DE2939963A1 - Verfahren zur ausbildung von elektrodenmustern - Google Patents

Verfahren zur ausbildung von elektrodenmustern

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Description

SHARP
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER 1 2 7 ^ · 1GSR-
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern, die als Matrixplatten verwendet werden können und insbesondere ein Verfahren zur Abscheidung eines metallischen Elektrodenmusters auf einem transparenten, elektrisch leitenden Film gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Matrixanzeigeeinrichtungen umfassen im allgemeinen eine große Anzahl von Streifenelektroden auf zwei einander gegenüberliegenden Substraten, wobei die Schnittpunkte der Streifenelektroden Punkte der BiIdelemente definieren und ausgewählte Bildelektroden mit einer geeigneten Spannung versorgt werden, um die gewünschten Symbole, Zahlen, Kurven, Muster etc. anzuzeigen.
Es ist gut bekannt, daß solche herkömmlichen Matrixanzeigeeinrichtungen gewisse Probleme mit sich bringen, beispielsweise ein Ubersprechphänomen und eine erhebliche Verminderung des Kontrastes der einzelnen Bildelemente bei zunehmender Anzahl der Abtastlinien im Fall einer großen Anzeigeplatte. Diese Probleme sind besonders gravierend bei Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen. Selbst wenn als Anzeigetreibermethode ein Spannungsmittlungsverfahren angewandt wird, bleiben bei Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen mit verdrehter nematischer Phase (TN-FEM-LCDs) die Probleme des begrenzten Sichtwinkelbereiches.
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Es wurde versucht, durch Verbesserungen des Elektrodenmusters und der Zellstruktur die Auflösung von Flüssigkristallanzeigezellen in Matrixanordnung zu verbessern, ohne daß ein Abfall des Effektivwerts der angelegten Spannungen erfolgt. Von der Anmelderin wurde bereits eine zweischichtige Elektrodenstruktur für Flüssigkristallanzeigezellen vorgeschlagen (DE-OS 28 29 602"Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung") . Die mit der Herstellung einer solchen Elektrodenstruktur auftretenden Probleme sind jedoch noch ungelöst, beispielsweise im Hinblick auf das Auftreten von kleinsten Löchern und Poren (pinholes) und die Ablösung eines Teils des Verdrahtungsmusters von einem Glassubstrat.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Elektrodenmuster geschaffen werden können, die frei von Erosion sind, nicht an einer Ablösung des Verdrahtungsmusters von dem Substrat etc. leiden, welches Verfahren eine Ablösemethode anwendet.
Diese Aufgabe wird nun durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
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Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung eines metallischen Elektrodenmusters oder eines Metallelektrodenmusters und eines transparenten Elektroden-
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musters oder eines Transparentelektrodenmusters, die sich mindestens teilweise überlappen, auf einem Substrat, besteht nun darin,daß man einen auf einer Hauptoberfläche des Substrats abgeschiedenen, transparenten, elektrisch leitenden Film zur Ausbildung des transparenten Elektrodenmusters ätzt; die gesamte Hauptoberfläche des Substrats mit einer Photolackschicht (Photoresistschicht) bedeckt; einen Teil der Photolackschicht (Photoresistschicht) entsprechend dem metallischen Elektrodenmuster entfernt;
die gesamte Hauptoberfläche des Substrats mit einer Schicht des metallischen Elektrodenmaterials beschichtet; und
die restliche Photolackschicht mit Hilfe eines Photolackentferners unter Bildung des metallischen Elektrodenmusters entfernt.
Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektrodenstruktur einer Anzeigetafel in Matrixanordnung;
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Fig. 2a und 2b Fließschemata, die die herkömmliche
Methode zur Ausbildung eines Elektrodenmusters verdeutlichen; und
Fig. 3 ein Fließschema, das die Ausbildung eines - Elektrodenmusters gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Zunächst wird anhand der Fig. 1 die Elektrodenstruktur einer Flüssigkristallanzeigetafel erläutert, die nicht nur eine einfache Kombination von Streifenelektroden umfaßt, sondern eine Vielzahl von kleinen Bereichen, die an einer Seite gemeinsam streifenweise über einen leitenden Streifen verbunden sind. In dem Beispiel der Fig. 1 entspricht ein Paar von miteinander verbundenen Streifenelektroden der herkömmlichen Einzelstreifenelektrode. Mit anderen Worten sind auf dem Substrat leitende Streifen 1 aus einem Material mit relativ niedrigem Widerstand, wie Al, Au, Cr, Ni, Ti, V, Fe und dergleichenfund quadratische Elektroden 2 aus einem transparenten, leitenden Elektrodenmaterial, wie In3O3 und SnO2; angeordnet. Wie bereits angegeben, ist jeweils eine Seite der quadratischen Elektroden 2 des gleichen Streifens gemeinsam mit dem leitenden Streifen 1 verbunden. Die quadratische Elektrode 2 umfaßt jeweils alternativ angeordnete Y-(Teil)-Elektroden Y1 und
Y-i 1 die in Y-Richtung alternativ angeordnet sind und eine einzige Elektrode Y- in der Y-Achse bilden. Die Elektrode 3 in der X-Achse besteht andererseits aus einem transparenten Elektrodenmaterial, wie In-O3, und liegt vor in Form der herkömmlichen Streifenelektroden X1, X2, ...
