溅射靶及其制造方法_2

文档序号:9203904阅读:来源:国知局
tppm以下,即使在溅射靶中含有该杂质,也不会像上述那样对基于铜的添加所导致 的结晶颗粒的微细化效果产生负面影响。将上述的杂质优选为SOwtppm以下,更优选为 50wtppm以下,特别优选为IOwtppm以下。
[0035] 此外,在本发明中,背衬管或者背板与其他的支承基材可以由任意材质形成,作为 其具体例子,能举出不锈钢、钛、铜等,但是优选较少固溶于铟的不锈钢、钛。
[0036] 另外,此处,该溅射靶是具有99%以上的相对密度的溅射靶。由此,能有效地防止 进行溅射时的电弧放电的产生,实施稳定的成膜。换句话说,当溅射靶的相对密度过低时, 容易产生电弧放电,无法稳定地进行溅射。根据这样的观点,优选溅射靶的相对密度为99% 以上,进而,更优选为99. 2%以上,更进一步地特别优选为99. 5%以上。
[0037] 此处所谓的相对密度(%)是尺寸密度除以理论密度并以百分率表示的值。即,能 以相对密度(%)=尺寸密度+理论密度X 100进行表达。该尺寸密度能从溅射靶的实际 重量和尺寸算出,另外,能使理论密度为7. 31g/cm3。
[0038] 而且,此处,平均结晶粒径为3000 μπι以下。在溅射靶的结晶颗粒粗大的情况下, 当使用其在基板上进行溅射时,成膜基板的膜厚不会变为遍及整体均匀的膜厚,成膜的品 质降低。因此,从成膜基板的膜厚的均匀化的观点出发,平均结晶粒径优选为1000 ym以 下,特别是优选为500 μ m以下,最优选300 μ m以下。另一方面,溅射靶的平均结晶粒径的 下限值例如为10 ym左右。
[0039] 此外,平均结晶粒径能由以下的方法进行测定。通过电解研磨或基于酸的蚀刻使 晶界易于观察。接着,通过EBSP(电子背散射花样,Electron Back Scattering Pattern)作 出晶体晶界图,对1800X3500 μπι的视场内存在的结晶颗粒的个数(N)进行计数。此外,关 于晶体晶界,在相邻的结晶颗粒的方位错开2°以上的情况下,取其边界线作为晶体晶界。 跨过区域的边界线而存在的结晶颗粒取作0. 5个。通过测定对象区域的面积(S= 1250mm2) 除以结晶颗粒的个数(N),从而算出结晶颗粒的平均面积(s)。假设结晶颗粒为球,平均结 晶粒径(A)由以下的式子算出。
[0040] A = 2 (s/ π )1/2
[0041] 由于当这样的溅射靶中氧浓度过高时,与密度低的情况相同,溅射时可能会产生 电弧放电,因此优选氧浓度为20wtppm以下,进一步优选该氧浓度为15wtppm以下,特别是 在优选为IOwtppm以下的情况下,能充分消除电弧放电的产生的隐患。另一方面,虽然越降 低氧浓度,设备所需的投资越大,但是由于该费用左右的效果会减少,所以能将氧浓度的下 限值设为例如lOwtppm。
[0042] 作为该溅射靶的制造方法的一个例子,例如,圆筒型溅射靶能以如下的方式制造。
[0043] 首先,将铜以5wtppm~lOOOOwtppm添加到恪解的铟中,并将该恪融金属流入铸模 的铸造空间。此处,在熔融金属的流入之前,将圆筒形状的背衬管以其外周面露出铸造空间 的姿势预先配置在铸模的铸造空间的内周侧。此外,重要的是,根据需要,为了去除熔融金 属内存在的氧化物熔渣,使用搅拌棒等搅拌、摇动熔融金属,或预先在氮、Ar等的氧量降低 了的气氛下进行铸造。
[0044] 然后,在将熔融金属流入铸造空间之后,通过利用例如配置在铸模的周围的冷却 设备等,使熔融金属在铸造空间内冷却固化,从而以包围背衬管的周围的姿势形成溅射靶 原材料。此时,溅射靶原材料变成接合于背衬管的外周面上。
[0045] 接着,对溅射靶原材料与背衬管的圆筒型接合体,例如,如图2所示,实施减少溅 射靶原材料的厚度方向的厚度的方向的塑性加工,这种情况下实施半径方向内侧方向的塑 性加工。此时的加工量以溅射靶原材料的厚度减少率计为10%~80%。
