JP5089869B2

JP5089869B2 - 成形型及び板状焼結体の製造方法

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Publication number: JP5089869B2
Application number: JP2005242146A
Authority: JP
Inventors: 馨里之園; 直人樋高
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: JP2007055055A

Description

本発明は、成形型、板状焼結体及びその製造方法、並びにスパッタリングターゲット及びその製造方法に関し、特に泥漿鋳込み用の成形型、成形体原料のスラリーをこの成形型に流し込んで泥漿鋳込み成形した後に焼成して製造された板状焼結体及びその製造方法、並びにこの製造方法を用いて製造されたスパッタリングターゲット及びその製造方法に関するものである。

セラミックの成形方法の一つである泥漿鋳込み成形は、低粘度のスラリー(泥漿)を石膏型等の吸水性の鋳型中に流し込み、その鋳型の成形室内壁に粉体の堆積層を形成させ、乾燥した後、鋳型から取り出して成形体を得る方法であり、両面着肉法及び片面着肉法がある。この鋳込み成形法は、他の成形法では製造の困難な花瓶等の薄肉中空の成形体や中実の成形体を作ることができること、また、石膏型が安価であり、修正等も容易であることから少量多品種の製品の製造に向く特徴を有している。

一方、平板状で中実なＩＴＯ成形体を焼成して得られたＩＴＯ焼結体をターゲット材として用い、アルゴンプラズマ等によるスパッタリングを行うことにより、太陽電池、液晶ディスプレイ等の透明な導電膜が製作されている。上記泥漿鋳込み成形法を利用して、インジウム化合物及びスズ化合物を含むスラリーを成形した後に、焼成することによって大型のＩＴＯスパッタリングターゲットを安価に製造することが可能である。このスパッタリングターゲットを用いて製作されるＩＴＯ透明導電膜は、ターゲット材であるＩＴＯ焼結体の密度と微細構造との影響が大きく、良質のＩＴＯ透明導電膜を得るためには、ＩＴＯ焼結体が高密度でかつ均一な組成であることが要求されている。

従来、平板状で中実なＩＴＯ成形体を成形するための鋳型は、石膏からなる上型及び下型を合体させて作られている。この石膏型の内部空間である成形室に、酸化インジウム及び酸化スズを含むスラリーを流し込むと、スラリーの固形分が上型及び下型の各内面に付着し、やがて着肉が成長して固形分が石膏型の内部空間を充填する。しかしながら、形成されたＩＴＯ成形体の中心部分は上型及び下型のあわせ面となるため、着肉同士の合わせ面となり、高密度になりにくい。このため、従来のＩＴＯ成形体は芯部分が焼成時にクラックの発生の起点となったり、或いはクラックが発生しなくても、ターゲットとして用いた場合、スパッタリングが進行してＩＴＯ焼結体の芯の部分まで消耗したときにターゲット表面がきわめて粗く変化し、スパッタレートの低下が起こる上、パーティクルの発生さえ生じることがあり、良質な透明導電膜が得られない一因となっていた。

そこで、上述した問題を解決するための成形型及びこの成形型を用いて形成した成形体並びに燒結体の製造方法が提案されている(例えば、特許文献１及び２参照)。この場合、成形体の製造方法において、スラリーを成形する成形型として、成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、この下型の上面に被さる非吸液性の上型とから構成されている成形型、或いは成形用凹部が上面に設けられた非吸液性の下型と、この下型の上面に被さる吸液性の上型とから構成されている片面着肉法用の成形型が提案されている。この吸液性の型は、石膏等の吸液性の材料から構成されており、非吸液性の型は、シリコーン、ウレタン等の非吸液性の材料から構成されている。下型の成形用凹部は、略直方位体形状の主部と該主部の両端の夫々に或いは片端に配置された略直方体形状の付属部から構成されている。この付属部の下面にはスラリーの鋳込み口が配設されている。上記成形型を用いて成形体を製造方法する際には、成形時に成形型の一方の非吸液性の型からはスラリー中の溶媒である水を吸収することができないため、形成すべきＩＴＯ成形体の厚みが大きくなるにしたがって排水性能が悪くなって、成形体を得るのに多大な時間を要したり、また、成形体が部分的に十分排水されなくなるため、成形型から成形体を取り出す際に、成形体の十分に排水されない部分において欠け及び／又は割れ等の不具合が発生する。また、成形用凹部を構成する主部及び付属部が略直方体形状であるため、成形体を成形型から取り外す際に、成形体の外周縁部、特に成形体の角部における欠けの発生及び／又はこの欠けに起因した割れの発生する虞があり、成形体の歩留まりが低下する問題があった。
特開平９−２７２１０９号公報(特許請求の範囲等) 特開平１１−１９９１０号公報(特許請求の範囲等)

