JPH05230644A - Ceramics rotary cathode target and its manufacture - Google Patents

Ceramics rotary cathode target and its manufacture

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JPH05230644A
JPH05230644A JP4312884A JP31288492A JPH05230644A JP H05230644 A JPH05230644 A JP H05230644A JP 4312884 A JP4312884 A JP 4312884A JP 31288492 A JP31288492 A JP 31288492A JP H05230644 A JPH05230644 A JP H05230644A
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JP
Japan
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target
ceramic
layer
thermal expansion
metal
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Withdrawn
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JP4312884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Otojiro Kida
音次郎 木田
Atsushi Hayashi
篤 林
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a ceramics rotary cathode target by which an oxide transparent thin film having a low refractive index and high durability can be sputtered at a high film forming rate. CONSTITUTION:Ceramics powder 4 essentially consisting of at least one kind among Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In and Cr (hereinafter referred to as metal M) and Si and in which the total of the atomic ratio of the metal M to Si is regulated to (4:96) to (35:65) is filled into the circumference of the outer surface of a cylindrical target holder 2, and hot isotropic pressing is executed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス膜、特に低
屈折率を有する酸化物透明薄膜をスパッタリングにより
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
トおよびその製造法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic rotating cathode target used for forming a ceramic film, particularly an oxide transparent thin film having a low refractive index by sputtering, and a method for producing the same.

【0002】[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、スパッタリング法などで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一部用いられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a thin film is formed on a transparent substrate such as glass or plastic to add an optical function to a mirror, a heat ray reflecting glass, a low radiation glass, an interference filter, an antireflection coat for a camera lens or a spectacle lens. Etc. In a normal mirror, Ag is formed by an electroless plating method, and Al or Cr is formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Among these, the Cr film is relatively strong and is therefore used as a part of a surface mirror having an exposed coated surface.

【0003】熱線反射ガラスは酸化チタンや酸化スズ等
がスプレー法、CVD法あるいは浸漬法等で形成されて
きた。最近では金属膜、窒化膜、スズをドープした酸化
インジウム(ITO)等がスパッタリング法でガラス表
面に形成されたものが熱線反射ガラスとして使われるよ
うになってきた。スパッタリング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
膜と組合せて透過率、反射率、色調などを設計すること
が可能である。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。
Titanium oxide, tin oxide and the like have been formed in the heat ray reflective glass by a spray method, a CVD method or a dipping method. Recently, a metal film, a nitride film, tin-doped indium oxide (ITO) or the like formed on the glass surface by a sputtering method has come to be used as a heat ray reflective glass. In the sputtering method, the film thickness can be easily controlled, a plurality of films can be continuously formed, and the transmittance, the reflectance, the color tone and the like can be designed in combination with the transparent oxide film. For this reason, demand is increasing for buildings that emphasize design.

【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
63−239043参照)などの構成をもち、複層ガラ
スか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計っている。
Low-emissivity glass that reflects radiant heat from an indoor heater or wall to the indoor side is a ZnO / Ag / ZnO three-layer system in which silver is sandwiched by zinc oxide or ZnO / Ag / ZnO / It has a structure such as a five-layer system of Ag / ZnO (see Japanese Patent Laid-Open No. 63-239043) and is used in the form of double-layer glass or laminated glass. In recent years, it has been remarkably popularized in cold regions of Europe. For the antireflection coating of a lens or the like, 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 are alternately laminated. Usually, a vacuum vapor deposition method is used, and the substrate is heated during film formation to improve scratch resistance.

【0005】表面鏡や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など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
取り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あるいは保護膜を兼ねた
光学薄膜が望まれている。
A surface mirror, a single-plate heat ray-reflecting glass, and an antireflection coat such as a lens are used with the coated film exposed to the air. Therefore, it must have excellent chemical stability and abrasion resistance. On the other hand, even low-reflection glass may be defective due to scratches during transportation or handling before it becomes a double glazing or laminated glass. Therefore, a protective film that is stable and has excellent abrasion resistance or an optical thin film that also serves as a protective film is desired.

【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。これらの酸化膜
としては酸化チタン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化ジ
ルコニウム、酸化ケイ素等があり、また、低屈折率を有
する代表的な膜としてフッ化マグネシウム等があり、必
要な性能に応じて選択され使用されてきた。酸化チタ
ン、酸化スズ、酸化タンタル、酸化ジルコニウムは屈折
率が高く、一方、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムは屈
折率が低い。
To improve durability, a chemically stable and transparent oxide film is usually provided on the air side. These oxide films include titanium oxide, tin oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide and the like, and typical films having a low refractive index include magnesium fluoride and the like, which are selected according to the required performance. Has been used. Titanium oxide, tin oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide have a high refractive index, while silicon oxide and magnesium fluoride have a low refractive index.

【0007】しかし、これらの膜は大面積の基板への成
膜は困難であり、建築用ガラスや自動車用ガラス等の大
面積の成膜が必要なところには対応できなかった。とい
うのは大面積の成膜には直流スパッタリング法が最適で
あるが、低屈折率を有する透明薄膜を提供する適当なタ
ーゲット材がなく、大面積成膜の可能な直流スパッタリ
ング法を用いて所望の薄膜を得ることができなかった。
However, it is difficult to form these films on a substrate having a large area, and it has not been possible to deal with a place where a large area is required to be formed, such as glass for buildings and glass for automobiles. The direct current sputtering method is most suitable for large area film formation, but there is no suitable target material that provides a transparent thin film having a low refractive index, and it is desirable to use the direct current sputtering method capable of large area film formation. Could not be obtained.

【0008】例えば酸化ケイ素薄膜を直流スパッタリン
グ法で成膜するには導電性を有するSiターゲットを酸
素を含む雰囲気で反応スパッタして二酸化ケイ素薄膜を
形成する方法が考えられるが、Siターゲットはスパッ
タ中に表面が酸化して導電性が低下し、スパッタを安定
的に持続させることができなかった。また、成膜された
二酸化ケイ素薄膜はアルカリ性に対して弱く、長時間の
浸漬には耐えない。そこで本出願人は特開平3−177
568にて高い耐久性も持ち、低屈折率で広い光学設計
の自由度を併せもつ非晶質酸化物薄膜およびターゲット
を提案した。
For example, in order to form a silicon oxide thin film by a direct current sputtering method, a method of forming a silicon dioxide thin film by reactive sputtering of a conductive Si target in an atmosphere containing oxygen can be considered. As a result, the surface was oxidized and the conductivity was lowered, so that the sputtering could not be sustained stably. Further, the formed silicon dioxide thin film is weak against alkalinity and cannot endure long-term immersion. Therefore, the present applicant has filed Japanese Patent Laid-Open No. 3-177
At 568, an amorphous oxide thin film and a target having a high durability, a low refractive index, and a wide degree of freedom in optical design were proposed.

