TWI550452B - Touch panel sensor with wiring film, and touch panel sensor - Google Patents

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TWI550452B
TWI550452B TW103119354A TW103119354A TWI550452B TW I550452 B TWI550452 B TW I550452B TW 103119354 A TW103119354 A TW 103119354A TW 103119354 A TW103119354 A TW 103119354A TW I550452 B TWI550452 B TW I550452B
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Description

觸控面板感測器用配線膜、及觸控面板感測器
本發明係關於與透明導電膜相連接的觸控面板感測器用配線膜、及觸控面板感測器。
觸控面板感測器一般係包含：被形成在輸入區域的透明電極、及位於輸入區域的側部(非輸入區域)而與該透明電極作電極上連接的配線部(參照例如專利文獻1)。配線部係主要由以Cu、Al、Ag等金屬材料而形成在構成透明電極的透明導電膜之上的配線膜所構成，尤其廣泛使用電阻小的Cu。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2012-43298號公報
通常，在觸控面板感測器的製造過程中，係被施行未達200℃的低加熱處理，但是有在大氣環境下被 施行200℃以上(例如約230℃程度)的加熱處理的情形。若將Cu配線材料在大氣環境下，以上述較高溫度進行加熱處理時，Cu容易與氧起反應，且在表面形成茶褐色半透明的Cu氧化物，配線膜會變色。配線材料的缺陷通常以光學方法進行檢測，但是若配線膜如上所述變色時，會被檢測為缺陷而成為製造良率降低的原因。
本發明係鑑於上述情形而研創者，其目的在提供針對與透明導電膜相連接的觸控面板感測器用Cu配線膜，具有低電阻，自不待言，即使在大氣環境下進行約200℃以上的加熱處理的情形下，表面亦不會變色的新穎的配線膜、及使用該配線膜的觸控面板感測器。
可達成上述課題之本發明之觸控面板感測器用配線膜係與透明導電膜相連接的觸控面板感測器用配線膜，其要旨為：前述配線膜係由：形成在透明導電膜之上，且由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金所構成的低電阻的第1層；及形成在前述第1層之上，且由以10原子%以下的範圍含有純Al；或選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金所構成的第2層的積層構造所構成。
在本發明之較佳實施形態中，前述第2層係由以10原子%以下的範圍含有選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金所構成。
在本發明之較佳實施形態中，構成前述第1層的Cu合金係包含選自由Ni、Zn、及Mn所成群組的至少一種元素。
在本發明中亦包含具備有上述任一者所記載之觸控面板感測器用配線膜的觸控面板感測器。
本發明之觸控面板感測器用配線膜係在低電阻的Cu配線材料之上，具有形成有純Al或預定的Al合金的積層構造，因此即使在一面維持配線膜所被要求的低電阻，一面被曝露在大氣環境下約200℃以上的熱履歷的情形下，亦可防止上述配線膜表面變色。結果，即使以一般的光學方法檢測上述配線膜，亦不會發現該配線膜的缺陷，製造良率會提升。
藉由本發明，可提供在觸控面板感測器中通常未被採用之即使在進行在大氣環境下的較高的加熱處理之後，亦可防止表面變色的觸控面板感測器用Cu合金配線膜、及使用該配線膜的觸控面板感測器。
10‧‧‧觸控面板感測器
100‧‧‧基板
200‧‧‧透明導電膜
300‧‧‧配線膜
301‧‧‧第1層(純Cu或Cu合金)
302‧‧‧第2層(純Al或Al合金)
圖1係模式顯示具備有本發明之配線膜的觸控面板感測器的構成的一部分的剖面圖。
圖2係表1的No.3(比較例)的剖面TEM照片。
