KR100789057B1 - 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법 - Google Patents

Abstract

적층막의 최상층으로부터 하나 아랫층의 금속막의 성분을 최상층의 금속막으로 확산시킴으로써, 최상층의 금속막을 안정적이면서 효과적으로 에칭 가능하게 한다. 글래스 기판 상에, 적어도 제2 금속막을 형성한 후, 그 위에 제1 금속막을 형성하고, 적층된 금속막을 에칭액으로 에칭하여 적층막의 전극을 형성할 때, 제1 금속과 제2 금속으로서, 제1 금속과 제2 금속을 제1 금속의 에칭액에 침지한 상태에서 단락시키면 제1 금속의 표면 전위가 저하하는 성질을 갖는 금속을 이용한다. 그리고, 제1 금속막의 형성 중이거나 또는 형성 후에, 제2 금속막의 금속 원자가 제1 금속막의 막 내 및 막 표면으로 확산하는 온도에서 분위기 온도를 유지하는 확산 공정을 실시한다.

표면 전위, 플라즈마 디스플레이 패널, 금속 원자, 확산 공정

Description

플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법{METHOD OF FORMING ELECTRODES IN PLASMA DISPLAY PANEL}

도 1은 본 발명을 적용한 PDP의 구성을 도시하는 부분 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 전극 형성 방법의 일례를 도시하는 설명도.

도 3은 전류-전위 측정 장치의 구성을 도시하는 설명도.

도 4는 전류-전위 측정 장치에서의 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 5는 실시예의 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 6은 비교예의 측정 결과를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : PDP 11 : 전면측의 기판

12 : 투명 전극 13 : 버스 전극

17, 24 : 유전체층 18 : 보호막

21 : 배면측의 기판 28R, 28G, 28B : 형광체층

29 : 격벽 30 : 방전 공간

31 : 제1층 Cr 32 : 제2층 Cu

33 : 제3층 Cr 34 : 레지스트

41 : 에칭액 42 : Cr 샘플

43 : Cu 샘플 44 : 에칭액의 용기

45 : 포화 KCl 수용액 46 : Ag 전극

47 : 포화 KCl 수용액의 용기 48 : 염다리(鹽橋)

49 : 회로용 스위치 50 : 전류계

51 : 전압계 52 : 커플링용 스위치

A : 어드레스 전극 L : 표시 라인

X, Y : 표시 전극

<특허 문헌1> 일본 특허공개공보 평2000-348626호

본 발명은, 플라즈마 디스플레이 패널(이하「PDP」라고 기재함)의 전극 형성 방법에 관한 것으로, 특히 PDP의 기판에 적층막의 전극을 형성하는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법에 관한 것이다.

PDP의 기판에 전극을 형성하는 경우, 특히 3 전극면 방전 구조의 AC형 PDP 에서는, 전극 배선 재료로서 Cr/Cu/Cr의 3층 구조의 적층막을 많이 이용하고 있다. 이 적층막을 기판측으로부터 순서대로 제1층 Cr, 제2층 Cu, 제3층 Cr이라고 부른다.

이 적층막은, 제1층 Cr은 기판과의 밀착성을 확보하기 위하여, 제2층 Cu는 전기 저항을 최대한 낮게 하기 위하여, 제3층 Cr은 제2층 Cu를 산화시키지 않기 위하여, 각각 필요하다. 이 적층막은, 스퍼터링법이나 진공 증착법이라고 한 진공 프로세스법으로 기판 재료 상에 순차적으로 성막한다.

그리고, 이 적층막 상에 감광성 레지스트를 이용하여 전극 레지스트 패턴을 형성하고, 적절한 약액, 처리 조건 하에서 이 적층막을 에칭하여 전극을 형성하고 있다.

AC형 PDP에서는, 통상적으로, 이 적층막의 전극 상에 저융점 글래스로 이루어지는 유전체층을 형성하고 있다. 그 형성 방법은 이하와 같다. 우선, 유전체층이 재료로 되는 글래스 분말을 첨가한 유기 수지 재료를, 예를 들면 스크린판을 사용하여 인쇄하거나, 혹은 시트 형상으로 형성하여 접착하는 등, 전극 상에 피복시킨다. 그 후, 소정의 온도에서 가열하여 유기 수지 재료를 연소 제거하고, 또한 글래스 분말을 소성하여 유전체층을 얻는다.

전술한 적층막의 전극 형성에서는, 적층막을 형성한 시점에서는, 제3층 Cr의 표면은 산화된 피막(이후 이것을 부동태 피막이라고 함)에 의하여 피복되어 있고, 에칭 시에, 처리 약액이 이 부동태 피막을 제거하지 않는 한 제3층 Cr 내부의 금속 Cr을 에칭할 수 없다.

그러나, 이 부동태 피막은 화학적으로 매우 안정적이기 때문에, 소정의 에칭 처리를 행하여도 제거되기 어려워, 결과적으로 제3층 Cr 내부의 금속 Cr도 에칭되기 어렵게 되어 버린다.

따라서, 제3층 Cr의 표면이 부동태 피막에 의하여 피복된 상태에서 에칭을 행하면, 에칭된 전극의 단면은, 제3층 Cr이 제2층 Cu로부터도 차양 형상으로 돌출된 형상으로 된다. 이 때문에, 에칭한 전극 상에 유전체층을 형성할 때, 전극 옆에 유전체 재료가 들어가기 어렵게 된다.

