Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法およびスパッタリングターゲットの製造方法
【課題】 Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、生産効率が低下することなく、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなくこれを切断して所望の形状に切断することができるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法を提供する。
【解決手段】 Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。熱処理工程では、溶解鋳造により作製された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する。次に、スライス加工工程では、熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソー装置１またはマルチワイヤソー装置１０を用いて切断する。
【解決手段】 Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。熱処理工程では、溶解鋳造により作製された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する。次に、スライス加工工程では、熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソー装置１またはマルチワイヤソー装置１０を用いて切断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法およびスパッタリングターゲットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｇａ（ガリウム）の組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、主に、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして用いられる。
【０００３】
スパッタリングターゲットは、溶解鋳造法によって製造された直方体形状（例えば大きさが、３００ｍｍ×４００ｍｍ×１０００ｍｍである）の合金インゴット（スラブ）を、旋盤や丸鋸を用いて幾つかに切断し、切断された合金片（スラブ）を圧延、切削することにより製造される。
【０００４】
スパッタリングターゲットとして用いられるＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、延性や展性が乏しく、硬度が高くて割れ易い（脆い）。そのため、例えば直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊に切断加工を含む塑性加工などの加工を施すと、加工後の当該Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。このような不都合が生じたＣｕ−Ｇａ合金を製品化するには、例えばひびが入った部分などを切削して除去しなければならない。また、発生した切削屑には切削によって不純物が混入してしまうため、例えばＣｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとして用いる場合には、当該切削屑をＣｕ−Ｇａ合金として再利用することはできない。それゆえ、再利用できない多量の切削屑が発生してＣｕ−Ｇａ合金の製品の歩留りが悪くなる。
【０００５】
さらに、一般にスパッタリングターゲットとして用いられるＣｕ−Ｇａ合金のうち、Ｇａの組成比が原子百分率で２５ａｔ％以上と大きいＣｕ−Ｇａ合金（いわゆる硬脆材）は、特に硬度が高くて割れ易い（脆い）ため、塑性加工などの加工を施すことができない。
【０００６】
そこで、通常、Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、セラミックスなどの成形と同様に、Ｃｕ−Ｇａ合金粉末を焼結することによって所望の形状に成形（製造）している。
【０００７】
しかしながら、粉末を焼結することによって所望の形状のＣｕ−Ｇａ合金を製造する方法では、塑性加工などの加工を施して製造する方法と比較して、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の歩留りは改善されるものの、当該製品の生産性が低くなってしまう。
【０００８】
また、例えば、特許文献１には、溶解鋳造によって、スパッタリングターゲット用のＣｕ−Ｇａ合金を製造する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、比較的小さなサイズのＣｕ−Ｇａ合金しか製造することができず、また、所望するＣｕ−Ｇａ合金の大きさに合わせたモールドをその都度用意しなければならないので、生産性が極めて低い。
【０００９】
Ｃｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとして用いる場合には、当該Ｃｕ−Ｇａ合金は一般的に生産性の高い溶解鋳造によって製造されていることが望ましいものの、塑性加工などの加工を施さずに所望の大きさのＣｕ−Ｇａ合金を得る上記方法では生産性が向上せず、溶解鋳造によって製造されたＣｕ−Ｇａ合金塊に塑性加工などの加工を施すと、加工後の当該Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。特に、直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように切断するスライス加工時に、Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。
【００１０】
したがって、例えば溶解鋳造によって製造されたＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく切断して所望の形状に切断（加工）することができるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法が望まれている。
【００１１】
このような問題点を解決する方法として、特許文献２には、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をワイヤー放電加工によって切断する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−７３１６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に開示されるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をワイヤー放電加工によって切断するので、Ｃｕ−Ｇａ合金塊に対して大きな力を付与せずに非接触で切断することができ、スライス加工であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく所望の形状に切断することができる。
【００１４】
しかしながら、ワイヤー放電加工は、水を介してＣｕ−Ｇａ合金塊に対してアーク放電を行うことにより、当該Ｃｕ−Ｇａ合金塊の切断を行うので、切断面に変質層が形成される場合がある。この変質層は、切削するだけで容易に除去することができるものの、その後に続く、表面平坦化のための切削、研磨工程が必要であり、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率が低下する。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、例えば溶解鋳造によって製造されたＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、生産効率が低下することなく、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなくこれを切断して所望の形状に切断（加工）することができるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法、およびスパッタリングターゲットの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、溶解鋳造により作製された、Ｃｕ−Ｇａ合金からなる直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する熱処理工程と、
熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を切断するスライス加工工程であって、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断するスライス加工工程と、を含むことを特徴とするＣｕ−Ｇａ合金の切断方法である。
【００１７】
また本発明のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法において、Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
