技術資料＞変色耐性・エッチング性に優れたメタルメッシュ黒化膜用ターゲット材 STARMESH®-γ の開発

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技術資料
Technical Data

変色耐性・エッチング性に優れたメタルメッシュ
黒化膜用ターゲット材 STARMESH®-γ の開発
戸塚巡＊，下村恭平＊Development of STARMESH®-γ Target Material for Metal MeshBlackening Film with Excellent Discoloration Resistance and Etching
Properties
Jun Totsuka and Kyohei Shimomura
SynopsisWith the rapid spread of smartphones, touch input has become common as an information input method. Currently, touch
panels are being applied not only to information equipment, but also to applications that require large size and curved surfaces,such as smart home appliances, electronic bulletin boards, and in-vehicle applications.
Conventional touch panels use ITO (Indium Tin Oxide) film, which—though transparent and conductive—has a high resistancevalue, so there is a problem that sensitivity decreases when the screen size is increased.
To solve this problem, metal meshes using mesh-like metal are becoming popular. However, the copper conductive film used inmetal meshes has a metallic luster, so it reflects external light and has poor visibility. To prevent this, a process for suppressing
reflection by superimposing a blackening film is performed.
Therefore, we have developed the STARMESH®-γ series, which has the characteristics required for large-screen touch panels,
such as low reflectance, etching resistance, and long-term discoloration resistance.

1．緒言

一般的にタッチパネルの透明電極には導電性セラミッ
ク ス の ITO（Indium Tin Oxide， イ ン ジ ウ ム 錫 酸 化 物 ）スマートフォンの急速な普及に伴い，電子機器へのが使用されている．ITO は透明かつ導電性がある材料だ

情報入力手段としてタッチ入力が一般化し，また近年，が，銅などの金属と比較して比抵抗が高い．そのため，タッチパネルは情報機器だけでなく，スマート家電や電大画面タッチパネルのセンサ電極に ITO を用いると，子公告板，車載製品などへの適用が進んできている．こ

タッチした時の信号電流が低下し検出感度が下がるとい

れらの用途では大画面化や曲面化への需要が高く，大画う問題がある．さらに，ITO はセラミックスであるため面での検出精度に優れ，曲げに強いタッチパネルが求めに曲げに弱く，曲面形状や折りたたみ式のタッチパネルられている．には不向きである．

2022年 10月 13日 受付＊ 大同特殊鋼㈱技術開発研究所（Corporate Research & Development Center, Daido Steel Co., Ltd.）

100

電気製鋼 第 93 巻第 2 号 2022 年

そのため，ITO に代わり網目状の金属を使用したメタ2．実験方法

ルメッシュの普及が進んでいる．メタルメッシュは金属であるため比抵抗が ITO に比べて 3 桁ほど低く，曲げにも強いため大画面や曲面に向く．しかし，主にメタルメッシュとして用いられる銅の配線層には金属光沢があり，外光を反射するため視認性が悪くなる．そのことか
ら，黒化膜を挟んで反射を抑制する処理が行われ，その黒化膜の材料には従来酸化銅が使用されてきた．
また，メタルメッシュ電極を形成する工程を Fig. 1 に示す．メタルメッシュの形成には，まず基板上に黒化膜

2.

1

成膜方法

STARMESH®-γ シリーズは複数の組成が存在するが，今回は γ1 と γ2 の 2 種類の組成を紹介する．γ1，γ2 はCu に Ni，Co を添加した Cu 基合金である．これらのターゲットは真空高周波誘導炉を用いて鋼塊を作製し，φ50.4 × t5 mm の形状に加工し，バッキングプレートにボンディングすることでターゲットを作製した．と配線層である銅膜の三層膜を成膜する．その後，フォ成膜にはマグネトロンスパッタを用い，成膜時にアルトレジストで配線形状にマスキングし，薬液で配線以外ゴンガスと酸素ガスの比率が 1:1 になるようにスパッタガの部分をエッチングして配線を形成する．この方法では，黒化膜と銅膜を同時にエッチングする必要がある

スを導入し，黒化膜を作製した．成膜時の圧力は 0.15 Paとした．配線層である銅膜は，銅のターゲットを用い成が，黒化膜のエッチングレートが速い場合には，上下層膜時にアルゴンガスのみを用いたこと以外は，黒化膜と黒化膜が先に溶けることにより，フォトレジストの剥が同様の条件で作製した．

れや銅膜の剥離が生じ，黒化膜のエッチングレートが遅い場合には，下層黒化膜が溶け残るため，黒化膜と銅膜のエッチングレート差を極力小さくする必要がある．
また，スマート家電，電子黒板，車載用タッチパネルなどは，スマートフォンに比べて耐用年数が長いため，膜構成は後述する評価方法に合わせて 2 種類の単層膜（黒化膜 / 基板，銅膜 / 基板）と積層膜（黒化膜 / 銅膜 / 黒化膜 / 基板）の 3 種類とした．基板には φ100 ×t0.5 mm のテンパックスフロートガラスを使用した．

より長寿命が要求される．しかしながら，酸化銅の黒化

2.

