CN105549277B - 像素电极的图案形成方法和形成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种像素电极的图案形成方法和形成系统，在制造IPS方式、FFS方式的液晶驱动方式等的液晶显示装置时，即使使用分辨率低的现有的通常的曝光装置，也能够进一步实现像素电极的窄间距化。在玻璃基板(G)上形成像素电极的图案的方法，在玻璃基板(G)上的像素电极层(1)的上表面，在成为上述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂(2)，然后形成牺牲膜，接着以保留残置牺牲膜(3a)、(3b)的方式去除牺牲膜，在像素电极层(1)的上表面形成上述图案的第二间隙部(S2)。然后去除抗蚀剂(2)，形成上述图案的第二间隙部，接着，在上述第一间隙部、第二间隙部的侧方形成接触部的抗蚀剂，然后去除第一间隙部、第二间隙部的像素电极层。

Description

像素电极的图案形成方法和形成系统
技术领域
本发明涉及像素电极的图案形成方法和图案形成系统。
背景技术
近年来，在智能电话和平板型电脑中使用的作为画面显示装置的液晶显示器的高品质图像化正在发展，从视角、透过率的观点来看，大多采用所谓的被称为IPS方式(InPlane Switching：共面转换)、FFS方式(Fringe Field Switching：边缘场切换)的液晶驱动方式(例如专利文献1、2)。
在采用这些液晶驱动方式的液晶显示装置中，当形成像素电极时，采用现有技术的通常的光刻工序。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2014/7355号公报
专利文献2：日本特开2011-164661号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述的IPS方式、FFS方式的液晶驱动方式的液晶显示装置中，还要求更高分辨率，为了实现更高的分辨率，必须要求像素电极的密间距(fine pitch)化。
但是，目前在制造这种液晶显示装置时使用的曝光装置的曝光分辨率的极限为2μm。因此不能应对像素密度超过500ppi的液晶显示装装置。为了实现这样的装置，不得不使用半导体器件用的高性能曝光装置，但是半导体器件用的高性能曝光装置价格非常高，在致力于价格竞争的智能电话和平板型电脑的画面显示装置的制造中使用时，作为现实问题是非常困难的。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，在制造IPS方式、FFS方式的液晶驱动方式等的液晶显示装置时，即使使用现有的曝光装置，也能够实现像素电极的进一步的窄间距化。
用于解决课题的技术手段
为了实现上述目的，本发明的像素电极的图案形成方法，用于在基板上形成像素电极的图案，其特征在于：在基板上的像素电极层的上表面，在成为上述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，然后在形成有上述抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，然后保留上述抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜，去除上述牺牲膜，在像素电极层的上表面形成上述图案的第二间隙部，然后去除上述抗蚀剂，形成上述图案的第二间隙部，然后在上述第一间隙部、第二间隙部的侧方，形成接触部的抗蚀剂，然后去除上述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层。
根据本发明，通过通常的光致抗蚀剂工序，在基板上的像素电极层的上表面，在成为上述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，然后在形成有上述抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，然后保留上述抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜，去除上述牺牲膜，由此在像素电极层的上表面形成上述图案的第二间隙部。因此，在残置牺牲膜相互之间形成第二间隙部。故而，通过实施一次光刻工序，能够在第一间隙部相互之间进一步形成第二间隙部。关于像素电极所需的与漏极等导通的接触部，在形成第一间隙部、第二间隙部之后，例如通过通常的光刻工序形成抗蚀剂。
因此，通过去除上述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层，与现有技术相比能够在基板上以窄间距形成像素电极。
根据另一观点的本发明，用于在基板上形成像素电极的图案的方法，其特征在于：在基板上的像素电极层的上表面，形成接触部的抗蚀剂并在成为上述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，这时，上述接触部的抗蚀剂的高度形成得比第一间隙部的抗蚀剂高，然后在形成有各抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，然后保留上述各抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜，去除上述牺牲膜，在像素电极层的上表面形成上述图案的第二间隙部，然后保留接触部的抗蚀剂，并且去除第一间隙部的抗蚀剂，形成上述图案的第一间隙部，然后去除上述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层。
