Ｉｎスパッタリングターゲットの製造方法
【課題】 バッキングプレートからのＣｕの拡散を抑制して不純物の含有を低減可能なＩｎスパッタリングターゲットの製造方法を提供すること。
【解決手段】 ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート１上にＮｉ膜２を成膜する工程と、加熱されたバッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料３を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有している。特に、Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することが好ましい。
【解決手段】 ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート１上にＮｉ膜２を成膜する工程と、加熱されたバッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料３を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有している。特に、Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｉｎ内へのＣｕ拡散を低減可能なＩｎスパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化合物半導体による薄膜太陽電池が実用に供せられるようになり、この化合物半導体による薄膜太陽電池としては、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ四元系合金膜（以下、ＣＩＧＳ膜と称す）からなる光吸収層を用いたものが知られている。
上記ＣＩＧＳ膜からなる光吸収層の形成方法として、蒸着法により成膜する方法が知られており、この方法により得られたＣＩＧＳ膜からなる光吸収層は高いエネルギー変換効率が得られるものの、基板の大型化に伴い蒸着法による成膜においては、膜厚の面内分布の均一性が未だ十分とはいえない。そのために、スパッタ法によってＣＩＧＳ膜からなる光吸収層を形成する方法が提案されている。
【０００３】
このＣＩＧＳ膜をスパッタ法により成膜する方法として、まず、Ｉｎスパッタリングターゲットを使用してスパッタによりＩｎ膜を成膜し、このＩｎ膜の上にＣｕ−Ｇａ二元系合金ターゲットを使用してスパッタすることによりＣｕ−Ｇａ二元系合金膜を成膜し、得られたＩｎ膜およびＣｕ−Ｇａ二元系合金膜からなる積層膜をＳｅ雰囲気中で熱処理してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ四元系合金膜を形成する方法（いわゆる、セレン化法）が提案されている。
【０００４】
従来、上記のようなＩｎスパッタリングターゲットを作製する場合、例えば特許文献１に記載されているように、外周に堰を設けて鋳型を形成したＣｕ製バッキングプレートをホットプレートの上に載置して加熱し、その上にＩｎインゴットを投入し、溶解した後、放冷して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、Ｃｕのバッキングプレートを加熱して、その上にＩｎ原料を投入して溶解させるため、溶解したＩｎ中にバッキングプレートからＣｕが拡散してしまい、冷却して固化させた際にＩｎスパッタリングターゲット中に不純物としてＣｕが含まれてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、バッキングプレートからのＣｕの拡散を抑制して不純物の含有を低減可能なＩｎスパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート上にＮｉ膜を成膜する工程と、加熱された前記バッキングプレートの前記Ｎｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有していることを特徴とする。
【０００９】
このＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングプレートのＮｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バリア層として機能するＮｉ膜によりバッキングプレートからのＣｕの拡散が抑制され、Ｉｎスパッタリングターゲットの不純物含有量を低減することができる。また、ＮｉとＩｎとの接合性が高いため、バッキングプレートとＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【００１０】
また、本発明のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、前記Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することを特徴とする。
すなわち、このＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜するので、バッキングプレートとの密着性の良好なＮｉ膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法によれば、バッキングプレートのＮｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バッキングプレートからのＣｕの拡散を抑制することができると共に、バッキングプレートとＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態において、製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態を、図１を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、図１に示すように、ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート１上にＮｉ膜２を成膜するＮｉ膜形成工程と、加熱されたバッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料３を投入、溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有している。