그 때문에, PDP의 제조 후, 표시를 행하면, 전극 사이에서의 방전 시에 이러한 유전체 재료가 들어가 있지 않은 개소에 방전이 집중되어, 전극에 과대한 전류(아크 전류)가 흘러, 그 결과, 전극 배선이 단선된다. 전극 배선이 단선되면, 단선 개소가 있는 전극의 1 라인 전부가 표시 불능으로 되어, 디스플레이의 표시 품위 및 신뢰성을 현저히 열화시킨다.

본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 적층막의 최상층으로부터 하나 아랫층의 금속막의 성분을 최상층의 금속막으로 확산시킴으로써, 최상층의 금속막을 안정적이면서 효과적으로 에칭 가능하게 하여, 전극의 형상을 적정화시킴으로써, 전극 옆에 유전체 재료를 충분히 충전시켜, 아크 전류에 의한 전극 단선을 방지하는 것이다.

본 발명은, 유전체층에 의하여 피복된 전극을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법으로서, 기판 상에, 적어도 제2 금속막을 형성한 후, 그 위에 제1 금속막을 형성하고, 적층된 금속막 상에 전극 형성용의 레지스트 패턴을 형성하고, 그 금속막을 에칭액으로 에칭하여 적층막의 전극을 형성함으로써 이루어지며, 제1 금속막을 구성하는 제1 금속이, 제2 금속막을 구성하는 제2 금속과 상이하 고, 또한 제1 금속과 제2 금속으로서, 제1 금속과 제2 금속을 제1 금속의 에칭액에 침지한 상태에서 단락시키면 제1 금속의 표면 전위가 저하하는 성질을 갖는 금속을 이용하고, 제1 금속막의 형성 중이거나 또는 형성 후에, 제2 금속막의 금속 원자가 제1 금속막의 막 내 및 막 표면으로 확산하는 온도로 분위기 온도를 유지하는 확산 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법이다.

본 발명에서, 기판으로서는, 글래스, 석영, 세라믹 등의 기판이나, 이들 기판 상에, 전극, 절연막, 유전체층, 보호막 등의 원하는 구성물을 형성한 기판이 포함된다.

적층된 금속막은, 적어도 제2 금속막을 형성한 후, 그 위에 제1 금속막을 형성한 것이면 된다. 따라서, 제2 금속막의 하층에는, 어느 한 종류의 금속막이 몇 층 적층되어 있어도 된다. 그러나, 제2 금속막을 형성하기 전에, 제2 금속막의 하층에 제3 금속막을 형성하는 공정을 더 구비하고, 제3 금속막을 구성하는 제3 금속이, 제1 금속막을 구성하는 제1 금속과 동일한 것이 바람직하다.

제2 금속막과 제1 금속막의 형성은, 스퍼터링법이나 진공 증착법과 같은 진공 프로세스법으로 행하는 것이 바람직하다.

금속막을 적층한 후, 그 적층한 금속막 상에 전극 형성용의 레지스트 패턴을 형성한다. 이 전극 형성용의 레지스트 패턴의 형성에 대해서는, 해당 분야에서 공지된 포토리소그래프의 방법을 적용할 수 있다.

다음으로, 적층된 금속막을 에칭액으로 에칭하여 적층막의 전극을 형성한다. 이 때 사용하는 에칭액은, 예를 들면 염산과 같은 산성의 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은, 일반적으로 레지스트는 알칼리성의 세정액으로 현상하기 때문에, 알칼리성의 에칭액을 이용하면 레지스트가 박리될 우려가 있기 때문이다.

본 발명에서는, 제1 금속막을 구성하는 제1 금속은, 제2 금속막을 구성하는 제2 금속과 상이할 필요가 있다. 또한, 제1 금속과 제2 금속으로서, 제1 금속과 제2 금속을 제1 금속의 에칭액에 침지한 상태에서 단락시키면 제1 금속의 표면 전위가 저하하는 성질을 갖는 금속을 이용한다.

이러한 성질을 갖는 제1 금속으로서는, 예를 들면 Cr(크롬), Ti(티탄), V(바나듐), Ni(니켈), W(텅스텐), 및 이들 합금 등을 예로 들 수 있다. 이 제1 금속은, 제2 금속을 피복하여 산화를 방지하기 위한 것으로, 표면에 안정된 부동태 피막을 형성하는 것이 이용된다.

또한, 제2 금속으로서는, 예를 들면 Au(금), Ag(은), Cu(구리), Al(알루미늄), 및 이들 합금 등을 예로 들 수 있다. 이 제2 금속으로서는, 일반적으로 고 도전성 배선 재료로서 사용되는 저저항 재료의 것이 이용된다.

본 발명에서는, 제1 금속막의 형성 중이거나 또는 형성 후에, 제2 금속막의 금속 원자가 제1 금속막의 막 내 및 막 표면으로 확산하는 온도로 분위기 온도를 유지하는 확산 공정을 구비하고 있다.

제1 금속막의 형성 중이란, 예를 들면 기판을 진공 챔버 내에 넣어, 스퍼터링법이나 진공 증착법과 같은 진공 프로세스법으로 제2 금속막을 형성하고, 그것에 계속해서 제1 금속막을 형성하는 경우, 제2 금속막의 형성이 완료된 시점부터, 다 음의 제1 금속막의 형성이 완료하기까지의 동안을 의미한다. 이 경우, 확산 공정에서의 처리는, 제1 금속막의 형성 중, 진공 챔버 내의 온도를 150℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상으로 유지함으로써 행하는 것이 바람직하다.