【0009】[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長い工程を通って作成される。こ
のなかで成形、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。
On the other hand, a planar target for sputtering is formed by mixing raw materials of an inorganic compound,
It is created through processing and bonding and a long process for forming a shape suitable for a firing and sputtering device. Among these, the steps such as molding, firing, processing, and bonding do not require a large jig device when the target is small, but the above jig device becomes large for a large-scale target for a production machine, and ceramics are also used for bonding. When joining the target to the target holder metal plate, it is made by dividing and processing and joining, but a large-scale device, using a large amount of expensive In solder, etc.
It takes labor and cost.

【0010】さらに建築用の大面積ガラスのスパッタに
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
が成膜速度を制限しており、ターゲットの割れ、剥離等
のトラブルが起きている。
Further, in the case of sputtering large-area glass for construction, a high sputtering power is applied to increase the film forming speed in order to improve productivity, but in this case, the cooling of the target limits the film forming speed. There are problems such as cracking and peeling.

【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。かかるターゲットはほとんど
がスパッタすべき金属や合金からなる円筒状の回転カソ
ードであり、スパッタすべき物質が、柔らかく、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
に製作されている。
A new type of magnetron type rotating cathode target which is improved in these points is known (see Japanese Patent Publication No. 58-500174). This is because the magnetic field generating means is installed inside the cylindrical target, and the sputtering is performed while rotating the target while cooling from the inside of the target, so that a larger power can be input per unit area than the planar target. Therefore, high-speed film formation is possible. Such a target is a cylindrical rotating cathode which is mostly made of a metal or alloy to be sputtered, and when the material to be sputtered is a soft or brittle metal or alloy, it is manufactured on a cylindrical target holder.

【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、窒化物、炭化物等の多層膜のコート
が可能であるが異種雰囲気によりコート膜が損傷し、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してしまう等の欠点があ
り、セラミックスのターゲットが望まれる。
However, in the case of a metal target, it is possible to coat a multilayer film of oxides, nitrides, carbides, etc. in various sputtering atmospheres, but the coating film is damaged by a different atmosphere and the desired composition cannot be obtained. Further, a low-melting-point metal target has a drawback that it melts when too much power is applied, and a ceramic target is desired.

【0013】特開昭60−181270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。
A method for producing a sputter target by thermal spraying has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-181270, but the thermal spray film cannot be made thick due to the large difference in thermal expansion between ceramics and metal, and the adhesiveness due to heat shock during use. Is deteriorated and peeling occurs. There is also a method of manufacturing a ceramics sintered body into a cylindrical shape and joining it to a target holder metal with In metal, but it is difficult to manufacture and costly.

【0014】本出願人は、特願平3−242558にて
円筒状ターゲットホルダーの外表面を荒し、その上に、
後で形成する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を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
状態にしつつこのガスにより前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ことを特徴とするセラミックス回
転カソードの製造法と、上記セラミックス粉末は、Z
r、Ti、Ta、Hf、Mo、W,Nb,Sn,La,
In,Crのうち少なくとも1種と、Siとを主成分と
し、金属Mの総量とSiとを原子比で4:96〜35:
65の割合で有する粉末であ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法を提案した。
The applicant of the present invention, in Japanese Patent Application No. 3-242558, roughens the outer surface of a cylindrical target holder, and then,
A layer made of a metal or an alloy having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficient of thermal expansion of a ceramic layer to be formed later and the coefficient of thermal expansion of the target holder is formed as an undercoat, and then the ceramic powder is semi-heated in a hot gas. A method for manufacturing a ceramics rotating cathode, comprising forming a ceramics layer as a target to be sputtered by transporting and adhering on the undercoat by this gas while being in a molten state,
r, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La,
At least one of In and Cr and Si are main components, and the total amount of metal M and Si are in an atomic ratio of 4:96 to 35:
A method of manufacturing a ceramic rotating cathode target, characterized in that it is a powder having a ratio of 65, was proposed.

【0015】しかし、前記セラミックス層とターゲット
ホルダーとの熱膨張係数の差が大きい場合では、プラズ
マ溶射やスパッタ時にセラミックス層被覆に亀裂が入る
等の問題や前記セラミックス層の化学組成が大気中のプ
ラズマ溶射のため、酸化等により変化する問題があっ
た。
However, when the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic layer and the target holder is large, problems such as cracks in the ceramic layer coating during plasma spraying or sputtering, and the chemical composition of the ceramic layer in the atmospheric plasma. Because of thermal spraying, there is a problem that it changes due to oxidation or the like.

【0016】本発明は、上記の目的に鑑み鋭意研究の結
果、ターゲットホルダーとセラミックス層の密着性を更
に向上し、またセラミックス層の化学組成の変化のない
均質で安定してスパッタできるセラミックス回転カソー
ドターゲットの製造法を提案するものである。
As a result of earnest research in view of the above-mentioned object, the present invention further improves the adhesion between the target holder and the ceramics layer, and allows the ceramics rotating cathode to be sputtered uniformly and stably without changing the chemical composition of the ceramics layer. It proposes a target manufacturing method.

【0017】[0017]

【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
ダーの外表面を荒し、その上に、後で形成するセラミッ
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近い
熱膨張係数を有する金属または合金からなる層のうち少
なくとも1層をプラズマ溶射によりアンダーコートとし
て形成し、次いで、かかる円筒状ターゲットホルダーの
外表面周囲にセラミックスの粉末またはかかる粉末の成
形体を配置し、熱間等方圧プレスを行うセラミックス回
転カソードターゲットの製造法であって、上記セラミッ
クス粉末は、Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,N
b,Sn,La,In,Crのうち少なくとも1種(以
下金属Mという)と、Siとを主成分とし、金属Mの総
量とSiとを原子比で4:96〜35:65の割合で有
する粉末であ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法を提供する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the outer surface of a cylindrical target holder is roughened, and the coefficient of thermal expansion of a ceramic layer to be formed later is formed on the outer surface of the cylindrical target holder. And at least one of a layer made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between those of the target holder and a layer of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient close to that of the ceramic layer. Is formed as an undercoat by plasma spraying, and then ceramic powder or a molded body of such powder is placed around the outer surface of such a cylindrical target holder, and hot isostatic pressing is performed to produce a ceramic rotating cathode target. The above-mentioned ceramic powder is Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, N
At least one of b, Sn, La, In, and Cr (hereinafter referred to as metal M) and Si are main components, and the total amount of metal M and Si are in an atomic ratio of 4:96 to 35:65. Provided is a method for manufacturing a ceramic rotating cathode target, which is a powder having

