JPH08330692A - 電極パターン形成方法および電極付き基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】透明基体１上の透明導電膜２をエッチングして
電極パターンを形成する方法において、該透明導電膜２
に酸化亜鉛を主成分とする膜を用い、該透明導電膜２を
０．００５規定〜０．２規定の濃度の酸性水溶液を用い
てエッチングする電極パターン形成方法。 【効果】サイドエッチングやエッチング残渣などの問題
が生じず、１００μｍ程度の微細な電極パターンが再現
性よく安価に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電極パターン形成方法お
よび電極付き基体に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示用電極としては酸化インジウム系の
膜がよく知られている。しかしインジウムは稀少金属で
あるため原料コストが高価であり、将来的には安定供給
が懸念される。これに対して酸化亜鉛を主成分とする透
明導電膜は、亜鉛を原料とするためきわめて低価格であ
り、かつ埋蔵量、生産量ともにきわめて多く、酸化イン
ジウム系の膜と比べると安定で低価格な供給ができる、
という利点がある。また、アルミニウム、ガリウムなど
の不純物を添加することにより錫添加の酸化インジウム
並の低抵抗な膜が得られることも知られている。このた
め酸化亜鉛系の膜は酸化インジウムに代わる透明導電膜
として期待されている。

【０００３】酸化亜鉛は両性酸化物であるため、酸・ア
ルカリに可溶であることは一般的に知られている。した
がって酸化亜鉛を主成分とする膜を酸性溶液によって単
に除去することは可能である。

【０００４】しかし、これらの膜を表示素子用として応
用するためには、電極を所定の形状に正確にしかも微細
に加工し、電極パターンを形成すること（パターニン
グ）が必要とされる。

【０００５】一般的に透明導電膜のパターニング法とし
てはフォトリソグラフィ法を用いた方法が行われてい
る。このときにパターニング特性として要求される点
は、１）基板面内で均一にエッチングが進むこと、基板
面内に膜の残渣が生じないこと、２）所望のパターン形
状でありかつ設計値通りの電極およびスペース幅が得ら
れること、および、３）得られたパターンのエッジ形状
がシャープであること、である。

【０００６】しかし、従来、酸化亜鉛を主成分とする膜
については、酸性溶液を用いて単に膜を除去することは
可能であったが、制御性に問題があり、電極微細加工に
要求されるこれらの点を満足する方法については知られ
ていなかった。このため、電極用途としての酸化亜鉛を
主成分とする透明導電膜は、ＩＴＯに替る低コスト材料
として期待されながら、広範な実用化、工業化が遅れて
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、パターニン
グ特性に優れ、安価である、電極パターン形成方法およ
びその方法により形成された電極を有する基体の提供を
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明基体上の
透明導電膜をエッチングして電極パターンを形成する方
法において、該透明導電膜に酸化亜鉛を主成分とする膜
を用い、該透明導電膜を０．００５規定〜０．２規定の
濃度の酸性水溶液を用いてエッチングすることを特徴と
する電極パターン形成方法およびその方法により形成さ
れた電極を有する基体を提供する。

【０００９】本発明の透明基体としては、特に限定され
ず、ガラス基板やプラスチック基板が挙げられる。

【００１０】本発明の酸化亜鉛を主成分とする透明導電
膜としては、低抵抗の薄膜が得られるという理由から、
アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびボロンから
なる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含有し、該
金属の含有量が、亜鉛に対して０．５〜１５原子％であ
る透明導電膜が好ましい。特に、熱的安定性に優れてい
るという理由からガリウムを含有する透明導電膜が好ま
しい。

【００１１】本発明の透明導電膜には、前記金属に加え
て、本発明の作用効果が損なわれない範囲において、他
の化合物が微少量含まれていてもよい。

【００１２】本発明のエッチング液としては、その濃度
が０．００５規定〜０．２規定の酸性水溶液が用いられ
る。前記酸性水溶液は、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素
酸、または硝酸を主成分とする水溶液が好ましい。本発
明のエッチング液には、前記酸性水溶液に加えて、本発
明の作用効果が損なわれない範囲において、他の化合物
が微少量含まれていてもよい。