제1 금속막의 형성 후란, 예를 들면 기판을 진공 챔버 내에 넣어, 스퍼터링법이나 진공 증착법과 같은 진공 프로세스법으로 제2 금속막을 형성하고, 그것에 계속해서 제1 금속막을 형성하는 경우, 제1 금속막을 형성하고, 그대로 진공 챔버 내에 기판이 유지된 상태를 의미한다. 이 경우, 확산 공정에서의 처리는, 제1 금속막의 형성 후, 진공 챔버 내의 온도를 150℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상으로 유지함으로써 행하는 것이 바람직하다. 이 유지하는 시간은 2분에서부터 15분간 정도의 것이 바람직하다.

확산 공정의 온도는, 전술한 바와 같이 150℃ 이상, 보다 바람직하게 200℃ 이상이다. 온도가 150℃ 이하인 경우, 확산이 충분히 행하여지지 않을 우려가 있다. 또한, 상당히 높은 온도, 예를 들면 300℃ 이상이어도 확산은 가능하지만, 진공 프로세스법을 실시하는 성막 장치는, 일반적으로 그다지 높은 성막 온도를 유지하도록 설계되어 있지 않다. 이 때문에, 성막 장치의 코스트를 고려한 경우 300℃ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.

이 확산 공정은, 처리 분위기에 의하여 제1 금속막의 최외측 표면이 더 산화되는 것을 최대한 방지하기 위하여, 진공에 가까운 감압 하에서 실시되거나, 혹은 H₂, N₂, Ar 등의 환원성 분위기 속에서 실시되는 것이 바람직하다.

이 확산 공정을 실시함으로써, 제2 금속막의 금속 원자가 제1 금속막의 막 내 및 막 표면으로 확산한다. 예를 들면 제2 금속에 Cu를 이용하고, 제1 금속에 Cr을 이용한 경우, Cu가 Cr 입계 및 Cr 표면으로 확산한다. 이것은 이하의 이유에 의한다.

일반적으로 다결정체의 입계는, 내부일수록 원자가 규칙적으로 배열되지 않고, 원자가 확산 이동되기 쉽다. 특히 표면은 「특수한 입계」로서, 입계 이상으로 확산이 일어나기 쉽다. 따라서, 하층막(제2 금속막)을 구성하는 원자는, 주로 상층막(제1 금속막)의 입계를 통과길로서 확산되어, 최종적으로는 상층막의 표면에 대량으로 존재하게 된다.

원자의 확산하는 능력을 나타내는 「확산 계수 D」는 다음 화학식 1과 같은 온도 의존성을 나타낸다.

여기서, ΔG*는 확산이 발생되기 위하여 필요한 활성 에너지, R은 기체 상수, T는 온도이다.

화학식 1은, 어느 온도 이상으로 되면 활성 에너지를 상회할 수 있게 되기 때문에, 원자가 현저히 확산을 일으키기 쉽게 되는 것을 나타내고 있다. 상기에 예를 든 입계나 표면은, 내부와 비교하여 ΔG*가 작기 때문에, 비교적 저온에서부터 확산이 일어나기 쉽다.

적층막의 전극은, 기판측으로부터 순서대로 Cr의 제1층, Cu의 제2층, Cr의 제3층의 3층 구조이어도 된다. 전극이 이러한 3층 구조인 경우, 확산 공정에서는, 제2층 Cu의 금속 원자가 제3층 Cr의 막 내 및 막 표면으로 확산된다.

상기 구성에서는, 확산 공정은, 제2층 Cu의 형성 종료 후부터 제3층 Cr의 형성 완료까지의 기간, 제2층 Cu의 금속 원자가 제3층 Cr의 막 내 및 막 표면으로 확산하는 온도로 분위기 온도를 유지하도록 하여도 된다. 또한, 제3층 Cr의 형성 후, 소정 시간, 제2층 Cu의 금속 원자가 제3층 Cr의 막 내 및 막 표면으로 확산하는 온도로 분위기 온도를 유지하도록 하여도 된다.

이하, 도면에 도시하는 실시 형태에 기초하여 본 발명을 상술한다. 또한, 본 발명은 이것에 의하여 한정되는 것은 아니고, 각종 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명의 전극 형성 방법을 적용한 PDP의 구성을 도시하는 부분 분해 사시도이다. 이 PDP는 컬러 표시용의 3 전극면 방전 구조의 AC형 PDP이다.

본 PDP는, 전면측의 기판(11)을 포함하는 전면측의 패널 어셈블리와, 배면측의 기판(21)을 포함하는 배면측의 패널 어셈블리로 구성되어 있다. 전면측의 기판(11)과 배면측의 기판(21)은 글래스 기판이지만, 그 이외에 석영 기판, 세라믹 기판 등을 사용할 수도 있다.

전면측의 기판(11)의 내측면에는, 수평 방향으로 한 쌍의 표시 전극 X, Y가 전극쌍 사이에서 방전이 발생되지 않는 간격을 사이에 두고 형성되어 있다. 표시 전극 X와 표시 전극 Y 사이가 표시 라인 L로 된다. 각 표시 전극 X, Y는, ITO, SnO₂ 등의 폭이 넓은 투명 전극(12)과, 예를 들면 Ag, Au, Al, Cu, Cr 및 이들 적층체(예를 들면 Cr/Cu/Cr의 적층막) 등으로 이루어지는 금속제의 폭이 좁은 버스 전극(13)으로 구성되어 있다. 표시 전극 X, Y는, Ag, Au에 대해서는 스크린 인쇄와 같은 후막 형성 기술을 이용하고, 그 외에 대해서는 증착법, 스퍼터법 등의 박막 형성 기술과 에칭 기술을 이용함으로써, 원하는 개수, 두께, 폭 및 간격으로 형성할 수 있다.