本発明は、上記従来技術の不具合を解決するために創作されたものであり、成形体の製造歩留まりを向上し且つ成形時間を改善できる成形型、この成形型を用いて得られた板状焼結体及びその製造方法、並びにこの製造方法により製造されたスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の泥漿鋳込み用の成形型は、成形室として機能する深さｄの成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、この下型の上面に被さる吸液性の上型とからなり、成形用凹部の側面と底面との作る辺が、曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有していることを特徴とする。

このように構成された両面着肉法用の成形型の場合、下型及び上型を吸液性にしたことで成形型でのスラリー中の溶媒である水の排水効率が向上され、その結果、成形時間を短くすることができると共に、成形体中に残留した溶媒が成形体の厚さ方向において濃度差を発生することを抑制できるので、成形体が乾燥中に収縮する量が厚さ方向において均等になり、成形体に割れやクラックが発生するのを防止できると共に、以後の工程で成形体を焼成して製造した板状焼結体に反りが発生するのを抑制することができる。また、成形用凹部の隅に、すなわち成形用凹部の側面と底面との作る辺に、曲率半径が(１／２)×ｄ以上のアールを設けることにより、成形体を成形型から取り外す際に、成形体の外周縁部に発生する割れ及び／又は欠けを防止することができ、その結果、歩留まりを向上することができる。

上記成形型における曲率半径が(１／２)×ｄ未満であると、成形体の外周縁部に発生する割れ及び／又は欠けを防止することができず、歩留まりが悪くなる。

上記深さｄは１５ｍｍ以上でよい。深さｄが１５ｍｍ未満であると、得られる板状燒結体の厚さが薄すぎ、経済的ではない。

上記成形型において、成形用凹部が主部と付属部とから構成されており、この主部が略矩形状の上面を有し、主部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれ曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有し、主部の側面の１つがこの側面の両端部分のアールの開始部分から終端部分までの任意の位置から凹部の長手方向外側に突出して付属部を形成し、この突出した付属部の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有すると共に、付属部の側面と底面との作る辺が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有していることが好ましい。上記付属部の先端部分のアールが１５ｍｍ未満であると、成形室内でのスラリーの流れが悪くなり、成形室の隅々まで充分にスラリーが供給されない虞がある。また、上記付属部の側面と底面との作る辺のアールが(１／２)×ｄ未満であると、成形体における付属部に相当する部分にクラックが生じる虞がある。

上記成形型において、付属部には成形体原料のスラリーの鋳込み口が配設されている。

本発明の成形型においては、上型の下型に対向する面が平面状であっても良いし、或いは下型の上面に設けられた凹部に対応する上型の部分に凹部が設けられたものでもよい。

本発明の板状焼結体の製造方法は、セラミック原料粉末、溶媒及び有機添加物を含むスラリーを泥漿鋳込み成形した後に、焼成して板状焼結体を製造する板状焼結体の製造方法において、泥漿鋳込み用の成形型として、成形室として機能する深さｄの成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、該下型の上面に被さる吸液性の上型とからなり、該成形用凹部の側面と底面との作る辺が、曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有している成形型を用いることを特徴とする。

