JPH05230645A - Ceramic rotary cathode target and its manufacture - Google Patents

Ceramic rotary cathode target and its manufacture

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JPH05230645A
JPH05230645A JP31288592A JP31288592A JPH05230645A JP H05230645 A JPH05230645 A JP H05230645A JP 31288592 A JP31288592 A JP 31288592A JP 31288592 A JP31288592 A JP 31288592A JP H05230645 A JPH05230645 A JP H05230645A
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JP
Japan
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target
ceramic
thermal expansion
layer
powder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31288592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Otojiro Kida
音次郎 木田
Akira Mitsui
彰 光井
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05230645A publication Critical patent/JPH05230645A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a rotary cathode target free from the need of the stage for joining with a target holder and high in a raw material yield at a high density. CONSTITUTION:The outer surface of a cylindrical target holder 2 is roughened, on which an undercoat of a layer constituted of a metal or an allay having a thermal expansion coefficient which is the medium between that of a ceramic layer and that of the target holder 2 or the like is formed. Then, the ceramic powder 4 is filled into the circumference of the outer surface of the 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
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
ーゲット及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 a transparent amorphous oxide film having excellent durability, by a sputtering method 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。これらのうちで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. Of these, the Cr film is relatively strong and is therefore used as a part of a surface mirror whose coated surface is exposed.

【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、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 used to form the heat ray reflective glass by a spray method, a CVD method, an immersion method or the like.
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層系又はZ
nO/Ag/ZnO/Ag/ZnOの5層系(特開昭6
3−239043参照)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 Z.
5-layer system of nO / Ag / ZnO / Ag / ZnO
3-239043) and is used in the form of double glazing 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及びレンズ
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
でも複層ガラス又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又は保護膜を兼ねた光学薄膜が望
まれている。
Surface mirrors, single-plate heat ray-reflecting glass, and antireflection coatings such as lenses are used in a state where the coated film is 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 wear 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。
To improve durability, a chemically stable and transparent oxide film is usually provided on the air side. As these oxide films, there are titanium oxide, tin oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, etc., which have been selected and used according to the required performance.

【0007】しかし酸化チタン、酸化ジルコニウムは化
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、
酸化ケイ素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まだ耐摩耗性に関
して十分とはいえない。また、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比較的高
く、一方酸化ケイ素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。
However, although titanium oxide and zirconium oxide are excellent in chemical stability, they tend to form a crystalline film and tend to have large irregularities on the surface. Therefore, when they are rubbed, friction is increased and wear resistance is increased. Inferior to. On the other hand, tin oxide,
Each of the silicon oxides is vulnerable to alkali acids and cannot withstand long-term immersion. Among these, tantalum oxide is wear resistant,
It has both chemical stability, but it is still insufficient in terms of wear resistance. In addition, titanium oxide, tin oxide,
Tantalum oxide and zirconium oxide have a relatively high refractive index, while silicon oxide has a relatively low refractive index, which limits the degree of freedom in optical design for providing various optical functions.

【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,Si,Oのうち少なくとも1
種とを主成分とするターゲット及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。
As described above, there is a demand for a thin film having high durability and a wide degree of freedom in optical design. The applicant of the present invention has disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-187733 that, as such a highly durable thin film, at least one of Zr, Ti, Hf, Sn, Ta, In and Cr and at least one of B, Si and O are used.
We proposed a target consisting mainly of seeds and an amorphous oxide film formed by sputtering this target.

【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、
焼成及びスパッタ装置に合った形状にするための加工及
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 to obtain a shape suitable for the 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 large jig target requires a large jig device, and the bonding jig also requires ceramics. When the target is bonded to the target holder metal plate, it is manufactured by dividing and processing and joining, but it requires labor and cost such as using a large-scale device and a large amount of expensive In solder.

