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Die
vorliegende Erfindung betrifft Displaysubstrate mit transparenten,
leitenden Elektroden mit Metallhilfsschichten zum Erhöhen ihrer
Leitfähigkeit und
ein Verfahren zur Bereitstellung dieser Metallhilfsschichten ohne
hochpräzise
Ausrichtungsschritte.
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Transparente,
leitende Oxidfilme (TCO) werden in vielen Displayeinrichtungsanwendungen
verwendet, bei denen elektrische Felder angelegt werden müssen, um
Bildelemente (Pixel) zu aktivieren und bei denen die optische Transparenz
wesentlich ist. Beispielsweise verwenden Flüssigkristalldisplaysubstrate
oftmals parallele Streifen aus TCO-Material als Elektroden. Wenn
ein Paar derartiger Substrate in einem Display kombiniert werden,
wobei ihre gegenüberliegenden
TCO-Elektrodenstreifen
so orientiert sind, daß sie
eine Matrix bilden, definiert der Bereich des Displays, den ein
beliebiges Paar von TCO-Streifen kreuzt, ein Pixel. Indem zwischen
einem Paar gekreuzter TCO-Streifen ein elektrisches Feld angelegt wird,
kann der dazwischen angeordnete Flüssigkristall umorientiert werden.
Diese Umorientierung beeinflusst, wie Licht durch diese aktivierten
Bereiche durchgelassen wird. Beispielsweise wird polarisiertes Licht,
das sich durch ein Flüssigkristalldisplay
ausbreitet, durch aktivierte Pixelbereiche mit einer Polarisation
durchgelassen, die senkrecht zu der ist, die außerhalb der aktivierten Pixelbereiche
durchgelassen wird. Dann können
Polarisatoren verwendet werden, damit das Display in den aktivierten
Pixelbereichen dunkel erscheint, während Licht an anderen Stellen
durch das Display durchgelassen wird.
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Die
Geschwindigkeit mit der Pixel aktiviert und deaktiviert werden können, hängt kritischerweise von
der Leitfähigkeit
der TCO-Elektroden ab. Eine kürzere „Auffrischrate", die der Geschwindigkeit
entspricht, mit der Pixel ein- und ausgeschaltet werden können, kann
in einigen Anwendungen erforderlich sein, einschließlich denen,
die große
oder hochaufgelöste
Displays verwenden. Kürzere
Auffrischraten können
realisiert werden, indem die Leitfähigkeit der TCO-Elektroden erhöht wird,
insbesondere in Displays mit einer hohen Pixeldichte. Durch die
Erhöhung
der Leitfähigkeit
von TCO-Elektroden wird auch das Erscheinungsbild des Displays verbessert,
indem die Gleichförmigkeit
verbessert wird.
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Eine
Möglichkeit
zur Erhöhung
der Leitfähigkeit
einer TCO-Schicht besteht darin, sie bei hohen Temperaturen (über etwa
250°C) zu
temperieren. Wenn als das Substratmaterial Glas verwendet wird, denn
ist dies ein gangbares Verfahren. Bei vielen Anwendungen wie etwa
großflächigen Flüssigkristalldisplays
sind jedoch Glassubstrate zu schwer, weshalb polymere Substrate
bevorzugt werden. Als Substratmaterialien in Flüssigkristalldisplays geeignete Polymermaterialien
weisen oftmals Glasübergangstemperaturen
und Schmelztemperaturen auf, die weit unter den hohen Temperaturen
liegen, die für
das Tempern zum Erhöhen
der Leitfähigkeit
der TCO-Schichten erforderlich sind. Das Temperieren bei hohen Temperaturen
ist als solches keine zur Verfügung
stehende Option, wenn man die Leitfähigkeit der TCO-Elektroden
erhöhen
will, wenn polymere Substrate verwendet werden.
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Ein
weiteres Mittel zum Erhöhen
der Leitfähigkeit
einer TCO-Schicht besteht darin, eine die TCO-Schicht berührende Metallhilfsschicht
vorzusehen. Die Metallschicht ist in der Regel in Form eines schmalen
Streifens oder einer schmalen Linie aus auf einer TCO-Elektrode abgeschiedenem
metallischem Material ausgeführt.