このように構成された成形型を用いることにより、上記したように、成形型でのスラリー中の溶媒である水の排水効率を向上することができ、その結果、上記したような効果を奏することができ、また、所定のアールを有している成形型を用いることにより、成形体製造の歩留まりを向上することができる。

また、上記した本発明の製造方法で用いる成形型のその他の構造については、上記成型型について説明した通りである。また、上記付属部に配設された鋳込み口からセラミック原料粉末、溶媒及び有機添加物を含むスラリーを鋳込み、成形体を形成する。

本発明の板状焼結体の製造方法で用いるセラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積Ｓは、７．７ｍ^２／ｇ≦Ｓ≦９．５ｍ^２／ｇであることが好ましい。

セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積Ｓが過剰に大きいと、すなわち９．５ｍ^２／ｇを超えると、成形時において、スラリー中の溶媒である水の排水効率が悪くなり、これに起因して成形時間が多くなる虞がある。また、セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積が過剰に小さいと、すなわち７．７ｍ^２／ｇ未満であると、泥漿鋳込み成形した後の成形体を焼成した際に、板状焼結体の相対密度が充分に上昇しない等の問題がある。ＢＥＴ比表面積が小さい場合、特に、本発明の製造方法をスパッタリングターゲットの製造に用いた際に、スパッタリングターゲットの密度を充分に上昇(相対密度９９．５以上に)することができないので、焼結密度が充分に上昇しないことに起因するスパッタリングターゲットの不具合、例えば、焼結密度が低いスパッタリングターゲットを用いてスパッタを行っていると、ターゲット表面に異物が発生し、スパッタ成膜中に異常放電とともに異物が飛散して基板上に形成される膜の品質が悪くなる等の不具合が生じる。

本発明の板状燒結体の製造方法によれば、燒結密度が高いスパッタリングターゲットを製造することができる。

本発明の成形型を用いれば、泥漿鋳込みの両面着肉により、厚さの厚いものでも割れ、クラックの発生もなく、大幅に形成時間が短縮され、そして安定した成形体を得ることができ、その結果、以後の焼成工程を経て、厚みが厚く、高純度、高密度である板状燒結体(例えば、スパッタリングターゲット)を大規模な装置を使用せずに、歩留まりよく製造することができるという効果を奏する。

本発明によれば、成形室として機能する深さｄ(例えば、１５ｍｍ以上)の成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、この下型の上面に被さる吸液性の上型とからなる成型型であって、成形用凹部の側面と底面との作る辺(二面角)が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有し、成形用凹部が、主部と付属部とから構成され、この主部が略矩形状の上面を有し、主部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれ曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有し、主部の側面の１つがこの側面の両端部分のアールの開始部分から終端部分までの任意の位置から凹部の長手方向外側に突出して付属部を形成し、この突出した付属部の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有すると共に、付属部の側面と底面との作る辺が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有している泥漿鋳込み用の成形型を用いて、セラミック原料粉末、溶媒及び有機添加物を含むスラリーを付属部に配設されている成形体原料のスラリーの鋳込み口から成型用凹部へ流し、泥漿鋳込み成形して成形体を作製し、その後、焼成して板状焼結体を製造する方法を提供することができる。

まず、以下の比較例で用いる成形型及び本発明に係わる成形型の実施の形態について説明する。

図１(ａ)及び(ｂ)に、比較例で用いる両面着肉法用の成形型を示す。成形型の下型１１の平面図を示す図１(ａ)及び成形型の断面図を示す図１(ｂ)から明らかなように、成型用凹部１２は、矩形状の上面を有し、かつ、凹部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれアールを有していない主部１３と、この主部の側面の１つである１３ａの所定の位置から凹部１２の長手方向外側に突出して形成された付属部１４とからなっている。この突出した付属部１４の先端部分は曲率半径１０ｍｍのアールＸを有し、この付属部１４の側面と底面との作る辺はアールを有していない。付属部１４には成形体原料のスラリーの鋳込み口１５が配設されている。図１中、ｄは凹部１２の深さを示し、１６は成形型の上型を示す。