【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、又は脆い
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. Most of such targets are cylindrical rotating cathodes made of a metal or alloy to be sputtered, and when the substance 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 is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-181270, but the thermal spray film cannot be made thick due to a large difference in thermal expansion between ceramics and metal, and the thermal shock during use causes a close contact. There is a problem that the property 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3−242557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
る金属又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
カソードの製造法を提案した。
The applicant of the present invention, in Japanese Patent Application No. 3-242557, roughens the outer surface of the cylindrical target holder, and then,
A layer made of a metal or an alloy having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the ceramic layer to be formed later and the thermal expansion coefficient of the target holder is formed as an undercoat, and then the ceramic powder is semi-exposed in high temperature gas. We proposed a method for producing a ceramic rotating cathode, which is characterized in that the gas is transported to and deposited on the undercoat while being in a molten state to form a ceramic layer as a target to be sputtered.

【0015】しかし、前記セラミックス層とターゲット
ホルダーとでそ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 coating of the ceramic layer during plasma spraying or sputtering, and the chemical composition of the ceramic layer in the atmosphere However, there is a problem that it changes due to oxidation due to plasma spraying.

【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さ
らに向上し、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。
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 ceramic layer, and the ceramic rotating cathode capable of uniform and stable sputtering without the change of the chemical composition of the ceramic layer. A target manufacturing method is proposed.

【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又は合金からな
る層、及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又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て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又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 the cylindrical target holder, and hot isostatic pressing is performed. A method of manufacturing a rotating cathode target is provided.

【0018】また、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
有する金属又は合金からなる層、及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又は合金
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提供する。
Further, a ceramic layer serving as a target to be sputtered is formed on the outer surface of the cylindrical target holder, and a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficient of thermal expansion of the ceramic layer and the coefficient of thermal expansion of the target holder is set. At least one layer selected from the group consisting of the metal or alloy and the layer consisting of the metal or alloy having a coefficient of thermal expansion close to that of the ceramic layer serves as an undercoat between the ceramic layer and the target holder. Provided is a ceramic rotating cathode target characterized by being formed.

【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、
又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, there is no need for 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.

【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。
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.

【0021】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、化学的合成又
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 ceramic powder used in the present invention is produced by utilizing chemical synthesis or solid-state reaction, particularly in the case of a complex compound which 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.

【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,
B,Si,ZrB2 ,ZrSi2 ,ZrO2 (Y2
3 ,CaO,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),B23 ,SiO
2 等の粉末あるいは混合粉末、及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。Ti,La,Mo,Hf,W,Nb,Sn,T
a,In,Cr等の金属のホウ化物、ケイ化物等も同様
である。なお、これらのセラミックス粉末はFe,A
l,Mg,Y,Mn,Hを総計3重量%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。
The ceramic powder used in the present invention can be produced, for example, by the following method. That is, Zr,
B, Si, ZrB 2 , ZrSi 2 , ZrO 2 (Y 2 O
3 , CaO, MgO, etc. added 3-8 mol% stabilized or partially stabilized ZrO 2 ), B 2 O 3 , SiO
In the case of forming a powder or a mixed powder of 2 and the like and a non-oxide target, if necessary, a mixture of carbon powder for reducing the oxide was used for chemical synthesis or solid phase reaction. By firing in a high temperature non-oxidizing atmosphere furnace, a lumpy single-type or complex-type powder is obtained. Ti, La, Mo, Hf, W, Nb, Sn, T
The same applies to borides and silicides of metals such as a, In and Cr. Note that these ceramic powders are Fe, A
The total amount of l, Mg, Y, Mn, and H may be 3 wt% or less, and C may be 20 wt% or less because it disappears as CO 2 during film formation. Further, it may contain Cu, V, Co, Rh, Ir and the like in the amount of impurities.

【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】円筒状ターゲットホルダーとしては、ステ
ンレスや、銅又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 やS
iCの砥粒を用いサンドブラストする等により、荒して
おくことも密着性の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。
For the cylindrical target holder, stainless steel, Ti, Mo, or the like having a coefficient of thermal expansion similar to that of copper or a ceramic layer can be used. Before the HIP treatment of the ceramic powder, its outer surface is made of Al 2 O 3 or S
Roughening by sandblasting using iC 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.