[0046] 铸造后的溅射靶在一般情况下粗大的粒子较多,结晶颗粒粗大,其结果是,通过对 使在常温下也充分产生塑性加工中的再结晶化的铟中含有Cu而形成的溅射靶原材料,实 施上述那样的塑性加工,从而促进溅射靶原材料的再结晶化,由于其结晶组织微细,所以能 使制造出的溅射靶的结晶颗粒微细化。另外,虽然也能不使用上述的熔解铸造法而使用热 喷镀法,但是由于熔解铸造法与热喷镀法相比可使形成的溅射靶原材料的密度更高,而且 能抑制成本,所以能实现廉价的制造这一点而被优选。
[0047] 像上述那样制造的溅射靶能使相对密度为99%以上且平均结晶粒径为3000 μπι 以下,另外,能使其厚度沿着半径方向测量例如为5mm~20mm左右,一般为8mm~15mm程 度。
[0048] 此处,由于塑性加工只要是对溅射靶原材料往半径方向内侧方向(平型溅射靶 的情况下为使厚度变薄的方向)施加压力的加工方法,则不问压延加工、挤压加工或冲压 加工等该加工手段如何,另外,由于也不管该加工时的温度条件,所以冷加工或热加工都可 以。
[0049] 例如,在图2所例示的部位中,根据需要,在接合于铸造后的溅射靶原材料1的内 周侧的背衬管2的内侧,插入外径比该背衬管的内径稍小的芯棒10,另外,使溅射靶原材料 1夹在配置于基座20上的两个支承部21的各倾斜面21a与从这些支承部21隔开距离而位 于图的上方侧的按压单元22的平坦面22a之间进行支承。然后在该状态下,通过使所述按 压单元22如图中以箭头所示那样朝着基座20侧,接近至达到规定的厚度减少率,冲压溅射 靶原材料1,从而使其厚度减少,遍及整周等加工量地进行该操作。此外,虽然省略了图示, 但是支承部以及按压单元各自能以仿照溅射靶原材料1的外周面的弯曲面,代替图示那样 的平坦面状的倾斜面21a以及平坦面22a。
[0050] 此外,此处,从内周侧支承冲压时的溅射靶材并为了维持其圆筒形状而发挥作用 的芯棒10的材质例如能采用具有即使受到冲压所产生的加压力的作用也不会变形的程度 的硬度的不锈钢、铸铁等,但是从防止生锈等所导致的污染的观点出发,优选不锈钢。
[0051] 或者,作为塑性加工,虽然省略了图示,但是除了能实施使溅射靶原材料绕着中心 轴线方向进行旋转或者不进行旋转的方式,夹在多根轧辊间进行按压的压延加工之外,还 可以进行如下的挤压加工:通过将溅射靶原材料插入挤压机的具有锥形等规定形状的管状 空间,以规定的挤压速度使其通过,从而塑性加工成期望的厚度。
[0052] 另外,此处,当塑性加工的加工量过小时,结晶组织的微细化无法充分进展,另一 方面,当加工量过大时,为了得到期望的制品厚度,需要确保溅射靶原材料的厚度相当厚, 另外无法充分获得结晶颗粒的微细化效果。因此,加工量以厚度减少率设为上述范围。该厚 度减少率优选为10~80 %,更优选为15~70 %。此外,厚度减少率r由式:r= (h2-hl)/ h2X 100(此处,h2为塑性加工前的靶的直径方向厚度,hi为塑性加工后的靶的直径方向厚 度)来表示。
[0053] 按照如上所述制造出的溅射靶能适用于CIGS类薄膜太阳能电池的光吸收层的制 造。
[0054] 实施例
[0055] 接着,由于试制本发明的溅射靶并评价了其性能,所以进行以下说明。
[0056] 以下述的方法制造出实施例1的革E1。使纯度4N的铟恪解并将5wtppm的铜添加 到其中,将该熔融金属流入内部配置有背衬管的SUS304制的铸模的圆筒状铸造空间,使其 在该处冷却固化,形成了溅射靶原材料。此处,在铸模的周围配置加热器,在将熔融金属流 入铸造空间时,由加热器将铸模加热至180°C,另一方面,在使其冷却固化时,关闭加热器进 行大
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