KR20130095848A

KR20130095848A - 태양 전지용 스퍼터링 타깃

Info

Publication number: KR20130095848A
Application number: KR1020137019848A
Authority: KR
Inventors: 도모야 다케우치
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-08-28
Also published as: JP2012251174A; KR101355902B1; TWI473898B; TW201247916A; JP5291754B2; CN103380230A; WO2012140928A1; CN103380230B

Abstract

본 발명은 인듐제의 주괴(鑄塊)에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 함으로써 얻어진 타깃재와 백킹 플레이트(backing plate)를, 인듐-주석 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재에 의해 접합함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃이다.
본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 스퍼터 초기의 스퍼터 레이트가 높으며, 또한 스퍼터 레이트의 경시적(經時的)인 저하가 작아, 더 균질한 인듐막을 형성할 수 있다. 즉, 라이프 엔드에 이르기까지 고(高)레이트로 균질한 막을 형성하는 것을 기대할 수 있다.

Description

태양 전지용 스퍼터링 타깃{SPUTTERING TARGET FOR SOLAR CELL}

본 발명은 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 라이프 엔드까지 스퍼터 레이트가 일정하며, 균일한 성막이 가능한 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 관한 것이다.

박막 태양 전지의 광 흡수층으로서 사용되는 인듐 박막은, 일반적으로 인듐제의 스퍼터링 타깃(이하, 인듐 타깃이라고도 함)을 스퍼터함으로써 성막되어 있다. 인듐은 연질 재료이며, 융점이 156.4℃로 저융점 금속이므로, 인듐 타깃은 주조(鑄造) 및 압연에 의해 제조되는 경우가 많다.

특허문헌 1에는, 백킹 플레이트(backing plate)에 인듐 등의 박막을 형성한 후, 그 박막 위에 인듐 등의 용탕(溶湯)을 유입하여, 백킹 플레이트와 타깃재를 일체로 형성하는 타깃의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 타깃재를 주조 등에 의해 제조한 후에, 타깃재를 백킹 플레이트에 본딩(bonding)하는 간접 주조법에 대하여 직접 주조법이라고 하는 방법이며, 타깃재와 백킹 플레이트를 극간(隙間) 없이 접합할 수 있으므로, 스퍼터시에 열적인 불균일이 생기지 않아, 균일한 막이 형성된다고 되어 있다.

특허문헌 2에는, 인듐 원료를 복수회로 나누어 주형(鑄型)에 투입하고, 그때마다 생성된 용탕 표면의 산화인듐을 제거하고, 그 후, 냉각하여 얻어진 잉곳을 표면 연삭하여 얻는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 인듐 타깃의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법도 직접 주조법을 사용한 방법이며, 이 방법에 의해 얻어진 타깃은, 용탕의 산화인듐의 끌어들임량이 적으므로, 광 흡수층의 광 투과율 저하가 방지된다고 보고되고 있다.

그러나, 이들의 제조 방법으로 제조된 종래의 인듐 타깃은, 스퍼터 레이트가 충분하게는 높지 않아, 효율적인 성막이 곤란했다. 스퍼터링 타깃에 있어서는, 초기 스퍼터 레이트가 높고, 라이프 엔드까지 높은 스퍼터 레이트인 것이 바람직하다. 또한, 종래의 인듐 타깃으로 스퍼터를 행하면, 특히 스퍼터가 어느 정도 진행한 시점에서, 얻어지는 막의 균질성이 저하한다는 문제가 있었다.

일본국 특개소63-44820호 공보 일본국 특개2010-24474호 공보

본 발명은 상기 사정 하에 이루어진 것으로, 스퍼터 초기의 스퍼터 레이트가 높으며, 또한 스퍼터 레이트의 경시적(經時的)인 저하가 작아, 더 균질한 막을 형성할 수 있는 태양 전지용 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 인듐제의 주괴(鑄塊)에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재, 백킹 플레이트, 및 상기 타깃재와 백킹 플레이트를 접합하는 인듐-주석 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃이다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 타깃재는, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 50％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금은, 그 융점이 140℃ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금은, 그 융점이 130℃ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 물리적 응력을 가하는 가공이 압연인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 상기 물리적 응력을 가하는 가공이 단조(鍛造)인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 그 사용 비율이 10％ 이상일 때에 형성된 에로젼(erosion)의 최심부에서 100㎛ 피치로 설정된, 인듐의 결정립의 입계(粒界)를 사이에 두는 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이를 측정했을 때의 그 2점간의 상기 깊이의 차의 평균이 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 그 사용 비율이 10％ 이상일 때에 형성된 에로젼의 최심부에서 100㎛ 피치로 설정된, 인듐의 결정립의 입계를 사이에 두는 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이를 측정했을 때의 그 2점간의 상기 깊이의 차의 평균이 60㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 스퍼터 초기의 스퍼터 레이트가 높으며, 또한 스퍼터 레이트의 경시적인 저하가 작아, 더 균질한 인듐막을 형성할 수 있다. 즉, 라이프 엔드에 이르기까지 고레이트이고 균질한 막을 형성하는 것을 기대할 수 있다.

