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JP2009051674A - Manufacturing method of ceramics - Google Patents

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JP2009051674A
JP2009051674A JP2007217271A JP2007217271A JP2009051674A JP 2009051674 A JP2009051674 A JP 2009051674A JP 2007217271 A JP2007217271 A JP 2007217271A JP 2007217271 A JP2007217271 A JP 2007217271A JP 2009051674 A JP2009051674 A JP 2009051674A
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setter
density
ceramic
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ito
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JP2007217271A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Yamauchi
正一 山内
Tetsuo Shibutami
哲夫 渋田見
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】セラミックスの製造においては、品質の安定化のため、密度分布が均一なセラミックスが求められており、特に電磁波加熱によるセラミックスの製造方法ではセッターと接する部分とその他の部分の密度差を低減することが求められている。
【解決手段】ITOやAZO等のセラミックス原料粉末の成形体を電磁波加熱によって焼結するセラミックスの製造方法において、成形体を載せるセッターとして多孔質構造を有するセラミックスからなるものを用いる。
【選択図】なし
In ceramic production, ceramics with a uniform density distribution are required for quality stabilization. Especially in the ceramic production method by electromagnetic wave heating, the density difference between the part in contact with the setter and other parts is reduced. It is requested to do.
In a method for producing ceramics, in which a compact of a ceramic raw material powder such as ITO or AZO is sintered by electromagnetic heating, a setter for placing the compact is made of a ceramic having a porous structure.
[Selection figure] None

Description

本発明は、電磁波加熱によるセラミックスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing ceramics by electromagnetic wave heating.

従来からセラミックスの焼成方法としては、常圧焼成法、ホットプレス法、HIP法等があるが、これらの焼成では外部熱源により加熱焼結するため、均一な焼成物を得るためには長時間の焼成が必要であり、エネルギーを多大に消費する製造方法である。近年、自己加熱による均一加熱、焼成時間短縮による省エネ効果の観点からマイクロ波やミリ波といった電磁波を用いた自己加熱型焼結がアルミナ等のセラミックス材料で検討されている(例えば非特許文献1参照)。   Conventionally, ceramic firing methods include atmospheric firing method, hot pressing method, HIP method, etc., but these firings are heated and sintered by an external heat source, so it takes a long time to obtain a uniform fired product. It is a manufacturing method that requires firing and consumes a lot of energy. In recent years, self-heating type sintering using electromagnetic waves such as microwaves and millimeter waves has been studied for ceramic materials such as alumina from the viewpoint of uniform heating by self-heating and energy saving effect by shortening the firing time (see Non-Patent Document 1, for example). ).

電磁波を用いた加熱においては、被焼成物の自己発熱を利用した焼結であり、熱は被焼成物内部から外部へ移動し、被焼成物の表面温度は内部より低くなる。この温度差が大きいと焼成時に被焼成物が破損する場合がある。この対策として、被焼成物の表面温度を内部と同等に保持する方法として等温断熱壁という概念が提案され、電磁波加熱によるセラミックス焼成が可能となってきた(例えば特許文献1参照)。   Heating using electromagnetic waves is sintering using self-heating of the object to be fired, and heat is transferred from the inside of the object to be fired to the outside, and the surface temperature of the object to be fired is lower than the inside. If this temperature difference is large, the material to be fired may be damaged during firing. As a countermeasure, the concept of an isothermal heat insulating wall has been proposed as a method for maintaining the surface temperature of the object to be fired at the same level as the inside, and ceramic firing by electromagnetic wave heating has become possible (for example, see Patent Document 1).

一方で、電磁波加熱で得られた焼結体では、焼結体の上下方向、特にセッターと接していた部分の周辺のみ全体に比べ密度が異なる場合が見られる。密度の異なる領域はセッターとの接触面から上部へ2mm程度までの領域である。通常の外部加熱の場合、昇温速度も速くなく、被焼成物とセッターとの温度差は大きくなかった。一方、電磁波加熱によるセラミックスの焼成では自己発熱であるため、被焼成物とセッターとの電磁波吸収率が大きく異なると被焼成物の上下での温度差を誘発すると推測される。その結果、通常使用される気孔率が10%前後のセッターを用いると、セッターに接した部分の焼結体の密度が他の部分に比べ、高くなったり、低くなったりする。   On the other hand, in the sintered body obtained by electromagnetic wave heating, there are cases where the density is different from the whole only in the vertical direction of the sintered body, particularly around the portion in contact with the setter. The regions with different densities are regions up to about 2 mm from the contact surface with the setter to the top. In the case of normal external heating, the rate of temperature increase was not fast, and the temperature difference between the object to be fired and the setter was not large. On the other hand, firing of ceramics by electromagnetic wave heating is self-heating, so that it is presumed that a temperature difference between the upper and lower sides of the object to be fired is induced when the electromagnetic wave absorption rate of the object to be fired differs greatly from that of the setter. As a result, when a setter having a porosity of about 10% that is normally used is used, the density of the sintered body in the portion in contact with the setter becomes higher or lower than the other portions.