また、上記Ｎｉ膜形成工程では、Ｎｉ膜２をイオンプレーティング法により成膜する。このイオンプレーティングによる成膜条件は、例えば初期到達真空圧力：１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）以下、蒸着時間：約３０ｍｉｎ、膜厚：約１４μｍとする。
なお、Ｎｉ膜２の厚さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。Ｎｉ膜２が１０μｍ未満では、バッキングプレートからのＣｕの拡散を防止できない場合があり、１００μｍを超えると、バッキングプレートからの剥離が発生する場合がある。
【００１５】
上記バッキングプレート１は、外周に堰となる円筒状の型５（ＳＵＳ製）を設けて鋳型を形成した状態で、Ｉｎ原料３を投入する。この投入するＩｎ原料３としては、９９．９９％以上の原料Ｉｎインゴットを用いる。
また、バッキングプレート１の加熱はホットプレート６上にバッキングプレート１を設置して行い、Ｉｎ原料３の溶解温度を例えば１７５℃に設定して加熱する。
【００１６】
Ｉｎ原料３が十分に溶解した後、例えば冷却時間：４時間で放冷し、固化させることでバッキングプレート１に接合されたＩｎインゴット４が得られる。そして、このＩｎインゴット４の表面を機械加工により研削して所定形状とすることで、Ｉｎスパッタリングターゲットが作製される。
【００１７】
このように本実施形態のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バリア層として機能するＮｉ膜２によりバッキングプレート１からのＣｕの拡散が抑制され、Ｉｎスパッタリングターゲットの不純物含有量を低減することができる。また、ＮｉとＩｎとの接合性が高いため、バッキングプレート１とＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【００１８】
また、Ｎｉ膜２をイオンプレーティング法により成膜するので、バッキングプレート１との密着性の良好なＮｉ膜を得ることができる。このＮｉ膜２は、上記のようにイオンプレーティング法により成膜することが好ましいが、電解めっきで形成しても構わない。なお、無電解めっきの場合は、Ｐ（リン）が含有されて濡れ性が低下する場合がある。
【実施例】
【００１９】
次に、上記本実施形態に基づいて実際にＩｎスパッタリングターゲットを作製した実施例について説明する。
本発明の実施例では、シンクロン社製イオンプレーティング装置（型番：ＢＭＣ−８００Ｔ）を用いＣｕ製バッキングプレート上にＮｉ膜をイオンプレーティング法により成膜した。また、この成膜条件は、初期到達真空圧力：１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）以下、蒸着時間：約３０ｍｉｎ、膜厚：約１４μｍとした。
【００２０】
さらに、Ｉｎ原料３の溶解温度は１７５℃とし、バッキングプレート１および堰となる円筒状の型５を設けて鋳型を形成し、ホットプレート６上で加熱し、溶解温度に到達した後、溶解したＩｎ原料３を投入した。また、溶解したＩｎ原料３の放冷による冷却時間は、４時間とした。また、作製したターゲットのサイズは、直径５０．８ｍｍ×厚さ１０ｍｍとした。
【００２１】
このように作製した本実施例のＩｎスパッタリングターゲットについて、ＩＣＰ法（高周波誘導結合プラズマ法）を用いてＣｕおよびＮｉの濃度を測定した不純物分析結果を以下の表１に示す。この不純物分析では、バッキングプレート（ＢＰ）から１ｍｍおよび５ｍｍの深さ位置におけるＣｕおよびＮｉの濃度を測定した。
なお、本発明の従来例として、Ｎｉ膜を形成せずにＣｕ製バッキングプレート上に原料Ｉｎを直接投入し、本実施例と同様の条件で溶解し、固化させたＩｎスパッタリングターゲットも作製して同様に評価した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
この表１の評価結果からわかるように、従来例では、バッキングプレートから１ｍｍおよび５ｍｍのいずれの深さ位置でもＣｕの不純物濃度が７５０質量ｐｐｍ以上と高いのに対し、本発明の実施例では、Ｃｕの濃度が２８ｐｐｍ以下となり大幅に低減されていると共に、Ｎｉの濃度も１３ｐｐｍと極微量に抑制されている。
このように本実施例の製造方法は、非常に不純物濃度が低いＩｎスパッタリングターゲットが得られている。
また、超音波探傷装置（日立エンジニアリングアンドサービス、ＦＳ−ＬＩＮＥ）を用いて測定したところ、実施例では接合率が９０％であり、Ｎｉ膜はＩｎへの濡れ性に優れ、良好に接合されていることが分かった。
【００２４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施形態において、イオンプレーティング法によりＮｉ膜を成膜する方法を例示したが、Ｎｉ膜を成膜する方法はイオンプレーティング法に限定されず、溶射法を用いてもよい。この場合でも上記の実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【符号の説明】
【００２５】
１…バッキングプレート、２…Ｎｉ膜、３…Ｉｎ原料、４…Ｉｎインゴット、６…ホットプレート
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｉｎ内へのＣｕ拡散を低減可能なＩｎスパッタリングターゲットの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化合物半導体による薄膜太陽電池が実用に供せられるようになり、この化合物半導体による薄膜太陽電池としては、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ四元系合金膜（以下、ＣＩＧＳ膜と称す）からなる光吸収層を用いたものが知られている。
