輸送し、そこで凝集させて行った。ターゲットホルダーを旋盤にて回転させながらプラズマ溶射ガンを左右に動かす操作を何度も繰返してアンダーコートを形成した。
【0046】
次に、上述のZrB2 粉末を用いて、同様のプラズマ溶射法によって最終厚み3mmのZrB2 を被覆した回転カソードターゲットを得た。
セラミックス層の相対密度は90%になっていた。またセラミックス層中のO2 含有量は1.1wt%であった。
【0047】
このようにして得られたZrB2 製回転カソードターゲットをマグネトロンスパッタ装置に装填しガラス基板上にZrBxy 膜(Zr:B:O=1:2:5(原子比))を形成した。スパッタはArとO2 の混合雰囲気中で1×10-3〜1×10-2Torr程度の真空中で行い、1000Åの透明な非晶質酸化物膜を得た。この非晶質膜の化学組成(Zr/B比)はターゲットの化学組成(Zr/B比)と同一組成であった。
【0048】
上記ターゲットは従来の窯業的手法によりセラミックスを作りそれをターゲットホルダーにはりつけたプレーナ型ターゲットと比較し熱ショックによる破損に対し強固であった。上記の従来法によるプレーナ型ターゲットではスパッタ電力が2.5KW程度でクラックが入り一部剥離を起すが、本発明の回転カソードターゲットでは5KWでも何らクラックは認められず、アーキングも発生せず安定して成膜でき、従来のプレーナ型ターゲットでは25Å/secの成膜速度が本発明の回転カソードターゲットでは約4倍の100Å/secの高速成膜速度であった。
【0049】
[実施例](アンダーコート2層、Arガスシールド雰囲気の例)
溶射用セラミックス粉末原料としてZrO、SiOおよびカーボン粉末の混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級し純度99.5%の20〜75μm粒径のZrSi粉末を得た。ZrB粉末の代りにこの粉末を用い、またMo金属粉末の代りにTi金属粉末を用いたこと以外は実施例と同様にして回転カソードターゲットを作製した。セラミックス層の相対密度は92%で、O含有量は0.9wt%であった。
【0050】
この回転カソードターゲットを用い、マグネトロンスパッタ装置で成膜した。その結果1000Åの厚さのZrSi(Zr:Si:O=1:2:6(原子比))の透明な薄膜を得た。実施例のZrBターゲットの場合と同様にターゲットの化学組成の変化もなく、従来の窯業的手法によるプレーナ型ターゲットと比べ約4倍の成膜速度が得られ、パワーアップしても何ら破損は認められなかった。
【0051】
[実施例](アンダーコート2層、Arガスシールド雰囲気の例)
溶射用原料としてZrO、SiO、Bおよびカーボン粉末の混合物を、非酸化雰囲気中で、高温で反応させて塊状の焼結物を得た。この塊状粉末を粉砕分級し純度99.5%で20〜75μm粒径のZr−B−Si(原子比で1:1:8)の粉末を得た。この粉末を用いたこと以外は実施例と同様にして回転カソードターゲットを作製した。セラミックス層の相対密度は91.5%で、O含有量は0.85wt%であった。
【0052】
この回転カソードターゲットを用い、マグネトロンスパッタ装置で成膜した。その結果1000Åの厚さのZrBSi膜(Zr:B:Si:O=1:1:8:18.5(原子比))の透明な薄膜を得た。実施例のZrBターゲットや実施例のZrSiターゲットの場合と同様にターゲットの化学組成の変化もなく、従来の窯業的手法によるプレーナ型ターゲットと比べ約3.5倍の成膜速度が得られ、パワーアップしても亀裂や破損は全く認められず、安定して高速成膜ができた。
【0053】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、回転カソードターゲットを溶射法を用いて作成するので、従来のセラミックス製造設備を必要とせず、また加工接合工程なしに容易に低コストで短時間に作成でき、多くの無機質材料に対して適用できる。特にセラミックス化が困難な高融点物質や高融点金属は粉末状の方が廉価であり、このような物質をターゲットとする場合に特に効果的である。
【0054】
また、本発明の方法において非酸化雰囲気でセラミックス層を形成する場合には、酸化しやすい金属や二成分系以上の化合物をターゲットにする際でも、化学組成の変化もなく均質なターゲットを形成できる。
【0055】
また、本発明の方法によればセラミックス層とターゲットホルダーとのボンディングも不用で、容易にターゲットが製造でき、またセラミックス層の侵食部分の再生も可能である。
【0056】
本発明の回転カソードターゲットを用いれば、スパッタ時の冷却効率も高く、スパッタパワーを高くしてもターゲットの亀裂や破損がないため、低温で安定して高速成膜ができ、建築用や自動車用の大面積ガラスの生産性が著しく向上しターゲット利用効率も高くなるなど工業的価値は多大である。
【0057】
また、特定の組成の回転カソードターゲットを用いれば、高耐久性を有するとともにBおよび/またはSiの添加量により屈折率を制御でき光学設計の自由度も併せもつ非晶質酸化物膜を提供できる。
非晶質酸化物膜は、高耐擦傷性、高耐摩耗性、高化学的耐久性を有するので各種物品のオーバーコートとして広く使用できる。例えば、建築用や車両用等の熱線反射ガラス、バーコードリーダーの読取り部の保護板、反射防止膜、眼鏡用レンズなどの最外層に最適である。また摺動部材のコート材にも使用できる。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a ceramic rotating cathode target used for forming a ceramic film, in particular, a transparent amorphous oxide film having excellent durability by sputtering, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thin film formed on a transparent substrate such as glass or plastic to add an optical function includes mirrors, heat ray reflective glass, low radiation glass, interference filters, antireflection coatings for camera lenses and eyeglass lenses, and the like.
