DE19823932B4

DE19823932B4 - Verfahren zur Herstellung einer Struktur von Farbfilterschichtsystem-Bereichen

Info

Publication number: DE19823932B4
Application number: DE19823932A
Authority: DE
Inventors: Johannes Edlinger; Reinhard Sperger; Helmut Schöch
Original assignee: Oerlikon Trading AG Truebbach
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: GB9812496D0; JP4160653B2; TW410277B; CH696088A5; US6238583B1; GB2326966B; GB2326966A; DE19823932A1; JPH1172609A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Farbfilterschichtsystem-Struktur mit n unterschiedlichen Farbfilterschichtsystemen, bei dem
a) auf einer Unterlage eine Lackschichtstruktur aus mit Lack bedeckten Bereichen und lackfreien Bereichen hergestellt wird,
b) auf der Lackschichtstruktur ein Farbfilterschichtsystem aufgebracht wird,
c) auf dem Filterschichtsystem eine Opferschicht aufgebracht wird,
d) die mit Lack bedeckten Bereiche mit den darüber angeordneten Farbfilterschichtsystem-Bereichen und den darüber angeordneten OpferschichtBereichen durch einen Lift-off-Vorgang entfernt werden, wobei an den lackfreien Bereichen der Unterlage das Farbfilterschichtsystem mit dem auf dieser angeordneten Opferschicht erhalten bleibt,
e) auf die Unterlage mit der derart hergestellten Struktur weitere (n-1) Schichtanordnungen aufgebracht werden, die jeweils aus einem Farbfilterschichtsystem und einer auf diesem angeordneten Opferschicht bestehen, und diese Schichtanordnungen jeweils im Rahmen eines Lift-off-Vorgangs so strukturiert werden, dass bei dem Lift-off-Vorgang jeweils unterschiedliche, bis dahin nicht bedeckte Bereiche der Unterlage mit dem jeweiligen Farbfilterschichtsystem und der über dieser angeordneten Opferschicht bedeckt bleiben und die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur von Farbfilterschichtsystem-Bereichen, bei dem

– auf eine Unterlage eine Lackschicht-Struktur mit Lackflächenbereichen und lackfreien Bereichen erstellt wird;
– auf der Lackschicht-Struktur ein Farbfilterschichtsystem 10 aufgebracht wird;
– die Lackflächenbereiche mit darüberliegenden Farbfilterschichtsystem-Bereichen entfernt werden.

Ein solches Herstellungsverfahren ist als Lift-Off-Verfahren bekannt. Es wird für die Herstellung beispielsweise von Rot-Grün-Blau-Farbfilterschichtsystem-Strukturen, insbesondere für die LCD- oder CCD-Herstellung eingesetzt. Bei der Strukturierung der Farbfilterschichtsysteme kann es sich um eine Pixelstrukturierung oder um eine Streifenstrukturierung handeln.
Bei derartigen Strukturen wird oft, zwischen den Farbfilterschichtsystem-Bereichen, eine undurchsichtige Materialschicht aufgebracht, üblicherweise aus Chrom, welche die Filterschichtsystem-Übergänge abdeckt und üblicherweise als "Black Matrix"-Struktur bezeichnet wird.
Generell ist die erwähnte Lift-Off-Technik unter dem Aspekt kommerzieller Fertigung vorteilhaft, weil im Vakuum relativ wenig Prozessschritte notwendig sind. Bezüglich dieser Technik wird auf die US 3 914 464 verwiesen, bzw. auf die DE 30 13 142 A1 .
Aus der gattungsbildenden US 3 981 568 ist ein gestreifter dichromatischer Filter bekannt, wie ein Verfahren zur Herstellung des selbigen.
Die Filter weisen ein Substrat mit einer Oberfläche auf. Der Filter weist zu dem wenigstens zwei Sätze parallel beabstandeter Streifen auf, die jeweils wenigstens eine (unterschiedliche) Farbe reflektieren. Für die Herstellung eines solchen Filters ist ein Dual-Lift-Off-Verfahren beschrieben, das sowohl metallische als auch Widerstands-Lift-Off-Techniken verwendet (was anhand der dortigen 1–10 näher beschrieben ist), wobei sich diese Techniken jedoch gegenseitig ausschließen.
