JP4028269B2

JP4028269B2 - 高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP4028269B2
Application number: JP2002076037A
Authority: JP
Inventors: 敏也栗原
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003277921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗透明導電膜、特に抵抗膜式タッチパネル等に使用され、透明度が高く、比較的高い抵抗を持つ透明導電性膜の成膜原料に適した特性を有する高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、抵抗膜式タッチパネルの需要が急速に伸びている。この抵抗膜式タッチパネルは２枚の透明導電膜を利用して、双方にある電位差を持たせてバイアスをかけ、スイッチが押された位置を電圧降下によって特定するという構成からなっている。
位置の特定を正確に行うためには、電圧降下を精度よく測定できなければならない。そのためには、シート抵抗が５００〜２０００Ω／□程度の高い表面抵抗率を有する透明導電膜が必要となる。
【０００３】
酸化錫が１０ｗｔ．％である酸化インジウムと酸化錫との複合酸化物（ＩＴＯ）の焼結体は抵抗率が小さいために液晶ディスプレイなどの透明導電膜の成膜原料として広く使用されている。
一方、抵抗膜型透明タッチパネル用の透明導電膜としてはシート抵抗が５００〜２０００Ω／□が必要とされ、これを酸化錫が１０ｗｔ．％であるＩＴＯで実現しようとすると、膜厚が極めて薄くなるために、膜の機械的強度、耐久性、抵抗の均一性が損なわれてしまう。
【０００４】
このため、抵抗率の高い成膜原料が望まれるが、抵抗率の高すぎる膜で膜厚を厚くした場合、透明度が悪くなり表示品位が低下してしまい、さらに原料の無駄でもある。
また、ガラス基板、高分子フィルムなどの基材への付着力はＩＴＯと同等のものが望ましい。従って、比較的高い抵抗率（ＩＴＯの５０〜２００倍程度）を有し、さらに基材へ付着力がＩＴＯと同等である透明導電性膜の成膜原料が望まれる。
通常、抵抗膜型透明タッチパネル用の透明導電膜を形成する場合、スパッタリングを使用して成膜されるが、上記に適するスパッタリングターゲットが得られていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決したもので、高抵抗透明導電膜、特に抵抗膜式タッチパネル装置等の画面位置確定のために使用されるシート抵抗５００〜２０００Ω／□程度の高い表面抵抗率を有する透明導電膜の形成に有用である高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲットを提供することにある。
携帯用端末機などの使用されるタッチパネルを例にあげると、例えばＰＥＴ基板のような材料に成膜されるが、熱、湿度、アルカリ腐蝕、屈曲やカールなどの機械的変形、ペン衝突摩耗などの種々の環境に耐える必要があるが、本発明の高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲットで成膜した透明導電膜はこのような問題も解決することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のターゲット材は、従来から広く用いられている酸化錫重量の割合が酸化インジウムと酸化錫の重量の合計に対して０．０２〜０．１０である酸化インジウムと酸化錫を主成分とする焼結体であり、これに抵抗を増加させる副成分を添加することにより、上記の問題を解決できるとの知見を得た。
この知見に基づき、本発明は、
１．酸化インジウム、酸化錫、酸化ケイ素及び酸化チタンからなる焼結体であって、１０〜４０ｗｔ．％の酸化ケイ素と１〜５ｗｔ％の酸化チタンを含有し、残余が酸化インジウムと酸化錫であることを特徴とする高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲット、を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ＩＴＯの抵抗率は酸化錫濃度を減らすことにより増加させることが出来るが、得ようとする抵抗率のためには酸化錫組成が極めて小さくなるために、再現性の良い成膜原料である焼結体を得ることが困難になる。