【0025】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
属又は合金からなる層(以下、A層という)及びターゲ
ット材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属又
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 order to reduce the difference in thermal expansion between the ceramic layer and the target holder in the cylindrical target holder whose outer surface is roughened, 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, forming both layers, target holder / A
It is optimal to have a structure of layer / B layer / target material.

【0026】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 enhanced. 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.

【0027】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。
The material of the undercoat is 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.

【0028】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。)。
[0028] 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.).

【0029】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−C
r,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。
For example, the ceramic layer is a Zr-B type,
Zr-B-Si system, Hf-Si system, Ti-B system, Cr-
In the case of Si-based, Sn-Si-based, Zr-Si-based (when Zr is less than Zr: Si (atomic ratio) = 33:67) and the like (coefficient of thermal expansion 5 to 6 x 10 -6 / ° C), under Coat A
The preferred coefficient of thermal expansion of the layer is 12 to 15 × 10 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni—Al, Ni—C.
r, Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y, Ni-
Co-Cr-Al-Y etc. are mentioned. The preferred thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 5 to 8 × 10 -6 / ° C.
And examples of the material include Mo, W, Ta, Nb and the like.

【0030】セラミックス層が、Ta−B系、Ta−S
i系、Ti−Si系(Ti:Si(原子比)=33:6
7よりTiが少ない場合)、Zr−Si系(Zr:Si
(原子比)=33:67又はこれより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−A
l,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。
The ceramic layers are Ta-B type and Ta-S type.
i system, Ti-Si system (Ti: Si (atomic ratio) = 33: 6
7 and less Ti), Zr-Si system (Zr: Si
(Atomic ratio) = 33: 67 or when Zr is larger than this,
(Including ZrSi 2 ), etc. (coefficient of thermal expansion 8-9 × 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—Al, Ni—Cr, Ni—Cr—A.
1, 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.

【0031】セラミックス層が、Cr−B系、Ti−S
i系(Ti:Si(原子比)=33:67又はこれより
Tiが多い場合、TiSi2 を含む)等(熱膨張係数1
0〜13×10-6/℃)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−C
r−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。
The ceramic layer is made of Cr-B, Ti-S.
i-based (Ti: Si (atomic ratio) = 33: 67 or when Ti is larger than this, TiSi 2 is included), etc. (coefficient of thermal expansion 1
In the case of 0 to 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-C
r-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.

【0032】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 sintered and joined by the HIP treatment.

【0033】図1はHIP処理用カプセルを示す。HI
P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により構成さ
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HIP処理用カプセルは
鋼又はステンレス鋼が好ましく、カプセルの厚みは4m
m以下が望ましい。
FIG. 1 shows a HIP processing capsule. HI
The P treatment capsule is composed of a bottomed stainless steel capsule 1 and a cylindrical target holder 2 arranged therein, and these are welded to a predetermined position, 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 HIP processing capsule is preferably made of steel or stainless steel, and the thickness of the capsule is 4 m.
m or less is desirable.

【0034】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)又はシートを貼り付
けておくとよい。
Further, the HIP-treated capsule 1 suppresses a reaction during sintering of the HIP-treated ceramic layer filled in the capsule in the HIP-treatment step and facilitates release from the HIP-treated ceramic layer. 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.

【0035】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。又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 a gap between the stainless steel 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.

【0036】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、又は円
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10-3Torr
以下に減圧密封する。この減圧密封では10-3Torr
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 preliminarily CIP-molded on the cylindrical target holder device is placed in the HIP-processed capsule and the HIP-processed capsule is prepared. 10 -3 Torr stainless steel capsule
It is vacuum-sealed below. This vacuum seal is 10 -3 Torr
This is because the gas and components adhering to the ceramic raw material powder will not be sufficiently removed if it exceeds the limit.

