DE19823932B4 - Verfahren zur Herstellung einer Struktur von Farbfilterschichtsystem-Bereichen - Google Patents
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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...
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 dieDE 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 gemäss1 nach Durchführen des Lift-Off-Schrittes; -
3 ausgehend von der Struktur nach2 die Struktur nach Aufbringen einer weiteren Lift-Off-Lackschicht und eines weiteren Filtersystems (z. B. Grün-Filterschichtsystem); -
4 die Struktur nach3 nach erfolgtem Lift-Off-Schritt; -
5a ausgehend von der Struktur nach4 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 nach4 ein alternatives Vorgehen, bei welchem über eine weitere Lift-Off-Lackschichtstruktur das dritte Farbfilterschichtsystem mit zugehöriger Opferschicht aufgebracht wird; -
6a die Struktur nach5a nach Auflösen der gleichzeitig als Lift-Off-Schicht eingesetzten Opferschicht und -
6b ausgehend von der Struktur nach5b 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 Substrat1 erst eine Lackschichtstruktur3a durch Belacken, Alignment, Belichten und Entwickeln hergestellt worden. Auf die Lackschichtstruktur3a wurde das erste Farbfilterschichtsystem, beispielsweise ent sprechend rot R, abgelegt und bildet Bereiche5ao bzw.5a1 . Über dem gesamten Farbfilterschichtsystem5 wurde die Opferschicht7 , mit Bereichen7ao und7a1 abgelegt. Wie erwähnt, besteht die Opferschicht7 bevorzugterweise aus einem Metall oder einem Dielektrikum, insbesondere aus Cr, Al bzw. Y2O3. Die Opferschicht wird im gleichen Vakuumbeschichtungsprozess abgelegt wie das Farbfilterschichtsystem5 , d. h. ohne dass die Werkstücke die Vakuumfertigungskammer verliessen. - Gemäss
2 wird nun, ausgehend von1 , ausserhalb des Vakuumrezipienten, die Lackschichtstruktur3a vorzugsweise mittels Aceton oder NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidon) gelöst und damit die Farbfilterschichtsystem-Bereiche5ao und die Opferschichtbereiche7ao entfernt. Gegebenenfalls entstehende Flitter liegen, wie in2 bei9 dargestellt, auf den Opferschicht-Bereichen7a1 . - Ausgehend vom Resultat nach
2 wird nun gemäss3 eine weitere Belackung, Alignment, Belichtung und Entwicklung vorgenommen, es entsteht die Lackschichtstruktur3b. - Es wird nun auf die Lackschichtstruktur
3b das zweite Farbfilterschichtsystem7b , beispielsweise das Grün-G-Farbschichtsystem aufgebracht und bildet die zu entfernenden Bereiche5b0 und die verbleibenden Bereiche5b1 . Es wird die zweite Opferschicht über das Farbfilterschichtsystem5b abgelegt, entsprechend die Bereiche7bo und7b1 . - Ausgehend von
3 zeigt4 die resultierende Struktur nach Auflösen des Lift-Off-Lackes3b , wobei wiederum Flitter9 entstanden seien. - Ausgehend von
4 ergeben sich nun zwei, je vorteilhafte Möglichkeiten für die weitere Fertigung. Die eine ist anhand der5a ,6a , die andere anhand der5b ,6b dargestellt. - In einer ersten Variante wird ausgehend von der Struktur nach
4 direkt auf die verbleibende Opferschicht7a1 ,7b1 , das dritte Farbfilterschichtsystem, beispielsweise das Blau-Filtersystem B abgelegt, entsprechend den Bereichen5c1 und5c0 . Nun wird die verbleibende Opferschicht mit den Bereichen7a1 und7b1 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 Farbfilterschichtsystem5c0 eingebetteten Flitter9 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 und6a eine Black Matrix-Struktur erwünscht, so muss diese durch eine weitere Beschichtung und Strukturierung auf der Struktur nach6a realisiert werden. - Ausgehend von
4 besteht das alternative Vorgehen gemäss5b darin, erst eine weitere Belackung, Alignment, Belichtung und Entwicklung einer Lift-Off-Lack-Maske vorzusehen, entsprechend den Bereichen3c . Darüber wird das dritte Farbfilterschichtsystem5c mit den Bereichen5co . und5c1 , und die Opferschicht7c mit den Bereichen7co und7c1 abgelegt. Danach wird durch einen herkömmlichen Lift-Off-Schritt die Lackschicht3c entfernt, es verbleibt von der Struktur gemäss5b die Farbfiltersystemstruktur mit darüberliegender, durchgehender Opferschicht7c1 ,7b1 ,7a1. Diese kann nun beispielsweise durch Auflösen entfernt werden, es entsteht die Struktur nach6a . Sie kann aber in diesem Fall, wie in6b 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 (10)
- 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.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: OERLIKON TRADING AG, TRUEBBACH, TRUEBBACH, CH |
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