密度が高くなる原因ははっきりわからないが、セッターと接している部分は表面への熱の放出が抑制されるために温度が上がりやすいことや、セッターが被焼成物より高温となり、被焼成物の底部が高温となったことが推測される。温度が上がり過ぎた場合、被焼成物とセッターが反応してしまい、製品が取り出せない場合もあり、セッターと接する部分が高温となる場合は、焼成温度をセッターと接する部分に合わせるため、被焼成物の全体の密度が低くなる場合もある。また、密度が低くなる原因はセッターの方が被焼成物より電磁波の吸収が悪いために被焼成物の熱がセッターに奪われるためではないかと推測している。   The reason for the high density is not clear, but the temperature at the part in contact with the setter tends to rise because the release of heat to the surface is suppressed, and the setter becomes hotter than the object to be fired, and the bottom of the object to be fired Is estimated to have become hot. If the temperature rises too much, the setter may react with the setter and the product may not be taken out. If the part in contact with the setter is hot, the baking temperature is adjusted to the part in contact with the setter. In some cases, the overall density of the object is lowered. It is also speculated that the cause of the lower density is that the setter is deprived of heat of the object to be fired because the setter absorbs less electromagnetic waves than the object to be fired.

このような現象は、特にセッターとの接触面積が大きい形状の被焼成物を焼成する場合や厚みの薄い製品において、影響が大きい。このような製品の例としては、ITO(Indium Tin Oxide)焼結体、AZO(Aluminum Zinc Oxide)焼結体等からなるセラミックススパッタリングターゲットが挙げられる。スパッタリングターゲットは液晶等のパネル製造装置の大型化に伴い、大型になってきている。例えば、セラミックス焼結体の長さは約80cm、幅が約30cm、厚みが5mmから15mm程度の薄く、平坦な形状をしており、厚み方向の密度分布の存在は品質に影響するため好ましくない。   Such a phenomenon has a great influence particularly when baking an object to be fired having a large contact area with a setter or a thin product. Examples of such products include ceramic sputtering targets made of an ITO (Indium Tin Oxide) sintered body, an AZO (Aluminum Zinc Oxide) sintered body, and the like. Sputtering targets have become larger as panel manufacturing equipment such as liquid crystals grows in size. For example, the ceramic sintered body has a length of about 80 cm, a width of about 30 cm, a thickness of about 5 mm to 15 mm, and a flat shape, and the presence of a density distribution in the thickness direction is unfavorable because it affects quality. .

ITO、AZOスパッタリングターゲットはITO、AZO薄膜製造用のスパッタリングターゲットである。ITO、AZO薄膜は高導電性、高透過率といった特徴を有し、更に微細加工も容易に行えることから、フラットパネルディスプレイ用表示電極、太陽電池用窓材、帯電防止膜等の広範囲な分野に渡って用いられている。特に液晶表示装置を始めとしたフラットパネルディスプレイ分野では近年大型化および高精細化が進んでおり、その表示用電極であるITO、AZO薄膜に対する需要もまた急速に高まっている。   The ITO / AZO sputtering target is a sputtering target for producing an ITO / AZO thin film. ITO and AZO thin films have characteristics such as high conductivity and high transmittance, and because they can be easily finely processed, they can be used in a wide range of fields such as display electrodes for flat panel displays, window materials for solar cells, and antistatic films. It is used across. In particular, in the field of flat panel displays such as liquid crystal display devices, the increase in size and definition has progressed in recent years, and the demand for ITO and AZO thin films as display electrodes has also increased rapidly.

このようなITO、AZO薄膜の製造方法はスプレー熱分解法、CVD法等の化学的成膜法と電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の物理的成膜法に大別することができる。中でもスパッタリング法は大面積化が容易でかつ高性能の膜が得られる成膜法であることから、様々な分野で使用されている。   Such ITO and AZO thin film production methods can be broadly classified into chemical film formation methods such as spray pyrolysis and CVD, and physical film formation methods such as electron beam evaporation and sputtering. Among these, the sputtering method is used in various fields because it is a film forming method that can easily increase the area and obtain a high-performance film.

スパッタリング法によりITO、AZO薄膜を製造する場合、用いるスパッタリングターゲットとしてはITOの場合、酸化インジウムと酸化スズからなる複合酸化物ターゲット(以降ITOターゲットと略する)が用いられる。また、AZO薄膜に関しても同様にAZOターゲットが用いられている。   When manufacturing an ITO or AZO thin film by a sputtering method, as the sputtering target to be used, in the case of ITO, a composite oxide target (hereinafter abbreviated as ITO target) composed of indium oxide and tin oxide is used. Similarly, the AZO target is used for the AZO thin film.

ITOスパッタリングターゲット、AZOスパッタリングターゲットの品質に関しては、成膜中のアーキングの発生に伴う問題点が挙げられる。   Regarding the quality of the ITO sputtering target and the AZO sputtering target, there are problems associated with the occurrence of arcing during film formation.

