JP2017106091A - Ｉｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚み方向における組成均一性の高いＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材を提供する。
【解決手段】ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有するスパッタリングターゲット部材であって、厚み方向の一方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＡ、厚み方向の他方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＢとし、Ｂ≧Ａとすると、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１であり、大きさ１００μｍ以上の空隙が平均１０個/ｃｍ²未満であるスパッタリングターゲット部材。
【選択図】図１

Description

本発明はＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットに関する。また、本発明はＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

インジウムは、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系（ＣＩＧＳ系）やＣｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系（ＣＩＳ系）の薄膜太陽電池の光吸収層形成用のスパッタリングターゲット材料として使用されている。従来、これらの光吸収層形成工程では純Ｉｎスパッタリングターゲットを使用して純Ｉｎ膜を成膜していた。しかしながら、近年ではスパッタ特性や膜特性の向上を図るために、純Ｉｎスパッタリングターゲットに替えてＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットを使用してＩｎ−Ｃｕ合金膜を成膜することが提案されている。

特開２０１２−０７９９９７号公報（特許文献１）では、純Ｉｎ膜をスパッタリング法で形成するとＩｎ結晶が島状に堆積して不連続層が形成されるようになり、例えばＣｕ−Ｇａ合金膜上に純Ｉｎ膜を積層すると、純Ｉｎで覆われる部分と覆われない部分が形成されるようになるという問題が指摘されている。当該文献においては、スパッタリング法によって太陽電池用光吸収層を製造するに当たり、従来のように純Ｉｎ膜を成膜するのではなくＩｎ−Ｃｕ合金膜を用いて製造することで、島状Ｉｎ膜ではなく連続したＩｎ−Ｃｕ合金膜が得られることが記載されている。そして、同一面内での組成が均一で膜質の良好な（すなわち、面内均一性に優れた）光吸収層を、高い生産性で再現性良く成膜できることが記載されている。そして、当該文献では、Ｃｕと；Ｉｎ、Ｇａ、およびＡｌよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と；Ｓｅを含む化合物半導体薄膜太陽電池用光吸収層の製造に用いられるスパッタリングターゲットであって、Ｃｕを３０〜８０原子％含有し、残部：Ｉｎおよび不可避不純物であることを特徴とするスパッタリングターゲットを提案している。

特許文献１にはスパッタリングターゲットの製造方法に関する言及はないものの、特開２０１２−０５２１９０号公報（特許文献２）には、インジウム系のスパッタリングターゲットを溶解鋳造により製造する方法が記載されている。また、ターゲット材用金属粉末をバッキングチューブに溶射する溶射法、ターゲット材用金属粉末を円筒形バッキングチューブの外周面を囲むように密接させた状態で冷間等方圧加圧法にて圧縮成形する方法（ＣＩＰ法）なども知られている（例：特開２０１５−０１７２９７号公報（特許文献３））。

特開２０１２−０７９９９７号公報 特開２０１２−０５２１９０号公報 特開２０１５−０１７２９７号公報

Ｉｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットは薄膜太陽電池の光吸収層形成用への応用が期待されるが、特許文献１にはその製法に関する言及はおろか製法がスパッタリングターゲットに与える特性に関する考察もない。本発明者は、特許文献２に記載される溶解鋳造法によって、特許文献１に記載される高濃度のＣｕを含有するＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットを製造すると厚み方向に銅濃度にばらつきが生じることを発見した。当該組成のばらつきはＣｕ濃度の高低差で４〜５ａｔ％程度であるが、ターゲットライフ全体でみた場合、膜の組成にばらつきが生じ、安定した品質のスパッタ膜が得られないおそれがある。

