WO2018221724A1 - 高純度電気銅 - Google Patents

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copper
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electrolytic copper
electrodeposition
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圭栄 樽谷
賢治 久保田
中矢　清隆
公 荒井
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三菱マテリアル株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/12—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of copper

Definitions

  • the present invention relates to high-purity electrolytic copper that has a purity of Cu excluding gas components (O, F, S, C, Cl) of 99.9999 mass% or more and is electrodeposited on the surface of a cathode plate by electrolytic refining.
  • This application includes Japanese Patent Application No. 2017-109244 filed in Japan on June 1, 2017, Japanese Patent Application No. 2017-110418 filed in Japan on June 2, 2017, and Japan on May 21, 2018. Claimed priority is filed for Japanese Patent Application Nos. 2018-097318 and 2018-097319, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • High purity copper with a purity of Cu of 99.9999 mass% or more excluding gas components (O, F, S, C, Cl, etc.) is used in applications such as sputtering targets, bonding wires, audio cables, accelerators, etc. ing.
  • an anode plate made of, for example, a copper plate having a purity of about 99.99 mass% and a cathode plate made of, for example, a stainless steel plate are immersed in an electrolytic solution having copper ions, and these are energized.
  • an electrolytic refining method in which high-purity copper is electrodeposited on the surface of the cathode plate by an electrolytic reaction is widely adopted. Then, the copper electrodeposited on the surface of the cathode plate is peeled off to obtain electrolytic copper having a purity higher than that of the anode plate.
  • Patent Document 1 copper obtained by electrolytic purification in an aqueous copper sulfate solution is electrolyzed again at a current density of 100 A / m 2 or less in an aqueous nitric acid solution to obtain high-purity electrolytic copper.
  • Patent Document 2 discloses high-purity copper in which the particle size and the number of particles of nonmetallic inclusions contained as impurities are defined.
  • Patent Document 3 discloses the use of polyethylene glycol (PEG) or polyvinyl alcohol (PVA) as an additive in order to reduce the sulfur content of copper obtained by electrodeposition.
  • PEG polyethylene glycol
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Japanese Patent Publication No. 08-000990 A) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-307343 (A) Japanese Patent No. 4620185 (A)
  • the electrodeposition stress tends to increase in order to suppress the electrolytic reaction in the cathode plate excessively. Due to this electrodeposition stress, the electrodeposited copper warps and falls off during electrolysis, and it may not be possible to produce electrolytic copper stably. Moreover, even when electrolytic copper is obtained without dropping during electrolysis, if it is peeled off from the cathode plate and left to stand, warping occurs due to electrodeposition stress (residual stress) remaining on the electrolytic copper, There was a problem that subsequent handling became difficult.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the purity of Cu excluding gas components is 99.9999 mass% or more and the S content is 0.1 massppm or less.
  • the purpose of the present invention is to provide high-purity electrolytic copper that can be stably manufactured by reducing the electrodeposition stress in the substrate and that is excellent in handleability because generation of warpage is suppressed even after peeling from the cathode plate. To do.
  • the high-purity electrolytic copper of the present invention has a Cu purity of 99.9999 mass% or more excluding gas components (O, F, S, C, Cl), and the S content.
  • gas components O, F, S, C, Cl
  • the area ratio of a crystal having a (101) ⁇ 10 ° plane orientation is less than 40%. It is characterized by having.
  • the area ratio of crystals having a plane orientation of (101) ⁇ 10 ° is 40 in the cross section along the thickness direction (that is, the cross section along the growth direction of electrodeposition). Therefore, the growth of crystals having a (101) ⁇ 10 ° plane orientation due to the electrolytic reaction is suppressed, and the electrodeposition stress during electrodeposition is reduced. Further, since the crystal orientation becomes random, strain can be dispersed. Therefore, even after peeling from the cathode plate, the occurrence of warpage is suppressed, and the handleability is excellent. Moreover, since the purity of Cu excluding gas components (O, F, S, C, Cl) is 99.9999 mass% or more and the S content is 0.1 massppm or less, high purity is required. It can be used for various purposes.
  • the area ratio of the crystal having the (111) ⁇ 10 ° plane orientation is 15%. It is preferable to be less than.
  • the area ratio of the crystal having the (111) ⁇ 10 ° plane orientation is suppressed to less than 15%.
  • the growth of crystals having a plane orientation of (111) ⁇ 10 ° due to the electrolytic reaction is also suppressed, and the electrodeposition stress during electrodeposition is reduced.
  • strain can be dispersed. Therefore, even after peeling from the cathode plate, the occurrence of warpage is suppressed, and the handleability is excellent.
  • the major axis a of the crystal grains and the minor axis perpendicular to the major axis a is preferably less than 40%.
  • the area ratio of the crystal grains having an aspect ratio b / a of less than 0.33 is kept low, the strain accumulated in the crystal grains can be released, and the warp even after peeling from the cathode plate. Generation is suppressed, and the handleability is excellent.
  • the purity of Cu excluding gas components (O, F, S, C, Cl) is 99.99999 mass% or more, and the S content is 0.02 massppm or less. It is preferable that In this case, the purity of Cu excluding gas components (O, F, S, C, Cl) is set to 99.99999 mass% or more, the S content is set to 0.02 massppm or less, and high-purity copper It can also be applied to applications that require.
  • the purity of Cu excluding gas components is set to 99.9999 mass% or more, and the S content is set to 0.1 massppm or less, thereby reducing the electrodeposition stress during electrodeposition.
  • the purity of Cu excluding gas components is set to 99.9999 mass% or more, and the S content is set to 0.1 massppm or less, thereby reducing the electrodeposition stress during electrodeposition.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of high-purity electrolytic copper in an embodiment of the present invention, and is an AA cross-sectional view thereof.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of high-purity electrolytic copper in an embodiment of the present invention, and is an AA cross-sectional view thereof.
  • the high-purity electrolytic copper 10 is obtained by electrodeposition on the surface of the cathode plate 1 during electrolytic refining, and is peeled off from the cathode plate 1. It is plate-shaped in a state (that is, a high-purity electrolytic copper plate).
  • the upper part of the cathode plate 1 was removed from the cathode plate 1 during electrolytic refining in order to prevent contact between the copper electrodes deposited on both sides of the cathode plate 1 and to obtain a desired size of copper electrode. Tapes for preventing electrodeposition are placed around the periphery.
  • the thickness t of the high purity electrolytic copper 10 is in the range of 1 mm ⁇ t ⁇ 100 mm. Further, the plate width W and plate length L of the high-purity electrolytic copper 10 are in the range of 0.05 m ⁇ W ⁇ 5 m and in the range of 0.05 m ⁇ L ⁇ 5 m, respectively.
  • the composition of the high-purity electrolytic copper 10 according to the present embodiment is such that the purity of Cu excluding O, F, S, C, and Cl, which are gas components, is 99.9999 mass% (6N) or more, and the content of S is It is set to 0.1 massppm or less.