【0037】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及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。このと
きの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℃未満又は圧力50M
Pa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。
The vacuum-sealed HIP capsule made of stainless steel is placed in a HIP device for HIP treatment. The HIP process is a process in which 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 bond the ceramic layer and the target holder at the same time. 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 condition is temperature less than 900 ° C or pressure 50M
When it is less than Pa, 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.

【0038】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 capsule thus obtained is taken out from the HIP device, and the stainless-steel capsule on the outer surface is 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.

【0039】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の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、単位面積あたりに大きな電力を投入す
ることが可能である。
The thus produced rotary cathode target is homogeneous without any oxidation of the target material and no change in chemical composition, and also has good heat conduction from the target material to the target holder and further to the cathode electrode, and is a solid target. Since it is in close contact with the holder, it is sufficiently cooled even when high sputtering power is applied to increase the film formation rate, 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 to

【0040】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.

【0041】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 also 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. ..

【0042】さらに、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。
Further, the ceramic rotating cathode target of the present invention is DC, RF by magnetron sputtering.
It can be used for both sputtering devices, high-speed film formation, high target use efficiency, and stable film formation.

【0043】これらのセラミックス回転カソードターゲ
ットを用いて成膜した薄膜は、Zr,Ti,Hf,T
a,In,Sn等の酸化物に、Bかつ又はSiが添加さ
れているため、非晶質となる。これはBかつ又は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
方が少ないと考えられ、その結果本発明の非晶質は摩擦
係数を低減されているものと考えられる。
Thin films formed by using these ceramic rotating cathode targets are Zr, Ti, Hf, and T.
Since B and / or Si is added to an oxide such as a, In, or Sn, it becomes amorphous. It is considered that this is because B and / or Si destroys the lattice of such an oxide, hinders the growth of crystal grains of such an oxide, and makes the film more amorphous. It is considered that the unevenness of the film surface is smaller in the amorphous film than in the film that is an aggregate of microcrystals, and as a result, it is considered that the amorphous film of the present invention has a reduced friction coefficient.

【0044】このため本発明のターゲットを利用して形
成した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、高耐擦傷性能及
び高耐摩耗性が得られるものと考えられる。
Therefore, the amorphous film formed by using the target of the present invention has very excellent lubricity and is less likely to be scratched by friction, and thus has high scratch resistance and high abrasion resistance. It is thought to be done.

【0045】[0045]

【実施例】【Example】

[実施例1]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ZrB2
ラミックスマグネトロンスパッタ用回転カソードの製法
を説明する。
[Embodiment 1] In this embodiment, a method for producing a rotating cathode for ZrB 2 ceramics magnetron sputtering, which enables stable formation of a transparent and highly durable amorphous oxide film at a high speed, will be described.

【0046】まず、セラミックス粉末原料としてZrO
2 ,B23 及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ZrO
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ZrB2 造粒粉末を得
た。
First, ZrO is used as a ceramic powder raw material.
A mixture of 2 , B 2 O 3 and carbon was reacted in a high temperature non-oxidizing atmosphere to obtain a lump-shaped sinter. The lumpy powder was placed in a nylon pot mill to produce ZrO 2 (partially stabilized ZrO 2
2 ) A ball was used to grind for 24 hours in an ethanol solvent. 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.
A ZrB 2 granulated powder having 9.5% and an average particle diameter of 80 μm was obtained.

【0047】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)の合金粉末及び第2層としてMo
の金属粉末をプラズマ溶射(メトコ溶射機を使用)し、
膜厚50μmの被覆を形成覆を形成した。
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 (mixing weight ratio 8: 2) and Mo as second layer
Plasma spraying the metal powder of (using Metco spraying machine),
A coating having a film thickness of 50 μm was formed.

【0048】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ZrB2 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 surface-treated cylindrical target holder was placed in a stainless steel capsule for HIP treatment, the inner surface of which was previously adhered with Al 2 O 3 fiber paper (1 mm thick), and the bottom was welded and joined. A HIP-treated capsule was prepared. The gap between the capsule and the cylindrical target holder was vibration-filled with the above ZrB 2 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.

