(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が８．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするＴａ２Ｏ５焼結体。  
【請求項２】
純度が９９．９９％以上であることを特徴とする請求項１記載のＴａ２Ｏ５焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度Ｔａ２Ｏ５スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲｅＲＡＭ用のスパッタリング材料としてＴａ２Ｏ５が注目されている。スパッタリング材料としてはスパッタ時のパーティクルが少ないことが重要であるが、これの手段として材料の密度を高めることが有効である。
【０００３】
Ｔａ２Ｏ５ターゲットの製造は、Ｔａ２Ｏ５粉を原料として、ホットプレス法による焼結で行う。一般的にホットプレス法で製造する場合、温度が高い方が、密度が上がり易い。
Ｔａ２Ｏ５の場合は、プレス温度として１，０００°Ｃ以上必要であるが、温度を上げるとＴａ２Ｏ５とプレス部材であるカーボンの熱膨張係数が大きく異なる（Ｔａ２Ｏ５＜カーボン）ため、プレス後の温度降下と共にＴａ２Ｏ５がカーボンに食い込み、取り出しが困難になる。これにより、焼結体はもとより最悪プレス部材が割れることになる。
【０００４】
また、プレス温度を上げることのできないもう一つの理由は、１４００〜１５００°Ｃの間でＴａ２Ｏ５が相変態することにある。相変態すると、相変態前後で結晶格子長さが長くなることで急激な体積膨張が起きる。この体積膨張はプレス材に圧力をかけ、プレス材を破壊する。また同時にＴａ２Ｏ５自体にも割れを生じさせる。
このように、ホットプレスの温度を低くすると密度が上がらず、逆に温度を高くすると部材の破壊、Ｔａ２Ｏ５自体の割れが起きてしまうという問題があった。
【０００５】
従来技術として、本出願人が提示した特許文献１がある。これは、Ｔａ２Ｏ５を主成分とし、ガラス形成酸化物を添加した材料した材料であり、透過率９０％以上（波長４０５ｎｍ）及び屈折率１．８〜２．４（波長４０５ｎｍ）を有する光情報記録媒体用保護膜を形成するためのスパッタリングターゲットである。
【０００６】
これによって、膜の非晶質性が安定であり、記録層との密着性、機械特性に優れ、且つ透過率が高く、非硫化物系で構成することにより、隣接する反射層、記録層の劣化が生じ難い光情報記録媒体用薄膜（特に保護膜としての使用）及びその製造方法並びにこれらに適用できるパッタリングターゲットに関するものであり、これによって、光情報記録媒体の特性の向上及び生産性を大幅に改善することを目的とするものである。
このターゲットは相対密度が９０％以上を達成したが、製造工程における上記の問題があり、また密度においても、狙いとする高密度には充分ではなかった。
【０００７】
また、特許文献２には、平均粒径が１μｍ以下の酸化タンタル粉末を７００°Ｃ〜１４００°Ｃの温度でホットプレス焼結して得られた酸化タンタル焼結体を、酸素を含む雰囲気で焼鈍して、焼結体の焼結粒径が１μｍ以下,相対密度が８５％以上である酸化タンタル焼結体からなるスパッタリングターゲットを製造する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、平均粒径が１μｍ以下の酸化タンタル粉末を成形後、１２００°Ｃ以上の焼結温度で焼結し、得られた酸化タンタル焼結体を６００°Ｃ以上の温度で、酸素雰囲気で焼鈍して酸化タンタル焼結体の相対密度が８５％以上、焼結粒径が１〜１０μｍであるターゲットを製造する技術が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献２と特許文献３については、高温での焼結を行っていないので、十分な密度が得られていないという問題がある。これは、高温での焼結では、上記の問題があるため、低温での焼結を実施しているものと推測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５１２３６号公報