Zur besseren Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung sind in den Fig. 2a und 2b herkömmliche Methoden zur Ausbildung der Y-Elektroden angegeben.
Wie aus der Fig. 2a zu erkennen ist, wird eine transparenten Elektrodenschicht 4 aus In3O3, etc., auf einem Glassubstrat 6 abgeschieden* Dann wird ein
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metallischer Leiter 5 auf die transparente Elektrodenschicht 4 aufgebracht (Fig. 2(a)-A), worauf eine Schicht aus einem positiven Photolack 7 aufgebracht wird (Fig. 2(a)-B), durch eine Photomaske 8 belichtet (Fig. 2(a)-C) und anschließend unter Bildung eines Photolackmusters entwickelt wird (Fig. 2(a)-D). Dann wird die Elektrodenschicht 5 aus dem leitenden Metall selektriv durch die Maske des Photolackmusters geätzt, wodurch ein leitendes Metallelektrodenmuster gebildet wird (Fig. 2(a)-E). Dann wird ein transparentes Elektrodenmuster gebildet, indem eine Schicht aus einem positiven Photolack 7 aufgebracht, eine Photomaske gebildet (Fig. 2(a)-G) und entwickelt werden (Fig. 2(a)-H). Während die Photolackschicht 7 als Maske wirkt, wird die darunterliegende transparente leitende Schicht 4 chemisch unter Bildung eines Elektrodenmusters geätzt (Fig. 2(a)-I).
Eine in der Fig. 2(b) dargestellte alternative Methode besteht darin, eine leitende Metallschicht auf einem Glassubstrat 6 abzuscheiden (Fig. 2(b)-A), eine Schicht 7 aus einem positiven Photolack aufzubringen (Fig. 2 (b)-B) , das Material durch eine Photomaske 8 zu belichten (Fig. 2(b)-C) und das Photolackmuster zu entwickeln (Fig. 2 (b) -D) .Dann wird das Photolackmuster als Maske verwendet und es wird ein Elektrodenmuster für den leitenden Metallfilm 5 gebildet (Fig. 2(b)-E), worauf ein transparenter leitender Film 4 aufgetragen (Fig. 2(b)-F) und mit einer neuen Schicht des Photolackmaterials bedeckt wird (Fig. 2(b)-G). Dann wird eine anders gestaltete Photomaske 5' auf die Schicht aus dem positiven Photolack aufgelegt und belichtet (Fig. 2(b)-H), wodurch ein Photolackmuster gebildet
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wird (Fig. 2(b)-I). Während dieses Photolackmuster als Maske verwendet wird, wird die transparente leitende Schicht 4 unter Bildung eines Elektrodenmusters geätzt (Fig. 2(b)-J).
Diese herkömmlichen Verfahren weisen jedoch erhebliche Nachteile auf. Bei der in der Fig. 2(a) dargestellten Verfahrensweise wird ein metallisches Material mit einer größeren Ionisierungsneigung als Wasserstoff, beispielsweise Aluminium (Al), das üblicherweise als metallisches Verdrahtungsmaterial verwendet wird, durch Vakuumabscheidung auf die transparente leitende Schicht aus In2°3 au^9ekracnt. Wenn in diesem Fall die Muster in der Reihenfolge gebildet werden, wie es durch die Fig. 2(a) D-E wiedergegeben wird, wird die Unterschicht aus In3O3 durch den in dem Aluminiumätzmittel entwickelten Wasserstoff reduziert, wodurch feinste Löcher oder Poren gebildet werden (Al-Ätzbedingungen: Ätzmittel = H3PO4IHNO3:
CH3COOH = 80:5:15; Ätztemperatur = 55 bis 6O0C).