【0049】HIP処理条件は、温度1130℃、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ZrB2 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、ZrB2 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ZrB2 セラミックス膜厚5
mmの回転カソードターゲットを得た。得られたZrB
2 セラミックス層の相対密度は99.5%であり、セラ
ミックス層中の酸素含有量は0.15重量%であった。
As the HIP treatment conditions, Ar gas (purity 99.9%) having a temperature of 1130 ° C. and a pressure of 200 MPa was used as a pressure medium, and the treatment was carried out for 1 hour. After the HIP process, the stainless capsule was removed and the outer surface of the ZrB 2 ceramic cylindrical target was processed to be smooth, and the inner surface of the target holder was machined with a lathe to an inner diameter of 50.5 mm, and the ZrB 2 ceramic and target were processed. ZrB 2 ceramics film thickness that firmly adheres to the holder integrally 5
A mm rotating cathode target was obtained. The obtained ZrB
The relative density of the two ceramic layers was 99.5%, and the oxygen content in the ceramic layer was 0.15% by weight.

【0050】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。形成条件はAr+O2
の混合雰囲気中で1×10-3〜1×10-2Torr程度
の真空中でスパッタし、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原子比は
ターゲットの化学組成Zr:B比と同一であった。
The ZrB 2 rotating cathode target thus obtained was loaded into a magnetron sputtering apparatus, and a ZrB x O y film (Zr: B: O = 1: 1 was formed on a glass substrate.
2: 5 (atomic ratio)) was formed. The formation conditions are Ar + O 2
Sputtering was performed in a mixed atmosphere of 1 × 10 −3 to 1 × 10 −2 Torr in a vacuum to obtain a transparent amorphous oxide film of 1000 Å. The chemical composition Zr: B atomic ratio of this amorphous film was the same as the chemical composition Zr: B ratio of the target.

【0051】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。
The above target was more robust against 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-mentioned conventional method, cracks occur at a sputtering power of about 2.5 kW and some peeling occurs, but in the rotating cathode of the present invention, no crack is observed even at 5 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.

【0052】[実施例2]セラミックス粉末原料として
ZrO2 ,SiO2 ,カーボン粉末の混合物を、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
塊状粉末を実施例1と同様な方法で粉砕分級し純度9
9.5%、平均粒径80μmのZrSi2 粉末を得た。
この粉末を用いて実施例1と同様の手順で回転ターゲッ
トを作製した。そのZrSi2 セラミックス層の相対密
度は99.5%で酸素含有量は0.2重量%であった。
Example 2 A mixture of ZrO 2 , SiO 2 and carbon powder as a ceramic powder raw material was reacted in a high temperature non-oxidizing atmosphere to obtain a lump-shaped sintered product. This agglomerated powder was pulverized and classified in the same manner as in Example 1 to obtain a purity of 9
A ZrSi 2 powder having 9.5% and an average particle size of 80 μm was obtained.
Using this powder, a rotary target was produced in the same procedure as in Example 1. The relative density of the ZrSi 2 ceramic layer was 99.5% and the oxygen content was 0.2% by weight.

【0053】この回転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Z
rSixy (Zr:Si:O=1:2:6(原子
比))の透明な薄膜を得た。実施例1のZrB2 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。
A film was formed by a magnetron sputtering apparatus using this rotating target. As a result, Z with a thickness of 1000Å
A transparent thin film of rSi x O y (Zr: Si: O = 1: 2: 6 (atomic ratio)) was obtained. As in the case of the ZrB 2 target of Example 1, there was no change in the chemical composition of the target, and a film formation rate of about 4 times was obtained compared to the planar type target by the conventional ceramic method, and there was no damage even when the power was increased. I was not able to admit.