In a normal mirror, Ag is formed by electroless plating, and Al, Cr, or the like is formed by vacuum deposition or sputtering. Of these, the Cr film is relatively strong and is used as a surface mirror with the coated surface exposed.
[0003]
In heat ray reflective glass, titanium oxide, tin oxide, or the like has been formed by a spray method, a CVD method, an immersion method, or the like. Recently, a metal film, nitride film, tin-doped indium oxide (ITO) film or the like formed on the glass surface by a sputtering method has been used for heat ray reflective glass. The sputtering method is easy to control the film thickness, can form a plurality of films continuously, and can design transmittance, reflectance, color tone and the like in combination with a transparent oxide film. For this reason, demand is growing for buildings that emphasize design.
[0004]
Low emission glass that reflects radiant heat from indoor heaters and walls to the indoor side is a three-layer system of ZnO / Ag / ZnO in which silver is sandwiched between zinc oxides or ZnO / Ag / ZnO / Ag / It has a structure such as a five-layered ZnO system (see Japanese Patent Laid-Open No. 63-239043) and is used in the form of double-layer glass or laminated glass. In recent years, the spread in the cold regions of Europe is remarkable.
An antireflection coating such as a lens is formed by alternately laminating a high refractive index film such as titanium oxide or zirconium oxide and a low refractive index film such as silicon oxide or magnesium fluoride. Usually, a vacuum evaporation method is used. During film formation, the substrate is heated to improve scratch resistance.
[0005]
Antireflection coatings such as surface mirrors, single-plate heat ray reflecting glass and lenses are used in a state where the coated film is exposed to the air. For this reason, it must be excellent in chemical stability and wear resistance. On the other hand, defective products are generated due to scratches during transportation and handling even before low reflection glass becomes multilayer glass or laminated glass. Therefore, a protective film that is stable and excellent in wear resistance or an optical thin film that also serves as a protective film is desired.
[0006]
In order to improve durability, a chemically stable and transparent oxide film is usually provided on the air side. Examples of the oxide film include a titanium oxide film, a tin oxide film, a tantalum oxide film, a zirconium oxide film, and a silicon oxide film, which have been selected and used according to the required performance.
However, titanium oxide films and zirconium oxide films are excellent in chemical stability, but tend to be crystalline films and have a tendency to increase surface irregularities, which increases friction when rubbed and wear resistance. Inferior to On the other hand, the tin oxide film and the silicon oxide film are each weak against acid alkali and cannot withstand long-time immersion. Of these, the tantalum oxide film has both wear resistance and chemical stability, but is not sufficient in terms of wear resistance.
[0007]
Titanium oxide films, tin oxide films, tantalum oxide films, and zirconium oxide films have a relatively high refractive index, while silicon oxide films have a relatively low refractive index, allowing freedom of optical design in order to provide various optical functions. There is a limit on the degree.
[0008]
Thus, there is a demand for a thin film having high durability and having a wide optical design freedom. The present applicant disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-187733 as such a highly durable thin film, at least one of Zr, Ti, Hf, Sn, Ta, In, Cr, B (boron), Si (silicon), A target composed mainly of at least one of O (oxygen) and an amorphous oxide film formed by sputtering the target have been proposed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, a planar target for sputtering is formed through a long process of mixing and forming inorganic compound raw materials and processing and bonding to form a shape suitable for a sputtering apparatus. Of these, the jig, firing, processing, bonding, and other processes do not require a large jig device when the target is small, but the jig device is large for a large production machine target, and ceramics are also used for bonding. When the target is joined to the target holder metal plate, it is manufactured by dividing and joining the target holder. However, labor and cost are required such as using a large-scale apparatus and a large amount of expensive In solder.