本發明人等不斷研究，俾以提供與透明導電膜相連接的觸控面板感測器用配線膜，其係即使在一面維持藉由Cu配線膜所致之低電阻，一面被曝露在大氣環境下約200℃以上的熱履歷的情形下，亦可防止該Cu配線膜表面變色之新穎的配線膜。結果發現若使用在由純Cu、或以Cu為主成分的Cu合金所構成的低電阻層(第1層)之上，配置有以0.1~10原子%的範圍含有純Al；或選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金(第2層)的積層構造的配線膜，即達成所預期的目的，而完成本發明。
在本說明書中「在大氣環境下200℃以上的加熱處理」意指加熱溫度大概200~300℃、加熱時間大概30分鐘~1小時者。上述加熱處理係關於形成第1層及第2層之後的熱履歷。
此外，在本說明書中「即使在曝露在大氣環境下200℃以上的熱履歷的情形下亦可防止Cu配線膜表面變色」意指以後述實施例所記載的方法，進行大氣環境下、230℃、1小時的加熱處理，測定加熱處理前後的配線膜的反射率時，反射率的變化率為50%以下者。
此外，在本說明書中「電阻低」意指藉由後述實施例所記載的方法，測定上述加熱處理前的配線膜(第1層+第2層的積層膜)的電阻時，電阻為200mΩ/ □以下者。
此外，有將構成第2層之「純Al；或選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素」彙總稱為「純Al或預定的Al合金」的情形。
以下一面參照圖1，一面詳加說明具備有本發明之配線膜的觸控面板感測器。
如圖1所示，本發明之觸控面板感測器10係由：基板100、形成在基板100之上的透明導電膜200、及直接連接在透明導電膜200之上的配線膜300所構成。上述配線膜300係具有直接形成在透明導電膜200之上的第1層301、及直接形成在第1層301之上的第2層302的積層構造。其中，第1層301係由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金所構成，有助於電阻的低減化。第2層302係由以10原子%以下的範圍含有純Al；或選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金(純Al或預定的Al合金)所構成，有助於防止當被曝露在大氣環境下200℃以上的熱履歷時的配線膜變色。
首先，詳加說明本發明之配線膜300。
(關於構成第1層301之純Cu或以Cu為主成分的Cu合金)
被直接配置在透明導電膜200之上的第1層301係由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金所構成。具體而言，若為可發揮電阻低之Cu配線材料原本的特性者，則未特別限定，例如亦可使用以往所使用者。
在本說明書中「低電阻的第1層301」意指由抑制因觸控面板感測器10中的配線電阻所致之訊號延遲或電力損失的觀點來看，電阻率為例如11μΩcm以下者。較佳為8.0μΩcm以下，更佳為5.0μΩcm以下。
在本發明中，係可使用以電阻率滿足上述範圍的方式，適當控制合金元素的種類或其含量的至少一方的Cu合金。
例如，以Cu合金所使用的元素而言，可參照文獻所記載的數值等，由周知元素中輕易地選擇電阻率低的元素(較佳為如同純Cu為較低的元素)。此時的較佳含量的範圍係以電阻率成為上述範圍的方式，若依所使用的元素的種類作適當控制即可。
或者，以Cu合金所使用的元素而言，亦可使用電阻率高的元素。此時，以電阻率成為上述範圍的方式減少含量。具體而言，亦依所使用的元素的種類而異，但是若減低至大概0.05~1原子%程度的範圍，即可減低電阻率。
以本發明所使用的Cu合金而言，較佳為使用例如Cu-Ni合金、Cu-Zn合金、Cu-Mn合金、Cu-Mg合金、Cu-Ca合金等；或含有該等合金元素至少一種以上的Cu合金。該等之中，Cu-Ni合金、Cu-Zn合金、Cu-Mn合金由於電阻較低，因此可將各合金元素(Ni、Zn、Mn的至少一種)的含量的上限形成為大概10原子%以下。此外，上述Cu合金係可含有氧氣或氮氣的氣體成分，可使 用例如Cu-O或Cu-N等。
上述Cu合金係包含上述可適用的元素，實質上，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質。