前記Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。熱処理工程では、溶解鋳造により作製された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する。この熱処理によって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を解放することができる。次に、スライス加工工程では、熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断する。スライス加工工程では、熱処理によって内部応力が解放されたＣｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工するので、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断しても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００２０】
また、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工は、ワイヤー放電加工のように水中での加工ではなく、水性または油性の加工液を噴きつけながら行う加工である。そのため、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金における切断面に、変質層が形成されることはない。したがって、スライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金に対して、変質層を除去するための切削加工を施す必要がないので、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率を向上することができる。
【００２１】
また本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下である。Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、硬度が高くて脆い硬脆材であるので、Ｃｕ−Ｇａ合金塊を切断する際に、ひびが入ったり、割れたり欠けたりするおそれがある。これに対して、本発明の切断方法では、Ｃｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を熱処理によって解放するので、Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００２２】
また本発明によれば、スパッタリングターゲットの製造方法では、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく所望の形状に切断することができる、前述のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製するので、ひび割れなどの欠陥が発生していないスパッタリングターゲットを製造することができる。したがって、製造されたスパッタリングターゲットは、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】スパッタリングターゲットの製造方法を説明するための図である。
【図２】ダイヤモンドバンドソー装置１の構成を示す斜視図である。
【図３】マルチワイヤソー装置１０の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。そして、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法は、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法における各工程を含む。具体的には、スパッタリングターゲットの製造方法は、Ｃｕ−Ｇａ合金塊を準備する準備工程と、熱処理工程と、端部切断加工工程と、スライス加工工程と、切出し工程と、表面研磨加工工程とを含む。スパッタリングターゲットの製造方法における、熱処理工程とスライス加工工程とは、本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法に含まれる工程である。図１は、スパッタリングターゲットの製造方法を説明するための図である。
【００２５】
（準備工程）
準備工程では、図１（ａ）に示すように、Ｃｕ（銅）およびＧａ（ガリウム）の合金であるＣｕ−Ｇａ合金からなる、直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を準備する。
【００２６】
Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１は、溶解鋳造によって製造されていることが好ましい。溶解鋳造によって製造することにより、Ｃｕ中にＧａが偏析しないので、Ｃｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとしてスパッタリングに用いたときに得られる薄膜の性能を維持することができる。なお、溶解鋳造の具体的な方法は、一般的な方法を採用することができ、特に限定されるものではない。
【００２７】
Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、任意の値とすればよいが、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることが好ましく、１５ａｔ％以上４０ａｔ％以下であることがより好ましい。なお、本発明においては、「ａｔ％」を「モル％」と類義の語句として扱うこととする。
【００２８】
また、Ｃｕ中にＧａができるだけ偏析しないようにするには、溶解鋳造時にＣｕ−Ｇａ合金全体がより均一に冷却されることが望ましい。したがって、溶解鋳造されるＣｕ−Ｇａ合金塊８１は、偏平な直方体形状、具体的には、溶解鋳造の具体的な条件にもよるが、例えば、縦２５０ｍｍ×横５００ｍｍ×厚み５０ｍｍ程度の大きさにすることが好ましい。
【００２９】
（熱処理工程）
熱処理工程では、準備工程において準備された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、大気圧下または真空下（好ましくは大気圧下）で熱処理する。熱処理時の温度としては、４５０℃以上７００℃未満、より好ましくは５００℃以上６００℃以下である。
【００３０】
準備工程において、例えば、溶解鋳造によってＣｕ−Ｇａ合金塊８１を製造した場合、このＣｕ−Ｇａ合金塊８１は、内部に応力が発生したものとなっている。Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を熱処理することによって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部に発生した応力を解放することができる。熱処理時の温度が低すぎる場合、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部に発生した応力を解放できず、高すぎる場合は偏析が起こる。熱処理の時間は、１時間以上１２時間以下が好ましく、より好ましくは２時間以上８時間以下である。熱処理の時間が短すぎる場合、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部応力の解放ができず、長すぎる場合生産性の低下につながる。
【００３１】
（端部切断加工工程）
端部切断加工工程では、図１（ｂ）に示すように、熱処理工程において熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１の端部近傍を切断し、端部部分片８１１を不要部分として切除する。具体的には、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の、直方体の最も長い辺に平行な方向（以下、「長手方向」という）における両端部を切断する。端部切断加工工程では、後述するスライス加工工程で使用するダイヤモンドバンドソー装置や、ワイヤー放電加工、放電加工、レーザー加工、研削機によるダイヤモンド切断加工、切削加工、ウォータージェット加工、ワイヤーソー、ブレードソーを用いて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断加工を行う。
【００３２】
（スライス加工工程）
スライス加工工程では、図１（ｃ）に示すように、長手方向両端部の不要部分が切除されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断し、複数の平板状のスライス板８２を作製する。
【００３３】
スライス加工工程では、熱処理によって内部応力が解放されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１をスライス加工するので、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断しても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００３４】
また、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工は、ワイヤー放電加工のように水中での加工ではなく、水性または油性の加工液を噴きつけながら行う加工である。そのため、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金における切断面に、変質層が形成されることはない。したがって、スライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金に対して、変質層を除去するための切削加工を施す必要がないので、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率を向上することができる。