【0018】また、本発明は、円筒状ターゲットホルダ
ーの外表面上に、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、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近い熱膨張係数を有す
る金属または合金からなる層のうち少なくとも1層が、
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形成されてなるセラミックス回転
カソードターゲットであって、前記セラミックス層は、
Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,L
a,In,Crのうち少なくとも1種(以下金属Mとい
う)と、Siとを主成分とし、金属Mの総量とSiとを
原子比で4:96〜35:65の割合で有することを特
徴とするセラミックス回転カソードターゲットをも提供
する。
Further, according to the present invention, a ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed on the outer surface of a cylindrical target holder, and the coefficient of thermal expansion between the ceramic layer and the target holder is intermediate. At least one layer of a layer made of a metal or an alloy having a coefficient of thermal expansion and a layer made of a metal or an alloy having a coefficient of thermal expansion close to that of the ceramics layer,
A ceramic rotating cathode target formed as an undercoat between the ceramic layer and the target holder, wherein the ceramic layer comprises:
Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, L
At least one of a, In, and Cr (hereinafter referred to as a metal M) and Si as a main component, and having a total amount of the metal M and Si in an atomic ratio of 4:96 to 35:65. Also provided is a ceramic rotating cathode target.

【0019】本発明の方法は、基本的にセラミックス粉
末を熱間等方圧プレス(Hot Isostatic Press 、以下、
HIPという)によりターゲットホルダーに焼結・接合
せしめ、直接ターゲットとなるセラミックス層を形成す
るものである。これによって従来の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。
The method of the present invention is basically a method for hot isostatic pressing (hereinafter, referred to as "ceramic powder").
It is sintered and bonded to a target holder by HIP) to directly form a ceramic layer as a target. By this, the process of packing powder in a conventional mold and press-molding, the process of sintering it in an electric furnace,
Alternatively, a step of sintering by hot pressing, a step of processing and modifying into an appropriate shape, and a step of joining ceramics and a holder are not required.

【0020】本発明による方法は、原料粉末を得る工程
と、円筒形状ターゲットホルダーの外表面をセラミック
ス層と密着接合させるための表面処理工程と、HIP処
理による焼結と接合を行う工程によって構成されてい
る。本発明に用いるセラミックス粉末は、特に容易に入
手できない複雑な化合物の場合、化学的合成あるいは固
相反応を利用して作製する。この粉末を粉砕し、造粒し
てHIP処理カプセル内に流動し振動充填しやすい二次
粒径に揃えることで利用できる。
The method of the present invention comprises a step of obtaining a raw material powder, a surface treatment step for closely bonding the outer surface of a cylindrical target holder to a ceramic layer, and a step of sintering and bonding by HIP processing. ing. The ceramic powder used in the present invention is produced by utilizing chemical synthesis or solid-phase reaction, especially in the case of a complex compound that is not easily available. This powder can be used by pulverizing it, granulating it, and flowing it into the HIP-treated capsule to make it into a secondary particle size that facilitates vibration filling.

【0021】本発明において、セラミックス層は、Z
r,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,
In,Crのうち少なくとも1種と、Siとを主成分と
し、金属Mの総量とSiとを原子比で4:96〜35:
65の割合で有するものである。特に、4:96〜1
5:85とすることが成膜した薄膜の屈折率が1.6以
下と非常に低い理由から好ましい。Zr等の金属Mの含
有量がSiとの総量中において4原子%より少ないと、
酸化雰囲気中では、ターゲットの表面酸化により安定的
にスパッタすることが困難であり、また、成膜した薄膜
(例えばZrとSiの酸化物膜)の耐アルカリ性は悪
い。Zr等の金属Mの含有量が、Siとの総量中におい
て35原子%より多いと成膜した薄膜の屈折率が高くな
るので好ましくない。
In the present invention, the ceramic layer is Z
r, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La,
At least one of In and Cr and Si are main components, and the total amount of metal M and Si are in an atomic ratio of 4:96 to 35:
It has a ratio of 65. In particular, 4: 96-1
The ratio of 5:85 is preferable because the refractive index of the formed thin film is as low as 1.6 or less. When the content of the metal M such as Zr is less than 4 atom% in the total amount with Si,
In an oxidizing atmosphere, it is difficult to stably sputter the surface of the target due to surface oxidation, and the formed thin film (for example, an oxide film of Zr and Si) has poor alkali resistance. If the content of the metal M such as Zr is more than 35 atom% in the total amount with Si, the refractive index of the formed thin film becomes high, which is not preferable.

【0022】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ことができる。すなわち、Zr等の
金属M,Si,ZrSi2 ,ZrO2 (Y23 ,Ca
O,MgO等を3〜8モル%添加した安定化あるいは部
分安定化ZrO2 を含む),SiO2 等の粉末あるいは
混合粉末、および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あるいは固相反応を利
用した高温非酸化雰囲気炉中で焼成することにより塊状
の単一系あるいは複合系の粉末が得られる。
The ceramic powder used in the present invention can be produced, for example, by the following method. That is, metals such as Zr M, Si, ZrSi 2 , ZrO 2 (Y 2 O 3 , Ca
O, MgO, etc. are added in the range of 3 to 8 mol% of stabilized or partially stabilized ZrO 2 ), SiO 2 etc. powder or mixed powder, and non-oxide target, if necessary. By mixing a mixture of carbon powders for reducing oxides in a high temperature non-oxidizing atmosphere furnace utilizing chemical synthesis or solid-state reaction, a lumpy single-type or complex-type powder can be obtained.

【0023】この粉末を平均粒径1μm以下に粉砕した
ものにバインダーを加え、スラリー状にし、スプレイド
ライヤーにて二次粒子に造粒した粉末に調製する。この
造粒粉末の粒度は150μm以下が好ましく、特には平
均粒径80μm程度のものが適当であり流動性が良く充
填密度も良好な充填成形体が得られる。
A binder is added to a powder obtained by crushing the powder to an average particle size of 1 μm or less, and made into a slurry, and the powder is granulated into secondary particles by a spray dryer. The granulated powder preferably has a particle size of 150 μm or less, and particularly, an average particle size of about 80 μm is suitable and a packed compact having good fluidity and packing density can be obtained.

【0024】なお、前述のセラミックス粉末にFe,A
l,Mg,Y,Mn,Hを総計3重量%以下含んでいて
もよく、C(炭素)は成膜中にCO2 となって消えてし
まうのでCを20重量%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。
Fe, A is added to the above-mentioned ceramic powder.
The total content of l, Mg, Y, Mn, and H may be 3 wt% or less. Since C (carbon) disappears as CO 2 during film formation, 20 wt% or less of C may be contained. .. Further, it may contain Cu, V, Co, Rh, Ir and the like in the amount of impurities.