[0010]
Furthermore, in sputtering on large-area glass for construction, high sputtering power is applied to increase the productivity to increase productivity. In this case, the film formation rate is limited by cooling the target, Troubles such as cracking and peeling occur.
[0011]
A new type of magnetron type rotary cathode target which improves these points is known (see Japanese Patent Publication No. 58-500194). This is because magnetic field generation means is installed inside the cylindrical target, and sputtering is performed while rotating the target while cooling from the inside of the target, so that a larger power per unit area can be applied than a planar target. Therefore, high-speed film formation is possible. Most magnetron rotary cathode targets are targets composed of a cylindrical rotary cathode made of a metal or alloy to be sputtered, but if the material to be sputtered is soft or brittle, a metal or alloy is cylindrical. A target manufactured on a target holder.
[0012]
However, in the case of a metal target, oxide films, nitride films, carbide films, etc. can be formed in various sputter atmospheres, and coating of multilayer films is possible. In addition, the low melting point metal target has the disadvantage that it melts when power is applied too much, and a ceramic target is desired.
[0013]
In JP-A-60-181270, a method for producing a sputter target by thermal spraying has been proposed. However, the difference in thermal expansion between ceramics and metal is so large that the thermal sprayed film cannot be made thick, and adhesion due to thermal shock during use is also low. There are problems such as lowering and peeling. There is also a method of manufacturing a ceramic sintered body in a cylindrical shape and joining it to the target holder metal with In metal, but it is difficult to make and costs high.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a method for manufacturing a ceramic rotating cathode target, a ceramic target cathode is formed on the outer surface of a cylindrical target holder. After roughing the outer surface, a layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the ceramic layer and the thermal expansion coefficient of the target holder on the outer surface,andThe thermal expansion coefficient of the ceramic layer is ± 2 × 10-6A layer of a metal or alloy having a coefficient of thermal expansion in the range of / ° C.In this orderA ceramic rotating cathode target formed as an undercoat and then transported and adhered to the undercoat with the high-temperature gas while the ceramic powder is in a semi-molten state in a high-temperature gas to form the ceramic layer A manufacturing method is provided.
[0015]
  The present invention also relates to a ceramic rotating cathode target in which a ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed on a roughened outer surface of a cylindrical target holder.On the outer surface of the target holder as an undercoat between the ceramic layer and the target holderA layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the ceramic layer and the thermal expansion coefficient of the target holder,andThe thermal expansion coefficient of the ceramic layer is ± 2 × 10-6A layer of a metal or alloy having a coefficient of thermal expansion in the range of / ° C.In orderA ceramic rotary cathode target (hereinafter simply referred to as a rotary cathode target) is provided.
[0016]
In the method of the present invention, ceramic powder is made into a semi-molten state using, for example, a plasma spraying apparatus, and thermally sprayed and adhered to a target holder to form a ceramic layer directly serving as a target. This is the process of filling the mold with powder and press molding, sintering it in an electric furnace, sintering it by hot pressing, modifying it into an appropriate shape, and joining the ceramic and the holder Do not need. When obtaining a thermal spray powder, in the case of a complex compound that is not easily available, it is prepared using chemical synthesis or solid phase reaction. The thermal spray powder can be used by pulverizing and classifying it so as to have a particle size suitable for thermal spraying and easy to flow.
[0017]
The ceramic powder used in the present invention is produced, for example, by the following method. Zr, B, Si, ZrB2 , ZrSi2 , ZrO2 (Y2 OThree , CaO, MgO, etc. added 3 to 8 mol% ZrO2 ), B2 OThree , SiO2 High temperature using chemical synthesis or solid-phase reaction of powder or mixed powder (mixed with carbon powder to reduce oxide if necessary) By firing in an atmospheric furnace, a lump single or composite powder is obtained. The same applies to borides and silicides of metals such as Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In, and Cr.
[0018]
It is preferable to obtain a ceramic powder to be thermally sprayed by pulverizing this powder and classifying it to a particle size of about 10 to 75 μm. If it is larger than 75 μm, it is difficult to be in a semi-molten state in a high-temperature gas, and if it is smaller than 10 μm, it is dispersed in the gas at the time of thermal spraying and is difficult to adhere on the target holder.
