CN100449697C - 形成布线图案的方法 - Google Patents
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Abstract
在绝缘基板上形成光致抗蚀剂图案以便其具有倒锥形截面和将要形成的布线图案的反图案。接着，用墨水喷射系统将含纳米颗粒的墨水注入在布线区域上，之后跟随着夷平工艺、干燥工艺、抗蚀剂分离工艺和烘焙工艺。这样形成了布线图案。
Description
技术领域
本发明涉及在诸如液晶显示设备和等离子显示器的显示设备的面板基板上形成布线图案的方法。本发明特别涉及使用含有金属纳米颗粒的墨水形成布线图案的方法。
背景技术
现有地，各种工艺，也就是说溅射工艺、光刻工艺和蚀刻工艺，被用于在基板上形成布线图案，该基板用于液晶显示设备等并且包括布置成阵列的薄膜晶体管(TFT)。
例如，溅射工艺是用于将构成布线图案的金属膜等粘附到基板的工艺，光刻工艺是用于形成布线图案的预定图案的工艺。此外，蚀刻工艺是用于去除不需要的部分而保留将构成布线图案的需要的部分的工艺。
当打算以这种方式在基板上形成TFT时，由于在溅射工艺中使用真空系统而增加了制造成本。作为形成布线图案的上述方法的替代方法，已知在日本未决公开No.2001-35814(在下文中称作专利文件1)中公开了如下技术，其是将含有金属纳米颗粒的墨水涂布到基板上的方法。该金属纳米颗粒是具有纳米(1nm＝0.001μm)量级颗粒直径的导电的特细颗粒(下文中称作纳米颗粒)。
图1A到1E是以生产工艺的顺序示出的基板的主要部分的截面图，用于说明形成专利文件1中公开的布线图案的技术。首先，通过旋涂在基板1上涂布含Ag和Pd纳米颗粒的墨水31。然后，涂布的墨水31被干燥以形成薄膜32。接着，如图1B所示，以只使需要部分保持完整的方式在薄膜32上进行蚀刻工艺。这样，在薄膜32上形成了具有布线图案的光致抗蚀剂2。接着，如图1C所示，使用光致抗蚀剂2作为掩模，通过蚀刻去除薄膜32的不需要的部分。然后，如图1D所示，去除薄膜32上的光致抗蚀剂2。接下来，当如图1E所示在烘箱中烘焙基板1时，薄膜32被烘焙，形成了由Ag和Pd的合金制成的薄膜构成的布线33。
在专利文件1中公开的形成布线图案的上述方法中，墨水材料涂布在基板的整个表面上，因此增加了制造成本。
因此，为了通过减少使用的含纳米颗粒的墨水量来实现降低制造成本，采用能够局部涂布墨水的墨水喷射系统。但是，该墨水喷射系统具有差的墨水定位精度，并且一般不适合于精细图案的形成。
为了解决现有问题，日本专利未决公开No.2003-188497(在下文中称作专利文件2)公开了形成疏水膜的技术。
在专利文件2中公开的技术包括：在基板上形成疏水膜之后，通过用激光束对其照射而去除在布线形成区域上形成的疏水膜；并且使用墨水喷射系统将含纳米颗粒的墨水涂布到已经去除了疏水膜的区域上。
