TW202122610A

TW202122610A - 蒸鍍材料及其製造方法

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Publication number: TW202122610A
Application number: TW109125827A
Authority: TW
Inventors: 高田英士; 小林孝; 仲野幸健; 中越秀司; 塩田達也
Original assignee: 日商松田產業股份有限公司; 日商Ｙａｍａｋｉｎ股份有限公司
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2021-06-16
Also published as: JP7175456B2; JP2021091922A

Abstract

本發明係一種蒸鍍構件，其特徵在於蒸鍍構件中含氫量為10 wtppm以下。本發明之課題在於提供一種蒸鍍材料及其製造方法，該蒸鍍材料用於真空蒸鍍法，可於蒸鍍材料熔解時抑制爆沸現象。

Description

蒸鍍材料及其製造方法

本發明係關於一種用於真空蒸鍍法之蒸鍍材料及其製造方法。

真空蒸鍍法係一種成膜技術，該技術藉由於真空中加熱蒸鍍材料，使變成氣體分子之蒸鍍材料附著於基板上而形成薄膜。真空蒸鍍法被廣泛用於形成電子零件、半導體裝置、光學薄膜、磁性裝置、LED、有機EL、LCD等中之元件。又，真空蒸鍍法不僅可用於金屬之成膜，亦可用於氧化物等非金屬之成膜。

先前，當將蒸鍍材料填充至坩堝並利用電子束等進行熔解時，產生了如下問題：蒸鍍材料中所含雜質等揮發，產生爆沸現象，從而導致基板上附著粒子。關於該爆沸現象之問題，專利文獻1中揭示有一種減少雜質之方法。又，專利文獻2中揭示有一種加入添加金屬之方法，進而，專利文獻3中揭示有一種控制最表面之含氧量之方法。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平1-180961號公報 [專利文獻2]國際公開第2017/199873號 [專利文獻3]日本特開2000-212728號公報

[發明所欲解決之課題]

本發明之課題在於提供一種蒸鍍材料及其製造方法，該蒸鍍材料用於真空蒸鍍法，且可於蒸鍍材料熔解時抑制爆沸現象。 [解決課題之技術手段]

可解決上述課題之本發明之實施方式係一種用於真空蒸鍍法之蒸鍍材料及其製造方法，該蒸鍍材料之特徵在於含氫量為10 wtppm以下。 [發明之效果]

根據本發明，可於蒸鍍材料熔解時有效抑制爆沸現象，藉此，可減少附著於基板上之粒子。因此，可有助於改善製品良率。

用於真空蒸鍍法之蒸鍍材料通常以如下方式製作，即，於氧化鋁等之陶瓷坩堝或碳坩堝等中將原料熔解，將熔液注入至鑄模而製作鑄錠，並將所得鑄錠機械加工成合適之形狀(顆粒狀)後，用酸或有機溶劑清洗表面。作為原料，使用純度為3N(99.9 wt%)以上者，又，機械加工後，對其表面進行化學清洗，去除附著物。

然而，即使於如上所述使用高純度原料並對蒸鍍材料進行了清洗之情形時，蒸鍍(熔解)時仍會產生爆沸現象，導致基板上產生較多粒子，從而產生製品良率降低之問題。又，爆沸會導致裝置或坩堝內受到污染，從而產生裝置清洗頻率增加之問題。針對此類問題進行研究，結果發現，熔解時，非金屬夾雜物於蒸鍍材料之表面浮動，因而才導致爆沸現象產生。

因此，本發明者經過潛心研究發現，蒸鍍材料中作為雜質存在之非金屬夾雜物尤其是氫，成為爆沸產生之原因。由此獲知：藉由使雜質尤其是其中的氫儘可能地減少，可於蒸鍍材料熔解時抑制非金屬夾雜物所引起之爆沸現象。基於該見解，本發明之實施方式之蒸鍍材料之特徵在於蒸鍍材料中存在之氫之含量為10 wtppm以下。

藉由使蒸鍍材料中作為雜質存在之氫之含量為10 wtppm以下，可有效抑制蒸鍍材料熔解時所引起之爆沸現象。又，因碳(C)、氧(O)、以及磷(P)與硫(S)亦容易形成非金屬夾雜物，故較佳為使C含量為10 wtppm以下，使O含量為100 wtppm以下，使P及S之總含量為10 wtppm以下。該等元素雖然有時會固溶，但熔解時會解離，因而成為爆沸之原因。由於非金屬夾雜物與蒸鍍材料(金屬材料)相比，比重較輕且易解離，故成為蒸鍍材料熔解時爆沸現象產生的原因。因此，有意識地排除此類非金屬夾雜物較為重要。

