KR20140129028A - 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 - Google Patents

스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140129028A
KR20140129028A KR1020147022951A KR20147022951A KR20140129028A KR 20140129028 A KR20140129028 A KR 20140129028A KR 1020147022951 A KR1020147022951 A KR 1020147022951A KR 20147022951 A KR20147022951 A KR 20147022951A KR 20140129028 A KR20140129028 A KR 20140129028A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
target
compound
less
sputtering
Prior art date
Application number
KR1020147022951A
Other languages
English (en)
Inventor
소우빈 장
게이타 우메모토
마사히로 쇼오지
Original Assignee
미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Publication of KR20140129028A publication Critical patent/KR20140129028A/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414Targets
    • H01J37/3426Material
    • H01J37/3429Plural materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425Copper-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0623Sulfides, selenides or tellurides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/087Oxides of copper or solid solutions thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/20Use of vacuum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

고농도의 Na을 함유하면서도 변색, 반점의 발생이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어려운 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공한다. 스퍼터링 타깃의 F, S, Se을 제외한 금속 성분으로서, Ga:10∼40at%, Na:1.0∼15at%를 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고, Na이 불화나트륨, 황화나트륨 및 셀레늄화나트륨 중 적어도 1종을 포함하는 Na 화합물의 상태로 함유되고, 이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 불화나트륨, 황화나트륨 및 셀레늄화나트륨 중 적어도 1종의 응집체가 평균 1개 이하이다.

Description

스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 {SPUTTERING TARGET AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 박막형 태양 전지의 광흡수층을 형성하기 위한 Cu-In-Ga-Se 화합물막(이하, CIGS막으로 약기하는 경우가 있음)을 형성할 때에 사용하는 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 칼코피라이트계의 화합물 반도체에 의한 박막형 태양 전지가 실용에 제공되도록 되고, 이 화합물 반도체에 의한 박막형 태양 전지는, 소다 석회 글래스 기판 상에 플러스 전극으로 되는 Mo 전극층을 형성하고, 이 Mo 전극층 상에 CIGS막을 포함하는 광흡수층이 형성되고, 이 광흡수층 상에 ZnS, CdS 등을 포함하는 버퍼층이 형성되고, 이 버퍼층 상에 마이너스 전극으로 되는 투명 전극층이 형성된 기본 구조를 갖고 있다.
상기 광흡수층의 형성 방법으로서, 증착법에 의해 성막하는 방법이 알려져 있고, 이 방법에 의해 얻어진 광흡수층은 높은 에너지 변환 효율이 얻어지지만, 증착법에 의한 성막은 증착 속도가 느리기 때문에, 대면적의 기판에 성막한 경우에는, 막 두께 분포의 균일성이 저하되기 쉽다. 그로 인해, 스퍼터법에 의해 광흡수층을 형성하는 방법이 제안되어 있다.
스퍼터법에 의한 상기 광흡수층의 형성 방법으로서는, 먼저, In 타깃을 사용하여 스퍼터에 의해 In막을 성막한다. 이 In막 상에 Cu-Ga 2원계 합금 타깃을 사용하여 스퍼터함으로써 Cu-Ga 2원계 합금막을 성막하고, 얻어진 In막 및 Cu-Ga 2원계 합금막을 포함하는 적층 프리커서막을 Se 분위기 중에서 열처리하여 CIGS막을 형성하는 방법(소위, 셀레늄화법)이 제안되어 있다.
상기 CIGS막을 포함하는 광흡수층의 발전 효율을 향상시키기 위해, 예를 들어 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 알칼리성 글래스 기판으로부터의 확산에 의해 광흡수층에 Na을 첨가하는 것이 유효하게 되어 있다. 그러나, 알칼리성 글래스 대신에 폴리머 필름 등을 기재로 하는 플렉시블 CIGS 태양 전지의 경우, 알칼리성 글래스 기판이 없기 때문에 Na의 공급원을 상실해 버리는 문제가 있다.
이로 인해, 예를 들어 특허문헌 1에서는, 폴리머 필름 상에 형성된 플렉시블 CIGS 태양 전지의 광전 변환 특성의 향상을 위해, 염화나트륨에 의한 리프트 오프층을 형성하여, 이 리프트 오프층으로부터 광흡수층으로 Na을 확산시키는 것을 제안하고 있다.
상기 Na의 첨가에 대해서는, 비특허문헌 1, 2에 있어서, 소다 석회 글래스를 Mo 전극층과 기판 사이에 성막하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 상기 비특허문헌과 같이 소다 석회 글래스를 형성하면, 제조 프로세스가 증가하여, 생산성이 저하되어 버린다.
특허문헌 2에는, Mo 전극층에 NaF을 첨가하여, Mo 전극층으로부터 광흡수층으로 Na을 확산시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, Mo 전극층에 NaF을 첨가하면, Mo 전극층과 기판 사이에 Na이 대량으로 집중되어, Mo 전극층과 기판의 계면에 박리가 발생할 우려가 있다.
또한, 글래스 기판 등으로부터의 Na의 확산량은 제어가 곤란하기 때문에, 확산에 의하지 않고 Na을 첨가하는 방법으로서, 광흡수층에 직접 Na 화합물을 첨가하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 3에서는, 글래스 기판과 흡수층의 사이에 확산 차단층을 배치하여 글래스 기판으로부터의 Na의 확산을 차단하면서, 광흡수층에 Na2S, Na2Se을 첨가하여, 광흡수층에 대한 Na의 함유량을 제어하는 것이 제안되어 있다.
광흡수층에 직접 Na 화합물을 첨가하기 위해, 특허문헌 4에는, Na:0.05∼1at%를 함유하고, Na이 NaF 화합물의 상태로 함유되어 있는 Cu-Ga 스퍼터링 타깃이 제안되어 있다.
여기서, 비특허문헌 3에는, 2%의 Na을 첨가한 CIGS막이 개시되어 있고, 종래 검토되어 있지 않았던 고농도의 Na의 첨가에 있어서도, 양호한 발전 효율을 갖는 CIGS 태양 전지가 얻어질 수 있는 것을 알 수 있다.