本發明所使用的Cu合金、甚至後述第2層所使用的Al合金的各含量係可藉由例如ICP發光分析法來求出。
上述之由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金所構成的第1層301的膜厚係以50nm以上為佳。若第1層301的膜厚過薄，會有配線電阻變高的情形。較佳為70nm以上，更佳為100nm以上。另一方面，若第1層301的膜厚過厚，會有配線形狀惡化或產生蝕刻殘渣的情形，因此以600nm以下為佳，較佳為500nm以下，更佳為450nm以下。
(關於構成第2層302之純Al或預定的Al合金)
本發明之觸控面板感測器用配線膜300的特徵部分在於：在上述第1層301(純Cu或以Cu為主成分的Cu合金)之上直接設置純Al或預定的Al合金(第2層302)。
在如大氣環境下般的氧存在下進行約200℃以上的高溫加熱時，構成第1層301的Cu的表面容易被氧化而形成Cu氧化物。因此，變得必須形成防止Cu氧化的保護層。關於保護層的特性，必須對氧化的耐久性(耐氧化性)高。此外，在保護層的耐氧化性高的情形下，亦在粒界粗等膜質差的情形下，通過粒界，第1層301的Cu元素在表面擴散，Cu氧化物形成在表面。因此，保護 層必須緻密。在本發明中作為保護層所被使用的純Al或預定的Al合金係在表面形成鈍態皮膜。Al的鈍態皮膜緻密，因此可防止Cu元素擴散。因此，將上述純Al或預定的Al合金作為保護層(第2層302)，藉由積層在上述第1層301之上，可防止因Cu氧化所致的變色。
此外，若非為純Al而使用預定的Al合金，亦不會產生因加熱所致之凝集或表面粗糙等問題，因此非常有用。
構成上述Al合金的Ta、Nd、及Ti係基於上述觀點，根據多數基礎實驗所被選擇者。亦即，該等元素係抑制上述高溫熱履歷施加時的熱凝集，具有將結晶粒微細化的作用。因此，可保持熱履歷後的表面平坦性。結果，抑制熱履歷後的反射率降低，可防止配線膜300表面變色。該等元素亦可單獨、或併用二種類以上來使用。上述元素之中較佳的是Ta、Nd。
上述元素的含量(單獨含有時，為單獨的量，含有二種以上時，則為合計量)較佳為0.1原子%以上。上述元素的含量若未達0.1原子%，上述作用未被有效發揮，無法有效抑制因加熱所致的凝集。上述元素之更佳含量為0.2原子%以上。但是，若上述元素的含量過多，電阻會增加，因此將其上限設為10原子%以下。上述元素的較佳含量的上限為3原子%以下，更佳為2原子%以下。
上述Al合金係以上述範圍含有Ta、Nd、及 Ti的至少一種，剩餘部分：Al及不可避免的雜質。
上述由純Al或預定的Al合金所構成的第2層302的膜厚較佳為5nm以上。若第2層302的膜厚為5nm以下，係難以在表面形成均一的膜。更佳的膜厚為10nm以上。另一方面，若第2層302的膜厚超過150nm，與被配置在該第2層302之下的Cu配線材料(第1層301)的錐度(taper)差會變大，容易發生配線膜300破斷。更佳的膜厚為100nm以下。
此外，本發明所使用的配線膜300全體(第1層301+第2層302的積層膜)的較佳合計厚度為大概100nm以上，更佳為200nm以上，較佳為600nm以下，更佳為450nm以下。
構成上述第1層301及第2層302的各膜較佳為藉由濺鍍法來進行成膜。若使用濺鍍法，可成膜與濺鍍靶材為大致相同組成的膜。例如，藉由使用與成為所希望的Cu合金膜或Al合金膜為相同組成的濺鍍靶材，不會有組成偏移的情形，而可得所希望的各膜。但是，並非限定於此，可使用不同組成的濺鍍靶材，或者，亦可在純Cu濺鍍靶材或純Al濺鍍靶材將所希望的合金元素的金屬進行覆晶(chip on)來進行成膜。
具體而言，為了製造本發明之由積層構造所成的配線膜300，首先，若在將第1層301藉由濺鍍法進行成膜之後，藉由濺鍍法，將上述第2層302成膜在其上即可。
以濺鍍法而言，可採用例如DC濺鍍法、RF 濺鍍法、磁控濺鍍法、反應性濺鍍法等任何濺鍍法，其形成條件若適當設定即可。此外，濺鍍靶材的形狀係包含按照濺鍍裝置的形狀或構造而加工成任意形狀(角型板狀、圓形板狀、甜甜圈板狀等)者。
以上說明本發明之配線膜300。
如上所述，本發明係在特定與透明導電膜200相連接的配線膜300的組成之處具有特徵，除此之外的構成並未特別限定，可採用在觸控面板感測器10的領域一般被使用的周知構成。