图2A到2E是以生产工艺的顺序示出的基板的主要部分的截面图，用于说明形成专利文件2中公开的布线图案的技术。首先，在基板1的表面上形成诸如含氟树脂的疏水膜4，如图2A所示。接着，如图2B所示，根据要形成的布线图案在基板1的表面上照射激光束5。结果，去除了被激光束5照射的疏水膜4的部分。这样，暴露出基板1的表面。接着，如图2C所示，当暴露出的表面被变粗糙时，清洗基板1的表面以去除基板1的碎片，其后干燥基板1的表面。接着，如图2D所示，使用墨水喷射系统，已经去除了疏水膜4的区域处被注射含纳米颗粒的墨水31的射流。在注入墨水31的描画工艺中，使用配备有墨水喷射喷嘴的墨水喷射装置向基板1的表面处注射含纳米颗粒的墨水的射流。由此形成导电电路图案。通过根据在基板1上形成的布线图案来驱动XY表而描画了导电电路图案。即使当含纳米颗粒的墨水31稍微偏离已经去除了疏水膜4的区域，但是疏水膜4的憎水特性能够使含纳米颗粒的墨水31向布线区域移动。在保持该状态的同时，干燥所形成的图案。此后，如图2E所示，通过清洗去除基板1上的疏水膜4，然后干燥基板1。接下来，在布线区域上形成的墨水31经过烘焙处理，由此形成布线图案。
在上述专利文件1中，在通过旋涂将含纳米颗粒的墨水涂布到基板上之后，为形成布线图案而采用光刻工艺和蚀刻工艺。
为此，当通过旋涂来涂布墨水时会增加材料的消耗，并且可能将墨水涂布到基板的不需要部分上。这样，没有效地使用材料并且制造成本增加。
在该情况下，墨水喷射系统可以用于将含纳米颗粒的墨水只涂布到布线部分上，这样可以更有效地使用材料。但是，现有墨水喷射系统具有差的墨水定位精度，并且不适合于精细布线图案的形成。此外，在专利文件2中，在基板的表面上形成疏水膜以通过使用墨水喷射系统来形成较精细的图案从而放宽墨水的定位精度。但是，在专利文件2中，激光束直接照射到疏水膜上以形成图案。因此，存在的问题是不能够精确控制需要去除的疏水膜的形状和厚度。结果，不能精确控制反映已经被去除的疏水膜的部分的布线图案的形状。
此外，当形成多层布线图案时，在下层中的布线图案被激光束损坏，并且位于布线图案的上层和下层之间的绝缘膜中产生空洞。
发明内容
本发明提供了使用含有纳米颗粒的墨水材料在诸如液晶显示设备和等离子显示器的显示设备的面板上形成布线的方法。
本发明提供了使用墨水喷射系统形成精细布线图案的方法，其中有效地使用了含有纳米颗粒的墨水材料。
用于形成布线图案的本发明的方法包括：使用光致抗蚀剂将绝缘基板划分为布线区域；以及通过在其上注入含有金属纳米颗粒的墨水，在布线区域上描画布线图案。
在用于形成布线图案的本发明的方法中，在形成布线区域的步骤中，在基板上形成的光致抗蚀剂的图案形成为具有倒锥形截面。
在用于形成布线图案的本发明的方法中，可以采用正性光致抗蚀剂或负性光致抗蚀剂作为光致抗蚀剂。
在用于形成布线图案的本发明的方法中，描画布线图案的步骤包括：将含纳米颗粒的墨水的射流注入到布线区域上；将注入在布线区域上的墨水夷平；干燥已经被夷平的墨水；将光致抗蚀剂膜从基板分离；以及烘焙布线区域上的墨水。
在用于形成布线图案的本发明的方法中，光致抗蚀剂可以由分层的膜构成，该膜中层叠了具有不同光敏感度的多种光致抗蚀剂。
当分层的膜由正性光致抗蚀剂构成时，分层的膜构造为包括布置为具有向绝缘基板增加的敏感度的正性光致抗蚀剂。因此，光致抗蚀剂图案可以形成为具有倒锥形截面。
同时，当分层的膜由负性光致抗蚀剂构成时，分层的膜构造为包括布置为具有向绝缘基板降低的敏感度的负性光致抗蚀剂。因此，光致抗蚀剂图案可以形成为具有倒锥形截面。
在用于形成布线图案的本发明的方法中，光致抗蚀剂可以形成为具有倒锥形截面。
这样，能够减少对墨水定位精度的影响，以使用墨水喷射系统形成精细的布线图案，并且更有效地使用墨水材料。
此外，用于形成布线图案的本发明的方法使光致抗蚀剂具有倒锥形截面，并且因此布线图案能够形成为具有正锥形截面。