また、特許文献３に記載される溶射法やＣＩＰ法では、ターゲット材の厚み方向における組成のばらつきは生じにくいものの、これらの方法で製造されたスパッタリングターゲットはいずれもガスが入り込み、完全に空隙をつぶすことができないため相対密度を高くすることが難しく、また、溶射やＣＩＰ法で用いる原料が微細な紛体であることにより酸素濃度が高くなり易いという問題がある。酸素濃度が高いと、ターゲット内に多数の酸化物が存在することから、スパッタの成膜速度を上げて太陽電池の生産性を上げるため、高パワーでのスパッタを行うと、高抵抗な酸化物を起点としたアーキングや、それによるパーティクルが発生し、膜質が悪化する場合がある。また、内部に空隙が存在する場合、アーキングが発生しやすくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題の一つは、厚み方向における組成均一性の高いＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材を提供することである。また、本発明の別の課題は、そのような厚み方向における組成均一性を向上させることのできるＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材の製造方法を提供することである。

本発明者は溶解鋳造法によって製造されるＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材において組成分布が生じる理由について研究したところ、原料であるＩｎ及びＣｕの溶解鋳造時に、相対的に比重が大きい固相分（典型的にはＣｕ−Ｉｎ化合物）が凝固過程で沈降することにより下方のＣｕ濃度が高くなる、及び／又は、冷却速度が高い部分のＣｕ濃度が高くなることを見出した。そこで、本発明者はこのような現象を軽減するための方策について鋭意検討したところ、原料が溶融状態にあるとき及び半溶融状態にあるときに十分に機械的に攪拌する方法が有用であることを見出した。溶湯を攪拌する操作自体は従来の溶解鋳造法においても行われ得るが、Ｉｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材の製造においては、半溶融状態での十分な攪拌を所定の固相率に達するまで実施することが厚み方向に均一性の高い組成を有するターゲット部材を製造する上では肝要である。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有するスパッタリングターゲット部材であって、厚み方向の一方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＡ、厚み方向の他方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＢとし、Ｂ≧Ａとすると、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１であり、大きさ１００μｍ以上の空隙が平均１０個/ｃｍ²未満であるスパッタリングターゲット部材である。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の一実施形態においては、酸素濃度が１００質量ｐｐｍ以下である。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の別の一実施形態においては、酸素濃度が５０質量ｐｐｍ以下である。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の更に別の一実施形態においては、厚みが１０ｍｍ以上である。

本発明は別の一側面において、本発明に係るスパッタリングターゲット部材がバッキングプレート上にボンディングされているスパッタリングターゲットである。

本発明は更に別の一側面において、ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有する原料を、窒素雰囲気下で、溶融状態から半溶融状態の２状態を通じて、機械的に撹拌しながら冷却する工程を経て鋳造することを含むスパッタリングターゲット部材の製造方法である。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の製造方法の一実施形態においては、前記攪拌は、ＩｎとＣｕの合計原子数に対して、Ｃｕ濃度が１原子％以上３１原子％未満では１６０〜１７５℃の範囲にあるときに、Ｃｕ濃度が３１〜７０原子％の範囲では、固相率が４０〜５５％となる温度にあるときに終了する。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の製造方法の別の一実施形態においては、前記撹拌終了後の半溶融状態の半製品を１℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する。

本発明によれば、厚み方向における組成均一性の高いＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材を提供可能となる。そのため、ターゲットライフを通じて組成のばらつきが少ない安定品質のスパッタ膜が得られる。また、本発明に係るＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材は一実施形態において、空隙が実質的に存在せず、低い酸素濃度を兼備することができるので、その場合、アーキングの発生も抑制された安定なスパッタ工程を実施できることが期待される。

実施例で使用した高周波誘導炉の模式図である。 厚み方向の一方の半分及び他方の半分におけるＣｕの原子濃度の測定箇所を示す模式図である。 発明品（実施例３）と比較品（比較例４）の空隙の状態を示すＳＥＭ写真例である。 円筒形状のスパッタリングターゲットを製造する場合の撹拌羽根形状の一例を示す断面模式図である。

（組成）
本発明に係るスパッタリングターゲット部材は一実施形態において、ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有する。