도 1은 사용 비율이 10％ 이상일 때의 타깃재의 상면도의 일례를 나타낸다.
도 2는 실시예 3의 인듐 타깃을 사용하여 스퍼터를 행했을 때에 얻어진 인듐막 표면의 현미경 사진.
도 3은 실시예 6의 인듐 타깃을 사용하여 스퍼터를 행했을 때에 얻어진 인듐막 표면의 현미경 사진.
도 4는 비교예 1의 인듐 타깃을 사용하여 스퍼터를 행했을 때에 얻어진 인듐막 표면의 현미경 사진.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재, 백킹 플레이트, 및 상기 타깃재와 백킹 플레이트를 접합하는 인듐-주석 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서의 타깃재는, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재이다.

주괴에 물리적 응력을 가하지 않고, 주괴로부터 타깃재를 제조했을 경우, 높은 스퍼터 레이트를 얻을 수 없다. 한편, 주괴에 물리적 응력을 가하여 가공재로 하고, 그 가공재로부터 타깃재를 제조했을 경우에는, 높은 스퍼터 레이트를 얻을 수 있다. 이 이유는 명확하지 않지만, 예를 들면 이하와 같은 이유를 생각할 수 있다.

인듐제의 주괴에 있어서는, 그 주괴를 형성하는 결정 입자의 표면에 산화물층이 형성되어 있거나, 불순물이 편재(偏在)되어 있거나 한다고 생각된다. 이 주괴를 그대로 타깃재에 사용했을 경우, 이들 편재된 불순물 등이 원인이 되어, 타깃재를 구성하는 인듐의 결정립끼리의 접촉 저항이 커진다. 그 결과, 출력 일정시에 있어서, 스퍼터시의 전압 상승 및 전류치의 감소가 발생하여, 스퍼터 레이트가 작아진다고 생각된다. 또한, 이와 같은 편재된 불순물 등은, 아크나 전류 손실의 원인도 된다고 생각된다.

한편, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하면, 주괴의 결정 입자 표면에 편재되어 있던 산화물층이나 불순물은 분단 또는 분산된다고 생각된다. 그 결과, 타깃재를 구성하는 인듐의 결정립끼리의 접촉 저항이 작아져, 출력 일정시에 있어서, 스퍼터시의 전압 강하 및 전류치의 증대가 얻어져, 스퍼터 레이트가 커진다고 생각된다. 또한, 이와 같은 불순물 등의 분단 또는 분산에 의해, 아크나 전류 손실의 발생을 억제할 수 있다.

물리적 응력을 가하는 가공으로서는, 재료에 큰 힘을 가하여 재료를 변형시키는 소성(塑性) 가공이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 압연, 단조, 압출성형, 프레스 등을 들 수 있다. 이들 중, 압연 및 단조가, 가공 조작이 용이한 점, 산화물층이나 불순물의 분단 또는 분산을 확실하게 행할 수 있는 점 등에 있어서 바람직하다.

상기 압연의 방법은, 상기 조건을 충족시키는 한 특별히 제한은 없고, 종래 인듐제의 주괴 등에 대하여 행해지고 있는 압연법과 동일하게 하여 지장이 없다. 상기 단조의 방법도, 상기 조건을 충족시키는 한 특별히 제한은 없고, 종래 인듐제의 주괴 등에 대하여 행해지고 있는 단조법과 동일하게 하여 지장이 없다. 물리적 응력을 가하는 가공이 압연일 경우에는, 압연에 의해 얻어진 압연판 등이 상기 가공재가 된다. 물리적 응력을 가하는 가공이 단조일 경우에는, 단조에 의해 얻어진 단조판 등이 상기 가공재가 된다.

물리적 응력을 가하는 가공의 정도는, 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 정도이며, 바람직하게는 60％ 이하로 하는 정도, 보다 바람직하게는 50％ 이하로 하는 정도, 더 바람직하게는 40％ 이하로 하는 정도이다. 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하면, 산화물층이나 불순물의 분단 또는 분산을 충분히 행할 수 있어, 균일한 스퍼터 레이트의 확보 및 균질한 막의 형성이 가능해진다. 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 한다는 것은, 예를 들면 물리적 응력을 가하는 가공에 제공하는 주괴의 두께가 15㎜일 경우, 가공 후의 주괴의 두께를 10.5㎜ 이하로 함을 의미한다.

