(57)【要約】【課題】高密度であって、焼結工程中に組成の変動が起こらず、成膜中に針立ちの発生やターゲットの変形およびひび割れ等の損傷が起こらず、高透明で低抵抗な透明導電膜を高速成膜により得ることが可能な蒸着用あるいはイオンプレーティング用材料を提供する。【解決手段】本発明は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料である。また、本発明は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であって、高温酸素雰囲気あるいは高温大気雰囲気中において焼結させた焼結体であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料。
【請求項２】
酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)を主たる成分とする化合物又は混合物であり、Mgの含有量が0.05wt%から1.00wt%の組成であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料。
【請求項３】
酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であって、高温酸素雰囲気あるいは高温大気雰囲気中において焼結させた焼結体であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着用あるいはイオンプレーティング用の光学薄膜用蒸着材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレー、カラーフィルター、薄膜トランジスタ、太陽電池等に優れた透明導電膜として、インジウム・スズ酸化物(ITO)膜やインジウム・亜鉛酸化物(IZO)膜が使用されている。ITO膜は酸化インジウム(In2O3)と酸化スズ(SnO2)からなるITO焼結体を蒸発源あるいはターゲットとし、IZO膜は酸化インジウム(In2O3)）と酸化亜鉛(ZnO)からなるIZO焼結体を蒸発源あるいはターゲットとする。これらの焼結体材料を使用して真空蒸着法やイオンプレーティング法によって成膜される。
【０００３】
これらの焼結体材料はいずれの成膜方法においても高密度であることが要求されるため、高温雰囲気における焼結が不可欠となる。高密度焼結体においては、低密度焼結体に比べ製造工程時や成膜時において材料の割れが発生しやすくなるという問題がみられる。さらにこれらの焼結体材料は成膜が進むにつれて浸食部にノジュールと呼ばれる針立ちが起こり、局所的な成膜効率の低下や異常放電の発生の原因となり膜特性の劣化を起こすことも問題となっている。
【０００４】
このような問題を解決するために、様々な技術が開発されている。例えばITO焼結体では、第３物質として酸化マグネシウム(MgO)を添加することにより製造工程中のクラックの発生を防止している（特許文献１参照）。また、例えばIZO焼結体では、第３物質として酸化マグネシウム(MgO)を添加することによりノジュールの発生を防止している（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開2003-55759号公報
【特許文献２】特開2005-307269号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、特に太陽電池用に適した透明導電膜として、より広い波長領域において透明性を有するインジウム・タングステン酸化物膜が注目されている。
【０００６】
インジウム・タングステン酸化物膜は酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)からなる焼結体を蒸発源あるいはターゲットとし、真空蒸着法やイオンプレーティング法によって成膜される。
【０００７】
この焼結体材料はいずれの成膜方法においても高密度であることが要求されるため、高温雰囲気における焼結が不可欠となる。酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)からなる焼結体の場合、酸化タングステンの蒸発温度が低いため（単体の場合850℃程度で昇華が開始）高温焼成を行うと焼結前よりも酸化タングステン濃度が小さくなって目的の組成の焼結体が得られないという問題がある。
【０００８】
しかしながら特許文献１、２には酸化タングステンのような低温蒸発物質の蒸発を抑制し、高温焼成を可能にする技術は開示されていない。
【０００９】
また、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)からなる高密度焼結体においても、製造工程時や成膜時における材料の割れの発生や、成膜中のノジュールの発生が問題となっているが、ITO焼結体やIZO焼結体と異なり、これまで第３物質の添加は検討されていない。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)からなる焼結体において高温焼成によっても組成が変化せず安定した膜特性が得られる、蒸着用あるいはイオンプレーティング用の光学薄膜用蒸着材料を提供することである。また、本発明の他の目的は、高密度焼結体であっても材料の割れが発生せず、成膜中にノジュールが発生しない、蒸着用あるいはイオンプレーティング用の光学薄膜用蒸着材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで本発明では酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)からなる焼結体において、第３物質の添加による材料の改良を検討し、酸化マグネシウム(MgO)の添加によりこの材料特有の問題である酸化タングステンの低温蒸発が抑えられ、高温焼結による高密度材料を得ることが可能となることを見出した。またこの方法により得られた高密度材料は材料の割れが起こらないこと、ノジュールの発生が抑えられることも見出した。