【0025】円筒状ターゲットホルダーとしては、ステ
ンレスや、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、セラミックス粉
末のHIP処理に先だって、その外表面をAl23
SiCの砥粒を用いサンドブラストする等により、荒し
ておくことも密着性向上のためには最適である。あるい
はまた、セラミックス粉末のHIP処理に先だって、そ
の外表面をV溝状やネジ状に加工した後、Al23
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。
As the cylindrical target holder, stainless steel, copper, or Ti or Mo having a thermal expansion coefficient similar to that of a ceramic layer can be used. Prior to the HIP treatment of the ceramic powder, its outer surface is made of Al 2 O 3 or Roughening by sandblasting using SiC abrasive grains is also optimal for improving adhesion. Alternatively, prior to the HIP treatment of the ceramic powder, the outer surface of the ceramic powder is processed into a V-groove shape or a screw shape, and then sandblasted with Al 2 O 3 or SiC abrasive grains to roughen it so that the adhesion is improved. Is also preferable.

【0026】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
剥離にも耐えるよう密着力を高めるために、アンダーコ
ートを形成しておくのが好ましい。かかるアンダーコー
トとしては、ターゲットホルダーの熱膨張係数とターゲ
ット材料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(以下、A層という)およびタ
ーゲット材料の熱膨張係数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)のうち少
なくとも1層、その粉末をプラズマ溶射して形成するの
が好ましい。特に両方の層を形成し、ターゲットホルダ
ー/A層/B層/ターゲット材料という構成とするのが
最適である。
In the cylindrical target holder whose outer surface is roughened, in order to reduce the difference in thermal expansion between the ceramic layer and the target holder, and to increase the adhesion so as to withstand peeling due to heat shock during sputtering, It is preferable to form an undercoat. As such an undercoat, a layer made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the target holder and the thermal expansion coefficient of the target material (hereinafter referred to as A layer) and the thermal expansion coefficient of the target material are close to each other. It is preferable that at least one layer out of layers (hereinafter, referred to as B layer) made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient, and its powder are formed by plasma spraying. In particular, it is optimal to form both layers and to have a structure of target holder / A layer / B layer / target material.

【0027】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、ターゲット
材料のターゲットホルダーへ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ことが好ましい。
Even if the undercoat is only the B layer, since the metal and the alloy have high elasticity and small brittleness, the adhesion of the target material to the target holder can be increased. The thermal expansion coefficient of the B layer is preferably a value within the range of ± 2 × 10 −6 / ° C. of the thermal expansion coefficient of the ceramic layer.

【0028】アンダーコートの材料としては、Mo,T
i,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用いることができ
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。
As the material of the undercoat, Mo, T
i, Ni, Nb, Ta, W, Ni-Al, Ni-Cr,
Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y, Ni-Co
A conductive powder such as -Cr-Al-Y can be used. The thickness of the undercoat is 30 to 100 μm, respectively
A degree is preferable.

【0029】具体的には、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ってくる(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。)。
[0029] Specifically, the undercoat material will vary depending on the thermal expansion coefficient of the ceramic layer (which can be used in the target holder, the thermal expansion coefficient such as Cu or SUS304 is 17-18 × 10 - 6 / ° C.).

【0030】例えば、セラミックス層が、Hf−Si
系、Cr−Si系、Sn−Si系、Zr−Si系(Z
r: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−A
l,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,T
a,Nb等が挙げられる。
For example, the ceramic layer is Hf-Si.
System, Cr-Si system, Sn-Si system, Zr-Si system (Z
When Zr is smaller than r: Si (atomic ratio) = 33: 67) (coefficient of thermal expansion 5 to 6 × 10 −6 / ° C.), the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat A layer is 12 to 15 ×.
10 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni—A
1, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al
-Y, Ni-Co-Cr-Al-Y, etc. are mentioned. The thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is preferably 5-8.
× 10 -6 / ° C, and its material is Mo, W, T
a, Nb and the like.

【0031】また、セラミックス層が、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、Zr
Si2 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1
2〜15×10-6/℃であり、その材料としては、N
i,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。
Further, the ceramic layer is a Ta--Si system,
Ti-Si system (when Ti is less than Ti: Si (atomic ratio) = 33: 67), Zr-Si system (Zr: Si (atomic ratio) = 33: 67 or when Zr is more than this, Zr
(Including Si 2 ), etc. (coefficient of thermal expansion 8 to 9 × 10 −6 / ° C.), the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat A layer is 1
2 to 15 × 10 −6 / ° C., and its material is N
i, Ni-Al, Ni-Cr, Ni-Cr-Al, Ni
-Cr-Al-Y, Ni-Co-Cr-Al-Y, etc. are mentioned. The preferable thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 8 to 10 × 10 −6 / ° C., and its material includes Ti, Nb and the like.

【0032】さらに、セラミックス層が、Ti−Si系
(Ti:Si( 原子比)=33:67またはこれよりT
iが多い場合、TiSi2 を含む)等(熱膨張係数10
〜13×10-6/℃)の場合は、アンダーコートの好ま
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。このようにセラミックス層
とターゲットホルダーの熱膨張係数の差が小さい場合に
は、アンダーコートは1層でもよい。また、かかるアン
ダーコートの材料のなかでも、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。
Further, the ceramic layer is made of a Ti--Si system (Ti: Si (atomic ratio) = 33: 67 or T
When i is large, TiSi 2 is included), etc. (coefficient of thermal expansion is 10)
˜13 × 10 −6 / ° C.), the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat is 10 to 13 × 10 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni—Al, Ni—Cr, Ni—
Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y, Ni-Co-Cr
-Al-Y etc. are mentioned. When the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic layer and the target holder is small as described above, the undercoat may be a single layer. Further, among such undercoat materials, the composition ratio may be changed to provide two layers, a layer having a thermal expansion coefficient close to that of the target holder and a layer having a thermal expansion coefficient close to that of the ceramics layer.

【0033】次いで、前述のアンダーコート処理された
ターゲットホルダーを図1のHIP処理カプセル内に配
置し、前記セラミックス造粒粉末を充填し、HIP処理
にて焼結・接合する。
Next, the above-mentioned target holder subjected to the undercoat treatment is placed in the HIP-treated capsule of FIG. 1, the above-mentioned ceramic granulated powder is filled, and sintering and joining are carried out by the HIP treatment.