基板100係可使用一般所使用的透明基板，例如除了玻璃以外，列舉：聚對苯二甲酸乙二酯系、聚碳酸酯系、或聚醯胺系的樹脂系基板。較佳為使用材料成本便宜且亦支援捲撓式製程(roll to roll)的聚對苯二甲酸乙二酯系、聚碳酸酯系、或聚醯胺系等薄膜。在本發明中，例如可在作為固定電極的下部電極的基板使用玻璃，且在必須要有可撓性的上部電極的基板使用聚碳酸酯系等薄膜。施加於薄膜基板的熱履歷係若為薄膜的耐熱溫度以下，即不成問題，但是由密接性提升的觀點來看，以使用具有對於100℃以上的熱履歷的耐熱性的薄膜為佳。
被配置在基板100之上的透明導電膜200的種類並未特別限定，以代表例而言，列舉：氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。
本發明之觸控面板感測器10係可作為抵抗膜方式、靜電電容方式、超音波表面彈性波方式等的觸控面 板感測器來使用。本發明之觸控面板感測器10係可藉由周知的方法製造。
〔實施例〕
以下列舉實施例，更加具體說明本發明，惟本發明並非受到下述實施例限制，亦可在可適合前後述之主旨的範圍內施加變更來實施，該等均被包含在本發明之技術範圍內。
實施例1 (試料No.1~13的製作)
在本實施例中，如以下詳述，在ITO膜之上形成各種配線膜，測定加熱處理前後的反射率及加熱處理前的電阻。針對表1所示之各配線膜，%的單位為原子%，Al合金的剩餘部分為Al及不可避免的雜質、Cu合金的剩餘部分為Cu及不可避免的雜質。
首先，在玻璃基板(Corning公司製、EAGLE XG、直徑100mm ×10.7mm)的表面，藉由DC磁控濺鍍法，形成透明導電膜(ITO：膜厚為100nm)。濺鍍條件係如以下所示。
‧島津製作所公司製「HSR-552S」
‧背壓 1.0×10-6Torr以下
‧製程氣體壓力 0.8mTorr
‧製程氣體 Ar 5sccm
5%-O2/Ar 8sccm
‧濺鍍功率 1.85W/cm2
‧極間距離 50mm
‧成膜溫度 室溫
‧基板溫度 室溫
接著，在上述ITO膜的正上方，如表1所示形成第1層(純Cu或Cu合金膜)之後，形成第2層(Cu合金膜、純Al膜、或Al合金膜)(表1的No.2~13)。在各膜的成膜係使用相對應的組成的濺鍍靶材，進行藉由DC磁控濺鍍法所為之濺鍍。為進行比較，亦備妥未具有第2層者(表1的No.1)。任何膜均進行以下濺鍍條件。
‧島津製作所製「HMS-552」
‧背壓 1.0×10-6Torr以下
‧製程氣體壓力 2mTorr
‧製程氣體 Ar 30sccm
‧濺鍍功率 3.2~1.6W/cm2
‧極間距離 50mm
‧成膜溫度 室溫
‧基板溫度 室溫
(加熱處理前後的反射率的測定)
針對如上所示所得的各試料，在大氣環境下，以230℃進行1小時的加熱處理，測定加熱處理前後的反射 率(波長550nm)。反射率係使用分光光度計(日本分光公司製V-570分光光度計)，測定絕對反射率。針對各試料，求出加熱處理前後的反射率的變化率的差(反射率的變化量)，算出上述反射率的變化量(%)相對加熱處理前的反射率(%)作為反射率的變化率(%)。在本實施例中，將如上所示所被算出的反射率的變化率為50%以下者設為良，超出50%者設為不良。
(加熱處理前的電阻的測定)
針對加熱處理前的各試料，以4端子法測定電阻。由所測定的電阻算出片電阻，將200mΩ/□以下者設為良，超出200mΩ/□者設為不良。
將該等結果顯示於表1。在表1的最右欄設置綜合評估的欄位，在所有項目為良者記載「合格」，在任一項目為不良者記載「不合格」。
(TEM分析)
在圖2中顯示使用日立製作所製電場放出形透過電子顯微鏡(TEM)HF-2200來觀察上述加熱處理後的No.3的剖面的結果。此外，針對圖2中的各點1~5，使用Noran公司製EDX分析裝置System SIX，進行組成分析。將該等結果顯示於表2。
由該等結果，可考察如下。
首先，No.1係使用純Cu(僅有第1層的單層)的配線膜的習知例。在No.1中，由於未具有如本發明所示之第2層，因此若進行高溫的大氣加熱處理時，因純Cu的氧化，反射率會減少(透過率增加)，反射率的變化率係大幅變化成約64%。
No.2係在上述No.1之上形成有Cu-30原子%Ni合金(第2層)的積層配線膜的比較例。即使使用Cu-30原子%Ni合金作為第2層，亦無法抑制因大氣加熱處理所致之Cu氧化物的形成，反射率的變化率為約90%，更加變大。
