JP2015158003A - Cu合金ターゲット用材料、Cu合金ターゲット、Cu合金膜及びタッチパネル - Google Patents
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Abstract
Description
また、透明電極によるセンサーでは、透明電極層の他に密着層、導電層、バリア層の成膜とエッチングを繰り返す必要があり、成膜装置の制約と工数の複雑化が問題となるため、コストが高くなり、また製造メーカーにも大きな制約が加わる。
さらに、ITOは高価なため、安価な材料系が求められている。
特許文献6では、タッチパネル用配線膜として透明電極との密着性の高いCu合金を提示している。しかし、Cu合金1層化のために必要な樹脂系フィルム(PET等)への直接成膜の記述はない。また、特許文献6では、電気比抵抗が11.0μΩ・cm以下を好ましいとしているが、センサー電極として使用するために10μm以下の幅まで細線化するため、更なる低電気比抵抗を達成しなければならない。低電気比抵抗と樹脂系フィルム(PET等)への密着性を両立する成分である必要がある。
さらに、タッチパネルの画面に入ってくる自然光や電灯などの光の反射によるちらつきを抑えるため、センサー電極は製造工程内で酸化させて金属光沢をなくし、光の反射率を低減する必要があるが、酸化した時の金属光沢に関する記述はない。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなCu合金膜を製造するためのCu合金ターゲット用材料及びCu合金ターゲットを提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなCu合金膜を用いたタッチパネルを提供することにある。
(1)前記Cu合金ターゲット用材料は、
0.1≦Zn≦10.0at%
を含み、さらに、
0.1≦Mg+Cr+Ca+Ti+Al+Sn+Ni+B≦6.0at%、
を含み、残部がCu及び不可避的不純物からなる。
(2)前記Cu合金ターゲット用材料は、タッチパネルのセンサー電極及び/又は配線に用いられるCu合金膜を基板上に形成するためのターゲットに用いられる。
本発明に係るCu合金ターゲットは、本発明に係るCu合金ターゲット材料を用いたものからなる。
さらに、本発明に係るタッチパネルは、本発明に係るCu合金膜を備えていることを要旨とする。
電気比抵抗の上昇が抑制されるのは、濃化層の形成に消費されなかったZnとMg等とがCuマトリックス中において金属間化合物を形成し、Cuマトリックス中の固溶元素量が低下するためと考えられる。
さらに、反射率が低下するのは、熱処理によってCu合金膜表面にMg等を含む酸化膜が形成されるためと考えられる。
[1. Cu合金ターゲット用材料及びCu合金ターゲット]
本発明に係るCu合金ターゲット用材料及びこれを用いたCu合金ターゲットは、以下のような元素を含み、残部がCu及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
(1)0.1≦Zn≦10.0at%:
Znは、Cu合金膜の電気比抵抗を著しく増大させることなく、樹脂系フィルムやガラス基板などのタッチパネルセンサーの基板(以下、単に基板という場合がある。)との密着性を向上させる効果がある。
このような効果を得るためには、Zn含有量は、0.1at%以上である必要がある。Zn含有量は、さらに好ましくは、0.6at%以上、さらに好ましくは、2.0at%以上である。
一方、Zn含有量が過剰になると、電気比抵抗が高くなり過ぎる。従って、Zn含有量は、10.0at%以下である必要がある。Zn含有量は、さらに好ましくは、6.0at%以下、さらに好ましくは、5.0at%以下である。
Zn含有量は、特に、2.0≦Zn≦6.0at%が好ましい。
Mg、Cr、Ca、Ti、Al、Sn、Ni及びB(以下、これらを総称して「密着性向上元素M」ともいう)は、いずれも、Cu合金膜の密着性向上と反射率低減に寄与する。このような効果を得るためには、Mの総含有量は、0.1at%以上である必要がある。Mの総含有量は、さらに好ましくは、0.5at%超である。最も好ましくは、1.0at%以上である。
一方、Mの総含有量が過剰になると、電気比抵抗が高くなりすぎ、また、熱間加工性の低下を招く。従って、Mの総含有量は、6.0at%以下である必要がある。Mの総含有量は、さらに好ましくは、4.0at%以下である。
特に、2.0≦Zn≦6.0at%、かつ、1.0≦M≦6.0at%が好ましい。
(1)M/Zn比:
密着性向上元素Mは、熱処理時に、基板との界面近傍にZn及びMをより多く含む濃化層を形成する作用がある。また、濃化層の形成に消費されなかったMは、Znと化合物を形成する。
Mの総含有量がZn含有量に比べて過剰になると、濃化層や化合物の形成に消費されなかったMがCuマトリックス中に残留する。Mの残留量が過剰になると、Cuマトリックスの電気比抵抗が増大する。
Cu合金膜の電気比抵抗の増大を抑制するためには、Zn含有量(at%)に対する密着性向上元素Mの総含有量(at%)の比(=M/Zn比)は、2.0以下が好ましい。M/Zn比は、さらに好ましくは、0.5以下である。