【0034】図1によってHIP処理用カプセルについ
て説明する。HIP処理用カプセルは底付ステンレス製
カプセル1とその中に配置した円筒状ターゲットホルダ
ー2によって構成され、これらは所定の位置、すなわち
底付ステンレス製カプセル1の底部の中心に円筒状ター
ゲットホルダーを溶接接合し固定されている。このHI
P処理用カプセルは鋼またはステンレス鋼が好ましく、
カプセルの厚みは4mm以下が望ましい。
The HIP processing capsule will be described with reference to FIG. The HIP processing capsule is composed of a bottomed stainless steel capsule 1 and a cylindrical target holder 2 arranged therein, and these are welded at predetermined positions, that is, at the center of the bottom of the bottomed stainless steel capsule 1 by welding the cylindrical target holder. Joined and fixed. This HI
The P treatment capsule is preferably steel or stainless steel,
The thickness of the capsule is preferably 4 mm or less.

【0035】また、このHIP処理カプセル1はカプセ
ル内部に充填された前記セラミックス層とのHIP処理
工程の焼結において、反応を抑制するためやHIP処理
後のセラミックス層との離型を容易にするため、HIP
処理ステンレス製カプセル1内面にアルミナファイバー
ペーパー(0.5mm〜1mm厚)またはシートを貼り
付けておくとよい。
Further, the HIP-treated capsule 1 suppresses a reaction in sintering of the ceramic layer filled in the capsule in the HIP treatment step and facilitates release from the ceramic layer after the HIP treatment. For HIP
Alumina fiber paper (0.5 mm to 1 mm thick) or a sheet may be attached to the inner surface of the treated stainless steel capsule 1.

【0036】このステンレス製カプセル1と円筒状ター
ゲットホルダー2に挟まれた部分の間隙に、前記セラミ
ックス粉末を充填する。または予め表面処理された円筒
状ターゲットホルダー2を用いてCIP(冷間静水圧成
形)成形ゴム型内に円筒状ターゲットホルダー2を配置
し、その間隙に前記セラミックス粉末を充填し円筒形状
に予備CIP成形する方法も採用することができる。
The ceramic powder is filled in the gap between the stainless capsule 1 and the cylindrical target holder 2. Alternatively, by using the cylindrical target holder 2 which has been surface-treated in advance, the cylindrical target holder 2 is placed in a CIP (cold isostatic pressing) molding rubber mold, and the ceramic powder is filled in the gap between the cylindrical target holder 2 and the preliminary CIP. A molding method can also be adopted.

【0037】上記の方法により、HIP処理用ステンレ
ス製カプセル内に充填されたセラミックス粉末、または
円筒状ターゲットホルダー装置上に予備CIP成形され
たセラミックス成形体をHIP処理カプセルに配置し、
このHIP処理用ステンレス製カプセルを10-3Tor
r以下に減圧密封する。この減圧密封では10-3Tor
r超ではセラミックス原料粉末に付着しているガスや成
分の除去が十分に行われないためである。
According to the above method, the ceramic powder filled in the HIP-processed stainless capsule or the ceramic molded body pre-CIP-molded on the cylindrical target holder device is placed in the HIP-processed capsule,
10 -3 Tor of this HIP processing stainless steel capsule
Seal under reduced pressure below r. This vacuum seal is 10 -3 Tor
This is because if it exceeds r, the gas and components adhering to the ceramic raw material powder are not sufficiently removed.

【0038】この減圧密封したステンレス製HIPカプ
セルをHIP装置に配置してHIP処理する。HIP処
理は高温高圧下の不活性ガス(Ar)を圧力媒体として
カプセル内部のセラミックス粉末や予備成形されたセラ
ミックス成形体の焼結および前記セラミックス層とター
ゲットホルダーとの接合を同時に行うものである。この
時のHIP処理条件は温度900〜1200℃かつ圧力
50MPa以上の条件で1時間以上行うことが望まし
い。HIP処理条件が温度900℃未満または圧力50
MPa未満では、セラミックス層の密度が低くターゲッ
トホルダーとの密着も低く、温度1200℃超では、タ
ーゲットホルダーとの反応が激しくなる、等のため好ま
しくない。
This vacuum-sealed stainless steel HIP capsule is placed in a HIP device and subjected to HIP treatment. In the HIP process, an inert gas (Ar) under high temperature and high pressure is used as a pressure medium to simultaneously sinter the ceramic powder inside the capsule and the preformed ceramic compact and join the ceramic layer and the target holder. At this time, it is desirable that the HIP treatment conditions are a temperature of 900 to 1200 ° C. and a pressure of 50 MPa or more for 1 hour or more. HIP processing condition is temperature less than 900 ° C or pressure 50
When the pressure is less than MPa, the density of the ceramic layer is low and the adhesion to the target holder is low, and when the temperature exceeds 1200 ° C., the reaction with the target holder becomes vigorous, which is not preferable.

【0039】このようにしてHIP処理されたステンレ
ス製HIP処理カプセルをHIP装置より取り出し、外
面のステンレス製カプセルを剥離して取り外しセラミッ
クス回転カソードターゲットを得る。このようにしてセ
ラミックス層2mm以上、10mm以下の緻密でターゲ
ットホルダーと密着性の高いセラミックス回転カソード
を得ることができる。
The HIP-processed stainless steel HIP-treated capsules thus obtained are taken out from the HIP device, and the stainless steel capsules on the outer surface are peeled off to obtain a ceramic rotating cathode target. In this way, it is possible to obtain a dense ceramic rotating cathode having a ceramic layer of 2 mm or more and 10 mm or less and having high adhesion to the target holder.

【0040】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の物質酸化もなく化学組成の変動も
なく均質であり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
十分に行われ、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する
ことが可能である。
The rotary cathode target thus manufactured is homogeneous without any oxidation of the target material and no change in chemical composition, and the heat conduction from the target material to the target holder and further to the cathode electrode is good, and the target holder is solid. Since it is in close contact with the target, cooling is sufficiently performed even when high sputtering power is applied to increase the film formation speed, and there is no peeling or cracking of the target due to sudden heat shock, and a large amount of power is applied per unit area. It is possible.

【0041】また、ターゲット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、ターゲットの侵食部分が薄く
なってもターゲット物質が減少した部分に同じ物質のセ
ラミックス粉末を同様の方法にてHIP処理することに
より元の状態に再生することもできる。さらにターゲッ
トの厚みに場所による分布をもたせることも容易に可能
であり、それによってターゲット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。
Further, since the erosion zone of the target is the entire surface, there is an advantage that the utilization efficiency of the target is higher than that of the planar type. Further, even if the eroded portion of the target becomes thin, it is also possible to regenerate the original state by subjecting the portion where the target material is reduced to the HIP treatment with the ceramic powder of the same material by the same method. Further, it is possible to easily give the distribution of the thickness of the target depending on the location, and thereby it is possible to control the strength distribution of the magnetic field and the distribution of the temperature on the target surface to control the thickness distribution of the thin film formed.

