(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成されたスリーブと、
該スリーブ内部の中央に配置された芯棒と、
前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の空間部に挿入可能に設けられた押圧部材とを備える粉末焼結用モールドであって、
前記スリーブがカーボン又はセラミックスにより形成され、
前記芯棒が前記スリーブよりも熱膨張係数が大きい材料により形成されており、
前記押圧部材は、内周リング部材と外周リング部材とを有し、
前記内周リング部材は、前記芯棒と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、前記芯棒の外周面に係合して前記スリーブの内周面から離間して配置され、
前記外周リング部材は、熱膨張係数が前記スリーブと同等以下の材料により形成され、前記スリーブの内周面に係合して前記芯棒の外周面から離間して配置されており、
前記内周リング部材と前記外周リング部材とは、前記スリーブの軸方向に重ねて配置されていることを特徴とする粉末焼結用モールド。
【請求項２】
前記外周リング部材の上側に前記内周リング部材が配置されるとともに、前記外周リング部材の内周面と前記芯棒の外周面との間に形成されたリング状の内側空間部に該内側空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末焼結用モールド。
【請求項３】
前記外周リング部材の下側に前記内周リング部材が配置されるとともに、前記内周リング部材の外周面と前記スリーブの内周面との間に形成されたリング状の外側空間部に該外側空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の粉末焼結用モールド。
【請求項４】
筒状に形成されたスリーブと、
該スリーブ内部の中央に配置された芯棒と、
前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の空間部に挿入可能に設けられた押圧部材とを備える粉末焼結用モールドであって、
前記スリーブがカーボン又はセラミックスにより形成され、
前記芯棒が前記スリーブよりも熱膨張係数が大きい材料により形成されており、
前記押圧部材は、内周リング部材と外周リング部材と押圧リング部材とを有し、
前記内周リング部材は、前記芯棒と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、前記芯棒の外周面に係合して前記外周リング部材の内周面から離間して配置され、
前記外周リング部材は、熱膨張係数が前記スリーブと同等以下の材料により形成され、前記スリーブの内周面に係合して前記内周リング部材の外周面から離間して配置され、
前記押圧リング部材は、前記内周リング部材及び前記外周リング部材の上側に重ねて配置されていることを特徴とする粉末焼結用モールド。
【請求項５】
前記内周リング部材の外周面と前記外周リング部材の内周面との間に形成されたリング状の中央空間部に該中央空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の粉末焼結用モールド。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の前記粉末焼結用モールドを用いて円筒形ターゲットを製造する方法であって、
前記芯棒を原料粉末の焼結体と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成しておき、
前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の前記空間部に前記原料粉末を投入して、前記内周リング部材と前記外周リング部材とを前記スリーブの軸方向に重ねて配置することにより構成された前記押圧部材によって、前記空間部内の前記原料粉末を前記スリーブの軸方向に押圧した状態で加熱することにより前記原料粉末を焼結させて、該原料粉末の焼結後に冷却して前記円筒形ターゲットを製造することを特徴とする円筒形ターゲットの製造方法。
【請求項７】
前記芯棒の熱膨張係数を、前記原料粉末の焼結体の熱膨張係数の８０％以上にしておくことを特徴とする請求項６に記載の円筒形ターゲットの製造方法。
【請求項８】
請求項４又は５に記載の前記粉末焼結用モールドを用いて円筒形ターゲットを製造する方法であって、
前記芯棒を原料粉末の焼結体と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成しておき、
前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の前記空間部に前記原料粉末を投入して、前記内周リング部材及び前記外周リング部材と前記押圧リング部材とを前記スリーブの軸方向に重ねて配置することにより構成された前記押圧部材によって、前記空間部内の前記原料粉末を前記スリーブの軸方向に押圧した状態で加熱することにより前記原料粉末を焼結させて、該原料粉末の焼結後に冷却して前記円筒形ターゲットを製造することを特徴とする円筒形ターゲットの製造方法。
【請求項９】
前記芯棒の熱膨張係数を、前記原料粉末の焼結体の熱膨張係数の８０％以上にしておくことを特徴とする請求項８に記載の円筒形ターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に用いられる円筒形ターゲットの製造方法及びその製造に用いられる粉末焼結用モールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形のターゲット材を回転させながらスパッタを行うスパッタリング装置が知られている。このスパッタリング装置においては、バッキングチューブの外周に円筒形ターゲットを接合し、バッキングチューブの内側に磁石を配置するとともに、冷却水を流すことにより、円筒形ターゲットを冷却しつつ、回転させながらスパッタを行うことができることから、ターゲット材の使用効率を高めることができる。
【０００３】
このような円筒形ターゲットの製造方法として、例えば特許文献１には、筒状のスリーブ内部の中央に芯棒を配置しておき、このスリーブと芯棒とにより形成されるリング状の空間部に原料粉末を投入してリング状の押圧部材により押圧した状態で焼結することで、円筒形ターゲットを製造する方法が開示されている。