일본 특허 공개 제2009-49389호 공보 일본 특허 공개 제2011-74418호 공보 일본 특허 공개 제2007-266626호 공보 일본 특허 공개 제2011-117077호 공보
이시즈카 외, 「칼코피라이트계 박막 태양 전지의 개발의 현상황과 장래 전망」, Journal of the Vacuum Society of Japan, Vol53, No.1 2010 p.25 Ishizuka, 외, 「Na-induced variations in the structural, optical, and electricalproperties of Cu?In, Ga…Se2 thin films」, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 106, 034908_2009 D.Rudmann et al. 「Effect of NaF coevaporation on structural properties of Cu(In, Ga)Se2thin films」, Thin Solid Films 431-432(2003)37-40
상기 종래의 기술에는, 이하의 과제가 남겨져 있다.
본 발명자들의 검토에 의해 특허문헌 4에 기재된 제조 방법에 의해 스퍼터링 타깃을 제조하는 경우, 고농도의 Na을 첨가할 수 없는 것을 알 수 있었다.
먼저, Na 화합물의 첨가량이 증가하면 타깃이 변색된다. 즉, Na 화합물이 환경 중의 수분을 흡착하기 쉽고, 이에 의해 타깃 표면에 변색이나 반점이 다발하고, 최종적으로 이 타깃에 의해 제조한 태양 전지의 특성이 현저하게 불안정해지는 문제가 있었다.
또한, 대량의 Na 화합물의 첨가에 의해, 스퍼터 시에 이상 방전이 많아지고, 나아가 기계 강도가 낮아, 균열되기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 즉, 도전성이 없고, 또한 소결하기 어려운 동시에 기계 강도가 낮은 Na 화합물의 대량의 첨가에 의해, 타깃의 기계 강도가 저하되고, 기계 가공 중의 결함 발생률이 올라가 스퍼터 중에 Na 화합물에 기인하는 이상 방전이 발생하기 쉬워진다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 고농도의 Na을 함유하면서도 변색, 반점의 발생이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어려운 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, Ga 농도:10∼40at%의 Cu-Ga 합금 스퍼터링 타깃에 Na을 1.0∼15at% 첨가할 수 있도록 연구를 행하였다. 그 결과, 원료의 선택이나 제조 방법의 개선 등에 의해, 고농도의 Na을 스퍼터링 타깃에 첨가하면서, 상기 과제를 극복할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명은 상기 지식으로부터 얻어진 것이며, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용하였다. 즉, 본 발명에 관한 스퍼터링 타깃은, 스퍼터링 타깃의 F, S, Se을 제외한 금속 성분으로서, Ga:10∼40at%, Na:1.0∼15at%를 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고, Na이 불화나트륨, 황화나트륨 및 셀레늄화나트륨 중 적어도 1종을 포함하는 Na 화합물의 상태로 함유되고, 이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물의 응집체가 평균 1개 이하인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 타깃의 밀도를 충분히 확보하는 것과, 항절 강도 및 전기 저항의 확보와, 상기 응집체의 억제에 의해, 고농도의 Na을 함유하면서도 변색, 반점의 발생이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어려운 스퍼터링 타깃을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 Na 함유량 및 Ga 함유량은, 스퍼터링 타깃의 F, S, Se을 제외한 금속 성분 전체에 대한 것이며, 이하와 같이, 타깃 중의 Cu, Ga 및 Na의 각 원자의 함유량 합의 비로 계산된다.
Na(at%):Na/(Na+Cu+Ga)×100%
Ga(at%):Ga/(Na+Cu+Ga)×100%
또한, Na 화합물의 상태로 포함되는 Na 함유량을 상기 범위 내에 설정한 이유는, Na 함유량이 15at%를 초과하면, 타깃의 기계 강도가 현저하게 저하되고, 또한, 충분한 소결 밀도를 확보할 수 없게 되는 동시에, 스퍼터 시의 이상 방전이 증가하기 때문이다. 한편, Na 함유량이 1at%보다 적으면 막 중의 Na 함유량이 부족하여, 목적으로 하는 고농도의 Na 첨가를 할 수 없다.
또한, 타깃 중의 이론 밀도비를 90% 이상으로 설정한 이유는, 90% 미만이 되면, 타깃에 존재하는 외기와 이어지는 개구 기공이 증가하여, 타깃 내부에 포함되는 Na 화합물까지 외기로부터 흡습하여, 제조 프로세스 중, 보관 중, 사용 중에 타깃이 변색되기 때문이다.
한편, 타깃의 밀도가 높고 Na 화합물을 대량으로 함유하는 타깃에 있어서는, 취성이 증가하는 경향이 강하다. 이에 대해, 본 발명에서는 타깃의 항절 강도를 100N/㎟ 이상으로 하고, 타깃 제조에 있어서의 가공 프로세스나 스퍼터 중에 균열이 발생하는 것을 방지하고 있다.
또한, 도전성이 없는 Na 화합물이 대량 첨가되면, 스퍼터 중에 있어서 이상 방전이 발생하기 쉬워지는 것에 대해, 본 발명에서는 타깃의 벌크 비저항을 1mΩ·㎝ 이하로 함으로써 이상 방전을 회피하고 있다.
또한, 본 발명자들의 연구에 의하면, 타깃에 Na 화합물을 고농도(Na:1∼15at%)로 첨가하는 경우, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물의 응집체(이하, Na 화합물 응집체라고도 칭함)는 외기와의 접촉 면적이 크기 때문에 특히 흡습하기 쉬워, 타깃 표면의 변색이나 반점의 발생의 주요 원인으로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 타깃의 표면에 발생한 이와 같은 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체에 의한 변색이나 반점은, 통상의 타깃 사용 개시 시에 행하는 예비 스퍼터에서 제거할 수 없고, 그 결과, 성막된 막 중에도 불순물(흡습한 H, O)을 혼입시키게 된다. 또한, 스퍼터 시에 응집체에 의한 흡착수의 방출은 플라즈마의 국소 영역 집중을 초래하고, 현저한 이상 방전이 응집체에 의한 반점의 주위에서 발생하고, 이상 방전의 고온에 의해, 원래 증기압이 높은 Na 화합물이 증발하고, 또한 플라즈마를 끌어당겨, 반점부의 근방에서 공동 형상의 이상 방전흔을 형성한다. 이와 같은 현저한 이상 방전이 발생한 타깃은 표면 상태가 현저하게 파괴되고, 1회 또는 수회의 이상 방전에 의해 사용할 수 없는 상태에 빠진다. 이와 같은 과제는 Na 화합물을 고농도로 함유하는 본 발명의 타깃에서는 특히 현저하다. 이에 대해, 본 발명에서는, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에 포함되는 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체를 평균 1개 이하로 제한함으로써, 변색이나 반점의 발생을 억제하여, 이것에 기인하는 막 중으로의 불순물 혼입, 타깃의 기계 강도 저하나 스퍼터 시의 이상 방전 발생을 방지하는 것이 가능해졌다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃은, 타깃 소지 중에 Na 화합물상이 분산되어 있는 조직을 갖고, 상기 Na 화합물상의 평균 입경이 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 여기서의 평균 입경이라 함은, 투영 면적 원 상당 직경이다.