Obwohl die obenliegende leitende Metallschicht während der Schritte des Ätzens des In2O3~Musters gemäß Fig. 2(a) H-I von der Photolackschicht bedeckt ist, unterliegt diese leitende Metallschicht einer Erosion durch das In^O^-Ätzmittel, wodurch Risse oder kleinste Löcher und Poren gebildet werden (In3O3-AtZ-bedingungen: Ätzmittel = FeCl3:HCl = 2:1 oder 1:1; Ätztemperatur = 40°C; die Eigenschaften des In3O3-Musters hängen von dem verwendeten Photolack ab:
AZ 1350 ~ 0,6 μΐη Dicke oder AZ 1350 J ~ 3 bis 4 um Dicke, die Photolacke sind von der Firma Shipley Far East Ltd. erhältlich).
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Die in der Fig. 2(a) dargestellte Methode besitzt auch den Nachteil, daß dann, wenn ein metallisches Material mit einer geringeren Ionisierungsneigung als Wasserstoff, beispielsweise Gold (Au) als metallisches Verdrahtungsmaterial verwendet wird und durch Vakuumabscheidung auf der transparenten leitenden In~O.,-Schicht abgeschieden wird. Mit anderen Worten verbleibt häufig Gold auf der darunterliegenden In-O^-Schicht, wodurch nach der Ausbildung des In-jO^-Musters Leckströme von der In3O3-Elektrode ausgehen können, wodurch die Anzeigequalität verschlechtert wird. (Die Goldätzbedingungen sind die folgenden: NH4J = 4,0 g, J- = 1,2 g, C2H5OH = 30 cm3, H3O = 20 cm3; Raumtemperatur) . Während der Ausbildung des In2O-,-Musters (Fig. 2(a) E-I) bilden sich auf dem In-CU-Muster stärker erodierte Muster als sie der gewünschten Photomaske entsprechen. Es wird angenommen, daß dies eine Folge der Tatsache ist, daß die Photolackschicht 7 schlecht an der transparenten In^Oo-Schicht 4 anhaftet, so daß die In2O-,-Schicht überätzt wird.
Die durch die Fig. 2 (b) dargestellte Methode ist ebenfalls aus den folgenden Gründen von Nachteil. Wenn ein metallisches Material, wie Al, Ni, Cu, Cr oder Co durch Vakuumabscheidung auf das Glassubstrat aufgebracht und zu einem Muster geätzt wird (Fig. 2(b) I-J), wird das darunterliegende leitende metallische Material durch das In2O3-Ätzmittel erodiert, trotz der Tatsache, daß es mit der Photolackschicht und der In2O3-Schicht bedeckt ist, was zur Folge hat, daß Risse und feinste Löcher oder Poren auftreten und die Anzeigequalität
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verschlechtert wird. (In2O3-Ätzbedingungen: Ätzmittel = FeCl3:HC1 = 2:1; Ätztemperatur = 40°C, das In3O3-Muster hängt von dem verwendeten Photolack ab: A AZ 1350 = 0,6 μΐη Dicke oder AZ 1350 J ~ 3 bis 4 μπι Dicke, welche Photolacke von der Firma Shipley Far East Ltd. erhältlich sind). In dem Fall, daß ein metallisches Material, das gegenüber dem In-O3-AtZ-mittel inert ist, wie beispielsweise Gold, durch Vakuumabscheidung auf dem Glassubstrat abgeschieden und unter Anwendung der Maßnahmen, die in der Fig. 2(b) dargestellt sind, in das gewünschte Muster gebracht wird, zeigt das als metallisches Material verwendete Gold eine schlechte Haftung an dem Glassubstrat und neigt dazu, sich während der Ausbildung des Musters (Fig. 2(b) D-E) von dem Glassubstrat abzulösen. Dies hat zur Folge, daß die Goldschicht nicht mehr als elektrischer Leiter dienen kann.
Diese Probleme, wie die Erosion, werden erfindungsgemäß durch ein Ablöseverfahren gelöst. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erläutert.
Zunächst wird auf einem Glassubstrat 6 eine transparente leitende Schicht 4 aus In3O3/ SnO- oder dergleichen abgeschieden (Fig. 3A), worauf eine lichtempfindliche Photolackschicht 7 des positiven Typs auf die transparente leitende Schicht 4 aufgetragen wird (beispielsweise durch Aufstreichen) (Fig. 3B). Nach der Belichtung durch eine Photomaske (Fig. 3C) wird die Photolackschicht 7 entwickelt und in ein Muster überführt (Fig. 3D). Unter Verwendung der ge-
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musterten Photolackschicht 7 als Maske wird die transparente leitende Schicht 4 selektiv zu dem gewünschten Muster geätzt, worauf die Photolackschicht entfernt wird und eine gemusterte transparente leitende Schicht zurückbleibt (Fig. 3E). Dann wird das gesamte Material mit einer Schicht 7 eines positiven Photolackes bedeckt (Fig. 3F), die dann durch eine Photomaske 81 belichtet wird, die sich von der zuvor verwendeten (Fig. 3C) unterscheidet, wonach das Material entwickelt wird (Fig. 3G). Hierdurch ergibt sich ein Photolackmuster (Fig. 3H). Dann wird eine leitende Metallschicht 5 auf dem das Photolackmuster tragende Substrat abgeschieden (Fig. 31), worauf die Photolackschicht mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, wie Aceton, Dimethylamid , Dimethylacetamid oder Dimethylformamid zusammen mit der darüber befindlichen leitenden Metallschicht entfernt wird, wodurch die leitende Metall-.schicht 5 mit dem gewünschten Muster versehen wird (Fig. 3J).
