(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜、および前記透明導電膜と接続する配線を有するタッチパネルセンサーにおいて、
前記配線は、基板側から順に、高融点金属膜と、Ａｌ合金膜と、高融点金属膜とから構成されており、
前記Ａｌ合金膜は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、且つ、ヤング率は８０〜２００ＧＰａであり、結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）の最大値が１００〜３５０ｎｍであることを特徴とするタッチパネルセンサー。
【請求項２】
前記Ａｌ合金膜は、スパッタリング時の成膜温度を２３０℃以下、Ａｒガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下に制御してスパッタリングした後、室温〜２３０℃でアニールすることによって形成されたものである請求項１に記載のタッチパネルセンサー。
【請求項３】
前記希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である請求項１または２に記載のタッチパネルセンサー。
【請求項４】
前記透明導電膜は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなる請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネルセンサー。
【請求項５】
請求項１、３または４のいずれかに記載のタッチパネルセンサーの製造方法であって、
スパッタリング時の成膜温度を２３０℃以下、Ａｒガス圧を２０ｍＴｏｒｒ以下に制御してスパッタリングした後、室温〜２３０℃でアニールしてＡｌ合金膜を形成することを特徴とするタッチパネルセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電膜およびこれと接続する配線を有するタッチパネルセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置の前面に配置された、画像表示装置と一体型の入力スイッチとして用いられるタッチパネルセンサーは、その使い勝手のよさから、銀行のＡＴＭや券売機、カーナビ、ＰＤＡ、コピー機の操作画面など幅広く使用されている。その入力ポイントの検出方式には、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式、超音波表面弾性波方式、圧電式等が挙げられる。これらのうち、抵抗膜方式や静電容量方式が、コストがかからず構造が単純である等の理由から最も広く用いられている。
【０００３】
静電容量方式のタッチパネルセンサーは、１枚の基板（例えばガラス基板やフィルム基板）の表面及び裏面に透明導電膜をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に形成した構成など等があり、その表面を保護層（例えばガラスやフィルム）で保護した構造となっている。この様な構成のタッチパネルセンサーにおける上記保護層を、指やペン等でタッチすると透明導電膜との間での静電容量の変化が発生し、これを感知することでタッチした位置が検出される。
【０００４】
上記タッチパネルセンサーを製造するプロセスにおいて、透明導電膜と制御回路を接続するための引き回し配線や透明導電膜間を接続する金属配線などの配線は、一般に、銀ペーストなどの導電性ペーストや導電性インクを、インクジェットやその他の印刷方法で印刷することにより形成される。しかし、純銀または銀合金からなる配線は、ガラスや樹脂等との密着性が悪く、また、外部装置との接続部分において基板上で凝集することにより、電気抵抗の増加や断線等による不良を招く、といった問題がある。
【０００５】
更にタッチパネルセンサーは、人の指等による接触を感知するセンサーであり、画面を指などで滑らせたりするなどし、タッチ時に加わる応力により一時的にたわみが生じる。タッチパネルの度重なる使用により、このたわみが繰り返し生じ、配線にも応力が繰り返し加わる。よって、上記配線には、特に耐久性（応力に対する耐性）も要求される。しかし、純銀または銀合金からなる導電性ペーストを用いて形成された配線は、上記耐久性が十分であるとは言い難く、タッチパネル使用中に配線が損傷し易い。配線が損傷すると、該配線の電気抵抗が大きくなり電圧降下が生じて、タッチパネルセンサーの位置検出の精度が低下し易くなる。また、ペンタッチ方式を採用する場合には、上記配線の狭ピッチ化が必要であるが、ペーストを用いる場合には塗布法で形成するため、狭ピッチ化が難しい。