인듐제의 주괴의 제조 방법은, 종래 행해지고 있는 주조법이어도 지장이 없다. 예를 들면, 잉곳상, 볼상 또는 입상(粒狀) 등의 인듐 재료를 170∼200℃로 가열하여 용해하고, 얻어진 용탕을 금형에 유입하고, 이를 냉각하여 주괴를 얻을 수 있다.

인듐 재료의 순도(純度)는 99.99％ 이상이 바람직하고, 99.995％ 이상이 보다 바람직하다. 인듐 재료의 순도가 99.99％ 이상이면, 주괴에 상기 물리적 응력을 가하는 가공을 행함으로써, 불순물의 분산이 충분해지기 쉽다. 또한, 불순물이 태양 전지 효율에 주는 영향이 작다.

주괴의 형상 및 크기에는 특별히 제한은 없고, 목적으로 하는 타깃재의 형상 및 크기에 맞춰 적의(適宜) 결정된다. 예를 들면 주괴의 형상은 판상이나 원통상이며, 그 두께는 통상 3∼40㎜이다.

주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 얻어진 가공재로부터 타깃재를 제조하는 방법에는 특별히 제한은 없고, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 절삭 가공, 연마 등을 적의 행할 수 있다. 상기 가공재에 가공을 가하지 않고, 가공재를 그대로 타깃재로서 사용해도 된다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서의 본딩재는, 인듐-주석 합금제 또는 인듐-갈륨 합금제이다. 인듐-주석 합금제 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재를 사용하면, 상기 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 얻어진 높은 스퍼터 레이트를 스퍼터 개시 후 장기에 걸쳐 유지할 수 있다.

이들 본딩재는, 타깃재의 재료인 인듐보다 융점이 낮으므로, 본딩시에 인듐의 융점보다 낮은 온도에서 융해시켜, 본딩할 수 있다. 타깃재의 재료인 인듐의 융점보다 낮은 온도에서 본딩함으로써, 상기 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 분단 또는 분산된 산화물층이나 불순물이 다시 응집하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 인듐-주석 합금제 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재를 사용하면, 상기 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 얻어진 높은 스퍼터 레이트를 유지할 수 있다고 생각된다.

이에 대하여, 본딩재의 융점이 인듐의 융점과 동등할 경우에는, 본딩시에 인듐의 융점과 동등 이상의 온도에서 융해시켜, 본딩하는 것이 필요해진다. 타깃재의 재료인 인듐의 융점과 동등 이상의 온도에서 본딩을 행하면, 본딩시에 타깃재의 일부의 결정립이 성장 혹은 융해한다. 그러면, 상기 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 분단 또는 분산된 산화물층이나 불순물이 다시 응집하고, 편재된다. 그 결과, 높은 스퍼터 레이트를 스퍼터 개시 후 장기에 걸쳐 유지하는 것이 곤란해진다.

상기 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금은, 그 융점이 140℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 130℃ 이하이며, 더 바람직하게는 125℃ 이하이다. 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금의 융점이 140℃ 이하이면, 인듐의 융점(156.4℃)보다 충분히 낮으므로, 인듐의 융점보다 낮은 온도에서의 본딩이 용이하며, 상기 물리적 응력을 가하는 가공에 의해 분단 또는 분산된 산화물층이나 불순물의 재응집을 확실히 방지할 수 있다.

인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금의 융점의 하한은 특별히 제한은 없지만, 취급 및 스퍼터 조건 등을 고려하면, 그 융점은 65℃ 이상인 것이 바람직하다.

인듐-주석 합금에 있어서의 조성과 융점의 관계로서는, 예를 들면 융점이 140℃ 이하일 경우 인듐 함유 비율은 44∼83질량％ 정도이며, 융점이 130℃ 이하일 경우 인듐 함유 비율은 47∼73질량％ 정도이다.

인듐-갈륨 합금에 있어서의 조성과 융점의 관계로서는, 예를 들면 융점이 140℃ 이하일 경우 인듐 함유 비율은 약 97질량％ 이하이며, 융점이 130℃ 이하일 경우 인듐 함유 비율은 약 95질량％ 이하이며, 융점이 65℃ 이상일 경우 인듐 함유 비율은 약 60질량％ 이상이다.