표시 전극 X, Y 상에는, 표시 전극 X, Y를 피복하도록 교류(AC) 구동용의 유전체층(17)이 형성되어 있다. 유전체층(17)은, 저융점 글래스 페이스트를, 전면측의 기판(11) 상에 스크린 인쇄법으로 도포하여, 소성함으로써 형성하고 있다.

유전체층(17) 상에는, 표시 시의 방전에 의하여 발생하는 이온의 충돌에 의한 손상으로부터 유전체층(17)을 보호하기 위한 보호막(18)이 형성되어 있다. 이 보호막은, 예를 들면, Mg0, Ca0, Sr0, Ba0 등으로 이루어진다.

배면측의 기판(21)의 내측면에는, 평면적으로 봤을 때 표시 전극 X, Y와 교차하는 방향으로 복수의 어드레스 전극 A가 형성되고, 그 어드레스 전극 A를 피복하여 유전체층(24)이 형성되어 있다. 어드레스 전극 A는, Y 전극과의 교차부에서 발광 셀을 선택하기 위한 어드레스 방전을 발생시킴으로써, Cr/Cu/Cr의 3층 구조로 형성되어 있다. 이 어드레스 전극 A는, 그 외에, 예를 들면 Ag, Au, Al, Cu, Cr 등으로 형성할 수도 있다. 어드레스 전극 A도, 표시 전극 X, Y와 마찬가지로, Ag, Au에 대해서는 스크린 인쇄와 같은 후막 형성 기술을 이용하고, 그 외에 대해서는 증착법, 스퍼터법 등의 박막 형성 기술과 에칭 기술을 이용함으로써, 원하는 개수, 두께, 폭 및 간격으로 형성할 수 있다. 유전체층(24)은, 유전체층(17)과 동일한 재료, 동일한 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

인접하는 어드레스 전극 A와 어드레스 전극 A 사이의 유전체층(24) 상에는, 복수의 격벽(29)이 형성되어 있다. 격벽(29)은, 샌드 블러스트법, 인쇄법, 포토 에칭법 등에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 샌드 블러스트법에서는, 저융점 글래스 플릿, 바인더 수지, 용매 등으로 이루어지는 글래스 페이스트를 유전체층(24) 상에 도포하여 건조시킨 후, 그 글래스 페이스트층 상에 격벽 패턴의 개구를 갖는 절삭 마스크를 설치한 상태에서 절삭 입자를 뿜어 부착시키고, 마스크의 개구에 노출된 글래스 페이스트층을 절삭하고, 또한 소성함으로써 형성한다. 또한, 포토 에칭법에서는, 절삭 입자에 의하여 절삭하는 것 대신에, 바인더 수지에 감광성의 수지를 사용하여, 마스크를 이용한 노광 및 현상 후, 소성함으로써 형성한다.

격벽(29)의 측면 및 격벽 사이의 유전체층(24) 상에는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 형광체층(28R, 28G, 28B)이 형성되어 있다. 형광체층(28R, 28G, 28B)은, 형광체 분말과 바인더 수지와 용매를 포함하는 형광체 페이스트를 격벽(29) 사이의 오목한 홈 형상의 방전 공간 내에 스크린 인쇄, 또는 디스펜서를 이용한 방법 등으로 도포하고, 이것을 각 색마다 반복한 후, 소성함으로써 형성하고 있다. 이 형광체층(28R, 28G, 28B)은, 형광체 분말과 감광성 재료와 바인더 수지를 포함하는 시트 형상의 형광체층 재료(소위 그린 시트)를 사용하여, 포토리소그래피 기술로 형성할 수도 있다. 이 경우, 원하는 색의 시트를 기판 상의 표시 영역 전체면에 접착하 고, 노광, 현상을 행하여, 이것을 각 색마다 반복함으로써, 대응하는 격벽 사이에 각 색의 형광체층을 형성할 수 있다.

PDP는, 상기한 전면측의 패널 어셈블리와 배면측의 패널 어셈블리를, 표시 전극 X, Y와 어드레스 전극 A가 교차하도록 대향 배치하고, 주위를 밀봉하여, 격벽(29)에 의하여 둘러싸인 방전 공간(30)에 방전 가스를 충전함으로써 제작되고 있다. 이 PDP에서는, 표시 전극 X, Y와 어드레스 전극 A와의 교차부의 방전 공간(30)이 표시의 최소 단위인 하나의 셀 영역(단위 발광 영역)으로 된다. 1 화소는 R, G, B의 3개의 셀로 구성된다.

본 발명의 전극 형성 방법은, 이상에서 설명한 3 전극면 방전 구조의 AC형 PDP에서의 표시 전극 X, Y의 버스 전극(13), 및 어드레스 전극 A를 형성하기 위한 전극 형성 방법이다. 이들 버스 전극(13) 및 어드레스 전극 A는, 기판측으로부터 순서대로, 제1층 Cr, 제2층 Cu, 제3층 Cr의 적층막으로 되어 있다. 이하에서는, 설명을 용이하게 하기 위하여, 이 적층막의 버스 전극(13) 및 어드레스 전극 A를 단순히 전극이라고 칭하여 설명을 행한다.

도 2의 (a)∼도 2의 (g)는 본 발명의 전극 형성 방법의 일례를 도시하는 설명도이다. 여기서는, 전술한 어드레스 전극 A를 배면측의 글래스 기판(21)에 형성하는 방법을 예로 들어 설명한다.