  • the purity of Cu excluding O, F, S, C, and Cl, which are gas components is preferably 99.99999 mass% (7N) or higher.
  • the upper limit of the purity of Cu excluding O, F, S, C, and Cl as gas components is not particularly limited, but is preferably 99.99999999% (8N) or less.
  • content of S is 0.02 massppm or less.
  • the lower limit of the S content is not particularly limited, but is preferably 0.001 mass ppm or more.
  • the analysis of the impurity element can be performed using a glow discharge mass spectrometer (GD-MS).
  • the cross-section along the thickness direction (cross-section AA in FIG. 1B) was measured for crystal orientation by electron backscatter diffraction, and as a result, (101) ⁇ 10 °
  • the area ratio of crystals having a plane orientation is set to be less than 40%.
  • the area ratio of the crystal having a plane orientation is less than 15%.
  • a boundary where the orientation difference between adjacent pixels is 5 ° or more is regarded as a crystal grain boundary, and a plane orientation of (101) ⁇ 10 ° is set.
  • the area ratio of the crystal having the crystal orientation and the area ratio of the crystal having the (111) ⁇ 10 ° plane orientation are measured.
  • the major axis a of the crystal grain size and the minor axis perpendicular to the major axis a is preferably less than 40%.
  • the boundary where the orientation difference between adjacent pixels is 5 ° or more is regarded as a crystal grain boundary, and the recognized crystal grain is approximated by an ellipse
  • the aspect ratio b / a which is the ratio of the major axis a to the minor axis b of the ellipse, is calculated, and the area ratio of crystal grains having an aspect ratio b / a of less than 0.33 is measured.
  • the average crystal grain size is within the range of 15 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less in the cross section along the thickness direction (the AA cross section in FIG. 1B). Is preferred.
  • a boundary where the orientation difference between adjacent pixels is 5 ° or more is regarded as a crystal grain boundary, and the obtained crystal grains are circular with the same area and circular.
  • Each crystal grain size is calculated by approximating the circular diameter as a crystal grain size. At that time, crystal grains in which some of the crystal grains are out of the measurement field are excluded from measurement.
  • the average crystal grain size is calculated from the following formula. r ave : average crystal grain size S: particle area r: particle diameter N: number of particles
  • the glossiness of the surface is 2 or more.
  • JIS Z 8741: 1997 corresponding to ISO 2813: 1994 and ISO 7668: 1986
  • the central portion of the surface of the high-purity electrolytic copper 10 at an incident angle of 60 ° using a gloss meter is measured.
  • the plane orientation of (101) ⁇ 10 ° in the cross section along the thickness direction of the high purity electrolytic copper 10 according to the present embodiment (the cross section along the growth direction of copper electrodeposited on the surface of the cathode plate 1)
  • the area ratio of the crystal having the crystal orientation, the area ratio of the crystal having the plane orientation of (111) ⁇ 10 °, the aspect ratio b / a represented by the major axis a of the crystal grain size and the minor axis b orthogonal to the major axis a The reason why the area ratio of crystal grains having a particle size of less than 0.33, the average crystal grain size, and the glossiness of the surface of high-purity electrolytic copper are defined as described above will be described.
  • the area ratio of the crystal having a (101) ⁇ 10 ° plane orientation in the cross section along the thickness direction is set to less than 40%, and the proportion of the crystal grown in one direction is set low. ing.
  • the area ratio of crystals having a plane orientation of (101) ⁇ 10 ° in the cross section along the thickness direction is preferably 30% or less.
  • the lower limit value of the area ratio of the crystal having the (101) ⁇ 10 ° plane orientation in the cross section along the thickness direction is not particularly limited, but is preferably 5% or more.
  • the area ratio of crystals having a (111) ⁇ 10 ° plane orientation in the cross section along the thickness direction is set to less than 15%, and the proportion of crystals grown in one direction is set low. ing.
  • the area ratio of crystals having a (111) ⁇ 10 ° plane orientation in the cross section along the thickness direction is preferably 10% or less.
  • the lower limit of the area ratio of the crystal having a (111) ⁇ 10 ° plane orientation in the cross section along the thickness direction is not particularly limited, but is preferably 2% or more.
  • the area ratio of crystal grains whose aspect ratio b / a in the cross section along the thickness direction is less than 0.33 is defined as 40% or less.
  • the area ratio of crystal grains having an aspect ratio b / a of less than 0.33 is preferably 20% or less.
  • the lower limit of the area ratio of crystal grains having an aspect ratio b / a of less than 0.33 is not particularly limited, but is preferably 5% or more.
  • the average crystal grain size is set within a range of 15 ⁇ m or more and 35 ⁇ m or less.
  • the average crystal grain size is more preferably in the range of 15 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the glossiness of the surface is set to 2 or more.
  • the glossiness of the surface of the high purity electrolytic copper 10 is 3 or more.
  • the upper limit of the glossiness of the surface is not particularly limited, but is preferably 4.5 or less.
  • the electrodeposition stress tends to increase. More preferably, the residual stress (residual stress) is reduced to suppress the occurrence of warpage.
  • the manufacturing method of the high purity electrolytic copper 10 which is this embodiment is demonstrated.
  • the copper sulfate aqueous solution is used as electrolyte solution
  • the sulfuric acid concentration of electrolyte solution is the range of 10 g / L or more and 300 g / L or less
  • copper concentration is 5 g / L.
  • the chloride ion concentration is in the range of 5 mg / L or more and 150 mg / L or less in the range of L or more and 90 g / L or less.
  • it has the characteristics in the additive added to electrolyte solution.
  • additive A silver reducing agent
  • additive B electrodeposition control agent
  • additive C stress relaxation agent
  • Additives A are composed of tetrazole or a derivative thereof (hereinafter referred to as tetrazole).
  • tetrazole a derivative thereof
  • the tetrazole derivative for example, 5-amino-1H-tetrazole, 5-methyl-1H-tetrazole, 5-phenyl-1H-tetrazole, 1-methyl-5-ethyl-1H-tetrazole and the like can be used.
  • 0.1 massppm or less is preferable and, as for content of Ag in the high purity electrolytic copper of this embodiment, 0.001 massppm or more and 0.09 massppm or less are more preferable.
  • the addition amount of the tetrazole is set within the range of 0.1 mg / L to 20 mg / L.
  • the upper limit of the addition amount of tetrazole is 10 mg / L or less.
  • Additives B consist of polyoxyethylene monophenyl ether or polyoxyethylene naphthyl ether (hereinafter referred to as polyoxyethylene monophenyl ether).