図２(ａ)、(ｂ)及び(ｃ)に、本発明に係る成形型の一つの実施の形態を示す。成形型の下型２１の平面図を示す図２(ａ)、成形型の断面図を示す図２(ｂ)及び下型の斜視図を示す図(ｃ)から明らかなように、成型用凹部２２は、略矩形状の上面を有し、かつ、凹部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれアールＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する主部２３と、この主部の側面の１つである２３ａの両端部分のアールＡ及びＢの終端部分近傍から凹部２２の長手方向外側に突出して形成された付属部２４とからなっている。この突出した付属部２４の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールＥを有し、この付属部２４の側面２４ａと底面２４ｂとの作る辺は曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールＦを有している。付属部２４には成形体原料のスラリーの鋳込み口２５が配設されている。図２中、Ｇは、主部２３の側面２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのそれぞれと主部の底面２３ｅとが作る辺のアールを示し、ｄは凹部２２の深さを示し、２６は成形型の上型を示す。

図３(ａ)、(ｂ)及び(ｃ)に、本発明に係る成形型の別の実施の形態を示す。成形型の下型３１の平面図を示す図３(ａ)、成形型の断面図を示す図３(ｂ)及び下型の斜視図を示す図(ｃ)から明らかなように、成型用凹部３２は、略矩形状の上面を有し、かつ、凹部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれアールＡ'、Ｂ'、Ｃ'及びＤ'を有する主部３３と、この主部の側面の１つである３３ａの両端部分のアールＡ'及びＢ'の開始部分近傍から凹部３２の長手方向外側に突出して形成された付属部３４とからなっている。この突出した付属部３４の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールＥ'を有し、この付属部３４の側面３４ａと底面３４ｂとの作る辺は曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールＦ'を有している。付属部３４には、成形体原料のスラリーの鋳込み口３５が配設されている。図３中、Ｇ'は、主部３３の側面３３ｂ、３３ｃ、３３ｄのそれぞれと主部の底面３３ｅとが作る辺のアールを示し、ｄは凹部３２の深さを示し、３６は成形型の上型を示す。

本発明の成形型においては、上記したように、上型の下型に対向する面が平面状であっても良いし(図２及び３)、或いは以下述べるように、下型の上面に設けられた凹部に対応する上型の部分に凹部を設けたものでもよい(図４)。図４に示すような構成の上型を有する成形型も本発明に係る成形型のさらに別の実施の形態として含まれ得る。図４に示す成形型の断面図から明らかなように、成形型４１は、下型４２と上型４３とからなる。下型及び上型には、それぞれ、略矩形状の上面／下面を有する成型用凹部４４及び４５が設けられ、下型と上型とを重ね合わせることにより、これらの凹部同士で成形室が形成されるように構成されている。下型及び上型には、上記した図２及び３の場合と同様に、凹部の隣り合う側面の作る４つの辺及び凹部の側面と底面との作る辺が、それぞれ上記したようなアールを有している。但し、上型のアールは、凹部の隣り合う側面の作る４つの辺の場合、１ｍｍ以上であり、凹部の側面と底面との作る辺の場合、１ｍｍ以上である。成形体原料のスラリーは、下型及び／又は上型の所定の位置に配設された鋳込み口(図示せず)から鋳込むことができるように構成されていればよい。図４中、ｄは凹部４４と４５との合計深さを示す。

本発明の板状燒結体を作製する際に用いるスラリー中のセラミックス原料粉末としては、特に制限されるわけではなく、所望の各種燒結体を製造するための既知の原料粉末は全て含まれ得る。例えば、酸化インジウムと酸化スズとの混合粉末(得られる燒結体は、ＩＴＯ燒結体）、酸化インジウムと酸化亜鉛との混合粉末(得られる燒結体は、ＩＺＯ燒結体)、或いは酸化亜鉛と酸化アルミニウムとの混合粉末(得られる燒結体は、ＡＺＯ燒結体)等を挙げることができる。