上記ＣＩＧＳ膜からなる光吸収層の形成方法として、蒸着法により成膜する方法が知られており、この方法により得られたＣＩＧＳ膜からなる光吸収層は高いエネルギー変換効率が得られるものの、基板の大型化に伴い蒸着法による成膜においては、膜厚の面内分布の均一性が未だ十分とはいえない。そのために、スパッタ法によってＣＩＧＳ膜からなる光吸収層を形成する方法が提案されている。
【０００３】
このＣＩＧＳ膜をスパッタ法により成膜する方法として、まず、Ｉｎスパッタリングターゲットを使用してスパッタによりＩｎ膜を成膜し、このＩｎ膜の上にＣｕ−Ｇａ二元系合金ターゲットを使用してスパッタすることによりＣｕ−Ｇａ二元系合金膜を成膜し、得られたＩｎ膜およびＣｕ−Ｇａ二元系合金膜からなる積層膜をＳｅ雰囲気中で熱処理してＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ四元系合金膜を形成する方法（いわゆる、セレン化法）が提案されている。
【０００４】
従来、上記のようなＩｎスパッタリングターゲットを作製する場合、例えば特許文献１に記載されているように、外周に堰を設けて鋳型を形成したＣｕ製バッキングプレートをホットプレートの上に載置して加熱し、その上にＩｎインゴットを投入し、溶解した後、放冷して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、Ｃｕのバッキングプレートを加熱して、その上にＩｎ原料を投入して溶解させるため、溶解したＩｎ中にバッキングプレートからＣｕが拡散してしまい、冷却して固化させた際にＩｎスパッタリングターゲット中に不純物としてＣｕが含まれてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、バッキングプレートからのＣｕの拡散を抑制して不純物の含有を低減可能なＩｎスパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート上にＮｉ膜を成膜する工程と、加熱された前記バッキングプレートの前記Ｎｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有していることを特徴とする。
【０００９】
このＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングプレートのＮｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バリア層として機能するＮｉ膜によりバッキングプレートからのＣｕの拡散が抑制され、Ｉｎスパッタリングターゲットの不純物含有量を低減することができる。また、ＮｉとＩｎとの接合性が高いため、バッキングプレートとＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【００１０】
また、本発明のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、前記Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することを特徴とする。
すなわち、このＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜するので、バッキングプレートとの密着性の良好なＮｉ膜を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法によれば、バッキングプレートのＮｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バッキングプレートからのＣｕの拡散を抑制することができると共に、バッキングプレートとＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態において、製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るＩｎスパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態を、図１を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法は、図１に示すように、ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート１上にＮｉ膜２を成膜するＮｉ膜形成工程と、加熱されたバッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料３を投入、溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有している。
また、上記Ｎｉ膜形成工程では、Ｎｉ膜２をイオンプレーティング法により成膜する。このイオンプレーティングによる成膜条件は、例えば初期到達真空圧力：１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）以下、蒸着時間：約３０ｍｉｎ、膜厚：約１４μｍとする。
なお、Ｎｉ膜２の厚さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。Ｎｉ膜２が１０μｍ未満では、バッキングプレートからのＣｕの拡散を防止できない場合があり、１００μｍを超えると、バッキングプレートからの剥離が発生する場合がある。
【００１５】
上記バッキングプレート１は、外周に堰となる円筒状の型５（ＳＵＳ製）を設けて鋳型を形成した状態で、Ｉｎ原料３を投入する。この投入するＩｎ原料３としては、９９．９９％以上の原料Ｉｎインゴットを用いる。
また、バッキングプレート１の加熱はホットプレート６上にバッキングプレート１を設置して行い、Ｉｎ原料３の溶解温度を例えば１７５℃に設定して加熱する。
【００１６】