  • polyoxyethylene monophenyl ethers By adding polyoxyethylene monophenyl ethers to the electrolytic solution, the surface of the electrolytic copper becomes smooth and the occurrence of precipitation abnormalities such as dendrites can be suppressed. Thereby, entrainment of the electrolytic solution is reduced, and the amount of impurities such as sulfur can be further reduced.
  • the amount of polyoxyethylene monophenyl ether added is 10 mg / L or more, or 500 mg / L or less, the amount of impurities can be sufficiently reduced.
  • the amount of polyoxyethylene monophenyl ether added is set in the range of 10 mg / L to 500 mg / L.
  • the amount of polyoxyethylene monophenyl ether added is more preferably 50 mg / L or more and 300 mg / L or less.
  • Additives C are made of polyvinyl alcohol or modified polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as polyvinyl alcohols).
  • polyvinyl alcohols modified polyvinyl alcohol
  • modified polyvinyl alcohol for example, polyoxyethylene-modified polyvinyl alcohol, ethylene-modified polyvinyl alcohol, carboxy-modified polyvinyl alcohol and the like can be used.
  • polyvinyl alcohols By adding polyvinyl alcohol to the electrolytic solution, it is possible to suppress the crystal from growing in one direction, and the orientation of the crystal becomes random, whereby the strain can be dispersed.
  • the electrodeposition suppressing effect of the additive can be moderated moderately, so that the size of the crystal grains can be increased.
  • the electrodeposition stress for example, to reduce the electrodeposition stress when deposited to a film thickness of 20 to 100 ⁇ m to 50 MPa or less.
  • the electrodeposition stress can be sufficiently reduced by setting the addition amount of polyvinyl alcohol to 1 mg / L or more.
  • the addition amount of polyvinyl alcohol 100 mg / L or less, the effect of reducing the electrodeposition stress is sufficiently exhibited, and generation of coarse dendrites can be reliably suppressed.
  • the addition amount of polyvinyl alcohol is set within a range of 1 mg / L or more and 100 mg / L or less.
  • the upper limit of the addition amount of polyvinyl alcohol shall be 50 mg / L or less.
  • the saponification rate in polyvinyl alcohols is in the range of 70 mol% to 99 mol%.
  • the saponification rate in polyvinyl alcohols is more preferably 75 mol% or more and 95 mol% or less.
  • the basic structure of polyvinyl alcohols consists of a fully saponified type of hydroxyl group and a partially saponified type having an acetic acid group.
  • the degree of polymerization of polyvinyl alcohols is the total number of both, and the average degree of polymerization is determined by polymerization. The average value of degrees.
  • the average degree of polymerization can be measured based on a polyvinyl alcohol test method defined in JIS K 6726: 1994.
  • the electrodeposition stress can be sufficiently reduced by setting the average degree of polymerization of the polyvinyl alcohols to 200 or more.
  • the average degree of polymerization of polyvinyl alcohols is in the range of 200 or more and 2500 or less.
  • a copper plate made of copper (4NCu) having a purity of 99.99 mass% or more is immersed as an anode plate in the electrolytic solution to which the additive is added, and a stainless steel plate is immersed as the cathode plate 1.
  • These anode plate and cathode plate By energizing during 1, copper is electrodeposited on the surface of the cathode plate 1.
  • the high purity electrolytic copper 10 which is this embodiment is manufactured by peeling the copper electrodeposited on the surface of the cathode plate 1.
  • the current density at the time of electrodeposition is in the range of 150 A / m 2 or more and 190 A / m 2 or less.
  • the current density during electrodeposition is more preferably in the range of 155 A / m 2 or more and 185 A / m 2 or less.
  • the electrolytic solution temperature at the time of electrodeposition is set to 30 ° C. or higher, it is possible to secure the particle size and to prevent the electrodeposition stress from increasing. Further, for example, in a copper sulfate solution, it is difficult for a copper sulfate crystal to be formed on the anode surface, and it is possible to suppress an increase in the voltage between the electrodes due to inhibition of energization. On the other hand, when the electrolytic solution temperature during electrodeposition is set to 35 ° C. or less, the particle size can be prevented from becoming coarse.
  • the temperature of the electrolytic solution during electrodeposition is in the range of 30 ° C. or more and 35 ° C. or less.
  • the purity of Cu excluding gas components (O, F, S, C, Cl) is 99.9999 mass% or more, and the S content is 0.1 mass ppm or less, preferably the gas components (O, F, S, C). , Cl), the purity of Cu is 99.99999 mass% or more and the S content is 0.02 massppm or less, so that it can be used in various applications where high purity copper is required.
  • the area ratio of crystals having a (111) ⁇ 10 ° plane orientation is suppressed to less than 15% in a cross section along the thickness direction (cross section along the growth direction of electrodeposition). Therefore, large growth of crystals having a (111) ⁇ 10 ° plane orientation due to the electrolytic reaction is also suppressed, and the electrodeposition stress during electrodeposition is kept low. Further, the crystal orientation becomes more random, and the strain is easily released. Therefore, the occurrence of warpage of the plate-like high-purity electrolytic copper 10 peeled from the cathode plate 1 is suppressed, and the handleability is excellent.
  • the crystal grain size in a cross section along the thickness direction (cross section along the growth direction of electrodeposition), is represented by a major axis a and a minor axis b orthogonal to the major axis a. Since the area ratio of crystal grains having an aspect ratio b / a of less than 0.33 is less than 40%, it is possible to prevent the crystals from growing greatly in one direction during electrodeposition, and electrodeposition during electrodeposition. The stress is low. Therefore, even after peeling from the cathode plate 1, the occurrence of warpage is suppressed, and the handleability is excellent.
  • the average crystal grain size is set to 15 ⁇ m or more, the number of crystal grains to be fused decreases, and the stress during electrodeposition is reduced.
  • the average crystal grain size is set to 35 ⁇ m or less, the surface of electrolytic copper is smooth and the purity of electrolytic copper can be maintained at 99.9999 mass% or more. Therefore, the stress remaining in the high-purity electrolytic copper 10 is reduced, generation of warpage can be suppressed, and high-purity copper can be obtained.
  • the glossiness of the surface of the high purity electrolytic copper 10 is 2 or more, it is possible to suppress the incorporation of impurities and to achieve high purity as described above. be able to. Further, when copper is electrodeposited smoothly on the surface of the cathode plate 1, the electrodeposition stress tends to increase. As described above, the electrodeposition stress is kept low by defining the degree of crystal orientation. be able to.
  • electrolytic solution sulfuric acid 50 g / L, copper sulfate pentahydrate 197 g / L, copper sulfate aqueous solution containing hydrochloric acid 50 mg / L, nitric acid 5 g / L, copper nitrate trihydrate 190 g / L, hydrochloric acid 50 mg / L
  • the electrolytic solution used is shown in Table 2. Then, as shown in Table 2, Additives A, Additives B, and Additives C shown in Table 1 were added to the electrolyte solution described above.