以此方式能够防止位于形成上述布线图案的层之上布置的层之间的膜中产生空洞。此外，能够防止位于布线的上层中的布线图案的断裂。
附图说明
从结合附图的如下详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更为明显，其中：
图1A到1E是以生产工艺的顺序示出的基板的主要部分的截面图，用于说明形成布线图案的现有方法的一个例子；
图2A到2E是以生产工艺的顺序示出的基板的主要部分的截面图，用于说明形成布线图案的现有方法的另一个例子；
图3A到3F是以生产工艺的顺序示出的基板的主要部分的平面图，用于说明形成布线图案的本发明的方法的典型第一实施例；
图4A到4F是基板的主要部分的截面图，其沿与图3A所示的I-I线相同的线截取并且分别对应于图3A到3F所示的主要部分；以及
图5示出了基板的主要部分的截面图，用于说明形成布线图案的本发明的方法的典型第二实施例。
具体实施方式
用于形成布线图案的本发明的方法包括如下步骤：将光致抗蚀剂涂布到绝缘基板上以将其划分成布线区域；以及通过将含纳米颗粒的墨水的射流注入到布线区域上来描画布线图案。
形成的用于将绝缘基板1划分成布线区域的光致抗蚀剂具有倒锥形截面。结果，形成的由含纳米颗粒的墨水形成的布线图案具有正锥形截面。
根据如下典型实施例来详细说明用于形成布线图案的本发明的方法。
(示例性典型实施例1)
在下文中，将参考附图说明本发明的第一实施例，其中以在液晶显示设备的面板基板上形成栅布线作为例子。首先，如图3A和4A所示，在诸如玻璃基板的绝缘基板1上形成具有所示图案的光致抗蚀剂2以将其划分成用于栅布线的布线区域10。该工艺是形成布线图案的第一步骤，并且是光刻工艺，通过该光刻工艺用光或激光束对已经覆盖有光致抗蚀剂2的整个表面进行照射来在绝缘基板1上形成布线区域10。
光刻工艺包括：涂布步骤，将光致抗蚀剂2涂布到基板1的整个表面上；曝光步骤，将对应于除了布线区域10之外的光致抗蚀剂2暴露于光；以及显影步骤。
负性光致抗蚀剂用于光致抗蚀剂2，并且在绝缘基板1上形成5到10μm的厚度。在曝光步骤之后，对应于布线区域10(即，没有施加光等的部分)的负性光致抗蚀剂的部分在显影液中去除。换句话说，在布线区域中形成的光致抗蚀剂被完全溶解到显影液中。这里，光致抗蚀剂的表面被强光普遍地硬化，而光不易到达的绝缘基板1的表面附近的光致抗蚀剂与光致抗蚀剂的表面相比勉强地被硬化。为此，留在绝缘基板1上的光致抗蚀剂2具有倒锥形截面。结果，在最终工艺中可以形成具有正锥形截面的布线图案。
接着，如图3B和4B所示，含铝纳米颗粒的墨水31被涂布到布线区域10上作为用于栅布线图案的布线材料，其中铝纳米颗粒具有1到100nm的平均颗粒直径。这里，涂布墨水31使得干燥后其厚度在3到5μm的范围内。
该工艺是墨水注入工艺，其是形成布线图案的第二步骤。在该工艺中，使用墨水喷射系统，将含有预定纳米颗粒的墨水31的射流注射到布线区域10上。使用墨水喷射系统防止了含纳米颗粒的墨水31被涂布到不需要的部分，并因此可以有效地使用材料。以这样的方式，能够实现降低布线图案的制造成本。