Ｉｎ原料３が十分に溶解した後、例えば冷却時間：４時間で放冷し、固化させることでバッキングプレート１に接合されたＩｎインゴット４が得られる。そして、このＩｎインゴット４の表面を機械加工により研削して所定形状とすることで、Ｉｎスパッタリングターゲットが作製される。
【００１７】
このように本実施形態のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングプレート１のＮｉ膜２上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製するので、バリア層として機能するＮｉ膜２によりバッキングプレート１からのＣｕの拡散が抑制され、Ｉｎスパッタリングターゲットの不純物含有量を低減することができる。また、ＮｉとＩｎとの接合性が高いため、バッキングプレート１とＩｎスパッタリングターゲットとの十分な接合強度も得ることができる。
【００１８】
また、Ｎｉ膜２をイオンプレーティング法により成膜するので、バッキングプレート１との密着性の良好なＮｉ膜を得ることができる。このＮｉ膜２は、上記のようにイオンプレーティング法により成膜することが好ましいが、電解めっきで形成しても構わない。なお、無電解めっきの場合は、Ｐ（リン）が含有されて濡れ性が低下する場合がある。
【実施例】
【００１９】
次に、上記本実施形態に基づいて実際にＩｎスパッタリングターゲットを作製した実施例について説明する。
本発明の実施例では、シンクロン社製イオンプレーティング装置（型番：ＢＭＣ−８００Ｔ）を用いＣｕ製バッキングプレート上にＮｉ膜をイオンプレーティング法により成膜した。また、この成膜条件は、初期到達真空圧力：１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−３Ｐａ）以下、蒸着時間：約３０ｍｉｎ、膜厚：約１４μｍとした。
【００２０】
さらに、Ｉｎ原料３の溶解温度は１７５℃とし、バッキングプレート１および堰となる円筒状の型５を設けて鋳型を形成し、ホットプレート６上で加熱し、溶解温度に到達した後、溶解したＩｎ原料３を投入した。また、溶解したＩｎ原料３の放冷による冷却時間は、４時間とした。また、作製したターゲットのサイズは、直径５０．８ｍｍ×厚さ１０ｍｍとした。
【００２１】
このように作製した本実施例のＩｎスパッタリングターゲットについて、ＩＣＰ法（高周波誘導結合プラズマ法）を用いてＣｕおよびＮｉの濃度を測定した不純物分析結果を以下の表１に示す。この不純物分析では、バッキングプレート（ＢＰ）から１ｍｍおよび５ｍｍの深さ位置におけるＣｕおよびＮｉの濃度を測定した。
なお、本発明の従来例として、Ｎｉ膜を形成せずにＣｕ製バッキングプレート上に原料Ｉｎを直接投入し、本実施例と同様の条件で溶解し、固化させたＩｎスパッタリングターゲットも作製して同様に評価した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
この表１の評価結果からわかるように、従来例では、バッキングプレートから１ｍｍおよび５ｍｍのいずれの深さ位置でもＣｕの不純物濃度が７５０質量ｐｐｍ以上と高いのに対し、本発明の実施例では、Ｃｕの濃度が２８ｐｐｍ以下となり大幅に低減されていると共に、Ｎｉの濃度も１３ｐｐｍと極微量に抑制されている。
このように本実施例の製造方法は、非常に不純物濃度が低いＩｎスパッタリングターゲットが得られている。
また、超音波探傷装置（日立エンジニアリングアンドサービス、ＦＳ−ＬＩＮＥ）を用いて測定したところ、実施例では接合率が９０％であり、Ｎｉ膜はＩｎへの濡れ性に優れ、良好に接合されていることが分かった。
【００２４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施形態において、イオンプレーティング法によりＮｉ膜を成膜する方法を例示したが、Ｎｉ膜を成膜する方法はイオンプレーティング法に限定されず、溶射法を用いてもよい。この場合でも上記の実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【符号の説明】
【００２５】
１…バッキングプレート、２…Ｎｉ膜、３…Ｉｎ原料、４…Ｉｎインゴット、６…ホットプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート上にＮｉ膜を成膜する工程と、
加熱された前記バッキングプレートの前記Ｎｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有していることを特徴とするＩｎスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法において、
前記Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することを特徴とするＩｎスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１】
ＣｕまたはＣｕ合金製のバッキングプレート上にＮｉ膜を成膜する工程と、
加熱された前記バッキングプレートの前記Ｎｉ膜上でＩｎ原料を溶解し、さらに冷却して固化させることでＩｎスパッタリングターゲットを作製する工程とを有していることを特徴とするＩｎスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＩｎスパッタリングターゲットの製造方法において、
前記Ｎｉ膜をイオンプレーティング法または溶射法により成膜することを特徴とするＩｎスパッタリングターゲットの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１８４４６９（Ｐ２０１２−１８４４６９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８００５（Ｐ２０１１−４８００５）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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