【０００４】
この特許文献１では、スリーブ及び押圧部材をカーボン又はセラミックスにより形成するとともに、芯棒をカーボン又はセラミックスからなる熱膨張係数の小さい上部芯棒と、熱膨張係数が原料粉末と同等以上の金属からなる下部芯棒とにより形成しておくことにより、スリーブと下部芯棒との間で原料粉末を押圧した状態で焼結させている。これにより、焼結後の冷却時において、円筒形ターゲットが冷却に伴って収縮しても、下部芯棒も円筒形ターゲットと同様に収縮するので、円筒形ターゲットに割れやクラック等が発生することがなく、円筒形ターゲットを下部芯棒から容易に離型できることが特許文献１に記載されている。この場合、原料粉末の焼結温度での熱膨張時に、上部芯棒と下部芯棒とが同径となるように、常温時での下部芯棒の直径は、上部芯棒の直径に対して小さく形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５‐１０５４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の方法では、原料粉末の押圧時において、押圧部材が上部芯棒よりも下方に押し込まれた場合には、下部芯棒と押圧部材との間に隙間が形成されることで、その隙間から原料粉末が吹き出すおそれがあり、原料粉末を強固に押圧することが難しくなる。一方、押圧部材が下部芯棒に到達せずに上部芯棒側に配置された状態で原料粉末の焼結が行われると、焼結後の冷却時において、円筒形ターゲットの下部芯棒側は容易に下部芯棒から離型できるが、上部芯棒側は上部芯棒から離型することが難しく、円筒形ターゲットに割れやクラック等が発生するおそれがある。このため、特許文献１に記載の方法では、押圧部材を上部芯棒と下部芯棒との境界面に跨って確実に配置する必要がある。
【０００７】
また、このように押圧部材を上部芯棒と下部芯棒との境界面に跨って配置する場合には、スリーブ、上部芯棒及び押圧部材が熱膨張係数が小さいカーボン又はセラミックスにより形成される一方で、下部芯棒は熱膨張係数が原料粉末と同等以上の材料により形成されることから、その熱膨張代を正確に把握して寸法設計しておかなければ、加熱時において下部芯棒が熱膨張し上部芯棒以上に拡径した際に、押圧部材がスリーブと下部芯棒との間で押圧されることにより破損するおそれがある。また、押圧部材を上部芯棒と下部芯棒との境界面に跨って配置する場合、原料粉末の焼結時の収縮を事前にテストする等して調整を行わなければならず、作業工程が煩雑になる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焼結後の冷却時における円筒形ターゲットの割れやクラック等の発生を防止でき、作業性に優れた円筒形ターゲットの製造方法及びその製造に用いる粉末焼結用モールドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、筒状に形成されたスリーブと、該スリーブ内部の中央に配置された芯棒と、前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の空間部に挿入可能に設けられた押圧部材とを備える粉末焼結用モールドであって、前記スリーブがカーボン又はセラミックスにより形成され、前記芯棒が前記スリーブよりも熱膨張係数が大きい材料により形成されており、前記押圧部材は、内周リング部材と外周リング部材とを有し、前記内周リング部材は、前記芯棒と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、前記芯棒の外周面に係合して前記スリーブの内周面から離間して配置され、前記外周リング部材は、熱膨張係数が前記スリーブと同等以下の材料により形成され、前記スリーブの内周面に係合して前記芯棒の外周面から離間して配置されており、前記内周リング部材と前記外周リング部材とは、前記スリーブの軸方向に重ねて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
スリーブと芯棒とにより形成されるリング状の空間部の上部は、芯棒の外周面に係合する内周リング部材と、スリーブの内周面に係合する外周リング部材とを重ねて配置した押圧部材によって塞ぐことができるので、空間部に原料粉末を投入して押圧部材により押圧する際にも、原料粉末が空間部から外部に吹き出すことがなく、空間部内の原料粉末を強固に押圧できる。
また、芯棒と係合する内周リング部材は、芯棒と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成されているので、芯棒の外径変化に伴って内周リング部材も熱膨張して、芯棒が内周リング部材により強く押圧されることを回避でき、さらに、内周リング部材とスリーブの内周面との間には十分な隙間が確保されているので、スリーブが内周リング部材により強く押圧されることが回避される。
また、スリーブの内周面と係合する外周リング部材は、スリーブと同等以下の熱膨張係数の材料により形成されているので、スリーブが外周リング部材により強く押圧されることを回避でき、さらに、外周リング部材と芯棒の外周面との間には十分な隙間が確保されているので、芯棒が外周リング部材により強く押圧されることが回避される。したがって、加熱時において、内周リング部材及び外周リング部材によって、スリーブや芯棒が強く押圧されることを回避でき、これらスリーブ及び芯棒の破損を防止できる。
また、芯棒の熱膨張係数が、スリーブの熱膨張係数よりも大きいものとされていることから、原料粉末の焼結後の冷却時において、冷却に伴って芯棒とスリーブとが収縮しても、スリーブよりも芯棒が大きく収縮して、芯棒とスリーブとの間の間隔（空間部）が狭められることがない。したがって、空間部内の円筒形ターゲットに割れやクラック等を発生させることがなく、円筒形ターゲットを芯棒から容易に離型させることができる。
【００１１】
本発明の粉末焼結用モールドにおいて、前記外周リング部材の上側に前記内周リング部材が配置されるとともに、前記外周リング部材の内周面と前記芯棒の外周面との間に形成されたリング状の内側空間部に該内側空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されているとよい。