Die Hinzufügung
eines Metallstreifens erhöht
die Leitfähigkeit
einer TCO-Elektrode, indem der spezifische Widerstand gemäß der folgenden
Beziehung herabgesetzt wird:
wobei R
T der
spezifische Widerstand der Elektrode insgesamt, R
TCO der
spezifische Widerstand der TCO-Schicht und R
M der
spezifische Widerstand des Metallstreifens ist. Wenn R
M viel
kleiner ist als R
TCO, was in der Regel der
Fall ist, dann nähert
sich R
T R
M an, was
zu einer Elektrode mit einem spezifischen Widerstand führt, der
viel niedriger ist als der einer blanken TCO-Elektrode. Es kommt
solange zu der Erhöhung
der Leitfähigkeit,
wie die Metallschicht entlang der Länge der Elektrode kontinuierlich
ist. Dies ist signifikant, weil hochdichte Displays mit kleinen
Pixeln und deshalb kleinen Elektroden kleine Metallhilfsschichten
erfordern, die möglicherweise
für Risse
und Brüche
anfällig
sind, die die elektrische Leitfähigkeit
unterbrechen.
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Da
die Transparenz der Endeinrichtung oftmals wesentlich ist und weil
Metallschichten, die so dick sind, daß die Leitfähigkeit der TCO-Elektrode verbessert
wird, im allgemeinen optisch opak sind, ist es wichtig, daß der Metallstreifen
die TCO-Elektrode nicht wesentlich bedeckt. Wenn zudem unabhängig adressierbare
TCO-Elektrodenstreifen in enger Nähe auf einem Substrat angeordnet
sind, ist die Ausrichtung jedes Metallstreifens auf jeden TCO-Streifen wesentlich.
Ohne Ausrichtung können
die Metallstreifen möglicherweise
zu benachbarten TCO-Elektroden überqueren
und dadurch einen elektrischen Kurzschluss über benachbarte Elektroden
verursachen. Die Ausrichtung ist an großflächigen und hochauflösenden Displays
besonders kritisch, wo die Elektrodenstreifen länger oder näher beieinander sein können, was
weniger Raum für
Fehler läßt.
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In
der Regel wird eines von drei Verfahren (oder eine Variation davon)
zum Herstellen von TCO-Elektroden mit Metallhilfsstreifen verwendet. Zunächst können dünne Metallstreifen
direkt durch eine Maske auf bereits existierenden TCO-Elektrodenstreifen
aufgebracht werden. Dies erfordert eine Präzisionsausrichtung der Abscheidungsmaske
auf die gemusterten Elektroden. Zweitens können Metallstreifen auf einem
Substrat mit einer TCO-Schicht aufgebracht werden, die noch nicht
zu Elektroden gemustert worden ist. Teile der TCO-Schicht und etwaiges
unerwünschtes
Metall werden dann entfernt, um TCO-Elektroden mit Metallhilfsstreifen
zu bilden. Dies erfordert die Präzisionsausrichtung
einer Ätzmaske
oder eines „Laser-Scribe" auf die gemusterten Metallstreifen.
Schließlich
können
Metallstreifen direkt auf ein Substrat aufgebracht werden, gefolgt
von dem Aufbringen von TCO-Streifen direkt auf den Metallstreifen.
Dies erfordert wieder eine Präzisionsausrichtung
einer Aufbringungsmaske auf die gemusterten Metallstreifen. Bei
jedem dieser Verfahren reduziert der erforderliche Präzisionsausrichtungsschritt die
Effizienz des Prozesses und führt
zu dem Risiko, daß Defekte
eingeführt
werden.
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Ein
Verfahren zum Bereitstellen von Metallhilfsstreifen für TCO-Elektroden
ohne eine Präzisionsausrichtungsschritt
ist in dem US-Patent Nr. 5,342,477 an Cathey beschrieben. Dieses
Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Substrats mit mehreren
transparenten Elektroden, wobei jede Elektrode einen Streifen aus
transparenten Siliziumdioxid, der auf einem Streifen aus transparentem,
leitendem Material gestapelt ist, umfaßt. Auf die ganze Oberfläche wird
dann ein gut leitendes Material aufgetragen. Das gut leitende Material
wird dann vertikal geätzt, bis
das Material auf den Elektroden entfernt ist und ein Bereich zwischen
den Elektroden exponiert ist. Zurück bleibt ein „Verbindungszug" aus leitendem Material entlang
jeder Seite des transparenten Elektrodenstapels.