従って、ＩＴＯとしては安定な焼結体が得られる酸化錫重量の割合が酸化インジウムと酸化錫の重量の合計に対して０．０２〜０．１０であることが望ましい。
さらに非導電性物質である酸化珪素を添加することで導電性に寄与する体積を減少させ、膜の抵抗率を添加量により調整することができる。
【０００８】
その最適な添加量の範囲は、酸化珪素２〜４０ｗｔ．％である。酸化珪素の添加量が多すぎると抵抗率が上がりすぎるため膜厚を厚くしなければならないので、その添加量には上限がある。最大の添加量は膜厚にも依存するが４０ｗｔ．％以下であることが望ましい。
また、若干の酸化チタンを添加することにより、同様に低効率を上昇させ、さらにガラス基板への接着性を向上させることが出来る。しかし、酸化チタンを５ｗｔ．％を超えて添加すると逆に膜の付着強度が低下するため、その添加量には上限がある。
このようなターゲットを使用することにより、シート抵抗５００Ω／□以上の高抵抗膜を容易に形成することが可能となり、抵抗膜式タッチパネル等に好適な、高い表面抵抗率を有する透明導電膜を得ることができる。
【０００９】
本発明のターゲットを用いて成膜する際のスパッタリング法は、陰極に設置したターゲットにＡｒイオンなどの正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットを構成する材料を放出させて、対面している陽極側の基板にターゲット材料とほぼ同組成の膜を積層することによって行われる薄膜形成方法であり、処理時間や供給電力等を調節することによって、安定した成膜速度で数ｎｍの薄い膜から数十μｍの厚い膜まで形成できる。
ＩＴＯのスパッタリングは、成膜時のプロセスコントロールが比較的容易で、生産性が高いという理由から、工業的にはＤＣマグネトロンスパッタリング法が広く用いられている。
本発明は、このような成膜方法に好適なスパッタリングターゲットを提供することができる。
【００１０】
【実施例及び比較例】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００１１】
（ターゲットの作製）
適量の純水に酸化インジウム粉、酸化錫粉、酸化珪素粉、酸化チタン粉を各々所定の割合で混合しスラリーとした後、湿式媒体ミルで混合粉砕する。粉末の割合を表１に示す。
表１において、試料番号１、６、１１は、本発明の酸化珪素又は酸化チタンを添加していない酸化インジウム粉、酸化錫粉からなる比較例であり、試料番号２〜５、試料番号７〜１０及び試料番号１２〜１５は酸化珪素を添加した本発明の実施例、試料番号１６〜２３はさらに酸化チタンを添加した本発明の実施例を示す。
【００１２】
上記湿式媒体ミルで混合粉砕する際に、スラリーの凝集が生じ、粉砕効率が低下する場合は、分散剤などを加えて粉砕する。粉砕したスラリーはＰＶＡ等のバインダーを適量添加した後、噴霧式乾燥装置などで乾燥する。
得られた乾燥粉をプレスにより成型し、成型体を酸素雰囲気中で焼結することで焼結体を得る。
例えば、上記混合粉末を金型に均一充填し、冷間油圧プレスで８０ＭＰａの圧力を加えて成形し、さらに１６０ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレスする。
【００１３】
この成形体をさらに、純酸素雰囲気中、最高温度１６００°Ｃで焼結する。適切な焼結温度は１４００°Ｃ以上であるが、組成により変化するので、あらかじめ予備実験で最適な値を知っておく必要がある。
得られた焼結体を、平面研削盤でダイヤモンド砥石を用いて研削し、さらに側片を、ダイヤモンドカッターを用いて切断する。このターゲット切断ピースを銅製のバッキングプレートにメタルボンディングし、ターゲット表面を研磨仕上げしてスパッタリングターゲットとする。
上記の粉末の混合、成形、焼結、研削によりターゲットにする工程及び条件は、一例でありこれらの条件に制限されない。原料粉末又はターゲットの組成により、その条件を任意に変えることができる。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（ターゲット及びターゲットの特性評価）
上記に示す作製方法で表１に示す試料番号１〜２３のターゲットを作製し、ＤＣマグネトロンスパッタリング法でガラス基板上に２００ｎｍの膜を作製した。スパッタリング条件は、次の通りである。得られた膜の特性を測定した。
ターゲットサイズ：１２７×５０８×６．３５ｍｍ
基板温度：２００°Ｃ
スパッタガス：Ａｒ＋Ｏ_２
スパッタガス圧：０．５Ｐａ
