JP6274525B2 - CuSnスパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)本発明のCuSnスパッタリングターゲットは、Snを25.0〜60.0at%含有し、残部がCu及び不可避不純物である組成を有するCu合金焼結体であって、前記Cu合金焼結体中におけるCu合金相の平均結晶粒径が、6.0μm以下であることを特徴とする。
(2)前記(1)のCuSnスパッタリングターゲットにおける前記Cu合金焼結体の密度比は、95%以上であり、かつ、密度のばらつきが、1.1%以下であることを特徴とする。
(3)前記(1)又は(2)のCuSnスパッタリングターゲットにおける前記Cu合金焼結体は、Cuリッチ合金相を含んでいることを特徴とする。
(4)本発明のCuSnスパッタリングターゲットの製造方法では、Snを25.0〜60.0at%含有するCu合金のアトマイズ粉を、温度:300〜380℃、圧力:400〜2000kg/cm2で焼結してCu合金焼結体を得ることを特徴とする。
ここで、薄膜太陽電池におけるCZTS系光吸収層形成のためのプリカーサー膜として、CuSn合金膜を利用する場合、薄膜太陽電池の特性向上を図るには、Snの含有量を多くすることが要望されている。このことから、本発明のCuSnスパッタリングターゲットでは、このCuSn合金膜を成膜するためのCuSnスパッタリングターゲットでは、Snの含有量を60.0%以下とした。
一方、CuSn合金相の平均結晶粒径が、6.0μmを超えると、スパッタリング時の異常放電の発生回数が増加するため、その平均結晶粒径については、6.0μm以下とすることが好ましい。また、Cu合金焼結体の密度比が、95%未満であると、ターゲット割れが発生しやすくなり、しかも、スパッタリング時の異常放電発生回数も増加するため、その密度比については、95%以上とすることが好ましい。さらに、Cu合金焼結体における密度ばらつきが、1.1%を超えると、スパッタリング時のターゲット割れが発生しやすくなるため、このばらつきを1.1%以下とすることが好ましい。
上記Cu合金焼結体を得るときの焼結条件であるホットプレス温度は、300〜380℃が好ましく、さらには、320〜360℃がより好ましい。この温度が、300℃未満に低くなると、焼結不足となってしまい、ターゲット密度が上がらなくなる。一方、その温度が、380℃を超えて高くなると、Snの一部が溶け出してしまい、欠陥が発生する可能性がある。
本発明に係るCuSnスパッタリングターゲットを製造するために、Snを含有するCu合金の原料粉末を用意した。この原料粉末の作製にあたっては、表1に示されたSn含有量になるように、CuとSnとを秤量し、この秤量されたCu及びSnを、アトマイズ装置にて、以下のアトマイズ条件に従って、実施例1〜12の原料粉末(CuSnアトマイズ粉末)を作製した。
・ルツボ:カーボン
・ノズル径:φ1.5mm
・噴射温度:1000℃
・噴射ガス圧:28kgf/cm2
・溶解炉内雰囲気:アルゴン雰囲気
・粉末が冷却されたのち、250μmの篩目で分級する。
なお、実施例1〜9の原料粉末の平均粒径を、表1の「原料粉末平均粒径(μm)」欄に示した。
上記実施例と比較するため、比較例1〜5のCuSnスパッタリングターゲットを作製した。比較例1、2は、鋳造法により、CuSnスパッタリングターゲットを作製した場合である。また、比較例3〜5は、実施例の場合と同様に、Snを含有するCu合金の原料粉末(アトマイズ粉末)を用い、ホットプレスを採用して、Cu合金焼結体を得ているが、焼結条件(温度、圧力)が、実施例における条件の範囲外のものとなっている。
上記実施例1〜12及び比較例2、4、5のCuSnスパッタリングターゲットについて、電子線後方散乱回折法(EBSD)により取得した1500倍の画像を用いて、CuSn合金の結晶粒径を測定した。ここで、CuSnスパッタリングターゲットの代表例について取得したEBSD画像を図3に示した。実際のEBSD画像は、結晶粒に係る結晶方位の違いが色分けされたカラー画像であるが、図3に示した画像では、この色に応じて白黒の濃淡で表示されている。そのため、その濃淡で表された各領域がCuSn合金の結晶粒を示している。