【００１２】
外周リング部材の上側に内周リング部材を重ねて配置した場合、外周リング部材の内周面と芯棒の外周面との間にリング状の内側空間部が形成されることから、この内側空間部に原料粉末が侵入することにより、円筒形ターゲットの上部内周側にバリ状の突条部が形成される。そこで、この内側空間部にリング部材を配置しておくことにより、内側空間部を予め塞いでおくことができるので、内側空間部への原料粉末の侵入を防止して突条部が形成されることを防止できる。また、リング部材は、中空のメタルガスケット等の耐熱性と可変性とを有する材料により形成することが好ましく、この場合には、原料粉末の焼結時、すなわち加熱時において芯棒が熱膨張した際にはリング部材が変形して芯棒の外径変化を吸収でき、外周リング部材が押圧されて破損することを防止できる。なお、リング部材を内側空間部に配置せずに、円筒形ターゲットに突条部が形成されたとしても、その突条部は、切削加工等の後加工を施すことで、取り除くことが可能である。
【００１３】
本発明の粉末焼結用モールドにおいて、前記外周リング部材の下側に前記内周リング部材が配置されるとともに、前記内周リング部材の外周面と前記スリーブの内周面との間に形成されたリング状の外側空間部に該外側空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されているとよい。
【００１４】
外周リング部材の下側に内周リング部材を重ねて配置した場合、内周リング部材の外周面とスリーブの内周面との間にリング状の外側空間部が形成されることから、この外側空間部に原料粉末が侵入することで、円筒形ターゲットの上部外周側にバリ状の突条部が形成される。そこで、この外側空間部にリング部材を配置しておくことにより、外側空間部を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲットに突条部が形成されることを防止できる。
【００１５】
また、本発明の粉末焼結用モールドは、筒状に形成されたスリーブと、該スリーブ内部の中央に配置された芯棒と、前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の空間部に挿入可能に設けられた押圧部材とを備える粉末焼結用モールドであって、前記スリーブがカーボン又はセラミックスにより形成され、前記芯棒が前記スリーブよりも熱膨張係数が大きい材料により形成されており、前記押圧部材は、内周リング部材と外周リング部材と押圧リング部材とを有し、前記内周リング部材は、前記芯棒と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、前記芯棒の外周面に係合して前記外周リング部材の内周面から離間して配置され、前記外周リング部材は、熱膨張係数が前記スリーブと同等以下の材料により形成され、前記スリーブの内周面に係合して前記内周リング部材の外周面から離間して配置され、前記押圧リング部材は、前記内周リング部材及び前記外周リング部材の上側に重ねて配置されている。
【００１６】
この粉末焼結用モールドにおいては、スリーブと芯棒とにより形成されるリング状の空間部の上部は、芯棒の外周面に係合する内周リング部材と、内周リング部材の外側に配置されてスリーブの内周面に係合する外周リング部材と、これら内周リング部材と外周リング部材とに重ねて配置された押圧リング部材とによって構成された押圧部材により塞ぐことができるので、空間部に原料粉末を投入して押圧部材により押圧する際にも、原料粉末が空間部から外部に吹き出すことがなく、空間部内の原料粉末を強固に押圧できる。
また、加熱時において、内周リング部材及び外周リング部材によって、スリーブや芯棒が強く押圧されることを回避でき、これらスリーブ及び芯棒の破損を防止できる。
さらに、芯棒の熱膨張係数が、スリーブの熱膨張係数よりも大きく設けられていることから、原料粉末の焼結後の冷却時において、冷却に伴って芯棒とスリーブとが収縮しても、スリーブよりも芯棒が大きく収縮して、芯棒とスリーブとの間の間隔（空間部）が狭められることがないので、空間部内の円筒形ターゲットに割れやクラック等を発生させることがなく、円筒形ターゲットを芯棒から容易に離型させることができる。
【００１７】
本発明の粉末焼結用モールドにおいて、前記内周リング部材の外周面と前記外周リング部材の内周面との間に形成されたリング状の中央空間部に該中央空間部への原料粉末の侵入を防止するためのリング部材が配置されているとよい。
中央空間部にリング部材を配置しておくことにより、中央空間部を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲットに突条部が形成されることを防止できる。
【００１８】
本発明の円筒形ターゲットの製造方法は、前記粉末焼結用モールドを用いて円筒形ターゲットを製造する方法であって、前記芯棒を原料粉末の焼結体と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成しておき、前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の前記空間部に前記原料粉末を投入して、前記内周リング部材と前記外周リング部材とを前記スリーブの軸方向に重ねて配置することにより構成された前記押圧部材によって、前記空間部内の前記原料粉末を前記スリーブの軸方向に押圧した状態で加熱することにより前記原料粉末を焼結させて、該原料粉末の焼結後に冷却して前記円筒形ターゲットを製造する。
【００１９】
この場合、芯棒の熱膨張係数を、原料粉末の焼結体の熱膨張係数と同等以上としておくことで、原料粉末の焼結後の冷却時において、円筒形ターゲットが冷却に伴って収縮しても、芯棒も円筒形ターゲットと同様に収縮して、円筒形ターゲットに割れやクラック等を発生させることがなく、円筒形ターゲットを芯棒から容易に離型させることができる。
【００２０】
本発明の円筒形ターゲットの製造方法において、前記芯棒の熱膨張係数を、前記原料粉末の焼結体の熱膨張係数の８０％以上にしておくとよい。
【００２１】