【００１３】

【作用】本発明者らは、酸化亜鉛を主成分とする透明導
電膜のエッチングにおいて、酸性エッチング液の濃度を
特定の範囲に制御することにより、表示素子用電極に要
求される高精度の電極加工ができるることを新規に見出
した。

【００１４】濃度が０．２規定を超える高濃度領域では
エッチング速度が速すぎて制御不能となり、膜がエッチ
ングされすぎてしまう（オーバーエッチング）ため、所
定の形状で設計値通りのパターン化は困難である。

【００１５】逆に０．００５規定未満の低濃度領域で
は、エッチング速度が遅いことに加えてエッチング残査
が生じてしまい良好なパターン形成はできない。

【００１６】したがって、良好な電極加工は濃度が０．
００５規定〜０．０２規定の範囲でのみ可能であること
がわかった。この濃度範囲における酸化亜鉛系透明導電
膜のエッチング機構については必ずしも明確ではない
が、本発明者らは酸性溶液の濃度によってエッチング機
構が異なることを明らかにした。

【００１７】濃度が０．０５規定〜０．２規定の範囲の
高濃度領域のエッチング液でエッチングを行うと、エッ
チング液中のＨ⁺ などの反応種の供給速度に関係なくエ
ッチングが進行し、また、エッチング液の温度を変える
と被エッチング物表面でのエッチング反応速度が変化し
た。

【００１８】これはこの領域ではエッチングが反応種の
被エッチング物表面での反応速度で律速されて（反応律
速）おり、温度を制御して反応速度を安定化することに
より均一なエッチングが可能となることを示している。

【００１９】一方、濃度が０．００５規定〜０．０５規
定の範囲の低濃度領域のエッチング液でエッチングを行
うと、エッチング液の温度に関係なくエッチングが進行
し、また、エッチング液中の反応種の供給速度を変える
と、反応速度が変化した。

【００２０】これはこの領域ではエッチングが反応種の
被エッチング物表面までの供給に律速されて（供給律
速）おり、撹拌等により反応種の供給を安定化すること
により均一なエッチングが可能であることを示してい
る。

【００２１】これらの結果より、酸化亜鉛を主成分とす
る透明導電膜のエッチングでは、エッチング液の濃度に
よって反応律速域と供給律速域とに分けられることが明
らかになった。すなわち、エッチング液の濃度に応じ
て、エッチング液の温度、撹拌速度などの条件を最適に
制御することにより、微細な電極加工が可能であること
がわかった。

【００２２】０．００５規定〜０．０５規定の濃度範囲
内のエッチング液でエッチングを行ったときの電極エッ
ジ形状は、エッチングの条件によらずシャープであっ
た。

【００２３】また、エッチング終了時間よりもさらに長
い時間エッチングを行ってもエッジ形状は変化せず、シ
ャープであった。これは、酸化亜鉛系の膜が、酸化イン
ジウム系の膜と比較して、強いＣ軸単一配向で、均一な
柱状組織を有することに起因すると考えられる。

【００２４】

【実施例】 ［実施例１〜３および比較例１］図１のように３００ｍ
ｍ×３００ｍｍサイズのガラス基板１上にマグネトロン
スパッタリング法により酸化亜鉛を主成分とし、亜鉛に
対しガリウムを７．５原子％含有する透明導電膜２を３
００ｎｍ形成した。

【００２５】上記透明導電膜２上に感光性レジストを塗
布し、フォトリソグラフィ法を用いて所望のパターンの
レジスト膜３を形成した（図２）。このときの電極およ
びスペース幅設計値はそれぞれ１３０μｍ、２５μｍで
ある。

【００２６】これを０．００３規定、０．００５規定、
０．０２規定および０．０５規定の各塩酸水溶液を用い
て、パターニングを行った。このとき、エッチング液に
対しては撹拌を行わず（無撹拌）、温度を２０℃〜５０
℃の範囲で変化させた。