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Wenngleich
das von Cathey offenbarte Verfahren keinen Hochpräzisionsausrichtungsschritt
erfordert, ist es mit größeren Mängeln verbunden,
die seine Durchführbarkeit
beeinflussen. Zunächst
basiert das Verfahren auf relativ dicken Elektrodenstapeln, so daß sich leitendes
Material während
dem Aufbringen an den Kanten der Elektroden anhäuft und nach dem Ätzschritt
dort zurückbleibt.
Wenngleich der Stapel im wesentlichen transparent ist, ist gut bekannt,
daß bei
einer Vergrößerung der
Elektrodendicke die Helligkeit des Displays abnimmt. Zweitens kontaktieren
die leitenden „Verbindungszüge" nur die Seiten der
transparenten, leitenden Teile der Elektrode. Da die transparenten,
leitenden Teile dünn sein
müssen,
ist die Gesamtfläche
des Oberflächenkontakts
zwischen den leitenden Verbindungszügen und den transparenten,
leitenden Streifen recht klein. Deshalb ist eine Ablösung der
leitenden Verbindungszüge
von den transparenten, leitenden Streifen wahrscheinlich. Wenn es
zu einer Ablösung
kommt, haben die leitenden Verbindungszüge keine Wirkung.
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Ein
weiteres Verfahren zum Bereitstellen von Metallhilfsstreifen an
den Kanten von TCO-Elektroden ohne einen Präzisionsausrichtungsschritt
wird in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 4-360124 erörtert.
Bei dem dort offenbarten Verfahren werden TCO-Elektroden durch konventionelle Fotolithographie
auf einem Substrat gebildet. Der Fotoresist bleibt auf dem TCO-Material
zurück,
und ein Metall wird auf die exponierten Seitenkanten der Elektroden
elektroplattiert. Dann wird der Fotoresist entfernt, und es bleibt
eine Reihe von TCO-Elektroden mit Metallstreifen entlang ihren Kanten
zurück. Wenngleich
dieses Verfahren einige der Mängel
des Cathey-Verfahrens
behebt, ist dieser Verlaß auf
Metall plattierungstechniken mit dem Risiko eines übermäßigen Aufbaus
von Metall zwischen Elektroden verbunden, die benachbarte, Elektroden
in dem Display kurzschließen
würden.
Besonders offensichtlich ist dieses Risiko für hochdichte Displays, bei
denen die Entfernung zwischen Elektroden recht gering sein kann.
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Ein
weiteres Verfahren zum Bereitstellen von Metallhilfsstreifen an
den Kanten von TCO-Elektroden ohne einen Präzisionsausrichtungsschritt
ist in der japanischen Patentanmeldung
JP 06 148 661 erörtert. Gemäß dem beschriebenen Verfahren
werden TCO-Elektroden über
konventionelle Fotolithographie auf einem Substrat gebildet. Der
Fotoresist bleibt auf dem TCO-Material zurück und wird von einem Temperaturschritt
geschrumpft, um das darunterliegende TCO-Material zu exponieren.
Dann wird Metall auf die exponierten Seitenkanten der TCO-Elektroden
elektroplattiert.
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Die
vorliegende Erfindung behebt diese Mängel durch Bereitstellen eines
Verfahren zum musterförmigen
Aufbringen von Metallhilfsstreifen, um die Leitfähigkeit unabhängig adressierbarer TCO-Elektroden
zu erhöhen,
ohne daß relativ
zu im voraus musterförmig
aufgebrachten Elektroden die Notwendigkeit zur Präzisionsausrichtung
besteht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der
Leitfähigkeit
von transparenten, leitenden Elektroden, wie in den Ansprüchen beschrieben.
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Bei
einer Ausführungsform
beinhaltet das Verfahren der vorliegenden Erfindung zuerst die Bereitstellung
eines im wesentlichen transparenten Substrats. Als nächstes werden
auf dem transparenten Substrat parallele Streifen aus Resistmaterial
gebildet. Dann wird ein Material auf dem Substrat und den Resiststreifen
aufgedracht, wobei sichergestellt wird, daß das Metallmaterial an den
Seiten der Resiststreifen aufgebracht wird. Die Metallbeschichtung wird
dann geätzt,
um sie von den Oberseiten der Resiststreifen und von dem Bereich
des Substrats zwischen den Resiststreifen, aber nicht von den Seiten der
Resiststreifen, zu entfernen. Der Metallauftrag, der zurückbleibt,
bildet kontinuierliche Metallinien entlang der Kanten der Resiststreifen.