타깃재와 백킹 플레이트의 접합에 사용되는 본딩재의 양은, 타깃재와 백킹 플레이트의 충분한 접합이 가능한 한 특별히 제한은 없고, 타깃재 및 백킹 플레이트의 크기, 백킹 플레이트의 재료 등에 따라 적의 결정할 수 있다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서의 백킹 플레이트는, 상기 타깃재를 상기 본딩재에 의해 접합할 수 있고, 백킹 플레이트 소정의 기능을 갖는 한 특별히 제한은 없고, 예를 들면 구리제 등의 백킹 플레이트를 사용할 수 있다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 상기 타깃재와 백킹 플레이트를 상기 본딩재에 의해 공지의 방법에 의해 접합함으로써 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 타깃재 및 백킹 플레이트를, 본딩재가 용해하는 온도에서, 인듐의 융점보다 낮은 온도, 예를 들면 120∼150℃로 가열하여 용해시켜, 백킹 플레이트의 본딩면에 용해한 본딩재를 도포하고, 각각의 본딩면을 첩합(貼合)하여 양자를 압착한 후, 냉각한다. 혹은, 타깃재 및 백킹 플레이트의 각각의 본딩면에 본딩제를 도포하고, 각각의 본딩면을 첩합하여, 스퍼터링 타깃 및 백킹 플레이트를 본딩재가 용해하는 온도에서, 인듐의 융점보다 낮은 온도, 예를 들면 120∼150℃로 가열한 후, 냉각한다.

혹은, 상기 타깃재를 인듐의 융점보다 근소하게 낮은 온도, 예를 들면 120∼150℃로 가열하고, 백킹 플레이트를 인듐의 융점보다 높은 온도, 예를 들면 170∼200℃로 가열한다. 백킹 플레이트의 본딩면에 용해한 본딩재를 도포하고, 타깃재와 백킹 플레이트의 본딩면을 첩합하여, 양자를 압착한 후, 냉각한다.

또한, 본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 타깃재의 전구체(前驅體)와 백킹 플레이트를 상기 본딩재에 의해 접합한 후, 그 전구체 부분에 가공을 실시함으로써 그 전구체를 타깃재로 하여 제조해도 된다. 타깃재의 전구체란, 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 얻어진 상기 가공재, 또는 이 가공재에 절삭 가공, 연마 등의 가공을 실시하여 얻어지는 재료이다.

한편, 본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 간접 주조법에 의해 제조된 스퍼터링 타깃이다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃은, 종래의 인듐 타깃과 같은 조건으로 스퍼터할 수 있다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 그 사용 비율이 10％ 이상일 때에 형성된 에로젼의 최심부에서 100㎛ 피치로 설정된, 인듐의 결정립의 입계를 사이에 두는 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이의 차의 평균(이하, 평균 단차라고도 함)이 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 60㎛ 이하인 것이 보다 바람직하며, 50㎛ 이하인 것이 더 바람직하다. 이하, 이 경우에 대해서 설명한다.

사용 비율이란, 스퍼터에 의해 감소한 타깃재의 질량(스퍼터를 하기 전의 타깃재의 질량과 스퍼터를 한 후의 타깃재의 질량의 차)의, 스퍼터를 하기 전의 타깃재의 질량에 대한 비율이다.

도 1에, 사용 비율이 10％ 이상일 때의 타깃재의 상면도의 일례를 나타낸다. 직경 4인치의 원반상의 타깃재(1)에는, 그 표면(4)의 스퍼터부에, 스퍼터에 의해 파인 부분인 에로젼(2)이 링상으로 형성되어 있다. 에로젼(2)은 그 링의 외곽선과 내곽선 사이에 둔 영역의 중앙부를 향하여 깊게 형성된다. 그 링의 상기 영역의 거의 중앙부에 최심부(5)가 원상으로 형성되어 있다.

최심부란, 에로젼부에서 가장 깊게 형성된 부분을 포함하는 부분으로서, 예를 들면 에로젼의 최대의 깊이에 대하여 90∼100％의 깊이를 갖는 부분이다. 에로젼의 깊이란, 타깃재(1)의 표면(4)으로부터 에로젼부 표면까지의, 표면(4)에 대하여 직각 방향의 길이이다.

그 최심부를 포함하는 에로젼부 표면을 전자 현미경으로 관찰하여, 그 최심부에서, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 거의 균등하게 간격을 두어 3개소 이상의 측정 부위(3)를 설정하고, 각 측정 부위(3)에 있어서 길이 10㎜의 선분을 3개 이상 상정한다. 그 각 선분 위에, 100㎛의 피치로, 인듐의 결정립의 입계를 사이에 두는 2개의 측정점을 설정한다. 각 측정점에서 에로젼의 깊이를 측정하고, 각 선분마다 그 선분 위의 2개의 측정점간의 에로젼의 깊이의 차(입계차)를 구한다. 전체 선분의 입계차의 평균을 산출하여, 그 평균을 평균 단차로 한다.