【００２７】０．００３規定のエッチング液を用いた場
合の結果を表１の比較例１に示す。この濃度ではエッチ
ングレートが遅すぎるため、どのようなエッチング条件
を用いてもエッチング終点迄に時間がかかりすぎてしま
う。さらに基板面内で膜の残渣が生じてしまうため、均
一な電極パターン形成は不可能であり、かつ、所望のエ
ッジ形状が得られなかった。

【００２８】また０．００５規定、０．０２規定、０．
０５規定の濃度のエッチング液を用いた場合の結果をそ
れぞれ表１の実施例１、２、３に示す。これらの濃度で
は基板面内の被エッチング面積の大小によって、エッチ
ングレートが異なってしまい、そのため被エッチング面
積の小さい部分のエッチングが終点に達しても被エッチ
ング面積の大きい部分で膜の残渣が生じてしまう。

【００２９】また、この生じた膜の残渣をとるためにさ
らにエッチングを行うと今度は被エッチング面積の小さ
い部分でサイドエッチングが進んでしまうことがわかっ
た。

【００３０】前述の点以外のパターニング特性には問題
なかったが、前記現象はエッチング液の温度の条件によ
らず、このエッチング液の濃度範囲では必ず起こること
を確認した。

【００３１】次に同様の範囲の濃度のエッチング液を用
いて、温度を２０℃に設定し、撹拌により液の流速度を
０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓの範囲で変化させてパタ
ーニングを行った。その結果エッチング液の撹拌速度を
変えるとエッチングレートが増加していき、液速度４０
０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓでほぼ一定の値となるこ
とを確認した。またそのときの結果を表１の実施例１、
２、３に示す。

【００３２】先ほど液を無撹拌でエッチングした時に生
じた大面積部分での膜の残渣もなく、サイドエッチング
も生じなかった。エッジの形状もシャープであり、他の
パターニング特性も問題ないことを確認した。

【００３３】これに対し比較例１では、撹拌しても顕著
なエッチングレートの増加は見られず、また膜の残渣が
生じるため、均一な電極パターンの形成は不可能で、所
望のエッジ形状も得られなかった。

【００３４】このように０．００５規定よりも低濃度の
エッチング液では、エッチングレートが遅すぎるため電
極パターンの形成は難しく、実際のパターニング工程で
は、エッチング処理時間が長すぎてしまい実用化は難し
い。また、塩酸濃度が非常に薄いためエッチング液の作
製や濃度管理が困難になることを考え合わせると、実用
上不適当であることがわかった。

【００３５】これに対し、エッチング液の濃度が０．０
０５規定〜０．０５規定では液の撹拌速度がパターニン
グ特性を大きく支配する。すなわち、反応種の供給律速
のためエッチング液を４００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／
ｓで撹拌することにより良好なパターニング特性が得ら
れることがわかった。

【００３６】［実施例４〜６および比較例２］前記透明
導電膜２上に、実施例１〜３と同様にレジスト膜３を形
成した。これを０．０８規定、０．１規定、０．２規定
および０．２５規定の塩酸水溶液を用いてパターニング
を行った。このときのエッチング液は無撹拌とし、温度
を２０℃〜５０℃の範囲で変化させた。この結果を表１
に示す。

【００３７】０．０８規定、０．１規定および０．２規
定の濃度のエッチング液を用いた場合は、エッチング液
の温度を上げるとエッチングレートが上昇することがわ
かった。また前記エッチング条件の範囲では十分に制御
可能な領域であり、かつ３００ｍｍ×３００ｍｍサイズ
の基板全面で均一にエッチングが進み、膜の残渣は生じ
なかった。またエッジの形状がシャープであり、良好な
パターニング特性が得られた。

【００３８】これに対し、０．２５規定の濃度のエッチ
ング液を用いてエッチングした場合を表１の比較例２に
示す。この場合はエッチング液の温度が２０℃でもエッ
チングレートが早すぎてエッチング終点の制御が困難で
あり、サイドエッチング量（フォトレジスト幅よりさら
にエッチングされて細くなった部分）が大きすぎ、設計
値よりも電極幅が細くなってしまった。また、サイドエ
ッチングが進むため、エッジ形状が斜めになってしまっ
た。