【００１２】
すなわち、本発明は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料である。
【００１３】
また、本発明は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)を主たる成分とする化合物又は混合物であり、Mgの含有量が0.05wt%から1.00wt%の組成であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料である。
【００１４】
また、本発明は、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)の化合物又は混合物であって、高温酸素雰囲気あるいは高温大気雰囲気中において焼結させた焼結体であることを特徴とする光学薄膜用蒸着材料である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学薄膜用蒸着材料は高温雰囲気においても組成の変化が起こらず、高温焼成による高密度化が可能であり、蒸着時の電子線照射時の熱衝撃による割れが発生せず、成膜時にノジュールをほとんど発生しないため膜中に欠陥が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明の光学薄膜用蒸着材料は、具体的には酸化インジウム(In2O3)粉末及び酸化タングステン(WO3)粉末と酸化マグネシウム(MgO)粉末とを混合し、この混合物を成形した後、焼結して得られる焼結体、あるいはこの焼結体を粉砕して粉末状にし、これをさらに成形し焼成することで得られる、酸化インジウム(In2O3)と酸化タングステン(WO3)と酸化マグネシウム(MgO)からなるものである。
【００１８】
本発明において使用する酸化インジウム(In2O3)粉末と酸化タングステン(WO3)粉末と酸化マグネシウム(MgO)粉末、およびこれらを成形し焼成した化合物又は混合物の粉砕粉には特に制限はなく、いずれのものでも使用できるが、混合及び焼結しやすいように適度の粒度の粉末状のものが望ましい。これらの平均粒径としては１mm以下であることが好ましい。
【００１９】
これにより粒子間の空孔が最適値となるため、成形密度が高められ、さらに焼成による焼結が促されるため高密度の焼結体を得ることが可能となる。
【００２０】
焼成は高温酸素雰囲気あるいは高温大気雰囲気中で行い、1400℃以上が好ましく、さらに1500℃以上が好ましい。これにより粉末原料の焼結が促され高密度の焼結体を得ることが可能となる。
【００２１】
Mgの含有量は0.05wt%から1.00wt%の組成であることが好ましい。
【００２２】
これよりも少ない添加量では充分な添加効果が得られず、高温焼成時に酸化タングステン(WO3)の蒸発が起こり組成が変化してしまう。またこれ以上添加した場合では、焼結体の密度が低下してしまうからである。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２４】
（実施例１）
重量比で95.417wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で0.083wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末（Mg含有量で0.05wt%）を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って密度3.89g／cm3の蒸着材の錠剤を得た。
【００２５】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００２６】
（実施例２）
重量比で93.84wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で1.66wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末（Mg含有量で1.00wt%）を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って密度3.81g／cm3の蒸着材の錠剤を得た。
【００２７】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００２８】
（実施例３）
重量比で95.458wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で0.042wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末（Mg含有量で0.025wt%）を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って密度3.92g／cm3の蒸着材の錠剤を得た。
【００２９】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度の減少が見られた。
【００３０】
（実施例４）
重量比で92.18wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で3.32wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末（Mg含有量で2.00wt%）を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。この錠剤の密度は3.68g／cm3であり、実施例１、２、３の錠剤よりも小さい値であった。
【００３１】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００３２】
（実施例５）