  • electrolytic copper 4NCu
  • An anode bag was used so that slime generated from the anode plate was not taken into the electrolytic copper.
  • a stainless steel plate made of SUS316 was used as the cathode plate.
  • Electrolysis was performed under the conditions of a current density of 150 A / m 2 and a bath temperature of 30 ° C.
  • Additives A, Additives B, and Additives C the decrease was sequentially replenished so as to maintain the initial concentration.
  • copper was electrodeposited on the stainless steel plate as the cathode plate to obtain electrolytic copper of the present invention example and the comparative example.
  • the electrolytic copper which performs glossiness, a composition analysis, and cross-sectional structure observation it manufactured by implementing electrodeposition on the above-mentioned conditions for 7 days.
  • the electrolytic copper which evaluates curvature amount it manufactured by implementing electrodeposition on the above-mentioned conditions for 24 hours.
  • composition analysis A measurement sample was collected from the center portion of the obtained electrolytic copper, and Ag, Al, As, Au, B, Ba, and GD-MS (glow discharge mass spectrometry) equipment (VG-9000, manufactured by VG MICROTRACE) was used. Be, Bi, C, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, F, Fe, Ga, Ge, Hg, In, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, O, P, Pb, The contents of Pd, Pt, S, Sb, Se, Si, Sn, Te, Th, Ti, U, V, W, Zn, and Zr were measured. Among them, all components excluding gas components (O, F, S, C, Cl) were added together to obtain the total amount of impurities. Table 3 shows the measurement results.
  • the area ratio of the crystal having the (101) ⁇ 10 ° plane orientation, the area ratio of the crystal having the (111) ⁇ 10 ° plane orientation, and the major axis of the crystal grain size The area ratio and average crystal grain size of crystal grains having an aspect ratio b / a represented by a and a minor axis b orthogonal to the major axis a of less than 0.33 were evaluated. The evaluation results are shown in Table 3.
  • Electrodeposition stress Under the same conditions as in Table 1 and Table 2, the electrodeposition stress was measured using a strain gauge type precision stress meter (manufactured by Yamamoto Metal Testing Co., Ltd.). The value of electrodeposition stress was 2 hours after electrodeposition.
  • a dedicated copper cathode plate attached to the above strain gauge type precision stress meter with a strain gauge attached to the back surface of the electrodeposition surface was used. Table 3 shows the measurement results.
  • Comparative Examples 1-3 and 6 the area ratio of the crystals having the (101) ⁇ 10 ° plane orientation exceeded 40%, and the warp of electrolytic copper increased. Moreover, it was confirmed that the electrodeposition stress was high when electrodeposition was performed under the same conditions. In Comparative Examples 4, 5, and 6, the S content was large and the total amount of impurities was relatively high. In addition, the glossiness is low, unevenness is generated during electrodeposition, and it is presumed that the purity is lowered because the electrolytic solution is captured.
  • Example 1-7 of the present invention the area ratio of crystals having a (101) ⁇ 10 ° plane orientation was less than 40%, and no warping of electrolytic copper was observed. Moreover, it was confirmed that the electrodeposition stress when electrodepositing under the same conditions is low. Furthermore, the S content was small and the total amount of impurities was kept low, and high-purity electrolytic copper could be obtained.
  • the purity of Cu excluding gas components is set to 99.9999 mass% or more and the S content is set to 0.1 mass ppm or less to reduce the electrodeposition stress during electrodeposition.
  • the purity of Cu excluding gas components is set to 99.9999 mass% or more, and the S content is set to 0.1 massppm or less, thereby reducing the electrodeposition stress during electrodeposition.
  • the purity of Cu excluding gas components is set to 99.9999 mass% or more, and the S content is set to 0.1 massppm or less, thereby reducing the electrodeposition stress during electrodeposition.

Abstract

ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、厚さ方向に沿った断面において電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満とされている。

Description

高純度電気銅