우선, 글래스 기판(21)에 제1층 Cr(31)을, 스퍼터링법이나 진공 증착법 등의 진공 프로세스법으로 성막한다(도 2의 (a) 참조).

다음으로, 제1층 Cr(31) 상에 제2층 Cu(32)을 성막하고(도 2의 (b) 참조), 그 후 분위기 온도를 150℃, 바람직하게는 200℃ 이상으로 유지하면서, 제2층 Cu(32) 상에 제3층 Cr(33)을 성막한다(도 2의 (c) 참조). 이에 의하여, 제3층 Cr(33)의 층 내 및 층 표면 상에 제2층 Cu(32) 내의 금속 원자를 확산시킨다. 이 확산 공정은, 제1층 Cr(31), 제2층 Cu(32), 제3층 Cr(33)을 모두 성막한 후, 분위기 온도를 150℃, 바람직하게는 200℃ 이상으로 유지함으로써 행하여도 된다.

제1층 Cr(31)은 약 0.05㎛ 정도, 제2층 Cu(32)는 1 ∼ 3㎛ 정도, 제3층 Cr(33)은 약 0.15㎛ 정도의 막 두께로 성막한다. 제1층 Cr(31)은 글래스 기판(21)과의 밀착성을 확보하기 위한 것으로, 이 의미로부터 약 0.05㎛ 정도의 막 두께로 하고 있다. 제3층 Cr(33)은 제2층 Cu(32)를 산화로부터 보호하기 위한 것이기 때문에, 제1층 Cr(31)보다도 두꺼운 약 0.15㎛ 정도의 막 두께로 하고 있다. 제2층 Cu(32)의 막 두께는 1 ∼ 3㎛ 정도로 하고 있지만, 흐르는 전류의 크기에 따라 적절하게 변경된다.

다음으로, 제3층 Cr(33) 상에 레지스트(34)를 형성한 후(도 2의 (d) 참조), 레지스트(34)의 패터닝을 행하고, 전극 레지스트 패턴을 형성한다(도 2의 (e) 참조).

다음으로, 레지스트 형성 개소 이외의 제3층 Cr(33), 제2층 Cu(32) 및 제1층 Cr(31)을 에칭액에 의하여 제거하고(도 2의 (f) 참조), 그 후 제3층 Cr(33) 상의 레지스트(34)를 제거함으로써, 제1층 Cr(31), 제2층 Cu(32), 제3층 Cr(33)로 이루어지는 적층막의 전극을 형성한다(도 2의 (g) 참조).

이 적층막의 전극 형성에서는, 적층막을 형성한 시점에서는, 제3층 Cr의 표 면은 부동태 피막에 의하여 피복되어 있지만, 확산 처리를 실시함으로써, 제3층 Cr 표면의 부동태 피막이 에칭액에 용출되기 쉽도록 한다.

본 발명자들은, Cu와 Cr을 제3층 Cr 중 및 제3층 Cr의 표면 상에 공존시킴으로써, 제3층 Cr을 용이하게 에칭할 수 있는 것을 발견하였다. 이하에 그 검증 방법과 메카니즘을 설명한다.

도 3은 전류-전위 측정 장치의 구성을 도시하는 설명도이다.

이 장치는, Cr이 Cu와 공존하는, 즉 Cr와 Cu가 전기적으로 단락함으로써 에칭이 어떻게 진행하는지를 조사하기 위하여 사용한 것이다.

이 장치에서는, Cr의 에칭액(41) 내에 Cr 샘플(42)과 Cu 샘플(43)을 넣은 용기(44)와, 포화 KCl 수용액(45) 내에 Ag 전극(46)을 침지한 용기(47)를, 한천에 AgCl을 혼합한 염교(48)를 이용하여 연결하고 있다. 그 이후, 후자의 용기(47)와 염교(48)를 총칭하여 Ag/AgCl 참조 전극이라고 부르기로 한다.

Cr 샘플(42)로서는, 순도 99.9%의 타깃을 사용하여 글래스 기판 상에 성막한 Cr 박막(막 두께 200㎚)을 이용하였다. Cu 샘플(43)로서는, 순도 99.99%의 무산소 구리의 연판을 사용하였다.

에칭에 관여하는 표면적을 일정하게 하기 위하여, 각 샘플의 표면에 에칭액에 침지되지 않는 코팅재를 도포하였다. 단 1㎝ × 1㎝의 영역만 코팅을 행하지 않고, 샘플 표면이 에칭액에 노출시키도록 하였다.

Cr 샘플(42)과 회로용 스위치(49), 전류계(50), 전압계(51)를 도면과 같이 접속하고, 또한 Cr 샘플(42)과 Cu 샘플(43)을 전기적으로 단락할 수 있도록 커플링 용 스위치(52)를 설치하였다.

전극 형성 시에 알칼리성의 용액으로 현상·박리를 행하는 감광성 레지스트를 사용하는 경우, 레지스트 내성의 관점으로부터 Cr의 에칭액으로서는 산성의 약액을 사용하여야만 하므로, 여기서는 Cr 샘플(42)의 에칭액(41)으로서 HCl(pH = 0 ∼ 1)을 사용하였다.

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는 전류-전위 측정 장치에서의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4의 (a)는 횡축에 침지 시간을 나타내고, 좌측 종축에 회로에 흐른 전류의 전류 밀도를 나타내고, 우측 종축에 Cr 샘플의 표면 전위를 나타내고 있다.