【0042】本発明の方法を従来のプレーナ型ターゲッ
トに用いることも可能であり、ターゲットとターゲット
ホルダーとのボンディングも不用であり、均質で密着性
の高いターゲットが容易に製造でき、再生も可能であ
る。
The method of the present invention can be applied to a conventional planar type target, the bonding between the target and the target holder is unnecessary, and a homogeneous and highly adherent target can be easily manufactured and regenerated. is there.

【0043】本発明のセラミックス回転カソードターゲ
ットを用いてArとO2 の混合雰囲気中で通常の1×1
-3〜1×10-2Torr程度の真空中でスパッタする
と、Zr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,
La,In,Crのうち少なくとも1種(以下金属Mと
いう)と、Siとを含む酸化物からなる低屈折率膜を均
一に高速にて成膜することができる。
Using the ceramic rotating cathode target of the present invention, a usual 1 × 1 in a mixed atmosphere of Ar and O 2.
When sputtered in a vacuum of about 0 −3 to 1 × 10 −2 Torr, Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn,
A low refractive index film made of an oxide containing at least one of La, In, and Cr (hereinafter referred to as metal M) and Si can be uniformly formed at high speed.

【0044】本発明のターゲットは導電性があり、しか
もスパッタ中にターゲットの表面酸化が少ないため、直
流(DC)スパッタ法を用いて成膜でき、大面積にわた
り均一な膜を高速で成膜できる。これは、ターゲット中
のZr,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,La,I
n,Cr等は大部分ケイ素化合物として,また、Snは
Si−Sn合金として存在し、Siに比べ酸素に対する
活性が小さいため酸化されにくく、ターゲットの表面酸
化による導電性の低下を抑制するように働くからと考え
られる。
Since the target of the present invention has conductivity and the surface oxidation of the target is small during sputtering, direct current (DC) sputtering can be used for film formation, and a uniform film over a large area can be formed at high speed. .. This is Zr, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, La, I in the target.
Most of n, Cr, etc. exist as a silicon compound, and Sn exists as a Si—Sn alloy. Since they have less activity to oxygen than Si, they are less likely to be oxidized, so that the decrease in conductivity due to the surface oxidation of the target is suppressed. It is thought to work.

【0045】本発明のセラミックス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,RFの両者の
スパッタリング装置に用いることが可能であり、高速成
膜、ターゲット使用効率も大であり、安定して成膜でき
る。
The ceramic rotating cathode target of the present invention can be used in both DC and RF sputtering devices by magnetron sputtering, high-speed film formation and high target use efficiency, and stable film formation is possible. ..

【0046】[0046]

【実施例】【Example】

[実施例1]本実施例では、低屈折率で優れた耐久性を
有する酸化物膜が安定して高速成膜できるSi−Zrセ
ラミックス回転カソードターゲットの製法を説明する。
[Example 1] In this example, a method of manufacturing a Si-Zr ceramic rotating cathode target capable of stably forming an oxide film having a low refractive index and excellent durability at a high speed will be described.

【0047】まず、セラミックス粉末原料としてZrO
2 ,SiO2 およびカーボンの混合物を高温非酸化雰囲
気中で反応させて、塊状の焼結物を得た。この塊状粉末
をナイロン製ポットミル中でZrO2 (部分安定化Zr
2 )ボールを用いエタノール溶媒中で24時間粉砕し
た。この泥漿に酢ビ・アクリル共重合体のバインダーを
加え混合した後、防爆式スプレイドライヤーにて純度9
9.5%、平均粒径80μmのSi−Zr(Si:Zr
=9:1(原子比))造粒粉末を得た。
First, ZrO is used as a ceramic powder raw material.
A mixture of 2 , SiO 2 and carbon was reacted in a high temperature non-oxidizing atmosphere to obtain a lumpy sintered product. This lumpy powder was placed in a nylon pot mill to produce ZrO 2 (partially stabilized Zr
It was ground in an ethanol solvent using an O 2 ) ball for 24 hours. A vinyl acetate / acrylic copolymer binder was added to and mixed with this slurry, and the purity was adjusted to 9 by an explosion-proof spray dryer.
Si-Zr (Si: Zr with 9.5% and average particle diameter of 80 μm)
= 9: 1 (atomic ratio)) Granulated powder was obtained.

【0048】また、円筒形状ターゲットホルダーは外径
67.5mm×長さ406mmの銅製でこれを旋盤に取
り付け、その外表面をネジ状に加工しその上をAl2
3 砥粒で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、第1層Ni−Al
(配合重量比8:2)の合金粉末および第2層としてT
iの金属粉末をプラズマ溶射(メトコ溶射機を使用)
し、膜厚をそれぞれ50μmの被覆を形成した。
The cylindrical target holder is made of copper having an outer diameter of 67.5 mm and a length of 406 mm and is attached to a lathe. The outer surface of the target holder is processed into a screw shape, and Al 2 O is formed on the outer surface.
3 The surface was roughened by sandblasting with abrasive grains to make it rough. Next, as an undercoat, the first layer Ni-Al
Alloy powder (blending ratio 8: 2) and T as the second layer
Plasma spraying of i metal powder (using Metco sprayer)
Then, coatings each having a film thickness of 50 μm were formed.

【0049】この表面処理を施した円筒状ターゲットホ
ルダーを、予め内面がAl23 ファイバーペーパー
(1mm厚)が貼り付けられたHIP処理用ステンレス
製カプセル内に配置し底部を溶接接合してHIP処理カ
プセルを準備した。このカプセルと円筒状ターゲットホ
ルダーとの間隙に上記のSi−Zr造粒粉末をバイブレ
ーターを用いて振動充填した。そしてこのステンレス製
カプセル内を10-3Torr以下に減圧し密封してHI
P処理装置に挿入しHIP処理を行った。
The cylindrical target holder subjected to this surface treatment was placed in a HIP-processed stainless steel capsule having an Al 2 O 3 fiber paper (1 mm thickness) affixed to its inner surface in advance, and the bottom portion was welded and joined to the HIP. Treated capsules were prepared. The gap between the capsule and the cylindrical target holder was vibration-filled with the above Si-Zr granulated powder using a vibrator. Then, the inside of the stainless steel capsule is depressurized to 10 -3 Torr or less and sealed, and HI
It was inserted into a P processing device and subjected to HIP processing.