【００３５】
ここで、スライス加工工程において用いるダイヤモンドバンドソー装置およびマルチワイヤソー装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、ダイヤモンドバンドソー装置１の構成を示す斜視図である。ダイヤモンドバンドソー装置１は、ダイヤモンドバンドソー２を駆動プーリ３とテンションプーリ４との間でテンションシリンダ６により張力を与え、駆動モータ５からの動力によりダイヤモンドバンドソー２を高速回転させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断する装置である。
【００３７】
ダイヤモンドバンドソー２は、図２（ｂ）に示すように、ベルト部２１と切削用チップ２２とを含む。ベルト部２１は、帯状の金属板をリング状に形成したエンドレス状の部材である。このベルト部２１の幅方向の一端側に、所定の等間隔をあけて複数の切削用チップ２２が固定されている。切削用チップ２２は、金属からなる直方体形状の基体の表面に、ダイヤモンド砥粒が電着されたものである。ダイヤモンド砥粒の粒度は、例えば４０以上４００以下であり、本実施形態では粒度８０のダイヤモンド砥粒を用いる。ダイヤモンド砥粒の基体に対する接着方法としては、電着、メタル、樹脂、接着剤などがあるが、特に電着が好まれる。
【００３８】
ダイヤモンドバンドソー装置１は、回転するダイヤモンドバンドソー２に対して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１が載置された支持台７を鉛直方向上方に移動させ、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１に対して切削用チップ２２を当接させることで、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断する。また、ダイヤモンドバンドソー２による１回のスライス加工が終了した時点で、支持台７を鉛直方向下方に移動させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１をダイヤモンドバンドソー２から退避させ、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の厚み方向に支持台７をピッチ送り移動させ、その後、支持台７を鉛直方向上方に移動させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１のスライス加工を順次行う。このようにして、複数の平板状のスライス板８２を作製することができる。
【００３９】
本実施形態において、ダイヤモンドバンドソー装置１の動作条件としては、ダイヤモンドバンドソー２の回転速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１５００ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、支持台７のダイヤモンドバンドソー２に向けての鉛直方向上方への移動速度、すなわち、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上２０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が前記範囲であることに対応して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上４０００ｍｍ２／ｍｉｎ以下であることが好ましい。なお、前記切断面積速度は、単位時間あたりにＣｕ−Ｇａ合金塊８１が切断される切断面の面積である。
【００４０】
図３は、マルチワイヤソー装置１０の構成を示す斜視図である。マルチワイヤソー装置１０は、１本のワイヤー１１が、１個のドライブ多溝ローラ１２ａと２個のドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃとの間に巻掛けられて張架される。マルチワイヤソー装置１０では、ワイヤー１１が３個の多溝ローラに巻掛けられて張架されることによりワイヤー列１３を構成し、このワイヤー列１３を構成するワイヤー１１を、ドライブ多溝ローラ１２ａの回転駆動により送り出して往復走行させるようになっている。ドライブ多溝ローラ１２ａは、駆動モータ１４からの動力により回転駆動する。
【００４１】
ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃは、ローラ本体の外周面に、複数の環状溝が等間隔に形成されて構成される。この環状溝に沿ってワイヤー１１が巻掛けられてワイヤー列１３を構成することになる。このような構成のマルチワイヤソー装置１０では、ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃに形成される環状溝の数によってワイヤー列１３の列数が決定され、このワイヤー列１３の列数によって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１に対して同時にスライス加工可能な切断数が決定される。
【００４２】
マルチワイヤソー装置１０は、ドライブ多溝ローラ１２ａの駆動によって走行するワイヤー１１のワイヤー列１３に対して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を移動させて当接させることで、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断し、ワイヤー列１３の列数に対応した複数の平板状のスライス板８２を作製することができる。マルチワイヤソー装置１０においてＣｕ−Ｇａ合金塊８１のスライス加工時には、ワイヤー列１３に遊離砥粒を供給するようになっている。
【００４３】
遊離砥粒としては、研磨材と切削油（例えばＧＬ−１０６、パレス化学社製）とを混合した遊離砥粒を挙げることができる。研磨材としては、例えばＳｉＣからなる研磨材を挙げることができ、その研磨材の粒度は、例えば２００以上４０００以下であり、本実施形態では粒度１０００のＳｉＣ研磨材を用いる。
【００４４】
本実施形態において、マルチワイヤソー装置１０の動作条件としては、ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃにおける環状溝の間隔、すなわち、ワイヤー列１３におけるワイヤーピッチが０．５ｍｍ以上２６ｍｍ以下であることが好ましく、ワイヤー１１の断面直径（ワイヤー径）が０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、ドライブ多溝ローラ１２ａとドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃとの間に巻掛けられて張架された状態のワイヤー１１の張力が２０Ｎ以上１００Ｎ以下であることが好ましい。
【００４５】
また、ドライブ多溝ローラ１２ａの駆動によって走行するワイヤー１１の平均走行速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１５００ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、ワイヤー列１３に対するＣｕ−Ｇａ合金塊８１の移動速度、すなわち、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上０．５ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が前記範囲であることに対応して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上５５００ｃｍ２／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００４６】
なお、マルチワイヤソー装置１０は、前述したように、ワイヤー列１３の列数に応じて、複数の切断を同時に行うことが可能である。そこで、前記切断面積速度に同時切断数を乗じた総切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上８００００ｃｍ２／ｍｉｎ以下に設定される。
【００４７】
（切出し工程）
切出し工程では、図１（ｄ）に示すように、スライス加工工程において得られたスライス板８２を、厚み方向に切断して、所望の大きさのスパッタリングターゲット用合金体８３を作製する。切出し工程では、例えば、特開２００９−２５５２８６号公報に記載されるワイヤー放電加工装置を用いて、スライス板８２の切断加工を行う。
【００４８】
スパッタリングターゲット用合金体８３をスパッタリングターゲットとして使用する場合、厚み方向一表面がスパッタリング時のスパッタリング面となる。そのため、切出し工程においてワイヤー放電加工装置を用いてスライス板８２の切断加工を行い、切断加工後に得られたスパッタリングターゲット用合金体８３の端面に変質層が形成されたとしても、スパッタリングに悪影響を及ぼすことはない。
【００４９】
（表面研磨加工工程）