芯棒の熱膨張係数が原料粉末の焼結体の熱膨張係数の８０％以上であれば、焼結後の冷却時において、円筒形ターゲットの収縮により、芯棒の外周面に円筒形ターゲットからの圧縮力が加わっても、芯棒の変形能力によって円筒形ターゲットに割れやクラック等を発生させることなく、円筒形ターゲットを製造できる。また、芯棒の熱膨張係数を原料粉末の焼結体の熱膨張係数の９５％以上とした場合には、焼結後の冷却時において芯棒が円筒形ターゲットとともに大きく収縮するので、容易に円筒形ターゲットから芯棒を離型させることが可能となる。
【００２２】
本発明の円筒形ターゲットの製造方法は、前記粉末焼結用モールドを用いて円筒形ターゲットを製造する方法であって、前記芯棒を原料粉末の焼結体と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成しておき、前記スリーブと前記芯棒とにより形成されるリング状の前記空間部に前記原料粉末を投入して、前記内周リング部材及び前記外周リング部材と前記押圧リング部材とを前記スリーブの軸方向に重ねて配置することにより構成された前記押圧部材によって、前記空間部内の前記原料粉末を前記スリーブの軸方向に押圧した状態で加熱することにより前記原料粉末を焼結させて、該原料粉末の焼結後に冷却して前記円筒形ターゲットを製造する。
【００２３】
また、この場合においても、前記芯棒の熱膨張係数を、前記原料粉末の焼結体の熱膨張係数の８０％以上にしておくとよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、焼結後の冷却時における円筒形ターゲットの割れやクラック等の発生を防止することができるとともに、密度の高い円筒形ターゲットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る円筒形ターゲットの製造に用いる粉末焼結用モールドの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す粉末焼結用モールドの上面図である。
【図３】図１に示す粉末焼結用モールドにおいて、押圧部材による原料粉末の押圧を説明する図である。
【図４】図１に示す粉末焼結用モールドにおいて、原料粉末の焼結時を説明する図である。
【図５】図１に示す粉末焼結用モールドにおいて、原料粉末の焼結後の冷却時を説明する図である。
【図６】図１に示す粉末焼結用モールドにおいて、押圧部材による原料粉末の押圧を説明する図であり、リング部材を配置した場合を示す。
【図７】図１に示す粉末焼結用モールドにおいて、外周リング部材の下側に内周リング部材を重ねて配置した場合を説明する図である。
【図８】本発明に係る円筒形ターゲットの製造に用いる粉末焼結用モールドの第２実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明に係る円筒形ターゲットの製造に用いる粉末焼結用モールドの第３実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る円筒形ターゲットの製造に用いる粉末焼結用モールドの第４実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る円筒形ターゲットの製造に用いる粉末焼結用モールドの第５実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る円筒形ターゲットの製造方法及びその製造に用いる粉末焼結用モールドの実施形態について説明する。
第１実施形態の粉末焼結用モールド１０１は、図１から図５に示すように、筒状のスリーブ１と、スリーブ１の外側に配置されてスリーブ１を保持する外枠２と、スリーブ１内部の中央に配置された円柱状の芯棒３と、これらスリーブ１と芯棒３との底面を支えるベースプレート４と、スリーブ１と芯棒３とにより形成されるリング状の空間部８に挿入可能に設けられ、ベースプレート４との間に原料粉末７ａを挟んで押圧する押圧部材６Ａとを備える。
【００２７】
スリーブ１は、図２に示すように、垂直方向に沿う筒状に形成されている。
スリーブ１の内周面１１ａは、図１に示すように、作製する円筒形ターゲットの大きさに合わせて設けられており、外周面１１ｂは、内周面１１ａを拡径した円周面に設けられている。
また、スリーブ１の外側に配置される外枠２の内周面２１ａは、スリーブ１の外周面１１ｂと係合可能に設けられている。
【００２８】
そして、スリーブ１と、外枠２と、ベースプレート４とは、カーボン又はセラミックスにより形成されている。本実施形態の粉末焼結用モールド１０１においては、スリーブ１、外枠２及びベースプレート４は、１０００°以上の高温領域においても十分な機械強度を有する耐熱材料からなるカーボングラファイト（熱膨張係数４．０×１０−６／Ｋ）により形成されている。
【００２９】
スリーブ１内部の中央に配置される芯棒３は、図１に示すように、円柱状に形成されている。また、芯棒３は、ベースプレート４上に立設され、適宜の芯合わせ機構によりスリーブ１の内部中央に位置決めされている。
そして、芯棒３は、スリーブ１よりも熱膨張係数が大きい材料、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４等）やＮｉ合金、その他のセラミックス材料等により形成されている。なお、芯棒３は、原料粉末７ａの焼結体の熱膨張係数の８０％以上の熱膨張係数を有する材料により形成することが望ましく、より好ましくは、９５％以上の熱膨張係数を有する材料により形成することが望ましい。本実施形態の粉末焼結用モールド１０１においては、芯棒３は、ステンレス（ＳＵＳ３０４：熱膨張係数１７×１０−６／Ｋ）により形成されている。例えば、原料粉末７ａをＴｉＯ２粉（焼結体の熱膨張係数９．０×１０−６／Ｋ）とした場合、ＳＵＳ３０４で形成された芯棒３の熱膨張係数は、ＴｉＯ２の焼結体の熱膨張係数の１８９％であり、原料粉末７ａの焼結体の熱膨張係数の９５％以上である。
【００３０】
押圧部材６Ａは、図１又は図２に示すように、リング状の平板に形成された内周リング部材６１と外周リング部材６２とを上下に重ねて配置することにより構成されている。この場合、押圧部材６Ａは、外周リング部材６２の上側に内周リング部材６１を積み重ねて配置することにより構成されており、内周リング部材６１と外周リング部材６２とは、これら内周リング部材６１の内部と外周リング部材６２の内部とに芯棒３を挿通させた状態で、空間部８内に挿入可能に設けられている。なお、図７に示すように、外周リング部材６２の下側に内周リング部材６１を重ねて配置することにより、押圧部材６Ａを構成してもよい。