고농도 Na 화합물을 함유하는 타깃은, 절연체의 Na 화합물을 대량으로 함유하기 때문에, 통상의 제조 방법에서는, Na 화합물상의 분산이 곤란하다. 상기 본 발명 타깃과 같이, 표면의 1㎠ 면적 내에 포함되는 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체를 평균 1개 이하로 제한함으로써, 타깃 표면에 공동 형상 방전흔을 남기는 현저한 이상 방전을 방지할 수 있지만, Na 화합물상의 마이크로 분산을 적정하게 행하지 않으면, 직류 스퍼터(DC 스퍼터)를 행할 때, 마이크로·아크라고 불리는 이상 방전이 발생하기 쉽다. 마이크로·아크는 정도에 의하지만, 타깃에 큰 대미지를 미치지 않지만, 얻어진 막의 막질에 나쁜 영향을 미친다. 본 발명자들은, Na 화합물의 평균 입경이 10㎛ 이하로 되면 Na 화합물에 의한 마이크로·아크 이상 방전을 현저하게 저감시킬 수 있는 것을 규명하였다. 또한, 표층에 위치하는 Na 화합물은, 외기와의 접촉은 불가피하고, 그 평균 입경이 10㎛를 초과하면, 흡습량이 커져 타깃 표면의 변색의 원인으로 된다.
이들을 해결하도록, 본 발명의 스퍼터링 타깃에서는, 상기한 바와 같이 Na 화합물상의 입자 사이즈를 최적화함으로써, DC 스퍼터 또는 펄스 DC 스퍼터 조건에서의 고속 성막을 가능하게 하였다. 즉, 본 발명의 스퍼터링 타깃에서는, 상기한 각 Na 화합물상의 평균 입경을 10㎛ 이하로 함으로써, 타깃의 표면 변색을 최소한으로 억제하고, 또한 Na 화합물에 의한 마이크로·아크 이상 방전을 억제하여 안정된 DC 스퍼터 또는 펄스 DC 스퍼터가 가능해진다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃은, 산소 함유량이 200∼2000ppm인 것이 바람직하다.
즉, 이 스퍼터링 타깃에서는, 산소 함유량이 200∼2000ppm이므로, 높은 흡습성을 갖는 NaO의 발생을 방지하고, 보다 변색이나 기계 강도의 저하를 억제할 수 있다.
Na 화합물을 첨가한 CuGa 타깃 중에 산소가 존재하면, 산소와 Na 화합물이 서서히 반응하여, 높은 흡습성을 갖는 NaO이 형성되어, 변색이나 기계 강도의 저하를 발생시킨다. 특히, 산소 함유량이 2000ppm을 초과하면, 타깃의 변색, 기계 강도의 저하를 야기할 가능성이 높기 때문에, 산소 함유량을 2000ppm 이하로 하였다. 한편, 타깃 중의 산소 농도를 사실상 200ppm 미만으로 하는 것은 매우 곤란하기 때문에, 타깃 중의 산소 농도의 하한을 200ppm으로 하였다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃은, 타깃 소지 중의 금속상의 평균 입경이 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이 스퍼터링 타깃에서는, 타깃 소지 중의 금속상의 평균 입경이 20㎛ 이하이므로, 이론 밀도비가 90% 이상이고, 또한 상기 고농도의 Na 화합물을 함유하고 있어도, 타깃의 인성을 양호하게 유지할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 타깃의 흡습을 최소한으로 하기 위해, 타깃의 이론 밀도비를 90% 이상으로 할 필요가 있지만, 타깃 밀도가 향상됨으로써, Na 화합물을 대량으로 함유하는 본 발명의 타깃에 있어서는, 타깃의 취성이 증가하는 경향이 강하다. 그로 인해, 타깃의 인성을 유지하기 위해, 금속상의 평균 결정립 직경을 20㎛ 이하로 하는 것이 유효하다. 또한, 평균 입경이 20㎛를 초과하면, 타깃의 기계 가공 시에 결함이 나오기 쉬워진다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, Na 화합물 분말과 Cu-Ga 분말의 혼합 분말을 소결하는 공정을 갖고, 상기 Cu-Ga 분말은, Cu-Ga 합금 분말 또는 Cu-Ga 합금 분말과 Cu 분말을 포함하고, 평균 입경이 1∼45㎛이며, 입경 30㎛ 이하의 입자가, 상기 Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상을 차지하는 것을 특징으로 한다.
이 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서는, Cu-Ga 분말의 평균 입경을 1∼45㎛로 하고, 또한, 입경 30㎛ 이하의 입자가, Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상을 차지하므로, 고농도의 Na을 함유하면서도 변색, 반점의 발생이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어려운 스퍼터링 타깃을 제작할 수 있다.
Na 화합물이 대량으로 첨가될 때에, 미세한 금속분과 미세한 Na 화합물분을 섞으면, 오히려 금속분의 네트워크를 형성할 수 없게 된다. 얻어진 타깃의 기계 강도가 저하되고, 도전성이 저하되는 경우도 있기 때문에, Cu-Ga 분말의 평균 입경을 1㎛ 이상으로 하였다.