【0050】HIP処理条件は、温度1000℃、圧力
200MPaのArガス(純度99.9%)を圧力媒体
とし、1時間の処理を行った。HIP処理後、ステンレ
ス製カプセルを取り外しSi−Zrセラミックス円筒形
状のターゲット外表面を平滑になるように加工し、また
ターゲットホルダーの内面を旋盤にて内径50.5mm
に加工して、Si−Zrセラミックスとターゲットホル
ダーとが一体に強固に密着したSi−Zr( Si:Zr
=9:1(原子比))セラミックス膜厚5mmの回転カ
ソードターゲットを得た。得られたSi−Zrセラミッ
クス層の相対密度は99.5%でまたセラミックス層中
の酸素含有量は0.18重量%であった。
As the HIP treatment conditions, Ar gas (purity 99.9%) having a temperature of 1000 ° C. and a pressure of 200 MPa was used as a pressure medium, and the treatment was carried out for 1 hour. After HIP processing, the stainless steel capsule was removed, and the outer surface of the Si-Zr ceramic cylindrical target was processed to be smooth, and the inner surface of the target holder was turned by a lathe to give an inner diameter of 50.5 mm.
Processed into a Si-Zr (Si: Zr
= 9: 1 (atomic ratio)) A rotary cathode target having a ceramic film thickness of 5 mm was obtained. The relative density of the obtained Si-Zr ceramics layer was 99.5%, and the oxygen content in the ceramics layer was 0.18% by weight.

【0051】このようにして得られたSi−Zr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SiZrxy 膜(Si:Zr:O=
9:1:20(原子比))を形成した。形成条件はAr
+O2 の混合雰囲気中で1×10-3〜1×10-2Tor
r程度の真空中でスパッタし、1000Åの低屈折率透
明酸化物膜を得た。この低屈折率透明酸化物膜の化学組
成Si:Zr原子比はターゲットの化学組成と同一であ
った。
The Si-Zr rotary cathode target thus obtained was loaded into a magnetron sputtering apparatus, and a SiZr x O y film (Si: Zr: O =) was placed on a glass substrate.
9: 1: 20 (atomic ratio)) was formed. Forming condition is Ar
1 × 10 −3 to 1 × 10 −2 Tor in a mixed atmosphere of + O 2
Sputtering was performed in a vacuum of about r to obtain a 1000 Å low-refractive-index transparent oxide film. The chemical composition Si: Zr atomic ratio of this low refractive index transparent oxide film was the same as the chemical composition of the target.

【0052】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貼り
付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。上記の従来法ではスパッタ
電力が1.2kW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では4kW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、従来の方法で25Å/secの成膜速度が約4倍の
100Å/secの高速成膜速度が得られた。得られた
酸化物膜の屈折率は1.49で低屈折率であり、膜の耐
アルカリ性も優れていた。
The above target was more resistant to damage due to heat shock than a planar type target in which ceramics were made by a conventional ceramic method and attached to a target holder. In the above conventional method, cracks occur at a sputtering power of about 1.2 kW and partial peeling occurs, but in the rotating cathode of the present invention, no crack is observed even at 4 kW, arcing does not occur, and stable film formation is possible. With the conventional method, a high film forming rate of 100 Å / sec, which is about four times as high as that of 25 Å / sec, was obtained. The obtained oxide film had a low refractive index of 1.49 and had excellent alkali resistance.

【0053】[実施例2〜8]ターゲットの構成物質や
その割合を変えた以外は実施例1と同様にして、各種の
ターゲットを作成し、それを用いて実施例1と同様にし
てスパッタにより成膜を行った。ただし、実施例2およ
び実施例6については、Mo金属粉末のかわりにTi金
属粉末を用い、Ni−Al(50μm)/Ti(50μ
m)の2層のアンダーコートとした。また、実施例5に
ついてはNi−Al(100μm)の1層のアンダーコ
ートとした。実施例3、4、7、8については実施例1
と全く同じアンダーコートとした。以上、いずれもアン
ダーコートの形成方法は実施例1と同じとした。
[Examples 2 to 8] Various targets were prepared in the same manner as in Example 1 except that the constituent materials of the target and the proportions thereof were changed, and sputtering was performed using the same targets as in Example 1. A film was formed. However, in Example 2 and Example 6, Ti metal powder was used instead of Mo metal powder, and Ni—Al (50 μm) / Ti (50 μm) was used.
m) was used as a two-layer undercoat. In addition, in Example 5, a single layer of Ni—Al (100 μm) was used as the undercoat. For Examples 3, 4, 7, and 8, Example 1 was used.
I used the same undercoat. In all of the above, the method of forming the undercoat was the same as in Example 1.

【0054】[比較例1]実施例1と同様な方法でSi
粉末を粉砕造粒し、この粉末を用い実施例1と同様な手
順で回転カソードを作成した。同様なスパッタ条件で成
膜したがアーキングの発生が激しく、安定して成膜でき
なかった。
Comparative Example 1 Si was prepared in the same manner as in Example 1.
The powder was pulverized and granulated, and a rotating cathode was prepared in the same procedure as in Example 1 using this powder. The film was formed under the same sputtering conditions, but arcing was severely generated, and the film could not be stably formed.

【0055】[比較例2]実施例1と同様の方法で合成
したSi−Zr(Si:Zr=9:1(原子比))塊状
粉末を粉砕分級して得た純度99.5%の75〜20μ
m粒径の溶射粉末を用い、アンダーコートやその上にタ
ーゲットとなるセラミックス層を大気中のプラズマ溶射
により形成したこと以外は実施例1と同様にして回転カ
ソードターゲットを得た。このセラミックスターゲット
層の相対密度は89%で酸素含有量は3.1重量%であ
った。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 Si-Zr (Si: Zr = 9: 1 (atomic ratio)) agglomerated powder synthesized in the same manner as in Example 1 was pulverized and classified to obtain 75 having a purity of 99.5%. ~ 20μ
A rotating cathode target was obtained in the same manner as in Example 1 except that a thermal spraying powder having an m particle diameter was used and a ceramic layer as a target was formed on the undercoat by plasma spraying in the atmosphere. The relative density of this ceramic target layer was 89%, and the oxygen content was 3.1% by weight.

【0056】そのターゲットを用いて実施例1と同様に
してスパッタにより成膜を行った。スパッタ中において
は使用初期のアーキングが激しく、約40分のプレスパ
ッタが必要となり4kWの高速成膜では小さなアーキン
グは起こるものの従来の4倍の成膜速度が得られた。ス
パッタ中のターゲットセラミックス層の亀裂や剥離は認
められなかったもののターゲット表面にはところどころ
に細かいアーキングスポットが形成されていた。
A film was formed by sputtering using the target in the same manner as in Example 1. During the sputtering, the arcing at the initial stage of use was vigorous, pre-sputtering was required for about 40 minutes, and although a small arcing occurred in the high-speed film formation of 4 kW, the film formation rate four times that of the conventional film was obtained. Although no cracking or peeling of the target ceramics layer was observed during sputtering, fine arcing spots were formed in places on the target surface.