【００３１】
内周リング部材６１は、芯棒３と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成されている。本実施形態では、内周リング部材６１は、芯棒３と同じく、ステンレス（ＳＵＳ３０４：熱膨張係数１７×１０−６／Ｋ）により形成されている。そして、内周リング部材６１は、その内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂよりも１ｍｍ未満で大きく形成されるとともに、外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａの内径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成されており、常温時において芯棒３の外周面３１ｂに係合する一方で、スリーブ１の内周面１１ａとは十分な間隔があけられていることから、スリーブ１の内周面１１ａから離間して配置される。
【００３２】
また、外周リング部材６２は、熱膨張係数がスリーブ１と同等以下の材料により形成されている。本実施形態では、外周リング部材６２は、スリーブ１と同じく、カーボングラファイト（熱膨張係数４．０×１０−６／Ｋ）により形成されている。そして、外周リング部材６２は、その外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａよりも１ｍｍ未満で小さく形成されるとともに、内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂの外径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で大きく形成されており、常温時においてスリーブ１に係合する一方で、芯棒３の外周面３１ｂとは十分な間隔があけられていることから、芯棒３の外周面３１ｂから離間して配置される。
【００３３】
このように形成される内周リング部材６１と外周リング部材６２とを、これら内周リング部材６１の内部と外周リング部材６２の内部とに芯棒３を挿通させた状態で、空間部８内に順に挿入して積み重ねることにより、内周リング部材６１の内周面が芯棒３の外周面３１ｂと係合して位置決め（芯合わせ）されるとともに、外周リング部材６２の外周面がスリーブ１の内周面１１ａと係合することにより位置決め（芯合わせ）された状態で、空間部８内に配置されるようになっている。そして、内周リング部材６１と外周リング部材６２とが上下に重ねて配置されることで、空間部８の上部を塞ぐことができるようになっており、空間部８内に投入した原料粉末７ａは、これら内周リング部材６１と外周リング部材６２とにより構成された押圧部材６Ａ及びパンチ５を介してプレス手段（図示略）によって、スリーブ１の軸方向（垂直方向）に押圧することができるようになっている。
【００３４】
次に、上記の粉末焼結用モールド１０１を用いて、原料粉末から円筒形ターゲットを製造する方法について説明する。本実施形態においては、原料粉末７ａとして、ＴｉＯ２粉（焼結体の熱膨張係数９．０×１０−６／Ｋ）を用いる。
まず、図１に示すように、原料粉末７ａをスリーブ１と芯棒３との間に形成される空間部８内に投入し、原料粉末７ａを充填した状態で押圧部材６Ａにより空間部８の上部を閉鎖し、押圧部材６Ａ上にパンチ５を載置する。そして、プレス手段によってパンチ５に押圧力を加え、真空容器（図示略）内で加熱する。なお、図示は省略するが、加熱は、粉末焼結用モールド１０１の周囲に配置された加熱用のヒータにより行われる。
【００３５】
空間部８の上部は、芯棒３の外周面３１ｂに係合する内周リング部材６１と、スリーブ１の内周面１１ａに係合する外周リング部材６２とを重ねて配置した押圧部材６Ａによって塞がれているので、押圧力が加えられても、原料粉末７ａが空間部８から外部に吹き出すことがなく、空間部８内の原料粉末７ａが強固に押圧される。そして、芯棒３は、他のモールド部材（スリーブ１等）を形成するカーボングラファイトよりも熱膨張係数の大きなＳＵＳにより形成されているので、加熱されることにより、他のモールド部材よりも大きく膨張して、二点鎖線で示す常温時の状態から実線で示す状態に変化する。この際、芯棒３と係合する内周リング部材６１は、芯棒３と同じくＳＵＳにより形成されているので、芯棒３の外径変化に伴って内周リング部材６１も熱膨張するが、内周リング部材６１とスリーブ１の内周面１１ａとの間には十分な隙間が確保されているので、スリーブ１が内周リング部材により強く押圧されることが回避される。また、スリーブ１の内周面１１ａと係合する外周リング部材６２は、スリーブ１と同じく熱膨張係数が小さいカーボングラファイトにより形成されているので、外周リング部材６２によりスリーブ１が強く押圧されることはない。
【００３６】
そして、原料粉末７ａの焼結温度（１０００℃〜１３００℃）となった状態で、図３及び図４に白抜き矢印で示すように、パンチ５で垂直方向に所定圧力（１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ）をかけて加圧し、所定時間（１ｈ〜５ｈ）保持することによって、原料粉末７ａを焼結させる。焼結後に、図５に示すように、プレス手段による焼結体への押圧を解除した状態で冷却することにより、円筒形ターゲット７ｂが製造される。また、このようにして製造された円筒形ターゲット７ｂを粉末焼結用モールド１０１から取り出す際には、各モールド部材を順次分解し、円筒形ターゲット７ｂを取り出す。
【００３７】
このように、本実施形態の粉末焼結用モールド１０１においては、原料粉末７ａの焼結時において、スリーブ１と芯棒３との間の空間部８の上部を、内周リング部材６１と外周リング部材６２とにより確実に塞ぐとともに、これら内周リング部材６１及び外周リング部材６２を介して原料粉末７ａを押圧状態として、プレス手段による押圧力を確実に加えることができる。