Als nächstes wird
ein transparenter, leitender Film aufgebracht, so daß er die
Resiststreifen, die Metallinien und das exponierte Substrat im wesentlichen
bedeckt. Schließlich
werden die Resiststreifen entfernt. Dadurch bleiben parallele Streifen
aus dem transparenten, leitenden Film auf dem Substrat zurück, wobei
an die Seiten jedes der parallelen Streifen aus transparentem, leitendem
Film die kontinuierlichen Metalleitungen angrenzen. Jeder parallele
Streifen aus transparentem, leitendem Film, an den die Metallinien
angrenzen, stellt eine unabhängig
adressierbare Elektrode auf der Oberfläche des Substrats dar, wobei
die Elektroden jeweils um eine Entfernung beabstandet sind, die
der Breite der anfänglich
gebildeten Resiststreifen entspricht.
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Das
beanspruchte Verfahren kann auf ein Substratelement angewendet werden,
das sich zur Verwendung in einer elektronischen Displayeinrichtung
eignet. Das Substratelement enthält
ein im wesentlichen transparentes Substrat und mehrere unabhängig adressierbare
Elektroden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Erhöhen
der Leitfähigkeit
von TCO-Elektroden durch Bereitstellen von Metallhilfsschichten
neben den TCO-Elektroden, ohne daß eine Präzisionsausrichtung der Metallschichten
vor ihrer Bildung erforderlich wäre.
Es ist weiterhin die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Erhöhen
der Leitfähigkeit
von TCO-Elektroden auf Flüssigkristalldisplaysubstraten
bereitzustellen, indem Metallhilfsschichten neben den TCO-Elektroden
vorgesehen werden. Es ist weiterhin der Zweck der vorliegenden Erfindung,
ein Displaysubstratelement, mit unabhängig adressierbaren transparenten
Elektroden zu verbessern, umfassend eine transparente, leitende Schicht
und eine gemusterte Metallschicht.
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Die 1(a)–(e)
sind schematische Darstellungen der Schritte, die bei einer Referenzausführungsform
involviert sind.
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2(a)–(g)
sind schematische Darstellungen der Schritte, die bei einer Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung involviert sind.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren, um transparente,
leitende Elektroden mit Metallhilfsschichten zu versehen, um die
Leitfähigkeit der
Elektroden zu verbessern, ohne ihre transparenten Eigenschaften
signifikant zu ändern.
Die Metallschichten werden ohne die Verwendung eines Hochpräzisionsausrichtungsschritts
wie etwa die Ausrichtung einer Aufbringungs- oder Ätzmaske
mit einer vorgemusterten Elektrodenstruktur bereitgestellt. Während es
sich bei den in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Metallschichten
um ein beliebiges leitendes metallisches Material handeln kann, das
sich für
die jeweilige Anwendung eignet, enthalten die Metallschichten bevorzugt
Materialien, die über
bekannte Techniken wie etwa Verdampfen oder Sputtern auf ein Substrat
aufgebracht werden können.
Zu Beispielen derartiger Materialien zählen beispielsweise Cr, Cu,
Ag, Au, Ni, W, Al, Pt, Ti, Fe, Sn oder Kombinationen oder Legierungen
davon.
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Wenngleich
man die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung am besten
in leichten spezifischen Ausführungsformen
versteht, sollen die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen
und die darin enthaltenen Beispiele auf keinerlei Weise den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung oder ihrer aufgezählten Ansprüche einschränken.
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A. Referenzausführungsform
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Die
Ausführungsform,
wie sie in den 1(a)–(e) gezeigt
ist, liegt nicht innerhalb der vorliegenden Ansprüche. Zuerst
wird ein Substratelement mit einem Substrat 20 bereitgestellt,
das eine transparente, leitende Schicht 22 aufweist. Das
Substrat 20 ist ein im Wesentlichen transparentes Material,
das sich zur Verwendung in elektronischen Displayeinrichtungen eignet.
Zu bevorzugten Substraten zählen
Glas und jedes geeignete transparente, polymere Material. Die transparente,
leitende Schicht 22 ist bevorzugt ein transparentes, leitendes
Oxidmaterial (TCO-Material), und das TCO-Material ist bevorzugt
Indium-Zinn-Oxid (ITO).
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Als
nächstes
werden Streifen 24 aus Resistmaterial wie in 1(b) gezeigt bereitgestellt. Die Breite
w der Resiststreifen 24 entspricht der Breite eines Pixels
in einem fertiggestellten Display. Die Resiststreifen 24 werden
bereitgestellt, indem ein Resistmaterial auf der Oberfläche aufgetragen
und getrocknet wird, um einen Auftrag mit einer Dicke h zu bilden.