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Wenn als leitendes Metall 5 Aluminium verwendet wird, ist es schwierig, das Aluminium durch Ultraschallreinigen in Aceton während der Ablöseschritte (Fig. 3I-J) zu entfernen, so daß gleichzeitig eine starke mechanische Reibwirkung angewandt werden muß, um das Aluminium abzutrennen. Daher zeigen die Ränder der Aluminiumschicht Einkerbungen und ein schlechtes Aussehen.
Es hat sich nunmehr gezeigt, daß dann, wenn man Nickel als Material für die leitende Metallschicht verwendet, zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden. Im folgenden sei daher eine besonders bevorzugte Ausführungs-
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form des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß der Nickel als leitendes Metall verwendet wird, näher anhand der Fig. 3 erläutert.
Wie aus der Fig. 3A zu ersehen ist, wird In.O, durch Vakuumabscheidung als transparente leitende Schicht 4 unter Anwendung der folgenden Bedingungen auf dem Glassubstrat abgeschieden: Substrattemperatur = 35O°C, Dicke der Schicht *= 50 nm (500 8) ;Abscheidungsgeschwindigkeit =* 0,3 bis 0,4 nm/s (3 bis 4 8/s) ; Vakuum =
—4 -4
5,3 χ 1O mbar (4 χ 1O torr) mit O2-Leck.
Die transparente leitende In^O-j-Schicht 4 wird dann mit Hilfe einer Schleudereinrichtung (K36OSW 500 der Firma Kyowa Kiken, Drehzahl der Schleudereinrichtung = 1500 min" /2s (am Anfang) und 2500 min /28s (konstant) ) mit einer Schicht 7 aus einem Photolack des positiven Typs beschichtet (AZ 1350 oder AZ 135OJ (Naphthochinonamidogruppej). Der Photolack wird in einer Dicke von 0,6 μΐη (AZ 1350) bzw. 2,5 μπι (AZ 135OJ) aufgebracht und während 30 Minuten bei 90°C eingebrannt. Nach dem Einbrennen erfolgt das Belichten (Fig. 3c) mit einer Ultrahochspannungsquecksilberdampflampe (USH 500C der Firma Ushio Electric Company) unter Anwendung einer Belichtungszeit von 9 s (AZ 1350) bzw. 20 s (AZ 135OJ).
Nach dem Belichten wird das Photolackmuster mit einem dafür geeigneten Entwickler (AZ der Firma Shipley Far East Ltd., der zusammen mit destilliertem Wasser in Form einer 1:1-Mischung eingesetzt wird) bei Raumtemperatur während 60 s (AZ 1350) bzw. 90 s (AZ 135OJ) entwickelt und gebildet. Nach der Entwicklung wird das
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Photolackmuster gut mit destilliertem Wasser gereinigt und während 90 Minuten bei 1350C nacheingebrannt.
Nach dem Nacheinbrennen wird die transparente leitende In2O_-Schicht 4 chemisch zur Bildung des gewünschten Musters geätzt, währenddem die Photolackschicht 7 als Maske verwendet wird (Fig. 3E). Als Ätzmittel wird eine FeCl^/HCl-Mischung (2/1) eingesetzt und es wird während 2 min 30 s bei 1400C geätzt.
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Dann wird die zurückgebliebene Photolackschicht mit Aceton oder einem Photolackentferner (AZ 112A der Firma Shipley Far East Ltd.) entfernt, worauf ein Photolack des positiven Typs (AZ 1350 oder AZ 135OJ) unter Anwendung der Bedingungen, die für die Fig. 3B beschrieben wurden, auf die mit einem Muster versehene In^O^-Schicht aufgebracht wird (Fig. 3F) . Dann wird die Photolackschicht eingebrannt (20 min bei 90°C) und belichtet (Fig. 3G). Nach dem Entwickeln und dem Nacheinbrennen wird auf die das Photolackmuster tragende Oberfläche ein leitender dünner Nickelfilm durch Vakuumabscheidung oder durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet (Fig. 31). Dabei arbeitet man bei einer Substrattemperatur von Raumtemperatür und bildet die Schicht mit einer Dicke von 50 nm (500 8 ) bei einem Vakuum von 6,7 χ 10 mbar (5 χ 10~ torr) mit einer Geschwindigkeit von 80-80 Hz/s aus.