また、芯棒３と係合する内周リング部材６１は、芯棒３と同等以上の熱膨張係数が大きい材料により形成されているので、芯棒３の外径変化に伴って内周リング部材６１も熱膨張して、芯棒３が内周リング部材６１により強く押圧されることを回避でき、さらに、内周リング部材６１とスリーブ１の内周面１１ａとの間には十分な隙間が確保されているので、スリーブ１が内周リング部材６１により強く押圧されることが回避される。また、スリーブ１の内周面１１ａと係合する外周リング部材６２は、スリーブ１と同等以下の熱膨張係数が小さい材料により形成されているので、スリーブ１が外周リング部材６２により強く押圧されることを回避でき、さらに、外周リング部材６２と芯棒３の外周面１１ｂとの間には十分が隙間が確保されているので、芯棒３が外周リング部材６２により強く押圧されることが回避される。したがって、加熱時において、内周リング部材６１及び外周リング部材６２によって、スリーブ１や芯棒３が強く押圧されることを回避でき、これらスリーブ１及び芯棒３の破損を防止できる。
【００３８】
一方、焼結後の冷却時においては、芯棒３が、スリーブ１よりも熱膨張係数が大きい材料であり、本実施形態では、原料粉末７ａの焼結体よりも大きい熱膨張係数のＳＵＳにより形成されていることから、円筒形ターゲット７ｂが冷却に伴って収縮しても、芯棒３が円筒形ターゲット７ｂよりも大きく収縮する。このように、円筒形ターゲット７ｂと芯棒３との間に隙間を形成できるので、円筒形ターゲット７ｂに割れやクラック等が発生することを回避でき、円筒形ターゲット７ｂを芯棒３から容易に離型させることができる。
なお、芯棒３には、原料粉末７ａの焼結体の熱膨張係数の８０％以上のものを用いることで、焼結後の冷却時において、円筒形ターゲット７ｂと芯棒３の外径変化に差が生じても、芯棒３の変形能力によって円筒形ターゲット７ｂに割れやクラック等を発生させることなく、円筒形ターゲット７ｂを製造できる。また、芯棒３の熱膨張係数を原料粉末７ａの焼結体の熱膨張係数の９５％以上とした場合には、本実施形態と同様に、焼結後の冷却時において芯棒３が円筒形ターゲット７ｂとともに大きく収縮するので、容易に円筒形ターゲット７ｂから芯棒３を離型させることが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態の粉末焼結用モールド１０１においては、外周リング部材６２の上側に内周リング部材６１を重ねて配置していることから、これら内周リング部材６１及び外周リング部材６２により空間部８の上部を塞いだ状態では、図３に示すように、外周リング部材６２の内周面と芯棒３の外周面との間にリング状の内側空間部８５が形成される。そして、この内側空間部８５に原料粉末７ａが侵入することにより、図５に示すように、円筒形ターゲット７ｂの上部内周側にバリ状の突条部７１が形成されるが、この突条部７１は、円筒形ターゲット７ｂを粉末焼結用モールド１０１から取り出した後で、切削加工等の後加工を施すことで、容易に取り除くことが可能である。
【００４０】
なお、図６に示すように、外周リング部材６２の内周面と芯棒３の外周面との間の内側空間部８５に、内側空間部８５への原料粉末７ａの侵入を防止するためのリング部材９５を配置しておくことにより、原料粉末７ａが侵入しないように内側空間部８５を予め塞いでおくこともできる。この場合には、突条部７１が形成されることを防止できる。また、リング部材９５は、中空のメタルガスケット等の耐熱性と可変性とを有する材料により形成することが好ましく、この場合には、原料粉末７ａの焼結時、すなわち加熱時において芯棒３が熱膨張した際には、リング部材９５が変形して芯棒３の外径変化を吸収できるので、外周リング部材６２が押圧されて破損することを防止できる。
【００４１】
また、図７に示すように、外周リング部材６２の下側に内周リング部材６１を配置した場合には、内周リング部材６１の外周面とスリーブ１の内周面１１ａとの間にリング状の外側空間部８６が形成されるので、図示は省略するが、この外側空間部８６に原料粉末７ａが侵入することで、円筒形ターゲット７ｂの上部外周側にバリ状の突条部が形成されるおそれがある。そこで、この場合には、外側空間部８６にリング部材９６を配置しておくことで、外側空間部８６を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲットに突条部が形成されることを防止できる。
【００４２】
以下、本実施形態のその他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と共通する要素には同一符号を付して、説明を省略する。
上記実施形態では、押圧部材６Ａをリング状の平板に形成された内周リング部材６１と外周リング部材６２とにより構成したが、内周リング部材と外周リング部材の形状は、これに限定されない。
例えば、図８に示す第２実施形態の粉末焼結用モールド１０２のように、外周リング部材６２に重ねて配置される内周リング部材６３をパンチと一体に設けて、これら外周リング部材６２と内周リング部材６３とにより押圧部材６Ｂを構成することも可能である。
この場合の内周リング部材６３は、芯棒３と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、内周面の内径が芯棒３の外周面よりも１ｍｍ未満で大きく形成され、外周面がスリーブ１の内周面１１ａの内径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成される。これにより、内周リング部材６３は、常温時において芯棒３の外周面３１ｂに係合する一方で、スリーブ１の内周面１１ａとは十分な間隔があけられ、スリーブ１の内周面１１ａから離間して配置される。
【００４３】
第２実施形態の粉末焼結用モールド１０２では、図８に示すように、外周リング部材６２の上側に内周リング部材６３を重ねて配置することで、これら外周リング部材６２及び内周リング部材６３により空間部８の上部を塞ぐことができる。なお、この場合には、外周リング部材６２の内周面と芯棒３の外周面３１ｂとの間にリング状の内側空間部８５が形成されるので、図示は省略するが、この内側空間部８５に原料粉末７ａが侵入することで、円筒形ターゲット７ｂの上部内周側にバリ状の突条部が形成されるおそれがある。そこで、内側空間部８５にリング部材９５を配置しておくことで、内側空間部８５を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲット７ｂに突条部が形成されることを防止できる。
【００４４】