상기 에로젼의 깊이는, 예를 들면, 표면 거칠기 측정 장치에 의해 구할 수 있다. 구체적인 측정 방법에 대해서는 하기 실시예에 있어서 상술한다.

타깃재를 구성하는 결정립의 크기와의 관계로부터, 100㎛의 피치로, 인듐의 결정립의 입계를 사이에 두는 2점의 측정 개소를 설정하면, 그 2점의 측정 개소는, 상호 인접하는 2개의 인듐의 결정립 위에 1개소씩 설정된다. 에로젼의 깊이는, 스퍼터 레이트가 클수록 커진다. 따라서, 상기 각 세트의 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이의 차는, 상호 인접하는 2개의 인듐 결정립에 있어서의 스퍼터 레이트의 차를 의미한다.

즉, 상기 평균 단차가 큰 것은, 상호 인접하는 결정립에 있어서, 한쪽 결정립의 스퍼터 레이트와 다른쪽 결정립의 스퍼터 레이트가 크게 다름을 의미하고, 상기 평균 단차가 작은 것은, 상호 인접하는 결정립에 있어서, 한쪽 결정립의 스퍼터 레이트와 다른쪽 결정립의 스퍼터 레이트가 크게 다르지 않음을 의미한다.

상기 평균 단차가 100㎛ 이하이면, 상호 인접하는 결정립간에 있어서 스퍼터 레이트가 크게 다르지 않으므로, 타깃재의 스퍼터부 전면(全面)에 걸쳐 균일한 스퍼터 레이트를 얻을 수 있고, 그 결과, 스퍼터에 의해 균질한 막을 형성할 수 있다. 이에 대하여, 상기 평균 단차가 100㎛보다 크면, 상호 인접하는 결정립간에 있어서 스퍼터 레이트가 크게 다르므로, 타깃재의 스퍼터부 전면에 걸쳐 균일한 스퍼터 레이트를 얻을 수 없고, 그 결과, 스퍼터에 의해 균질한 막을 형성하는 것이 곤란해진다.

본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃에 있어서는, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행함으로써, 그 주괴를 형성하는 결정립의 표면에 편재되는 산화물층이나 불순물이 분단 또는 분산되고, 인듐-주석 합금제의 본딩재 등에 의해 더 접합되어 있으므로, 분단 또는 분산된 상태가 유지되고 있다. 이 때문에, 인접하는 결정립간에 있어서 스퍼터 레이트가 크게 다르지 않아, 상기 평균 단차가 100㎛ 이하가 되기 쉽다. 그 결과, 본 발명의 태양 전지용 스퍼터링 타깃을 사용하면, 스퍼터에 의해 균질한 막을 형성할 수 있다.

한편, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하고 있지 않을 경우, 또는 상기 가공을 행해도, 인듐-주석 합금제의 본딩재 등에 의해 접합되어 있지 않을 경우에는, 결정립의 표면에 산화물층이나 불순물이 분단 또는 분산되지 않고, 편재되는 상태로 되어 있다. 이 때문에, 인접하는 결정립간에 있어서 스퍼터 레이트가 크게 달라, 상기 평균 단차가 100㎛ 이하가 되기 어렵다. 그 결과, 종래의 태양 전지용 스퍼터링 타깃을 사용하면, 스퍼터에 의해 균질한 막을 형성하는 것이 곤란하다.

상기 평균 단차는, 스퍼터가 진행한 단계 및 부위에서 나타나기 쉽다. 예를 들면 사용 비율이 10％ 이상일 경우에, 또한 상기 에로젼의 최심부에서 현저하게 나타난다.

[실시예]

실시예 및 비교예에서 사용한 측정 방법을 기재한다.

(벌크 저항, 전류 및 전압)

벌크 저항은, 미쯔비시가가쿠 로레스터 HP MCP-T410(직렬 4탐침 프로브 TYPE ESP)을 사용하여, AUTO RANGE 모드로 인듐 타깃의 타깃재 표면에 프로브를 대어 측정했다. 전압 및 전류치는, 스퍼터 중에 스퍼터 장치의 전원 미터로부터 판독했다.

(사용 비율)

제작된 인듐 타깃을 사용하여 스퍼터를 행하고, 스퍼터 실시 후의 인듐 타깃의 질량을 측정했다. 스퍼터 실시 전의 인듐 타깃의 질량을 M₁, 스퍼터 실시 후의 인듐 타깃의 질량을 M₂, 스퍼터 실시 전의 타깃재의 질량을 M₃으로 하여, 사용 비율을 하기 식에 의해 구했다. 하기 식에서, (M₁-M₂)은, 스퍼터에 의해 감소한 타깃재의 질량을 의미한다.