The aforementioned ceramic powder may contain Fe, Al, Mg, Y, Mn, and H in total of 3 wt% or less, and C is CO during film formation.2 Therefore, it may disappear, so C may be contained in an amount of 20 wt% or less. Furthermore, impurities such as Cu, V, Co, Rh, Ir, etc. may be included.
[0019]
As the cylindrical target holder, it is possible to use stainless steel, copper, Ti, Mo having a thermal expansion coefficient approximate to that of a ceramic layer, or the like. Prior to thermal spraying of ceramic powder, the outer surface of the cylindrical target holder is made of Al to improve adhesion.2 OThree It is necessary to roughen it by sandblasting using SiC abrasive grains. Prior to thermal spraying of ceramic powder, the outer surface of the cylindrical target holder is processed into a V-groove shape or screw shape, and then Al2 OThree It is also preferable that the surface is roughened so as to improve the adhesion by sandblasting using SiC abrasive grains.
[0020]
  The cylindrical target holder with a roughened outer surface is coated with an undercoat to reduce the thermal expansion difference between the ceramic layer and the target holder and to increase the adhesion so that peeling due to heat shock during sputtering does not occur. Form. As such an undercoat, a layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the target holder and the ceramic layer (hereinafter referred to as A layer), or a layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient close to that of the ceramic layer (Hereinafter referred to as B layer) is formed (preferably formed by plasma spraying the powder).Is preferable.In the present invention,Both layers are formed and the structure of target holder / A layer / B layer / ceramic layerYouThe
[0021]
Even if the undercoat is only the B layer, the metal or alloy has high elasticity and small brittleness, so that the adhesion between the ceramic layer and the target holder of the target material can be increased. The thermal expansion coefficient of the B layer is the thermal expansion coefficient ± 2 × 10 of the ceramic layer.-6Value within the range of / ℃The
[0022]
Undercoat materials include Mo, Ti, Ni, Nb, Ta, W, Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y, Ni-Co-Cr-Al-Y. A conductive powder such as can be used. The thickness of the undercoat is preferably about 30 to 100 μm.
[0023]
The material of the undercoat varies depending on the thermal expansion coefficient of the ceramic layer (the thermal expansion coefficient such as Cu or SUS304 that can be used for the target holder is 17 to 18 × 10-6/ ° C. ).
[0024]
For example, the ceramic layer may be Zr-B, Zr-B-Si, Hf-Si, Ti-B, Cr-Si, Sn-Si, Zr-Si (Zr: Si (atomic ratio)). = When Zr is less than 33:67), etc. (thermal expansion coefficient 5-6 × 10-6/ ° C.), the preferred coefficient of thermal expansion of the undercoat A layer is 12 to 15 × 10-6The material includes Ni, Ni—Al, Ni—Cr, Ni—Cr—Al, Ni—Cr—Al—Y, Ni—Co—Cr—Al—Y, and the like. Moreover, the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 5 to 8 × 10.-6The material includes Mo, W, Ta, Nb and the like.
[0025]
The ceramic layer is Ta-B, Ta-Si, Ti-Si (when Ti is less than Ti: Si (atomic ratio) = 33: 67), Zr-Si (Zr: Si (atomic ratio)) = 33:67 or when there is more Zr, ZrSi2 (Including thermal expansion coefficient) 8-9 × 10-6/ ° C.), the preferred coefficient of thermal expansion of the undercoat A layer is 12 to 15 × 10-6The material includes Ni, Ni—Al, Ni—Cr, Ni—Cr—Al, Ni—Cr—Al—Y, Ni—Co—Cr—Al—Y, and the like. Moreover, the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 8 to 10 × 10.-6The material includes Ti, Nb, and the like.
[0026]
  When the ceramic layer is Cr-B, Ti-Si (Ti: Si (atomic ratio) = 33: 67 or more Ti than this, TiSi2System) (including thermal expansion coefficient 10-13 × 10)-6/ ° C), the preferred coefficient of thermal expansion of the undercoat (B layer) is 10 to 13 × 10.-6The material includes Ni, Ni—Al, Ni—Cr, Ni—Cr—Al, Ni—Cr—Al—Y, Ni—Co—Cr—Al—Y, and the like.. OrAmong such undercoat materials, the composition ratio may be changed to provide two layers having a thermal expansion coefficient layer close to the target holder and a thermal expansion coefficient layer close to the ceramic layer.