また、スラリー中に含まれる有機添加物は、バインダー及び分散剤である。バインダー及び分散剤としては、特に制限はなく、本発明のような燒結体を作製する際に、スラリーに添加できるものであれば良い。例えば、バインダーとしてはポリアクリル酸系化合物(中京油脂(株)製、商品名「ＷＥ−５１８」固形分含量５０％)、分散剤としてはポリカルボン酸系化合物(中京油脂(株)製、商品名「Ｄ−３０５」)等のアクリル系樹脂を使用できる。

さらに、スラリー中に含まれる溶媒は水である。

以下、本発明の実施例及び比較例を説明するが、これらの例中で使用したスラリーとしては、次のようにして調製したものを用いた。

純度９９．９９％、平均粒径０．３μｍ、比表面積(ＢＥＴ値)１０ｍ^２の酸化インジウム粉(三菱マテリアル（株）製)と、純度９９．９９％、平均粒径１μｍ、比表面積(ＢＥＴ値)５ｍ^２の酸化スズ粉(三菱マテリアル製)とを、重量比９：１で配合し、これに、その合計重量に対して２８％の重量のイオン交換水並びに各１％の重量の市販の分散剤とバインダー(アクリル系樹脂(分子量約１０万、中京油脂（株）製))を添加して、スラリー濃度７８％の溶液を作り、以下の実施例及び比較例においてはこのスラリーを共通原料として種々の条件にてＩＴＯ成形体を製作した。なお、ここで成形体の長さとは、スラリー鋳込み口のある出っ張り部(付属部)の成形体の肩の所までの長手方向の長さである。

かくして得られた成形体に対するその後の焼成工程を経て得られた燒結体は、実施例では、純度９９．９％、及び理論密度７．１５ｇ／ｃｍ^３に対する相対密度９９．８％の高密度を有するＩＴＯ燒結体(スパッタリングターゲット)であった。

成形型として、石膏原料に６５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．６である図２に示す成形型であって、下型の成型用凹部の深さｄが１７ｍｍ、この凹部の主部の側面と底面とで作る辺が１３ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が１５ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１５ｍｍＲである型を使用した。この成成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間３．５時間にて、厚み１７ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程(乾燥した成形体をダイヤソーにて乾式切断する工程)、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４１２ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、１０枚行ったが、その中で２枚割れたのみであった。

成形型として、石膏原料に６５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．６である図３に示す成形型であって、下型の成形用凹部の深さｄが１７ｍｍ、この凹部の主部の側面と底面とで作る辺が９ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が１５ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１５ｍｍＲである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間３．５時間にて、厚み１７ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４１２ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、１０枚行ったが、その中で１枚割れたのみであった。

成形型として、石膏原料に５５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．３である図３に示す成形型であって、下型の成形用凹部の深さｄが２４ｍｍ、凹部の主部の側面と底面とで作る辺が１２ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が１５ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１５ｍｍＲである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間６時間にて、厚み２４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ４００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１８ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２９０ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、２０枚行ったが、その中で１枚割れたのみであった。

成形型として、石膏原料に５５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．３である図３に示す成形型であって、下型の成形用凹部の深さｄが２４ｍｍ、凹部の主部の側面と底面とで作る辺が１８ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が２０ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１５ｍｍＲである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間６時間にて、厚み２４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ４００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１８ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２９０ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、５０枚行ったが、割れの発生はなかった。
（比較例１）

成形型として、石膏原料に６５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．６である図１に示す成形型であって、下型の凹部(図２〜４の場合と異なり凹部の主部の各辺はアールを有していない)の深さｄが２４ｍｍである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間８時間にて、厚み２４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ４００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１８ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２９０ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、１０枚行ったが、その中で６枚が割れた。
（比較例２）

成形型として、石膏原料に６５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．６である図２に示す成形型であって、下型の成形用凹部の深さｄが１７ｍｍ、凹部の主部の側面と底面とで作る辺が５ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が５ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１２ｍｍＲである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間４．５時間にて、厚み１７ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１２ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４１２ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、１０枚行ったが、その中で６枚が割れた。
（比較例３）