不可避的不純物とは原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするもので、本来は不要なものであるが、微量であり、金属製品の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物を指す。酸素を除く不可避的不純物の合計質量濃度はＩｎとＣｕの合計質量に対して１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、８０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５０質量ｐｐｍ以下であることが更により好ましい。不可避的不純物として、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなどが挙げられる。酸素も不可避的不純物の一種であるが、これについては別途規定する。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材は一実施形態において、厚み方向に直角な方向の切断線に沿って二等分して得られた一方の半分及び他方の半分においてＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をそれぞれ測定したとき、一方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＡ、他方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＢとし、Ｂ≧Ａとすると、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１とすることができ、より好ましくは０．９６≦Ａ／Ｂ≦１とすることができ、更により好ましくは０．９７≦Ａ／Ｂ≦１とすることができ、例えば０．９５０≦Ａ／Ｂ≦０．９９５とすることができる。

ここで、厚み方向の一方の半分３１及び他方の半分３２においてＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度は以下の方法によって測定される。図２の斜線部で示されるように、まずサンプリング領域を決め（領域は面内のいずれの場所でも良いが、測定値のばらつきを考慮して厚み方向に直角な縦横方向（図中の横幅方向及び奥行き方向）に５ｍｍ×５ｍｍ以上の大きさとする。）、その領域を帯鋸や切断機などにより切断して採取する。ただし、切断代は無視できることとする。その後、厚み方向ｔに直角な方向の切断線Ａ−Ａ’で２等分になるように切断し、一方の半分３１のサンプリング領域３３及び他方の半分３２のサンプリング領域３４を得る。厚みが薄く、切断しにくい場合は、サンプリング領域決め、採取したのち、例えば他方の半分３２のＣｕ濃度を測定したい場合、一方の主表面からＡ−Ａ’面までを研磨、研削等により除去し、残った部分をサンプルとする。サンプリング位置は、ターゲットのいずれの位置でも良いが、サンプルは、一方の半分３１はターゲットの一方の主表面〜Ａ−Ａ’面、他方の半分はＡ−Ａ’面〜ターゲットの他方の主表面を含むようにする。Ｃｕ及びＩｎの濃度は、ＩＣＰ分析により測定することができる。

本発明に係るスパッタリングターゲット部材の形状には特に制限はないが、例えば円盤状や矩形板状などの平板状とすることができ、更には円筒状とすることもできる。厚み方向というのはスパッタリングターゲット部材が円盤状や矩形板状などの平板状の場合には、板厚方向を指し、スパッタリングターゲット部材が円筒状の場合に径方向を指す。

厚み方向のＣｕ濃度の均一性が高いということはすなわち、Ｉｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲット部材の厚み方向における組成均一性が高いことを意味する。これにより、ターゲットライフを通じて組成のばらつきが少ない安定品質のスパッタ膜が得られることが期待される。

（空隙）
スパッタリングターゲット部材中に、１００μｍ以上の大きさの空隙が存在すると、空隙周辺を起点とするスプラッシュやアーキングが発生しやすくなり、スパッタが不安定となる。そのため、スパッタリングターゲットは１００μｍ以上の大きさの空隙が少ないことが望ましい。本発明に係るＩｎ―Ｃｕ合金スパッタリングターゲットの一実施形態においては、大きさ１００μｍ以上の空隙が平均１０個/ｃｍ²未満であり、大きさ１００μｍ以上の空隙が平均１個/ｃｍ²未満であることが好ましく、大きさ１００μｍ以上の空隙が０個/ｃｍ²であることがより好ましい。図３に、大きさが１００μｍ以上の空隙が存在するＩｎ―Ｃｕ合金スパッタリングターゲット（比較例４）及び本発明の実施例３に係るＩｎ−Ｃｕ合金スパッタリングターゲットの組織写真を示す。

本発明において、大きさ１００μｍ以上の空隙の個数密度は測定対象ターゲットのスパッタ表面をＳＥＭ観察することにより、大きさ１００μｍ以上の空隙をカウントして、測定対象ターゲットのスパッタ表面の面積から空隙の個数割合を求める。ここで、空隙の大きさは空隙を取り囲む最小円の直径で定義される。測定視野は任意の２ｍｍ角とし、５箇所以上測定し、その平均とする。