[0027]
On top of that, the above ceramic powder is put in a high-temperature gas, preferably Ar, N2 Semi-molten in a high-temperature gas in a non-oxidizing atmosphere such as He or the like (“in a high-temperature gas in a non-oxidizing atmosphere” means a high-temperature gas shielded in a non-oxidizing atmosphere; the same applies hereinafter) The ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed by transporting and adhering onto the undercoat with a high-temperature gas while maintaining the state. In particular, it is preferably formed by a plasma spraying method performed in high temperature gas plasma (further, in high temperature gas plasma in a non-oxidizing atmosphere). By inserting the undercoat, a stable ceramic layer having a thickness of 2 to 5 mm can be formed.
[0028]
Further, when forming the above-described undercoat, it is preferable to form the undercoat by a plasma spraying method in a high-temperature gas plasma (particularly in a high-temperature gas plasma in a non-oxidizing atmosphere).
[0029]
When a ceramic layer is formed by adhering the ceramic powder to the undercoat in a high-temperature gas in a non-oxidizing atmosphere while adhering it to the undercoat, there is little oxidation of the ceramic powder during the formation of the ceramic layer, and the chemical composition A uniform ceramic layer can be formed without variation.
[0030]
The rotating cathode target produced in this way has good heat conduction from the target material to the target holder and further to the cathode electrode, and because it is firmly attached to the target holder, a high sputtering power is applied to increase the deposition rate. In this case, the cooling is sufficiently performed, and a large amount of electric power can be supplied per unit area without the target peeling or cracking due to a sudden heat shock.
[0031]
Furthermore, in the production method of the present invention, when the ceramic layer is formed in a non-oxidizing atmosphere, a homogeneous target can be formed with little oxidation during the formation of the ceramic layer and no change in chemical composition.
[0032]
Further, since the erosion zone of the ceramic layer becomes the entire surface, there is an advantage that the utilization efficiency of the target is higher than that of the planar type. It is also possible to regenerate the original state by spraying a sprayed powder of the same material on the portion where the ceramic layer is reduced. Furthermore, it is easy to give the thickness of the ceramic layer a distribution depending on the location, whereby the thickness distribution of the thin film to be generated can be controlled by giving the magnetic field strength and temperature distribution on the surface of the ceramic layer.
[0033]
[0034]
Furthermore, the rotating cathode target of the present invention can be used in both DC (direct current) and RF (high frequency) sputtering apparatuses by magnetron sputtering, and high-speed film formation and target utilization efficiency are large, so that film formation can be performed stably. .
[0035]
A thin film formed using a rotating cathode target in which B and / or Si is added to an oxide such as Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In, and Cr is amorphous. It becomes quality. This is presumably because B and / or Si breaks the lattice of the oxide, prevents the growth of the crystal grains of the oxide, and makes the film more amorphous. It is considered that the amorphous film has a lower friction coefficient as a result of the fact that the amorphous film has fewer irregularities on the film surface than the film that is a collection of microcrystals.
[0036]
For this reason, it is considered that the amorphous film is very excellent in lubricity and has few scratches, so that it is difficult to be scratched by friction, and has high scratch resistance and high wear resistance.
[0037]
【Example】
[referenceExample 1] (Example of undercoat 1 layer, Ar gas plasma)
  In this example, a transparent amorphous oxide film having excellent durability can be stably formed at high speed.2A method of manufacturing a rotating cathode target for ceramics magnetron sputtering will be described.
  ZrO as a ceramic powder material for thermal spraying2, B2O3The carbon mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This bulk powder was pulverized and classified, and ZrB having a particle size of 20 to 45 μm having a purity of 99.5% was obtained.2A powder was obtained.
[0038]
A copper cylindrical target holder with an inner diameter of 50.5 mmφ x outer diameter of 67.5 mmφ x length of 406 mm is mounted on a lathe, and the outer surface side is made of Al.2 OThree The surface was roughened by sandblasting using abrasive grains to roughen the surface to a roughened surface. Next, as an undercoat, Ni—Al (9: 1) alloy powder was plasma sprayed (using a Metco sprayer) to give a coating having a thickness of 50 μm.
This plasma spraying is performed using Ar gas as the plasma gas, applying a power of 700 A / 35 KV at a flow rate of 42.5 liters per minute, and Ni—Al (9: 1) by using Ar gas plasma at 10,000 to 20000 ° C. The alloy powder was heated instantaneously and transported with the gas to the target holder where it was agglomerated. The operation of moving the plasma spray gun left and right while rotating the target holder on a lathe was repeated many times to form an undercoat.
[0039]
Next, the above ZrB2 ZrB with a final thickness of 3 mm using the same plasma spraying method with powder2 A rotating cathode target coated with was obtained.