도 4의 (b)는 Cr의 전위 - pH도(Pourbaix 도)이다. 도 4의 (b)는, Cr을 침지한 약액의 pH를 횡축에, 그 때의 Cr 표면 전위를 종축에 취하고, 각 pH로 화학 열역학적으로 안정적으로 존재할 수 있는 Cr의 상태를 나타낸 것으로, 참조 전극은 Ag/AgCl이다. 도 4의 (b)로부터, 예를 들면 pH = 13의 알칼리성의 약액 속에서 Cr 표면 전위가 +100㎷인 경우에는, Cr는 CrO₄ ^{2 -}가 가장 안정된 상태로서, Cr 표면으로부터 CrO₄ ^{2 -}로 되어 용출되는 것을 알았다.

도 3에 도시한 전류-전위 측정 장치를 이용하여, Cr 샘플·Cu 샘플을 에칭액에 침지하여, 각 스위치를 도통시켜 전류·전압의 거동을 측정하였다. 그 결과를 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 이용하여 설명한다.

우선, Cr 샘플만을 에칭액에 침지하고, 그것과 동시에 회로용 스위치를 도통시킨 결과, Cr 샘플의 표면 전위는 200㎷, 전류 밀도는 0㎂/㎠이었다(도 4의 (a)의 영역 A).

다음으로, Cu 샘플을 에칭액에 침지하여, 동시에 커플링용 스위치를 켠 결과, Cr 샘플의 표면 전위는 -360㎷를 나타내고, 전류가 흐르기 시작하였다. 잠시동안 표면 전위는 -360 ∼ -400㎷의 범위에서 완만하게 변화하였지만(도 4의 (a)의 영역 B)이, -400㎷ 근처부터 표면 전위가 급격하게 -700㎷로 저하해 갔다(도 4의 (a)의 영역 C).

그 후에는, Cr 샘플이 소실될 때까지 -700㎷ 일정한 전위를 나타낸다(도 4의 (a)의 영역 D).

또한, 영역 C로부터 영역 D로 이행할 때, 전류가 흐르는 방향이 역전되었다.

도 4의 (a)에 도시한 전류-전위 거동과, 도 4의 (b)에 도시한 Cr의 Pourbaix 도와의 관계를 설명하면 이하와 같이 된다.

우선, 전위가 +200㎷인 영역 A에서는, 도 4의 (b)로부터 CrOOH(Cr의 부동태 피막)가 매우 안정적이고, 에칭, 즉 Cr의 용출이 진행되지 않으며, 따라서 전류도 흐르지 않는다.

다음으로, Cr 샘플과 Cu 샘플을 단락시키면, Cu로부터 Cr에 전자가 공급된 결과, Cr의 표면 전위는 -360 ∼ -400㎷로 저하한다(영역 B). Cr의 Pourbaix도에 의하면, 이 전위에서는 H+과 CrOOH가 다음 화학식 2에 따라 반응하여, Cr^{3 +}로서 천 천히 용출해 간다.

CrOOH + 3H⁺ ---> Cr³⁺ + 2H₂O

Cr^{3 +}의 용출에 따라 표면 전위가 저하하여, -400㎷에 도달하면(영역 B와 영역 C의 경계), Cr의 Pourbaix도로부터 Cr^{3 +} 및 Cr^{2 +}이 안정되게 되므로, CrOOH는 다음 화학식 3, 화학식 4에 따라 급격하게 용출되어, 소실된다(영역 C).

CrOOH + 3H⁺ ---> Cr³⁺ + 2H₂O

CrOOH + 3H⁺ + e^- ---> Cr²⁺ + 2H₂O

이 때 Cr 샘플은, 전자를 수취하고 있으므로, 애노드(양극)로서 기능하고 있다.

영역 D에서는 이미, Cr 샘플 표면에서 CrOOH(부동태 피막)가 소실되어 있고, 금속 Cr가 에칭액과 접촉하고 있다. Cr의 Pourbaix도에 의하면 -700㎷에서는 Cr²⁺이 안정적이기 때문에, 금속 Cr은 화학식 5에 따라 용출된다.

Cr ---> Cr²⁺ + 2e^-

이 때, Cr 샘플은 전자를 방출하므로 캐소드(음극)로서 기능하고 있고, 영역 B나 영역 C와는 극성이 반전하고 있다. 영역 C로부터 영역 D로 이행할 때에, 전류가 흐르는 방향이 역전되는 것은 이 극성의 반전이 원인이다.

상기에서 상술한 바와 같이, Cr와 Cu가 공존하여 전기적으로 단락함으로써 Cr 표면 전위가 저하하고, Cr 표면의 부동태 피막이 에칭액에 용출되기 쉽게 되어, 안정적이면서 효율적으로 에칭을 행할 수 있는 것이다.

이 「Cr와 Cu를 공존시켜 전기적으로 단락시키기」위한 확산 공정을 실시하여, 제2층 Cu를 제3층 Cr 내(입계) 및 표면으로 확산시킨다.

본 발명에서는, 확산 공정에서, 제2층 Cu를 제3층 Cr 중, 보다 정확하게는 제3층 Cr입계, 혹은 제3층 Cr 표면으로 확산시키고, 이에 따라 Cr 부동태 피막이 용이하게 에칭으로 제거되도록 한다. 여기서 제3층 Cr 입계로 한 것은, 열역학적으로 평형한 상태에서는 Cu는 Cr에 고체 용융하지 않고, 우선적으로 Cr 입계를 전달하여 표면으로 확산해 가기 위해서이다.