Es ist im weiteren auch bekannt, beispielsweise bei der Halbleiter-Fertigung metallische Schichtstrukturen in Lift-Off-Technik herzustellen. Derartige metallische Schichtstrukturen, beispielsweise von etwa 1 μm Dicke, lassen sich beim Lift-Off, ohne zu zerfallen, wie eine Folie abziehen. Bei diesen letzt erwähnten Techniken ist es deshalb notwendig, die Lift-Off-Lackstruktur so zu schaffen, dass ihre Seitenflächen überhängend sind. Damit wird erreicht, dass die auf den lackfreien Bereichen abgelegten Metallschichtbereiche beim Lift-Off nicht mitweggezogen werden. Überhängende Lackstrukturen können aber nur dann als solche erhalten bleiben, wenn die nachfolgende Beschichtung mit der erwähnten Metallschicht nahezu senkrecht zur Unterlagen- bzw. Substrat-Oberfläche erfolgt. Bei der Auflösung der Lackstruktur im Zuge des Lift-Off-Prozesses bleibt dann die zu entfernende Metallschicht als zusammenhängendes Gebilde erhalten, und es entstehen beim Abziehen äusserst wenig Partikel, welche sich auf den verbleibenden, in lackfreien Bereichen aufgebrachten Schichtstrukturen niedersetzen könnten.
Diesbezüglich verhält sich der Lift-Off-Prozess an dielektrischen oder generell spröden Filterschichtsystemen völlig anders: Einerseits kann man auf überhängende Lackschichtstrukturen verzichten, denn die erwähnten Filterschichtsysteme sind spröde und lassen sich nicht wie eine Haut abziehen. Beim Lift-Off-Prozess zerbröckeln sie in viele kleine Flitter. Es entstehen an den Strukturkanten automatisch Schichtsystem-Bruchstellen. Die Flitter können sich auf den verbleibenden Strukturen ablagern, wo sie häufig ansprengen, d. h. wo sie durch Molekularkräfte mit der Oberfläche der verbleibenden Struktur verbunden werden und dann nurmehr sehr schwer zu entfernen sind, was oft zu einer Beschädigung der Filterschichtsystemstruktur, beispielsweise der Rot-Grün-Blau-Filterstruktur (RGB), führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren eingangs genannter Art vorzuschlagen, mit welchem solche Defekte am Endprodukt mit möglichst geringem Aufwand und möglichst kostengünstig verhindert werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Demnach wird auf jeder Beschichtung mit einem der dielektrischen Farbfilterschichtsysteme, beispielsweise jeweils einem R- oder G- oder B-Schichtsystem, zusätzlich eine Opferschicht aufgebracht. Dabei wird als Opferschicht-Material ein Material gewählt, welches dem Lift-Off- bzw. Entfernungsschritt von Lackbereichen mit darüberliegendem Farbfilterschichtsystem standhält, anderseits ist das Material der Opferschicht so ausgewählt, dass es ohne Beeinträchtigung der Farbfilterschichtsystem-Bereiche von letzteren wieder entfernbar ist. Das erfindungsgemässe Aufbringen der Opferschicht vor dem Lift-Off-Schritt bewirkt primär, dass Flitter sich nicht auf den verbleibenden Filterschichtsystem-Bereichen niederlegen, sondern auf deren Opferschicht. Eine allfällige Bindung erfolgt nur mit letzterer, und mit dem Entfernungsschritt der Opferschicht von verbleibenden Filterschichtsystem-Bereichen werden auch die Flitter entfernt.
Gleichzeitig wird mit dem erfindungsgemässen Vorsehen der Opferschicht ein weiterer wesentlicher Vorteil erwirkt:
Die Opferschicht auf einem Filterschichtsystem-Bereich kann direkt als Lift-Off-Schicht eingesetzt werden, indem, ohne Vorsehen einer weiteren Lackschicht-Struktur, ein nachfolgend aufzubringendes Farbfilterschicht-System direkt auf die vorgängige Opferschicht aufgebracht wird. Diese wird im Lift-Off-Schritt aufgelöst, unter Berücksichtigung der Forderung, dass das Material der Opferschicht ohne Beeinträchtigung der Filterschichtsystem-Materialen entfernbar ist. Damit kann bei der Herstellung von strukturierten Mehrfarbfilter-Schichtsystemen eine Prozessabfolge, bestehend aus Belacken/Alignment der Maske, Belichten/Entwickeln eingespart werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Ausbeute strukturierter Mehrfarbfilterschichtsysteme pro Zeiteinheit führt und insbesondere auch zu deren kostengünstigen Herstellung beiträgt. So ergibt sich bei der Herstellung einer RGB-Pixelstruktur z. B. zweimal ein Lackliftoff und einmal Liftoff der Opferschicht.