本實施方式之蒸鍍材料較佳為主要應用於貴金屬材料，尤其是Au、Ag、Pt、Pd，又，亦可應用於該等與Ge、Si、Sn、As、Sb之合金(例如，Au-Sn、Au-Ge)。該等材料係於電子零件、半導體裝置、光學薄膜、磁性裝置、LED、有機EL、LCD等中相對廣泛使用之材料。尤其因貴金屬材料價格昂貴，故藉由防止爆沸現象所引起之不必要之飛散，可享有成本上的優勢。

本實施方式之蒸鍍材料之純度較佳為3N(99.9 wt%)以上，更佳為4N(99.99 wt%)以上。藉由減少雜質量，可抑制隨之產生之爆沸現象。然而，即使使用所謂之高純度原料，於計算純度時，亦有並未將容易形成非金屬夾雜物之氫、碳、氧、硫、磷此等氣體成分視為雜質之情況，又，有時於製造步驟中亦會混入該等雜質，因此，即使將高純度原料直接用作蒸鍍材料亦無法防止爆沸。又，氫、氧於熔解初期會從金屬中解離，因此，碳、硫、磷於蒸鍍過程中會覆蓋熔融金屬表面而引起爆沸。

本實施方式之蒸鍍材料例如可以如下方式製作。將純度為3N(99.9 wt%)以上之金屬原料於大氣中、真空中或非活性氣體環境中熔解，更佳為於真空中熔解，並對其進行鑄造而製作鑄錠。於此，由於熔解時原料中所含非金屬夾雜物於表面浮動，故要觀察鑄錠，對存在較多非金屬夾雜物之表層部分進行酸洗或將其切削去除。表層部分之去除量亦依量而定，較佳為1 μm以上。

另一方面，為了不在熔解時捲入浮於熔液表面之非金屬夾雜物，從坩堝之底部開始鑄造並將一部分熔液留於坩堝內而不全部取出，或者去除最後之熔液，藉此，無須進行酸洗或切削去除。又，於傾斜坩堝以取出熔液之情形時，可於坩堝之上部設置堰體以去除非金屬夾雜物等異物。此時，殘留於坩堝內而未使用之熔液之比率較佳為0.1 wt%以上。更佳為1 wt%以上。又，藉由帶熔精煉等，亦可將非金屬夾雜物懸浮去除。

其次，對去除了非金屬夾雜物的鑄錠進行拉絲(伸線)加工。拉絲加工時，通常使用加工油，但加工油會導致碳等污染，因此較佳為不使用加工油而拉絲加工成特定形狀。又，可於拉絲加工前後及加工過程中進行熱處理(脫氣或軟化處理)。熱處理之溫度亦取決於材料，通常較佳為於100℃以上且熔點以下之溫度進行。

於丸粒化之情形時，使熔液從坩堝之底部滴落於水中或有機溶劑中。於此情形時，亦由於最後的熔液中存在較多非金屬夾雜物等異物，故不可將其加入製品中。

於拉絲加工或者丸粒化後，可利用酸或有機溶劑等清洗其表面，從而去除附著於表面之異物等。但是，於使用酸或有機溶劑之情形時，必須用純水或揮發性成分充分清洗以去除表面之氧化或殘留碳。尤其是若使用酸，則有時氫會滲入至金屬內部或形成非金屬夾雜物，因此較佳為慎重進行。 [實施例]

以下，對本發明之實施例等進行說明。再者，以下之實施例僅為具有代表性之例，本發明無須受限於該等實施例，應於說明書所記載之技術思想之範圍內進行解釋。

(實施例1) 使用Cu坩堝，利用EB(電子束)將純度為4N之Au原料於真空中熔解而製作鑄錠。其次，觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其後，不使用加工油而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。使用非活性氣體熔融-氣相層析儀(LECO製)分析該蒸鍍材料中之H含量，結果未達1 wtppm。於氧氣氣流中利用非分散紅外吸收法(HORIBA製)分析C含量，結果未達1 wtppm。又，使用非活性氣體熔融-氣相層析儀(LECO製)分析O含量，結果未達10 wtppm。進而，利用GD-MS法分析S及P含量，結果合計未達1 wtppm。此外，以下使用相同手段對H、C、O、S及P之含量進行分析。其次，將該蒸鍍材料(Au)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為0個，視為非常良好。

(實施例2) 使用高純度碳坩堝，將純度為4N之Au原料於Ar環境下熔解而製作鑄錠。其後，不使用加工油而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果未達1 wtppm。又，C含量為8 wtppm，O含量未達10 wtppm，進而，S及P之總含量為3 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Au)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數個，視為良好。