成形型として、石膏原料に６５ｗｔ％の割合で水を配合して得た石膏原料溶液を用いて成形した後に、乾燥して製作した平均気孔率が１．６である図３に示す成形型であって、下型の成形用凹部の深さｄが２４ｍｍ、凹部の主部の側面と底面とで作る辺が８ｍｍＲ、凹部の主部の隣り合う側面が作る辺が５ｍｍＲであり、突出した付属部の先端部分が１０ｍｍＲである型を使用した。この成形型に上記スラリーを流し、成形圧力３Ｋｇ／ｃｍ^２、成形時間８時間にて、厚み２４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ４００ｍｍ、相対密度５５％の成形体を得た。次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を経て、厚み１８ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２９０ｍｍのＩＴＯ燒結ターゲットを得た。ターゲットの製造は、１０枚行ったが、その中で６枚が割れた。

石膏原料に添加する水の割合を４５〜７０ｗｔ％の間で変化させたこと以外は、実施例１記載と同様にして成形型を製作し、また、成形時間を変化させたこと以外は同様の成形条件に従って成形体を得、次いで、乾燥工程、スラリー鋳込み口部分の切断除去工程、脱脂工程、１６００℃で１０時間の焼成工程及び表面加工を行い、ＩＴＯ燒結ターゲットを得た。成形体の製造個数に対する(成形体の割れ及びクラック発生個数)＋(燒結体の反り発生個数)の割合を評価した。その結果を表１に示す。

(表１)

表１から明らかなように、石膏原料溶液に対する水の割合Ｗ_Ｈ(重量％)が５０ｗｔ％≦Ｗ_Ｈ≦６５ｗｔ％、好ましくは５０ｗｔ％≦Ｗ_Ｈ≦６０ｗｔ％である石膏スラリーを素材として用いて成形した後に、乾燥して形成された成形型を使用して成形体を得、次いで焼成して燒結体を作製した場合、(成形体の割れ及びクラック発生個数＋焼結体の反り発生個数)／(成形体の製造個数)が少なく歩留まりが良いことが分かる。

相対密度９９．５％以上の高密度ＩＴＯ燒結体を得るためには、ＩＴＯ原料の粒径、特に粒子の形態であるＢＥＴ値(比表面積)の影響が大きいことから、本実施例では、ＢＥＴ値の異なる３種のセラミック原料粉末を用意し、水の添加量、製作した成形型、成形条件、成形体の焼成条件を実施例１と同様にして、厚みが１２ｍｍのＩＴＯ燒結体ターゲットを製作した。下記に示すＢＥＴ比表面積は、酸化インジウム９０重量％と酸化スズ１０重量％との混合粉末に対する値である。

得られた燒結体に対して、(成形体の割れ及びクラック発生個数＋燒結体の反り発生個数)／(成形体の製造個数)の割合を評価した。その結果を表２に示す。

(表２)

表２から明らかなように、セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積Ｓが７．７ｍ^２／ｇ≦Ｓ≦９．５ｍ^２／ｇ、好ましくは８．２ｍ^２／ｇ≦Ｓ≦９．５ｍ^２／ｇであるスラリーを素材として用いて成形した後に、乾燥して製作された燒結体の場合、(成形体の割れ及びクラック発生個数＋焼結体の反り発生個数)／(成形体の製造個数)が少なく歩留まりが良いことが分かる。

本発明によれば、泥漿鋳込みの両面着肉により得られる成形体は、厚いものでも割れ、クラックの発生もなく、また、その形成時間が大幅に短縮され、安定した成形体を得ることができると共に、以後の焼成工程等を経て、厚い高純度、高密度の板状燒結体(例えば、スパッタリングターゲット)を大規模な装置を使用せずに歩留まりよく製造することができる。従って、本発明は、半導体分野、特にスパッタリングターゲットを製造する際に、工業的に有用な技術であり得る。