Die Opferschicht besteht vorzugsweise aus einem Metall oder Dielektrikum, vorzugsweise aus Cr, Al bzw. Y₂O₃.
Ist es notwendig, die unter der Opferschicht bereits abgelegten Farbfilterschichtsystem-Bereiche spektral auszumessen, so wird vorgeschlagen, die Opferschicht teiltransparent auszubilden, um diese Kontrolle weiterhin zu ermöglichen, dabei vorzugsweise, bei Herstellung der Opferschicht aus einem Metall, wie insbesondere aus Cr, diese höchstens 10 nm dick auszubilden. Unter diesem Aspekt ist auch das Vorsehen der Opferschicht aus Y₂O₃ höchst vorteilhaft, weil diese dielektrische Schicht ganz transparent ist. Wenn anderseits eine spektrale Kontrolle der abgelegten Farbfilterschichtsysteme nicht notwendig ist, kann man eine undurchsichtige Opferschicht vorsehen, beispielsweise durch Ablegen einer mehr als 10 nm, z. B. einer 90 nm dicken Chromschicht.
Wie eingangs erwähnt wurde, wird oft sowohl zwischen beabstandeten wie auch an aneinanderstossenden Farbfilterschichtsystem-Bereichen in deren Randbereichen eine Black Matrix-Schicht strukturiert vorgesehen. Es ergibt sich unter diesem Aspekt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Vorgehens:
Wird nämlich auf dem zuletzt aufgebrachten Farbfilterschichtsystem eine Opferschicht aufgebracht, so wird vorteilhafterweise als ihr Material ein als Black Matrix-Schichtmaterial geeignetes Material eingesetzt, wie insbesondere Chrom. Darnach wird die Opferschicht als Black Matrix-Schicht nicht vollständig, sondern strukturiert, wie durch Ätzen, entfernt. Andernfalls, wenn nämlich auf dem zuletzt aufgebrachten Farbfilterschichtsystem, dem ja kein Lift-Off-Prozess mehr folgt, keine Opfer Schicht aufgebracht werden soll und nurmehr Opferschicht-Bereiche an den vormals aufgebrachten Farbfilterschichtsystem-Bereichen verbleiben, wird eine zusätzliche Black Matrix-Schicht, beispielsweise aus Cr, aufgebracht und letztere, strukturiert, gemeinsam mit den Bereichen der verbleibenden Opferschicht entfernt.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
1 während der Farbfilterschichtsystem-Herstellung die Struktur nach Ablegen eines ersten Farbfilterschichtsystems (z. B. eines Rot-Filtersystems) mit erfindungsgemäss vorgesehener Opferschicht und vor dem ersten Lift-Off-Schritt;
2 die Struktur gemäss 1 nach Durchführen des Lift-Off-Schrittes;
3 ausgehend von der Struktur nach 2 die Struktur nach Aufbringen einer weiteren Lift-Off-Lackschicht und eines weiteren Filtersystems (z. B. Grün-Filterschichtsystem);
4 die Struktur nach 3 nach erfolgtem Lift-Off-Schritt;
5a ausgehend von der Struktur nach 4 das Aufbringen eines dritten Farbfilterschichtsystems (z. B. Blau-Filterschichtsystem) ohne Vorsehen einer weiteren Lackschichtstruktur für den dritten Lift-Off-Schritt;
5b ausgehend von der Struktur nach 4 ein alternatives Vorgehen, bei welchem über eine weitere Lift-Off-Lackschichtstruktur das dritte Farbfilterschichtsystem mit zugehöriger Opferschicht aufgebracht wird;
6a die Struktur nach 5a nach Auflösen der gleichzeitig als Lift-Off-Schicht eingesetzten Opferschicht und
6b ausgehend von der Struktur nach 5b die Struktur nach Lift-Off durch Auflösen der Lackschicht und bei Verwendung der Opferschicht gleichzeitig als strukturierte Black Matrix-Schicht.