(實施例3) 使用高純度氧化鋁坩堝，將純度為3N之Au原料於大氣中熔解而製作鑄錠。於坩堝內留有1%左右之Au而進行鑄造。其次，觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其後，使用加工油進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。其後，用稀酸清洗後，用丙酮清洗並使其乾燥。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果為10 wtppm。又，C含量為2 wtppm，O含量為20 wtppm，進而，S及P之總含量為8 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Au)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數十個，視為稍良好。

(實施例4) 使用Cu坩堝，利用EB將純度為4N之Pt原料於真空中熔解而製作鑄錠。其次，觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其後，一邊於1000℃進行熱處理一邊進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。其後，不清洗表面，直接用作蒸鍍材料。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果未達1 wtppm。又，C含量未達1 wtppm，O含量未達10 wtppm。進而，S及P之總含量未達1 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pt)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為0個，視為非常良好。

(實施例5) 使用市售之碳坩堝，將純度為3N之Pt原料於大氣中熔解而製作鑄錠。其次，觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其後，一邊於1000℃進行熱處理一邊進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。其後，用純水清洗，乾燥後，用作蒸鍍材料。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果為6 wtppm。又，C含量為10 wtppm，O含量為70 wtppm。進而，S及P之總含量為6 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pt)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數十個，視為稍良好。

(實施例6) 使用Cu坩堝，利用EB將純度為4N之Pd原料於真空中熔解而製作鑄錠。觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其次，不使用加工油而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。其後，於1000℃進行真空脫氣處理後，用作蒸鍍材料。該蒸鍍材料中之H含量為1 wtppm。又，C含量未達1 wtppm，O含量為10 wtppm。進而，S及P之總含量未達1 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pd)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為0個，視為非常良好。

(實施例7) 使用高純度氧化鋁坩堝，將純度為4N之Pd原料於真空中熔解，熔解後，從坩堝底部取出熔液並藉由拉抽、切斷等製作特定之形狀。此外，於坩堝內留有1%左右之熔液而不全部取出，藉此排除殘留於坩堝底部之非金屬夾雜物。該蒸鍍材料中之H含量為8 wtppm。又，C含量為1 wtppm，O含量為100 wtppm。進而，S及P之總含量為1 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pd)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數個，視為良好。

(實施例8) 使用市售之碳坩堝，將純度為3N之Pd原料於Ar環境下熔解，熔解後，從坩堝底部取出熔液並藉由拉抽、切斷等製作特定之形狀。此外，於坩堝內留有0.1%左右之熔液而不全部取出，藉此排除殘留於坩堝底部之非金屬夾雜物。該蒸鍍材料中之H含量為10 wtppm。又，C含量為10 wtppm，O含量為100 wtppm。進而，S及P之總含量為10 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pd)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數十個，視為稍良好。

(實施例9) 使用Cu坩堝，利用EB將純度為4N之Ag原料於真空中熔解而製作鑄錠。其次，觀察所得鑄錠，將含有較多非金屬夾雜物之表層部分切削去除。其後，不使用加工油而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。該蒸鍍材料中之H含量未達1 wtppm。又，C含量未達1 wtppm，O含量為10 wtppm。進而，S及P之總含量為2 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Ag)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為0個，視為非常良好。

(實施例10) 使用高純度碳坩堝，將純度為3N之Ag原料於大氣中熔解而製作鑄錠。其後，不使用加工油而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。該蒸鍍材料中之H含量為7 wtppm。又，C含量為10 wtppm，O含量為50 wtppm。進而，S及P之總含量為10 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Ag)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數十個，視為稍良好。

(實施例11) 使用高純度碳坩堝，將純度為4N之Au-Sn原料於真空中熔解，熔解後，從坩堝底部取出熔液並藉由拉抽、切斷等製作特定之形狀。此外，於坩堝內留有0.1%左右之熔液而不全部取出，藉此排除殘留於坩堝底部之非金屬夾雜物。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果為1 wtppm。又，C含量為10 wtppm，O含量為10 wtppm。進而，S及P之總含量為5 wtppm。其次，將該Au-Sn(蒸鍍材料)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數個，視為良好。

(實施例12) 使用低純度碳坩堝，將純度為3N之Au-Sn原料於大氣中熔解，熔解後，從坩堝底部取出熔液並藉由拉抽、切斷等製作特定之形狀。此外，於坩堝內留有1%左右之熔液而不全部取出，藉此排除殘留於坩堝底部之非金屬夾雜物。分析該蒸鍍材料中之H含量，結果為5 wtppm。又，C含量為10 wtppm，O含量為90 wtppm。進而，S及P之總含量為9 wtppm。其次，將該Au-Sn(蒸鍍材料)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數十個，視為稍良好。