スパッタリングでのITO、AZO成膜を行なう場合、アーキングが多く発生すると形成された薄膜中にパーティクル由来の異物や欠陥が発生する。これは液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイにおける製造歩留まり低下の原因となり、アーキング発生を抑制できるスパッタリングターゲットが強く望まれている。   When ITO or AZO film formation is carried out by sputtering, if arcing occurs frequently, foreign particles and defects derived from particles are generated in the formed thin film. This causes a decrease in manufacturing yield in flat panel displays such as liquid crystal display devices, and a sputtering target that can suppress arcing is strongly desired.

アーキングの低減には、スパッタリングターゲットに用いるITO焼結体、AZO焼結体の密度向上が有効であり、例えば焼結密度98%以上100%以下、焼結粒径1μm以上20μm以下の高密度ITO焼結体が記載されている(例えば特許文献2参照)。また、高密度焼結体の製造方法としては、例えば酸素加圧焼結を行う方法等が知られている(例えば特許文献3参照)。   In order to reduce arcing, it is effective to improve the density of ITO sintered bodies and AZO sintered bodies used for sputtering targets. For example, high density ITO having a sintered density of 98% to 100% and a sintered particle diameter of 1 μm to 20 μm. A sintered body is described (see, for example, Patent Document 2). Moreover, as a manufacturing method of a high-density sintered body, for example, a method of performing oxygen pressure sintering is known (see, for example, Patent Document 3).

このようにセラミックススパッタリングターゲットの品質に関して高密度な焼結体を製造することが重要である。   Thus, it is important to manufacture a high-density sintered body with respect to the quality of the ceramic sputtering target.

電磁波加熱によりセラミックススパッタリングターゲットを製造する場合、セッターと接触した部分の温度が上がりまたは下がり、上下方向で密度差が出やすい問題があり、製造が安定しなかった。   When manufacturing a ceramic sputtering target by electromagnetic wave heating, the temperature at the part in contact with the setter rises or falls, and there is a problem that a density difference tends to occur in the vertical direction, and the production is not stable.

特許第3845777号公報Japanese Patent No. 3845777 特許第3457969号公報Japanese Patent No. 3457969 特開平3−207858号公報JP-A-3-207858 豊田中央研究所R&Dレビュー Vol.30 NO.4(1995)Toyota Central R & D Review Vol. 30 NO. 4 (1995)

セラミックスの製造においては、品質の安定化のため、密度分布が均一なセラミックスが求められており、特に電磁波加熱によるセラミックスの製造方法ではセッターと接する部分とその他の部分の密度差を低減することが求められている。   In the production of ceramics, ceramics with a uniform density distribution are required for quality stabilization. In particular, the method of producing ceramics by electromagnetic wave heating can reduce the density difference between the part in contact with the setter and other parts. It has been demanded.

上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、多孔質構造を有するセラミックスからなるセッターを用いることで、セッターと接する被焼成物の下部の密度の増減を抑制し、上下方向で密度差の少ないセラミックスが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, by using a setter made of ceramics having a porous structure, it is possible to suppress increase / decrease in the density of the lower part of the object to be fired in contact with the setter, and to reduce the density difference in the vertical direction. As a result, the present invention was completed.

即ち本発明は、セラミックス原料粉末の成形体を電磁波加熱によって焼結するセラミックスの製造方法において、成形体を載せるセッターとして多孔質構造を有するセラミックスからなるセッターを用いることを特徴とするセラミックスの製造方法である。以下、本発明を詳細に説明する。   That is, the present invention relates to a method for producing ceramics in which a molded body of ceramic raw material powder is sintered by electromagnetic heating, wherein a setter made of ceramics having a porous structure is used as a setter for placing the molded body. It is. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明で製造されるセラミックスは電磁波加熱により焼結できるセラミックスであれば特に限定されない。例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、SiC等の構造材料や、ITO(In−SnO)、AZO(Al−ZnO)、In−ZnO、Ga−ZnO、TiO−α(α:Ta等の正五価のイオン)、SnO−β(β:Sb等の正五価のイオン)等の透明導電膜用のターゲット材料、また、BaTiO、PZT等の機能性セラミックス等が挙げられる。 The ceramic produced in the present invention is not particularly limited as long as it can be sintered by electromagnetic heating. For example, structural materials such as alumina, zirconia, titania, SiC, ITO (In 2 O 3 —SnO 2 ), AZO (Al 2 O 3 —ZnO 2 ), In 2 O 3 —ZnO, Ga 2 O 3 —ZnO , TiO 2 -α (α: positive pentavalent ions such as Ta), SnO 2 -β (β: positive pentavalent ions such as Sb), and the like, BaTiO 3 , PZT And functional ceramics.

本発明で用いられる多孔質構造を有するセラミックスセッターとは、気孔を有するセラミックス製のセッターであり、その気孔率は20%以上であるが、30%以上が好ましい。気孔率が大きいほどセッター自身の発熱量が低下し、また、被焼成物とセッターとの間の熱伝達も低減し、被焼成物への熱的影響が緩和される。   The ceramic setter having a porous structure used in the present invention is a ceramic setter having pores, and the porosity is 20% or more, preferably 30% or more. The larger the porosity, the lower the calorific value of the setter itself, and the lower the heat transfer between the object to be fired and the setter, so that the thermal influence on the object to be fired is alleviated.