本発明に係るCu合金ターゲット用材料及びCu合金ターゲットは、タッチパネルのセンサー電極及び/又は配線に用いられるCu合金膜を形成するために用いられる。また、Cu合金膜は、基板上に形成されたものからなる。
本発明に係るCu合金ターゲットを用いて形成されるCu合金膜は、基板(特に、PETフィルム基板)に対する密着性が高い。そのため、基板とCu合金膜との間に、両者の密着性を向上させるための金属層(密着層)を必ずしも形成する必要がなく、基板の表面に、直接Cu合金膜を形成することができる。
本発明ではCu合金ターゲット用材料及びCu合金ターゲットの製造方法は、特に限定されない。
例えば、ターゲット材料は、所定の組成となるように原料を配合し、配合物を溶解・鋳造することにより製造することができる。配合物の溶解・鋳造方法及びその条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法及び条件を用いることができる。
また、このようにして得られたターゲット材料からターゲットを製造する場合には、鋳塊に対して、熱間加工及び/又は冷間加工を行う。加工方法及びその条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法及び条件を用いることができる。
本発明に係るCu合金膜は、本発明に係るCu合金ターゲットを用いて基板上に形成されたものからなる。Cu合金膜の成膜方法の詳細については、後述する。
本発明に係るCu合金膜は、基板との界面近傍に濃化層を備えているものが好ましい。「濃化層」とは、後述する熱処理後に基板との界面近傍に形成される層であって、Zn、並びに、密着性向上元素Mの総含有量が熱処理前の1.5倍以上に増加している領域をいう。
基板との界面に形成される濃化層は、酸素との親和力が大きいZnを多量に含む。そのため、濃化層が形成されると、Cu合金膜と基板との間の密着性が向上する。
添加元素の含有量及び熱処理条件を最適化すると、基板との密着性がJIS K5600−5−6で規定するところの分類0〜3となる。製造条件をさらに最適化すると、密着性は、同規格で規定される分類0〜2、あるいは、分類0〜1となる。
Znは、Cu合金膜の電気比抵抗を増大させる効果は小さいが、過剰に添加するとCu合金膜の電気比抵抗を増大させる原因となる。
一方、密着性向上元素Mは、いずれも、Cu合金膜の電気比抵抗を増大させる効果が大きい。しかしながら、Mと同時にZnを添加すると、熱処理時に濃化層が形成されると同時に、濃化層の形成に消費されなかったMがZnと化合物を形成し、Cuマトリックス中におけるこれらの元素の固溶量が減少する。その結果、高い密着性を維持したまま、Cu合金膜の電気比抵抗の増大を抑制することができる。
本発明に係るCu合金膜は、相対的に多量の添加元素を含むにもかかわらず、電気比抵抗が小さい。製造条件を最適化すると、熱処理後のCu合金膜の電気比抵抗は、6.0μΩ・cm以下、あるいは、5.0μΩ・cm以下となる。
Cu合金膜を成膜した後、酸化雰囲気下において熱処理すると、界面近傍に濃化層が形成されると同時に、Cu合金膜表面に酸化膜が形成される。Cu−Zn膜を後述する条件下で熱処理しても、酸化膜は形成されにくく、金属光沢が残る。金属光沢が残ったままでは、外部からの光がセンサー電極用のCu合金膜で反射され、画面が見にくくなる。
これに対し、Zn、及び、Mを含むCu合金膜を酸化雰囲気下で熱処理すると、Cu合金膜の表面にMを含む酸化膜が形成され、反射率が低下する。製造条件を最適化すると、熱処理後のCu合金膜の反射率は、50%以下、30%以下、あるいは、15%以下となる。
本発明においてCu合金膜は、濃化層により基板との密着性を確保すると同時に、対極の表面を酸化させることにより反射率を低減する必要がある。一方、基板側とは対極に、Cu合金膜以外の金属層が存在すると、表面酸化による反射率の低減が妨げられる。従って、Cu合金膜以外の金属層は、10nm以下であることが好ましい。Cu合金膜以外の金属層は、さらに好ましくは1nm以下である。センサー電極や配線は、Cu合金膜のみからなるものが好ましい。
本発明に係るCu合金膜は、基板の上に形成される。基板の材料は、特に限定されるものではなく、種々の材料を用いることができる。
基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリイミド(PI)などの樹脂基板がある。
樹脂基板としては、特にポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム基板が好ましい。これは、特に取扱いが容易であるためである。
ガラス基板として、ソーダライムガラス、テンパックスガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス等を使用することができる。
本発明に係るCu合金膜の製造方法は、成膜工程と、熱処理工程とを備えている。
まず、本発明に係るCu合金ターゲットを用いて基板上にCu合金膜を成膜する(成膜工程)。