Gemäss 1 ist auf einem Substrat 1 erst eine Lackschichtstruktur 3_a durch Belacken, Alignment, Belichten und Entwickeln hergestellt worden. Auf die Lackschichtstruktur 3_a wurde das erste Farbfilterschichtsystem, beispielsweise ent sprechend rot R, abgelegt und bildet Bereiche 5_ao bzw. 5_a1 . Über dem gesamten Farbfilterschichtsystem 5 wurde die Opferschicht 7, mit Bereichen 7_ao und 7_a1 abgelegt. Wie erwähnt, besteht die Opferschicht 7 bevorzugterweise aus einem Metall oder einem Dielektrikum, insbesondere aus Cr, Al bzw. Y₂O₃. Die Opferschicht wird im gleichen Vakuumbeschichtungsprozess abgelegt wie das Farbfilterschichtsystem 5, d. h. ohne dass die Werkstücke die Vakuumfertigungskammer verliessen.
Gemäss 2 wird nun, ausgehend von 1, ausserhalb des Vakuumrezipienten, die Lackschichtstruktur 3_a vorzugsweise mittels Aceton oder NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidon) gelöst und damit die Farbfilterschichtsystem-Bereiche 5_ao und die Opferschichtbereiche 7_ao entfernt. Gegebenenfalls entstehende Flitter liegen, wie in 2 bei 9 dargestellt, auf den Opferschicht-Bereichen 7_a1 .
Ausgehend vom Resultat nach 2 wird nun gemäss 3 eine weitere Belackung, Alignment, Belichtung und Entwicklung vorgenommen, es entsteht die Lackschichtstruktur 3_b.
Es wird nun auf die Lackschichtstruktur 3_b das zweite Farbfilterschichtsystem 7_b , beispielsweise das Grün-G-Farbschichtsystem aufgebracht und bildet die zu entfernenden Bereiche 5_b0 und die verbleibenden Bereiche 5_b1 . Es wird die zweite Opferschicht über das Farbfilterschichtsystem 5_b abgelegt, entsprechend die Bereiche 7_bo und 7_b1 .
Ausgehend von 3 zeigt 4 die resultierende Struktur nach Auflösen des Lift-Off-Lackes 3_b , wobei wiederum Flitter 9 entstanden seien.
Ausgehend von 4 ergeben sich nun zwei, je vorteilhafte Möglichkeiten für die weitere Fertigung. Die eine ist anhand der 5a, 6a, die andere anhand der 5b, 6b dargestellt.
In einer ersten Variante wird ausgehend von der Struktur nach 4 direkt auf die verbleibende Opferschicht 7_a1 , 7_b1 , das dritte Farbfilterschichtsystem, beispielsweise das Blau-Filtersystem B abgelegt, entsprechend den Bereichen 5_c1 und 5_c0 . Nun wird die verbleibende Opferschicht mit den Bereichen 7_a1 und 7b₁ als Lift-Off-Schicht verwendet und gelöst. Als Lösungsmittel kommen in Frage, beispielsweise für Cr oder Y₂O₃ als Opferschichtmaterial, Cerammoniumnitrate.
Mit der Auflösung der als Lift-Off-Schicht wirkenden Opferschicht 7 werden auch die mit in das zu entfernende Farbfilterschichtsystem 5_c0 eingebetteten Flitter 9 entfernt.
Es resultiert die Struktur nach 6a, bei deren Herstellung sowohl die Flitterkontamination verhindert wird wie auch eine Prozessabfolge Belacken, Alignment, Belichten, Entwickeln eingespart wird.
Wird beim Vorgehen gemäss 5a und 6a eine Black Matrix-Struktur erwünscht, so muss diese durch eine weitere Beschichtung und Strukturierung auf der Struktur nach 6a realisiert werden.
Ausgehend von 4 besteht das alternative Vorgehen gemäss 5b darin, erst eine weitere Belackung, Alignment, Belichtung und Entwicklung einer Lift-Off-Lack-Maske vorzusehen, entsprechend den Bereichen 3_c . Darüber wird das dritte Farbfilterschichtsystem 5_c mit den Bereichen 5_co . und 5_c1 , und die Opferschicht 7_c mit den Bereichen 7_co und 7_c1 abgelegt. Danach wird durch einen herkömmlichen Lift-Off-Schritt die Lackschicht 3_c entfernt, es verbleibt von der Struktur gemäss 5b die Farbfiltersystemstruktur mit darüberliegender, durchgehender Opferschicht 7_c1 , 7_b1 , 7_a1. Diese kann nun beispielsweise durch Auflösen entfernt werden, es entsteht die Struktur nach 6a. Sie kann aber in diesem Fall, wie in 6b dargestellt, direkt als Black Matrix-Schicht nur strukturiert entfernt werden, wie beispielsweise durch Ätzen, womit in diesem Fall, d. h. bei erwünschter Black Matrix-Struktur, das Ablegen letzterer eingespart wird. Bei diesem zweiterwähnten Vorgehen wird wiederum einerseits eine Flitterreinigung erzielt, indem die Flitter gleichzeitig mit Auflösen der Opferschicht entfernt werden und, falls erwünscht, wird das Ablegen einer zusätzlichen Black Matrix-Schicht eingespart. Mit der vorliegenden Erfindung werden folgende vorteilhafte Wirkungen erzielt:

– kostengünstige Herstellung von Farbfilterschichtsystem-Strukturen, wie insbesondere für die LCD- oder CCD-Herstellung,
– Selbstreinigung,
– Einsparen eines Fertigungsschrittes, sei dies Belacken, Alignment, Belichten, Entwickeln oder Ablegen einer Black Matrix-Schicht.