また、本発明の多孔質構造を有するセラミックスセッターの孔サイズは特に限定されないが、10nmから10mmが好ましく、被焼結体の焼成温度において、孔サイズ等の構造が変化しないものを選択する。例えば、高温で焼成する場合、孔サイズは1mm程度の大きさで、骨格を形成する材料が網目状になっているセッター等が高温での変形が小さいため好ましい。   Further, the pore size of the ceramic setter having the porous structure of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 10 mm, and the one in which the structure such as the pore size does not change at the firing temperature of the sintered body is selected. For example, when firing at a high temperature, a setter or the like having a pore size of about 1 mm and a mesh-like material forming the skeleton is preferable because deformation at high temperature is small.

また、本発明の多孔質構造を有するセラミックスセッターの形状は被焼成物の積載が可能であればどのような形状でもよい。例えば、板状のもの、波状のもの、ブロック状のものを例示することができる。   Moreover, the shape of the ceramic setter having a porous structure of the present invention may be any shape as long as the object to be fired can be loaded. For example, a plate-like thing, a wave-like thing, and a block-like thing can be illustrated.

また、本発明の多孔質構造を有するセラミックスセッターの材質は被焼成物の焼成温度において変形や組成変化、また、被焼成物との反応が起きない材質であれば特に限定されない。被焼成物の電磁波吸収特性と似た特性を有する材質がさらに好ましい。例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、SiC、シリカ−アルミナ等が例示できる。   The material of the ceramic setter having a porous structure according to the present invention is not particularly limited as long as it is a material that does not deform or change its composition at the firing temperature of the material to be fired and does not react with the material to be fired. A material having characteristics similar to the electromagnetic wave absorption characteristics of the object to be fired is more preferable. For example, alumina, mullite, zirconia, SiC, silica-alumina and the like can be exemplified.

本発明の多孔質構造を有するセッターの設置方法は、被焼成物が多孔質構造を有するセッターの上に載っていることが必須であり、多孔質構造を有するセッターの上に被焼成物を載せてもよく、また通常の気孔率の小さいセッターの上に多孔質セッターを載せて、その上に被焼成物を載せる方法でも良い。   In the setting method of the setter having a porous structure according to the present invention, it is essential that the object to be fired is placed on the setter having the porous structure, and the object to be fired is placed on the setter having the porous structure. Alternatively, a method of placing a porous setter on a normal setter having a low porosity and placing an object to be fired thereon may be used.

次に本発明のセラミックスの製造方法について、ITO、AZO焼結体の製造を例に挙げて説明する。   Next, the method for producing the ceramic of the present invention will be described by taking the production of an ITO or AZO sintered body as an example.

初めに、ITO、AZO焼結体の原料粉末を所定の混合比で混合する。例えば、ITO焼結体の場合、酸化スズの含有量はスパッタリング法により薄膜を製造した際に比抵抗が低下するSnO/(In+SnO)で8重量%以上、15重量%以下とすることが好ましい。また、例えば、AZOの場合、酸化アルミニウムの含有量は、スパッタリング法により薄膜を製造した際に比抵抗が低下する1重量%以上、5重量%以下とすることが望ましい。 First, raw material powders of ITO and AZO sintered bodies are mixed at a predetermined mixing ratio. For example, in the case of an ITO sintered body, the content of tin oxide is 8% by weight or more and 15% by weight or less in SnO 2 / (In 2 O 3 + SnO 2 ) whose specific resistance decreases when a thin film is produced by a sputtering method. It is preferable that Further, for example, in the case of AZO, the content of aluminum oxide is desirably 1% by weight or more and 5% by weight or less at which the specific resistance decreases when a thin film is produced by a sputtering method.

原料粉末にバインダー等を加えてもよい。混合はボールミル、ジェットミル、クロスミキサー等で行なう。   A binder or the like may be added to the raw material powder. Mixing is performed by a ball mill, a jet mill, a cross mixer, or the like.

得られた原料粉末をプレス法あるいは鋳込法等の成形方法により成形してターゲット成形体を製造する。この際、使用する粉末の平均粒径が大きいと焼結後の密度が充分に上昇しない場合があるので、使用する粉末の平均粒径は1μm以下であることが望ましく、更に好ましくは0.1〜1μmである。こうすることにより、焼結粒径が小さく、焼結密度の高い焼結体を得ることが可能となる。   The obtained raw material powder is molded by a molding method such as a press method or a casting method to produce a target molded body. At this time, if the average particle size of the powder used is large, the density after sintering may not be sufficiently increased. Therefore, the average particle size of the powder used is desirably 1 μm or less, more preferably 0.1 μm. ˜1 μm. By doing so, it becomes possible to obtain a sintered body having a small sintered particle size and a high sintered density.