　本発明は、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除くＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、電解精錬によってカソード板の表面に電析される高純度電気銅に関する。
　本願は、２０１７年６月１日に日本に出願された特願２０１７－１０９２４４号、２０１７年６月２日に日本に出願された特願２０１７－１１０４１８号並びに２０１８年５月２１日に日本に出願された特願２０１８－０９７３１８号及び特願２０１８－０９７３１９号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ等）を除くＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上である高純度銅は、例えば、スパッタリングターゲット、ボンディングワイヤー、オーディオケーブル、加速器等の用途で使用されている。
　このような高純度銅を得る手段として、銅イオンを有した電解液中に、例えば純度９９．９９ｍａｓｓ％程度の銅板からなるアノード板と、例えばステンレス板からなるカソード板を浸漬し、これらに通電することにより、電解反応によってカソード板の表面に高純度の銅を電析させる電解精錬法が広く採用されている。そして、カソード板の表面に電析した銅を剥離することにより、アノード板よりも高純度の電気銅が得られる。
　例えば、特許文献１においては、硫酸銅水溶液中で電解精製して得られた銅を、さらに硝酸水溶液中において１００Ａ／ｍ２以下の電流密度で再度電解を行うことにより、高純度電気銅を得る方法が開示されている。
　また、特許文献２には、不純物として含まれる非金属介在物の粒径及び粒子数を規定した高純度銅が開示されている。
　ここで、上述の電解精錬法においては、通常、カソード板に電析する銅の形態を制御するために、電解反応を抑制する添加剤（例えばニカワ）を電解液中に添加することが行われている。しかしながら、上述のニカワは、硫黄分を含有しているため、電析によって得られる銅の硫黄含有量が上昇する傾向にあった。
そこで、特許文献３においては、電析によって得られる銅の硫黄含有量を低減するために、添加剤として、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いることが開示されている。
これらの電解反応を制御する添加剤は、その効果が不足、または過剰となると、カソード板の表面に電析する銅の表面に凹凸が生じ、またはデンドライトなど電析異常が発生する。この異常部分に電解液が捕捉されてしまい、電気銅の純度を十分に向上させることができないため、添加剤の制御は非常に重要である。
日本国特公平０８－０００９９０号公報（Ａ） 日本国特開２００５－３０７３４３号公報（Ａ） 日本国特許第４６２０１８５号公報（Ａ）
　ところで、従来の添加剤を用いた場合には、カソード板における電解反応を過剰に抑制するために、電着応力が高くなる傾向にあった。この電着応力によってカソード板の表面に電析した銅に反りが生じて電解中に脱落してしまい、電気銅を安定して製造することができないことがあった。また、電解中に脱落せずに電気銅が得られた場合であっても、カソード板から剥離して放置しておくと、電気銅に残存した電着応力（残留応力）によって反りが生じ、その後の取扱いが困難となるといった問題があった。
　この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされるとともにＳの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、電析時における電着応力を低減することにより、安定して製造可能であるとともに、カソード板から剥離された後でも反りの発生が抑制されて取り扱い性に優れた高純度電気銅を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の高純度電気銅は、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、厚さ方向に沿った断面において電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満とされていることを特徴としている。
　この構成の高純度銅電気銅においては、厚さ方向に沿った断面（すなわち、電析の成長方向に沿った断面）において、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満に抑えられているので、電解反応によって（１０１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長することが抑制されており、電析時の電着応力が低くなる。また、結晶の配向性がランダムになることで、歪を分散させることができる。よって、カソード板から剥離させた後でも反りの発生が抑制されることになり、取り扱い性に優れている。
　また、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、高い純度が要求される様々な用途で使用することができる。
　ここで、本発明の高純度電気銅においては、厚さ方向に沿った断面において電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が１５％未満とされていることが好ましい。
　この場合、厚さ方向に沿った断面（すなわち、電析の成長方向に沿った断面）において、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が１５％未満に抑えられているので、電解反応によって（１１１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長することも抑制され、電析時の電着応力が低くなる。また、結晶の配向性がさらにランダムになることで、歪を分散させることができる。よって、カソード板から剥離させた後でも反りの発生が抑制されることになり、取り扱い性に優れている。
　また、本発明の高純度電気銅においては、厚さ方向に沿った断面（すなわち、電析の成長方向に沿った断面）において、結晶粒の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満である結晶粒の面積率が４０％未満とされていることが好ましい。
　この場合、アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率が低く抑えられているので、結晶粒に蓄積された歪を解放することができ、カソード板から剥離させた後でも反りの発生が抑制されることになり、取り扱い性に優れている。
　さらに、本発明の高純度電気銅においては、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．０２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることが好ましい。
　この場合、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．０２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、さらに高純度の銅が要求される用途にも適用することができる。
　本発明によれば、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされるとともにＳの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、電析時における電着応力を低減することにより、安定して製造可能であるとともに、カソード板から剥離された後でも反りの発生が抑制されて取り扱い性に優れた高純度電気銅を提供することができる。
本発明の実施形態における高純度電気銅の概略説明図であり、その正面図である。 本発明の実施形態における高純度電気銅の概略説明図であり、そのＡ－Ａ断面図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る高純度電気銅について説明する。
　本実施形態である高純度電気銅１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電解精錬時のカソード板１の表面に電析することによって得られるものであり、カソード板１から剥離された状態で板状をなしている（即ち、高純度電気銅板である）。また、電解精錬時のカソード板１には、カソード板１の両面に電析される電気銅同士の接触を防ぎ、所望の大きさの電気銅を得るために、カソード板１の上部を除いた周辺部に電析防止用のテープ等を配置している。なお、本実施形態においては、高純度電気銅１０の厚さｔは１ｍｍ≦ｔ≦１００ｍｍの範囲内とされている。また、高純度電気銅１０の板幅Ｗ及び板長Ｌは、それぞれ０．０５ｍ≦Ｗ≦５ｍの範囲内、０．０５ｍ≦Ｌ≦５ｍの範囲内とされている。
　本実施形態である高純度電気銅１０の組成は、ガス成分であるＯ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌを除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％（６Ｎ）以上とされ、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされている。なお、ガス成分であるＯ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌを除いたＣｕの純度は、９９．９９９９９ｍａｓｓ％（７Ｎ）以上であることが好ましい。ガス成分であるＯ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌを除いたＣｕの純度の上限値は特に限定されないが、９９．９９９９９９ｍａｓｓ％（８Ｎ）以下であることが好ましい。また、Ｓの含有量は０．０２ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましい。Ｓの含有量の下限値は特に限定されないが、０．００１ｍａｓｓｐｐｍ以上であることが好ましい。
