JP3711650B2 - 透明導電膜のパターニング方法と透明電極付き基体 - Google Patents

透明導電膜のパターニング方法と透明電極付き基体 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明電導膜のパターニング方法と、該方法を用いて得られる液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)などの電子ディスプレイに用いられる透明電極付き基体に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、LCDなどの透明電極としてITO膜が広く用いられている。特に、STN型のカラーLCDにおいては、その高精細化、大画面化に伴い、液晶駆動用透明電極の線幅もより細く、また長い形状のものが必要となってきている。このため、シート抵抗3Ω/□以下のきわめて低抵抗の透明導電膜が必要とされる。
【0003】
このシート抵抗を達成するためには、透明導電膜の厚膜化(300nm以上)または低比抵抗化(100μΩ・cm以下)をはかる必要がある。しかし、厚膜化については、透明導電膜の成膜コストが増加すること、電極パターニングの困難さが増加すること、透明導電極の有無による段差が大きくなり、液晶の配向制御が困難になるなどの問題が生じるため、限界がある。一方、ITO膜自体を低比抵抗化する方法も検討されているが、100μΩ・cm以下の低抵抗ITO膜を安定して生産する方法はまだ確立されていない。
【0004】
他方、100μΩ・cm以下の低抵抗透明導電膜を容易に得る方法としては、Agなどの金属層をITOなどの透明酸化物層で挟んだ透明酸化物層/金属層/透明酸化物層という構成が知られている。この構成の透明導電膜を電子ディスプレイ用電極として利用するためには、微細な電極パターンを高精度、かつ歩留まり良く形成すること(パターニング)が必要とされる。
【0005】
このような透明導電膜は、Agなどの金属層に対して酸化作用を有し、Cl- イオンを含有する酸性水溶液からなるエッチング液を用いることによって、微細な電極パターンを精度良く形成できる。図1に前述のエッチング液を用いた従来のパターニング後の透明導電膜付き基体の断面模式図を示す。1は基体、2は酸に可溶な透明酸化物層、3は金属層、4は酸に可溶な透明酸化物層、10はエッチング残渣を示す。このように従来のパターニングでは、エッチング残渣10が生じやすく、エッチング後に5kg/cm2 以上の水圧で水洗を行っても充分ではなく、パターニング工程の歩留まり低下を招いていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の前述の欠点を解決し、容易に低比抵抗が得られる透明導電膜の微細な電極パターンを高精度、かつ歩留まり良く形成できるパターニング方法、およびその方法によって形成された低抵抗微細電極を有する透明電極付き基体の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸に可溶な透明酸化物層と金属層とが基体上に積層されてなる透明導電膜のパターニング方法において、上記基体の透明導電膜をハロゲンイオンを含有する酸性水溶液を用いてエッチングした後、この基体をハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液で処理することを特徴とする透明導電膜のパターニング方法およびその方法によって形成された透明電極付き基体を提供する。
【0008】
図2に本発明による3層系透明導電膜付き基板の代表例の断面図を、図3に5層系透明導電膜付き基板の代表例の断面図を示す。図4には、代表的なカラーLCD用の基板を示す。このように、透明導電膜としては、酸に可溶な透明酸化物層と金属層とが基体側からこの順に交互に(2n+1)層(n≧1)で積層されてなる透明導電膜を用いることが好ましい。
【0009】
1は基体、2、4、6は酸に可溶な透明酸化物層、3、5は金属層、7はカラー画素となるカラーフィルタ層、8は透明樹脂保護層、9は無機中間膜層、11はガラス基板である。
【0010】
本発明における基体1としては、ガラス板の他、樹脂製のフィルムや板も使用できる。また、図4に示すように、ガラス基板11上にカラー画素となるカラーフィルタ層7を形成した基体、さらに、該カラーフィルタ層上に、カラーフィルタ層を保護、平滑化するための透明樹脂保護層8を設けることもできる。さらにカラーフィルタ層7や透明樹脂保護層8と透明導電膜との密着性を高めるためのシリカ、SiNx などの無機中間膜層9を順次積層した基体を用いてもよい。
【0011】
2、4、6の酸に可溶な透明酸化物層としては、酸に容易に可溶であり、またそれ自身の電気抵抗も低いという理由から、Inおよび/またはZnの酸化物を主成分とする透明酸化物層を用いることが好ましい。
【0012】
In23 を主成分とする膜としては、Inに対してSnを0〜15原子%含んだIn23 膜(すなわちSnを含まないIn23 も包含する)、またZnOを主成分とする膜としては、Znに対してGaやAlなどを0〜15原子%含んだZnO膜(すなわちGaやAlなどを含まないZnOも包含する)が好ましい。
【0013】
これら酸に可溶な透明酸化物層のそれぞれの膜厚は、特に限定されないが、色調およびより高い可視光透過率を得るために、10〜200nmが適当である。
【0014】
3、5の金属層としては、低い抵抗とより高い可視光透過率が得られるという理由から、Agを主成分とする膜が好ましい。特に、Agの凝集現象を防止し、耐久性の高いAg膜が得られるという理由から、0.1〜5.0原子%のPdやAuを添加した合金膜、または0.1〜3nmのPdやAu膜をAg膜の上層および/または下層に積層したAg膜が好ましい。
【0015】
3、5の金属層の膜厚は、それぞれ3〜20nmが好ましい。3nm未満では低いシート抵抗が得られず、20nm超過では可視光透過率が低下するので好ましくない。
【0016】
透明導電膜を構成するそれぞれの層の厚を前述の範囲内で選択することによって、光学的干渉効果による可視光透過率、色調の調整やシート抵抗値の調整も可能となる。
【0017】
また、本発明で用いる透明導電膜は、低シート抵抗、高可視光透過率、高耐久性を示すが、さらに特性を向上させるために、成膜後100〜300℃の加熱処理を行ってもよい。
【0018】
基体上の透明導電膜のパターニングは、透明導電膜上にフォトリソグラフィ法により所望のレジストパターンを形成した後、ハロゲンイオンを含有する酸性水溶液、好ましくは、透明導電膜を構成する金属層に対して酸化作用を有する物質とハロゲンイオンを含有する酸性水溶液からなるエッチング液を用いてエッチングした後、この基体をハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液で処理する。
【0019】
ハロゲンイオンを含有する酸性水溶液としては、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、過塩素酸、塩化第二鉄を主成分とする水溶液などを用いうる。
【0020】
また、酸性水溶液としては、ハロゲンイオンを含有していない硝酸、硫酸を主成分とする水溶液でもよく、このとき、酸性水溶液中で金属層に対して酸化作用を有する物質を併用し、その物質がハロゲンイオンを含有していればよい。
【0021】
酸性水溶液の濃度としては、特に限定されず、おおむね良好な結果が得られるが、エッチング残渣、エッチング速度、および、サイドエッチングの点で、特に好ましい結果が得られることから、0.05〜2規定とすることが好ましい。
【0022】
また、酸性水溶液中で金属層に対して酸化作用を有する物質としては、亜硝酸、硝酸、過酸化水素、塩化第二鉄、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、ヨウ素酸カリウム、または硝酸第二セリウムアンモニウムなどを用いうる。その濃度としては、特に限定されず、おおむね良好な結果は得られるが、エッチング残渣、エッチング速度、および、サイドエッチングの点で、特に好ましい結果が得られることから、0.005〜0.5規定とすることが好ましい。
【0023】
前述の酸性水溶液によるエッチングの後、ハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液で処理し、反応生成物と思われるエッチング残渣を効率よく除去する。処理の方法としては、浸漬やスプレーなどが挙げられる。
【0024】
ハロゲン化アルカリ金属塩としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、臭化ナトリウムなどを用いうる。その濃度としては、特に限定されず、おおむね良好な結果は得られるが、反応生成物の確実な除去という点で、特に好ましい結果が得られることから、0.5M以上とすることが好ましい。
【0025】
【作用】
本発明の透明電導膜をパターニングする際、金属イオンとエッチング液中のハロゲンイオンとの反応生成物からなると思われるエッチング残渣が生じやすく、エッチング後に過剰のハロゲンイオンを含有するハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液に浸漬することによって、効果的にエッチング残渣を除去できる。この理由は、必ずしも明らかではないが、過剰のハロゲンイオンが存在する溶液中での溶解平衡が崩れ、金属イオンとハロゲンイオンとの反応生成物が迅速にハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液中に溶解するためと思われる。その結果、LCDなどに要求される100μmオーダーの微細電極加工を歩留まり良く、容易に行うことができる。
【0026】
【実施例】
ガラス基板11上に、カラーフィルタ層7、カラーフィルタの保護と平滑下のためのアクリル系樹脂層保護層8、およびシリカ中間層9とがあらかじめ形成された基板(図4)上に、直流スパッタリング法により、Arガス3mTorrの雰囲気下で、膜厚16nmのGaドープZnO膜(以下、GZO膜という)、11nmのPd−Ag合金膜、38nmのGZO膜を順次積層し、図2に示すような3層構成の透明導電膜付き基体を作製した。得られた透明導電膜のシート抵抗値は、3.6Ω/□、可視光透過率は74.3%であった。
【0027】
また、上記の3層構成の透明導電膜のかわりに、膜厚40nmのGZO膜、10nmのPd−Ag合金膜、85nmのGZO膜、10nmのPd−Ag合金膜、40nmのGZO膜を順次積層した5層構成の透明導電膜を用いた以外は上記同様にして5層構成の透明導電膜付き基体を作製した。得られた透明導電膜のシート抵抗値は、2.4Ω/□、可視光透過率は73.5%であった。
【0028】
なお上記で用いたGZO膜の形成にはGaを5原子%含むZnO焼結体ターゲットを用い、Pd−Ag合金膜の形成には、1原子%のPdを含むPd−Ag合金ターゲットを用いた。また、GZO膜成膜時のスパッタ電力密度は5.7W/cm2 、Pd−Ag膜成膜時のスパッタ電力密度は0.57W/cm2 とし、それぞれの膜厚は成膜時間により調整した。
【0029】
次に、上記で得られたそれぞれの透明導電膜付き基体の透明導電膜上にフォトリソグラフィ法によりライン幅130μm、スペース幅25μmのストライプ状のレジストパターンを形成した後、Agに対して酸化作用を有する0.75Mの塩化第二鉄水溶液を用いてパターニングを行い、続いて表1に示す各種ハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液からなる浸漬液に浸漬した。結果を表1に示す。表1中の1%PdAgは、1原子%のPdを含むPd−Ag合金膜の意である。
【0030】
表1に示すように、パターニング後に5MのNaCl、KCl、およびNaBrの水溶液に基板を浸漬したものについては、エッチング残渣を生じたものは1枚もなかった。
【0031】
比較のために、ハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液からなる浸漬液に浸漬しなかった場合の結果を表1に示す。表1に示すように、パターニング後にハロゲン化アルカリ水溶液に浸漬しなかった場合は、10枚中2〜3枚にエッチング残渣が生じた。
【0032】
【表1】
Figure 0003711650
【0033】
【発明の効果】
本発明により、透明酸化物層と金属層の積層体からなる低比抵抗の透明電導膜を、容易に、数十μmオーダーでかつ歩留まり良く微細電極加工できる。したがって、ガラス基板上や、成膜温度の低いプラスチック製基板(耐熱温度100℃以下)やカラーLCD用のカラーフィルタ付き基板上(耐熱温度250℃以下)に、合計膜厚が300nm以下で、3Ω/□以下の低抵抗透明電極を形成することが可能となる。
【0034】
これによりLCDなどの電子ディスプレイの高精細化、大画面化、表示品位の向上実現を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパターニング後の透明導電膜付き基体の断面模式図
【図2】3層構成透明導電膜付き基板の断面模式図
【図3】5層構成透明導電膜付き基板の断面模式図
【図4】代表的なカラーLCD用基板の断面模式図
【符号の説明】
1:基体
2:酸に可溶な透明酸化物層
3:金属層
4:酸に可溶な透明酸化物層
5:金属層
6:酸に可溶な透明酸化物層
7:カラーフィルタ層
8:樹脂保護層
9:シリカなどの無機中間膜層
10:エッチング残渣
11:ガラス基板

Claims (4)

  1. 酸に可溶な透明酸化物層と金属層とが基体上に積層されてなる透明導電膜のパターニング方法において、上記基体の透明導電膜をハロゲンイオンを含有する酸性水溶液を用いてエッチングした後、この基体をハロゲン化アルカリ金属塩の水溶液で処理することを特徴とする透明導電膜のパターニング方法。
  2. 透明導電膜として、酸に可溶な透明酸化物層と金属層とが基体側からこの順に交互に(2n+1)層(n≧1)で積層されてなる透明導電膜を用い、透明酸化物層が、Inおよび/またはZnの酸化物を主成分とする透明酸化物層であり、金属層が、Agを主成分とする金属層である請求項1の透明導電膜のパターニング方法。
  3. 酸性水溶液として、金属層に対して酸化作用を有する物質を含有する水溶液を用いる請求項1または2の透明導電膜のパターニング方法。
  4. 基体上に透明電極を有する透明電極付き基体において、透明電極が請求項1、2または3の透明導電膜のパターニング方法により形成された透明電極であることを特徴とする透明電極付き基体。
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