次に得られた成形体に必要に応じて、CIP等の圧密化処理を行う。この際CIP圧力は充分な圧密効果を得るため1ton/cm以上、好ましくは2ton/cm以上、さらに好ましくは2〜3ton/cmである。ここで初めの成形を鋳込法により行った場合には、CIP後の成形体中に残存する水分およびバインダー等の有機物を除去する目的で脱バインダー処理を施してもよい。また、初めの成形をプレス法により行った場合でも、成型時にバインダーを使用したときには、同様の脱バインダー処理を行うこともできる。 Next, consolidation processing such as CIP is performed on the obtained molded body as necessary. Here CIP pressure to obtain a sufficient compaction effect 1 ton / cm 2 or higher, preferably 2 ton / cm 2 or more, more preferably from 2~3ton / cm 2. Here, when the first molding is performed by a casting method, the binder may be removed for the purpose of removing moisture remaining in the molded body after CIP and organic substances such as a binder. Even when the first molding is performed by a press method, the same debinding process can be performed when a binder is used during molding.

次に、このようにして得られた成形体の電磁波加熱による焼結を行う。本発明は電磁波を用いて加熱する焼結方法であれば特に限定されないが、電磁波としてはマグネトロンまたはジャイロトロン等から発生する連続またはパルス状の2.45GHz等のマイクロ波、28GHz等のミリ波、またはサブミリ波が利用できる。電磁波の周波数の選択はセラミックスの焼結挙動から適切なものを選択することができる。   Next, the thus obtained molded body is sintered by electromagnetic wave heating. The present invention is not particularly limited as long as it is a sintering method heated using electromagnetic waves, but as electromagnetic waves, continuous or pulsed microwaves such as 2.45 GHz generated from magnetron or gyrotron, millimeter waves such as 28 GHz, Or submillimeter waves can be used. The frequency of the electromagnetic wave can be selected appropriately from the sintering behavior of ceramics.

使用される電磁波焼成炉としては、バッチ式、連続式、外部加熱式とのハイブリット式等の種々の焼成炉を使用することができる。   As the electromagnetic wave firing furnace to be used, various firing furnaces such as a batch type, a continuous type, and a hybrid type with an external heating type can be used.

得られた成形体を多孔質構造を有するセラミックスセッターの上に設置する。ITOの場合、焼結保持温度は1300℃以上、1650℃未満、またAZOの場合は、1200℃以上、1550℃未満のため、多孔質構造を有するセラミックスセッターの材質としては、アルミナ、ムライト、SiC等の耐熱性の高い材質を選択する。   The obtained molded body is placed on a ceramic setter having a porous structure. In the case of ITO, the sintering holding temperature is 1300 ° C. or higher and lower than 1650 ° C., and in the case of AZO, it is 1200 ° C. or higher and lower than 1550 ° C. Therefore, the ceramic setter having a porous structure is made of alumina, mullite, SiC Select a material with high heat resistance such as

成形体とセッターは断熱材で取り囲まれる。この際、断熱材の内部に等温熱障壁のための材料を設置することも可能である。等温断熱壁として、アルミナ、ムライト、SiC等の耐熱性の高い材質が好ましい。   The molded body and the setter are surrounded by a heat insulating material. At this time, it is also possible to install a material for the isothermal barrier inside the heat insulating material. As the isothermal heat insulating wall, a material having high heat resistance such as alumina, mullite, SiC or the like is preferable.

焼成時の昇温速度については特に限定されないが、100〜600℃/時間とするのが好ましく、さらには200〜600℃/時間が好ましい。焼結保持温度は、例えばITOの場合、1300℃以上、1650℃未満、好ましくは1400℃以上1600℃以下である。また、AZOの場合は、1200℃以上、1550℃未満、好ましくは1300℃以上1500℃以下である。   The temperature raising rate during firing is not particularly limited, but is preferably 100 to 600 ° C./hour, and more preferably 200 to 600 ° C./hour. For example, in the case of ITO, the sintering holding temperature is 1300 ° C. or higher and lower than 1650 ° C., preferably 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. Moreover, in the case of AZO, it is 1200 degreeC or more and less than 1550 degreeC, Preferably it is 1300 degreeC or more and 1500 degrees C or less.

なお、焼結時の保持時間は特に限定しないが、5時間以内で十分である。また、降温速度は特に規定されないが、例えば、ITO焼結体の場合、1200℃までは100℃/時間以上、好ましくは200℃/時間以上である。1200℃から室温までの降温速度の上限値については特に規定されないが、100℃/時間以下とするのが好ましい。降温速度を遅くする温度の設定および降温速度の選択は、焼結炉の容量、焼結体のサイズおよび形状、割れ易さなどを考慮して適宜決定すればよい。焼結時の雰囲気はセラミックスの種類により任意に選択する。例えば、ITO焼結体の場合、酸素雰囲気中が好ましい。また、AZO焼結体の場合、焼結時の雰囲気としては大気あるいは不活性雰囲気であることが好ましい。   The holding time during sintering is not particularly limited, but 5 hours or less is sufficient. Further, the temperature lowering rate is not particularly defined, but for example, in the case of an ITO sintered body, it is 100 ° C./hour or more, preferably 200 ° C./hour or more up to 1200 ° C. The upper limit value of the temperature lowering rate from 1200 ° C. to room temperature is not particularly specified, but is preferably 100 ° C./hour or less. The setting of the temperature for lowering the temperature lowering rate and the selection of the temperature lowering rate may be appropriately determined in consideration of the capacity of the sintering furnace, the size and shape of the sintered body, ease of cracking, and the like. The atmosphere during sintering is arbitrarily selected according to the type of ceramic. For example, in the case of an ITO sintered body, an oxygen atmosphere is preferable. In the case of an AZO sintered body, the atmosphere during sintering is preferably air or an inert atmosphere.