(스퍼터 레이트)

제작된 인듐 타깃을 사용하여 이하의 조건으로 스퍼터를 행했다.

장치명 : 하이레이트 스퍼터 장치(신쿠기카이고교 가부시키가이샤 EX-3013M)

도달 진공도 3.0×10^-4∼8.3×10^-5Pa

O2 플로우량 0sccm

Ar 플로우량 49sccm

스퍼터 압력 6.5×10^-1Pa

출력 154W

기판 온도 실온

사용 유리 종 40㎜, 횡 40㎜, 두께 0.8㎜, 코닝 #1737

일정 시간마다 스퍼터에 의해 형성된 막의 두께(Å) 및 사용 비율을 측정했다. 횡축에 스퍼터 시간, 종축에 막두께를 취하고, 곡선을 작성했다. 스퍼터 개시시에 있어서의 상기 곡선의 접선의 기울기를 초기 레이트로 했다. 사용 비율이 15％가 된 시간에 있어서의 상기 곡선의 접선의 기울기로부터 스퍼터 레이트를 구하고, 그 수치를 사용 비율 15％ 이상시 레이트로 했다.

초기 레이트를 R₀, 사용 비율 15％ 이상시 레이트를 R₁₅로 하여, 스퍼터 레이트 저하율을 다음 식에 의해 구했다.

(평균 단차)

상기 스퍼터 레이트의 측정 방법으로 나타낸 스퍼터를 행한 인듐 타깃을 사용하여, 사용 비율 10％ 이상일 때에 형성된 링상의 에로젼의 최심부에서, 거의 균등하게 간격을 두어 3개소의 측정 부위를 설정하고, 각 측정 부위에서 길이 10㎜의 선분을 3개 상정하여, 그 각 선분 위에 100㎛ 피치로 2개의 측정점을 설정했다. 각 측정점에서의 에로젼의 깊이, 즉 타깃재의 표면으로부터 각 측정 개소까지의, 상기 표면에 대하여 직각 방향의 길이를, 하기 조건에 의해 측정했다. 상기 9개의 선분마다 그 선분 위의 2개의 측정점에서의 에로젼의 깊이의 차(입계차)를 구하고, 그들의 평균을 평균 단차로 했다. 에로젼의 최심부는, 에로젼의 최대의 깊이에 대하여 90∼100％의 깊이를 갖는 부분으로 했다.

장치명 : 표면 거칠기 측정 시스템(니혼신쿠기주쯔 가부시키가이샤, DEKTAK 6M)

Scan length 100㎛

Scan type Standard Scan

Stylus type Radius 12.5㎛

Stylus force 15mg

Meas Range 2620KÅ

(막의 표면 거칠기 Ra)

상기 스퍼터 레이트의 측정 방법으로 나타낸 스퍼터를 행하여 얻어진 인듐막의, 막두께 5000Å일 때의 표면 거칠기 Ra(㎛)를, KEYENCE제 COLOR3D Laser Scanning Microscope VK-8710을 사용하여 하기 조건으로 측정했다.

[측정 조건]

필터: 광량 1％

Z측정 피치: 0.01㎛

측정 모드: 표면 형상

측정 에어리어: 면

측정 품질: 고정세(高精細)

[실시예 1]

In(순도 99.99％ 이상)을 180℃에서 용해하고, 얻어진 용탕을 금형에 주입하여, 종 100㎜, 횡 100㎜, 두께 15㎜의 평판상의 주괴를 주조했다. 얻어진 주괴에 대하여, 니혼크로스아츠엔제 압연기를 사용하여, 상온에서, 압하량(壓下量) 1㎜／pass의 조건으로 압연을 행하여, 두께 9㎜의 압연판을 얻었다. 얻어진 압연판을 직경 102㎜의 원반상으로 잘라내고, 양면을, 각 1㎜ 프라이스를 사용하여 절삭해 평활면으로 했다. 이 압연 원판(타깃재) 및 직경 110㎜의 원반상의 무산소 구리제 백킹 플레이트를, 각각의 본딩면을 위로 하여 핫플레이트상에서 130℃가 되도록 가열했다. In(순도 99.99％ 이상) 50질량％와 Sn(순도 99.99％ 이상) 50질량％로 이루어지는 합금(융점 125℃)을 본딩재로서 사용하고, 이 합금의 130℃의 용탕을 상기 백킹 플레이트의 본딩면에, 고테(ultrasonic soldering iron)를 사용하여 얇게 늘이면서 부착시켰다. 이 위에 가열하고 있던 상기 압연 원판을 얹어, 움직이지 않도록 추를 압연 원판 위에 얹은 채 냉각하고, 본딩을 행했다. 이 후, 압연 원판 부분을 선반(旋盤)에서 직경 101㎜, 두께 6㎜의 사이즈로 가공함으로써 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