【０００６】
一方、電気抵抗率の十分に低い純Ａｌを配線の材料に適用することも考えられる。しかし、配線の材料に純Ａｌを使用すると、タッチパネルセンサーにおける透明導電膜と純Ａｌ膜の間に絶縁性の酸化アルミニウムが形成され、電気伝導性を確保することができない、といった問題が発生する。そこで、Ａｌの酸化を防止して電気伝導性を確保するためにＭｏ、Ｔｉなどの高融点金属からなるバリアメタル層を透明導電膜と純Ａｌ膜との間に介在させて下地層として用いたり、純Ａｌの代わりに耐熱性などに優れたＮｄを含むＡｌ−Ｎｄ合金を用いる方法が提案されている。また、本願出願人は、透明導電膜と直接接続させても低い電気抵抗を示すと共に、経時的な電気抵抗の増加や断線も生じ難いＡｌ膜として、Ｎｉおよび／またはＣｏを所定量含むＡｌ−Ｎｉ／Ｃｏ合金膜（単層の配線材料）を特許文献１に開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２４５４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、特に横方向に対する耐久性に優れており、断線や経時的な電気抵抗の増加が起こり難い、信頼性の高いタッチパネルセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し得た本発明のタッチパネルセンサーは、透明導電膜、および前記透明導電膜と接続する配線を有するタッチパネルセンサーにおいて、前記配線は、基板側から順に、高融点金属膜と、Ａｌ合金膜と、高融点金属膜とから構成されており、前記Ａｌ合金膜は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、且つ、ヤング率は８０〜２００ＧＰａであり、結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）の最大値が１００〜３５０ｎｍであるところに要旨を有するものである。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態において、前記希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、前記透明導電膜は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タッチパネルセンサー用配線として、希土類元素を含むＡｌ合金膜の上および下に高融点金属膜が配置された配線材料を用いたタッチパネルセンサーにおいて、上記Ａｌ合金膜のヤング率および結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）の最大値を適切に制御しているため、特に、横方向に対する耐久性に優れており、断線や経時的な電気抵抗の増加が起こり難く、信頼性の高いタッチパネルセンサーを提供することができた。本発明のタッチパネルは、例えば携帯ゲーム機やタブレット型コンピュータなどのように画面を指などで多方向になぞって操作する静電容量式のタッチパネルセンサーに好適に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、タッチパネルセンサー用配線として汎用されている配線材料、すなわち、希土類元素を含むＡｌ合金膜（以下、Ａｌ−希土類元素合金膜、または単にＡｌ合金膜と略記する場合がある。）の上および下にＭｏなどの高融点金属膜が積層された配線材料を有するタッチパネルセンサーにおいて、特に、人の指やペンなどでタッチしたときに加わるたわみによって生じる横方向の変形に対して適度な耐性を有しており、断線や剥離を防止し得、更にはこれらに伴う経時的な電気抵抗の増加を防止することが可能な配線材料を提供するため、検討を重ねてきた。その結果、上記Ａｌ−希土類元素合金膜として、所定のヤング率と結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）の最大値（以下、最大粒径と略記する場合がある。）を有するＡｌ合金膜を用いれば所期の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