このようにして得られたITO、AZO焼結体を所望の形状に研削加工した後、必要に応じて無酸素銅等からなるバッキングプレートにインジウム半田等を用いて接合することにより、本発明のITO、AZOススパッタリングターゲットを得ることができる。   After grinding the ITO and AZO sintered bodies obtained in this way to a desired shape, they are bonded to a backing plate made of oxygen-free copper or the like using indium solder or the like, if necessary. An ITO or AZO sputtering target can be obtained.

得られたターゲットをスパッタリング装置内に設置し、アルゴンなどの不活性ガスと必要に応じて酸素ガスをスパッタリングガスとして用いて、dcあるいはrf電界を印加してスパッタリングを行うことにより、所望の基板上にITO、AZO薄膜を形成することができる。この際アーキング発生量が低減されるという本発明の効果が発現される。   The obtained target is placed in a sputtering apparatus, and sputtering is performed by applying a dc or rf electric field by using an inert gas such as argon and oxygen gas as a sputtering gas as necessary, and applying a dc or rf electric field. In addition, an ITO or AZO thin film can be formed. At this time, the effect of the present invention that the amount of arcing is reduced is exhibited.

また、本発明によるセラミックスの製造方法は、セラミックスに付加機能を持たせることを目的として第3の元素を添加したセラミックスに対しても有効である。第3元素としては、例えば、Mg,Al,Si,Ti,Zn,Ga,In,Ge,Y,Zr,Nb,Hf,Ta等を例示することができる。これら元素の添加量は、特に限定されるものではないが、セラミックスの優れた電気光学的特性を劣化させないため、(第3元素の酸化物の総和)/(セラミックス+第3元素の酸化物の総和)で0重量%を超え20重量%以下(重量比)とすることが好ましい。   The method for producing ceramics according to the present invention is also effective for ceramics to which a third element is added for the purpose of imparting an additional function to the ceramics. Examples of the third element include Mg, Al, Si, Ti, Zn, Ga, In, Ge, Y, Zr, Nb, Hf, and Ta. The amount of addition of these elements is not particularly limited, but in order not to deteriorate the excellent electro-optical characteristics of ceramics, (total of oxides of third elements) / (ceramics + oxides of third elements) The total is preferably more than 0% by weight and 20% by weight or less (weight ratio).

本発明の製造方法により、容易に高密度で密度分布の少ないセラミックスが得られ、製品の品質が安定化する。したがって、本発明のセラミックスをターゲット材として用いることにより、高密度でかつ密度分布が少ないことから、アーキングの発生が極めて少なく、ターゲット寿命までの長時間に亘ってアーキングの発生の少ない優れたスパッタリングターゲットを得ることができる。   By the manufacturing method of the present invention, ceramics with high density and low density distribution can be easily obtained, and the quality of the product is stabilized. Therefore, by using the ceramic of the present invention as a target material, since it has a high density and a small density distribution, the occurrence of arcing is extremely low, and an excellent sputtering target with a low occurrence of arcing over a long period of time up to the target life. Can be obtained.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本実施例における各測定は以下のように行った。
(1)焼結体密度:アルキメデス法により測定した。
なお、相対密度(D)とは、例えば、ITO焼結体の場合、InとSnOの真密度の相加平均から求められる理論密度(dITO)に対する相対値を示す。相加平均から求められる理論密度(d)とは、ターゲット組成において、InとSnO粉末の混合量をa(g)とb(g)とした時、それぞれの真密度7.18(g/cm)、6.95(g/cm)を用いて、d=(a+b)/((a/7.18)+(b/6.95))により求めた。焼結体の測定密度をd1とすると、その相対密度Dは、D=d1/dITO×100(%)で求めた。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, each measurement in a present Example was performed as follows.
(1) Sintered body density: Measured by Archimedes method.
Note that the relative density (D), for example, in the case of ITO sintered body, indicating the relative value to the In 2 O 3 and the theoretical density determined from the true density of the arithmetic mean of SnO 2 (d ITO). The theoretical density (d) obtained from the arithmetic mean is the true density of 7.18 when the mixing amount of In 2 O 3 and SnO 2 powder is a (g) and b (g) in the target composition. Using (g / cm 3 ) and 6.95 (g / cm 3 ), it was obtained by d = (a + b) / ((a / 7.18) + (b / 6.95)). When the measured density of the sintered body is d1, the relative density D is obtained by D = d1 / dITO × 100 (%).