　なお、不純物元素の分析は、グロー放電質量分析装置（ＧＤ－ＭＳ）を用いて行うことができる。
　そして、本実施形態である高純度電気銅１０においては、厚さ方向に沿った断面（図１ＢにおいてＡ－Ａ断面）を電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満とされている。
　また、本実施形態である高純度電気銅１０においては、厚さ方向に沿った断面（図１ＢにおいてＡ－Ａ断面）を電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が１５％未満とされていることが好ましい。
　ここで、本実施形態では、電子後方散乱回折法による結晶方位解析において、隣接するピクセル間の方位差が５°以上である境界を結晶粒界とみなし、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率、及び、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率を測定する。
　さらに、本実施形態である高純度電気銅１０においては、厚さ方向に沿った断面（図１ＢにおいてＡ－Ａ断面）において、結晶粒径の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満である結晶粒の面積率が４０％未満とされていることが好ましい。
　ここで、本実施形態では、電子後方散乱回折法による結晶方位解析において、隣接するピクセル間の方位差が５°以上である境界を結晶粒界とみなし、認識された結晶粒を楕円近似し、その楕円の長径ａと短径ｂとの比であるアスペクト比ｂ／ａを算出し、アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満である結晶粒の面積率を測定する。
　また、本実施形態である高純度電気銅１０においては、厚さ方向に沿った断面（図１ＢにおいてＡ－Ａ断面）において、平均結晶粒径が１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
　本実施形態においては、電子後方散乱回折法による結晶方位解析において、隣接するピクセル間の方位差が５°以上である境界を結晶粒界とみなし、得られた結晶粒を同面積の円形で円形近似し、その円形直径を結晶粒径とみなして個々の結晶粒径を算出する。その際、結晶粒の一部が測定視野外となる結晶粒については、測定の対象外とする。また平均結晶粒径は、下記式から算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ｒａｖｅ：平均結晶粒径
Ｓ：粒子面積
ｒ：粒子直径
Ｎ：粒子数
　さらに、本実施形態である高純度電気銅１０においては、表面の光沢度が２以上とされていることが好ましい。
　本実施形態においては、ＪＩＳ　Ｚ　８７４１：１９９７（ＩＳＯ　２８１３：１９９４及びＩＳＯ　７６６８：１９８６に対応）に基づいて、光沢度計を用いて入射角６０°で高純度電気銅１０の表面の中央部（図１Ａにおいて点Ｐ）を測定する。
　以下に、本実施形態である高純度電気銅１０の厚さ方向に沿った断面（カソード板１の表面に電析した銅の成長方向に沿った断面）における（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率、結晶粒径の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率、平均結晶粒径、高純度電気銅の表面の光沢度を、上述のように規定した理由について説明する。
（（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率：４０％未満）
　カソード板１の表面に銅が電析して結晶が成長する際に、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長すると、銅が電析する際に発生する歪が解放され難くなり、電着応力が高くなる。このため、電析した銅に反りが生じやすくなる。
　そこで、本実施形態においては、厚さ方向に沿った断面における（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率を４０％未満とし、一方向に成長した結晶の占める割合を低く設定している。
　なお、電着応力をさらに抑制するためには、厚さ方向に沿った断面における（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率は、３０％以下であることが好ましい。厚さ方向に沿った断面における（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率の下限値は特に限定されないが、５％以上とすることが好ましい。
（（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率：１５％未満）
　カソード板１の表面に銅が電析して結晶が成長する際に、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長すると、銅が電析する際に発生する歪が解放され難くなり、電着応力が高くなる。このため、電析した銅に反りが生じやすくなる。ここで、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率を１５％未満とすることにより、銅が電析する際に発生する歪が解放されやすく、電着応力が低くなり、電析した銅の反りをさらに抑制することが可能となる。
　そこで、本実施形態においては、厚さ方向に沿った断面における（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率を１５％未満とし、一方向に成長した結晶の占める割合を低く設定している。
　なお、電着応力をさらに抑制するためには、厚さ方向に沿った断面における（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率は、１０％以下であることが好ましい。厚さ方向に沿った断面における（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率の下限値は特に限定されないが、２％以上とすることが好ましい。
（アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率：４０％以下）
　カソード板１の表面に電析した銅の結晶粒のアスペクト比が０．３３未満である場合には、結晶粒が細長くなり、歪を多く蓄積することになる。このため、高純度電気銅１０に残存する応力が比較的高くなる傾向にある。ここで、アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率を４０％以下とすることにより、高純度電気銅１０に残存する応力を十分に低く抑えることが可能となる。
　そこで、本実施形態においては、厚さ方向に沿った断面におけるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満である結晶粒の面積率を４０％以下に規定している。
　なお、高純度電気銅１０に残存する応力をさらに抑制するためには、アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率は２０％以下であることが好ましい。アスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率の下限値は特に限定されないが、５％以上とすることが好ましい。
（平均結晶粒径：１５μｍ以上３５μｍ以下）
　結晶粒径が微細であると、電着した結晶同士が融着する箇所が多くなり、融着時に発生する歪が蓄積され、全体として電着応力が高くなる傾向になる。一方、結晶粒径が粗大であると、それに伴い電気銅表面も荒くなるため、電析時に電解液を巻き込みやすくなり、電気銅の純度が低下する傾向にある。
　そこで、本実施形態においては、平均結晶粒径を１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲内に設定している。平均結晶粒径は、１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされることがより好ましい。
（表面の光沢度：２以上）
　カソード板１の表面に電着した銅の表面に凹凸が生じると、凹凸の部分に電解液が捕捉され、電気銅の純度が低下する傾向にある。
　このため、本実施形態の高純度電気銅１０においては、表面の光沢度を２以上に設定している。
　なお、高純度電気銅１０の表面の光沢度は３以上であることが好ましい。表面の光沢度の上限値は特に限定されないが、４．５以下とすることが好ましい。
　ここで、カソード板１の表面に平滑に銅を電析させて光沢度を高くした場合、電着応力が高くなる傾向にあるため、上述のように、結晶の配向度を規定し、電気銅に残留する応力（残留応力）を低減して反りの発生を抑制することがより好ましい。
　次に、本実施形態である高純度電気銅１０の製造方法について説明する。
　本実施形態である高純度電気銅１０の製造方法においては、電解液として硫酸銅水溶液を用いており、電解液の硫酸濃度が１０ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下の範囲内、銅濃度が５ｇ／Ｌ以上９０ｇ／Ｌ以下の範囲内、塩化物イオン濃度が５ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内とされている。
　そして、本実施形態である高純度電気銅１０の製造方法においては、電解液に添加される添加剤に特徴を有する。本実施形態では、後述するように、添加剤Ａ類（銀低減剤）、添加剤Ｂ類（電析形態制御剤）、添加剤Ｃ類（応力緩和剤）、の３種類の添加剤を用いている。
（添加剤Ａ類：銀低減剤）
　添加剤Ａ類（銀低減剤）は、テトラゾールまたはその誘導体（以下、テトラゾール類）からなる。テトラゾール誘導体として、例えば、５－アミノ－１Ｈ－テトラゾール、５－メチル－１Ｈ－テトラゾール、５－フェニル－１Ｈ－テトラゾール、１－メチル―５－エチル－１Ｈ－テトラゾールなどを用いることができる。