さらに、図９に示す第３実施形態の粉末焼結用モールド１０３のように、内周リング部材６１に重ねて配置される外周リング部材６４をパンチと一体に設けて、これら内周リング部材６１と外周リング部材６４とにより押圧部材６Ｃを構成することも可能である。
この場合の外周リング部材６４は、熱膨張係数がスリーブ１と同等以下の材料により形成され、外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａよりも１ｍｍ未満で小さく形成されるとともに、内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂの外径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で大きく形成される。これにより、外周リング部材６４は、常温時においてスリーブ１に係合する一方で、芯棒３の外周面３１ｂとは十分な間隔があけられ、芯棒３の外周面３１ｂから離間して配置される。
【００４５】
第３実施形態の粉末焼結用モールド１０３では、図９に示すように、内周リング部材６１の上側に外周リング部材６４を重ねて配置することで、これら内周リング部材６１及び外周リング部材６４により空間部８の上部を塞ぐことができる。なお、この場合には、内周リング部材６１の外周面とスリーブ１の内周面１１ａとの間にリング状の外側空間部８６が形成される。このため、外側空間部８６にリング部材９６を配置して外側空間部８６を予め塞いでおくことで、円筒形ターゲット７ｂに突条部が形成されることを防止できる。
【００４６】
また、図１０に示す第４実施形態の粉末焼結用モールド１０４のように、押圧部材６Ｄの内周リング部材６５に、外周リング部材６６の内側に挿入可能な突出部６５ａを設けることも可能である。
【００４７】
この場合の内周リング部材６５は、芯棒３と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、その内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂよりも１ｍｍ未満で大きく形成され、フランジ部６５ｂの外周面がスリーブ１の内周面１１ａの内径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成されるとともに、突出部６５ａの外周面が外周リング部材６６の内周面の内径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成される。これにより、内周リング部材６５は、常温時において芯棒３の外周面３１ｂに係合する一方で、スリーブ１の内周面１１ａ及び外周リング部材６６の内周面とは十分な間隔があけられ、スリーブ１の内周面１１ａ及び外周リング部材６６の内周面から離間して配置される。
【００４８】
また、外周リング部材６６は、熱膨張係数がスリーブ１と同等以下の材料により形成され、その外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａよりも１ｍｍ未満で小さく形成されるとともに、内周面の内径が内周リング部材６５の突出部６５ａの外周面の外径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で大きく形成される。これにより、外周リング部材６６は、常温時においてスリーブ１に係合する一方で、芯棒３の外周面及び内周リング部材６５の突出部６５ａの外周面とは十分な間隔があけられ、突出部６５ａの外周面から離間して配置される。
【００４９】
したがって、図１０に示すように、外周リング部材６６の上側に内周リング部材６５を重ねて配置することで、内周リング部材６５の突出部６５ａが外周リング部材６６の内側に挿入され、これら内周リング部材６５及び外周リング部材６６により空間部８の上部を塞ぐことができる。なお、この場合には、外周リング部材６６の内周面と内周リング部材６５の突出部６５ａの外周面との間にリング状の中央空間部８７が形成されるので、図示は省略するが、この中央空間部８７に原料粉末７ａが入り込むことで、円筒形ターゲット７ｂの上部の中央部分にバリ状の突条部が形成されるおそれがある。そこで、中央空間部８７にリング部材９７を配置しておくことで、中央空間部８７を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲット７ｂに突条部が形成されることを防止できる。
【００５０】
また、上記第１〜第４実施形態では、押圧部材６Ａ〜６Ｄを内周リング部材と外周リング部材とにより構成したが、図１１に示す第５実施形態の粉末焼結用モールド１０５のように、押圧部材６Ｅを、内周リング部材６７と、外周リング部材６８と、押圧リング部材６９とを有する構成とすることもできる。
【００５１】
この場合の内周リング部材６７は、芯棒３と同等以上の熱膨張係数を有する材料により形成され、内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂよりも１ｍｍ未満で大きく形成され、外周面の外径が外周リング部材６８の内周面よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成される。これにより、内周リング部材６７は、常温時において芯棒３の外周面３１ｂに係合する一方で、外周リング部材６８の内周面とは十分な間隔があけられ、外周リング部材６８の内周面から離間して外周リング部材６８の内側（半径方向内方）に配置される。
【００５２】
また、外周リング部材６８は、熱膨張係数がスリーブ１と同等以下の材料により形成され、外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａよりも１ｍｍ未満で小さく形成されるとともに、内周面の内径が内周リング部材６７の外周面の外径よりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で大きく形成される。これにより、外周リング部材６８は、常温時においてスリーブ１に係合する一方で、内周リング部材６７の外周面とは十分な間隔があけられ、内周リング部材６７の外周面から離間して内周リング部材６７の外側（半径方向外方）に配置される。
【００５３】