將上述結果示於表1。 [表1] (wtppm)

實施例	H	C	O	P＋S	評估結果
1	＜1	＜1	＜10	＜1	◎
2	＜1	8	＜10	3	〇
3	10	2	20	8	△
4	＜1	＜1	＜10	＜1	◎
5	6	10	70	6	△
6	1	＜1	10	＜1	◎
7	8	1	100	1	〇
8	10	10	100	10	△
9	＜1	＜1	10	2	◎
10	7	10	50	10	△
11	1	10	10	5	〇
12	5	10	90	9	△

◎：非常良好〇：良好 △：稍良好

(比較例1) 使用低純度碳坩堝，將純度為3N之Au原料於大氣中熔解，而製作鑄錠。其次，不對所得鑄錠之表層部分進行酸洗或切削去除，而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。再者，拉絲加工時，使用加工油。其後，用酸清洗表面，乾燥後，用作蒸鍍材料。該蒸鍍材料中之H含量為12 wtppm。又，C含量為25 wtppm，O含量為110 wtppm。進而，S及P之總含量為15 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Au)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數百個。

(比較例2) 使用低純度碳坩堝，將純度為3N之Pt原料於大氣中熔解，而製作鑄錠。其次，不對所得鑄錠之表層部分進行酸洗或切削去除，而進行拉絲加工，精加工成特定之形狀。再者，拉絲加工時，使用加工油。其後，用丙酮清洗表面，乾燥後，用作蒸鍍材料。該蒸鍍材料中之H含量為11 wtppm。又，C含量為110 wtppm，O含量為120 wtppm。進而，S及P之總含量為11 wtppm。其次，將該Pt(蒸鍍材料)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數百個。

(比較例3) 使用低純度碳坩堝，將純度為3N之Pd原料於弱減壓下熔解，熔解後，從坩堝底部取出熔液並藉由拉抽、切斷等製作特定之形狀。此外，取出全部熔液。該蒸鍍材料中之H含量為20 wtppm。又，C含量為20 wtppm，O含量為250 wtppm。進而，S及P之總含量為20 wtppm。其次，將該蒸鍍材料(Pd)填充至真空蒸鍍裝置之坩堝內，利用電子束預熱後使其熔融，觀察爆沸現象。其結果，爆沸現象所導致之晶圓上之缺陷(粒子)為數百個。

將上述結果示於表2。 [表2] (wtppm)

比較例	H	C	O	P＋S	評估結果
1	12	25	110	15	×
2	11	110	120	11	×
3	20	20	250	20	×

×：不可 [產業上之可利用性]

根據本發明，可於蒸鍍材料熔解時抑制爆沸現象，藉此可減少附著於基板上之粒子。本實施方式之蒸鍍材料可廣泛用於使用真空蒸鍍法之電子零件、半導體裝置、光學薄膜、磁性裝置、LED、有機EL、LCD等中之元件之形成。

無

Claims

一種蒸鍍構件，其蒸鍍構件中含氫量為10 wtppm以下。
如請求項1之蒸鍍構件，其中，蒸鍍構件中含碳量為10 wtppm以下。
如請求項1或2之蒸鍍構件，其中，蒸鍍構件中含氧量為100 wtppm以下。
如請求項1至3中任一項之蒸鍍構件，其中，硫與磷之總含量為10 wtppm以下。
如請求項1至4中任一項之蒸鍍構件，其中，上述蒸鍍材料由Au、Ag、Pt、Pd及該等之合金之任意一種以上構成。
一種請求項1至5中任一項之蒸鍍構件之製造方法，其將原料熔解並鑄造成鑄錠後，進行拉絲加工而製作蒸鍍材料，或者，將原料熔解後，使其丸粒化而製作蒸鍍材料，於拉絲加工後或丸粒化後，清洗其表層部分。
一種請求項1至5中任一項之蒸鍍構件之製造方法，其將原料熔解並鑄造成鑄錠後，進行拉絲加工而製作蒸鍍材料，或者，將原料熔解後，使其丸粒化而製作蒸鍍材料，於原料熔解後，使其熔液之0.1 wt%以上殘留於坩堝內，而將其餘熔液鑄造成鑄錠或丸粒化。
如請求項6或7之蒸鍍構件之製造方法，其於上述拉絲加工前後及加工過程中進行熱處理。