（酸素濃度）
スパッタリングターゲット部材の酸素濃度を低くすることで、高抵抗な酸化物を起点としたアーキングや、それによるパーティクルの発生を抑制可能である。本発明に係るスパッタリングターゲット部材は一実施形態において、酸素濃度を１００質量ｐｐｍ以下とすることができ、好ましくは５０質量ｐｐｍ以下とすることができ、より好ましくは３０質量ｐｐｍ以下とすることができ、更により好ましくは２０質量ｐｐｍ以下とすることができ、例えば１０〜１００質量ｐｐｍとすることができる。

本発明において、スパッタリングターゲット部材中の「酸素濃度」は、不活性ガス融解赤外線吸収法による分析により、酸素濃度を測定する。実施例ではＬＥＣＯ社製ＴＣ-６００型を使用した。

（製法）
次に、本発明に係るスパッタリングターゲット部材の製造方法の好適な例を順を追って説明する。まず、原料であるインジウム及び銅を所望の配合割合として、不活性雰囲気又は真空下の炉内で溶解した後、溶融状態の原料（溶湯）を鋳型に流し込む。なお、溶解の段階で溶解炉内で電磁撹拌などの撹拌作用を加えてもよい。使用する原料インジウム及び銅は、不純物が含まれていると、その原料によって作製される太陽電池の変換効率が低下してしまうおそれがあるため、高い純度を有していることが望ましく、例えば、酸素以外の不純物が１００質量ｐｐｍ以下、酸素濃度が１００質量ｐｐｍ以下の高純度の原料を使用することができ、好ましくは酸素以外の不純物が５０質量ｐｐｍ以下、酸素濃度が５０質量ｐｐｍ以下の高純度の原料を使用することができる。

溶解温度は銅の添加量に応じて調節することが、原料を完全に融解させるという観点からより望ましい。本発明の一実施形態においては、状態図から、各組成の融点＋１００℃以上とすることができ、各組成の融点＋２００℃以上とすることが好ましい。ただし、溶解温度が高すぎるとエネルギーコストが無駄になることから、各組成の融点＋４００℃以下が好ましく、各組成の融点＋３００℃以下がより好ましい。

溶解温度まで加温しておいた鋳型に溶湯を流し込んだ後、攪拌しながら徐々に温度を下げていく。温度が低下するに従って、原料は溶融状態から固相率が上昇し、半溶融状態を経て凝固するが、得られるインゴットの厚み方向の組成均一性を高めるためには、溶融状態から半溶融状態の２状態を通じて、機械的に撹拌しながら冷却することが肝要である。半溶融状態というのは固相と液相が混在した状態を指すが、典型的には、状態図から液相線と、Ｉｎの融点である１５６．６℃までの温度範囲が、Ｉｎが液相であるため、半溶融状態ということができる。

攪拌は、溶融状態から半溶融状態の２状態を通じて、相対的に比重が大きいＣｕ−Ｉｎ化合物の沈降を抑制できる条件で実施することが好ましい。また、原料の外表面近傍や冷媒と接触する冷却速度が高くなりやすい部分へのＣｕの濃化を抑制できる条件で攪拌を実施することが好ましい。

このような要求事項を満たす攪拌条件としては、撹拌の回転数を３０〜６０ｒｐｍとすることが好ましい。回転数を高くしすぎると、溶湯表面に浮上している原料表面の酸化膜などに由来するスラグの巻き込みが生じ、酸素濃度が上がる可能性がある。また、撹拌羽根は鋳型の形状によっては複数配置してもよい。円筒形状のターゲット場合は、例えば図４のようなコの字状の撹拌羽根２１を用いて、鋳型２２と鋳型芯２３の隙間に充填された溶湯２４を撹拌することができる。