실시예 1에 있어서는, 상기 인듐 타깃에 대하여 상기 조건으로 스퍼터를 행하여, 사용 비율이 16％일 때에 사용 비율 15％ 이상시 레이트 및 평균 단차를 구했다. 이하의 실시예 및 비교예에 있어서도, 표 1 또는 표 2에 나타난 사용 비율일 때에 있어서 사용 비율 15％ 이상시 레이트 및 평균 단차를 구했다.

[실시예 2]

압연 원판 및 백킹 플레이트의 가열 온도를 120℃로 한 것, 및 본딩재로서, In(순도 99.99％ 이상) 90질량％와 Ga(순도 99.99％ 이상) 10질량％로 이루어지는 합금(융점 115℃)을 사용하고, 이 합금의 용탕 온도를 120℃로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 3]

평판상의 주괴의 두께를 18㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

또한, 이 인듐 타깃을 사용하여 상기 스퍼터 레이트 측정을 행했을 때에 그 스퍼터에 의해 얻어진 인듐막의, 막두께 5000Å일 때의 표면을 KEYENCE제 COLOR3D Laser Scanning Microscope VK-8710을 사용하여 관찰했다. 얻어진 화상을 도 2에 나타냈다.

[실시예 4]

평판상의 주괴의 두께를 18㎜로 한 것, 압연 원판 및 백킹 플레이트의 가열 온도를 120℃로 한 것, 및 본딩재로서, In(순도 99.99％ 이상) 90질량％와 Ga(순도 99.99％ 이상) 10질량％로 이루어지는 합금(융점 115℃)을 사용하고, 이 합금의 용탕 온도를 120℃로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 5]

평판상의 주괴의 두께를 18㎜로 한 것, 압연 원판 및 백킹 플레이트의 가열 온도를 100℃로 한 것, 및 본딩재로서, In(순도 99.99％ 이상) 80질량％와 Ga(순도 99.99％ 이상) 20질량％로 이루어지는 합금(융점 90℃)을 사용하고, 이 합금의 용탕 온도를 100℃로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 6]

평판상의 주괴의 두께를 22.5㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

또한, 이 인듐 타깃을 사용하여 상기 스퍼터 레이트 측정을 행했을 때에 그 스퍼터에 의해 얻어진 인듐막의, 막두께 5000Å일 때의 표면을 실시예 3과 같은 조건으로 관찰했다. 얻어진 화상을 도 3에 나타냈다.

[실시예 7]

평판상의 주괴의 두께를 18㎜로 한 것, 및 이 주괴에 대하여 압연을 행하는 대신, 이 주괴 전면을, 손으로 해머를 사용해 두드려서 단조를 행하여, 주괴의 두께를 9㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

[비교예 1]

직경 110㎜의 원반상의 무산소 구리 백킹 플레이트에 내경이 102㎜인 스테인리스제의 원통 금형을, 그 중심선을 상기 백킹 플레이트의 중심선에 맞춰 장착하고, 금형이 움직이지 않도록 클램프로 고정했다. 이를 핫플레이트상에서 180℃(In의 융점 이상)가 되도록 가열했다. 이 백킹 플레이트상에 In(순도 99.99％ 이상)을, 용해 후의 두께가 7㎜가 되도록 투입하고, 용해시킨 후 표면의 산화물을 제거하고, 냉각함으로써 In 용탕을 응고시켰다. 이 응고체를, 선반을 사용하여 직경 101㎜, 두께 6㎜의 원반상으로 가공하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

또한, 이 인듐 타깃을 사용하여 상기 스퍼터 레이트 측정을 행했을 때에 그 스퍼터에 의해 얻어진 인듐막의, 막두께 5000Å일 때의 표면을 실시예 3과같은 조건으로 관찰했다. 얻어진 화상을 도 4에 나타냈다.