平均結晶粒径の測定にあたっては、解析ソフト(TSL社製 OIM Analysis Ver.5,31)によって、結晶粒界を特定し、結晶粒界の長さを測定し、結晶粒を真円に仮定して直径を算出することにより、平均結晶粒径を求めた。
この測定結果を、表2の「結晶粒径(μm)」欄に示した。
上記実施例1〜12及び比較例2、4、5のCuSnスパッタリングターゲットについて、チョウバランス社製のアルキメデス(駆動部SA301、データ処理部SA601)を使用し、アルキメデス法にて、密度を測定した。
先ず、下記の方法により理論密度を算出した。
元素A及び元素Bにより構成される合金において、元素Aの含有量をWa(wt%)、密度をDa(g/cm3)、元素Bの含有量をWb(wt%)、密度をDb(g/cm3)とするとき、元素A及び元素Bから構成される二元系合金の密度:Dab(g/cm3)は、以下の計算式により算出した。
Dab=100/〔(Wa/Da)+(Wb/Db)〕
ここで、求めた理論密度Dabと測定したターゲット密度とから、その比(ターゲット密度/理論密度×100%)を密度比とした。
この測定結果を、表2の「密度比(%)」欄に示した。
上記実施例1〜12及び比較例2、5のCuSnスパッタリングターゲットについて、密度ばらつきを測定した。
この密度ばらつきの測定では、上記スパッタリングターゲットの各々において、先ず、それらの半径方向に関して、中心点、中間点、端点の3か所における密度を測定し、この測定で得られた3か所の密度値(g/cm3)から平均密度値を求めた。そして、この平均密度値と3か所の密度値のうちの最小密度値との差分値を算出して、平均密度値に対するこの差分値の比を、密度ばらつきとした。
この測定結果を、表2の「密度ばらつき(%)」欄に示した。なお、比較例4の場合、スパッタリングターゲット試験において割れてしまったので、密度ばらつきを測定しなかった。そのため、表2の同欄には、比較例4について、「−」と表示した。
下記のスパッタリング条件に従って、10分間のスパッタリングを行い、DC電源装置に備えられているアークカウント機能により異常放電の回数を計測した。DC電源としては、例えば、RPG-50(mks社製)を使用した。
(スパッタリング条件)
・電源:DC1000W
・全圧:0.6Pa
・スパッタリングガス:Ar=30sccm
ここで測定された回数を、表2の「スパッタ異常放電」欄に示した。
上記実施例1〜12及び比較例2、4、5のCuSnスパッタリングターゲットについて、スパッタリング試験後に、各スパッタリングターゲットに割れが発生しているかどうかにつき、目視で観察した。
この観察結果を、表2の「スパッタ時割れ」欄に示した。なお、割れが発生しなかった場合には、「なし」と表記し、割れが発生した場合には、「割れ」と表記した。
Claims (4)
- Snを25.0〜60.0at%含有し、残部がCu及び不可避不純物である組成を有するCu合金焼結体であって、
前記Cu合金焼結体中におけるCu合金相の平均結晶粒径が、6.0μm以下であることを特徴とするCuSnスパッタリングターゲット。 - 前記Cu合金焼結体の密度比は、95%以上であり、かつ、密度のばらつきが、1.1%以下であることを特徴とする請求項1に記載のCuSnスパッタリングターゲット。
- 前記Cu合金焼結体は、Cuリッチ合金相を含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載のCuSnスパッタリングターゲット。
- Snを25.0〜60.0at%含有するCu合金のアトマイズ粉を、温度:300〜380℃、圧力:400〜2000kg/cm2で焼結してCu合金焼結体を得ることを特徴とするCuSnスパッタリングターゲットの製造方法。
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