すなわち、本発明の特徴部分は、高融点金属膜と共に用いられる配線用Ａｌ−希土類合金膜として、ヤング率が８０〜２００ＧＰａであり、最大粒径が１００〜３５０ｎｍのＡｌ合金膜を採用したところにある。
【００１５】
まず、Ａｌ−希土類合金膜のヤング率は８０〜２００ＧＰａとする。タッチパネルには、タッチしたとき（使用時）の変形能（追随性）に優れており、特に画面を指などでなぞるなどしてたわみが生じ、センサー端部に応力が一時的に集中して配線が変形したり劣化したりしても配線の断線、破断、剥離などが発生しない程度の横方向に対する耐久性も備えていることが要求される。上記ヤング率はこのような観点から設定されたものであり、Ａｌ合金膜の上下に配置される高融点金属膜のヤング率とのバランスも考慮して設定されたものである。
【００１６】
詳細には、配線を構成する配線材料のヤング率が小さい（軟らかすぎる）場合には、応力集中により配線の変形が繰り返されて配線が劣化し、破断や剥離等が生じて電気抵抗が増加する等の不具合が生じる場合がある。一方、配線材料のヤング率が大きい（硬すぎる）と、押し込み荷重に対して変形が起こり難くなるため、微小なクラックが入ったり剥がれなどの劣化が生じ得る。また、本発明のようにＡｌ合金膜と高融点金属膜との積層物を配線材料として用いる場合は、Ａｌ合金膜のヤング率を設定するに当たり、高融点金属膜のヤング率とのバランスも更に考慮する必要があり、Ａｌ合金膜のヤング率の上限は、高融点金属膜を構成する高融点金属とおおむね同程度のヤング率に制御することが良く、一方、Ａｌ合金膜のヤング率の下限は、ガラス基板に代表される基板のヤング率とあまり差が大きくならない方が良い。このような観点に基づき、本発明では、Ａｌ合金膜のヤング率を８０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下と定めた。好ましくは８５ＧＰａ以上１８０ＧＰａ以下である。なお、Ａｌ合金膜のヤング率は、後記する実施例に記載の方法で測定した値である。
【００１７】
更に本発明に用いられるＡｌ合金膜の最大粒径［結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径）の最大値］は、１００〜３５０ｎｍを満足するものである。上述したように本発明では、Ａｌ合金膜のヤング率を所定範囲に制御する必要があるが、通常、ヤング率は最大粒径と、おおむね密接な関係を有し、希土類元素の含有量が本発明の範囲内（５原子％以下）にあるときは、最大粒径が大きくなると、ヤング率が小さくなる傾向にある。本発明では、Ａｌ合金膜のヤング率の下限（８０ＧＰａ）を確保するとの観点から、最大粒径の上限を３５０ｎｍと定め、Ａｌ合金膜のヤング率の上限（２００ＧＰａ）を確保するとの観点から、最大粒径の下限を１００ｎｍと定めた。好ましい最大粒径は１３０ｎｍ以上、３２０ｎｍ以下である。
【００１８】
ここで最大粒径とは、結晶粒の定方向接線径（Ｆｅｒｅｔ径またはＧｒｅｅｎ径とも呼ばれる）の最大値を意味する。具体的には粒子を挟む一定方向の二本の平行線の間隔（距離）であり、結晶粒に凹みがある場合は投影図の平行外接線間距離であり、結晶粒に凹みがない場合（球）は周長さをπで割った値である。
【００１９】
以上、本発明を最も特徴付けるＡｌ合金膜のヤング率および最大粒径について説明した。
【００２０】
本発明に用いられるＡｌ合金膜は、希土類元素を０．０５〜５原子％含有し、残部：Ａｌおよび不可避的不純物である。本発明では、使用するＡｌ合金膜の組成に特徴はなく、希土類元素を含むＡｌ合金膜が耐熱性を有しており、配線材料として用いられることは知られているが、特に、接触式のタッチパネルセンサーに好適な素材を提供するとの観点からヤング率および最大粒径が制御されたＡｌ合金膜はこれまで開示されていない。希土類元素の含有量の下限は、耐熱性作用を有効に発揮させるために定められたものであり、一方、その上限は、本発明で規定するヤング率および最大粒径の範囲を確保するために定められたものである。希土類元素の含有量が多くなるにつれ、ヤング率は増加し最大粒径は減少する傾向にある。
【００２１】