Der Resistauftrag kann dann Licht einer bestimmten Wellenlänge exponiert
werden, um die fotochemischen Initiatoren in dem Resist zu aktivieren. Der
Resistauftrag wird durch eine Maske hindurch dem Licht exponiert,
so daß nur
bestimmte Bereiche aktiviert werden. Je nach dem, ob der Resist
ein positiver Resist oder ein negativer Resist ist, können die aktivierten
oder nicht-aktivierten Bereiche durch Spülen in einer Lösung entfernt
werden. Der entstehende Resistauftrag sind mehrere Resiststreifen,
die mit einem Abstand P beabstandet sind, der dem inaktiven Bereich
zwischen Pixeln in dem fertigen Displaysubstrat entspricht. Das
Resistmaterial kann jedes gewünschte
Resistmaterial sein, das nicht ungünstig mit dem Elektrodenmaterial
reagiert. Es gibt viele kommerziell erhältliche Formulierungen von
Resistmaterialien, und die Vorgehensweise, wie sie aufgetragen,
getrocknet, aktiviert und entfernt werden, ist dem Benutzer bekannt,
wenn ein bestimmtes Resistmaterial gewählt wird.
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Dann
wird ein Metallauftrag
26 über dem Substrat wie in
1(c) gezeigt aufgebracht. Um schmale Metallstreifen
an der TCO-Oberfläche
zu bilden, wird eine als „Schattenauftrag" bezeichnete Technik
verwendet. Bei dem Schattenauftrag wird ein kollimierter Strahl
28 aus
dem aufzubringenden Material, üblicherweise
in einer Vakuumkammer unter Verwendung bekannter Aufbringungstechniken,
gebildet. Der kollimierte Strahl
28 wird dann unter einem bestimmten
Einfallswinkel
30 relativ zu der Ebene des Substratelements
gerichtet. Die Resiststreifen
24 fungieren dahingehend,
einen Teil des kollimierten Strahls zu blockieren, so daß in dem
Bereich zwischen den Resiststreifen nur ein Streifen der Breite
d gebildet wird. Die Breite d des Metallauftrags auf der TCO-Oberfläche ist
gegeben durch
wobei θ der Winkel
30 des
kollimierten Strahls bei Messung in Referenz zu der Ebene des Substratelements
ist. Durch den Schritt des Schattenauftrags bleibt ein Bereich der
TCO-Schicht mit einer Breite von P–d wie in
1(c) gezeigt
exponiert zurück.
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Die
exponierten Teile der TCO-Schicht 22 werden dann geätzt, wobei
der Metallauftrag als eine Ätzbarriere
verwendet wird. Das Ergebnis ist in 1(d) gezeigt.
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Die
Resiststreifen 24 werden dann durch Abheben zusammen mit
einem etwaigen auf dem Resist befindlichen Metallauftrag 26 entfernt.
Das entstehende, in 1(e) gezeigte
Substratelement enthält
ein Substrat 20 mit mehreren unabhängig adressierbaren Elektroden,
wobei jede Elektrode eine TCO-Schicht 22 und eine Metallhilfsschicht 26 aufweist.
Die Metallhilfsschichten erhöhen
die Leitfähigkeit
der TCO-Elektroden. Außerdem
sind die Metallhilfsschichten oftmals dick genug, um opak zu sein und
somit als eine dunkle Matrix zu fungieren.
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Eine
dunkle Matrix ist ein opakes Material auf einem Displaysubstrat,
das Licht am Durchtritt durch die inaktiven Bereiche des Displays
blockiert. Dadurch wird der Kontrast des Displays erhöht. Wenn zwei
oder mehr benachbarte Pixel aktiviert werden und somit dunkel erscheinen,
gestattet das Fehlen einer dunklen Matrix, daß Licht von den inaktiven Bereichen
zwischen den aktivierten Pixeln durchgelassen wird. Dies führt dazu,
daß die
aktivierten Pixel grau anstatt schwarz erscheinen, wodurch der Kontrast
reduziert wird. Das Vorliegen einer dunklen Matrix mildert dieses
Problem.