本発明との比較のため使用する、両面着肉方法による泥漿鋳込み用成形型であり、(ａ)はこの成形型の下型の上面図、(ｂ)はこの成形型の断面図。両面着肉方法による泥漿鋳込みに使用する本発明の成形型であり、(ａ)はこの成形型の下型の上面図、(ｂ)はこの成形型の断面図、(ｃ)はこの成形型の下型の斜視図。両面着肉方法による泥漿鋳込みに使用する本発明の別の成形型であり、(ａ)はこの成形型の下型の上面図、(ｂ)はこの下型の断面図、(ｃ)はこの成形型の下型の斜視図。本発明のさらに別の実施の形態に係わる成形型の断面図。

符号の説明

１１、２１、３１下型１２、２２、３２成型用凹部
１３、２３，３３主部１３ａ、２３ａ、３３ａ主部の側面
１４、２４，３４付属部１５、２５、３５スラリーの鋳込み口
１６、２６，３６上型Ｘ、Ｅ、Ｅ' 付属部の先端部分のアール
ｄ凹部の深さＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅアール
Ａ'、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'、Ｅ' アールＸアール
２４ａ、３４ａ付属部の側面２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ主部の側面
３３ｂ、３４ｃ、３５ｄ主部の側面２５、３５鋳込み口
２３ｅ、３３ｅ主部の底面４１成形型
４２下型４３上型
４４、４５凹部

Claims

成形室として機能する深さｄの成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、該下型の上面に被さる吸液性の上型とからなり、該成形用凹部の側面と底面との作る辺が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有する泥漿鋳込み用の成形型において、前記成形用凹部が主部と付属部とから構成されており、該主部が略矩形状の上面を有し、該主部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれ曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有し、該主部の側面の１つがこの側面の両端部分のアールの開始部分から終端部分までの任意の位置から該凹部の長手方向外側に突出して付属部を形成し、該突出した付属部の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有すると共に、該付属部の側面と底面との作る辺が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有することを特徴とする泥漿鋳込み用の成形型。
前記深さｄが、１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の泥漿鋳込み用の成形型。
前記付属部には、成形体原料のスラリーの鋳込み口が配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の泥漿鋳込み用の成形型。
前記上型の下型に対向する面が平面状であるか、又は下型の上面に設けられた凹部に対応する上型の部分に凹部が設けられているものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の泥漿鋳込み用の成形型。
セラミック原料粉末、溶媒及び有機添加物を含むスラリーを泥漿鋳込み成形した後に、焼成して板状焼結体を製造する板状焼結体の製造方法において、泥漿鋳込み用の成形型として、成形室として機能する深さｄの成形用凹部が上面に設けられた吸液性の下型と、該下型の上面に被さる吸液性の上型とからなり、該成形用凹部の側面と底面との作る辺が曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有し、該成形用凹部が主部と付属部とから構成されており、該主部が略矩形状の上面を有し、該主部の隣り合う側面が作る４つの辺がそれぞれ曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有し、該主部の側面の１つがこの側面の両端部分のアールの開始部分から終端部分までの任意の位置から該凹部の長手方向外側に突出して付属部を形成し、該突出した付属部の先端部分は曲率半径１５ｍｍ以上のアールを有すると共に、該付属部の側面と底面との作る辺が、曲率半径(１／２)×ｄ以上のアールを有する成形型を用いることを特徴とする板状焼結体の製造方法。
前記深さｄが１５ｍｍ以上である成形型を用いて泥漿鋳込み成形することを特徴とする請求項５記載の板状焼結体の製造方法。
前記付属部に配設された成形体原料の鋳込み口からセラミック原料粉末、溶媒及び有機添加物を含むスラリーを鋳込むことを特徴とする請求項５又は６に記載の板状燒結体の製造方法。
前記セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積Ｓが７．７ｍ^２／ｇ≦Ｓ≦９．５ｍ^２／ｇである原料粉末を用いることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の板状焼結体の製造方法。