本発明では成膜方法は特に限定されないが、スパッタリング法により成膜することが好ましい。スパッタリング法としては、DCスパッタリング法、RFスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、反応性スパッタリング法等のいずれのスパッタリング法を採用しても良く、その形成条件は、適宜設定すればよい。
次に、成膜されたCu合金膜を酸化雰囲気下において熱処理する(熱処理工程)。これにより、Cu合金膜と基板との界面近傍に濃化層が形成されると同時に、Cu合金膜の表面に酸化膜が形成される。
一方、熱処理温度が高すぎると、基板が融解する。従って、熱処理温度は、基板の融点未満である必要がある。
最適な熱処理温度は、基板の材料により異なる。例えば、PETフィルム基板の場合、熱処理温度は、320℃以下が好ましい。熱処理温度は、さらに好ましくは、250℃以下、さらに好ましくは、200℃以下である。
熱処理時間は、密着性を向上できる程度の濃化層が形成され、かつ、反射率を低減できる程度の酸化膜を形成可能な時間であれば良い。一般に、熱処理温度が高くなるほど、短時間で目的とする濃化層及び酸化膜を形成することができる。最適な熱処理時間は、Cu合金膜の組成や熱処理温度により異なるが、通常、1〜600分程度である。
本発明に係るタッチパネルは、本発明に係るCu合金膜を備えている。Cu合金膜は、具体的には、タッチパネルのセンサー電極及び/又は配線に用いることができる。また、センサー電極及び/又は配線は、基板上に形成される。
タッチパネルのその他の構成については、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の構成を採用することができる。
所定量のZnを含むCu合金ターゲットを用いて基板上にCu合金膜を形成すると、電気比抵抗が相対的に小さく、かつ、基板に対する密着性も高いCu合金膜が得られる。しかしながら、Cuに対してZnを添加するだけでは、基板に対する密着性の向上に限界がある。
電気比抵抗の上昇が抑制されるのは、濃化層の形成に消費されなかったZnとMg等とがCuマトリックス中において金属間化合物を形成し、Cuマトリックス中の固溶元素量が低下するためと考えられる。
さらに、反射率が低下するのは、熱処理によってCu合金膜表面にMg等を含む酸化膜が形成されるためと考えられる。
[1. 試料の作製]
[1.1. Cu合金ターゲットの作製]
所定の組成となるように配合された原料5kgを黒鉛坩堝に入れ、高周波誘導炉により溶解した。溶解後、炉冷し、インゴットを得た。このインゴットを成形することにより、Cu合金ターゲットを作製した。また、比較材として純Alのターゲットも作製した。
基板には、50mm×50mmのPETフィルム及びソーダライムガラスを用いた。RFスパッタリング法又はDCスパッタリング法を用いて、複数枚の基板表面にCu合金膜を成膜した。膜厚が300nm程度になるように、成膜条件を調整した。成膜後、組成分析用の基板を除いて、150℃×1.5時間の熱処理を行った。
[2.1. 組成分析]
熱処理を行わなかった基板を用いて、ICP発光分析により組成を分析した。
[2.2. 濃化層]
熱処理前後のCu合金膜について、濃化層をSIMSにより、Cu合金膜表面からCu合金膜内部、Cu合金膜/各基板の順に、深さ方向の測定を実施した。測定時間−濃度プロファイルのグラフを熱処理前後で比較し、濃化層を確認した。
Cu合金膜の電気抵抗を4探針法により膜の5箇所で測定し、その平均値より電気比抵抗(μΩ・cm)を算出した。
[2.4. 密着性]
JIS K5600−5−6に準拠して、Cu合金膜の密着性を評価した。
[2.5. 反射率]
熱処理後のCu合金膜の一枚は、紫外可視分光光度計を用いて、試験片の平行入射光束に対する全反射光束の割合をその光の波長の反射率として、可視光の波長範囲(380nm〜780nm)での平均値をその材料の反射率とした。
(可視光の波長範囲での反射率の和)/(可視光の波長範囲)
表1〜6に結果を示す。なお、表1〜3は、PETフィルムを用いた場合の結果である。また、表4〜6は、ソーダライムガラスを用いた場合の結果である。表1〜6より、以下のことが分かる。
Cu合金の電気比抵抗を調査したところ、Znが添加されてる合金は電気比抵抗が低い。また、Zn量が少ない若しくは無い時は、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niの添加による電気比抵抗の上昇は大きい。一方、Znが4at%添加されていて、さらにMg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niも添加されている合金は、電気比抵抗は低いまま維持されていた。これは、Znとの化合物形成による効果と考えられる。
Mnに関しては、Znの存在の有無にかかわらず、電気比抵抗は上昇した。
また、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、NiがZnに比べて2倍以上入っている成分では、電気比抵抗が高かった。これは、Znとの化合物を形成してもさらにCuに余剰の添加元素が固溶するためである。
