JP6630460B1 - 蒸着材料 - Google Patents

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蒸着部材の表面にマイクロポアを有し、前記マイクロポアの円相当径0.1μm以上10.0μm以下の数が500μm2あたり1個以上であることを特徴とする蒸着部材。本発明は、真空蒸着法で用いる蒸着材料であって、蒸着材料の溶解の際に突沸現象を抑制することができる蒸着材料を提供することを課題とする。【選択図】図3

Description

本発明は、真空蒸着法で用いられる蒸着材料に関する。
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。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。また、真空蒸着法は、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、蒸発材料に含まれる不純物等が揮発して、突沸現象が発生し、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、不純物を低減する方法が提案されている。また、特許文献2には、添加金属を添加する方法が、さらに、特許文献3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蒸着材料であって、蒸着材料の溶解の際に突沸現象を抑制することができる蒸着材料を提供することを課題とする。
上記課題を解決することができる本発明の実施形態は、真空蒸着法で用いられる蒸着材料であって、マイクロポアを有し、円相当径が0.1μm以上10.0μm以下のマイクロポアの数が500μmあたり1個以上であることを特徴とする蒸着材料である。
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。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。
従来例の蒸着材料の表面をSEM(5000倍)で観察した画像である。 実施例1の蒸着材料の表面をSEM(5000倍)で観察した画像である。 実施例7の蒸着材料の表面をSEM(5000倍)で観察した画像である。
真空蒸着法で用いられる蒸着材料は、通常、原料をアルミナ等のセラミック坩堝やカーボン坩堝等で溶解し、溶湯を鋳型に流し込んでインゴットを作製し、得られたインゴットを適当な形状(ペレット状)に機械加工した後、表面を酸や有機溶媒で洗浄して、作製する。原料として、純度3N(99.9wt%)以上のものを使用し、また、機械加工後は、表面を化学的に洗浄して、付着物を除去する。
ところが、このように洗浄された蒸着材料を用いた場合であっても、蒸着(溶解)時に突沸現象が発生して、基板上にパーティクルが付着するという問題が発生した。このような問題について検討したところ、蒸着材料の内部において、原料や製造過程で混入した蒸気圧の高い不純物(揮発性元素)が溶解時にガス化して、突沸現象を生じさせていることが考えられた。
そこで、本発明者は鋭意研究したところ、蒸着材料の表面にマイクロポアを形成することで、蒸着材料の内部に存在する揮発性元素を揮発し易くし、これにより、突沸現象を抑制することができるとの知見が得られた。この知見に基づき、本発明の実施の形態に係る蒸着材料は、マイクロポアを有し、円相当径0.1μm以上10.0μm以下のマイクロポアの数が500μmあたり1個以上であることを特徴とするものである。
蒸着材料の表面において、円相当径0.1μm以上10.0μm以下のマイクロポアの数を500μmあたり1個以上とすることで、蒸着材料の内部に存在する蒸気圧の高い不純物を揮発し易くし、突沸現象を効果的に抑制することができる。好ましくは、円相当径が0.1μm以上、10.0μm以下のマイクロポアの数が500μmあたり5個以上、さらに好ましくは10個以上、さらには20個以上が望ましい。マイクロポアの数が多いほど、蒸着材料の表面積が大きくなり、内部に存在する揮発性元素のガスがマイクロポアから抜け易くなり、より効果的に突沸現象は抑制することが可能となる。
本開示において、円相当径0.1μm以上10.0μm以下のマイクロポアの個数は、次のようにして測定する。まず、蒸着材料の代表的な表面を走査電子顕微鏡(SEM)によって倍率:5000倍で観察し、面積(500μm)の範囲に存在するマイクロポア(円相当径0.1μm以上10.0μm以下)の数を数える。
本実施形態に係る蒸着材料は、主に貴金属材料、特にAu、Ag、Pt、Pdに適用することが好ましく、また、これらとGe、Si、Sn、As、Sbとの合金(例えば、Au−Sn、Au−Ge)にも適用できる。これらの材料は電子部品、半導体デバイス、光学薄膜、磁気デバイス、LED、有機EL、LCD等において、比較的広く使用されている材料である。特に貴金属材料は高価なため、突沸現象による不必要な飛散を防止することで、コスト的なメリットを享受することができる。
本実施形態に係る蒸着材料は、純度が3N(99.9wt%)以上であることが好ましく、好ましくは4N (99.99wt%)以上である。不純物量を低減することで、それに伴う突沸現象を抑制することができる。但し、本発明は、主として、内部に存在するAs、Zn、Mg、Na、Kなどの揮発性元素(蒸着材料の蒸気圧より蒸気圧が高い元素)に起因する突沸現象を防止するものであるので、純度さえ高ければ、突沸現象を抑制できるというものではない。なお、純度の算出の際、不純物から後述する添加物(C、S、P)及びガス成分は除かれる。
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3N(99.9wt%)以上の金属原料に、微量のカーボン(C)、硫黄(S)、燐(P)のいずれか一種類以上を添加し、大気中、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、溶解した後、これを鋳造して、インゴットを作製する。その後、得られたインゴットを切削等して、ペレット状に機械加工した後、酸や有機溶媒等を用いて表面を洗浄する。
次に、上記カーボンなどを添加したペレット(蒸着材料)を、酸素、水素又は水蒸気を含有する雰囲気下、400℃以上蒸着材料の融点以下の温度で熱処理する。このとき添加したカーボンなどが、酸素や水素等と反応してCO、CHなどのガスとなって、脱離する際、蒸着材料の表面にマイクロポアを形成することができる。なお、カーボンは化合物のガスとなって抜けるため、最終的な蒸着材料中にはほとんど残らない。また、カーボンの他、硫黄や燐についても同様の効果があることを確認している。
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、明細書の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。
(従来例)