表面研磨加工工程では、切出し工程において得られたスパッタリングターゲット用合金体８３の表面を研磨する。なお、スライス加工工程においてマルチワイヤソー装置１０を用いてスライス加工してスライス板８２を作製した場合には、表面平滑性に優れた切断面とすることができるので、この場合には表面研磨加工工程を省略することができる。
【００５０】
表面研磨加工工程では、ディスクグラインダー、オービタルサンダー、ベルトサンダー、ストレートサンダー、平面研削盤などの種々の研磨装置が使用される。研磨装置を使用した表面研磨加工としては、所望とする表面平滑性が得られる方法であれば、特に限定されるものではないが、粒度１２０〜３００、好ましくは１８０〜２４０のナイロンディスクを装着したディスクグラインダーを使用し、回転数を６０００〜１２０００ｒｐｍ、好ましくは６０００〜９０００ｒｐｍで、同一箇所の研磨を３〜２０回、好ましくは６〜１２回行う、または、粒度８０〜６００、好ましくは１２０〜２４０のアルミナ砥粒が接合した布研磨剤を装着したベルトサンダーを使用し、回転数２０００〜７２００ｒｐｍ、好ましくは３６００〜７０００ｒｐｍで同一箇所を５〜３０回、好ましくは１０〜２０回行うことが好ましい。かかる方法で表面研磨加工を実施した場合には、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下の表面粗さを有するスパッタリングターゲット用合金体８３を作製することができる。
【００５１】
以上のような方法で製造されたスパッタリングターゲット用合金体８３は、ひび割れなどの欠陥が発生していないものであるので、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【００５２】
（実施例）
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、実施例は本発明の一実施態様であり、本発明を限定するものではない。
【００５３】
（実施例１）
溶解鋳造によって製造された、Ｇａ組成比が３０ａｔ％のＣｕ−Ｇａ合金塊を準備した。このＣｕ−Ｇａ合金塊は、縦４６０ｍｍ、横３４０ｍｍ、厚み６８．５ｍｍの直方体形状の塊状体である。
【００５４】
準備したＣｕ−Ｇａ合金塊に対して、熱風循環炉を用い、大気圧下、５７０℃で２時間の熱処理を行った。
【００５５】
次に、熱処理後のＣｕ−Ｇａ合金塊を室温まで自然冷却した後、不要な部分を研削機によるダイヤモンド切断で切断し、縦２４０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚み６８．５ｍｍの直方体を作製した。前述した図２に示すダイヤモンドバンドソー装置を用いて、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工し、縦２４０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚み２１．５ｍｍの直方体形状のスライス板を作製した。なお、ダイヤモンドバンドソー装置の動作条件は、以下のように設定した。
・切削用チップのダイヤモンド砥粒：粒度８０のダイヤモンド砥粒
・ダイヤモンドバンドソーの回転速度：９００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：６４０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５６】
（実施例２）
ダイヤモンドバンドソー装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・切削用チップのダイヤモンド砥粒：粒度８０のダイヤモンド砥粒
・ダイヤモンドバンドソーの回転速度：９００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：１ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：３２０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５７】
（実施例３）
前述した図３に示すマルチワイヤソー装置を用いて、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように、熱処理後のＣｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。なお、マルチワイヤソー装置の動作条件は、以下のように設定した。
・遊離砥粒：粒度１０００のＳｉＣからなる研磨材と切削油（ＧＬ−１０６）との混合物
・ワイヤーピッチ：５．２５８ｍｍ
・ワイヤー径：０．１６ｍｍ
・ワイヤー張力：２５Ｎ
・ワイヤー平均走行速度：７００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：０．２ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：６４ｍｍ２／ｍｉｎ
・同時切断数：１５
・総切断面積速度：９６０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５８】
（実施例４）
マルチワイヤソー装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は実施例３と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・遊離砥粒：粒度１０００のＳｉＣからなる研磨材と切削油（ＧＬ−１０６）との混合物
・ワイヤーピッチ：５．２５８ｍｍ
・ワイヤー径：０．１６ｍｍ
・ワイヤー張力：２５Ｎ
・ワイヤー平均走行速度：７００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：０．１６ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：５１ｍｍ２／ｍｉｎ
・同時切断数：１５
・総切断面積速度：７６５ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５９】
（比較例１）
熱処理されていないＣｕ−Ｇａ合金塊を、ワイヤー放電加工装置を用いて、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように、スライス加工したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。なお、ワイヤー放電加工装置の動作条件は、以下のように設定した。
・切断速度：０．９ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：２１６ｍｍ２／ｍｉｎ
【００６０】
（比較例２）
ワイヤー放電加工装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は比較例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・切断速度：０．６ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：１４４ｍｍ２／ｍｉｎ
【００６１】
実施例１〜４および比較例１，２で得られたスライス板について、ひび割れ、欠けが発生しているか否か、変質層が切断面に形成されているか否かを目視にて評価した。また、実施例１〜４および比較例１，２で得られたスライス板について、切断面における算術平均粗さＲａを測定した。評価結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
実施例１〜４で得られたスライス板には、ひび割れ、欠けが発生していなかった。このように、実施例１〜４においてひび割れ、欠けの発生を抑制できたのは、熱処理によってＣｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を解放させた後に、スライス加工したためである。
【００６４】
また、ワイヤー放電加工装置を用いてスライス加工した比較例１，２のスライス板には、切断面に変質層が形成されているのに対して、実施例１〜４のスライス板には変質層が形成されていないことが確認できた。
【００６５】
また、マルチワイヤソー装置を用いてスライス加工した実施例３，４のスライス板は、算術平均粗さＲａが０．４μｍであった。この結果から、マルチワイヤソー装置を用いてスライス加工することによって、切断面の表面平滑性に優れたスライス板を得ることができることがわかる。
【００６６】
また、実施例１〜４では、ダイヤモンドバンドソー装置またはマルチワイヤソー装置を用いてスライス加工したので、ワイヤー放電加工装置を用いてスライス加工した比較例１，２よりも、ひび割れ、欠けの発生を抑制した上で、総切断面積速度を高い値に設定することができ、スライス板の生産効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ ダイヤモンドバンドソー装置
２ ダイヤモンドバンドソー
３ 駆動プーリ
４ テンションプーリ
５ 駆動モータ
６ テンション用シリンダ
７ 支持台
１０ マルチワイヤソー装置
１１ワイヤー
１２ａ ドライブ多溝ローラ
１２ｂ，１２ｃ ドリブン多溝ローラ
１３ ワイヤー列
１４ 駆動モータ
２１ ベルト部
２２ 切削用チップ
８１ Ｃｕ−Ｇａ合金塊
８２ スライス板