한편, Cu-Ga 분말의 입경이 너무 크면, Na 화합물의 분산이 불충분해진다. 또한, 큰 Na 화합물의 응집체가 형성되어, 변색, 기계 강도의 저하, 이상 방전의 원인으로 된다. 또한, 큰 입경의 Cu-Ga 분말을 사용하여 제조한 타깃에서는, Na 화합물이 금속상의 입계에 집중되기 쉽다. 이것도 타깃의 변색, 기계 강도의 저하, 이상 방전의 원인으로 된다. 이에 대해, Cu-Ga 분말의 평균 입경을 45㎛ 이하로 하고, 또한, 입경 30㎛ 이하의 입자가 Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상으로 함으로써, 적절한 입자 직경 분포 범위로 되어, 타깃의 변색, 기계 강도의 저하, 이상 방전을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, 상기 Na 화합물 분말을, 상기 혼합 분말로 하기 전에 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, 상기 혼합 분말을, 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
이들 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서는, Na 화합물 분말을 혼합 분말로 하기 전에 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖고, 또는 혼합 분말을, 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖기 때문에, Na 화합물의 입자의 분산성을 유지하면서, 산소 함유량의 저감을 도모함과 함께 원료 분말의 혼합 후에 있어서의 재응집을 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, 상기 혼합 분말을 소결하는 공정에서, 상기 혼합 분말을 비산화성 분위기 또는 진공 중에서 소결하는 것을 특징으로 한다.
즉, 이 스퍼터링 타깃의 제조 방법에서는, 혼합 분말을 비산화성 분위기 또는 진공 중에서 소결하므로, 보다 산소 함유량을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 이하의 효과를 발휘한다.
즉, 본 발명에 관한 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 의하면, Na이 상기 Na 화합물의 상태로, 또한 상기 범위의 고농도로 함유되고, 이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 상기 Na 화합물의 응집체가 평균 1개 이하이므로, 고농도의 Na을 함유하면서도 흡습 변색이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어렵다. 따라서, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터법에 의해 CIGS 박막형 태양 전지의 광흡수층을 성막함으로써, 높은 양산성을 갖고 광흡수층에 고농도의 Na을 첨가할 수 있어, 발전 효율이 높은 태양 전지를 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 1의 (a)는 본 발명에 관한 실시예 20의 타깃 표면의 응집체를 나타내는 광학 현미경 사진이다. (b)는 본 발명에 관한 실시예 21의 타깃 표면의 응집체를 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 2의 (a)는 표면 변색 평가에 있어서의 비교예 16의 타깃 표면을 나타내는 사진이다. (b)는 표면 변색 평가에 있어서의 실시예 6의 타깃 표면을 나타내는 사진이다.
도 3의 (a)는 비교예 14에 있어서, 칩핑의 유무를 나타내는 사진이다. (b)는 본 발명에 관한 실시예 9에 있어서, 칩핑의 유무를 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명에 관한 실시예 9에 있어서, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의한 조성상(COMP상), Cu, Ga 및 Na의 각 원소 맵핑상을 나타내는 사진이다.
도 5는 비교예 1에 있어서, 사용 후의 스퍼터면에 보이는 현저한 이상 방전의 흔적을 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명에 관한 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법의 일 실시 형태를 설명한다.
(스퍼터링 타깃)
본 실시 형태의 스퍼터링 타깃은, 스퍼터링 타깃의 F, S, Se을 제외한 금속 성분으로서, Ga:10∼40at%, Na:1.0∼15at%를 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고, Na이 불화나트륨, 황화나트륨 및 셀레늄화나트륨 중 적어도 1종을 포함하는 Na 화합물의 상태로 함유되고, 이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물의 응집체가 평균 1개 이하이다.
또한, 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃은, 타깃 소지 중에 Na 화합물상이 분산되어 있는 조직을 갖고, Na 화합물상의 평균 입경이 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 산소 함유량이 200∼2000ppm인 것이 바람직함과 함께, 타깃 소지 중의 금속상의 평균 입경이 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
<이론 밀도비에 대해>
타깃의 이론 밀도비의 측정은, 중량/치수로 계산한다.
즉, 이론 밀도비에 대해서는, 실제의 Cu/Ga 비율 및 투입 원료의 종류, 소결 조건에 의해, 기공이 없는 소지의 밀도(이론 밀도)가 바뀌기 때문에, 이하와 같이 계산한다.
먼저, 본 실시 형태의 타깃 중의 Cu/Ga비와 동일한 비율로, Cu-Ga 금속 혼합물을 1200도에서 용해하고, 그것을 주조하고, 서냉으로 얻어진 10㎝×10㎝×10㎝의 무결함의 주괴의 밀도를 측정하고, 이것을 상기 비율의 Cu-Ga 합금의 이론 밀도라고 한다.
Na 화합물, 예를 들어 NaF의 이론 밀도를 2.79g/㎤, Na2S을 1.86g/㎤, Na2Se을 2.65g/㎤으로 한다. 이상의 Cu-Ga 합금의 이론 밀도 및 Na 화합물의 이론 밀도와, 본 실시 형태의 타깃 중의 Cu, Ga의 함유량 및 Na 화합물 함유량을 사용하여, 타깃의 이론 밀도를 계산한다.
따라서, 이론 밀도비는, 「(중량/치수로 얻어진 타깃 밀도)/타깃의 이론 밀도×100%」로 된다.
<항절 강도에 대해>
항절 강도에 대해서는, 소결한 타깃을 JIS R1601에 따라서 가공하고, 굽힘 강도(항절 강도)를 측정한다. 즉, 타깃을, 길이 40㎜×폭 4㎜×두께 3㎜의 막대 형상으로 가공하고, 항절 강도를 측정한다.
<전기 저항에 대해>
전기 저항에 대해서는, 4탐침법을 이용하여 측정한다.
<응집체에 대해>
응집체의 사이즈 측정에 대해서는, 10배 광학 현미경으로 타깃 표면 100㎠ 면적을 관찰하고, 사진 촬영한다(예를 들어, 도 1 참조). 그리고, 이 사진에 의해 응집체 사이즈를 계산하고, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체의 수를 카운트한다. 또한, 응집체는 Na 화합물인 것을 SEM의 EDX 기능으로 확인한다. 또한, 타깃 표면 1㎠ 면적 내에 존재하는 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체의 평균 개수는, 타깃 표면 100㎠ 면적 내의 평균으로 계산한다.
<Na 화합물상의 평균 입경에 대해>
이어서, 타깃 소지 중의 Na 화합물상의 평균 입경에 대해서는, 측정을 행하기 위해 이하와 같이 관찰용 샘플을 제작하고, 입경의 계산을 행한다.