Anstelle von Filterschichtsystem-Bereichen können mit dem erfindungsgemässen Verfahren Metall-Bereiche bzw. Metallbereich-Strukturen abgelegt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Farbfilterschichtsystem-Struktur mit n unterschiedlichen Farbfilterschichtsystemen, bei dem a) auf einer Unterlage eine Lackschichtstruktur aus mit Lack bedeckten Bereichen und lackfreien Bereichen hergestellt wird, b) auf der Lackschichtstruktur ein Farbfilterschichtsystem aufgebracht wird, c) auf dem Filterschichtsystem eine Opferschicht aufgebracht wird, d) die mit Lack bedeckten Bereiche mit den darüber angeordneten Farbfilterschichtsystem-Bereichen und den darüber angeordneten OpferschichtBereichen durch einen Lift-off-Vorgang entfernt werden, wobei an den lackfreien Bereichen der Unterlage das Farbfilterschichtsystem mit dem auf dieser angeordneten Opferschicht erhalten bleibt, e) auf die Unterlage mit der derart hergestellten Struktur weitere (n-1) Schichtanordnungen aufgebracht werden, die jeweils aus einem Farbfilterschichtsystem und einer auf diesem angeordneten Opferschicht bestehen, und diese Schichtanordnungen jeweils im Rahmen eines Lift-off-Vorgangs so strukturiert werden, dass bei dem Lift-off-Vorgang jeweils unterschiedliche, bis dahin nicht bedeckte Bereiche der Unterlage mit dem jeweiligen Farbfilterschichtsystem und der über dieser angeordneten Opferschicht bedeckt bleiben und die Gesamtheit der unterschiedlichen Filterbereiche aus n Farbfilterschichtsystemen jeweils mit einer Opferschicht bedeckt ist, und bei dem f) die Opferschichten anschließend zumindest lokal entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Farbfilterschichtsystem-Struktur nach Anspruch 1, bei dem die Opferschicht mittels eines Verfahrens entfernt wird, das das Material der Farbfilterschichtsysteme nicht beeinträchtigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Opferschicht durch Auflösen entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Material für die Opferschicht ein Metall oder ein Dielektrikum verwendet wird, vorzugsweise Cr, Al bzw. Y₂O₃.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, bei dem Chrom als Material für die Opferschichten verwendet wird und im Schritt f) die Opferschichten lokal so entfernt werden, dass die auf den Filterschichtstrukturen verbleibenden Opferschicht-Strukturen eine Black-Matrix-Struktur bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Schritt e) die Schritte a) bis d) gemäß Anspruch 1 wiederholt werden, so dass der Lift-off-Vorgang jeweils durch Auflösen einer vorher strukturierten Lackschicht erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem beim Schritt e) mindestens einmal die Schichtanordnung aus Farbfilterschichtsystem und darauf angeordneter Opferschicht direkt auf die beim vorhergegangenen Lift-off-Vorgang strukturierte Opferschicht aufgebracht und diese Opferschicht als Lift-off-Schicht aufgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem (n-1) Farbfilterschichtsysteme mittels Lack-Lift-off-Vorgängen strukturiert werden, während das n-te Schichtsystem durch einen Opferschicht-Lift-off-Vorgang strukturiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen der Farbfilterschichtsysteme und der darüber liegenden Opferschicht in einem Vakuumprozess ohne zwischenzeitliche Vakuumunterbrechung ausgeführt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung einer Struktur von Metallschichtbereichen, wobei statt der Farbfilterschichtsysteme Metallschichten aufgebracht werden.