密着性は、ZnとMg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niのいずれかの元素が同時に入っている時に密着性が高かった。特に、Znが0.1at%以上添加されていて、かつ、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加されている合金については、密着性が高い。さらにはZnが2at%以上添加されていて、かつ、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加されている合金は、密着性に優れていた。Zn、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが単独で入っている時は、密着性が低い。
Znのみ添加されている合金では、150℃で1.5時間の熱処理では濃化層は観察されなかった。一方、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加されている合金では、濃化層が存在した。
Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加されている合金では、反射率が低く、良好であった。
Znは酸素との親和力に優れ、PETフィルムやソーダライムガラスとの密着性を向上させる。しかしながら、150℃の低温においては拡散が遅いためにPETフィルムやソーダライムガラスとの間に濃化層を形成せずに、多少密着性を向上させる程度であった。
一方、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niを添加した合金では、PETフィルムやソーダライムガラスとの界面近傍に濃化層は形成するものの、密着性は十分でなく、また、電気比抵抗を増加させた。これは、Cu合金中にこれらの元素が固溶して電気比抵抗を上昇させたためと考えられる。
Mnに関しては、多少密着性を向上させるが、PETフィルムやソーダライムガラスとの界面近傍に濃化層を形成せず、電気比抵抗も上昇した。
一方、Mnに関しては、Znを添加した合金であっても、濃化層は観察されなかった。
一方、電気比抵抗に関しては、Znによる電気比抵抗の上昇は少ないが、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niは電気比抵抗を大幅に上昇させる。このため、Znの濃度が低く、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加してある合金では、電気比抵抗が大幅に上昇する。
Zn濃度が高いと、Znとの間に化合物を形成するため、Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加してあってもCu中の固溶Mg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが低減され、低電気比抵抗を維持できる。
反射率は、熱処理中に酸素と結合するMg、Cr、Ca、B、Ti、Al、Sn、Niが添加されていることで、大幅に低下すると考えられる。
また、本発明に係るCu合金膜は、タッチパネルのセンサー電極、タッチパネルの配線などに用いることができる。
Claims (11)
- 以下の構成を備えたCu合金ターゲット用材料。
(1)前記Cu合金ターゲット用材料は、
0.1≦Zn≦10.0at%
を含み、さらに、
0.1≦Mg+Cr+Ca+Ti+Al+Sn+Ni+B≦6.0at%、
を含み、残部がCu及び不可避的不純物からなる。
(2)前記Cu合金ターゲット用材料は、タッチパネルのセンサー電極及び/又は配線に用いられるCu合金膜を基板上に形成するためのターゲットに用いられる。 - 2.0≦Zn≦6.0at%
である請求項1に記載のCu合金ターゲット用材料。 - (Mg+Cr+Ca+Ti+Al+Sn+Ni+B)/Zn≦2.0、
を満たす請求項1又は2に記載のCu合金ターゲット用材料。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載のCu合金ターゲット材料を用いたCu合金ターゲット。
- 請求項4に記載のCu合金ターゲットを用いて前記基板上に形成されたCu合金膜。
- 前記基板との界面近傍に濃化層を備えている請求項5に記載のCu合金膜。
- 前記基板との密着性がJIS K5600−5−6で規定するところの分類0〜3である請求項5又は6に記載のCu合金膜。
- 電気比抵抗が8.0μΩ・cm以下である請求項5から7までのいずれか1項に記載のCu合金膜。
- 反射率が50%以下である請求項5から8までのいずれか1項に記載のCu合金膜。
- 前記基板は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム基板である請求項5から9までのいずれか1項に記載のCu合金膜。
- 請求項5から10までのいずれか1項に記載のCu合金膜を備えたタッチパネル。
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