【００３９】次に、同様の濃度のエッチング液を用い
て、実施例１〜３と同様に、温度を２０℃に設定し、液
の流速度を０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓの範囲で変化
させてパターニングを行った。その結果を表１に示す。
０．８規定、０．１規定、０．２規定の濃度のエッチン
グ液を用いた場合は、エッチング液の温度・撹拌速度に
関係なく、良好なパターニング特性が得られた。この時
も基板面内で均一にエッチングが進み、膜の残渣は生じ
なかった。またサイドエッチング量も１μｍ以下であ
り、ほぼ設計値通りの電極・スペース幅が得られ、かつ
エッジ形状がシャープであるという良好なパターニング
特性を示した。

【００４０】０．２５規定の濃度のエッチング液を用い
た場合は、液の温度が２０℃でもエッチングレートが速
すぎてしまい、液の撹拌速度に関係なくエッチング終点
の制御が困難であった。このため、サイドエッチング量
が大きすぎ、設計値よりも電極幅が細くなってしまっ
た。

【００４１】このように０．２規定よりも高濃度のエッ
チング液を使用した場合には、エッチングレートが早す
ぎるため、所望の電極・スペース幅が得られない。この
ため良好なパターニング特性を得るためには、エッチン
グ液の濃度は０．２規定以下であることが必要である。

【００４２】また、エッチング液の濃度を各種変化させ
た時のエッチング液濃度とエッチングレートとの関係を
図３に示す。この時のエッチング液は無撹拌とし、温度
は２０℃に設定した。

【００４３】図３より、０．００５規定より低濃度のエ
ッチング液ではエッチングレートが０．１ｎｍ／秒未満
であり、実際のパターニング工程ではエッチング処理時
間が長すぎてしまい、実用上不適である。

【００４４】０．２規定よりも高濃度のエッチング液で
はエッチングレートが１５０ｎｍ／秒を超えるものであ
り、エッチングレートが速過ぎ、エッチング終点の制御
が困難であり、やはり実用上不適である。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、サイドエッチングやエ
ッチング残渣などの問題が生じず、１００μｍ程度の微
細な電極パターンが再現性よく安価に形成できる。

【００４７】また、酸化インジウム系の透明導電膜と比
較するとパターンのエッジ形状がシャープであるという
点に優れるため、より微細な形状が要求される加工も可
能である。このため、酸化亜鉛に比較して高価な酸化イ
ンジウム系の透明導電膜が用いられてきた液晶ディスプ
レイに代表される表示素子用の透明電極や、太陽電池用
の電極、窓ガラス防曇ヒーター電極、自動車などに用い
られているガラスアンテナなどが安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極付き基体の形成途中の断面図

【図２】本発明の電極付き基体の形成途中の断面図

【図３】エッチング液濃度とエッチングレートとの関係
を示すグラフ

【符号の説明】

１：透明基体 ２：透明導電膜 ３：レジスト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 泰夫 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 西村 啓道 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基体上の透明導電膜をエッチングして
   電極パターンを形成する方法において、該透明導電膜に
   酸化亜鉛を主成分とする膜を用い、該透明導電膜を０．
   ００５規定〜０．２規定の濃度の酸性水溶液を用いてエ
   ッチングすることを特徴とする電極パターン形成方法。
2. 【請求項２】前記透明導電膜は、アルミニウム、ガリウ
   ム、インジウムおよびボロンからなる群から選ばれる少
   なくとも１種の金属を含有し、該金属の含有量は、亜鉛
   に対して０．５〜１５原子％であることを特徴とする請
   求項１の電極パターン形成方法。
3. 【請求項３】前記酸性水溶液は、塩酸、臭化水素酸、ヨ
   ウ化水素酸、または硝酸を主成分とする水溶液であるこ
   とを特徴とする請求項１または２の電極パターン形成方
   法。
4. 【請求項４】透明基体上に、透明導電膜からなる電極が
   形成された電極付き基体において、該電極は、請求項１
   〜３いずれか１項の電極パターン形成方法により形成さ
   れた電極であることを特徴とする電極付き基体。