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Eine
dunkle Matrix kann während
des in 1 gezeigten Prozesses aufgetragen
werden. Nach dem Schritt des Entfernens der exponierten TCO-Schicht
(in 1(d) gezeigt) kann ein nichtleitendes,
opakes Material über
der Oberfläche
aufgebracht werden. Wenn die Resiststreifen entfernt werden, ist
das resultierende Substratelement somit wie in 1(e) gezeigt,
zusätzlich
mit einer opaken Schicht zwischen den Elektroden, die als eine dunkle Matrix
dient. Es ist wichtig, daß das
opake Material nichtleitend ist, so daß benachbarte Elektroden elektrisch
unabhängig
bleiben.
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B. Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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Eine
Ausführungsform
des Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in den 2(a)–(g) gezeigt.
Zuerst wird ein im wesentlichen transparentes Displaysubstrat 32 wie
in 2(a) gezeigt bereitgestellt. Das
Substrat 32 kann aus einem beliebigen Material bestehen,
das sich zur Verwendung in einem elektronischen Displaysubstratelement
eignet, wie oben erörtert.
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Streifen 34 aus
einem Resistmaterial werden auf dem Substrat gebildet, wie in 2(a) gezeigt. Die Streifen werden durch
herkömmliche
Lithographietechniken gebildet. In der Regel wird das ganze Substrat
mit dem Resistmaterial bedeckt, indem das Material in einer flüssigen Form
laminiert oder aufgetragen wird. Das Resistmaterial wird durch selektive Exponierung
mit Licht mit einer gegebenen Wellenlänge und Intensität gemustert,
gefolgt von dem Entfernen des aktivierten Materials, wie oben in
Teil A erörtert.
Die Resiststreifen 34 von 2(a) können mit den
Resiststreifen 24 von 1(b) verglichen
werden. Während
in 1(b) die Breite der Resiststreifen
so gewählt
wurde, daß sie
der gewünschten
Breite der Elektroden auf dem fertigestellten Displaysubstratelement
entspricht, entspricht umgekehrt die Breite der Resiststreifen 34 in 2(a) der gewünschten Breite der Lücke zwischen
Elektroden auf dem fertiggestellten Displaysubstratelement.
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Als
nächstes
wird ein Metall 36 über
dem Substrat und Resiststreifen aufgebracht, wie in 2(b) gezeigt.
Das Metall kann durch eine beliebige geeignete Technik aufgebracht
werden, wie etwa Dampfabscheidung, Sputterabscheidung, chemisches
Plattieren, Elektroplattieren oder andere in der Technik bekannte
Verfahren. Das Metall wird bevorzugt so aufgebracht, daß es die Oberfläche des
Substrats und die Resiststreifen im Wesentlichen bedeckt.
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Als
nächstes
wird ein zweites Resistmaterial 38 über dem Metallauftrag aufgetragen,
wie in 2(c) gezeigt. Bevorzugt wird
der zweite Resist als eine Flüssigkeit
aufgetragen, so daß auf
dem Metallauftrag in dem durch Resiststreifen 34 gebildeten Eckbereich
ein Meniskus entsteht. Beispielsweise kann ein geeignetes flüssiges Resistmaterial
dasjenige sein, daß von
der Firma Shipley Co., Marlborough, MA, USA, unter der Warenbezeichnung
Shipley 1818 vertrieben wird. Der Meniskus des flüssigen Resistmaterials
stellt sicher, daß sich
zusätzliches
Resistmaterial in den Ecken an dem Metallauftrag aufbaut. Wenn das
zweite Resistmaterial zurückgeätzt wird, um
den Metallauftrag auf den Resiststreifen und zwischen den Resiststreifen
zurückzuätzen, bleibt
somit überschüssiges zweites
Resistmaterial 38 in den Ecken an dem Metallauftrag zurück, wie
in 2(d) gezeigt. Das Rückätzen des
zweiten Resistmaterials erfolgt bevorzugt unter Verwendung herkömmlicher reaktiver
Ionenätz-
oder Plasmaätztechniken.
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Als
nächstes
wird der Metallauftrag geätzt, wobei
das zurückbleibende
zweite Resistmaterial als eine Ätzbarriere
wirkt. Ätzen
entfernt den ganzen Metallauftrag außer denjenigen Teilen, die
von dem zurückbleibenden
zweiten Resistmaterial bedeckt sind. Dadurch entsteht ein kontinuierlicher
Streifen oder eine kontinuierliche Linie aus Metallauftrag, der
bzw. die entlang jeder Kante der Resiststreifen angeordnet ist.