[비교예 2]

평판상의 주괴의 두께를 9㎜로 한 것, 및 이 주괴에 압연을 행하지 않고, 그대로 이 주괴를 직경 102㎜의 원반상으로 잘라내어, 양면을, 각 1㎜ 프라이스를 사용하여 절삭해 평활면으로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

[비교예 3]

평판상의 주괴의 두께를 11㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

[비교예 4]

In(순도 99.99％ 이상)을 180℃에서 용해하고, 얻어진 용탕을 금형에 주입하여, 종 100㎜, 횡 100㎜, 두께 15㎜의 평판상의 주괴를 주조했다. 얻어진 주괴에 대하여, 니혼크로스아츠엔제 압연기를 사용하여, 상온에서, 압하량 1㎜／pass의 조건으로 압연을 행하여, 주괴의 두께를 9㎜로 했다. 얻어진 압연판을 직경 102㎜의 원반상으로 잘라내어, 양면을, 각 1㎜ 프라이스를 사용하여 절삭해 평활면으로 했다. 이 압연 원판 및 직경 110㎜의 원반상의 무산소 구리제 백킹 플레이트를, 각각의 본딩면을 위로 하여 핫플레이트상에 얹어, 압연 원판이 140℃, 백킹 플레이트가 180℃가 되도록 가열했다. In(순도 99.99％ 이상) 금속(융점 156.4℃)을 본딩재로서 사용하고, 이 In 금속의 180℃의 용탕을 상기 백킹 플레이트의 본딩면에, 고테를 사용하여 얇게 늘이면서 부착시켰다. 이 위에 가열하고 있던 상기 압연 원판을 얹어, 움직이지 않도록 추를 압연 원판 위에 얹은 채 냉각하고, 본딩을 행했다. 이 후, 압연 원판 부분을 선반에서 직경 101㎜, 두께 6㎜의 사이즈로 가공함으로써 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

[비교예 5]

평판상의 주괴의 두께를 18㎜로 한 것 이외는 비교예 4와 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타냈다.

[비교예 6]

주괴의 두께를 10.5㎜로 한 것 이외는 실시예 7과 같이 행하여, 인듐 타깃을 제작했다. 이 인듐 타깃에 대하여, 상기 측정 방법으로 각종 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

[표 1]

[표 2]

표 1에서의 실시예 1, 3 및 6과 표 2에서의 비교예 2 및 3의 비교로부터, 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 압연을 행함으로써, 얻어지는 스퍼터링 타깃의 초기 레이트가 높아져, 이 스퍼터링 타깃을 스퍼터하여 얻어지는 In막의 표면 거칠기가 작아짐을 알 수 있다. 도 2 및 도 3과 도 4의 비교로부터도, 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 압연을 행함으로써 얻어진 스퍼터링 타깃을 스퍼터하여 얻어지는 In막은, 표면 거칠기가 작음을 알 수 있다. 또한, 표 1에서의 실시예 7과 비교예 6의 비교로부터, 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 단조를 행하는 것에 의해서도 압연의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예 2와 비교예 4의 비교 및 실시예 3∼5와 비교예 5의 비교로부터, 비록 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 압연을 행하여 초기 레이트가 높은 스퍼터링 타깃을 얻었다고 해도, 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금제의 본딩재 이외의 본딩재를 사용하여 타깃재와 백킹 플레이트를 접합하면, 스퍼터의 진행에 따라서 스퍼터 레이트가 크게 저하함을 알 수 있다. 이에 대하여, 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 하는 압연을 행하고, 또한 인듐-주석 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재를 사용하여 타깃재와 백킹 플레이트를 접합하면, 초기 레이트가 높고, 스퍼터가 진행해도 스퍼터 레이트의 저하가 더 작음을 알 수 있다.

1: 타깃재
2: 에로젼
3: 측정 부위
4: 표면
5: 최심부

Claims

인듐제의 주괴(鑄塊)에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 70％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재, 백킹 플레이트(backing plate), 및 상기 타깃재와 백킹 플레이트를 접합하는 인듐-주석 또는 인듐-갈륨 합금제의 본딩재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항에 있어서,
상기 타깃재는, 인듐제의 주괴에 물리적 응력을 가하는 가공을 행하여 당해 주괴의 두께를 원래의 두께의 50％ 이하로 함으로써 얻어진 가공재로 제조된 타깃재인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금은, 그 융점이 140℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 인듐-주석 및 인듐-갈륨 합금은, 그 융점이 130℃ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 응력을 가하는 가공이 압연인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물리적 응력을 가하는 가공이 단조(鍛造)인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
그 사용 비율이 10％ 이상일 때에 형성된 에로젼의 최심부에서 100㎛ 피치로 설정된, 인듐의 결정립의 입계(粒界)를 사이에 두는 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이를 측정했을 때의 그 2점간의 상기 깊이의 차의 평균이 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
그 사용 비율이 10％ 이상일 때에 형성된 에로젼의 최심부에서 100㎛ 피치로 설정된, 인듐의 결정립의 입계를 사이에 두는 2점의 측정 개소에 있어서의 에로젼의 깊이를 측정했을 때의 그 2점간의 상기 깊이의 차의 평균이 60㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지용 스퍼터링 타깃.