JP5611886B2 - 積層構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は積層構造体及びその製造方法に関し、より詳細にはバッキングプレート及びインジウムターゲットを備えた積層構造体及びその製造方法に関する。

バッキングプレート及びインジウムターゲットを備えた積層構造体は、一般に、バッキングプレート上に溶解させた接合用のロウ材を設け、その上にインジウムターゲットを設置して作製されている。

インジウムターゲットの接合用のロウ材は、その融点がＩｎの融点（１５６．４℃）より低いことが必要である。そのため、ロウ材の構成材料としては、通常、Ｓｎを添加したＩｎ−Ｓｎ合金（Ｓｎ濃度：約１０ａｔ％、融点：約１４５℃）が用いられている。

しかしながら、Ｉｎ−Ｓｎロウ材は、インジウムターゲットをバッキングプレートに接合する際に加える熱や、積層構造体を用いたスパッタリングの際の熱等によって、ロウ材中のＳｎがインジウムターゲットへ拡散しやすい。このため、スパッタリング後のターゲットをバッキングプレートから剥がして再利用する際の歩留まりが低下する、又は、Ｓｎを含んだ部分の精製コストが余分にかかるために全体のコストが増加するという問題がある。

このような合金成分のターゲットへの拡散を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、Ｉｎ−Ｓｎターゲットの接合用のロウ材として、同じ合金系であるＩｎ−Ｓｎを用いたボンデッドターゲットに係る発明が開示されている。そして、これによれば、ターゲットへのロウ材からの金属の拡散による汚染が抑制されると記載されている。

また、特許文献２には、Ｉｎ中にＩｎ−Ｃｕ合金が微細分散しているロウ材を用いたロウ付け方法に係る発明が開示されている。そして、これによれば、高強度のロウ付け方法を提供することができると記載されている。

さらに、特許文献３には、Ｉｎに微量（１０〜７５０ｐｐｍ）のＣａを添加したロウ材に係る発明が開示されている。そして、これによれば、ロウ材のＩｎがバッキングプレートのＣｕに拡散反応し、このＣｕが脆性のある金属間化合物の発生を抑制することができると記載されている。

特開昭６０−２３４９６８号公報 特開平７−８０６３４号公報 特開平８−３００１８３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ターゲットの構成材料がＩｎ−Ｓｎ合金であり、Ｉｎ単体で構成されたターゲットに対して不純物の拡散を抑制する技術ではない。
また、特許文献２に開示された技術は、Ｉｎ中にＩｎ−Ｃｕ合金が微細分散しているロウ材を用いているが、このロウ材の融点はＩｎの融点より高いため、インジウムターゲットの接合用のロウ材として用いることはできない。
さらに、特許文献３に開示された技術は、ロウ材の融点をＩｎより低くしようとするものではなく、このロウ材をインジウムターゲットの接合用のロウ材として良好に用いることができるかは不明である。

そこで、本発明は、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討したところ、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間に、インジウムと、亜鉛、銀、及び、ビスマスから選択された１種以上との合金からなるロウ材を形成することで、インジウムの溶解鋳造の際のインジウムターゲット内への不純物の拡散を防止することができ、それによって使用済みＩｎターゲットの再利用の歩留まりの低下が良好に抑制され、且つ、当該再利用の処理コストが良好となることを見出した。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成された、インジウムと金属Ｍとの合金からなるロウ材、及び、ロウ材上に形成されたインジウムターゲットを備え、金属Ｍが、亜鉛、銀、及び、ビスマスから選択された１種以上である積層構造体である。

本発明に係る積層構造体は一実施形態において、ロウ材がインジウムと亜鉛との合金であり、合金の亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％である。

本発明に係る積層構造体は別の一実施形態において、ロウ材がインジウムと銀との合金であり、合金の銀濃度が０．１〜４aｔ％である。

本発明に係る積層構造体は更に別の一実施形態において、ロウ材がインジウムとビスマスとの合金であり、合金のビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％である。

本発明に係る積層構造体は更に別の一実施形態において、ロウ材の厚さが０．１〜２．０ｍｍである。

本発明は別の一側面において、バッキングプレートとインジウムターゲットとを、亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％であるインジウムと亜鉛との合金、銀濃度が０．１〜４aｔ％であるインジウムと銀との合金、又は、ビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％であるインジウムとビスマスとの合金からなり、厚さが０．１〜２．０ｍｍであるロウ材で接合する工程を含む積層構造体の製造方法である。