먼저, 소결한 스퍼터링 타깃의 임의 부위를 절단하고, 약 5×10×3㎜의 블록 형상 샘플을 작성한다. 이어서, 해당 샘플을 표면 조도 Ra:0.5㎛ 이하까지 연마하고, 관찰면을 제작한다. 또한, 관찰면을 SEM에 의해 100배로 사진 촬영을 하고, 1000㎛×1000㎛ 시야 중의 Na 화합물상의 단면적을 계산하고, 투영 면적 원 상당 직경으로 환산한 후, 상기 시야 중의 입자의 평균 입경을 계산한다.
<금속상의 평균 입경에 대해>
상기 금속상의 평균 입경을 측정하기 위한 관찰용 샘플의 제작 방법 및 평균 입경의 계산은, 이하와 같다.
먼저, 상기 블록 형상 샘플의 관찰면을, 순수 50㎖, 과산화수소수 5㎖ 및 암모니아수 45㎖를 포함하는 에칭액에 5초간 침지하여 에칭한다.
이어서, 에칭면을 250배의 광학 현미경으로, 합금 조직을 촬영한다. 이때, 500㎛×1000㎛ 시야 중의 결정의 단면적을 계산하고, 투영 면적 원 상당 직경으로 환산한 후, 상기 시야 중의 입자의 평균 입경을 계산한다.
(스퍼터링 타깃의 제조 방법)
이어서, 상기 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 스퍼터링 타깃 제조 방법은, Na 화합물 분말과 Cu-Ga 분말의 혼합 분말을 소결하는 공정을 갖고, Cu-Ga 분말은, Cu-Ga 합금 분말 또는 Cu-Ga 합금 분말과 Cu 분말을 포함하고, 평균 입경이 1∼45㎛이며, 입경 30㎛ 이하의 입자가, Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상을 차지하는 것을 특징으로 한다. 또한, Cu-Ga 합금 분말의 산소 함유량을 저감시키기 위해, 평균 반경이 10∼40㎛인 것이 바람직하다.
<Na 화합물 분말>
Na 화합물 분말은, 순도 3N 이상이고, 산소 함유량의 상승을 억제함과 함께 Cu-Ga 분말과의 혼합성을 고려하여, 1차 입자 직경이 0.01∼1.0㎛인 것이 바람직하다.
또한, 타깃 중의 산소 함유량을 2000ppm 이하로 하기 위해, Na 화합물 중의 흡착 수분을, 혼합하기 전에 미리 70℃의 건조 환경에서 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 진공 건조기 중에서 진공 환경에서 120℃, 10시간의 건조가 유효하다.
또한, Na 화합물은, 흡습성이 강하고, 또한 물에 용해되므로, 물을 사용하는 습식의 분쇄 혼합 장치의 사용은 부적합하다.
<혼합 분말의 제조>
Na 화합물 분말과 Cu-Ga 분말의 혼합 분말을 준비하기 위해서는, 분쇄 혼합 장치(예를 들어, 볼 밀, 제트 밀, 헨쉘 믹서, 아트라이터 등)를 사용한 해쇄 방법이나, 혼합 방법이 다른, 이하의 (1)∼(3)의 방법을 이용할 수 있다.
(1) Na 화합물 분말의 해쇄와, Cu-Ga 분말의 혼합을 별개로 실시하는 경우
해쇄에 의해 얻어지는 Na 화합물의 평균 2차 입자 직경은 1∼5㎛가 바람직하다. 해쇄 공정은 습도 RH:40% 이하의 건조한 환경에서 행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 얻어진 해쇄 후의 Na 화합물 분말은, 상술한 바와 같이, 혼합 전에 70℃ 이상에서 건조하는 것이 바람직하다.
이어서, 이 Na 화합물 분말과 타깃 조성으로 조제한 Cu-Ga 분말을, 건식 혼합 장치를 사용하여 상대 습도 RH:40% 이하의 건조한 환경에서 혼합하고, 혼합 분말로 한다. 또한, 혼합은 환원성 분위기 중에서 행하는 것이 더욱 바람직하다.
(2) Na 화합물 분말의 해쇄와, Cu-Ga 분말의 혼합을 동시에 실시하는 경우
건조가 완료된 Na 화합물 분말과 타깃 조성으로 조제한 Cu-Ga 분말을, 동시에 분쇄 혼합 장치에 충전하고, 혼합과 Na 화합물 분말의 해쇄를 동시에 행하고, Na 화합물 분말의 평균 2차 입자 직경이 5㎛ 이하로 되는 시점에서 해쇄를 종료한다. 또한, 상기 혼합은, 습도 RH:40% 이하의 건조한 환경에서 행하는 것이 바람직하고, 환원성 분위기 중에서 행하는 것이 더욱 바람직하다.
(3) Ga 농도가 상이한 복수의 Cu-Ga 합금 분말을 사용하는 경우
먼저, 타깃 조성의 Cu/Ga의 비율보다도 Ga의 함유량이 많은 Cu-Ga 합금 분말(고Ga 분말이라 함)과, 타깃 조성의 Cu/Ga의 비율보다도 Ga의 함유량이 적은 Cu-Ga 합금 분말 또는 Cu분(저Ga 분말이라 함)을 준비한다.
고Ga 분말을 건조가 완료된 Na 화합물 분말과 혼합한 후에, 저Ga 분말을 더 추가하고, 균일해지도록 혼합하여 혼합 분말로 한다.
이상의 혼합은 모두 상기 (1) 및 (2)와 같은 저습도 환경에서 행한다. 또한, 환원성 분위기 중에서 행하는 것이 더욱 바람직하다.
(1)∼(3) 중 어느 방법에 있어서도, 혼합 후에 혼합 분말 중의 흡착 수분을 제거하는 것이 바람직하고, 예를 들어 진공 건조기 중에서 진공 환경으로 80℃, 3시간 이상의 건조가 유효하다.
이어서, 이와 같이 상기 (1)∼(3)의 어느 하나의 방법으로 혼합한 원료 분말을, 습도 RH:30% 이하의 건조 환경에서 플라스틱 수지성의 주머니에 밀봉하여 보관한다. 이것은, Na 화합물의 흡습이나 흡습에 의한 응집을 방지하기 위함이다.