本発明に用いられる希土類元素としては、ランタノイド元素（周期表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの合計１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群が挙げられる。本発明ではこれらの元素を、単独または２種以上を併用して用いることができ、上記希土類元素の含有量とは、単独で含むときは単独の量であり、２種以上を含むときはその合計量である。好ましい希土類元素は、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｙ、Ｃｅ、ＰｒおよびＤｙよりなる群から選択される１種以上の元素である。
【００２２】
本発明では、配線材料として、上記のＡｌ合金膜の上下に高融点金属膜が積層されたものを用いる。上述したように高融点金属膜は、Ａｌの酸化を防止するためにＡｌ合金膜の下地層などとして汎用されており、本発明でも、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、またはこれらの合金を用いることができる。Ａｌ合金膜の上下に配置される高融点金属膜の組成は、上および下の夫々において同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００２３】
上記Ａｌ合金膜の好ましい厚さは、おおむね１５０〜６００ｎｍであり、高融点金属膜の好ましい厚さは、おおむね３０〜１５０ｎｍである。
【００２４】
本発明において、ヤング率および最大粒径が適切に制御されたＡｌ合金膜を得るためには、所定の希土類元素を含有するＡｌ合金膜を用いることに加え、スパッタリング時の条件を適切に制御することが好ましい。すなわち本発明では、細線化や膜内の合金成分の均一化を図り、添加元素量を容易にコントロールできるなどの観点から、Ａｌ合金膜をスパッタリング法で形成することが推奨されるが、スパッタリング時の成膜温度をおおむね、２３０℃以下、Ａｒガス圧をおおむね、２０ｍＴｏｒｒ以下に制御することが好ましい。またスパッタリング時の基板温度をおおむね、１８０℃以下に制御することが好ましい。基板温度や成膜温度が高いほど形成される膜の膜質はバルクに近づき、緻密な膜が形成され易く、膜のヤング率が増加する傾向にある。また、Ａｒガス圧を上げるほど膜の密度が低下し、膜のヤング率が低下する傾向にある。この様な成膜条件の調整は、膜の構造が疎となって腐食が生じやすくなるのを抑制する観点からも好ましい。
【００２５】
なお、上記のようにしてスパッタリング法により成膜した後のＡｌ合金膜は、室温〜２３０℃の範囲内で熱処理（アニール）することが好ましい。タッチパネルの製造プロセスでは、一般に室温〜約２５０℃程度の熱履歴を被ることが多いが、アニール温度が高くなると、希土類元素の析出およびＡｌ合金の粒成長のため、ヤング率が低下し、最大粒径が増加するようになる。具体的には希土類元素の添加量などに応じて、適切なアニール温度を設定すれば良いが、より好ましくは１５０〜２３０℃である。
【００２６】
本発明では、透明導電膜と接続するＡｌ合金膜と高融点金属膜の積層からなる配線に特徴があり、それ以外の構成は特に限定されず、タッチパネルセンサーの分野で通常用いられる公知の構成を採用することができる。
【００２７】
例えば、抵抗膜方式のタッチパネルセンサーは、次の様にして製造することができる。即ち、基板上に透明導電膜を形成してから、レジスト塗布、露光、現像、エッチングを順次行った後、高融点金属膜、Ａｌ合金膜、高融点金属膜を順次形成して、レジスト塗布、露光、現像、エッチングを実施して配線を形成し、次いで、該配線を被覆する絶縁膜等を形成して、上部電極とすることができる。また、基板上に透明導電膜を形成してから、上部電極と同様にフォトリソグラフィを行い、次いで、上部電極の場合と同様に、高融点金属膜、Ａｌ合金膜、高融点金属膜からなる配線を形成してから、該配線を被覆する絶縁膜を形成し、マイクロ・ドット・スペーサ等を形成して下部電極とすることができる。そして、上記の上部電極、下部電極、および別途形成したテール部分を張り合わせて、タッチパネルセンサーを製造することができる。
【００２８】
上記透明導電膜は特に限定されず、代表例として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）からなるものを使用することができる。また、上記基板（透明基板）は、一般的に使用されているものとして、例えばガラス、ポリカーボネート系、またはポリアミド系のものを使用することができ、例えば、固定電極である下部電極の基板にガラスを用い、可撓性の必要な上部電極の基板にポリカーボネート系等のフィルムを用いることができる。