本発明によれば、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することができる。

Ｉｎ−Ｚｎ合金の状態図である。 Ｉｎ−Ａｇ合金の状態図である。 Ｉｎ−Ｂｉ合金の状態図である。 Ｉｎ−Ｓｎ合金の状態図である。

本発明に係る積層構造体は、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成されたインジウムと金属Ｍ（Ｍは、亜鉛、銀、及び、ビスマスから選択された１種以上）との合金からなるロウ材、及び、ロウ材上に形成されたインジウムターゲットを備えている。バッキングプレートの形状は特に限定されないが、所定の厚さ及び直径を有する円盤状に形成することができる。バッキングプレートの構成材料は特に限定されないが、例えば銅等の金属材料で形成することができる。インジウムと金属Ｍとのロウ材は、バッキングプレート上に形成され、インジウムターゲットとバッキングプレートとを接合する機能を有している。インジウムに上記金属Ｍが所定濃度で添加されて形成された合金は、インジウム単体よりも融点が低いため、ロウ材の形成が容易である。つまり、ターゲットであるインジウムを融解させることなく、バッキングプレートとインジウムターゲットとの接合が容易となる利点がある。また、銅等のバッキングプレートの構成材料との優れた密着性を有しており、インジウムターゲットとバッキングプレートとを良好に接合する。

ロウ材中の金属Ｍは、少量でも添加すればインジウムと金属Ｍとの合金の融点を下げることができる。ここで、図１〜３に、本発明で用いるロウ材の構成材料であるＩｎ−Ｚｎ合金の状態図、Ｉｎ−Ａｇ合金の状態図、及び、Ｉｎ−Ｂｉ合金の状態図を示す。また、図４に、従来のロウ材の構成材料であるＩｎ−Ｓｎ合金の状態図を示す。

図１〜３と図４とを比較すると、従来のロウ材の構成材料であるＩｎ−Ｓｎ合金では、例えば融点を１４５℃（ターゲット材料であるＩｎより低い融点）とするためのＳｎの添加濃度が約１０ａｔ％と高いのに対し、本発明で用いるロウ材の構成材料であるＩｎ−Ｚｎ合金、Ｉｎ−Ａｇ、及び、Ｉｎ−Ｂｉ合金では、Ｚｎ、Ａｇ及びＢｉの添加濃度が低くて良く、そのためインジウムターゲットをバッキングプレートへ接合する際のインジウムターゲット内への不純物の拡散を良好に抑制することができることがわかる。

また、金属Ｍの濃度は、金属Ｍとインジウムとの合計原子数に対する金属Ｍの原子数の割合（ａｔ％）で、以下の範囲内とすることが好ましい：
（１）ロウ材がインジウムと亜鉛との合金である場合、合金の亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％である。
（２）ロウ材がインジウムと銀との合金である場合、合金の銀濃度が０．１〜４aｔ％である。
（３）ロウ材がインジウムとビスマスとの合金である場合、合金のビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％である。
金属Ｍは、あまりに添加し過ぎると、不純物としてインジウムターゲットに拡散する濃度が高くなる。このため、亜鉛濃度は５ａｔ％以下、銀濃度は４aｔ％以下、ビスマス濃度は１０aｔ％以下であることが好ましい。また、金属Ｍについて、ある程度の添加濃度にして所定のレベルの密着性等の効果を確保しながらも、それ以上の効果を狙うよりは、コスト的に有利であることが望ましい。このような観点から、亜鉛濃度を０．１〜５aｔ％、銀濃度を０．１〜４aｔ％、ビスマス濃度を０．１〜１０aｔ％とするのが好ましい。

インジウムと金属Ｍとのロウ材の厚さは、０．１〜２．０ｍｍであるのが好ましい。インジウムと金属Ｍとのロウ材の厚さが０．１ｍｍ未満であると、十分な密着性を提供できない。インジウムと金属Ｍとのロウ材の厚さが２．０ｍｍ超であっても、密着性等の効果は逓減する一方で、高価な金属Ｍをより含むこととなるために、コスト的に不利となる。インジウムと金属Ｍとのロウ材の厚さは、好ましくは０．５〜１．０ｍｍである。

本発明において、インジウムターゲットとバッキングプレートとの間には、インジウムと金属Ｍとのロウ材が設けられているが、必要であれば、このロウ材の他に、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間に不純物の拡散防止機能を有する薄膜層等を形成してもよい。

次に、本発明に係る積層構造体の製造方法の好適な例について、順を追って説明する。
まず、溶解鋳造法等でインジウムインゴットを作製する。続いて、このインジウムインゴットを所定の形状に加工してインジウムターゲットを作製する。この際、使用する原料インジウムは、作製する太陽電池の変換効率を高くするために、より高い純度を有していることが望ましく、例えば、純度９９．９９質量％（４Ｎ）以上のインジウムを使用することが望ましい。また、インジウムターゲットの製造工程の中に、圧延工程を入れてもよい。
次に、所定の材料及び形状のバッキングプレートを用意して、バッキングプレート上にインジウムと金属Ｍ（Ｍは、亜鉛、銀、及び、ビスマスから選択された１種以上）との合金からなるロウ材を溶解させて、その上にインジウムターゲットを設置して、積層構造体を作製する。このとき、ロウ材の合金としては、亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％であるインジウムと亜鉛との合金、銀濃度が０．１〜４aｔ％であるインジウムと銀との合金、又は、ビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％であるインジウムとビスマスとの合金を用いる。また、ロウ材の厚さを０．１〜２．０ｍｍに形成する。