組成の均一性を高める上では攪拌は極力継続することが望ましいが、固相率が高くなり過ぎると、撹拌が困難となり、また、撹拌羽根の取出しも困難となるため、その前に撹拌を停止し、撹拌羽根を半溶融凝固スラリーから取り除くことが望ましい。具体的には、攪拌を停止し、撹拌羽根を半溶融凝固スラリーから取り除くタイミングは、Ｃｕ濃度に応じて決定することができる。ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕ濃度が１原子％以上３１原子％未満の範囲では、融点が１５６．６℃と低いインジウム相の存在割合が多いため、１６０〜１７５℃の範囲にあるときに取り除くことが好ましく、１６０〜１７０℃の範囲にあるときに取り除くことがより好ましく、１６０〜１６５℃の範囲にあるときに取り除くことがより好ましい。当該Ｃｕ濃度が３１〜７０原子％の範囲では、状態図から想定される固相率が４０〜５５％となる温度で撹拌羽根を取り除くのが好ましく、固相率４５〜５５％となる温度にあるときに撹拌羽根を取り除くのがより好ましく、固相率５０〜５５％となる温度にあるときに撹拌羽根を取り除くのがさらにより好ましい。

撹拌羽根を取り除いたのち、半溶融状態から凝固まで（インジウムの融点である１５６．６℃を通過するタイミング）は、急冷させるとよい。

原料の攪拌中は炉内を不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下、希ガス雰囲気（アルゴン、ヘリウム、ネオン等）下、真空雰囲気下とすることが、得られるスパッタリングターゲット部材中の酸素濃度を低下させる上で望ましい。

攪拌終了後は、撹拌終了後の半溶融状態の半製品を急冷することが組成のばらつきを抑制するうえでより好ましい。半溶融状態で時間をおくと、析出したＣｕ−Ｉｎ化合物が沈降する懸念がある。具体的には、半溶融状態での撹拌を終了した直後の温度から１５５℃までの間を、１℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することが好ましく、２℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することがより好ましく、５℃／ｓ以上の冷却速度で冷却することが更により好ましい。ただし、冷却速度が高くなりすぎると、引け巣発生の可能性があることから、冷却速度は一般に３０℃／ｓ以下であり、好ましくは２５℃／ｓ以下であり、より好ましくは２０℃／ｓ以下である。

冷却速度の調整は、鋳型の周囲に冷却水回路を設けた銅板やジャケット等を設け、冷却水流量や冷却水温度の調整により制御することができる。攪拌終了後の冷却速度は、（攪拌終了時の半製品の温度−１５５℃）／（攪拌終了時点から半製品の温度が１５５℃に低下するまでの時間）で計算される。溶解鋳造後、得られたインゴットを必要に応じて冷間圧延、形状加工及び表面研磨してスパッタリングターゲット部材とする。

溶解鋳造法によって得られたスパッタリングターゲット部材は、一般に厚みが大きくなれば厚み方向への組成のばらつきが大きくなりやすく、例えば厚みが１０ｍｍ以上になると組成のばらつきは顕著化する。しかしながら、本発明においては組成均一性のための工夫を行っていることから、厚みにかかわらず、上述した組成の均一性を達成可能である。従って、本発明においてスパッタリングターゲット部材の厚みは特に制限はなく、使用するスパッタ装置や成膜使用時間等に応じて適宜設定すればよいが、通常３〜３０ｍｍ程度であり、典型的には５〜２０ｍｍ程度である。

このようにして得られたスパッタリングターゲット部材はバッキングプレートとボンディング材を介して貼り合わせ、スパッタリングターゲットとすることができる。なお、ロウ材にはインジウムより融点の低いロウ材、例えばＩｎ−Ｓｎ５０ｗｔ％ロウ材を用いることができる。このようにして得られたスパッタリングスパッタリングターゲットは、ＣＩＧＳ系やＣＩＳ系の薄膜太陽電池用光吸収層作製用のスパッタリングターゲットとして好適に使用することができる。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、本発明が限定されることを意図するものではない。