【特許文献２】特許第２９８２２９５号公報
【特許文献３】特許第２９８２２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、Ｔａ２Ｏ５ターゲットの製造は、Ｔａ２Ｏ５粉を原料としてホットプレス法による焼結で行うが、ホットプレスの際に、温度が高いと密度が上がるが、高温で焼結を行うとＴａ２Ｏ５とプレス部材であるカーボンの熱膨張係数が大きく異なるため、プレス後の温度降下時に、Ｔａ２Ｏ５がカーボンに食い込み、取り出しが困難になるという問題がある。また、高温で焼結するとＴａ２Ｏ５が相変態し、相変態前後で結晶格子長さが長くなり、急激な体積膨張が起き、プレス材を破壊すると共に、Ｔａ２Ｏ５自体も割れるという問題がある。このように、ホットプレスの温度を低くすると密度が上がらず、逆に温度を高くすると部材の破壊、Ｔａ２Ｏ５自体の割れが起きるということを解消できる焼結方法と提供すると共に、Ｔａ２Ｏ５の焼結体密度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題の解決のため、本発明は、次の発明を提供する。
１）密度が８．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とするＴａ２Ｏ５焼結体。
２）純度が９９．９９％以上であることを特徴とする上記１）記載のＴａ２Ｏ５焼結体。
３）純度９９．９９％の斜方晶のＴａ２Ｏ５粉末を１５００〜１７５０°Ｃでアニールすることにより、正方晶相、単斜晶相又は三斜晶相のいずれか一種以上の相にしたＴａ２Ｏ５粉末原料を使用してホットプレスにより焼結することを特徴とする焼結体の製造方法。
４）純度９９．９９％の斜方晶のＴａ２Ｏ５粉を１５００〜１７５０°Ｃでアニールすることで、正方晶相、単斜晶相又は三斜晶相のいずれか一種以上の相にしたＴａ２Ｏ５粉末原料を１１００〜１３００°Ｃの温度範囲でホットプレスにより焼結することを特徴とするＴａ２Ｏ５焼結体の製造方法。
５）密度を８．５ｇ／ｃｍ３以上とすることを特徴とする上記３）又は４）記載のＴａ２Ｏ５焼結体の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、純度９９．９９％の斜方晶のＴａ２Ｏ５粉末を１５００〜１７５０°Ｃでアニールして、正方晶相、単斜晶相又は三斜晶相のいずれか一種以上の相にしたＴａ２Ｏ５粉末を焼結原料とすることにより、高温での焼結を可能として密度を向上することができ、また高温での焼結の際のＴａ２Ｏ５の相変態による急激な体積膨張を防止して、プレス機の破壊又はＴａ２Ｏ５自体の割れを抑制することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の焼結工程の概略と本発明の焼結方法の概略説明図である。
【図２】従来のホットプレス温度と密度との関係を示す図である。
【図３】Ｔａ２Ｏ５粉にＴａ粉を混ぜて焼結原料とし、１４００°Ｃ、３００ｋｇ／ｃｍ２、４時間、従来法によるホットプレスによる焼結を行った場合に、カーボン製の焼結機の部材が真っ二つに割れた例を示す図である。
【図４】１１００°Ｃでホットプレスした場合と１４００°Ｃでホットプレスした場合（割れた例）の焼結材のＸＲＤ（Ｘ線回折）による解析の結果を示す図である。
【図５】Ｔａ２Ｏ５粉を、１５００°Ｃ及び１７５０°Ｃで真空中アニールした時のＸＲＤ回折結果を示す図である。
【図６】ホットプレス温度と密度の関係を示す図である。
【図７】ホットプレスの保持時間とプレス変位量の関係を示す図である。