純度4N(99.99wt%)のAu原料を大気中で溶解し、これを鋳造してインゴットを作製し、得られたインゴットを伸線化等によりペレット状に機械加工し、その後、洗浄して、純度4NのAuペレットを作製した。
このAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数は0個であった。従来例のSEMによる観察写真を図1に示す。なお、従来例及び以下の実施例は、観察面積(500μm)に存在する円相当径0.1μm以上10.0μm以下のマイクロポアの数を計数するものである。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は500個以上であった。以上の結果を表1に示す。
(実施例1)
カーボンを10wtppm添加して作製した純度4NのAuペレットを酸素含有雰囲気中、900℃で加熱した。熱処理後のAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数は20〜100個であった。実施例1のSEMによる観察写真を図2に示す。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は0個であった。
(実施例2)
カーボンを5wtppm添加して作製した純度4NのAuペレットを水素含有雰囲気中、600℃で加熱した。熱処理後のAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が10〜30個であった。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜5個であった。
(実施例3)
カーボンを1wtppm添加して作製した純度5NのAuペレットを水蒸気含有雰囲気中、400℃で加熱した。熱処理後のAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が1〜10個であった。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は20〜30個であった。
(実施例4)
硫黄を5wtppm添加して作製した純度4NのAuペレットを大気中、1050℃で加熱した。熱処理後のAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が20〜50個であった。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜10個であった。
(実施例5)
燐を5wtppm添加して作製した純度4NのAuペレットを大気中、700℃で加熱した。熱処理後のAuペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が20〜50個であった。
次に、このAuペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜10個であった。
(実施例6)
カーボンを3wtppm添加して作製した純度3N5のPtペレットを水素含有雰囲気中、1550℃で加熱した。熱処理後のPtペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が20〜50個であった。
次に、このPtペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は0個であった。
(実施例7)
カーボンを3wtppm添加して作製した純度4NのPtペレットを水蒸気含有雰囲気中、1000℃で加熱した。熱処理後のPtペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が5〜10個であった。実施例7のSEMによる観察写真を図3に示す。
次に、このPtペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は5〜10個であった。
(実施例8)
カーボンを1wtppm添加して作製した純度4NのAgペレットを酸素含有雰囲気中、400℃で加熱した。熱処理後のAgペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が1〜5個であった。
次に、このAgペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は10〜30個であった。
(実施例9)
カーボンを3wtppm添加して作製した純度4NのAgペレットを水蒸気含有雰囲気中、900℃で加熱した。熱処理後のAgペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が20〜50個であった。
次に、このAgペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は0個であった。
(実施例10)
カーボンを3wtppm添加して作製した純度3NのPdペレットを水素含有雰囲気中、1300℃で加熱した。熱処理後のPdペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が20〜50個であった。
次に、このPdペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜5個であった。
(実施例11)
カーボンを5wtppm添加して作製した純度3NのAu−Sbペレットを水素含有雰囲気中、800℃で加熱した。熱処理後のAu−Sbペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が5〜10個であった。
次に、このAu−Sbペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜10個であった。
(実施例11)
カーボンを5wtppm添加して作製した純度3NのAu−Asペレットを水素含有雰囲気中、800℃で加熱した。熱処理後のAu−Asペレットについて、その表面をSEMで観察した結果、マイクロポアの数が1〜10個であった。
次に、このAu−Asペレット(蒸着材料)を真空蒸着装置の坩堝内に充填し、電子ビームで予備加熱後、溶融させて突沸現象を観察した。その結果、突沸現象に起因するウエハー上の欠陥(パーティクル)は1〜10個であった。
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 (2)

  1. 蒸着部材の表面にマイクロポアを有し、前記マイクロポアの円相当径0.1μm以上10.0μm以下の数が500μmあたり1個以上であり、前記蒸着部材がAu、Ag、Pt、Pd及びこれらの合金のいずれか一種以上からなることを特徴とする蒸着部材。
  2. 純度が3N(99.9wt%)以上であることを特徴とする請求項1に記載の蒸着部材。
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