<소결 공정에 대해>
Cu-Ga 분말의 소결 중의 산화 방지를 위해, 소결 공정은, 비산화성의 환원성 분위기 중, 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
상기 혼합 분말을 소결하는 방법으로서는, 예를 들어, 이하의 3개의 방법을 적용할 수 있다.
1. 상기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 냉간에서 프레스 성형한 성형체 또는 성형 몰드에 충전, 탭핑하여 일정한 벌크 밀도를 갖는 성형체를 형성하고, 그것을 진공 중, 불활성 가스 중 또는 환원성 분위기 중에 있어서 소결한다.
2. 상기 혼합 분말을 진공 또는 불활성 가스 분위기 중에서 핫 프레스한다.
3. 상기 혼합 분말을 HIP법(열간 정수압 프레스법)으로 소결한다.
<기계 가공 등>
이어서, 상기 소결 공정으로 얻은 Cu-Ga-Na 화합물 소결체는, 통상 방전 가공, 절삭 가공 또는 연삭 가공을 이용하여, 타깃의 지정 형상으로 가공함으로써 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃이 제작된다. 이때, Na 화합물은 물에 용해되기 때문에, 가공 시, 냉각액을 사용하지 않는 건식법 또는 물을 포함하지 않는 냉각액을 사용하는 습식법이 바람직하다. 또한, 습식법으로 미리 가공한 후, 또한 건식법으로 표면을 정밀 가공하는 방법도 있다.
이어서, 상기 가공 후의 스퍼터링 타깃을, In을 땜납으로 하여 Cu 또는 SUS(스테인리스) 또는 그 외 금속(예를 들어, Mo)을 포함하는 백킹 플레이트에 본딩하고, 스퍼터에 제공한다.
또한, 가공이 완료된 타깃을 보관할 때에는, 산화, 흡습을 방지하기 위해, 타깃 전체를 진공 팩 또는 불활성 가스로 치환한 팩을 실시하는 것이 바람직하다.
<스퍼터링 타깃의 사용 방법>
이와 같이 제작한 스퍼터링 타깃은, Ar 가스를 스퍼터 가스로 하여 DC 마그네트론 스퍼터에 제공한다. 이때, 펄스 전압을 부가하는 펄스 DC 전원을 사용하는 것이 바람직하지만, Na 화합물 함유량에 따라서는, 펄스 없는 DC 전원이어도 스퍼터 가능하다. 또한, 스퍼터 시의 투입 전력은 1∼10W/㎠가 바람직하다.
(본 실시 형태에 있어서의 효과)
이와 같이, 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃에서는, 이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고, 타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물의 응집체가 평균 1개 이하이므로, 타깃의 밀도를 충분히 확보하는 것과, 항절 강도 및 전기 저항의 확보와, 상기 응집체의 억제에 의해, 고농도의 Na을 함유하면서도 변색, 반점의 발생이나 이상 방전이 억제되고, 나아가 고강도를 가지며 균열되기 어려운 스퍼터링 타깃을 실현할 수 있다.
또한, 상기한 각 Na 화합물상의 평균 입경을 10㎛ 이하로 함으로써, Na 화합물에 의한 이상 방전을 억제하여 안정된 DC 스퍼터 또는 펄스 DC 스퍼터가 가능해진다.
또한, 산소 함유량이 200∼2000ppm이므로, 높은 흡습성을 갖는 NaO의 발생을 방지하여, 보다 변색이나 기계 강도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 타깃 소지 중의 금속상의 평균 입경이 20㎛ 이하이므로, 이론 밀도비가 90% 이상이고, 또한 고농도의 Na 화합물을 함유하고 있어도, 타깃의 인성을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 스퍼터링 타깃 제조 방법에서는, Cu-Ga 분말의 평균 입경을 1∼45㎛로 하고, 또한, 입경 30㎛ 이하의 입자가, Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상을 차지하므로, 기계 강도 및 도전성의 저하, 변색의 발생을 억제한 타깃을 제작할 수 있다.
또한, Na 화합물 분말을 혼합 분말로 하기 전에 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖고, 또는 혼합 분말을 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖기 때문에, Na 화합물의 입자의 분산성을 유지하면서, 산소 함유량의 저감을 도모함과 함께 원료 분말의 혼합 후에 있어서의 재응집을 억제할 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명에 관한 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을, 상기 실시 형태에 기초하여 제작한 실시예에 의해, 평가한 결과를 설명한다.
「실시예」
먼저, 표 1에 나타내어지는 성분 조성 및 입경을 갖는 Cu-Ga 합금 분말과, Cu 분말(순도 4N)과, 순도 3N이고 1차 평균 입자 직경이 1㎛인 Na 화합물 분말을, 표 1에 나타내어지는 양으로 되도록 배합하고, 실시예 1∼24의 혼합 분말로 하였다. 이 혼합 분말을, 상술한 소정의 진공 환경에서 건조시켰다. 그 후, 건조시킨 상기 원료 분말을, 용적 10L의 폴리에틸렌제 포트에 넣어, 또한 80℃, 10시간 건조한 직경 2㎜의 지르코니아 볼을 넣어, 볼 밀에 의해 지정된 시간에 혼합하였다. 이 혼합은 질소 분위기에서 행하였다. 또한, 직경 2㎜의 지르코니아 볼은 중량이 가볍고, Cu 분말이나 Cu-Ga 합금 분말을 찌부러뜨리지 않고 분산 혼합시키는 효과를 갖는다. 또한, 볼 대 분말의 중량 비율은, 볼:분말=2:1이 가장 분산 효과가 좋다.
이어서, 얻어진 혼합 분말을, 선별한 후, 또한 상술한 소정의 환경에서 건조시키고, 표 2에 지정된 조건으로 소결하였다.
상압 소결하는 경우, 먼저 혼합 분말을 금속제 금형에 충전하고, 1500kgf/㎠의 압력으로 상온 가압하여, 성형체를 만들었다. 이 성형체를, 질소와 3% 수소의 혼합 분위기에 있어서 소성하고, 고밀도의 소결체를 얻었다.