スパッタガス流量：３００ＳＣＣＭ
スパッタガス中の酸素濃度：１ｖｏｌ％
漏洩磁束密度：０．１Ｔ
投入スパッタパワー：１５００Ｗ
【００１６】
得られた膜について、シート抵抗及び膜の付着力の評価を行った。シート抵抗は４端子法により測定した。付着力は膜に粘着テープを一定の圧力で貼り付けて直角に引き剥がす試験を数回行い、剥離の程度で次の様に評価した。この結果を同様に表１に示す。
表中、◎：全く剥離が見られない、○：若干の剥離が発生することもある、△：必ず剥離が発生、である。
また、図１は酸化チタンを添加していない参考例の試料番号２〜１５及び比較例の試料番号１、６、１１に関する膜のシート抵抗の、酸化珪素の濃度依存性を示すグラフであり、図２はＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）＝０．０５である膜のシート抵抗の酸化チタン濃度依存性を示す図である。
【００１７】
表１及び図１よりシート抵抗は酸化珪素の添加量により変化させることが出来ることが容易に理解できる。
表１及び図１から、シート抵抗を５００〜２０００Ω／□程度とするには、ＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）＝０．０２の膜では酸化珪素が２〜８ｗｔ．％で抵抗膜型透明タッチパネル用の透明導電膜として適していることが分かる。
同様に、ＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）＝０．０５の膜では酸化珪素が５〜２２ｗｔ．％で抵抗膜型透明タッチパネル用の透明導電膜として適している。また、ＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）＝０．１０の膜では酸化珪素が７〜４０ｗｔ．％で抵抗膜型透明タッチパネル用の透明導電膜として適している。シート抵抗をさらに増加させる必要がある場合には、酸化珪素の割合を増加させることにより達成できる。
【００１８】
酸化珪素を添加するとシート抵抗は急速に増加するが、酸化錫の比率を増すことにより、そのシート抵抗の増加を緩和する効果がある。したがって、酸化錫と酸化インジウムの比率、すなわちＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）は重要であり、膜の目的に応じて酸化錫の添加量及び酸化珪素の添加量を適宜調節することが必要である。
また、図２から明らかなように、酸化チタンを添加しても、酸化珪素に比較して、シート抵抗は殆ど変化しないが、表1の付着強度評価より酸化チタンが２ｗｔ．％で最も付着性が良く６ｗｔ．％では悪化している。したがって、酸化チタンの量は１〜５ｗｔ．％の範囲に制限するのが望ましい。
【００１９】
【発明の効果】
以上に示すように、本発明は酸化インジウムと酸化錫を主成分とし、さらに酸化ケイ素又は酸化チタンの少なくとも一方を含有するターゲットを使用することにより、透明導電膜としての特性を低減することなく、高抵抗の透明導電膜、特に抵抗膜式タッチパネル用として５００〜２０００Ω／□程度の高い表面抵抗率を有する透明導電膜形成に有用である高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲットを得ることができるという優れた特性を有している。
また、酸化チタンを少量添加することにより、同様に表面低効率を上げ、さらにガラス基板への付着強度を増加させることができるという著しい効果が得られる。
さらに、酸化ケイ素又は酸化チタンを添加することにより、熱、湿度、アルカリ腐蝕、屈曲やカールなどの機械的変形、ペン衝突摩耗などの種々の環境に対して、従来のタッチパネル用材と同程度又はさらに向上した耐久性を有するタッチパネル用材料を得ることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化チタンを添加していない膜のシート抵抗の酸化珪素濃度依存性を示す図である。
【図２】ＳｎＯ_２／（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）＝０．０５である膜のシート抵抗の酸化チタン濃度依存性を示す図である。

Claims

酸化インジウム、酸化錫、酸化ケイ素及び酸化チタンからなる焼結体であって、１０〜４０ｗｔ．％の酸化ケイ素と１〜５ｗｔ％の酸化チタンを含有し、残余が酸化インジウムと酸化錫であることを特徴とする高抵抗透明導電性膜用スパッタリングターゲット。