【0057】[比較例3]実施例1と同様のSi−Zr
(Si:Zr=9:1(原子比))の粉末をホットプレ
スして焼結体を形成し、Inを用いてプレーナ型のバッ
キングプレートに接合し、プレーナ型のターゲットを作
成した。これを用いてスパッタを行ったところ、ターゲ
ットが割れたり、一部剥離したりして、安定して成膜が
できなかった。
Comparative Example 3 Si-Zr similar to Example 1
A powder of (Si: Zr = 9: 1 (atomic ratio)) was hot pressed to form a sintered body, which was bonded to a planar type backing plate using In to form a planar type target. When sputtering was performed using this, the target was cracked or partly peeled off, and stable film formation could not be performed.

【0058】実施例1〜8、比較例1〜3の比較を表1
に示す。表1中に示した膜の耐アルカリ性は0.1N
NaOH中に室温で240時間浸漬した結果、浸漬前に
対する膜厚の変化率が10%以内のものを○、膜が溶解
してしまったものを×とした。
Table 1 shows a comparison between Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3.
Shown in. The alkali resistance of the films shown in Table 1 is 0.1N
As a result of immersing in NaOH at room temperature for 240 hours, ◯ indicates that the rate of change in film thickness before immersion is 10%, and x indicates that the film has dissolved.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明の方法によればターゲットをHI
P処理法を用いて焼結と接合を同時に行わせて製作する
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することができる。
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。
According to the method of the present invention, the target is HI
Since it is manufactured by simultaneously performing sintering and bonding using the P treatment method, it does not require conventional ceramics manufacturing equipment, and can be easily manufactured at low cost and in a short time without a processing and bonding process. Can be applied to.
In particular, powders of refractory substances and refractory metals which are difficult to be made into ceramics are cheaper, and it is particularly effective when such substances are targeted.

【0061】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
定して高速成膜が可能となり、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使用効率も
高くなるなど工業的価値は多大である。
When the rotating cathode target of the present invention is used, the cooling efficiency during sputtering is high, and even if the sputtering power is increased, there is no cracking or damage to the target, and stable high-speed film formation at low temperatures is possible. The industrial value is enormous because the productivity of large-area glass for automobiles and automobiles is remarkably improved and the target use efficiency is increased.

【0062】本発明の回転カソードを用いることによ
り、低屈折率で耐アルカリ性に優れた透明薄膜を大面積
にわたり高速で安定的に提供できる。また高屈折率の酸
化物透明薄膜との組合せにより薄膜の光学設計を容易に
することができる。
By using the rotating cathode of the present invention, a transparent thin film having a low refractive index and excellent alkali resistance can be stably provided at a high speed over a large area. Further, the optical design of the thin film can be facilitated by combining with the transparent oxide thin film having a high refractive index.

【0063】また本発明により得られる低屈折率膜は化
学的安定性を有するので各種物品のオーバーコートとし
て用いることができる。例えば建築用や自動車用等の熱
線反射ガラス、バーコードリーダーの読取り部の保護板
等や反射防止膜、眼鏡レンズ等の最外層に最適であり、
また機械要素の用途も広く摺動部材のコート材にも使用
できる。
Since the low refractive index film obtained by the present invention has chemical stability, it can be used as an overcoat for various articles. For example, it is most suitable for the outermost layer of heat-reflecting glass for buildings and automobiles, protective plate of the reading part of bar code readers, antireflection film, spectacle lenses, etc.
In addition, it can be widely used as a mechanical element and can be used as a coating material for sliding members.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に用いられるHIP処理用カプセルの一
例の断面図
FIG. 1 is a sectional view of an example of a HIP processing capsule used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ステンレス製カプセル 2:表面処理を施した銅製の円筒ターゲットホルダー 3:Al23 セラミックスファイバーペーパー 4:充填されたセラミックス粉末1: Stainless steel capsule 2: Surface-treated copper cylindrical target holder 3: Al 2 O 3 ceramics fiber paper 4: Filled ceramics powder

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】円筒状ターゲットホルダーの外表面を荒
し、その上に、後で形成する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近い熱膨張係数を有す
る金属または合金からなる層のうち少なくとも1層をプ
ラズマ溶射によりアンダーコートとして形成し、次い
で、かかる円筒状ターゲットホルダーの外表面周囲にセ
ラミックスの粉末またはかかる粉末の成形体を配置し、
熱間等方圧プレスを行うセラミックス回転カソードター
ゲットの製造法であって、上記セラミックス粉末は、Z
r,Ti,Ta,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,
In,Crのうち少なくとも1種(以下金属Mという)
と、Siとを主成分とし、金属Mの総量とSiとを原子
比で4:96〜35:65割合で有する粉末であること
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
造法。
1. A metal or alloy having a roughened outer surface of a cylindrical target holder and having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficient of thermal expansion of a ceramic layer to be formed later and the coefficient of thermal expansion of the target holder. And at least one layer of a metal or an alloy having a coefficient of thermal expansion close to that of the ceramics layer is formed as an undercoat by plasma spraying, and then the outer surface of the cylindrical target holder is surrounded. Place the ceramic powder or a compact of such powder in
A method of manufacturing a ceramic rotating cathode target, which comprises hot isostatic pressing, wherein the ceramic powder is Z
r, Ti, Ta, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La,
At least one of In and Cr (hereinafter referred to as metal M)
And a powder containing Si as a main component and the total amount of metal M and Si in an atomic ratio of 4:96 to 35:65.
【請求項2】円筒状ターゲットホルダーの外表面上に、
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、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
の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属または合金
からなる層のうち少なくとも1層が、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
して形成されてなるセラミックス回転カソードターゲッ
トであって、前記セラミックス層は、Zr,Ti,T
a,Hf,Mo,W,Nb,Sn,La,In,Crの
うち少なくとも1種(以下金属Mという)と、Siとを
主成分とし、金属Mの総量とSiとを原子比で4:96
〜35:65の割合で有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。
2. On the outer surface of the cylindrical target holder,
A ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed, 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 the thermal expansion of the ceramic layer. A ceramic rotating cathode target in which at least one layer of a metal or an alloy having a coefficient of thermal expansion close to a coefficient is formed as an undercoat between the ceramic layer and the target holder, and the ceramic layer Is Zr, Ti, T
At least one of a, Hf, Mo, W, Nb, Sn, La, In, and Cr (hereinafter referred to as metal M) and Si are main components, and the total amount of metal M and Si are in an atomic ratio of 4: 96
A ceramic rotating cathode target having a ratio of ˜35: 65.
【請求項3】請求項2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低屈折率膜を形成する
ことを特徴とするスパッタによる成膜法。
3. A film forming method by sputtering, wherein a low refractive index film is formed by sputtering the ceramic rotating cathode target according to claim 2.
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