ZrB obtained in this way2 A rotating cathode target made of magnet is loaded into a magnetron sputtering device and ZrB is placed on a glass substrate.x Oy A film (Zr: B: O = 1: 2: 5 (atomic ratio)) was formed. Sputtering is Ar and O2 1 × 10 in a mixed atmosphere-3~ 1x10-2A vacuum of about Torr was performed to obtain a transparent amorphous oxide film having a thickness of 1000 mm.
[0040]
The above-mentioned target was more robust against damage due to heat shock than a planar target in which ceramics were made by a conventional ceramic technique and attached to a target holder. In the above-mentioned conventional planar target, cracks occur and some peeling occurs when the sputtering power is about 2.5 kW. However, the rotating cathode target according to the present invention shows no cracks even at 5 kW and is stable without arcing. The film formation rate of 25 速度 / sec with the conventional planar target was about 4 times as high as the film formation rate of 100 Å / sec with the rotating cathode target of the present invention.
[0041]
[referenceExample 2] (Example of undercoat 1 layer, Ar gas plasma)
  ZrO as a ceramic powder material for thermal spraying2, SiO2The carbon powder mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This bulk powder was pulverized and classified, and ZrSi having a particle size of 20 to 75 μm with a purity of 99.5%.2A powder was obtained. With this powderreferenceA rotating cathode target was prepared in the same manner as in Example 1, and a film was formed using a magnetron sputtering apparatus. As a result, ZrSi with a thickness of 1000 mmxOyA transparent thin film (Zr: Si: O = 1: 2: 6 (atomic ratio)) was obtained. In addition, the film formation rate was about four times as high as that of the conventional planar target by the ceramic technique, and no damage was observed even after power-up.
[0042]
[referenceExample 3] (Example of undercoat 1 layer, Ar gas plasma)
  ZrO as a raw material for thermal spraying2, SiO2, B2O3The carbon powder mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This massive powder was pulverized and classified to obtain a Zr-B-Si (atomic ratio of 1: 1: 8) powder having a purity of 99.5% and a particle diameter of 20 to 75 μm. With this powderreferenceA rotating cathode target was prepared in the same manner as in Example 1, and a film was formed using a magnetron sputtering apparatus. As a result, ZrB with a thickness of 1000 mmxSiyOzA transparent thin film of the film (Zr: B: Si: O = 1: 1: 8: 18.5 (atomic ratio)) was obtained. In addition, the film formation rate was about 3.5 times that of the conventional planar target by the ceramic technique, and no cracks or breakage was observed even when the power was increased, and stable high-speed film formation was achieved.
[0043]
[Example1] (Example of two undercoat layers and Ar gas shield atmosphere)
  ZrO as a ceramic powder material for thermal spraying2, B2O3The carbon mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This bulk powder was pulverized and classified, and ZrB having a particle size of 20 to 45 μm having a purity of 99.5% was obtained.2A powder was obtained.
[0044]
A copper cylindrical target holder having an inner diameter of 50.5 mmφ, an outer diameter of 67.5 mmφ, and a length of 406 mm is mounted on a lathe, and the outer surface side is machined into a screw shape.2 OThree The surface was roughened by sand blasting using abrasive grains to make it rough. Next, as an undercoat, Ni—Al (compounding weight ratio 8: 2) alloy powder was plasma sprayed (using a Metco sprayer) in an Ar gas shield atmosphere to give a coating having a thickness of 50 μm.
On top of this, ZrB2 Mo metal powder that approximated the thermal expansion coefficient was plasma sprayed in an Ar gas shield atmosphere to obtain a coating having a thickness of 50 μm.
[0045]
This plasma spraying in an Ar gas shield atmosphere is performed in an atmosphere in which a plasma spray gun and a cylindrical target holder are surrounded by a metal shield box and Ar gas is flowed in a spiral shape therein, and Ar gas is converted into plasma. It is used as a gas at a flow rate of 42.5 liters per minute by applying a power of 700 A and 35 KV. Ar gas plasma of 10,000 to 20000 ° C. is used to produce alloy powder of Ni—Al (compounding weight ratio 8: 2) or Mo. The metal powder was heated instantaneously and transported with the gas to the target holder where it was agglomerated. The operation of moving the plasma spray gun left and right while rotating the target holder on a lathe was repeated many times to form an undercoat.
[0046]
Next, the above ZrB2 ZrB with a final thickness of 3 mm using the same plasma spraying method with powder2 A rotating cathode target coated with was obtained.
The relative density of the ceramic layer was 90%. O in the ceramic layer2 The content was 1.1 wt%.