2

評価方法

膜は長期間の過酷な環境にさらされると変色し，反射が（1）反射率抑制できないという課題がある．反射が抑制できないと反射率の測定には積層膜を使用した．測定機はエリプ

タッチパネルの視認性が悪くなるため，より変色しにくソメーター（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン㈱製

い黒化膜が求められている．

M-2000U）を用い，膜面側の光学定数（屈折率 (n)，消そこで大同特殊鋼㈱は，銅膜と同等のエッチングレー
ト，長時間の変色耐性を併せ持つ黒化膜が成膜できるターゲット材，STARMESH®-γ シリーズを開発したので紹介する．

衰係数 (k)）を波長 400 nm ～ 800 nm の範囲で測定し，その数値から入射角 0 °の反射率を求めた．

（2）変色耐性
変色耐性の評価には積層膜を使用した．まず分光色彩計（エックスライト㈱製 RM200QC）を用い，積層膜

2. Pat t erning

1. Deposit ionの膜面側から，色度を数値で示す L*，a*，b* 値を測定しPhotoresist
Blackening layerBlackening layer

Cu

Cu

Blackening layerBlackening layer

Substrate

Substrate

3. Etching
Etchants

た．その後サンプルを 85 ℃× 85 %RH の恒温恒湿槽内に投入し，24，48，72，100，200，…，以降 100 h ごとに L*，a*，b* を測定した．色度の変化として式（1）で色差（∆ E*ab）を計算し色の変化を定量化した．

∆ ∗ =4. Str ipping( ∗ − ∗) + ( ∗ −∗)+( ∗−L*1: 試験前の L* 値，L*2: 試験後の L* 値，

Blackening
layerBlackening
layerBlackening
layerBlackening
layer

Cu

Cu

Cu

Cu

Blackening
layerBlackening
layerBlackening
layerBlackening
layer

Substrate

Substrate

Fig. 1. Patterning process of the metal mesh.

∗)（1）

a*1: 試験前の a* 値，a*2: 試験後の a* 値，

b*1: 試験前の b* 値，b*2: 試験後の b* 値（3）エッチング性

エッチング性の評価には積層膜を使用した．積層膜にライン & スペース（L/S）を 10 μm としたパターンをフォトレジストで形成し，約 20 mm 角に切断した後，

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所望の濃度となるように薬液を調合したビーカの中にサ5045ンプルを浸漬させた．エッチングの進行具合を光学顕微部分以外の膜がすべて溶けた時間をエッチング時間とした．その後，基板を切断し，配線断面を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した．黒化膜と銅膜のエッチングレー

40Reflectance (%)

鏡で上面から観察し，フォトレジストでマスキングした

353025γ1 oxide20γ2 oxide

15Cu oxide

10トを確認するため，単層膜を使用して FeCl3，HCl 対す5るエッチングレートを確認した．

0（4）密着性

400から分類 5 の 6 段階で評価した．

MCP-T610）を，測定プローブには PSP プローブを使用

2.8
γ1 oxide

2.6

γ2 oxide

2.4

Cu oxide2.2した．測定法は 4 探針法で，基板の中心付近を 3 点測定2.0しその平均値を計算した．ACF 接着試験では，ACF に400500間の抵抗をテスタで 10 点測定した．

反射率Fig. 2 に γ1，γ2 酸化物，酸化銅を黒化膜に使用して銅膜を黒化した際の反射率を示す．酸化銅に比べて γ1，1.2
1.00.8γ1 oxide

0.6

γ2 oxide

0.4

Cu oxide

0.20.0γ2 では，ほぼ全波長に対して反射率が低くなっている

400

500数の測定結果を示す．γ1，γ2 は Cu に Ni や Co を添加しに侵入し銅膜表面で反射する光と，黒化膜表面で反射する光が干渉する光干渉効果と，黒化膜中で光が減衰する効果を合わせて反射率を低減させているため，黒化膜の屈折率と消衰係数が変化すると反射率が変化する．
STARMESH®-γ1，γ2 の酸化物では，これらの効果による反射率低減効果が酸化銅より高いため，反射率を酸化銅より抑えることができていると考えられる．