重量比で95.38wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で0.12wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って錠剤を得た。
【００３３】
この焼結体を直径1.00mm以下の細粒状に粉砕して調整粉を作成した。さらにこの調整粉を70wt%と酸化インジウム(In2O3)粉末が30wt%となるように混合し（材料全体としてのMg含有量は0.05wt%）、この混合粉を直径25mmの成形用型を用い49MPa(500kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1400℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００３４】
この錠剤の密度は4.05g／cm3であった。
【００３５】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００３６】
次いでこの錠剤を蒸着装置に配置された電子銃に装填し、真空度１×10-3Paになるまで排気後、基板温度300℃でO2ガスを２×l0-2Paの圧力になるように保ちながら導入し、石英基板に成膜速度0.7Å／secで膜厚が200nmになるまで蒸着した。この錠剤はノジュールおよび割れの発生もなく容易に蒸着を行うことが可能であった。
【００３７】
（実施例６）
重量比で93.13wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で2.37wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００３８】
この焼結体を直径1.00mm以下の細粒状に粉砕して調整粉を作成した。さらにこの調整粉を70wt%と酸化インジウム(In2O3)粉末が30wt%となるように混合し（材料全体としてのMg含有量は1.00wt%）、この混合粉を直径25mmの成形用型を用い49MPa(500kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1400℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００３９】
この錠剤の密度は4.42g／cm3であった。
【００４０】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００４１】
次いでこの錠剤を蒸着装置に配置された電子銃に装填し、真空度１×10-3Paになるまで排気後、基板温度300℃でO2ガスを２×l0-2Paの圧力になるように保ちながら導入し、石英基板に成膜速度0.7Å／secで膜厚が200nmになるまで蒸着した。この錠剤はノジュールおよび割れの発生もなく容易に蒸着を行うことが可能であった。
【００４２】
（実施例７）
重量比で95.443wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で0.057wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末を混合し、直径40mmの成形用型を用い49MPa(500kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００４３】
この焼結体を直径1.00mm以下の細粒状に粉砕して調整粉を作成した。さらにこの調整粉を70wt%と酸化インジウム(In2O3)粉末が30wt%となるように混合し（材料全体としてのMg含有量は0.025wt%）、この混合粉を直径25mmの成形用型を用い49MPa(500kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1400℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００４４】
この錠剤の密度は4.01g／cm3であった。
【００４５】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度の減少が見られた。
【００４６】
次いでこの錠剤を蒸着装置に配置された電子銃に装填し、真空度１×10-3Paになるまで排気後、基板温度300℃でO2ガスを２×l0-2Paの圧力になるように保ちながら導入し、蒸着を行おうとしたが、錠剤は割れてしまい蒸着を行うことが不可能であった。
【００４７】
（実施例８）
重量比で90.76wt%の酸化インジウム(In2O3)粉末と重量比で4.5wt%の酸化タングステン(WO3)粉末と重量比で4.74wt%の酸化マグネシウム(MgO)粉末を混合し、直径40mmの成形用型を用い78.4MPa(800kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1500℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００４８】
この焼結体を直径1.00mm以下の細粒状に粉砕して調整粉を作成した。さらにこの調整粉を70wt%と酸化インジウム(In2O3)粉末が30wt%となるように混合し（材料全体としてのMg含有量は2.00wt%）、この混合粉を直径25mmの成形用型を用い49MPa(500kgf／cm2)のプレス圧で粉末成形した後、大気雰囲気中にて1400℃で５時間焼結を行って蒸着材の錠剤を得た。
【００４９】
この錠剤の密度は3.96g／cm3であり、実施例５、６、７の錠剤よりも小さい値であった。
【００５０】
この錠剤について蛍光Ｘ線分析を行ったところ、酸化タングステン(WO3)の濃度に変化は見られなかった。
【００５１】
次いでこの錠剤を蒸着装置に配置された電子銃に装填し、真空度１×10-3Paになるまで排気後、基板温度300℃でO2ガスを２×l0-2Paの圧力になるように保ちながら導入し、石英基板に成膜速度0.7Å／secで膜厚が200nmになるまで蒸着した。この錠剤はノジュールおよび割れの発生もなく容易に蒸着を行うことが可能であった。