【図８】１７５０°ＣでアニールしたＴａ２Ｏ５粉末を、１１００〜１４００°Ｃ、３００ｋｇ／ｃｍ２でホットプレスし、ＸＲＤ解析を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この相変態を避けるために、発明者らは検討を重ねた結果、原料粉を事前に相変態温度よりも十分余裕を持った温度、即ち１５００°Ｃ以上融点（１８７２°Ｃ）以下でアニールし相変態が既になされた状態にすることが有効であると分かった。従来の焼結工程の概略と本発明の焼結方法の概略説明図を、図１に示す。
相変態がなされたかどうかは、Ｘ線回折を測定することで確認でき、回折信号が斜方晶から、正方晶（又は単斜晶、三斜晶）になっていれば相変態がなされている。
【００１６】
これにより、高温のホットプレスでの急激な体積膨張が無くなり、かつカーボンとの熱膨張係数差が若干小さくすることで、プレス後の取り出しが容易になり、プレス部材へのダメージ、焼結体の割れが生じなくなった。この結果、従来よりも高い温度でのプレスが可能になった。この結果、ホットプレス時の焼結体の密度を向上させることができた。従来の製法では密度が８．０〜８．４７ｇ／ｃｍ３であり、それ以上の密度では製造できなかったのに対して、８．５ｇ／ｃｍ３以上、下記実施例に示すように、８．５〜８．７３ｇ／ｃｍ３程度（これは相対密度で９４．２〜９６．２６％になる）までアップした。
【００１７】
これを満たすには、上記の通り、原料粉を真空雰囲気で１５００〜１７５０°Ｃで、２時間以上アニールし、Ｘ線回折で正方晶又は単斜晶若しくは三斜晶になっていることを確認した後、かつホットプレス条件として１１００〜１３００°Ｃで３時間以上とすることが有効である。ホットプレスの時間は、焼結温度に応じて適宜設定できる。焼結温度が低い場合には、時間を長くする（例えば５時間程度にする）ことが必要である。また、焼結の雰囲気は真空中又はＡｒ雰囲気（常圧）とすることができる。
【００１８】
このように、原料粉を真空中１５００〜１７５０°Ｃでアニールし、１１００〜１３００°Ｃ、３時間以上の条件でのホットプレスを実施することで、密度を８．５６〜８．７３ｇ／ｃｍ３とすることができ、割れが生じない焼結体を得ることができた。プレス荷重は２００〜４００ｋｇ／ｃｍ２程度とするのが良いが、要求される密度に応じて任意に設定できる。
これらの焼結体は、いずれもスパッタリングターゲットとして適用できるものであり、本願発明はこれらを含むものである。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、明細書全体から把握できる発明及び実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００２０】
（比較例１）
従来のＴａ２Ｏ５の製造方法、すなわちＴａ２Ｏ５粉を原料として、ホットプレス法による焼結を行った場合のホットプレス温度と密度の関係を図２に示す。この図２に示すように、ホットプレスの温度を上げていくと密度は上がるが、１１００°Ｃをピークに、それ以上焼結温度を上げても密度が低下した。
【００２１】
（比較例２）
次に、従来のＴａ２Ｏ５の製造方法でＴａ２Ｏ５とＴａの合成物、すなわちＴａ２Ｏ５粉にＴａ粉を３３．３ａｔ％の割合で混ぜて焼結原料とし、１４００°Ｃ、３００ｋｇ／ｃｍ２、４時間ホットプレス法（カーボン製焼結機を使用）による焼結を行った場合、焼結材料の膨張に耐え切れず、カーボン製の焼結機の部材は、真っ二つに割れた。またこのカーボン製部材が割れたことにより、横方向の抑えが効かなくなったため、材料自体潰れて割れた。Ｔａ粉を混ぜていることで純粋なＴａ２Ｏ５とは異なるが、純粋なＴａ２Ｏ５でも同様なことが起こる。この様子を図３に示す。
【００２２】
Ｔａ２Ｏ５粉にＴａ粉を混ぜて焼結原料とし、１１００°Ｃでホットプレスした場合と１４００°Ｃでホットプレスした場合（割れた例）の焼結材のＸＲＤ（Ｘ線回折）による解析の結果を図４示す。図４から明らかなように、１１００°Ｃでホットプレスしただけでは原料粉と同じ信号が計測されている。
【００２３】