８３ スパッタリングターゲット用合金体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法およびスパッタリングターゲットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｇａ（ガリウム）の組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、主に、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして用いられる。
【０００３】
スパッタリングターゲットは、溶解鋳造法によって製造された直方体形状（例えば大きさが、３００ｍｍ×４００ｍｍ×１０００ｍｍである）の合金インゴット（スラブ）を、旋盤や丸鋸を用いて幾つかに切断し、切断された合金片（スラブ）を圧延、切削することにより製造される。
【０００４】
スパッタリングターゲットとして用いられるＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、延性や展性が乏しく、硬度が高くて割れ易い（脆い）。そのため、例えば直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊に切断加工を含む塑性加工などの加工を施すと、加工後の当該Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。このような不都合が生じたＣｕ−Ｇａ合金を製品化するには、例えばひびが入った部分などを切削して除去しなければならない。また、発生した切削屑には切削によって不純物が混入してしまうため、例えばＣｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとして用いる場合には、当該切削屑をＣｕ−Ｇａ合金として再利用することはできない。それゆえ、再利用できない多量の切削屑が発生してＣｕ−Ｇａ合金の製品の歩留りが悪くなる。
【０００５】
さらに、一般にスパッタリングターゲットとして用いられるＣｕ−Ｇａ合金のうち、Ｇａの組成比が原子百分率で２５ａｔ％以上と大きいＣｕ−Ｇａ合金（いわゆる硬脆材）は、特に硬度が高くて割れ易い（脆い）ため、塑性加工などの加工を施すことができない。
【０００６】
そこで、通常、Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、セラミックスなどの成形と同様に、Ｃｕ−Ｇａ合金粉末を焼結することによって所望の形状に成形（製造）している。
【０００７】
しかしながら、粉末を焼結することによって所望の形状のＣｕ−Ｇａ合金を製造する方法では、塑性加工などの加工を施して製造する方法と比較して、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の歩留りは改善されるものの、当該製品の生産性が低くなってしまう。
【０００８】
また、例えば、特許文献１には、溶解鋳造によって、スパッタリングターゲット用のＣｕ−Ｇａ合金を製造する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、比較的小さなサイズのＣｕ−Ｇａ合金しか製造することができず、また、所望するＣｕ−Ｇａ合金の大きさに合わせたモールドをその都度用意しなければならないので、生産性が極めて低い。
【０００９】
Ｃｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとして用いる場合には、当該Ｃｕ−Ｇａ合金は一般的に生産性の高い溶解鋳造によって製造されていることが望ましいものの、塑性加工などの加工を施さずに所望の大きさのＣｕ−Ｇａ合金を得る上記方法では生産性が向上せず、溶解鋳造によって製造されたＣｕ−Ｇａ合金塊に塑性加工などの加工を施すと、加工後の当該Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。特に、直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように切断するスライス加工時に、Ｃｕ−Ｇａ合金にひびが入ったり、割れたり欠けたりする。
【００１０】
したがって、例えば溶解鋳造によって製造されたＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく切断して所望の形状に切断（加工）することができるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法が望まれている。
【００１１】
このような問題点を解決する方法として、特許文献２には、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をワイヤー放電加工によって切断する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−７３１６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に開示されるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をワイヤー放電加工によって切断するので、Ｃｕ−Ｇａ合金塊に対して大きな力を付与せずに非接触で切断することができ、スライス加工であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく所望の形状に切断することができる。
【００１４】
しかしながら、ワイヤー放電加工は、水を介してＣｕ−Ｇａ合金塊に対してアーク放電を行うことにより、当該Ｃｕ−Ｇａ合金塊の切断を行うので、切断面に変質層が形成される場合がある。この変質層は、切削するだけで容易に除去することができるものの、その後に続く、表面平坦化のための切削、研磨工程が必要であり、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率が低下する。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、例えば溶解鋳造によって製造されたＧａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、生産効率が低下することなく、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなくこれを切断して所望の形状に切断（加工）することができるＣｕ−Ｇａ合金の切断方法、およびスパッタリングターゲットの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、溶解鋳造により作製された、Ｃｕ−Ｇａ合金からなる直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する熱処理工程と、
熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を切断するスライス加工工程であって、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断するスライス加工工程と、を含むことを特徴とするＣｕ−Ｇａ合金の切断方法である。
【００１７】
また本発明のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法において、Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
前記Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。熱処理工程では、溶解鋳造により作製された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する。この熱処理によって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を解放することができる。次に、スライス加工工程では、熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断する。スライス加工工程では、熱処理によって内部応力が解放されたＣｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工するので、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断しても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００２０】
また、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工は、ワイヤー放電加工のように水中での加工ではなく、水性または油性の加工液を噴きつけながら行う加工である。そのため、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金における切断面に、変質層が形成されることはない。したがって、スライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金に対して、変質層を除去するための切削加工を施す必要がないので、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率を向上することができる。
【００２１】