此外，同时，留在绝缘基板1上的光致抗蚀剂2作为用于防止墨水31流尽的框架。因此，可以不考虑墨水的定位精度。注意，除了上述的纳米颗粒之外，还可以使用由Au、Ag、Cu、Pt、Pd和Ni中的任何一种制成的纳米颗粒，或者由Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni和Al中选择的两种或多种金属的合金制成的纳米颗粒。含纳米颗粒的墨水31应该具有在20℃下5到30mPa·S的粘度。
接着，如图3C和4C所示，夷平墨水31。该工艺是形成布线图案的第三步骤，用于使布线区域10中的含纳米颗粒的墨水31的表面光滑的夷平工艺。执行该工艺从而将含纳米颗粒的墨水31倾泄到即使通过墨水喷射也没有被涂布墨水31的部分中。对于夷平工艺可以采用各种方法，一个例子包括在大气氛围中以水平位置保持基板静止一定时间段。
接着，如图3D和4D所示，干燥墨水31。标号32表示干燥后的墨水。该工艺是墨水干燥工艺，是形成布线图案的第四步骤。在该工艺中，存在于布线区域10中的含纳米颗粒的墨水31中的溶剂被去除。仅通过使基板在室温下处于空气中，就能够实现溶剂的去除。可以替换地，可以使用加热的手段。
接着，如图3E和4E所示，绝缘基板1上的光致抗蚀剂2被去除。作为用于形成布线图案的第五工艺的该工艺是抗蚀剂分离工艺，用于去除绝缘基板1上的光致抗蚀剂2以及光致抗蚀剂2上的不需要的干燥的墨水32而保留在布线区域10上的干燥的墨水32。在该抗蚀剂分离工艺中，使用有机溶剂来分离光致抗蚀剂。
接着，如图3F和4F所示，烘焙干燥的墨水32以形成布线图案33(栅布线)。作为用于形成布线图案的第六步骤的该工艺包括将绝缘基板1放入烘箱并在500℃或更低下烘焙干燥的墨水32，优选在150到350℃下。这样，形成了布线图案33。
在该实施例中，具有倒锥形截面的光致抗蚀剂2形成在绝缘基板1上以作为框架，如上所述。通过墨水喷射系统在绝缘基板1上涂布并覆盖含纳米颗粒的墨水31的射流。为此，可以更有效地使用材料，并且可以降低由墨水喷射对墨水的定位精度的影响。
此外，形成的光致抗蚀剂2具有倒锥形截面，这由此能够使布线图案形成为正锥形形状。布线图案的正锥形形状能够降低位于形成所述布线图案的层之上布置的层之间的膜中产生的空洞(缺陷)。这样，能够防止位于形成所述布线图案的层之上的布线图案的断裂。
在上述例子中，使用了具有单层的光致抗蚀剂。但是，可以形成具有两层或更多层的光致抗蚀剂。在该情况下，可以使用负性光致抗蚀剂或正性光致抗蚀剂。
下面说明使用正性光致抗蚀剂的例子。
(示例性典型实施例2)
接着，参考图5说明用于形成布线图案的本发明的方法的第二实施例，其中以在液晶显示设备的面板基板上形成栅布线作为例子。在该实施例中，如图5所示，仅示出了基板1和光致抗蚀剂的截面图，其等效于在第一实施例中所述的图4A中所示的截面图。由于基板1、形成在其上的光致抗蚀剂以及墨水形成的布线的截面图与图4B到4F中所述的相似，所以在图5中不对其说明。
在第一实施例中，具有到锥形截面的负性光致抗蚀剂在作为第一步骤的光刻工艺中用作涂布在绝缘基板1上的光致抗蚀剂。在本实施例中，使用正性光致抗蚀剂代替负性光致抗蚀剂。具体地，在本实施例中，首先在作为第一步骤的光刻工艺中在绝缘基板1的整个表面上涂布高敏感的正性光致抗蚀剂2A，然后在其上涂布低敏感的正性光致抗蚀剂2B。光致抗蚀剂2A和2B的总厚度设置为大约10μm。在该状态下，将布线区域10暴露于光。这些光致抗蚀剂2A和2B形成了两层正性光致抗蚀剂2C。分层的正性光致抗蚀剂2C是光可溶解的抗蚀剂，并且被光照射的部分在显影液中被去除。