また、押圧リング部材６９は、内周リング部材６７と外周リング部材６８とに重ねて配置され、内周リング部材６７の外周面と外周リング部材６８の内周面との間に形成された中央空間部８７の上部を塞ぐものであり、パンチと一体に設けることができる。そして、押圧リング部材６９は、その外周面の外径がスリーブ１の内周面１１ａよりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で小さく形成され、内周面の内径が芯棒３の外周面３１ｂよりも１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で大きく形成される。これにより、押圧リング部材６９は、常温時においてスリーブ１の内周面１１ａと芯棒３の外周面３１ｂと十分な間隔があけられ、これらスリーブ１の内周面１１ａ及び芯棒３の外周面３１ｂから離間して配置される。
【００５４】
第５実施形態の粉末焼結用モールド１０５では、図１１に示すように、スリーブ１と芯棒３とにより形成されるリング状の空間部８の上部は、芯棒３の外周面３１ｂに係合する内周リング部材６７と、内周リング部材６７の外側に配置されてスリーブ１の内周面１１ａに係合する外周リング部材６８と、これら内周リング部材６７と外周リング部材６８とに重ねて配置された押圧リング部材６９とによって構成された押圧部材６Ｅにより塞ぐことができる。
なお、第５実施形態の粉末焼結用モールド１０５においても、中央空間部８７にリング部材９７を配置しておくことで、中央空間部８７を予め塞いでおくことができ、円筒形ターゲット７ｂに突条部が形成されることを防止できる。
【００５５】
また、リング部材９５〜９７としては、中空のメタルガスケットを用いる形態に限らず、耐圧性の低い脆性セラミックス材料やその粉末の充填や、焼結温度が原料粉末７ａ以上に高い粉末を小空間部（内側空間部８５、外側空間部８６、中央空間部８７）に充填しておくことにより形成することもできる。
具体的には、リング部材として、耐圧性の低い脆性セラミックス材料、例えばＳｉＯ２焼結体を用いた場合には、内周リング部材や外周リング部材の熱膨張によってリング部材に圧力が加わった際に、ＳｉＯ２焼結体の脆性によってリング部材が割れることによって、圧力を吸収できる。
【００５６】
また、リング部材として、脆性セラミックス材料の粉末、例えばＳｉＯ２粉末を充填した場合には、温度上昇によってＳｉＯ２粉末が焼結体となり、バリ状の突条部が形成されるが、ＳｉＯ２焼結体の脆性によって容易に除去できる。なお、ＳｉＯ２粉末（ＳｉＯ２焼結体）により小空間部８５〜８７内が充填されているので、原料粉末７ａによるバリ状の突条部は形成されない。
また、リング部材として焼結温度が原料粉末７ａ以上に高い粉末、例えばカーボン粉末やＳｉＣ粉末を充填した場合には、温度上昇によって原料粉末７ａが焼結してもリング部材を形成するカーボン粉末やＳｉＣ粉末は未焼結のままであるため、冷却後に容易に除去できる。
【００５７】
また、上記実施形態においては、円筒形ターゲット７ｂを製造する原料粉末７ａとして、ＴｉＯ２粉を例示し、芯棒３を、原料粉末７ａの焼結体よりも大きい熱膨張係数を有する材料（ＳＵＳ）により形成した場合について説明を行ったが、本発明の円筒形ターゲットの製造方法及びその製造方法に用いる粉末焼結用モールドは、ＴｉＯ２粉から円筒形ターゲットを製造する場合に限定して適用されるものではない。例えば、ＣｕＧａ、ＡＺＯ等のその他の原料粉末から円筒形ターゲットを製造する場合にも適用可能である。
【００５８】
例えば、原料粉末７ａとしてＣｕＧａ（焼結体の熱膨張係数２４．１×１０−６／Ｋ）を用いて、芯棒３をＣｕ（熱膨張係数１９．６７×１０−６／Ｋ）により形成する等、原料粉末７ａの焼結体の熱膨張係数と同等以上の材料により芯棒３を形成できる。なお、ＣｕＧａの原料粉末の焼結温度は６００℃〜９００℃である。
この場合、芯棒３よりも円筒形ターゲットが収縮しても、材料の変形能力により、円筒形ターゲットと芯棒３との収縮差を吸収できるので、円筒形ターゲットに生じる割れやクラック等を回避することができる。なお、芯棒３は、円筒形ターゲットの冷却後に、例えば衝撃を与えることに取り出すか、また衝撃によって取り出せない場合には、芯棒３を削り出すことで円筒形ターゲットに割れやクラックを生じさせることなく、円筒形ターゲットから芯棒３を取り出すことができる。
【００５９】
なお、上記実施形態において、各種の原料粉末の焼結体の熱膨張係数を例示したが、これらの熱膨張係数は、平面サイズ５ｍｍ角で長さが２０ｍｍ程度の角柱状に加工された焼結体のブロックを、熱膨張係数測定装置（ブルカー・エイエックスエス社製ＴＤ５０２０型）にて、窒素雰囲気中、１０（℃／分）の上昇条件で焼結温度を超えるまで昇温させて、熱膨張係数を測定することにより得られたデータに基づき決定したものである。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、このような粉末焼結用モールドとプレス手段とを用いた円筒形ターゲットの製造方法であれば、寸法精度の高いモールド形状に沿って焼結体（円筒形ターゲット）が形成されるため、常圧焼結法等のモールドを伴わない焼結法やＨＩＰ法等の原料粉末を充填した容器が収縮変形する焼結法に比べ、格段に高い円筒寸法精度をもつ焼結体が得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１  スリーブ
２  外枠
３  芯棒
４  ベースプレート
５  パンチ
６Ａ〜６Ｅ  押圧部材
６１，６３，６５，６７  内周リング部材
６２，６４，６６，６８  外周リング部材
６９  押圧リング部材
７ａ  原料粉末
７ｂ  円筒形ターゲット
８  空間部
８５  内側空間部
８６  外側空間部
８７  中央空間部
９５，９６，９７  リング部材
１０１〜１０５  粉末焼結用モールド
【図１】
0006662212.tif 000002
【図２】
0006662212.tif 000003
【図３】
0006662212.tif 000004
【図４】
0006662212.tif 000005
【図５】
0006662212.tif 000006
【図６】
0006662212.tif 000007
【図７】
0006662212.tif 000008
【図８】
0006662212.tif 000009
【図９】
0006662212.tif 000010
【図１０】
0006662212.tif 000011
【図１１】
0006662212.tif 000012