[0047]
ZrB obtained in this way2 A rotating cathode target made of magnet is loaded into a magnetron sputtering device and ZrB is placed on a glass substrate.x Oy A film (Zr: B: O = 1: 2: 5 (atomic ratio)) was formed. Sputtering is Ar and O2 1 × 10 in a mixed atmosphere-3~ 1x10-2A vacuum of about Torr was performed to obtain a transparent amorphous oxide film having a thickness of 1000 mm. The chemical composition (Zr / B ratio) of this amorphous film was the same as that of the target (Zr / B ratio).
[0048]
The above-mentioned target was more robust against damage due to heat shock than a planar target in which ceramics were made by a conventional ceramic technique and attached to a target holder. In the above-mentioned conventional planar target, cracks occur and some peeling occurs when the sputtering power is about 2.5 kW. However, the rotating cathode target according to the present invention shows no cracks even at 5 kW and is stable without arcing. The conventional planar target had a film formation rate of 25 Å / sec, and the rotary cathode target of the present invention had a high film formation rate of 100 Å / sec, which is about four times.
[0049]
[Example2] (Example of two undercoat layers and Ar gas shield atmosphere)
  ZrO as a ceramic powder material for thermal spraying2, SiO2The carbon powder mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This bulk powder was pulverized and classified, and ZrSi having a particle size of 20 to 75 μm with a purity of 99.5%.2A powder was obtained. ZrB2Example except that this powder was used instead of the powder, and Ti metal powder was used instead of the Mo metal powder.1A rotating cathode target was prepared in the same manner as described above. The relative density of the ceramic layer is 92% and O2The content was 0.9 wt%.
[0050]
  Using this rotating cathode target, a film was formed by a magnetron sputtering apparatus. As a result, ZrSi with a thickness of 1000 mmxOyA transparent thin film (Zr: Si: O = 1: 2: 6 (atomic ratio)) was obtained. Example1ZrB2As in the case of the target, there was no change in the chemical composition of the target, and a film formation rate of about 4 times that of the conventional planar target by the ceramic method was obtained, and no damage was observed even when the power was increased.
[0051]
[Example3] (Example of two undercoat layers and Ar gas shield atmosphere)
  ZrO as a raw material for thermal spraying2, SiO2, B2O3The carbon powder mixture was reacted at a high temperature in a non-oxidizing atmosphere to obtain a massive sintered product. This massive powder was pulverized and classified to obtain a Zr-B-Si (atomic ratio of 1: 1: 8) powder having a purity of 99.5% and a particle diameter of 20 to 75 μm. Except for using this powder1A rotating cathode target was prepared in the same manner as described above. The relative density of the ceramic layer is 91.5% and O2The content was 0.85 wt%.
[0052]
  Using this rotating cathode target, a film was formed by a magnetron sputtering apparatus. As a result, ZrB with a thickness of 1000 mmxSiyOzA transparent thin film of the film (Zr: B: Si: O = 1: 1: 8: 18.5 (atomic ratio)) was obtained. Example1ZrB2Targets and examples2ZrSi2As with the target, there is no change in the chemical composition of the target, and the film formation speed is approximately 3.5 times that of a conventional planar type target. The film could be stably formed at a high speed.
[0053]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, since the rotating cathode target is prepared using a thermal spraying method, a conventional ceramic production facility is not required, and it can be easily produced at a low cost in a short time without a work joining process. Applicable to inorganic materials. In particular, high melting point materials and high melting point metals that are difficult to be made into ceramics are cheaper in powder form, and are particularly effective when such materials are targeted.
[0054]
In addition, when the ceramic layer is formed in a non-oxidizing atmosphere in the method of the present invention, a homogeneous target can be formed without changing the chemical composition even when targeting a metal that easily oxidizes or a compound of two or more components. .
[0055]
Further, according to the method of the present invention, the bonding between the ceramic layer and the target holder is unnecessary, the target can be easily manufactured, and the eroded portion of the ceramic layer can be regenerated.
[0056]
If the rotating cathode target of the present invention is used, the cooling efficiency at the time of sputtering is high, and even if the sputtering power is increased, there is no cracking or breakage of the target. The industrial value is enormous, such as significantly improving the productivity of large area glass and increasing the efficiency of target utilization.
[0057]
In addition, if a rotating cathode target having a specific composition is used, an amorphous oxide film having high durability and having a degree of freedom in optical design that can control the refractive index by the addition amount of B and / or Si can be provided. .
An amorphous oxide film has high scratch resistance, high wear resistance, and high chemical durability, and therefore can be widely used as an overcoat for various articles. For example, it is most suitable for outermost layers such as heat ray reflective glass for buildings and vehicles, a protective plate for a reading part of a barcode reader, an antireflection film, and a lens for spectacles. It can also be used as a coating material for sliding members.