Das verbleibende zweite Resistmaterial wird dann von dem Substratelement
abgelöst,
um Substrat 32, Resiststreifen 34 und verbleibende
Streifen aus Metall 36 neben den Kanten der Resiststreifen zurückzulassen,
wie in 2(e) gezeigt.
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Als
nächstes
wird ein transparentes, leitendes Material 39 über dem
Substratelement aufgebracht, so daß es die exponierten Bereiche
des Substrats im wesentlichen bedeckt, wie in 2(f) gezeigt.
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Schließlich werden
Resiststreifen 34 von dem Substrat 32 zusammen
mit etwaigem, sich darauf befindendem transparentem, leitendem Material entfernt,
um ein Substrat 32 mit unabhängig adressierbaren Elektroden
zurückzulassen,
die aus parallelen Streifen aus transparentem, leitendem Material 39 bestehen,
wobei an den Kanten jedes Streifens Metallhilfsstreifen 36 angeordnet
sind, wie in 2(g) gezeigt.
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Die
in diesem Teil beschriebene und in den 2(a)–(g) gezeigte
Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liefert klare Vorteile. Zunächst weisen
die Elektroden, weil für
jede Elektrode zwei Metallhilfsstreifen gebildet werden, eine höhere Leitfähigkeit
auf als für
einen Metallhilfsstreifen, was eine dünnere transparente, leitende
Schicht in der Elektrode gestattet und somit die Transmission durch
das Substratelement verbessert. Außerdem kann der spezifische
Widerstand der Elektroden abgestimmt werden, indem das Ausmaß der Rückätzung des
zweiten Resistmaterials gesteuert wird – mehr Rückätzung bedeutet, daß mehr Materialauftrag
exponiert wird, was bedeutet, daß mehr Materialauftrag bei Ätzen entfernt
wird, was zu Metallhilfsstreifen mit einem höheren spezifischen Widerstand führt. Zweitens
werden die Metallhilfsstreifen von im voraus gemusterten Resiststreifen
und nicht von im voraus gemusterten transparenten, leitenden Elektroden
abgeformt. Dadurch können
die Metallstreifen unabhängig
von dem transparenten, leitenden Elektrodenmaterial gemustert werden,
was eine Herstellung von dünneren
Elektroden gestattet. Weil der letzte Schritt dieser Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ein Entfernschritt statt
ein Metall hinzufügungsschritt
ist, besteht drittens kein Risiko, daß überschüssiges Metall hinzugefügt wird, das
benachbarte Elektroden kurzschließen könnte.
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Beispiel B1
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Dieses
Beispiel beschreibt den in den 2(a)–(g) gezeigten
Prozess auf einem mikroreplizierten Substrat, bei dem die Resiststreifen 34 parallele
Stege sind, die mit dem Substrat integral sind. Die Verwendung von
mikroreplizierten Kunststoffsubstraten in Flüssigkristalldisplayeinrichtungen
wird in dem an Wenz erteilten US-Patent Nr. 5,268,782 erläutert. Kurz
gesagt kann ein Flüssigkristalldisplaysubstrat
mit einer Reihe mikroreplizierter paralleler Stege versehen werden,
wobei jeder Steg zu der gleichen Höhe in einem Bereich von etwa
1 μm bis
20 μm von
der Oberfläche
des Substrats ansteigt, abhängig beispielsweise
von der verwendeten Art von Flüssigkristall.
Wie in WO 99 34256 A erläutert,
kann mit diesen Stegen das Substrat weiter gemustert werden, ohne
die Verwendung von weiteren Maskenausrichtungsschritten.
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Auf
eine Probe aus einem mikroreplizierten Kunststoff-Flüssigkkristalldisplaysubstrat
wurde über Sputterauftrag
ein etwa 2000 A (0,2 μm)
dicker Kupferfilm aufgebracht. Als nächstes wurde über dem Kupfer
eine dünne
Fotoresistschicht aufgebracht, wobei die 180R-Rändelwalze an einer Mikrogravur-Beschichtungsanlage
CAG-150 der Firma Yasui-Seiki verwendet wurde. Die Fotoresistlösung wurde
hergestellt durch Verdünnen
von Shipley 1818-Resist in Methylethylketon, wobei eine 20%ige Feststofflösung erhalten
wurde. Der Fotoresistauftrag wurde bei 100°C in einem Luftkontaktofen getrocknet.