　上述のテトラゾール類を電解液に添加することにより、電解液中の銀イオンを錯化して析出を阻害し、不純物であるＡｇの含有量を低減することが可能となる。なお、本実施形態の高純度電気銅におけるＡｇの含有量は０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下が好ましく、０．００１ｍａｓｓｐｐｍ以上０．０９ｍａｓｓｐｐｍ以下がより好ましい。
　ここで、テトラゾール類の添加量を０．１ｍｇ／Ｌ以上とすることにより、銀の共析を十分に抑制することが可能となる。一方、テトラゾール類の添加を２０ｍｇ／Ｌ以下とすることにより、電析状態が安定し、粗大なデンドライトの発生が抑制され、純度が十分に向上することになる。
　以上のことから、本実施形態においては、テトラゾール類の添加量を０．１ｍｇ／Ｌ以上２０ｍｇ／Ｌ以下の範囲内に設定している。なお、テトラゾール類の添加量の上限は、１０ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。
（添加剤Ｂ類：電析形態制御剤）
　添加剤Ｂ類（電析形態制御剤）は、ポリオキシエチレンモノフェニルエーテルまたはポリオキシエチレンナフチルエーテル（以下、ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル類）からなる。
　ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル類を電解液に添加することにより、電気銅の表面が平滑となり、かつ、デンドライトなどの析出異常の発生も抑制することができる。これにより、電解液の巻き込みが低減し、硫黄などの不純物量をより低減することができる。
　ここで、ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル類の添加量が１０ｍｇ／Ｌ以上である場合、あるいは、５００ｍｇ／Ｌ以下である場合には、不純物量を十分に低減することが可能となる。
　以上のことから、本実施形態においては、ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル類の添加量を１０ｍｇ／Ｌ以上５００ｍｇ／Ｌ以下の範囲内に設定している。ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル類の添加量は、５０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下とすることがより好ましい。
（添加剤Ｃ類：応力緩和剤）
　添加剤Ｃ類（応力緩和剤）は、ポリビニルアルコールまたは変性ポリビニルアルコール（以下、ポリビニルアルコール類）からなる。変性ポリビニルアルコールとしては、例えば、ポリオキシエチレン変性ポリビニルアルコール、エチレン変性ポリビニルアルコ―ル、カルボキシ変性ポリビニルアルコールなどを用いることができる。
　ポリビニルアルコール類を電解液に添加することにより、結晶が一方向に成長することを抑制することができ、結晶の配向性がランダムになることで、歪を分散させることができる。さらにポリビニルアルコール類を電解液に添加することで、添加剤の電析抑制効果を適度に緩和することができるため、結晶粒の大きさを粗大化することができる。これにより、電着応力を低く、例えば膜厚２０～１００μｍに電析した場合の電着応力を５０ＭＰａ以下に低減することが可能となる。なお、電析される銅膜の厚さが厚くなるほど、歪が銅膜の内部に蓄積され、電着応力はより大きくなる傾向となる。
　ここで、ポリビニルアルコール類の添加量を１ｍｇ／Ｌ以上とすることにより、電着応力を十分に低減することが可能となる。一方、ポリビニルアルコール類の添加量を１００ｍｇ／Ｌ以下とすることにより、電着応力を低減する効果が十分に発揮され、粗大なデンドライトの発生を確実に抑制することができる。
　以上のことから、本実施形態においては、ポリビニルアルコール類の添加量を１ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌ以下の範囲内に設定している。なお、ポリビニルアルコール類の添加量の上限は、５０ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。
　また、ポリビニルアルコール類におけるケン化率を７０ｍｏｌ％以上とすることにより、電着応力を十分に低減することが可能となる。一方、ケン化率を９９ｍｏｌ％以下とすることにより、溶解性が確保され、確実に電解液に溶かし込むことが可能となる。
　以上のことから、本実施形態においては、ポリビニルアルコール類におけるケン化率を、７０ｍｏｌ％以上９９ｍｏｌ％以下の範囲内としている。ポリビニルアルコール類におけるケン化率は、７５ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下とすることがより好ましい。
　さらに、ポリビニルアルコール類の基本構造は、水酸基の完全ケン化型と酢酸基を有する部分ケン化型から成り立っており、ポリビニルアルコール類の重合度はその両者の総数であり、平均重合度は、重合度の平均値である。なお、平均重合度は、ＪＩＳ　Ｋ　６７２６：１９９４に規定されたポリビニルアルコール試験方法に基づいて測定することができる。
　ここで、ポリビニルアルコール類の平均重合度を２００以上とすることにより、電着応力を十分に低減することが可能となる。一方、ポリビニルアルコール類の平均重合度を２５００以下とすることにより、電着応力を十分に低減することが可能となるとともに、電析抑制効果によって電気銅の収率が低下することを抑制できる。
　以上のことから、本実施形態においては、ポリビニルアルコール類の平均重合度を、２００以上２５００以下の範囲内としている。
　上述のように添加剤を添加した電解液中にアノード板として純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の銅（４ＮＣｕ）からなる銅板を浸漬し、カソード板１としてステンレス板を浸漬し、これらアノード板とカソード板１の間に通電することにより、カソード板１の表面に銅を電析させる。
　そして、カソード板１の表面に電析した銅を剥離することで、本実施形態である高純度電気銅１０が製造される。
　ここで、電析する際の電流密度を１５０Ａ／ｍ２以上とすることにより、粒径が粗大化することを抑制できる。また、Ｃｕに対するＡｇの共析量が多くなることを抑制でき、電気銅中のＡｇの量が増加することを抑制できる。一方、電析する際の電流密度を１９０Ａ／ｍ２以下とすることにより、粒径が確保され、電着応力が高くなることを抑制できる。また、例えば硫酸銅電解液中では、アノード溶解速度に比べて、アノードから溶解して生成する硫酸銅が電解液中に溶解する速度の方が遅くなることを抑制でき、アノード表面を硫酸銅の結晶が覆い、通電を阻害して極間電圧の増加を招くことを抑制できる。
　以上のことから、本実施形態においては、電析する際の電流密度を、１５０Ａ／ｍ２以上１９０Ａ／ｍ２以下の範囲内とすることが好ましい。電析する際の電流密度は、１５５Ａ／ｍ２以上１８５Ａ／ｍ２以下の範囲内とすることがより好ましい。
　また、電析する際の電解液温度を３０℃以上とすることにより、粒径が確保され、電着応力が高くなることを抑制できる。さらに、例えば硫酸銅液中ではアノード表面に硫酸銅の結晶が形成され難くなり、通電を阻害して極間電圧の増加を招くことを抑制できる。一方、電析する際の電解液温度を３５℃以下とすることにより、粒径が粗大化することを抑制できる。また、電解液中のＡｇイオンの飽和溶解度が高くなることを抑制し、電解液中のＡｇイオン濃度の上昇を抑制し、電気銅中のＡｇの量が増加することを抑制できる。
　以上のことから、本実施形態においては、電析する際の電解液温度を、３０℃以上３５℃以下の範囲内とすることが好ましい。
　以上のような構成とされた本実施形態である高純度電気銅１０によれば、厚さ方向に沿った断面（電析の成長方向に沿った断面）において、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満に抑えられているので、電解反応によって（１０１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長することが抑制されており、電析時の電着応力が低く抑えられている。また、結晶の配向性がランダムになり、歪が解放されやすくなる。よって、カソード板１から剥離した板状の高純度電気銅１０の反りの発生が抑えられ、取り扱い性に優れている。
　また、ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下、好ましくはガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９９ｍａｓｓ％以上、Ｓの含有量が０．０２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされているので、高純度銅が要求される様々な用途で使用することができる。
　また、本実施形態においては、厚さ方向に沿った断面（電析の成長方向に沿った断面）において、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が１５％未満に抑えられているので、電解反応によって（１１１）±１０°の面方位を有する結晶が大きく成長することも抑制されており、電析時の電着応力が低く抑えられている。また、結晶の配向性がさらにランダムになり、歪が解放されやすくなる。よって、カソード板１から剥離した板状の高純度電気銅１０の反りの発生が抑えられ、取り扱い性に優れている。
さらに、本実施形態においては、厚さ方向に沿った断面（電析の成長方向に沿った断面）において、結晶粒径の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率が４０％未満とされているので、電析時に結晶が一方向に大きく成長することが抑制されており、電析時の電着応力が低くなっている。よって、カソード板１から剥離させた後でも反りの発生が抑制されることになり、取り扱い性に優れている。