700

800(b) Extinction coefficient.
Fig. 3. Measurement results of refractive index andextinction coefficient of blackened film.ているが，これらの酸化物が Cu 酸化物中に分散することにより屈折率と消衰係数が変化する．黒化膜は，膜中600
Wavelength (nm)ことが分かる．
Fig. 3 にそれぞれの黒化膜の (a) 屈折率と (b) 消衰係

800

1.4Extinction coefficient_k1700(a)index.index(a)Refractive
Refractive

圧力 4 MPa で 10 秒間接着した．その後 1.5 mm の端子

3.

600
Wavelength (nm)

デクセリアルズ㈱製 CP883T2-25 を使用し，温度 190 ℃，3．結果および考察

800

3.0
Refractive index_n

は，測定機には低抵抗率計（日東精工アナリテック㈱製

700

3.2（5）比抵抗

着 試 験 の 2 種 類 を 実 施 し た． 単 層 膜 の 比 抵 抗 測 定 で600Fig. 2. Results of reflectance measurement.

カット法（JIS K 5600）で行い，それぞれの膜を分類 0

抗測定と，積層膜を使用した異方性導電膜（ACF）接500Wavelength (nm)

密着性の評価には積層膜を使用した．評価はクロス

比抵抗の評価には，単層膜を使用した黒化膜の比抵

101

3.

2

変色耐性

Fig. 4 にそれぞれの積層膜の変色耐性結果を示す．人間の視覚で変色を認識できる丁度可知差異は，∆E*ab の場合は約 2.3 であることが知られている 1）．酸化銅は投入後すぐに ∆E*ab が上昇し始め，300 h で 2.3 を超えているのに対し，γ1，γ2 酸化物は 1000 h まで 2.3 以下を推移している．
Table 1 にそれぞれの抜き取り時間での外観写真を示

す．γ1，γ2 酸化物は色味にほとんど変化が無いが，酸電気製鋼 第 93 巻第 2 号 2022 年

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化銅は 200 h で変色しており．外観からも γ1，γ2 酸化物は酸化銅に比べて変色耐性が高くなっていることが分
これは，ターゲットの母材である Cu に Ni を加えることにより，85 ℃× 85 %RH 雰囲気中で Ni の不働態膜が生成されることで酸化が抑えられ，Co を添加することにより，配線層である銅膜の黒化膜への拡散が抑制されたため変色が抑えられていると考えられる．

∆E*abかる．

5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.00.50.0

γ1 oxide
γ2 oxide
Cu oxide

0200

400
600
800
Test time (hours)

1000

Fig. 4. Change in ∆E*ab over time.
Table 1. Appearance photo of 85 ℃×85 %RH test.

0h

200 h

400 h

600 h800 h

1000 hγ1oxideγ2oxideCuOxide3.

3

エッチング性あるが，STARMESH® はエッチングするユーザのエッチング液に合わせて組成を選定することでさまざまな工程

Fig. 5 は γ1，γ2 黒化膜をそれぞれの Table 2 に示すに合った最適な材料を提案することができることを示し写真である．断面 SEM 写真から γ1，γ2 黒化膜ともに良また，γ1 黒化膜は銅膜をエッチングするのに一般的エッチング条件でエッチングした後の配線の断面 SEM

好なエッチング性を示しており，サイドエッチング量も0.5 μm 程度と小さかったため，メタルメッシュに必要ている．
な FeCl3 でエッチングすることが可能であり，よりエッチング性が高いといえる．

な 10 μm 以下の細線パターンの形成も可能と思われる．
γ1 と γ2 ではエッチング液の種類が異なるが，これはそれぞれの黒化膜で薬液に対するエッチングレートがTable 2. Etching conditions.