핫 프레스(HP)의 경우, 원료 분말을 흑연 몰드에 충전하여 진공 핫 프레스를 행하였다. HIP의 경우, 상압 소결과 마찬가지로 성형체를 작성하고, 이 성형체를 0.5㎜ 두께의 스테인리스 용기에 장입한 후, 진공 탈기를 거쳐 밀봉하고, HIP 처리하였다.
이와 같이 제작한 소결체에, 건식의 절삭 가공을 실시하고, 직경 125(㎜)×두께 5(㎜)의 타깃(실시예 1∼24)을 제작하였다.
또한, 비교를 위해, 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어난 조건으로 비교예 1∼16의 타깃을 제작하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
「평가」
본 발명의 실시예 1∼24에 대해, 절삭 가공 시에 있어서의 타깃의 절결 발생의 유무를 기록하고, 또한 분석용 소결체의 소편에 대해 비분산 적외선 흡수법으로 산소 농도 분석을 행하였다. 또한, 소결체의 이론 밀도비는 상술한 방법으로 계산하였다. 또한, 항절 강도는, JIS R1601에 따라서, 변형 속도 0.5㎜/min로 3점 굽힘 시험으로 행하였다. 또한, 가공 후의 타깃 표면 100㎠를 관찰하고, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물 응집체의 수를 계측하고, 그 1㎠ 면적당 평균값을 계산하였다. Na 화합물상의 평균 입경, 금속상의 평균 입경을 상기한 방법으로 측정하였다. 또한, 제작한 타깃 중의 Ga과 Na의 함유량을, ICP법(고주파 유도 결합 플라즈마법)을 이용하여 정량 분석을 행하였다. 또한, 타깃을 25℃, 습도 60%에 8시간 방치하고, 육안에 의해 표면의 변색을 확인하였다.
또한, 당해 타깃을 마그네트론 스퍼터 장치에 세트하고, 투입 전력:8W/㎠의 펄스 DC 스퍼터에 의해, 산화 피막이 형성된 실리콘 기판에 1000㎚ 성막하였다. 또한, 스퍼터 시의 Ar 압력은 1.3㎩로 하고, 타깃-기판간 거리는 70㎜로 하였다. 또한, 성막 시의 기판 가열은 행하고 있지 않다. 또한, 이상의 조건에 있어서 10분간 연속 스퍼터를 행하고, 마이크로·아크 이상 방전의 발생 횟수를 스퍼터 전원에 부속된 아킹 카운터에 의해 자동으로 기록하였다. 또한, 현저한 이상 방전의 발생 횟수는 육안으로 확인하였다. 비교예에서는, 현저한 이상 방전이 발생하고, 플라즈마가 소실, 스퍼터할 수 없게 되는 현상이 발생하므로, 연속 스퍼터의 시간은 플라즈마 소실, 스퍼터 정지까지의 시간으로 하였다. 스퍼터 후의 타깃 표면에 용융, 공동, 절결 등의 현저한 이상 방전의 흔적이 있는지의 여부를 확인하였다.
또한, 상기 얻어진 막을 박리하고, ICP법을 이용하여 Na, Ga의 정량 측정을 행하였다.
이들 평가에 대해, 상기한 각 실시예 및 각 비교예에 있어서의 결과를, 표 2, 3 및 표 5, 6에 나타낸다.
이들 평가 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예에서는, 표 2에 나타내는 바와 같이, 모두 반점이나 색 불균일의 발생이 없어 표면 변색되지 않은 것에 대해, 비교예에서는, 표 5에 나타내는 바와 같이, 모두 반점이나 색 불균일이 발생하고 있다.
또한, 실시예에서는, 표 3에 나타내는 바와 같이, 절삭 가공 시의 균열이나 절결은, 모두 발생하고 있지 않은 것에 대해, 비교예 1, 3∼5, 7, 8, 12, 14, 15에서는, 표 6에 나타내는 바와 같이, 절삭 가공 시의 균열이나 절결이 발생하고 있다. 또한, 비교예 3에서는, 금속상의 결정립이 커졌기 때문에, 칩핑이 발생하였다.
또한, 본 실시예에서는, 표 3에 나타내는 바와 같이, 스퍼터 시의 마이크로·아크 이상 방전 횟수가 모두 300회 미만인 것에 대해, 비교예에서는, 모두 500회를 초과하여 다발하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 표 3에 나타내는 바와 같이, 스퍼터 시의 현저한 이상 방전 횟수가 모두 0회인 것에 대해, 비교예에서는, 비교예 13을 제외하고, 모두 1회 또는 그것을 초과하여 다발하고 있다.
또한, 본 발명의 실시예 20에 있어서, 0.05㎟ 정도의 응집체를 나타내는 확대 사진의 일례를 도 1의 (a)에, 실시예 21에 있어서, 0.05㎟ 이상의 큰 응집체를 나타내는 확대 사진의 일례를 도 1의 (b)에 나타낸다. 또한, 반점이나 색 불균일이 발생한 비교예 16과 발생하고 있지 않은 실시예 5에 대해, 각각의 타깃 표면을 나타내는 사진을, 도 2의 (a)(b)에 나타낸다. 또한, 가공 시에 칩핑이 발생한 비교예 14와 발생하고 있지 않은 실시예 9를 비교한 사진을, 도 3의 (a)(b)에 나타낸다. 또한, 실시예 9에 대해, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)에 의한 원소 분포 맵핑상을, 도 4에 나타낸다. 또한, 상기 EPMA의 화상은, 모두 원 화상이 컬러상인데, 그레이 스케일에 의한 흑백 화상으로 변환하여 기재하고 있고, 명도가 높을수록, 함유량이 높은 경향에 있다.
또한, 도 5에, 비교예 1의 타깃을 사용 후, 스퍼터면에 보이는 현저한 이상 방전의 흔적을 나타내고 있다.
