JP2022059549A

JP2022059549A - 金の蒸着材料

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Publication number: JP2022059549A
Application number: JP2020210944A
Authority: JP
Inventors: 英士高田; Eiji Takada; 孝博小林; Takahiro Kobayashi; 幸健仲野; Yukitake NAKANO
Original assignee: Matsuda Sangyo Co Ltd
Current assignee: Matsuda Sangyo Co Ltd
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-04-13
Anticipated expiration: 2040-10-01
Also published as: JP7021448B1

Abstract

【課題】真空蒸着法で用いる粒状（ショット）の金の蒸着材料であって、真空蒸着時に突沸現象を抑制することができる金の蒸着材料を提供する。【解決手段】金の蒸着材料１ｇ中に含まれる１μｍ以上の異物の数が５０００個以下、好ましくは１２００個以下であることを特徴とする金の蒸着材料。【選択図】図１

Description

本発明は、真空蒸着法で用いられる金の蒸着材料に関する。

真空蒸着法とは、成膜技術の一つであり、真空中で蒸発材料を加熱して、気体分子となった蒸着材料が基板に付着することによって薄膜を形成する技術である。ガラス、プラスチック、フィルム、金属等に蒸着（成膜）が可能であり、真空蒸着法は、電子部品、半導体デバイス、光学薄膜、磁気デバイス、ＬＥＤ、有機ＥＬ、ＬＣＤ等における素子の形成に広く利用されている。蒸着材料としては、金、銀、白金、パラジウム等の貴金属や、銅、アルミニウム、クロム、スズ等の非鉄金属を用いることができ、さらには、金属だけでなく、酸化物等の非金属の成膜も可能である。

従来、蒸着材料を坩堝に充填し、電子ビーム等を用いて溶解する際、蒸着材料に含まれる不純物等が揮発して、突沸現象（スプラッシュとも呼ばれる）が発生し、基板上にパーティクルが付着するという問題が生じていた。この突沸現象の問題に関して、特許文献１には、不純物元素を低減することにより突沸を防ぐことが記載されている。また特許文献２には、添加金属を添加する方法が記載されている。さらに特許文献３では、最表面の酸素量を制御する方法が提案されている。

特開平１－１８０９６１号公報国際公開第２０１７／１９９８７３号特開２０００－２１２７２８号公報

本発明は、真空蒸着法で用いる粒状（ショット）の金の蒸着材料であって、真空蒸着時に突沸現象を抑制することができる金の蒸着材料を提供することを課題とする。

上記の課題を解決することができる本発明の一態様は、真空蒸着法で用いられる粒状の金の蒸着材料であって、金の蒸着材料の平均結晶粒径が０．１ｍｍ以上であり、酸素含有量が１０ｗｔｐｐｍ以下、水素含有量が５ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする。また、上記の課題を解決することができる別の態様は、真空蒸着法で用いられる粒状の金の蒸着材料であって、金の蒸着材料１ｇ中に含まれる１μｍ以上の異物の数が５０００個以下であることを特徴する。

本発明によれば、金の蒸着材料の溶解の際に突沸現象を効果的に抑制することができ、これにより基板上に付着するパーティクルを低減することができる。したがって、製品の歩留まり改善に寄与することができる。

本発明の一形態に係る金の蒸着材料（ショット）の写真である。

真空蒸着法で用いられる金の蒸着材料は、通常、原料として純度９９．９ｗｔ％以上の金を使用し、この金原料をアルミナ等のセラミック坩堝やカーボン坩堝で大気中にて溶解する。その後、坩堝底部に連結されているノズルから、金の溶湯を水中や有機溶媒に落下させ、急冷して、粒状の金の蒸着材料（金粒あるいは金ショットとも呼ぶ。）を製造する。これにより、比較的不純物の少ない金の蒸着材料を作製することができる。

ところが、このように比較的不純物の少ない金の蒸着材料を用いた場合であっても、蒸着初期に突沸現象が発生して、予備蒸着の時間が長くなったり、蒸着装置の条件設定を変更しなくてはならなくなったりと、生産効率が低下するという問題が生じていた。特に金は、材料として高価であることから、予備蒸着の時間が長くなると、その分だけ費用が嵩むという問題があった。また、突沸現象によって、装置や坩堝内を汚染して、装置洗浄の頻度が増加するという問題も発生した。

このような問題に対して、本発明者は鋭意研究したところ、真空蒸着法で用いられる粒状の金の蒸着材料の平均結晶粒径と、酸素及び水素含有量には相関関係があり、平均結晶粒径を大きくすることで酸素及び水素含有量を低減することができ、そして、酸素及び水素含有量を低減することで、突沸現象を抑制できるとの知見が得られた。
また、本発明者は、上記問題に対して別の観点から鋭意研究したところ、粒状の金の蒸着材料を電子ビーム溶解等により蒸発させている最中に、異物が溶湯表面に浮いて、溶湯表面を覆い、これが突沸の原因になっていること、そして、この異物を低減することにより、突沸現象を抑制できるとの知見が得られた。
本発明は、これらの知見に基づき、以下の実施形態を提供するものである。

本発明の実施形態は、真空蒸着法で用いられる粒状の金の蒸着材料であって、平均結晶粒径が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ以上である。平均結晶粒径が小さ過ぎると、結晶粒界が多くなり、その粒界に沿って、後述の酸素や水素などのガス成分が吸蔵されやすくなる。吸蔵されたガス成分は、蒸着材料として使用する際に突沸現象の原因となり得る。結晶粒界が少ないと、粒内のガスの拡散速度は非常に遅いため、粒内に固溶され難くなると推測される。したがって、平均結晶粒径が大きいほどよく、０．１ｍｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ以上である。なお、理想的な状態は単結晶である。

本発明の実施形態に係る粒状の金の蒸着材料は、金の蒸着材料中の酸素含有量が１０ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。粒界に沿って酸素が蒸着材料中に侵入して、内部に吸蔵されることがあり、また、金の溶湯を水中を落下させて急冷する際に、溶湯の金と水とが反応して、Ａｕ＋Ｈ₂Ｏ→ＡｕＯ＋Ｈ₂となり、金の表面を薄い酸化物の膜で覆ってしまうことがある。したがって、酸素含有量を低減することが望ましく、好ましくは、５ｗｔｐｐｍ以下とする。

本発明の実施形態に係る粒状の金の蒸着材料は、金の蒸着材料中の水素含有量が５ｗｔｐｐｍ以下であることが好ましい。上記の通り、金の溶湯と水とが反応して、水素が発生して、発生した水素が金の粒界に沿って侵入し、過飽和に吸蔵されることがある。この水素は、蒸着材料として使用する際に突沸現象の原因となるため、低減することが望ましく、好ましくは、３ｗｔｐｐｍ以下とする。

また、本実施形態に係る金の蒸着材料は、金の蒸着材料１ｇ中に含まれる１μｍ以上の異物が５０００個以下であることを特徴とする。蒸着材料は、金原料を坩堝内で大気溶解し、その溶湯を急冷して作製するが、大気中の埃として、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物が混入することがあり、また、坩堝からＣ（カーボン）などが混入することがある。これらは、金溶湯中に異物として残留し、蒸着材料として使用する際に突沸現象の原因となる。金の蒸着材料１ｇ中に含まれる１μｍ以上の異物が５０００個以下であれば、突沸現象を一定程度、抑制することが可能といえる。好ましくは、１μｍ以上の異物の数が１２００個以下である。

本実施形態に係る蒸着材料は、たとえば、以下のようにして作製することができる。純度４Ｎ（９９．９９ｗｔ％）以上の金原料をカーボン製の坩堝に充填し、溶解する。その後、坩堝内で溶解した金の溶湯を坩堝の底部から水中に落下させて、粒化した金を蒸着材料（ショット）として使用する。
このとき重要なことは、金溶湯に硼砂などの凝集剤をその量を調整しながら添加して、異物を吸着させることである。これにより、溶湯中の異物は凝集剤を起点に濃縮される。添加した硼砂は湯面に留まるので、粒化時にはノズル内に少量の金を残留させる。残留させる量は、溶解させる量にもよるが、０．１ｇ～１００ｇとするのが好ましい。このように凝集剤を含む金の一部を残留させるので、金粒が凝集剤や異物によって汚染されることはない。

金の溶湯を坩堝の底部から水中に落下させて、急冷して、粒化した金を作製するが、このとき、坩堝の底部から水面までの落下距離や溶湯温度によって、結晶粒径や酸素、水素の含有量を制御することができる。例えば、落下距離が長いほど、落下途中で徐冷して多結晶化し、粒界が増えることになる。そして、粒界が多いと、金の溶湯と水とが反応して発生する水素が粒界に沿って侵入して、過飽和に吸蔵されやすくなる。また、溶湯温度が融解温度より１００℃以上であると、酸素や水素の含有量が多くなり、溶湯温度が高くなればなるほど、これらのガス成分が多くなる。

（平均結晶粒径の測定方法）
粒状の金の蒸着材料（ショット）の断面（最大面積となる位置）を切断し、ショット断面を切断及び又は研磨して、粒界を出す。次に、研磨等し断面を光学顕微鏡にて観察する。光学顕微鏡の倍率は、粒界が観察しやすいように１０倍あるいは５０倍とする。次に、光学顕微鏡による拡大写真の中心を通過するように、縦と横に直線を引き、それぞれの直線で切断された結晶粒の数をカウントする。なお、線分の端の結晶粒は０．５個とカウントする。そして、縦横それぞれの直線の長さを結晶粒の数で割り、縦横の平均結晶粒径を求める。また、ショットの一粒当たりの大きさや重量が異なるため、ショットを任意に１０個選び、１０個のショットの平均値を平均結晶粒径とする。

（酸素及び水素含有量の測定方法）
分析装置：堀場製作所ＥＭＧＡ－６００Ｗ
分析方法：不活性ガス中インパルス炉加熱融解赤外線吸収法

（異物の測定方法）
粒状の金の蒸着材料（ショット）を王水に溶解し、溶解残渣を蒸発乾固した後、純水に入れ、光散乱法によるパーティクルカウンターを用いて、１μｍ以上の異物の数を測定した。なお、異物を分析したところ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇなどの酸化物であったり、Ｃ（カーボン）であったりした。また、ショット一粒当たりの粒径や重量は異なるため、ショットを任意に１０個選び、１０個のショットを溶解して、異物の合計数を測定し、ショット１０個の総重量から、１ｇ当たりの異物の数を求める。

（突沸現象の評価）
蒸着材料の電子ビーム溶解の際に突沸現象が発生すると、蒸着装置内部に蒸着材料が付着して蒸着材料の重量が減少する。このため、溶解後の蒸着材料の重量減少量を測定することで、突沸現象を評価することができる。蒸着材約４０ｇを銅坩堝に投入して、真空度：１×１０^-1Ｐａ、電子ビーム照射パワー：６ｋＷ、電子ビーム照射時間：２分の条件で、電子ビーム溶解し、溶解後の重量減少量を測定する。なお、この溶解条件では、蒸発によるロスはほとんど起こらない。そして、重量減少率が０．０１ｗｔ％未満を◎（非常に良好）、重量減少率が０．０１～１ｗｔ％を〇（良好）、重量減少率が１ｗｔ％以上を×（非常に悪い）、と判定した。

次に、本発明の実施例等について説明する。なお、以下の実施例は、あくまで代表的な例を示しているもので、本発明はこれらの実施例に制限される必要はなく、特許請求の範囲に記載される技術思想の範囲で解釈されるべきものである。

（サンプルＮｏ．１～９）
純度４Ｎ（９９．９９ｗｔ％）以上の金原料１０００ｇをカーボン製の坩堝に充填し、坩堝の外周に設置した高周波誘導コイルを用いて、金原料を溶解した。このとき、各サンプルの溶湯温度を表１に通りに調整した。また、金の溶湯に凝集剤として硼砂を添加した。それぞれのサンプルにおける添加量を表１に示す。次に、坩堝内で溶解した金の溶湯を坩堝の底部から水中に落下させて粒状の金を作製し、これを蒸着材料として使用した。このとき、各サンプルにおいて、坩堝の底部から水面への落下距離および凝集剤を含む金溶湯の残留量を調整した。以上をまとめたものを表１に示す。

得られた各サンプルの金蒸着材料について、上記の測定方法を用いて、１μｍ以上の異物の数、平均結晶粒径、酸素含有量、及び、水素含有量を測定した。その結果を表１に示す。また、測定後の各サンプルの金蒸着材料を銅坩堝に投入して、上記の条件にて電子ビームを照射して溶解し、溶解後の重量減少率を測定した。その結果、表１の通り１μｍ以上の異物の数が５０００個を超えると、突沸現象による重量減少が比較的多く生じていることが分かった。

本発明によれば、蒸着材料の溶解の際に突沸現象を抑制することができ、これにより基板上に付着するパーティクルを低減することができる。本実施形態に係る蒸着材料は真空蒸着法を用いた、電子部品、半導体デバイス、光学薄膜、磁気デバイス、ＬＥＤ、有機ＥＬ、ＬＣＤ等における素子の形成に広く利用することができる。

Claims

真空蒸着法で用いられる粒状の金の蒸着材料であって、金の蒸着材料の平均結晶粒径が０．１ｍｍ以上であり、酸素含有量が１０ｗｔｐｐｍ以下、水素含有量が５ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする金の蒸着材料。
前記酸素含有量が５ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の金の蒸着材料。
前記水素含有量が３ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金の蒸着材料。
金の蒸着材料１ｇ中に含まれる１μｍ以上の異物の数が５０００個以下であることを特徴とする金の蒸着材料。