また、例えばAZO焼結体の場合、相対密度(D)とは、ZnOおよびAlの真密度の相加平均から求められる理論密度(dAZO)に対する相対値を示す。相加平均から求められる理論密度(d)とは、ターゲットの組成において、ZnOおよびAl粉末の混合量をx(g)およびy(g)としたとき、それぞれの真密度5.68(g/cm)および3.987(g/cm)を用いて、d=(x+y)/((x/5.68)+(y/3.987))により求めた。実際に得られた焼結体の密度をd2とすると、その相対密度Dは、D=d2/dAZO×100で求めた。 Also, for example, in the case of AZO sintered body, the relative density (D), shows a relative value with respect to the theoretical density determined from the true density of the arithmetic mean of ZnO and Al 2 O 3 (d AZO) . The theoretical density (d) obtained from the arithmetic mean is the true density of 5.68 when the mixing amount of ZnO and Al 2 O 3 powder is x (g) and y (g) in the target composition. Using (g / cm 3 ) and 3.987 (g / cm 3 ), d = (x + y) / ((x / 5.68) + (y / 3.987)). When the density of the actually obtained sintered body is d2, the relative density D is obtained by D = d2 / dAZO × 100.

(2)焼結体の厚さ方向の密度:電磁波加熱により得られた焼結体の厚さ方向の組織を観察した結果、セッター接触面から2mm程度までの組織がその他の部分に比べ変化が大きいため、セッター接触面から2mm前後での密度を測定した。
密度の測定は、焼結体の厚み方向に、上部密度(上部表面〜セッター接触面より2mm上方まで)と、下部密度(セッター接触面〜その2mm上方まで)について求めた。
下部の密度は、平研によりセッター接触面から2mm上方まで焼結体を研削し、その研削前後のアルキメデス法による密度測定値から、以下の式により算出した。
下部密度={(研削前重量)−(研削後重量)}/{(研削前重量)/(研削前密度)−(研削後重量)/(研削後密度)}
上部の密度は、研削後の焼結体から通常の方法により求めた。
(2) Density in the thickness direction of the sintered body: As a result of observing the structure in the thickness direction of the sintered body obtained by electromagnetic wave heating, the structure from the setter contact surface to about 2 mm is changed compared to other parts. Since it was large, the density at around 2 mm from the setter contact surface was measured.
The density was measured for the upper density (upper surface to 2 mm above the setter contact surface) and lower density (from the setter contact surface to 2 mm above) in the thickness direction of the sintered body.
The density of the lower part was calculated by the following formula from the density measured value by the Archimedes method before and after grinding the sintered body by 2 mm above the setter contact surface by plane research.
Lower density = {(weight before grinding) − (weight after grinding)} / {(weight before grinding) / (density before grinding) − (weight after grinding) / (density after grinding)}
The density of the upper part was determined by a usual method from the sintered body after grinding.

(実施例1)
平均粒径0.6μmの酸化インジウム粉末90重量部と平均粒径0.5μmの酸化スズ粉末10重量部とをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより20時間混合し、混合粉末を調製した。前記混合粉末のタップ密度を測定したところ2.0g/cmであった。
(Example 1)
90 parts by weight of indium oxide powder having an average particle diameter of 0.6 μm and 10 parts by weight of tin oxide powder having an average particle diameter of 0.5 μm were placed in a polyethylene pot and mixed by a dry ball mill for 20 hours to prepare a mixed powder. The tap density of the mixed powder was measured and found to be 2.0 g / cm 3 .

この混合粉末を所定の焼結体厚みが得られるように粉末量を調整して金型に入れ、300kg/cmの圧力でプレスして成形体とした。この成形体を2ton/cmの圧力でCIPによる処理を行った。次にこの成形体をマイクロ波焼成炉(周波数=2.45GHz)にアルミナ製の網目状のセッター(気孔率=30%、孔サイズ=1mm、サイズ80×80mm、厚み=10mm、Al=99%以上)の上に設置して、以下の条件で焼結した。
(焼結条件)昇温速度:300℃/時間、焼結保持温度:1500℃、焼結時の保持時間:1時間、雰囲気:昇温時の室温から降温時の100℃まで純酸素ガスを炉内に導入、降温速度:焼結保持温度から1200℃までは、200℃/時間、以降100℃/時間。
The mixed powder was adjusted in the amount of powder so that a predetermined sintered body thickness was obtained, and placed in a mold, and pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 to obtain a molded body. This molded body was treated with CIP at a pressure of 2 ton / cm 2 . Next, the molded body was placed in a microwave baking furnace (frequency = 2.45 GHz) in a mesh setter made of alumina (porosity = 30%, pore size = 1 mm, size 80 × 80 mm, thickness = 10 mm, Al 2 O 3 = 99% or more) and sintered under the following conditions.
(Sintering conditions) Temperature rising rate: 300 ° C./hour, sintering holding temperature: 1500 ° C., holding time during sintering: 1 hour, atmosphere: pure oxygen gas from room temperature during temperature rising to 100 ° C. during temperature lowering Introduced into furnace, rate of temperature drop: from sintering holding temperature to 1200 ° C, 200 ° C / hour, thereafter 100 ° C / hour.