また本発明によれば、Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下である。Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金は、硬度が高くて脆い硬脆材であるので、Ｃｕ−Ｇａ合金塊を切断する際に、ひびが入ったり、割れたり欠けたりするおそれがある。これに対して、本発明の切断方法では、Ｃｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を熱処理によって解放するので、Ｇａの組成比が比較的大きいＣｕ−Ｇａ合金塊であっても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００２２】
また本発明によれば、スパッタリングターゲットの製造方法では、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく所望の形状に切断することができる、前述のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製するので、ひび割れなどの欠陥が発生していないスパッタリングターゲットを製造することができる。したがって、製造されたスパッタリングターゲットは、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】スパッタリングターゲットの製造方法を説明するための図である。
【図２】ダイヤモンドバンドソー装置１の構成を示す斜視図である。
【図３】マルチワイヤソー装置１０の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法は、熱処理工程とスライス加工工程とを含む。そして、本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法は、Ｃｕ−Ｇａ合金の切断方法における各工程を含む。具体的には、スパッタリングターゲットの製造方法は、Ｃｕ−Ｇａ合金塊を準備する準備工程と、熱処理工程と、端部切断加工工程と、スライス加工工程と、切出し工程と、表面研磨加工工程とを含む。スパッタリングターゲットの製造方法における、熱処理工程とスライス加工工程とは、本実施形態のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法に含まれる工程である。図１は、スパッタリングターゲットの製造方法を説明するための図である。
【００２５】
（準備工程）
準備工程では、図１（ａ）に示すように、Ｃｕ（銅）およびＧａ（ガリウム）の合金であるＣｕ−Ｇａ合金からなる、直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を準備する。
【００２６】
Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１は、溶解鋳造によって製造されていることが好ましい。溶解鋳造によって製造することにより、Ｃｕ中にＧａが偏析しないので、Ｃｕ−Ｇａ合金をスパッタリングターゲットとしてスパッタリングに用いたときに得られる薄膜の性能を維持することができる。なお、溶解鋳造の具体的な方法は、一般的な方法を採用することができ、特に限定されるものではない。
【００２７】
Ｃｕ−Ｇａ合金におけるＧａの組成比は、任意の値とすればよいが、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることが好ましく、１５ａｔ％以上４０ａｔ％以下であることがより好ましい。なお、本発明においては、「ａｔ％」を「モル％」と類義の語句として扱うこととする。
【００２８】
また、Ｃｕ中にＧａができるだけ偏析しないようにするには、溶解鋳造時にＣｕ−Ｇａ合金全体がより均一に冷却されることが望ましい。したがって、溶解鋳造されるＣｕ−Ｇａ合金塊８１は、偏平な直方体形状、具体的には、溶解鋳造の具体的な条件にもよるが、例えば、縦２５０ｍｍ×横５００ｍｍ×厚み５０ｍｍ程度の大きさにすることが好ましい。
【００２９】
（熱処理工程）
熱処理工程では、準備工程において準備された直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、大気圧下または真空下（好ましくは大気圧下）で熱処理する。熱処理時の温度としては、４５０℃以上７００℃未満、より好ましくは５００℃以上６００℃以下である。
【００３０】
準備工程において、例えば、溶解鋳造によってＣｕ−Ｇａ合金塊８１を製造した場合、このＣｕ−Ｇａ合金塊８１は、内部に応力が発生したものとなっている。Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を熱処理することによって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部に発生した応力を解放することができる。熱処理時の温度が低すぎる場合、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部に発生した応力を解放できず、高すぎる場合は偏析が起こる。熱処理の時間は、１時間以上１２時間以下が好ましく、より好ましくは２時間以上８時間以下である。熱処理の時間が短すぎる場合、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の内部応力の解放ができず、長すぎる場合生産性の低下につながる。
【００３１】
（端部切断加工工程）
端部切断加工工程では、図１（ｂ）に示すように、熱処理工程において熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１の端部近傍を切断し、端部部分片８１１を不要部分として切除する。具体的には、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の、直方体の最も長い辺に平行な方向（以下、「長手方向」という）における両端部を切断する。端部切断加工工程では、後述するスライス加工工程で使用するダイヤモンドバンドソー装置や、ワイヤー放電加工、放電加工、レーザー加工、研削機によるダイヤモンド切断加工、切削加工、ウォータージェット加工、ワイヤーソー、ブレードソーを用いて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断加工を行う。
【００３２】
（スライス加工工程）
スライス加工工程では、図１（ｃ）に示すように、長手方向両端部の不要部分が切除されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１を、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断し、複数の平板状のスライス板８２を作製する。
【００３３】
スライス加工工程では、熱処理によって内部応力が解放されたＣｕ−Ｇａ合金塊８１をスライス加工するので、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断しても、ひびが入ったり、割れたり欠けたりすることなく、所望の形状に切断することができる。
【００３４】
また、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工は、ワイヤー放電加工のように水中での加工ではなく、水性または油性の加工液を噴きつけながら行う加工である。そのため、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いたスライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金における切断面に、変質層が形成されることはない。したがって、スライス加工後のＣｕ−Ｇａ合金に対して、変質層を除去するための切削加工を施す必要がないので、Ｃｕ−Ｇａ合金の製品の生産効率を向上することができる。
【００３５】
ここで、スライス加工工程において用いるダイヤモンドバンドソー装置およびマルチワイヤソー装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、ダイヤモンドバンドソー装置１の構成を示す斜視図である。ダイヤモンドバンドソー装置１は、ダイヤモンドバンドソー２を駆動プーリ３とテンションプーリ４との間でテンションシリンダ６により張力を与え、駆動モータ５からの動力によりダイヤモンドバンドソー２を高速回転させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断する装置である。
【００３７】
ダイヤモンドバンドソー２は、図２（ｂ）に示すように、ベルト部２１と切削用チップ２２とを含む。ベルト部２１は、帯状の金属板をリング状に形成したエンドレス状の部材である。このベルト部２１の幅方向の一端側に、所定の等間隔をあけて複数の切削用チップ２２が固定されている。切削用チップ２２は、金属からなる直方体形状の基体の表面に、ダイヤモンド砥粒が電着されたものである。ダイヤモンド砥粒の粒度は、例えば４０以上４００以下であり、本実施形態では粒度８０のダイヤモンド砥粒を用いる。ダイヤモンド砥粒の基体に対する接着方法としては、電着、メタル、樹脂、接着剤などがあるが、特に電着が好まれる。
【００３８】