이러한 Cr 입계를 전한 Cu의 확산은, 주로 적층막 성막 시에, Cu에 열적 에너지를 부여하는 처리에 의하여 달성된다. 특히 제2층 Cu 형성 후에 제3층 Cr 형성 직전까지의 기간을, 150℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상의 기판 온도에서 2분에서부터 15분간 유지함으로써 달성된다.

또한, 확산 공정은, 이것 대신에, 적층막 성막 후, 이 적층막의 분위기 온도 를 150℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상에서 2분에서부터 15분간 유지함으로써 실시하여도 된다.

확산 공정은, 처리 분위기에 의하여 제3층 Cr의 최외측 표면이 더 산화되는 것을 최대한 방지하기 위하여, 진공에 가까운 감압 하에서 행하거나, 혹은 H₂, N₂, Ar 등의 환원성 분위기 속에서 행하는 것이 바람직하다.

<실시예>

이하, 실시예를 설명한다.

글래스 기판에 스퍼터링법으로 ITO 막으로 이루어지는 투명 전극을 형성하고, 레지스트를 사용하여 패터닝 후, 에칭에 의하여 투명 전극을 형성한다. 에칭액은 40℃의 FeCl₃ 수용액을 사용하여, 약 200초에서 에칭을 완료시킨다.

투명 전극을 형성한 글래스 기판 상에, 스퍼터링법으로 제1층 Cr, 제2층 Cu를 형성하고, 제2층 Cu를 형성 후, 기판 온도가 150℃ 이상으로 될 때까지 진공 챔버 내에서 기판 가열한 후, 제3층 Cr을 성막한다.

이 Cr/Cu/Cr 적층막 상에 레지스트를 사용하여 패터닝 후, 적층막을 표면으로부터 순서대로 에칭해 간다. 에칭액은, 제3층 Cr : 40℃ HCl 수용액, 제2층 Cu : 40℃의 FeCl₃ 수용액, 제1층 Cr : 40℃ HCl 수용액을 사용.

제3층 Cr의 에칭은 에칭액에 침지함과 함께 개시되고, 약 60초 정도에서 에칭이 종료되었다. 제2층 Cu를 약 300초, 제1층 Cr을 약 60초로 에칭하고, 그 후 완성된 적층막의 전극 형상을 관찰한 결과, 제2층 Cu와 제3층 Cr의 단면이 일치하 고 있어, 제3층 Cr이 제2층 Cu로부터 차양 형상으로 돌출된, 소위 「차양 형상」으로는 되지 않았다.

이 전극 상에 유전체를 형성하였지만, 전극 상을 유전체 글래스가 공극없이 피복하고 있어, 패널을 점등시켜도 아크 전류에 의한 단선은 발생하지 않았다.

유전체층 형성 전의 적층막에 대하여, 적층막의 표면측으로부터 Ar⁺로 스퍼터링하면서 오제 전자 분광(AES) 분석을 행하여, 제3층 Cr의 깊이 방향의 Cu 농도 분포를 조사하였다.

도 5는 그 측정 결과를 나타낸 것으로, 적층막의 깊이와 성분 농도와의 관계를 도시한 그래프이다. 이 그래프에 도시한 바와 같이 적층막의 분석 결과, 제3층 Cr 내 및 표면에 Cu가 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 그 농도는, 제3층 Cr 내에서는 1.7 ∼ 3.3 atm%이었다. 또한 표면에서는 C나 0라고 한 대기 성분에 의한 불순물이 많았으므로(표1 참조), 이들 불순물을 제외하고, Cr와 Cu만으로 구성되어 있다고 하여 재차 계산하면, 제3층 Cr 표면에 Cu는 31.7 atm% 존재한다고 예상하였다.

제3층 Cr 표면에서의 조성

원소	C	O	Cr	Cu
존재 비율(atm%)	23.5	51.3	16.6	7.7

본 실시예에서는, 제2층을 형성한 후, 기판 온도가 150℃ 이상으로 될 때까지 진공 챔버 내에서 기판 가열한 후, 제3층 Cr을 성막하였지만, 제3층 Cr 형성 후에 기판 온도가 150℃ 이상으로 될 때까지 진공 챔버 내에서 기판 가열하여도 지장이 없다. 또한 진공 챔버 내에서가 아니라, 환원성 분위기 속에서 동일 처리를 행하여도 지장이 없다.

<비교예>

글래스 기판 상에, 스퍼터링법에 의하여 제1층 Cr, 제2층 Cu, 제3층 Cr을 형성한다. 제2층 Cu 형성 후에 제3층 Cr 형성까지의 동안에 확산 공정은 실시하지 않았다. Cr/Cu/Cr 적층막의 형성 이외에 대해서는, 실시예와 마찬가지의 방법으로 처리를 행하였다.

제3층 Cr의 에칭은 에칭액에 침지하여 60초 정도 경과하고나서 개시되고, 제3층 Cr이 완전히 소실되기까지 실시예의 약 2배의 120초의 시간이 필요하였다.

제2층 Cu, 제1층 Cr의 에칭 후에 완성된 전극 형상을 관찰한 바, 제3층 Cr이 제2층 Cu로부터 차양 형상으로 돌출되어 있었다.

이와 같이 하여 형성한 적층막의 전극 상에 유전체 글래스층을 형성한 바, 유전체 글래스가 전극을 피복되어 있지 않은 개소가 있어, 완성된 PDP를 점등시키면 아크 전류에 의한 단선이 발생하였다.