Claims (5)

円筒状ターゲットホルダーの外表面に、スパッタすべきターゲットとなるセラミックス層を形成するセラミックス回転カソードターゲットの製造方法において、円筒状ターゲットホルダーの外表面を荒面加工した後、その外表面上に、前記セラミックス層の熱膨張係数と前記ターゲットホルダーの熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、および、前記セラミックス層の熱膨張係数に対し±2×10−6/℃の範囲内にある熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、をこの順にアンダーコートとして形成し、次いで、セラミックス粉末を高温ガス中で半溶融状態にしつつ前記高温ガスにより前記アンダーコート上に輸送して付着させ、前記セラミックス層を形成することを特徴とするセラミックス回転カソードターゲットの製造方法。In a method for manufacturing a ceramic rotating cathode target in which a ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed on the outer surface of a cylindrical target holder, after roughening the outer surface of the cylindrical target holder, A layer made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the ceramic layer and the thermal expansion coefficient of the target holder, and ± 2 × 10 −6 / ° C. with respect to the thermal expansion coefficient of the ceramic layer A layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient within a range is formed as an undercoat in this order, and then the ceramic powder is transported onto the undercoat by the high temperature gas while being in a semi-molten state in the high temperature gas. The ceramic rotating cathode is characterized in that the ceramic layer is formed by attaching Manufacturing method of de target. セラミックス粉末が、Zr、Ti、Ta、Hf、Mo、W、Nb、Sn、La、In、Crのうち少なくとも1種と、B、Si、Oのうち少なくとも1種とを主成分とする粉末である請求項1に記載の製造方法。The ceramic powder is a powder mainly composed of at least one of Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In, and Cr and at least one of B, Si, and O. The manufacturing method according to claim 1 . 円筒状ターゲットホルダーの荒面加工された外表面上に、スパッタすべきターゲットとなるセラミックス層が形成されてなるセラミックス回転カソードターゲットにおいて、前記セラミックス層と前記ターゲットホルダーとの間にアンダーコートとして、前記ターゲットホルダーの外表面上に、前記セラミックス層の熱膨張係数と前記ターゲットホルダーの熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、および、前記セラミックス層の熱膨張係数に対し±2×10−6/℃の範囲内にある熱膨張係数を有する金属または合金からなる層、が順に形成されてなることを特徴とするセラミックス回転カソードターゲット。In a ceramic rotating cathode target in which a ceramic layer to be a target to be sputtered is formed on the roughened outer surface of the cylindrical target holder, an undercoat is provided between the ceramic layer and the target holder as described above. on the outer surface of the target holder, a layer made of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient of the ceramic layer and the target holder, and, with respect to the thermal expansion coefficient of the ceramic layer A ceramic rotary cathode target comprising a layer made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient in a range of ± 2 × 10 −6 / ° C. in order . セラミックス層が、Zr、Ti、Ta、Hf、Mo、W、Nb、Sn、La、In、Crのうち少なくとも1種と、B、Si、Oのうち少なくとも1種とを主成分とする請求項に記載のセラミックス回転カソードターゲット。The ceramic layer is mainly composed of at least one of Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In, and Cr and at least one of B, Si, and O. ceramic rotary cathode target according to 3. 請求項3または4に記載のセラミックス回転カソードターゲットをスパッタすることにより膜を形成することを特徴とする成膜法。A film forming method comprising forming a film by sputtering the ceramic rotating cathode target according to claim 3 .
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JP4614037B2 (en) * 2000-09-08 2011-01-19 Agcセラミックス株式会社 Cylindrical target
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FR2881757B1 (en) * 2005-02-08 2007-03-30 Saint Gobain THERMAL PROJECTION DEVELOPING METHOD OF TARGET BASED ON SILICON AND ZIRCONIUM
US20080011599A1 (en) 2006-07-12 2008-01-17 Brabender Dennis M Sputtering apparatus including novel target mounting and/or control
KR101137906B1 (en) * 2006-08-03 2012-05-03 삼성코닝정밀소재 주식회사 Rotatable target assembly
JP2008258516A (en) 2007-04-09 2008-10-23 Funai Electric Co Ltd Piezoelectric element and film formation method for crystalline ceramics
EP3541762B1 (en) 2016-11-17 2022-03-02 Cardinal CG Company Static-dissipative coating technology
CN109352153A (en) * 2018-12-06 2019-02-19 烟台首钢磁性材料股份有限公司 A kind of preparation facilities being used to form rare earth metal target and preparation method

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