ダイヤモンドバンドソー装置１は、回転するダイヤモンドバンドソー２に対して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１が載置された支持台７を鉛直方向上方に移動させ、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１に対して切削用チップ２２を当接させることで、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断する。また、ダイヤモンドバンドソー２による１回のスライス加工が終了した時点で、支持台７を鉛直方向下方に移動させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１をダイヤモンドバンドソー２から退避させ、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の厚み方向に支持台７をピッチ送り移動させ、その後、支持台７を鉛直方向上方に移動させて、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１のスライス加工を順次行う。このようにして、複数の平板状のスライス板８２を作製することができる。
【００３９】
本実施形態において、ダイヤモンドバンドソー装置１の動作条件としては、ダイヤモンドバンドソー２の回転速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１５００ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、支持台７のダイヤモンドバンドソー２に向けての鉛直方向上方への移動速度、すなわち、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上２０ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が前記範囲であることに対応して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上４０００ｍｍ２／ｍｉｎ以下であることが好ましい。なお、前記切断面積速度は、単位時間あたりにＣｕ−Ｇａ合金塊８１が切断される切断面の面積である。
【００４０】
図３は、マルチワイヤソー装置１０の構成を示す斜視図である。マルチワイヤソー装置１０は、１本のワイヤー１１が、１個のドライブ多溝ローラ１２ａと２個のドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃとの間に巻掛けられて張架される。マルチワイヤソー装置１０では、ワイヤー１１が３個の多溝ローラに巻掛けられて張架されることによりワイヤー列１３を構成し、このワイヤー列１３を構成するワイヤー１１を、ドライブ多溝ローラ１２ａの回転駆動により送り出して往復走行させるようになっている。ドライブ多溝ローラ１２ａは、駆動モータ１４からの動力により回転駆動する。
【００４１】
ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃは、ローラ本体の外周面に、複数の環状溝が等間隔に形成されて構成される。この環状溝に沿ってワイヤー１１が巻掛けられてワイヤー列１３を構成することになる。このような構成のマルチワイヤソー装置１０では、ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃに形成される環状溝の数によってワイヤー列１３の列数が決定され、このワイヤー列１３の列数によって、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１に対して同時にスライス加工可能な切断数が決定される。
【００４２】
マルチワイヤソー装置１０は、ドライブ多溝ローラ１２ａの駆動によって走行するワイヤー１１のワイヤー列１３に対して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を移動させて当接させることで、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１を切断し、ワイヤー列１３の列数に対応した複数の平板状のスライス板８２を作製することができる。マルチワイヤソー装置１０においてＣｕ−Ｇａ合金塊８１のスライス加工時には、ワイヤー列１３に遊離砥粒を供給するようになっている。
【００４３】
遊離砥粒としては、研磨材と切削油（例えばＧＬ−１０６、パレス化学社製）とを混合した遊離砥粒を挙げることができる。研磨材としては、例えばＳｉＣからなる研磨材を挙げることができ、その研磨材の粒度は、例えば２００以上４０００以下であり、本実施形態では粒度１０００のＳｉＣ研磨材を用いる。
【００４４】
本実施形態において、マルチワイヤソー装置１０の動作条件としては、ドライブ多溝ローラ１２ａおよびドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃにおける環状溝の間隔、すなわち、ワイヤー列１３におけるワイヤーピッチが０．５ｍｍ以上２６ｍｍ以下であることが好ましく、ワイヤー１１の断面直径（ワイヤー径）が０．１５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、ドライブ多溝ローラ１２ａとドリブン多溝ローラ１２ｂ，１２ｃとの間に巻掛けられて張架された状態のワイヤー１１の張力が２０Ｎ以上１００Ｎ以下であることが好ましい。
【００４５】
また、ドライブ多溝ローラ１２ａの駆動によって走行するワイヤー１１の平均走行速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上１５００ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、ワイヤー列１３に対するＣｕ−Ｇａ合金塊８１の移動速度、すなわち、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が０．１ｍｍ／ｍｉｎ以上０．５ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断速度が前記範囲であることに対応して、Ｃｕ−Ｇａ合金塊８１の切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上５５００ｃｍ２／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００４６】
なお、マルチワイヤソー装置１０は、前述したように、ワイヤー列１３の列数に応じて、複数の切断を同時に行うことが可能である。そこで、前記切断面積速度に同時切断数を乗じた総切断面積速度が２５０ｍｍ２／ｍｉｎ以上８００００ｃｍ２／ｍｉｎ以下に設定される。
【００４７】
（切出し工程）
切出し工程では、図１（ｄ）に示すように、スライス加工工程において得られたスライス板８２を、厚み方向に切断して、所望の大きさのスパッタリングターゲット用合金体８３を作製する。切出し工程では、例えば、特開２００９−２５５２８６号公報に記載されるワイヤー放電加工装置を用いて、スライス板８２の切断加工を行う。
【００４８】
スパッタリングターゲット用合金体８３をスパッタリングターゲットとして使用する場合、厚み方向一表面がスパッタリング時のスパッタリング面となる。そのため、切出し工程においてワイヤー放電加工装置を用いてスライス板８２の切断加工を行い、切断加工後に得られたスパッタリングターゲット用合金体８３の端面に変質層が形成されたとしても、スパッタリングに悪影響を及ぼすことはない。
【００４９】
（表面研磨加工工程）
表面研磨加工工程では、切出し工程において得られたスパッタリングターゲット用合金体８３の表面を研磨する。なお、スライス加工工程においてマルチワイヤソー装置１０を用いてスライス加工してスライス板８２を作製した場合には、表面平滑性に優れた切断面とすることができるので、この場合には表面研磨加工工程を省略することができる。
【００５０】
表面研磨加工工程では、ディスクグラインダー、オービタルサンダー、ベルトサンダー、ストレートサンダー、平面研削盤などの種々の研磨装置が使用される。研磨装置を使用した表面研磨加工としては、所望とする表面平滑性が得られる方法であれば、特に限定されるものではないが、粒度１２０〜３００、好ましくは１８０〜２４０のナイロンディスクを装着したディスクグラインダーを使用し、回転数を６０００〜１２０００ｒｐｍ、好ましくは６０００〜９０００ｒｐｍで、同一箇所の研磨を３〜２０回、好ましくは６〜１２回行う、または、粒度８０〜６００、好ましくは１２０〜２４０のアルミナ砥粒が接合した布研磨剤を装着したベルトサンダーを使用し、回転数２０００〜７２００ｒｐｍ、好ましくは３６００〜７０００ｒｐｍで同一箇所を５〜３０回、好ましくは１０〜２０回行うことが好ましい。かかる方法で表面研磨加工を実施した場合には、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下の表面粗さを有するスパッタリングターゲット用合金体８３を作製することができる。
【００５１】
以上のような方法で製造されたスパッタリングターゲット用合金体８３は、ひび割れなどの欠陥が発生していないものであるので、例えば、薄膜型太陽電池を構成する光吸収層の薄膜形成用のスパッタリングターゲットとして好適に用いることができる。
【００５２】
（実施例）
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、実施例は本発明の一実施態様であり、本発明を限定するものではない。
【００５３】
（実施例１）
溶解鋳造によって製造された、Ｇａ組成比が３０ａｔ％のＣｕ−Ｇａ合金塊を準備した。このＣｕ−Ｇａ合金塊は、縦４６０ｍｍ、横３４０ｍｍ、厚み６８．５ｍｍの直方体形状の塊状体である。