【0054】[実施例3]セラミックス原料としてZr
2 ,SiO2 ,B23 及びカーボン粉末の混合物を
高温非酸化雰囲気下で反応させて塊状の焼結物を得た。
この塊状粉末を実施例1と同様な方法で粉砕後造粒し純
度99.5%で平均粒径80μmのZr−B−Si( 原
子比で1:1:8)の粉末を得た。この粉末を用いて実
施例1と同様の手順で回転ターゲットを作製した。その
ZrBSi8 セラミックス層の相対密度は99.5%で
酸素含有量は0.13重量%であった。そしてこの回転
ターゲットを用いスパッタ装置で成膜した。
[Example 3] Zr as a ceramic raw material
A mixture of O 2 , SiO 2 , B 2 O 3 and carbon powder was reacted in a high temperature non-oxidizing atmosphere to obtain a lump-shaped sintered product.
The agglomerated powder was pulverized and granulated in the same manner as in Example 1 to obtain a Zr-B-Si (atomic ratio 1: 1: 8) powder having a purity of 99.5% and an average particle diameter of 80 μm. Using this powder, a rotary target was produced in the same procedure as in Example 1. The relative density of the ZrBSi 8 ceramic layer was 99.5% and the oxygen content was 0.13% by weight. Then, a film was formed by a sputtering device using this rotating target.

【0055】その結果1000Åの厚さのZrBx Si
yz 膜(Zr:B:Si:O=1:1:8:18.5
(原子比))の透明薄膜を得た。実施例1や2のZrB
2 やZrSi2 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焼結体を接合したプレーナ
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。
As a result, ZrB x Si having a thickness of 1000 Å
y O z film (Zr: B: Si: O = 1: 1: 8: 18.5
(Atomic ratio)) was obtained. ZrB of Examples 1 and 2
Similar to the case of 2 and ZrSi 2 targets, the chemical composition of the target does not change, and the film formation rate is about 3.5 times that of the conventional planar type target with a sintered body joined, and cracking occurs even when the power is increased. No damage was observed, and stable high-speed film formation was possible.

【0056】[比較例1]溶射用セラミックス粉末原料
として純度99.5%、粒径20〜45μmのZrO2
粉末を用い、内径50.5mm×外径67.5mm×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、その外表面をネジ状に加工した後、Al23
砥粒を用いるサンドブラストにて表面を荒し粗面の状態
にした。
[Comparative Example 1] ZrO 2 having a purity of 99.5% and a particle size of 20 to 45 μm as a ceramic powder material for thermal spraying.
Using a powder, a copper cylindrical target holder having an inner diameter of 50.5 mm, an outer diameter of 67.5 mm, and a length of 406 mm was attached to a lathe, the outer surface of which was processed into a screw shape, and then Al 2 O 3 was used.
The surface was roughened and roughened by sandblasting using abrasive grains.

【0057】次にアンダーコートとして、Ni−Al
(配合重量比8:2)の合金粉末を大気中でのプラズマ
溶射を行い、膜厚50μmの被覆を施した。更にこの上
にMo金属粉末を大気中のプラズマ溶射により膜厚50
μmの被膜を得た。
Next, as an undercoat, Ni-Al
The alloy powder (blending weight ratio 8: 2) was plasma sprayed in the atmosphere to form a coating having a film thickness of 50 μm. On top of this, Mo metal powder is sprayed in the atmosphere by plasma spraying to a film thickness of 50
A μm coating was obtained.

【0058】次にその上に上述のZrB2 粉末を用い同
様の大気中のプラズマ溶射によって最終厚み3mmのZ
rB2 を被覆した回転カソードを得た。このときのセラ
ミックス層の相対密度は88%であり、酸素含有量は
3.05重量%であった。
Next, the ZrB 2 powder described above was used to perform the same plasma spraying in the atmosphere as described above to obtain Z having a final thickness of 3 mm.
A rotating cathode coated with rB 2 was obtained. At this time, the relative density of the ceramic layer was 88%, and the oxygen content was 3.05% by weight.