得られた焼結体の密度、厚み方向の密度を測定した。結果を表1に示す。焼結体密度は高く、かつ焼結体の厚み方向の密度差が小さい焼結体が得られた。   The density of the obtained sintered body and the density in the thickness direction were measured. The results are shown in Table 1. A sintered body having a high sintered body density and a small density difference in the thickness direction of the sintered body was obtained.

(実施例2)
平均粒径0.9μmの酸化亜鉛粉末98重量部と平均粒径0.3μmの酸化アルミニウム粉末2重量部とをポリエチレン製のポットに入れ、乾式ボールミルにより24時間混合し、混合粉末を調製した。この混合粉末を金型に入れ、300kg/cmの圧力でプレスして成形体とした。この成形体を2ton/cmの圧力でCIPによる処理を行った。
(Example 2)
98 parts by weight of zinc oxide powder having an average particle diameter of 0.9 μm and 2 parts by weight of aluminum oxide powder having an average particle diameter of 0.3 μm were placed in a polyethylene pot and mixed for 24 hours by a dry ball mill to prepare a mixed powder. This mixed powder was put into a mold and pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 to obtain a molded body. This molded body was treated with CIP at a pressure of 2 ton / cm 2 .

次にこの成形体をミリ波焼成炉(周波数=28GHz)にアルミナ製の多孔質セッター(気孔率=40%、孔サイズ=3mm、サイズ80×80mm、厚み=10mm、Al=99%以上)の上に設置して、以下の条件で焼結した。
(焼結条件)昇温速度:300℃/時間、焼結保持温度:1400℃、焼結時の保持時間:1時間、雰囲気:昇温時の室温から降温時の100℃まで純窒素ガスを炉内に導入、降温速度:100℃/時間。
Next, this molded body was placed in a millimeter-wave firing furnace (frequency = 28 GHz) and an alumina porous setter (porosity = 40%, pore size = 3 mm, size 80 × 80 mm, thickness = 10 mm, Al 2 O 3 = 99%). ) And sintered under the following conditions.
(Sintering conditions) Temperature rising rate: 300 ° C./hour, sintering holding temperature: 1400 ° C., holding time during sintering: 1 hour, atmosphere: pure nitrogen gas from room temperature during temperature rising to 100 ° C. during temperature lowering Introduced into the furnace, cooling rate: 100 ° C./hour.

得られた焼結体の密度、厚み方向の密度を測定した。結果を表1に示す。焼結体密度は高く、かつ焼結体の厚み方向の密度差が小さい焼結体が得られた。   The density of the obtained sintered body and the density in the thickness direction were measured. The results are shown in Table 1. A sintered body having a high sintered body density and a small density difference in the thickness direction of the sintered body was obtained.

(比較例1)
セッターとして、アルミナ製セッター(気孔率=12%、厚み=10mm)を用いた以外は実施例1と同様にして、ITOの焼成を行った。得られた焼結体はセッターと溶着しており、製品をセッターから取り出せなかった。
(Comparative Example 1)
ITO was fired in the same manner as in Example 1 except that an alumina setter (porosity = 12%, thickness = 10 mm) was used as the setter. The obtained sintered body was welded to the setter, and the product could not be taken out from the setter.

(比較例2)
焼結保持温度を1450℃とした以外は比較例1と同様にして、ITOの焼成を行った。得られた焼結体の密度、厚み方向の密度を測定した。結果を表1に示す。焼結体の厚み方向の密度差が大きかった。
(Comparative Example 2)
ITO was fired in the same manner as in Comparative Example 1 except that the sintering holding temperature was 1450 ° C. The density of the obtained sintered body and the density in the thickness direction were measured. The results are shown in Table 1. The density difference in the thickness direction of the sintered body was large.

(比較例3)
セッターとして、アルミナ製セッター(気孔率=12%、厚み=10mm)を用い、焼結保持温度=1350℃とした以外は実施例2と同様にして、AZOの焼成を行った。得られた焼結体の密度、厚み方向の密度を測定した。結果を表1に示す。焼結体の厚み方向の密度差が大きかった。
(Comparative Example 3)
AZO was fired in the same manner as in Example 2 except that an alumina setter (porosity = 12%, thickness = 10 mm) was used as the setter, and the sintering holding temperature = 1350 ° C. The density of the obtained sintered body and the density in the thickness direction were measured. The results are shown in Table 1. The density difference in the thickness direction of the sintered body was large.

Figure 2009051674
Figure 2009051674

Claims (3)

セラミックス原料粉末の成形体を電磁波加熱によって焼結するセラミックスの製造方法において、成形体を載せるセッターとして多孔質構造を有するセラミックスからなるセッターを用いることを特徴とするセラミックスの製造方法。 A ceramic production method for sintering a ceramic raw material powder compact by electromagnetic heating, wherein a setter made of ceramics having a porous structure is used as a setter for placing the compact. 製造されるセラミックスがITOであることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックスの製造方法。 The method for producing a ceramic according to claim 1, wherein the produced ceramic is ITO. 製造されるセラミックスがAZOであることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックスの製造方法。 The method for producing a ceramic according to claim 1, wherein the produced ceramic is AZO.
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