【００５４】
準備したＣｕ−Ｇａ合金塊に対して、熱風循環炉を用い、大気圧下、５７０℃で２時間の熱処理を行った。
【００５５】
次に、熱処理後のＣｕ−Ｇａ合金塊を室温まで自然冷却した後、不要な部分を研削機によるダイヤモンド切断で切断し、縦２４０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚み６８．５ｍｍの直方体を作製した。前述した図２に示すダイヤモンドバンドソー装置を用いて、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、Ｃｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工し、縦２４０ｍｍ、横３２０ｍｍ、厚み２１．５ｍｍの直方体形状のスライス板を作製した。なお、ダイヤモンドバンドソー装置の動作条件は、以下のように設定した。
・切削用チップのダイヤモンド砥粒：粒度８０のダイヤモンド砥粒
・ダイヤモンドバンドソーの回転速度：９００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：６４０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５６】
（実施例２）
ダイヤモンドバンドソー装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・切削用チップのダイヤモンド砥粒：粒度８０のダイヤモンド砥粒
・ダイヤモンドバンドソーの回転速度：９００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：１ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：３２０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５７】
（実施例３）
前述した図３に示すマルチワイヤソー装置を用いて、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように、熱処理後のＣｕ−Ｇａ合金塊をスライス加工したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。なお、マルチワイヤソー装置の動作条件は、以下のように設定した。
・遊離砥粒：粒度１０００のＳｉＣからなる研磨材と切削油（ＧＬ−１０６）との混合物
・ワイヤーピッチ：５．２５８ｍｍ
・ワイヤー径：０．１６ｍｍ
・ワイヤー張力：２５Ｎ
・ワイヤー平均走行速度：７００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：０．２ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：６４ｍｍ２／ｍｉｎ
・同時切断数：１５
・総切断面積速度：９６０ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５８】
（実施例４）
マルチワイヤソー装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は実施例３と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・遊離砥粒：粒度１０００のＳｉＣからなる研磨材と切削油（ＧＬ−１０６）との混合物
・ワイヤーピッチ：５．２５８ｍｍ
・ワイヤー径：０．１６ｍｍ
・ワイヤー張力：２５Ｎ
・ワイヤー平均走行速度：７００ｍ／ｍｉｎ
・切断速度：０．１６ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：５１ｍｍ２／ｍｉｎ
・同時切断数：１５
・総切断面積速度：７６５ｍｍ２／ｍｉｎ
【００５９】
（比較例１）
熱処理されていないＣｕ−Ｇａ合金塊を、ワイヤー放電加工装置を用いて、直方体の最も短い辺に対して切断面が垂直となるように、スライス加工したこと以外は実施例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。なお、ワイヤー放電加工装置の動作条件は、以下のように設定した。
・切断速度：０．９ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：２１６ｍｍ２／ｍｉｎ
【００６０】
（比較例２）
ワイヤー放電加工装置の動作条件を以下のように設定したこと以外は比較例１と同様にして、直方体形状のスライス板を作製した。
・切断速度：０．６ｍｍ／ｍｉｎ
・切断面積速度：１４４ｍｍ２／ｍｉｎ
【００６１】
実施例１〜４および比較例１，２で得られたスライス板について、ひび割れ、欠けが発生しているか否か、変質層が切断面に形成されているか否かを目視にて評価した。また、実施例１〜４および比較例１，２で得られたスライス板について、切断面における算術平均粗さＲａを測定した。評価結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
【００６３】
実施例１〜４で得られたスライス板には、ひび割れ、欠けが発生していなかった。このように、実施例１〜４においてひび割れ、欠けの発生を抑制できたのは、熱処理によってＣｕ−Ｇａ合金塊の内部に発生した応力を解放させた後に、スライス加工したためである。
【００６４】
また、ワイヤー放電加工装置を用いてスライス加工した比較例１，２のスライス板には、切断面に変質層が形成されているのに対して、実施例１〜４のスライス板には変質層が形成されていないことが確認できた。
【００６５】
また、マルチワイヤソー装置を用いてスライス加工した実施例３，４のスライス板は、算術平均粗さＲａが０．４μｍであった。この結果から、マルチワイヤソー装置を用いてスライス加工することによって、切断面の表面平滑性に優れたスライス板を得ることができることがわかる。
【００６６】
また、実施例１〜４では、ダイヤモンドバンドソー装置またはマルチワイヤソー装置を用いてスライス加工したので、ワイヤー放電加工装置を用いてスライス加工した比較例１，２よりも、ひび割れ、欠けの発生を抑制した上で、総切断面積速度を高い値に設定することができ、スライス板の生産効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ ダイヤモンドバンドソー装置
２ ダイヤモンドバンドソー
３ 駆動プーリ
４ テンションプーリ
５ 駆動モータ
６ テンション用シリンダ
７ 支持台
１０ マルチワイヤソー装置
１１ワイヤー
１２ａ ドライブ多溝ローラ
１２ｂ，１２ｃ ドリブン多溝ローラ
１３ ワイヤー列
１４ 駆動モータ
２１ ベルト部
２２ 切削用チップ
８１ Ｃｕ−Ｇａ合金塊
８２ スライス板
８３ スパッタリングターゲット用合金体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解鋳造により作製された、Ｃｕ−Ｇａ合金からなる直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する熱処理工程と、
熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を切断するスライス加工工程であって、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断するスライス加工工程と、を含むことを特徴とするＣｕ−Ｇａ合金の切断方法。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｇａ合金において、Ｇａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法。
【請求項３】
Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
請求項１または２に記載のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１】
溶解鋳造により作製された、Ｃｕ−Ｇａ合金からなる直方体形状のＣｕ−Ｇａ合金塊を、４５０℃以上７００℃未満の温度下で熱処理する熱処理工程と、
熱処理されたＣｕ−Ｇａ合金塊を切断するスライス加工工程であって、切断面が直方体の最も短い辺に対して垂直となるように、ダイヤモンドバンドソーまたはマルチワイヤソーを用いて切断するスライス加工工程と、を含むことを特徴とするＣｕ−Ｇａ合金の切断方法。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｇａ合金において、Ｇａの組成比は、原子百分率で１０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法。
【請求項３】
Ｃｕ−Ｇａ合金からなるスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
請求項１または２に記載のＣｕ−Ｇａ合金の切断方法によりスパッタリングターゲットを作製することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８６２３８（Ｐ２０１３−８６２３８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１１７１（Ｐ２０１１−２３１１７１）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]