总而言之，在第一实施例的负性光致抗蚀剂中，用光照射构成布线图案的图案之外的抗蚀剂区域，而在该正性光致抗蚀剂2C中仅需要用光照射构成布线图案的图案区域。
此外，在该实施例中在基板上直接设置高敏感的正性光致抗蚀剂2A的原因在于为了使整个光致抗蚀剂具有倒锥形截面。该分层的光致抗蚀剂的结构不限于两层的结构，分层的光致抗蚀剂可以由多层形成，也就是说，三层或更多层。换句话说，只要具有在最接近基板的位置处设置最高敏感度的正性光致抗蚀剂并且以向上层敏感度降低的顺序布置正性光致抗蚀剂的结构，就可以层叠任意数目的正性光致抗蚀剂以形成分层的光致抗蚀剂。而且在该实施例中，在之后跟随着光刻工艺的墨水注入工艺中采用墨水喷射系统。以这种方式，可以更有效地使用材料，这降低了制造成本。此外，形成的两层光致抗蚀剂具有倒锥形截面以作为框架。
这样，能够通过降低墨水喷射对墨水定位精度的影响来形成精细图案，并且使布线图案具有正锥形截面。
在上述第二实施例中，对于光致抗蚀剂采用两层正性光致抗蚀剂。但是，通过使用两层负性光致抗蚀剂也可实现相同的效果。在该情况下，将低敏感的负性光致抗蚀剂涂布到基板的整个表面上，并且然后在其上涂布高敏感的负性光致抗蚀剂。具体地，当使用分层的负性光致抗蚀剂时，用光照射对应于除了布线区域10之外的区域的光致抗蚀剂部分。这里，位于上层中的光致抗蚀剂是高敏感的抗蚀剂并且因此被硬化从而布线区域变小，位于下层中的光致抗蚀剂是低敏感光致抗蚀剂并且因此被硬化从而布线区域变大。这样，在显影步骤中，形成的整个负性光致抗蚀剂具有倒锥形截面。此外，当使用两层负性光致抗蚀剂时，可以实现与由两层正性光致抗蚀剂所实现的效果相同的效果。
虽然结合一定优选实施例说明了本发明，但是应该理解的是本发明所包含的主旨并不限于那些具体实施例。
相反，本发明的主旨意图包括能够被包括在权利要求的精神和范围内的所有替代物、修改和等效物。
Claims (7)
1.一种使用含纳米颗粒的墨水在绝缘基板上形成布线的方法，包括：
使用光致抗蚀剂膜将绝缘基板划分为布线区域；以及
通过在从所述光致抗蚀剂膜暴露出的绝缘基板上注入含有金属纳米颗粒的墨水，在绝缘基板上描画布线图案，
其中光致抗蚀剂膜被形成为具有倒锥形截面，
其中描画布线图案的方法包括：
将含有金属纳米颗粒的墨水的射流注入到布线区域上；
将形成在布线区域上的墨水夷平；
干燥已经被夷平的墨水；
将光致抗蚀剂膜从基板分离；以及
烘焙布线区域上的墨水。
2.根据权利要求1的方法，其中采用负性光致抗蚀剂作为光致抗蚀剂膜。
3.根据权利要求1的方法，其中光致抗蚀剂膜是具有不同光敏感度的至少两种光致抗蚀剂的分层的膜。
4.根据权利要求3的方法，其中构成分层的膜的光致抗蚀剂是正性光致抗蚀剂，其中以向绝缘基板增加敏感度的顺序布置光致抗蚀剂膜。
5.根据权利要求3的方法，其中构成分层的膜的光致抗蚀剂是负性光致抗蚀剂，其中以向绝缘基板降低敏感度的顺序布置光致抗蚀剂膜。
6.根据权利要求1的方法，其中包含在墨水中的金属纳米颗粒具有1到100μm的平均颗粒直径。
7.根据权利要求1的方法，其中包含在墨水中的金属纳米颗粒是从Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni和Al中选择的至少一种金属颗粒。
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