Nach dem Trocknen wurde ein ungefähr 1 bis 1,5 μm dicker
Fotoresistauftrag erhalten. Die Auftragsdicke entlang den Kanten
der Substratstege war jedoch aufgrund von Oberflächenspannungseffekten während des
Auftrags viel höher.
Der Fotoresistauftrag wurde dann in einem HF-Sauerstoffplasma geätzt, um
den Resistauftrag aus der Mitte der Kanäle zu entfernen. Die Ätzzeit wurde
so eingestellt, daß der
Fotoresist nach dem Ätzen
entlang den Kanten der Stege zurückblieb.
Das Sauerstoffplasma wurde bei 13,3 Pa (100 mTorr) Druck, einer
Fließgeschwindigkeit
von 100 Standardkubikzentimeter und 120 Watt HF-Leistung erzeugt.
Unter solchen Bedingungen betrug die Ätzzeit 3 Minuten. Nach dem Ätzen des
Fotoresists wurde das exponierte Kupfer mit einer 10%igen H2SO4-Lösung 2 Minuten
lang in einem Sprühsystem
bei etwa 50°C
geätzt.
Als nächstes wurde
der zurückbleibende
Resist ebenfalls durch Sprühen
mit einer 4%igen NaOH-Lösung
bei etwa 45°C
abgelöst.
Das entstehende Substrat wies entlang der Stegkanten Kupferlinien
auf eine Weise ähnlich
wie bei 2(e) auf. Als nächstes wurde
auf die Probe ITO augetragen, gefolgt von einem Auftrag von Shipley
1818-Fotoresist unter Verwendung der Yasui-Seiki-Beschichtungsanlage,
um eine Resistdicke von etwa 2,5 bis 3,0 μm in den Kanälen zu erhalten. Die Probe
wurde dann in einem Sauerstoffplasma unter den oben beschriebenen
Bedingungen 2 Minuten lang geätzt. Dies führte dazu, daß der Resist nur
von den Oberseiten der Stege entfernt wurde, wodurch Resistmaterial
in den Kanälen
zwischen Stegen zurückblieb,
um das ITO zu schützen.
Das exponierte ITO auf den Oberseiten der Stege wurde dann 1 Minute
lang bei etwa 45°C
mit einer 10%igen H2SO4-Lösung geätzt. Schließlich wurde
der verbleibende Resist bei etwa 50°C mit einer 4%igen NaOH-Lösung abgelöst. Die
hergestellte Probe war im großen
und ganzen wie die in 2(g) gezeigte,
außer
daß dort
mikroreplizierte parallele Stege existierten, wo in 2(g) Lücken zwischen
den ITO-Streifen gezeigt sind.
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Beispiel B2
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Dieses
Beispiel beschreibt die Herstellung von Kuperbusleitungen auf flachen
Substraten. Die Prozeßschritte für die Herstellung
von Busleitungen auf flachen Substraten sind denen in Beispiel B1
für mikroreplizierte
gerippte Substrate sehr ähnlich.
Zunächst
wurde ein negativer Fotoresist (Hercules SF 206) auf einen 100 μm-PET-Film
laminiert und über standardmäßige Lithographieprozesse
zu Leitungen gemustert. Das erhaltene Ergebnis ist in 2(a) gezeigt. Nach dem Mustern des Fotoresists
wurde auf das Substrat wie in (2b) Kupfer
aufgetragen. Als nächstes
wurde Shipley 1818-Fotoresist unter Verwendung der Yasui-Seikin-Mikrogravur-Beschichtungsanlage
auf Substrat aufgetragen, um eine Probe wie in 2(c) gezeigt
zu erhalten. Der Shipley-Resist wurde dann mit Plasma geätzt, um
den Resist außer
an der Kante der Streifen des Herkules-Resists von dem Substrat
zu entfernen, wie in 2(d) gezeigt.
Die exponierte Kupferschicht wurde dann 2 Minuten lang bei etwa
50°C in
einer 10%igen H2SO4-Lösung geätzt. Der
Shipley-Resist wurde danach in einem Sauerstoffplasma entfernt, um
eine Probe wie in 2(e) gezeigt zu
erhalten. Auf das Kupferleitungen enthaltende Substrat wurde dann
wie in 2(f) ITO aufgetragen. Das Ablösen des
Hercules-Resists
in einer 4%igen NaOH-Lösung bei
etwa 45°C
für 2 Minuten
führte
zu gemusterten ITO-Leitungen auf dem Substrat wie in 2(g).