Die Nickelschicht wird durch Ultraschallreinigung in einer Acetonlösung von der Photolackschicht entfernt, wodurch das metallische Elektrodenmuster ausgebildet wird (Fig. 3J).
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Es ist möglich, die Nickelschicht mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, wie Dimethylamid, Dimethylacetamid oder Dimethylformamid oder eines Photolackentferners ,wie eines alkalischen Entferners auf der Grundlage eines organischen Amins, zu entfernen.
Die in der oben beschriebenen Weise Metallelektroden können schnell entfernt werden und es läßt sich ein scharfer Rand der Metallelektrode aus Nickel erzeugen, wobei das als leitendes Material verwendete Nickel eine gute Haftung an der transparenten leitenden In2O3~Schicht zeigt. In dieser Weise erhält man ein sehr genaues Elektrodenmuster. Zur weiteren Verbesserung der Verläßlichkeit der Oberfläche der leitenden Nickelschicht kann man durch anodische Oxidation unmittelbar vor der Durchführung der in der Fig. 3J dargestellten Maßnahme, jedoch nach der Durchführung der Maßnahme der Fig. 31 (Vakuumabscheidung des Nickels),wie folgt eine Metalloxidschicht ausbilden. Man bewirkt die anodische Oxidation unter Verwendung einer wäßrigen Ammoniumtartratlösung {mit einem pH-Wert von 5,5) als anodisches Oxidationsmittel unter Anwendung eines Gleichstroms von 10 mA (bei einer anodisch zu oxidierenden Fläche von 70 cma) und arbeitet während einer Zeitdauer von 5 min bei einer Spannung von bis zu 22 V. Anschließend reinigt man das Material mit destilliertem Wasser und erhält das gewünschte Muster (Fig. 3J). Durch die anodische Oxidation wird die Korrosion der Nickeloberfläche unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit verhindert, wodurch eine hohe Verläßlichkeit des Produkts sichergestellt wird.
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Wie bereits erwähnt, wird in dieser Weise die Korrosion als Folge der Reduktion der transparenten leitenden In3O,-Schicht, das Auftreten von Metallrückständen auf der In-CU-Oberflache (das bei der Methode der Fig. 2(a) festgestellt wird) und das Auftreten von Rissen und kleinen Löchern oder Poren als Folge des In-Oo-Ätzens (wie es bei der Methode 2(b) erfolgt) verhindert.
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e r s e i t e

Claims (3)

  1. PATENTANWÄL-ΓΞ
    TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
    Beim Europllschen Patentamt zugelassene Vertreter Pro«. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrMs pres !'Office europeen des brevets
    Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller Siekerwall 7
    Triftstrasse 4. Siekerwall 7,
    D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD
  2. 2. Okt. 1979
    Case: 1279-GER-K
    tM/th
    SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku Osaka / Japan
    Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern
    Priorität: 3. Oktober 1978, Japan, Nr. 122234/1978
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Ausbildung eines metallischen Elektrodenmusters und eines transparenten Elektrodenmusters, die sich mindestens teilweise überlappen, auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß man einen auf einer Hauptoberfläche des Substrats abgeschiedenen, transparenten, elektrisch leitenden Film
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    zur Ausbildung des transparenten Elektrodenmusters ätzt;
    die gesamte Hauptoberfläche des Substrats mit einer Photolackschicht bedeckt; einen Teil der Photolackschicht entsprechend dem metallischen Elektrodenmuster entfernt; die gesamte Hauptoberfläche des Substrats mit einer Schicht des metallischen Elektrodenmaterials beschichtet; und
    die restliche Photolackschicht mit Hilfe eines Photolackentferners unter Bildung des metallischen Elektrodenmusters entfernt.
    2. Verfahren nach Anspruch "!,dadurch g e kennzeichnet, daß das metallische
    Elektrodenmaterial Nickel enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptoberfläche des Substrats mit Nickel bedeckt und dann durch anodische Oxidation passiviert wird.
    D3001B/0901 '" """ "U
DE2939963A 1978-10-03 1979-10-02 Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern Expired DE2939963C2 (de)

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