또한, 본 발명을, 스퍼터링 타깃으로서 이용하기 위해서는, 면 조도:5㎛ 이하, 금속계 불순물 농도:0.1원자% 이하인 것이 바람직하다. 상기 각 실시예는, 모두 이러한 조건을 만족한 것이다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시 형태 및 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 첨가하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 스퍼터링 타깃의 F, S, Se을 제외한 금속 성분으로서, Ga:10∼40at%, Na:1.0∼15at%를 함유하고, 잔량부가 Cu 및 불가피 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고,
    Na이 불화나트륨, 황화나트륨 및 셀레늄화나트륨 중 적어도 1종을 포함하는 Na 화합물의 상태로 함유되고,
    이론 밀도비가 90% 이상, 항절 강도가 100N/㎟ 이상, 벌크 비저항이 1mΩ·㎝ 이하이고,
    타깃 표면의 1㎠ 면적 내에, 0.05㎟ 이상의 Na 화합물의 응집체가 평균 1개 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
  2. 제1항에 있어서,
    타깃 소지 중에 Na 화합물상이 분산되어 있는 조직을 갖고, 상기 Na 화합물상의 평균 입경이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
  3. 제1항에 있어서,
    산소 함유량이 200∼2000ppm인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
  4. 제1항에 있어서,
    타깃 소지 중의 금속상의 평균 입경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃.
  5. 제1항에 기재된 스퍼터링 타깃을 제조하는 방법이며,
    Na 화합물 분말과 Cu-Ga 분말의 혼합 분말을 소결하는 공정을 갖고,
    상기 Cu-Ga 분말은, Cu-Ga 합금 분말 또는 Cu-Ga 합금 분말과 Cu 분말을 포함하고, 평균 입경이 1∼45㎛이며,
    입경 30㎛ 이하의 입자가, 상기 Cu-Ga 분말의 분말 전체 중량의 절반 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Na 화합물 분말을, 상기 혼합 분말로 하기 전에 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 혼합 분말을, 70℃ 이상의 온도에서 건조시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 혼합 분말을 소결하는 공정에서, 상기 혼합 분말을 비산화성 분위기 또는 진공 중에서 소결하는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
KR1020147022951A 2012-02-24 2013-02-15 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법 KR20140129028A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012039042 2012-02-24
JPJP-P-2012-039042 2012-02-24
JP2013005369A JP5999357B2 (ja) 2012-02-24 2013-01-16 スパッタリングターゲット及びその製造方法
JPJP-P-2013-005369 2013-01-16
PCT/JP2013/054637 WO2013125716A1 (ja) 2012-02-24 2013-02-15 スパッタリングターゲット及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140129028A true KR20140129028A (ko) 2014-11-06

Family

ID=49005890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147022951A KR20140129028A (ko) 2012-02-24 2013-02-15 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9607812B2 (ko)
EP (2) EP2818574B1 (ko)
JP (1) JP5999357B2 (ko)
KR (1) KR20140129028A (ko)
CN (1) CN104024470B (ko)
TW (1) TWI600777B (ko)
WO (1) WO2013125716A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6311912B2 (ja) 2012-10-17 2018-04-18 三菱マテリアル株式会社 Cu−Ga二元系スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP6365922B2 (ja) 2013-04-15 2018-08-01 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP6028714B2 (ja) * 2013-10-30 2016-11-16 住友金属鉱山株式会社 Cu−Ga合金スパッタリングターゲットの製造方法
JP6665428B2 (ja) * 2014-07-08 2020-03-13 三菱マテリアル株式会社 Cu−Ga合金スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP5973041B2 (ja) * 2014-08-28 2016-08-17 三菱マテリアル株式会社 Cu−Gaスパッタリングターゲット及びCu−Gaスパッタリングターゲットの製造方法
JP6634750B2 (ja) * 2014-09-22 2020-01-22 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP2018505311A (ja) * 2015-01-12 2018-02-22 ヌボサン,インコーポレイテッド カルコゲナイド半導体を製作するために有用なアルカリ金属含有前駆体膜の高速スパッタ堆積
JP6794850B2 (ja) * 2016-02-08 2020-12-02 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法
CN116121716B (zh) * 2023-04-14 2023-07-04 广州市尤特新材料有限公司 一种防变色陶瓷膜用靶材及其制备方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442824C1 (de) 1994-12-01 1996-01-25 Siemens Ag Solarzelle mit Chalkopyrit-Absorberschicht
JP5352824B2 (ja) * 2007-07-20 2013-11-27 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 太陽電池の製造方法
JP5643524B2 (ja) * 2009-04-14 2014-12-17 株式会社コベルコ科研 Cu−Ga合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法
WO2011010529A1 (ja) * 2009-07-23 2011-01-27 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu-Ga合金焼結体スパッタリングターゲット、同ターゲットの製造方法、Cu-Ga合金焼結体ターゲットから作製された光吸収層及び同光吸収層を用いたCIGS系太陽電池
JP2011074418A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Hitachi Metals Ltd Mo系スパッタリングターゲット
JP4793504B2 (ja) * 2009-11-06 2011-10-12 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2011083647A1 (ja) * 2010-01-07 2011-07-14 Jx日鉱日石金属株式会社 Cu-Ga系スパッタリングターゲット、同ターゲットの製造方法、光吸収層及び該光吸収層を用いた太陽電池
JP4831258B2 (ja) * 2010-03-18 2011-12-07 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP4696175B2 (ja) 2010-05-06 2011-06-08 株式会社 ヤマシタワークス 薬剤プレススルーパック包装体と該包装体からの薬剤取出方法
US7935558B1 (en) * 2010-10-19 2011-05-03 Miasole Sodium salt containing CIG targets, methods of making and methods of use thereof
JP5725610B2 (ja) 2011-04-29 2015-05-27 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201346045A (zh) 2013-11-16
CN104024470A (zh) 2014-09-03
TWI600777B (zh) 2017-10-01
EP3141630A1 (en) 2017-03-15
EP3141630B1 (en) 2018-05-09
EP2818574A4 (en) 2015-11-11
EP2818574B1 (en) 2019-06-05
EP2818574A1 (en) 2014-12-31
WO2013125716A1 (ja) 2013-08-29
CN104024470B (zh) 2016-08-24
JP2013199704A (ja) 2013-10-03
JP5999357B2 (ja) 2016-09-28
US20150014156A1 (en) 2015-01-15
US9607812B2 (en) 2017-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140129028A (ko) 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법
JP5725610B2 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
KR101099416B1 (ko) 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법
JP4831258B2 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2013069710A1 (ja) スパッタリングターゲットおよびその製造方法
US20160208376A1 (en) Cu-ga alloy sputtering target, and method for producing same
JP6365922B2 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
KR20150040294A (ko) 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법
JP2012246574A (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP6436006B2 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid