DE2445348A1

DE2445348A1 - Herstellungsverfahren fuer feines muster eines duennen, transparenten, leitenden filmes und daraus hergestelltes muster

Info

Publication number: DE2445348A1
Application number: DE19742445348
Authority: DE
Inventors: Mikio Ashikawa; Kikuo Douta; Akira Sasano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-23
Publication date: 1975-05-22
Also published as: GB1481192A; US3957609A; NL7412592A; JPS5061124A

Description

vr

81-23.224PU3.225H) 23. 9· 1974

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Herstellungsverfahren für feines Muster eines dünnen,
transparenten, leitenden Filmes und daraus hergestelltes Muster

Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für ein feines Muster einer transparenten Elektrode in einer Bildaufnahmeröhre, insbesondere in einer Farbbildaufnahmeröhre mit Farbfiltern, und auf ein daraus hergestelltes Muster.

Es wurde bereits eine Farbkamera mit zwei Bildaufnahmeröhren oder mit einer Bildaufnahmeröhre entwickelt, um eine herkömmliche Farbkamera mit drei oder vier Bildaufnahmeröhren zu ersetzen und um

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Chrominanz- oder Farbartsignale der jeweiligen Grundfarben mit den Bildaufnahmeröhren einer derartigen Farbkamera zu erhalten, wobei die transparenten Elektroden der Bildaufnahmeröhren so ausgebildet sein müssen, daß sie aus mehreren feinen Streifen bestehen. Für diese transparente Elektrode wird ein dünner Film verwendet, der hauptsächlich aus Zinndioxid (SnO ) besteht, das durch Sprühen einer Lösung mit einem Hauptanteil Zinnchlorid SnCl auf ein Glassubstrat gebildet wird, das auf ungefähr 500 C erwärmt ist.

Wenn bei einem üblichen Herstellungsverfahren für eine transparente Elektrode mit SnO₀ als Hauptbestandteil in Streifenstruktur eine Lösung einschließlich SnCl auf ein Glassubstrat gesprüht wird, wird eine Metallmaske mit streifenförmigen Öffnungen auf das Glassubstrat gebracht. Ben diesem Verfahren ist es jedoch sehr schwierig, die Metallmaske und das Glassubstrat in engen Kontakt miteinander zu bringen, so daß die untere Grenze der Breite jedes Streifens ungefähr 0,1 mm beträgt, d. h. ein Streifen mit einer kleineren Breite als 0,1 mm kann nicht genau hergestellt werden.

Ein anderes bereits diskutiertes Verfahren verwendet die sogenannte Fotolack- und Ätztechnik (fotolithographische Technik). Bei diesem Verfahren wird zunächst in einem gewöhnlichen Verfahrensschritt auf einem dünnen Film, der als transparente Elektrode dient, die auf ein Glassubstrat aufgesprüht ist, ein Fotowiderstandsfilm gebildet, der dann belichtet und entwickelt wird, um den Teil des Fotowiderstandsfilmes zu entfernen, der keine Streifen bildet. Die Streifen aus SnO werden durch Auflösen des freiliegenden Teiles des SnO₉-Filmes in einer Lösung mit Chlorwasserstoffsäure und damit vermisch-

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tem Zinkpulver erzeugt. Mit diesem Verfahren kann ein so feiner Streifen erzeugt werden, wie dieser mittels einer gewöhnlichen Fotolack- und Ätztechnik erhalten wird. Da jedoch die gemischte Lösung aus Chlorwasserstoffsäure und Zinkpulver, die zur Auflösung von SnO verwendet wird, Wasserstoffgas erzeugt, wird in der Lösung eine große Anzahl Blasen gebildet. Als Erge.bnis werden mikroskopische Fehler oder Risse in den endgültig hergestellten Streifen gebildet, oder einige Streifen sind mikroskopisch überbrückt oder kurzgeschlossen.

Ein weiteres bereits beschriebenes Beispiel ist die Abhebetechnik. Aluminium (Al) wird zunächst aus der Gasphase auf einem Glassubstrat abgeschieden, und der Aluminiumfilm wird dann so geätzt, daß Streifen aus Al auf dem Substrat zurückbleiben. Zinndioxid (SnO₀) wird auf die Oberfläche des Substrates mit den Streifen gesprüht. Das Substrat wird in eine Ätzlösung für Aluminium Al getaucht, um den Aluminiumfilm und den SnO-FiIm auf dem Al-Film zu entfernen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Streifenätzung grob und die Genauigkeit der Abmessungen geringer ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein feines Muster eines dünnen, transparenten leitenden Filmes anzugeben, das nicht die oben aufgezeigten Nachteile hat.

Diese Aufgabe wird bei einem Herstellungsverfahren für ein feines Muster aus einem dünnen, transparenten, leitenden Film, bei dem der Film auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht wird, und bei dem eine Dünnfilm-Maske mit einem vorbestimmten Muster auf den Film aufgebracht wird, dadurch gelöst, daß der Film mittels Beschüß durch

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die Dürinfilm-Maske mit durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld beschleunigten Gas-Ionen geätzt wird.

Die oben angegebene Aufgabe wird in einem anderen Lösungsweg bei einem Herstellungsverfahren für ein feines Muster aus einem dünnen, transparenten, leitenden Film, bei dem der Film auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht wird, dadurch gelöst, daß ein dünner Metallfilm, der aus Aluminium, Chrom oder Mangan besteht, direkt auf den Film aufgebracht wird, daß der dünne Metallfilm in ein Maskenmuster geätzt wird, und daß der Film mittels Beschüß durch das Maskenmuster mit durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld beschleunigten Gas-Ionen geätzt wird.

Bei der Erfindung wird also eine Dünnfilmmaske mit einem vorbestimmten Muster direkt auf einem dünnen, transparenten, leitenden Film, der auf einem dielektrischen Substrat vorgesehen ist, gebildet, um ein feines Muster des transparenten, leitenden Filmes zu erzeugen, und der Teil des transparenten, leitenden Filmes, der nicht mit der Maske bedeckt ist, wird durch Bestrahlung mit Ionen eines Gases abgeätzt, die unter dem Einfluß eines elektrischen Hochfrequenzfeldes beschleunigt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. IA, IB und IC jeweils Längsschnitte zur Erläuterung der Verfahrensschritte zur Herstellung einer transparenten Elektrode in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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Fig. 2 einen Querschnitt durch eine bei der Erfindung verwendete Ätzvorrichtung,

Fig. 3 A, 3 B und 3 C jeweils Längsschnitte zur Erläuterung der Verfahrensschritte zur Herstellung einer transparenten Elektrode in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ,

Fig. 4 A eine Fotografie einer transparenten Elektrode, die mittels eines Raster-Elektronenmikroskops mit einem Vergrößerungsfaktor 600 erhalten wird, wobei die Streifen der transparenten Elektrode erfindungsgemäß mittels einer Maske aus einem Cr-FiIm gebildet sind,

Fig. 4 B eine Fotografie der Streifen, die mit einem Raster-Elektronenm ikroskop mit einem Vergrößerungsfaktor 4000 erhalten wird, und

Fig. 4 C eine Fotografie der Streifen einer nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten transparenten Elektrode, die durch ein Raster-Elektronenmikroskop erhalten wird, das auf einen Vergrößerungsfaktor 4000 eingestellt ist.

Beispiel 1

Wie aus der Fig. IA hervorgeht, wird ein Film 2 aus SnO auf einem Glassubstrat 1 erzeugt, und ein Fotowiderstandsfilm wird seiner-

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seits auf dem SnO-FiIm 2 gebildet. Die einem vorbestimmten Muster

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entsprechenden Teile des Fotowiderstandsfilmes werden in herkömmlicher Weise belichtet und entwickelt, und der nicht belichtete Teil des Fotowiderstandsfilmes wird entfernt, um eine Maske 3 zu erzeugen. Sodann wird eine Probe 11 (Fig. IA) auf die Targetelektrode 21 der Hochfrequenz-Zerstäubungsvorrichtung 20 (Fig. 2) gebracht. Die Innenluft wird über eine Evakuieröffnung 24 abgesaugt, so daß der Innen-

-6 druck der Vorrichtung kleiner als 5 χ 10 Torr sein kann. Argongas

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mit einem Druck von ungefähr 5 χ 10 Torr wird über eine Gaseinlaßöffnung 23 in die Vorrichtung gespeist. Ein Hochfrequenzfeld wird zwischen der Targetelektrode 21 und einer geerdeten Elektrode 22 durch eine Hochfrequenzquelle 25 erzeugt, die über einen Kondensator 26 zwischen den Elektroden 21 und 22 liegt. Als Ergebnis wird das Argongas ionisiert, um die Probe 11 zu bestrahlen, so daß der SnO₉-Film 2 durch die Maske 3 des Fotowiderstandsfilmes aufgrund des Zerstäubens oder Sputterns abgeätzt wird. Die Maske 3 wird nach Abschluß des Ätzens entfernt, indem sie mit einem Baumwolltuch in einem herkömmlichen Fotowiderstands-Abstreifer (beispielsweise J-IOO von der Firma Kodak) gerieben oder poliert wird.

Bei dem erläuterten Verfahren werden der SnO-FiIm 2 und der Fotowider stands film 3 beide mittels der Ionenbestrahlung oder des Ionenbeschusses geätzt, wie dies aus der in der Fig. IB dargestellten Probe 12 hervorgeht. Die Ätzgeschwindigkeit des SnO -Filmes beträgt ungefähr 150 A/min bei einer Hochfrequenzeingangsleistung von 100 W und unter der Voraussetzung, daß der Foto wider standsfilm (hergestellt durch die Firma Kodak unter dem Warenzeichen KTFR) nahezu der gleiche ist. Für eine Hochfrequenzeingangsleistung von 200 W sind

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die Ätzgeschwindigkeiten für den SnO-FiIm und den Fotowiderstandsfilm beide ungefähr 300 A/min. Die Einspeisung einer höheren Leistung erzeugt jedoch Wärme in der Probe, und der-Fotowiderstandsfilm schmilzt. Daher kann keine Leistung vorgesehen werden, die höher als 200 W ist. Demgemäß muß der Fotowiderstandsfilm 3 dicker als der SnO-FiIm 2 gemacht werden, und der SnO-FiIm 2 hat gewohnlich eine Dicke von ungefähr 1000 A und von höchstens 0,5 um, so daß der Fotowiderstandsfilm 3 lediglich ungefähr 1 um dick sein muß.

Die SnO -Filmstreifen der Probe 13 (Fig. IC), die auf die oben beschriebene Weise erhalten werden, sind über der gesamten Oberfläche der Probe einheitlich und können bis zu äußersten Grenze, die mit der Fotolack- und Ätztechnik (fotolithographische Technik) erreicht werden kann, fein ausgebildet sein.

Beispiel 2

Wenn der SnO-FiIm 2 dicker ist, muß die Ätzzeit langer sein, und da der Fotowiderstandsfilm gegenüber Zerstäuben und Wärme nicht so widerstandsfähig ist, kann keine höhere Eingangsleistung verwendet werden. Da darüber hinaus der Fotowiderstandsfilm aus einem organischen Stoff besteht, neigt er zum Weichwerden und daher zum Ansammeln von Staub, der sehr schwierig zu entfernen ist. Da weiterhin der Fotowiderstandsfilm durch die Ionenbestrahlung gehärtet wird, kann er vom Substrat nicht entfernt werden, wenn er nicht mit einem Baum Wolltuch gerieben wird. Diese Nachteile setzen daher notwendigerweise

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dann eine Grenze, wenn die Streifen durch Ätzen mittels eines Fotowiderstandsfilmes als Maske hergestellt werden.

Wenn ein Metallfilm, der gegenüber Wärme beständiger als der Fotowiderstandsfilm ist, als Maske für das Zerstäubungsätzen bei einem dickeren SnO-FiIm verwendet wird, kann eine höhere Eingangsleistung benutzt werden, so daß die Ätzzeit verkürzt werden kann. Darüber hinaus kann in diesem Fall der abgelagerte Staub leicht gereinigt werden.

Insbesondere wird ein SnO-FiIm 5 mit einer Dicke von ungefähr 3000 % auf einem Glassubstrat 4 (Fig. 3A) gebildet. Ein Al-Film 7 mit einer Dicke von ungefähr 5000 A wird auf dem SnO-FiIm 5 er-

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zeugt. Ein Fotowiderstandsfilm 6 wird auf dem Aluminiumfilm 7 gebildet. Dann wird, wie in der Fig. 3 B dargestellt ist, der Al-Film 7 mittels einer gewöhnlichen Fotolack- und Ätztechnik geätzt. Der SnO-Film 5 wird seinerseits durch den Al-Film 7 als Maske in der anhand dem Beispiel 1 beschriebenen Weise mit der Hochfrequenz-Zerstäubungsvorrichtung 20 (Fig. 2) mit einer Hochfrequenz-Eingangsleistung von 400 W geätzt. Der SnO-FiIm wird vollständig in ungefähr 10 min abgeätzt. Nach Abschluß des Ätzens wird der Al-Film 7 in eine Ätzlösung getaucht und entfernt, wie dies in der Fig. 3 C gezeigt ist.

Wenn ungefähr 10 % Sauerstoffgas (O) dem Argongas beigemengt wird, nimmt die Widerstandsfähigkeit von Al zu, so daß selbst ein Al-Film mit einer Dicke von ungefähr 3000 A ausreichend geätzt werden kann.

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Beispiel 3

Da der beim Beispiel 2 als Metallmaske verwendete Al-Film gegenüber einem Ionenbeschuß nicht ausreichend widerstandsfähig ist, besteht die Schwierigkeit, daß die oberen und seitlichen Flächen des Al-Filmes schrittweise während des Ätzens aufgrund des Zerstäubens rauh oder grob werden und dann die endgültigen Streifen des transparenten leitenden Filmes aufgerauhte seitliche Oberflächen haben.

Deshalb kann ein Cr-FiIm anstelle eines Al-Filmes als Maske verwendet werden. Insbesondere wird ein SnO-FiIm 5 mit einer Dikke von ungefähr 5000 A auf einem Glassubstrat 4 gebildet. Ein Cr-FiIm 7 mit einer Dicke von ungefähr 2000 A wird auf dem SnO₀-FiIm erzeugt. Ein Fotowiderstandsfilm 6 wird auf dem Cr-FiIm gebildet. Dann wird der Ci^--FiIm 7 mittels einer gewöhnlichen Fotolack- und Ätztechnik geätzt. Der SnO-FiIm 5 wird durch den Cr-FiIm 4 als Maske in der anhand des Beispieles 1 erläuterten Weise mit der Hochfrequenz-Zerstäubungsvorrichtung 20 (Fig. 2) mit einer Hochfrequenz-Eingangsleistung von 200 W geätzt. Der SnO₀-FiIm 5 wird vollständig in ungefähr 30 min entfernt. Nach Abschluß des Ätzens wird der Cr-FiIm 7 in eine Ätzlösung getaucht und abgeätzt, um Streifen zu bilden, die als transparente Elektroden dienen (Fig. 4A). Die Dicke des Cr-Filmes beträgt vorzugsweise 1000 - 4000 A. Dies ist der Fall, da Nadellöcher in einem Cr-FiIm mit einer kleineren Dicke als 1000 A gebildet werden, und da ein Cr-FiIm mit einer größeren Dicke als 4000 A eine Schrumpf spannung erzeugt, wodurch ein Abschälen oder Ablösen des SnO -Filmes bewirkt wird.

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Die Fig. 4A zeigt eine Fotografie der öOOfach vergrößerten Streifen, die eine Breite von 12 um mit einem Spalt von 8 um zwischen den Streifen aufweisen, wobei die hellen Teile SnO -Filme sind, während der dunkle Hintergrund die Oberfläche des Glassubstrates ist.

Die Fig. 4 B zeigt die seitlichen Oberflächen der Streifen in 4000-facher Vergrößerung, wobei zu ersehen ist, daß das Ätzen glatt und einheitlich ist.

Die Fig. 4 C zeigt bei einem Vergrößerungsfaktor von 4000 die als transparente Elektroden dienenden SnO -Streifen, die entsprechend

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der herkömmlichen Abhebetechriik hergestellt sind, wobei das Ätzen ersichtlich rauh oder grob ist.

Die Unebenheit der seitlichen Oberflächen der Streifen ist beim Zerstäubungsätzen mit dem Cr-FiIm als Maske wesentlich geringer als bei der herkömmlichen Abhebetechnik.

Die Rauheit der seitlichen Oberflächen der Streifen, die durch Zerstäubungsätzen mit dem Al-Film als Maske verursacht wird, liegt in der Größenordnung von einigen 1000 A, während diese Rauheit bei einem Cr-FiIm als Maske in der Größenordnung von einigen 100 A ist. Daher wird mit diesem Ausführungsbeispiel die Genauigkeit der Abmessungen wesentlich verbessert.

Beispiel 4

Der SnO-FiIm wird durch Zerstäuben mit 10 % Sauerstoffgas (O_),

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das in das Argongas gemischt ist, und mit einem Mn-FiIm (1000 A dick) als Metallmaske anstelle der Al- und Cr-Filme als Masken bei den Ausführungsbeispielen 2 und 3 geätzt. Das Ergebnis ist nahezu das gleiche wie bei einem Cr-FiIm als Maske.

Wenn, wie oben erläutert wurde, ein Fotowiderständsmaterial oder ein Metall, wie beispielsweise Al, Cr oder Mn, als Maske in Berührung mit dem SnO-FiIm gebracht wird, kann eine feine Bearbeitung des als transparente Elektrode dienenden SnO -Filmes durch Zerstäubungsätzen erreicht werden. Da der SnO-FiIm und die Metallmaske in engem Kontakt miteinander sind, erfolgt kein unerwünschtes seitliches Ätzen während der Zerstäubung, so daß die seitlichen Oberflächen der Streifen glatt werden, und insbesondere noch glatter bei einer Cr-Maske.

Daher kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine lichtempfindliche Oberfläche für eine Bildaufnahmeröhre erzeugt werden, bei der mehrere transparente Elektroden elektrisch voneinander getrennt sind, so daß die Erfindung für die Praxis zahlreiche Vorteile hat.

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Claims

Patentansprüche

ler stellung s verfahr en für ein feines Muster aus einem dünnen, transparenten, leitenden Film, bei dem der Film auf ein* dielektrisches Substrat aufgebracht wird, und bei dem eine Dünnfilm-Maske mit einem vorbestimmten Muster auf den Film aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (2) mittels Beschüß durch die Dünnfilm-Maske (3) mit durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld beschleunigten Gas-Ionen geätzt wird (Fig. IA - IC).
2. Herstellungsverfahren für ein feines Muster aus einem dünnen, transparenten, leitenden Film, bei dem der Film auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner Metallfilm (7), der aus Aluminium, Chrom oder Mangan besteht, direkt auf den Film (5) aufgebracht wird, daß der dünne Metallfilm (7) in ein Maskenmuster geätzt wird, und daß der Film (5) mittels Beschüß durch das Maskenmuster mit durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld beschleunigten Gas-Ionen geätzt wird (Fig. 3A - 3B).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Metallfilmes (7) aus Chrom gleich 1000 % - 4000 1 gewählt wird.
4. Muster für eine transparente Elektrode in einer Farbbildröhre, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

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