【0059】このようにして得られたZrB2 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 膜を形成し、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原
子比Zr:B比は、セラミックス層の化学組成よりBが
少なくなっていた。
The ZrB 2 rotating cathode target thus obtained was loaded into a magnetron sputtering apparatus to form a ZrB x O y film on a glass substrate, and a 1000 Å transparent amorphous oxide film was obtained. Regarding the chemical composition atomic ratio Zr: B ratio of this amorphous film, B was smaller than the chemical composition of the ceramic layer.

【0060】スパッタ中においては使用初期のアーキン
グがやや激しく約30分のプレスパッタが必要であり、
5kWでの高速成膜では小さなアーキングは起こるもの
の約4倍の100Å/sec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
られなかったが、ターゲット表面にはところどころ細か
いアーキングが形成されていた。
During sputtering, arcing at the beginning of use is rather vigorous and pre-sputtering for about 30 minutes is required.
Although high-speed film formation at 5 kW caused a small arcing, a film formation rate of 100 Å / sec which was about four times that of the first arc was obtained. No cracking or peeling of the target ceramics layer was observed during sputtering, but fine arcing was formed here and there on the target surface.

【0061】[0061]

【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.

【0062】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 also 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.

【0063】本発明によれば高耐久性を有するとともに
B又は/かつSiの添加量により屈折率を制御できる光
学設計の自由度も併せもつ薄膜が提供できる。本発明の
非晶質酸化物膜は高耐擦傷性及び高耐摩耗性、高化学耐
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
用いることができる。例えば建築用や車輌用等の熱線反
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、眼鏡用レンズなどの最外層に最適である。
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。
According to the present invention, it is possible to provide a thin film having high durability and also having a degree of freedom in optical design in which the refractive index can be controlled by the addition amount of B and / or Si. Since the amorphous oxide film of the present invention has high scratch resistance, high abrasion resistance, and high chemical durability, it can be widely used as an overcoat for various articles. For example, it is most suitable for the outermost layer of heat ray-reflecting glass for buildings and vehicles, a protective plate of the reading part of a bar code reader, an antireflection film, and a lens for spectacles.
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 cross-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 (5)

【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又は合金からなる層、及び前記セ
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
属又は合金からなる層のうち少なくとも1層をプラズマ
溶射にて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
の粉末又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 thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of a ceramic layer to be formed later and the thermal expansion coefficient 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 ceramic layer as an undercoat by plasma spraying, and then the outer surface of the cylindrical target holder. A method of manufacturing a ceramic rotating cathode target, which comprises arranging a ceramic powder or a molded body of such a powder around and performing hot isostatic pressing.
【請求項2】セラミックス粉末が、Zr,Ti,Hf,
Sn,Ta,In,Crのうち少なくとも1種と、B
(ホウ素)とSi(ケイ素)とO(酸素)のうち少なく
とも1種とを主成分とする粉末であることを特徴とする
請求項1のセラミックス回転カソードターゲットの製造
法。
2. A ceramic powder comprising Zr, Ti, Hf,
At least one of Sn, Ta, In, and Cr, and B
The method for producing a ceramic rotating cathode target according to claim 1, wherein the powder is a powder containing (boron), Si (silicon), and O (oxygen) as a main component.
【請求項3】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
金属又は合金からなる層、及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又は合金からな
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。
3. 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, wherein 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.
【請求項4】セラミックス層が、Zr,Ti,Hf,S
n,Ta,In,Crのうち少なくとも1種と、B(ホ
ウ素)とSi(ケイ素)とO(酸素)のうち少なくとも
1種とを主成分とすることを特徴とする請求項3のセラ
ミックス回転カソードターゲット。
4. The ceramic layer is Zr, Ti, Hf, S.
4. The ceramic rotating body according to claim 3, wherein at least one of n, Ta, In and Cr and at least one of B (boron), Si (silicon) and O (oxygen) are contained as main components. Cathode target.
【請求項5】請求項3又は4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
とを特徴とするスパッタによる成膜法。
5. A film forming method by sputtering, which comprises forming a film by sputtering the ceramic rotating cathode target according to claim 3 or 4.
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