　また、本実施形態である高純度電気銅１０においては、平均結晶粒径を１５μｍ以上に設定しているので、結晶粒同士が融着する箇所が少なくなり、電析時の応力が低くなる。一方、平均結晶粒径を３５μｍ以下に設定しているので、電気銅表面も平滑であり、電気銅の純度も９９．９９９９ｍａｓｓ％以上を保つことができる。よって、高純度電気銅１０に残存する応力が少なくなり、反りの発生を抑制することができ、かつ高純度な銅を得ることができる。
　さらに、本実施形態である高純度電気銅１０においては、高純度電気銅１０の表面の光沢度が２以上であるので、不純物が取り込まれることを抑制でき、上述のように高純度化を図ることができる。また、カソード板１の表面に平滑に銅を電析させた場合、電着応力が高くなる傾向にあるが、上述のように、結晶の配向度を規定することで、電着応力を低く抑えることができる。
　また、本実施形態においては、上述のように、３種類の添加剤を電解液に添加しているので、純度が高く、かつ、表面が平滑な高純度電気銅１０を得ることができる。また、電析時における電着応力を低く抑えることができ、残留応力が少なく反りの発生が抑制された高純度電気銅１０を安定して製造することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態においては、電解液として硫酸銅水溶液を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、硝酸銅水溶液を用いても良い。
　以下に、前述した本実施形態である高純度電気銅を評価した評価試験の結果について説明する。
　電解液として、硫酸５０ｇ／Ｌ、硫酸銅５水和物１９７ｇ／Ｌ、塩酸５０ｍｇ／Ｌを含む硫酸銅水溶液と、硝酸５ｇ／Ｌ、硝酸銅３水和物１９０ｇ／Ｌ、塩酸５０ｍｇ／Ｌを含む硝酸銅水溶液の２種類を準備した。用いた電解液を表２に示す。
　そして、表１に示す添加剤Ａ類，添加剤Ｂ類，添加剤Ｃ類を、それぞれ表２に示すように、上述の電解液に添加した。
　アノード板として、硫黄濃度が５ｍａｓｓｐｐｍ以下、及び、銀濃度が８ｍａｓｓｐｐｍ以下、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の電気銅（４ＮＣｕ）を用いた。なお、アノード板から発生したスライムが電気銅に取り込まれないように、アノードバックを用いた。
　カソード板として、ＳＵＳ３１６からなるステンレス板を用いた。
　電流密度を１５０Ａ／ｍ２、浴温３０℃の条件で電解を実施した。なお、添加剤Ａ類、添加剤Ｂ類、添加剤Ｃ類については、初期の濃度を維持するように、減少分を逐次補給した。
　以上のような条件で、カソード板であるステンレス板に銅を電析させ、本発明例及び比較例の電気銅を得た。
　なお、光沢度、組成分析、断面組織観察を行う電気銅については、上述の条件で電析を７日間実施することによって製造した。
　また、反り量を評価する電気銅については、上述の条件で電析を２４時間実施することによって製造した。
（組成分析）
　得られた電気銅の中心部分から測定試料を採取し、ＧＤ－ＭＳ（グロー放電質量分析）装置（ＶＧ　ＭＩＣＲＯＴＲＡＣＥ社製　ＶＧ－９０００）を用いて、Ａｇ，Ａｌ，Ａｓ，Ａｕ，Ｂ，Ｂａ，Ｂｅ，Ｂｉ，Ｃ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｃｌ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｈｇ，Ｉｎ，Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｏ，Ｐ，Ｐｂ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓ，Ｓｂ，Ｓｅ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔｅ，Ｔｈ，Ｔｉ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｚｎ，Ｚｒの含有量を測定した。その中でもガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いた全ての成分を合算し、不純物の総量とした。測定結果を表３に示す。
（断面組織観察）
　得られた電気銅の中心部分から測定試料を採取し、電析の成長方向（電気銅の厚さ方向）に沿った断面をイオンミリング法によって加工し、ＥＢＳＤ装置（ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製ＯＩＭ　Ｄａｔａ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）付きＦＥ－ＳＥＭ（日本電子株式会社製ＪＳＭ－７００１ＦＡ）を用いて、測定範囲３５００μｍ×１０００μｍ、測定ステップ３μｍで測定を行い、このデータと解析ソフト（ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製ＯＩＭ　Ｄａｔａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｖｅｒ．５．２）を用いて解析を行った。
　そして、上述の実施形態で記載した条件で、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率、結晶粒径の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満の結晶粒の面積率、平均結晶粒径を評価した。評価結果を表３に示す。
（光沢度）
　電気銅の表面の光沢度は、光沢度計（日本電色株式会社製ＨＡＮＤＹ　ＧＬＯＳＳＭＥＴＥＲ　ＰＧ－１Ｍ）を用いて、ＪＩＳ　Ｚ　８７４１：１９９７に基づいて、入射角６０°の条件で測定した。なお、測定箇所は、電気銅の電析面側中心部分とした。評価結果を表３に示す。
（反り量）
　上述のように、２４時間の電析によって一辺が１０ｃｍの正方形平板状の電気銅を得て、これをカソード板から剥離し、電析面側を上に向けて平板の上に２４時間放置した。そして、平板と電気銅の４隅との高さ方向の距離を測定し、この４点の平均値を反り量として評価した。評価結果を表３に示す。
（電着応力）
　表１及び表２と同一の条件で、ひずみゲージ式精密応力計（株式会社山本鍍金試験器製）を用いて、電着応力を測定した。電着応力の値は電析２時間後の値を用いた。カソード板には電析面の裏面にひずみゲージを貼り付けた上記ひずみゲージ式精密応力計に付属している専用銅カソード板を用いた。測定結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　比較例１－３，６においては、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％を超えており、電気銅の反りが大きくなった。また、同一条件で電析させた際の電着応力が高くなっていることが確認された。
　比較例４，５，６においては、Ｓの含有量が多く、不純物の総量も比較的高くなった。また、光沢度が低くなっており、電析時に凹凸が生じ、電解液が捕捉されたために純度が低下したと推測される。
　これに対して、本発明例１－７においては、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満であり、電気銅の反りは認められなかった。また、同一条件で電析させた際の電着応力が低くなっていることが確認された。さらに、Ｓの含有量が少なく、不純物の総量も低く抑えられており、高純度の電気銅を得ることができた。
　以上のことから、本発明によれば、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされるとともにＳの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、電析時における電着応力を低減することにより、安定して製造可能であるとともに、カソード板から剥離された後でも反りの発生が抑制されて取り扱い性に優れた高純度電気銅を提供可能であることが確認された。
　本発明によれば、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされるとともにＳの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされ、電析時における電着応力を低減することにより、安定して製造可能であるとともに、カソード板から剥離された後でも反りの発生が抑制されて取り扱い性に優れた高純度電気銅を提供することができる。
　１　　カソード板
　１０　　高純度電気銅

Claims (4)

  1. 　ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．１ｍａｓｓｐｐｍ以下とされており、
    　厚さ方向に沿った断面において電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１０１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が４０％未満とされていることを特徴とする高純度電気銅。
  2. 　厚さ方向に沿った断面において電子後方散乱回折による結晶方位測定した結果、（１１１）±１０°の面方位を有する結晶の面積率が１５％未満とされていることを特徴とする請求項１に記載の高純度電気銅。
  3. 　厚さ方向に沿った断面において、結晶粒の長軸ａとこの長軸ａに直交する短軸ｂで表されるアスペクト比ｂ／ａが０．３３未満である結晶粒の面積率が４０％未満とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高純度電気銅。
  4. 　ガス成分（Ｏ，Ｆ，Ｓ，Ｃ，Ｃｌ）を除いたＣｕの純度が９９．９９９９９ｍａｓｓ％以上とされ、Ｓの含有量が０．０２ｍａｓｓｐｐｍ以下とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高純度電気銅。
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