No.3係在上述No.2中，使用Cu-1.0原子%Mn合金取代純Cu來作為第1層的積層配線膜的比較例。No.3中的反射率的變化率為約93%，與前述No.2相比，更加變大。由No.2與No.3的結果可知，若使用Cu-30原子%Ni合金作為第2層時，無關於第1層的種類，均無法抑制因高溫的大氣加熱處理所致之Cu氧化物的形成。
上述No.3的結果係可由圖2的TEM剖面照 片及表2的組成分析結果確認。亦即，確認出如圖2及表2所示，若在No.3進行上述高溫大氣加熱處理時，在第2層(Cu-30原子%Ni合金)的表面(點1及2)形成有氧(O)量多的CuO的氧化膜。該氧係在第1層(Cu-1.0原子%Mn合金)中(圖2中為點5)，在上述第1層與第2層(Cu-30原子%Ni合金)的界面近傍(圖2中為點4)、及上述第2層中(圖2中為點3)完全未被發現者(參照表2)，作為第2層所使用的Cu-30原子%Ni合金係完全未達到抑制或防止因大氣加熱處理所致之CuO的氧化膜的形成的效果。
此外，針對點3，在表2中，Ni量超出30質量%。此係由局部的部位(spot)(數十nm )所得的資料，藉由偏析所得者。膜中的平均值係Cu-30原子%Ni。
相對於此，No.4~13係在上述No.1之上，以各種膜厚，具有本發明所規定的預定的第2層(純Al或Al合金)的積層配線膜的本發明例。如表1所示，任何情形下均可將反射率的變化率減低至50%以下。此外，任何情形下均為加熱處理前的電阻為十分低者。
其中，上述No.4~13的TEM照片雖未顯示，但是確認出在任何情形下，不同於前述圖2，在第2層的表面並未形成有CuO的氧化膜。因此，若使用本發明之積層配線膜，可知可一面維持低電阻，一面抑制因大氣加熱處理所致之Cu氧化物的形成。
以上參照特定的實施態樣，詳細說明本發 明，惟在未脫離本發明之精神及範圍的情形下，可施加各種變更或修正，對該領域熟習該項技術者而言為清楚自明。
本申請案係根據2013年6月5日申請的日本專利申請案(特願2013-119311)者，其內容作為參照而被取入於此。
〔產業上可利用性〕
本發明之觸控面板感測器用配線膜係具有低電阻，並且即使在大氣環境下進行約200℃以上的加熱處理的情形下，亦為表面不會變色且使觸控面板感測器的製造良率大幅提升。

Claims (7)

  1. 一種觸控面板感測器用配線膜，其係與透明導電膜相連接的觸控面板感測器用之配線膜，其特徵為：前述配線膜係由：形成在透明導電膜之上，且由純Cu或以Cu為主成分的Cu合金所構成的低電阻的第1層；及形成在前述第1層之上，且由以10原子%以下的範圍含有純Al；或選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金所構成的第2層的積層構造所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之觸控面板感測器用配線膜，其中，前述第2層係由以10原子%以下的範圍含有選自由Ta、Nd、及Ti所成群組的至少一種元素的Al合金所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之觸控面板感測器用配線膜，其中，構成前述第1層的Cu合金係包含選自由Ni、Zn、及Mn所成群組的至少一種元素。
  4. 如申請專利範圍第2項之觸控面板感測器用配線膜，其中，構成前述第1層的Cu合金係包含選自由Ni、Zn、及Mn所成群組的至少一種元素。
  5. 一種觸控面板感測器，其係具備有：基板、形成在前述基板之上的透明導電膜、及直接連接在前述透明導電膜之上的配線膜的觸控面板感測器，其特徵為：前述配線膜為如申請專利範圍第1項之觸控面板感測器用配線 膜。
  6. 一種觸控面板感測器，其係具備有：基板、形成在前述基板之上的透明導電膜、及直接連接在前述透明導電膜之上的配線膜的觸控面板感測器，其特徵為：前述配線膜為如申請專利範圍第2項之觸控面板感測器用配線膜。
  7. 一種觸控面板感測器，其係具備有：基板、形成在前述基板之上的透明導電膜、及直接連接在前述透明導電膜之上的配線膜的觸控面板感測器，其特徵為：前述配線膜為如申請專利範圍第3項之觸控面板感測器用配線膜。
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