このようにして得られた積層構造体は、各種のスパッタリングターゲットとして好適に使用することができる。

以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をより良く理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

（実施例１〜１５）
まず、純度４Ｎのインジウムを原料として使用し、このインジウム原料を１６０℃で溶解させ、この溶体を周囲が直径２０５ｍｍ、高さ７ｍｍの円柱状の鋳型に流し込み、自然冷却により、凝固して得られたインジウムインゴットを直径２０４ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板状に加工して、スパッタリングターゲットとした。
次に、直径２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの銅製のバッキングプレートを準備した。次に、インジウムと、表１に記載した濃度の金属Ｍ（Ｍは、亜鉛、銀、及び、ビスマス）との合金を１５０℃で溶解させたものをバッキングプレート上に設けてロウ材を形成した。続いて、ロウ材の上に上記インジウムのスパッタリングターゲットを設置して、バッキングプレートとインジウムターゲットとを接合することにより積層構造体を作製した。

（比較例１）
インジウムと金属Ｍとの合金からなるロウ材を形成せず、接合時の温度を１５６.６℃とした以外は実施例と同様の条件で積層構造体を作製した。

（比較例２）
ロウ材の金属Ｍについて表１に記載した元素及び濃度とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。

（評価）
実施例及び比較例で得られた積層構造体のインジウムターゲットについて、バッキングプレート側である下面から１〜２ｍｍの間にあるインジウム及び２〜３ｍｍの間にあるインジウムをそれぞれ削り取って、その中に含まれる金属Ｍの濃度をＩＣＰ分析法で測定した。
各測定結果を表１に示す。

実施例１〜１５は、ロウ材の金属Ｍの濃度が０．０５〜１２ａｔ％であるため、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制されている。
特に、ロウ材中のＺｎの濃度が０．１〜５aｔ％の範囲内であった実施例２〜４は、Ｚｎの濃度が当該範囲外であった実施例１及び５に対してインジウムターゲットとバッキングプレートとがより良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有がより良好に抑制されている。
また、特に、ロウ材中のＡｇの濃度が０．１〜４aｔ％の範囲内であった実施例７〜９は、Ａｇの濃度が当該範囲外であった実施例６及び１０に対してインジウムターゲットとバッキングプレートとがより良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有がより良好に抑制されている。
さらに、特に、ロウ材中のＢｉの濃度が０．１〜１０aｔ％の範囲内であった実施例１２〜１４は、Ｂｉの濃度が当該範囲外であった実施例１１及び１５に対してインジウムターゲットとバッキングプレートとがより良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有がより良好に抑制されている。
比較例１は、インジウムと金属Ｍとの合金からなるロウ材を形成しなかったため、バッキングプレートとインジウムターゲットとを接合する際に、インジウムターゲット自体が融解してしまった。
比較例２は、ロウ材中の金属がＳｎであり、その濃度が１０ａｔ％であるため、インジウムターゲットに多くのＳｎを含んでしまった。

Claims (6)

1. バッキングプレート、
   前記バッキングプレート上に形成された、インジウムと金属Ｍとの合金からなるロウ材、及び、
   前記ロウ材上に形成されたインジウムターゲット
   を備え、
   前記金属Ｍが、亜鉛、銀、及び、ビスマスから選択された１種以上である積層構造体。
2. 前記ロウ材がインジウムと亜鉛との合金であり、前記合金の亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％である請求項１に記載の積層構造体。
3. 前記ロウ材がインジウムと銀との合金であり、前記合金の銀濃度が０．１〜４aｔ％である請求項１に記載の積層構造体。
4. 前記ロウ材がインジウムとビスマスとの合金であり、前記合金のビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％である請求項１に記載の積層構造体。
5. 前記ロウ材の厚さが０．１〜２．０ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の積層構造体。
6. バッキングプレートとインジウムターゲットとを、亜鉛濃度が０．１〜５aｔ％であるインジウムと亜鉛との合金、銀濃度が０．１〜４aｔ％であるインジウムと銀との合金、又は、ビスマス濃度が０．１〜１０aｔ％であるインジウムとビスマスとの合金からなり、厚さが０．１〜２．０ｍｍであるロウ材で接合する工程を含む積層構造体の製造方法。

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