＜実施例１〜７＞
原料となるインジウム（酸素以外の不純物が１００質量ｐｐｍ以下、酸素が１００質量ｐｐｍ以下）及び銅（酸素以外の不純物が１００質量ｐｐｍ以下、酸素が１００質量ｐｐｍ以下）を用意し、インジウムと銅の合計原子数に対して、銅を試験番号に応じて表１に記載の原子濃度（表中の「平均Ｃｕ濃度」）だけ添加したインジウム及び銅の混合物を図１に示す構成の高周波誘導炉１２を使用し、グラファイト製るつぼ１４内に装入した原料をＮ₂雰囲気下で８００℃に加熱溶解した。得られた溶湯１５を内径２２０ｍｍ、高さ１００ｍｍの８００℃に加熱されたグラファイト製鋳型１３に、るつぼ１４から２０ｍｍのインゴット厚みとなるよう、Ｎ₂雰囲気下で出湯した。次いで、８００℃から、実施例１及び２は、１６５℃に低下するまで、実施例３〜７は、状態図上から固相率が５５％となる温度に低下するまで、溶解炉壁から通した撹拌羽根（溶湯に接する部分をグラファイト製とした）を備えた攪拌機構１１により、溶湯を３０ｒｐｍの条件で機械的に撹拌しながら、窒素をフローし、冷却した。ただし、実施例５は６０ｒｐｍで撹拌し、実施例６は１５ｒｐｍで攪拌した。状態図から判断して固相率が５５％となる温度となった時点で、撹拌羽根を取出し、炉を大気中に開放して鋳型を取出し、冷却水路を設けた銅板の上に乗せ、２℃／ｓの平均冷却速度で１５５℃まで急冷を行ってＩｎ−Ｃｕ合金のインゴットを得た。次いで、該インゴットを両面から等量削り、直径２０３．２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状に加工し、実施例１〜５の各スパッタリングターゲット部材とした。実施例６は鋳型形状を、内径１８３ｍｍ、高さ３００ｍｍ、芯外径１２７ｍｍとし、撹拌羽根形状を図４のものを使用した以外は、実施例１と同様に円筒形ターゲット部材を作製した。その後、内径１３５ｍｍ、外径１５３ｍｍ、長さ２８０ｍｍに加工し、スパッタリングターゲット部材を作製した。

＜比較例１〜４＞
原料となるインジウム（酸素以外の不純物が１００質量ｐｐｍ以下、酸素が１００質量ｐｐｍ以下）及び銅（酸素以外の不純物が１００質量ｐｐｍ以下、酸素が１００質量ｐｐｍ以下）を用意し、インジウムと銅の合計原子数に対して、銅を試験番号に応じて表１に記載の原子濃度（表中の「平均Ｃｕ濃度」）だけ添加したインジウム及び銅の混合物を高周波誘導炉を使用してＮ₂雰囲気下で８００℃に加熱溶解した。その後、溶湯を攪拌することなく冷却した以外は、上記の実施例と同様の手順を採用して比較例１〜３の各スパッタリングターゲット部材を得た。また、比較例４のスパッタリングターゲットは、鉄板上に底のない円筒の鋳型を配置し、鉄板上に直接溶湯を流し込むことで急速に冷却し、製造した。

＜比較例５＞
ガスアトマイズ法により、表１に記載のＣｕ濃度を含有するＩｎ−Ｃｕ合金粉末を用意した。該粉末の平均粒子径は１０６μｍであった。この粉末を３０ＭＰａの面圧で直径２２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円盤状となるようコールドプレスした後、ＣＩＰ法にて１４０ＭＰａの圧力を加えた。ついで、当該圧粉体から２０３．２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット部材とした。

このようにして得られた各スパッタリングターゲット部材のＩｎ−Ｃｕ合金部分に対して、上述した方法により厚み方向に二等分されたサンプルを得て、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のＩＣＰ発光分光分析装置（型式ＳＰＳ５５２０）を使用して、ターゲットの厚み方向における一方の半分及び他方の半分のＣｕ濃度を測定した。Ｃｕ濃度測定用の各サンプルは５ｍｍ×５ｍｍ×４ｍｍｔの直方体形状のサンプルとした。なお、サンプリングの際、厚み方向に１〜２ｍｍ程度の切断ロスが生じたが、これは無視した。また、スパッタ表面のＳＥＭ観察（倍率５０倍）により大きさ１００μｍ以上の空隙の個数密度を確認した。また、不活性ガス融解赤外線吸収法により酸素濃度をＬＥＣＯ社製ＴＣ-６００型を使用して測定した。結果を表１に示す。