しかし、１４００°Ｃでは信号が明らかに変わっていた。この違いは結晶系が変わったことによる。原料及び１１００°Ｃプレス材料が斜方晶であるのに対して、１４００°Ｃプレス材料では正方晶に相変態している。また、１１００°Ｃプレス材料も１７５０°Ｃの真空中アニールを行うことで、１４００°Ｃ品と同様に相変態することがわかった。
【００２４】
（実施例１）
Ｔａ２Ｏ５粉のアニール温度と結晶系を図５に示す。すなわち、図５はＴａ２Ｏ５粉を１５００°Ｃ及び１７５０°Ｃで真空中アニールした時のＸＲＤ回折結果である。
１５００°Ｃ及び１７５０°Ｃ共に斜方晶から正方晶に相変態している。相変態を確実にさせるには、１５００°Ｃ以上あればよいことが分かる。上限は融点である１８７２°Ｃ以下である。なお、正方晶と単斜晶、三斜晶の回折信号は非常に似ている。そのため、上記で正方晶としたが、単斜晶、三斜晶の場合も含むものとする。
斜方晶（相変態していないＴａ２Ｏ５）と、上記の系の一番の相違点は、斜方晶の主ピークである（００１）面からの回折（２２．９°）が、他の系だと無くなり２３．１５°近辺にピークが現れることである。
【００２５】
（実施例２）
次に、上記実施例１において製造したアニール粉を用いてホットプレスした場合の温度と密度の関係を、図６に示す。比較のために図６には、従来のアニール粉末を使用しなかった場合も示す。
アニール粉末を使用しなかった場合（比較）では、８．４７ｇ／ｃｍ３が上限であったが、この図６に示すように、１５００°Ｃアニール粉では８．６８ｇ／ｃｍ３、１７５０°Ｃアニール粉では８．５６ｇ／ｃｍ３、８．６８ｇ／ｃｍ３、８．６８ｇ／ｃｍ３、８．６３ｇ／ｃｍ３、８．７３ｇ／ｃｍ３、８．５０ｇ／ｃｍ３となった。
【００２６】
このように、本願発明の実施例では、８．５ｇ／ｃｍ３以上、さらには８．５６〜８．７３ｇ／ｃｍ３まで、密度がアップした。
図示していないが、この密度は、アニール粉の温度条件（温度と時間）、Ｈ／Ｐ温度とプレス条件を、適宜選定することにより、さらに８．７３ｇ／ｃｍ３を超える密度向上が可能であった。また、このように密度の高い焼結体を製造できるので、１１００°Ｃ、１２００°Ｃ、１３００°Ｃ、１４００°Ｃという高温でも部材の割れ及び材料の割れはなくなった。
【００２７】
（実施例３）
ホットプレスの保持時間とプレス変位量の関係を図７に示す。焼結が完了すると、変位量は飽和若しくはマイナス側（焼結体としての膨張）になる。図７から明らかなように、１１００°Ｃでは５時間経っても変位が飽和しておらず、焼結完了には５時間以上必要であることが分かる。
また、１２００°Ｃでは、４時間以降変化なく、最大５時間プレスすればよいことが分かる。さらに１３００°Ｃ以上では、それまでの昇温中に焼結が完了していると思われ、２時間以内でよいことが分かる。
【００２８】
（実施例４）
１７５０°ＣでアニールしたＴａ２Ｏ５粉末を、１１００〜１４００°Ｃ、３００ｋｇ／ｃｍ２でホットプレスし、ＸＲＤ解析を行った結果を図８に示す。
プレスする前は、相変態していたが、１３００°Ｃ以下のプレスではアニールする前の系に戻っている。系が再変態するが、その場合の変態は体積が縮小する方向であり、プレス材への負荷を低減する方向に働くためここでは問題とならない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、純度９９．９９％の斜方晶のＴａ２Ｏ５粉末を１５００〜１７５０°Ｃでアニールして、正方晶相、単斜晶相又は三斜晶相のいずれか一種以上の相にしたＴａ２Ｏ５粉末を焼結原料とすることにより、高温での焼結を可能として密度を向上することができ、また高温での焼結の際のＴａ２Ｏ５の相変態による急激な体積膨張を防止して、プレス機の破壊又はＴａ２Ｏ５自体の割れを抑制することができるという優れた効果を有するので、ＲｅＲＡＭ用のスパッタリング材料として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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