【００２９】
また、本発明のタッチパネルセンサーは、上記抵抗膜方式以外に、静電容量方式や超音波表面弾性波方式等のタッチパネルセンサーとしても用いることができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３１】
実施例１
無アルカリ硝子板（板厚０．７ｍｍ、直径４インチ）を基板とし、その表面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法で、下記表１に示すように希土類元素の種類および含有量（単位は原子％であり、残部：Ａｌおよび不可避的不純物）が異なるＡｌ合金膜（膜厚はいずれも約５００ｎｍ）を形成した。成膜は、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度：３×１０-6Ｔｏｒｒにしてから、各Ａｌ合金膜と同一の成分組成の直径４インチの円盤型ターゲットを用い、表１に示すように成膜温度およびＡｒガス圧を種々変化させて行なった。これら以外のスパッタリング条件は以下のとおりである。次に、成膜後のＡｌ合金について、窒素雰囲気中、表１に記載の種々のアニール温度にて３０分間熱処理を行なった。表１中、「−」とは加熱なし（すなわち室温）を意味する。尚、形成されたＡｌ合金膜の組成は、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）質量分析法で確認した。
（スパッタリング条件）
・Ａｒガス圧：２ｍＴｏｒｒ
・Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
・スパッタパワー：２６０Ｗ
・基板温度：室温
【００３２】
上記の様にして得られたＡｌ合金膜を用いて、ナノインデンターによる膜の硬度試験を行い、ヤング率を測定した。この試験では、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製Ｎａｎｏ  Ｉｎｄｅｎｔｅｒ  Ｇ２００（解析用ソフト：Ｔｅｓｔ  Ｗｏｒｋｓ  ４）を用い、ＸＰチップを用いて連続剛性測定を行った。押し込み深さを５００ｎｍとし、１５点を測定した結果の平均値を求めた。
【００３３】
更に上記の様にして得られたＡｌ合金膜を倍率１５万倍でＴＥＭ観察し、測定視野（一視野は１．２μｍ×１．６μｍ）中に観察される結晶粒の粒径（定方向接線径、Ｆｅｒｅｔ径）を測定した。測定は合計３視野で行い、３視野中の最大値を最大粒径とした。
【００３４】
Ａｌ合金膜の代わりに純Ａｌ膜を形成した試料についても、上記と同様にしてヤング率および最大粒径を測定した。
【００３５】
これらの結果を表１に併記する。
【００３６】
【表１】
0005416682.tif 000002
【００３７】
表１中、Ｎｏ．４〜２２は、いずれも希土類元素としてＮｄを含むＡｌ合金膜の例である。スパッタリング条件およびアニール温度がすべて同じ場合、Ｎｄ量の増加に伴ってヤング率は増加する傾向にあり［例えばアニール温度が室温（−）の場合、Ｎｏ．７、１０、２０を参照］、一方、最大粒径はやや減少する傾向にある。またＮｄ量およびスパッタリング条件が同じであっても、アニール温度が本発明の好ましい範囲を超えて高くなると、ヤング率が減少し最大粒径が増加するため［例えばＮｏ．１８と１９を参照］、ヤング率および最大粒径を所定範囲内に制御するためには、アニール温度の上限を２３０℃に制御することが有効であることが分かる。
【００３８】
表１中、Ｎｏ．２３〜４０は、Ｎｄ以外の希土類元素を含むＡｌ合金膜を用いた例である。これらはいずれも、本発明で規定する希土類元素の含有量を含み、且つ、スパッタリング条件およびアニール温度を本発明の好ましい範囲に制御して作製したため、ヤング率および最大粒径が本発明の範囲内に制御されていた。また、Ｎｄ以外の上記希土類元素を用いた場合にも、上述したＮｄと同様の実験結果が見られることを実験により確認している（表１には示さず）。
【００３９】
これらの結果より、本発明のＡｌ−希土類元素合金膜を用いれば、横方向に対する耐久性に優れており、断線や経時的な電気抵抗の増加が起こり難い、信頼性の高いタッチパネルセンサーを提供できることが大いに期待される。
【００４０】
これに対し、Ｎｏ．１〜３は、希土類元素を含まない純Ａｌの例であり、アニール温度にかかわらず、本発明で規定するヤング率および最大粒径に制御することはできなかった。