유전체 형성 전의 적층막에 대하여, 실시예와 마찬가지의 AES 분석을 행하여, 제3층 Cr의 깊이 방향의 Cu 농도 분포를 조사하였다.

도 6은 그 측정 결과를 나타낸 것으로, 도 5와 동일하게 적층막의 깊이와 성분 농도와의 관계를 도시한 그래프이다. 비교예에서는, 확산 공정을 실시하지 않으므로, 제3층 Cr 내 및 표면에 Cu는 검출되지 않았다.

이 비교예로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 제2층 Cu를 제3층 Cr 내, 보다 정확하게는 제3층 Cr 입계, 혹은 제3층 Cr 표면으로 확산되고, Cr과 Cu가 공존하여 전기적으로 단락됨으로써, 제3층 Cr을 적정한 형상을 유지한 상태에서 안정적이면서 효율적으로 에칭할 수 있다. 이에 의하여, 전극 옆에 유전체 글래스를 충분히 충전시키고, 아크 전류에 의한 전극 단선을 방지하여, 우수한 표시 품위 및 신뢰성을 갖는 AC형 PDP를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 최상층의 제1 금속막의 막 내 및 막 표면에 제2 금속막의 금속 원자가 확산되고 있으므로, 에칭 처리 시에, 제1 금속막의 표면 전위는 제1 금속 내에 제2 금속 원자가 확산되지 않는 경우보다도 저하하며, 그것에 따라 제1 금속막의 표면에 형성되어 있는 부동태 피막이 에칭액에 용출되기 쉽게 된다. 그 결과, 제1 금속막의 에칭이 안정적이면서 효과적으로 행하여져, 전극의 형상이 적정화되므로, 전극 옆에 유전체 재료의 공동이 생기지 않아, 아크 전류에 의한 전극 단선이 방지된다.

Claims (11)

1. 유전체층에 의하여 피복된 전극을 갖는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법으로서,

   기판 상에 적어도 제2 금속막을 형성한 후, 그 위에 제1 금속막을 형성하고,

   적층된 금속막 상에 전극 형성용의 레지스트 패턴을 형성하고, 그 금속막을 에칭액으로 에칭하여 적층막의 전극을 형성함으로써 이루어지며,

   제1 금속막을 구성하는 제1 금속이, 제2 금속막을 구성하는 제2 금속과 상이하고, 또한 제1 금속과 제2 금속으로서, 제1 금속과 제2 금속을 제1 금속의 에칭액에 침지한 상태에서 단락시키면 제1 금속의 표면 전위가 저하하는 성질을 갖는 금속을 이용하고,

   상기 제2 금속막의 형성 후 제1 금속막을 형성할 때까지, 또는 상기 제2 금속막의 위에 제1 금속막을 형성한 후, 상기 금속막이 형성된 기판을 150℃ ~ 300℃의 분위기 온도로 유지하는 가열 공정을 가하고, 이 가열 공정에 의해 제1 금속막의 형성 중 또는 형성 후에, 제2 금속막의 금속 원자가 제1 금속막의 막 표면에 확산하도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   제2 금속막을 형성하기 전에 제2 금속막의 하층에 제3 금속막을 형성하는 공정을 더 구비하고,

   제3 금속막을 구성하는 제3 금속이 제1 금속막을 구성하는 제1 금속과 동일한 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
3. 제1항에 있어서,

   제1 금속이 Cr, Ti, V, Ni, W, 및 이들 합금의 그룹에서 선택된 금속으로 이루어지고, 제2 금속이 Au, Ag, Cu, Al, 및 이들 합금의 그룹에서 선택된 금속으로 이루어지는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
4. 제1항에 있어서,

   제2 금속막과 제1 금속막의 형성이 진공 프로세스법으로 행하여지는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 가열 공정의 시간은 2 ~ 15분인 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
6. 제1항에 있어서,

   가열 공정이 감압 하에서 실시되는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
7. 제1항에 있어서,

   가열 공정이 환원성 분위기 중에서 실시되는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
8. 제1항에 있어서,

   에칭액이 산성의 수용액인 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
9. 제2항에 있어서,

   적층막의 전극이 기판측으로부터 순서대로 Cr의 제1층, Cu의 제2층, Cr의 제3층의 3층 구조이고,

   가열 공정에서, 제2층 Cu의 금속 원자가 제3층 Cr의 막 내 및 막 표면으로 확산되는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
10. 기판 상에 Cr의 제1층, Cu의 제2층, Cr의 제3층을 그 순서대로 적층한 3층 구조의 전극을 갖는 AC형 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법으로서,

    미리 Cr의 제1층과 Cu의 제2층을 적층 형성한 기판을, 150℃ ~ 300℃의 온도로 유지하는 가열 공정을 가한 후, 상기 Cu의 제2층 상에 Cr을 진공 프로세스로 성막함으로써, 막 표면에 Cu 원자가 표출된 Cr의 제3층을 형성하고,

    그 후 상기 3층 금속막을 에칭액에 의해 전극 형상으로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.
11. 기판 상에 Cr의 제1층, Cu의 제2층, Cr의 제3층을 그 순서대로 적층한 3층 구조의 전극을 갖는 AC형 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법으로서,

    미리 Cr의 제1층과, Cu의 제2층과, Cr의 제3층을 순차 적층 형성한 기판을, 150℃ ~ 300℃의 온도로 적어도 2분간 유지하는 가열 공정을 가함으로써, 상기 Cr의 제3층 표면에 Cu 원자를 표출시키고,

    그 후 상기 3층 금속막을 에칭액에 의해 전극 형상으로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 전극 형성 방법.

Images