＜成膜試験＞
得られたスパッタリングターゲット部材を銅製のバッキングプレートもしくはバッキングチューブにボンディングし、下記条件でスパッタを実施した。２時間連続でスパッタし、アーキングをカウントした。結果を表２に示す。
・スパッタガス： Ａｒ
・スパッタガス圧： ０．５Ｐａ
・スパッタガス流量： ２５ＳＣＣＭ
・スパッタリング温度： Ｒ．Ｔ．（無加熱）
・投入スパッタパワー密度： １．５Ｗ／ｃｍ²
・基板： コーニング社製イーグル２０００、φ４インチ×０．７ｍｍｔ
なお、円筒形状ターゲットは、パワー密度を０．６ｋＷ／ｍとした以外は、上記と同様の条件とした。

また、スパッタ開始直後とスパッタ開始終了時に、スパッタ膜の組成をＩＣＰ発光分析によって測定し、Ｃｕ濃度を比較した。結果を表２に示す。

＜考察＞
上記の試験結果から、実施例１〜５のスパッタリングターゲット部材はＩｎ−Ｃｕ合金部分の厚み方向の組成均一性が高いことが分かる。一方、比較例１〜３のスパッタリングターゲット部材は実施例１〜５に比べてＩｎ−Ｃｕ合金部分の厚み方向の組成のばらつきが大きかった。また、比較例４のスパッタリングターゲット部材はＩｎ−Ｃｕ合金部分の厚み方向の組成均一性は高いが、空隙が多く、それに起因するアーキングが多かった。比較例５は、組成均一性は高いが、空隙が多く、酸素濃度が高かったため、アーキングが多かった。

１１ 攪拌機構
１２ 高周波誘導炉
１３ グラファイト製鋳型
１４ グラファイト製るつぼ
１５ 溶湯
２１ 撹拌羽根
２２ 鋳型
２３ 鋳型芯
２４ 溶湯
３１ 一方の半分
３２ 他方の半分
３３ 一方の半分のサンプリング領域
３４ 他方の半分のサンプリング領域

Claims (8)

1. ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有するスパッタリングターゲット部材であって、厚み方向の一方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＡ、厚み方向の他方の半分におけるＩｎとＣｕの合計原子数に対するＣｕの原子濃度をＢとし、Ｂ≧Ａとすると、０．９５≦Ａ／Ｂ≦１であり、大きさ１００μｍ以上の空隙が平均１０個/ｃｍ²未満であるスパッタリングターゲット部材。
2. 酸素濃度が１００質量ｐｐｍ以下である請求項１に記載のスパッタリングターゲット部材。
3. 酸素濃度が５０質量ｐｐｍ以下である請求項１に記載のスパッタリングターゲット部材。
4. 厚みが１０ｍｍ以上である請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリングターゲット部材。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のスパッタリングターゲット部材がバッキングプレート上にボンディングされているスパッタリングターゲット。
6. ＩｎとＣｕの合計原子数に対してＣｕを１〜７０原子％含有し、残部Ｉｎ及び不可避的不純物からなる組成を有する原料を、窒素雰囲気下で、溶融状態から半溶融状態の２状態を通じて、機械的に撹拌しながら冷却する工程を経て鋳造することを含むスパッタリングターゲット部材の製造方法。
7. 前記攪拌は、ＩｎとＣｕの合計原子数に対して、Ｃｕ濃度が１原子％以上３１原子％未満では１６０〜１７５℃の範囲にあるときに、Ｃｕ濃度が３１〜７０原子％の範囲では、固相率が４０〜５５％となる温度にあるときに終了する請求項６に記載のスパッタリングターゲット部材の製造方法。
8. 前記撹拌終了後の半溶融状態の半製品を１℃／ｓ以上の冷却速度で冷却する請求項６又は７に記載のスパッタリングターゲット部材の製造方法。