異なるためであり，Fig. 6 に FeCl3 と HCl の γ1，γ2 黒化膜，銅膜をそれぞれ単膜でエッチングした時のエッチングレートを示す．これを見ると銅膜は FeCl3 にはよく溶けるが，HCl には溶けにくく，γ1 は FeCl3，HCl ともによく溶け，γ2 は HCl には溶けやすいが FeCl3 に溶けにくい性質があることが分かる．これは添加した Ni 量がγ2 の方が多いためであり，Ni 添加量によりエッチングに適した薬液が変化することを示している．メタルメッ
シュはエッチングするユーザにより薬液が異なる場合が

γ1
γ2

FeCl3

HCl

1.5 wt%－5 wt%

0.5 wt%Temperature Time
35 ℃
35 ℃

40 s
35 s

技術資料＞変色耐性・エッチング性に優れたメタルメッシュ黒化膜用ターゲット材 STARMESH®-γ の開発(a) γ1
0.5 μm3.

Photoresist

4103

密着性Fig. 7は γ1，γ2黒化膜のクロスカット試験による密着性試験の結果である．どちらの膜も剥離が発生しておらγ/Cu/γず密着性は良好であった．

Side etching
Substrate(b) γ2

100 nmPhotoresist

0.5 μm(a) Adhesion of γ1(b) Adhesion of γ2Fig. 7. Results of adhesion evaluation.

γ/Cu/γ3.

5比抵抗γ1，γ2 酸化物，酸化銅の比抵抗を Table 3 に示す．こSide etching

れらの黒化膜は酸化膜であるため全体的に比抵抗が高Substrate

い．ITO の比抵抗は通常 2.0 × 10-5 Ω・m 程度 2） である

100 nmFig. 5. Cross-sectional SEM image of etched multilayer
film. (a) γ1, (b) γ2.

が，これらの黒化膜の比抵抗は ITO より 3 桁～ 4 桁程度高い．しかし，メタルメッシュの配線を接続する際には ACF で接着するため，ACF 接着時での導電性が重要となる．
Fig. 8 に γ1，γ2 を用いて作製した積層膜を ACF で接着した抵抗値を示す．この結果から γ1，γ2 は ACF を使用20した時には平均値として 2 Ω 以下の低い抵抗値を実現で18Etching rate (nm/s)

16きており，導電性は良好であることが分かる．抵抗のバ

14

ラツキは γ2 の方が大きくなっているが，これは γ2 の方

1210

γ1 oxide

8γ2 oxide

6Cuが比抵抗が高いため，接着の位置によるバラツキが出やすい傾向になっているためと考えられる．

4Table 3. Resistivity of blackened film.

20012345Material

6Resistivity (Ω･m)

γ1 oxide

Chemical concentration (wt %)(a) Dependence of etching rate on FeCl3 concentration.

0.042

γ2 oxide
Cu oxide200.6090.244

161014912810γ1 oxide

8γ2 oxide

6Cu4200123456

Chemical concentration (wt %)(b) Dependence of etching rate on HCl concentration.
Fig. 6. Etching rate of products (γ1, γ2 and Cu film).

Resistance (Ω)

Etching rate (nm/s)

1876543210

γ1γ2Fig. 8. Results of ACF bonding test.

104

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4．結言

今回，今後需要の増加が見込まれるメタルメッシュ
タッチパネル用黒化膜に適用した時に，良好な特性を示すターゲット材である STARMESH®-γ シリーズを開発した．STARMESH®-γ シリーズで成膜した黒化膜は下記のような特長がある．
（1）反射率
現在使用されている酸化銅の黒化膜よりも反射率が低
く，メタルメッシュの反射率を低く抑えることができる
ため，メタルメッシュを搭載したタッチパネルディスプ
レイの視認性を向上させることができる．
（2）変色耐性
85 ℃× 85 %RH× 1000 hの試験においても変色が無い
ため，車載製品や電子黒板などの長期信頼性を求められるような用途に適用する場合においても，タッチパネルディスプレイの視認性を損なうこと無く使用することが可能である．
（3）エッチング性
FeCl 3，HClエッチング液でエッチングすることができ，特に γ1では銅膜のエッチング液として一般的な，FeCl3のみでエッチングすることができるため，製造工程への適合性が高い．また，サイドエッチング量も少ないため 10 μm以下の細線化を行うことも可能である．
以上の特性から，STARMESH®-γ シリーズはメタルメッシュの特性を従来よりも引き上げることが可能となり，新たなニーズにも十分対応できる黒化膜用ターゲッ
トであると考えられる．
※ STARMESHは大同特殊鋼㈱の登録商標です．
（文献）1）G. Sharma: Digital Color Imaging Handbook，CRCPress，
2003，31．

2）原納猛，高木悟 : 表面技術，40（1989），5，666．

戸塚巡下村恭平