根据本发明，例如通过所谓的半曝光，在基板上的像素电极层的上表面，形成接触部的抗蚀剂和在成为图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，并且将上述接触部的抗蚀剂的高度形成得比第一间隙部的抗蚀剂高。然后，与上述的发明同样地，在形成有各抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，接着保留各抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜，去除上述牺牲膜，在像素电极层的上表面形成上述图案的第二间隙部。然后保留接触部的抗蚀剂，并且去除第一间隙部的抗蚀剂，由此能够形成上述图案的第一间隙部。因此，通过一次光刻工序能够在第一间隙部相互之间进一步形成第二间隙部。因此，通过去除上述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层，与现有技术相比能够在基板上以窄间距形成像素电极。
进一步根据另外的观点，本发明提供一种图案形成系统，其为用于实施上述的图案形成方法的基板处理系统，其特征在于，包括：在基板上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成装置；对由上述抗蚀剂膜形成装置形成的抗蚀剂膜进行曝光的曝光装置；将由上述曝光装置曝光后的抗蚀剂膜显影，在基板上形成抗蚀剂图案的显影装置；去除上述牺牲膜的牺牲膜去除装置；和去除上述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层的像素电极层去除装置。
发明效果
根据本发明，即使使用现有的液晶显示装置的制造中所使用的曝光装置，也能够在基板上形成间距比现有技术窄的像素电极的图案。
附图说明
图1是为了表示实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示在像素电极层形成了抗蚀剂的状态的说明图。
图2是为了表示实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示形成了牺牲膜的状态的说明图。
图3是为了表示实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示保留残置牺牲膜而去除了牺牲膜的状态的说明图。
图4是为了表示实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示去除了抗蚀剂的状态的说明图。
图5是从平面看图4的状态的说明图。
图6是表示从图4的状态在接触部形成了抗蚀剂的状态的说明图。
图7是示意性地表示从图4的状态去除间隙部的像素电极层后的状态的纵截面的说明图。
图8是表示从图7的状态去除了残置牺牲膜后的状态的平面的说明图。
图9是现有技术的像素电极的平面的说明图。
图10是为了表示其它实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示在像素电极层形成了抗蚀剂的状态的说明图。
图11是为了表示其它实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示形成了牺牲膜的状态的说明图。
图12是为了表示其它实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示留下残置牺牲膜而去除了牺牲膜的状态的说明图。
图13是为了表示其它实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并表示去除了接触部以外的抗蚀剂的状态的说明图。
图14是为了表示其它实施方式的图案形成方法的工艺流程而示意性地表示玻璃基板的纵截面，并示意性地表示从图13的状态去除了间隙部的像素电极层然后的状态的说明图。
图15是从平面看通过其它的实施方式的图案形成方法所制造的像素电极的说明图。
图16是示意性地表示图案形成系统的说明图。
图17是示意性地表示减压干燥装置的纵截面的说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。图1是为了表示实施方式涉及的图案形成方法的工艺流程而示意性表示玻璃基板G的纵截面的图，在玻璃基板G的上表面形成有像素电极层1。作为该像素电极层1，能够使用公知的电极材料，在该实施方式中使用ITO(IndiumTin Oxide：氧化铟锡)。
在本实施方式中，首先进行用于形成仅线的电极图案的处理。即，在像素电极层1的上表面，通过光刻工序在成为所希望的像素电极的图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂2。在该例子中，要形成为间隙∶线宽为1μm∶1μm，因此，抗蚀剂2的宽度L1需要为1μm。另一方面，如上文已述，在这种液晶显示装置的制造中使用的一般的曝光装置的分辨率为线宽2μm程度。但是，由于在曝光处理时过曝光(overdose)，而在显影处理时使线宽变细，有可能成为1μm。另外，这样一来，通过过曝，线宽1μm的抗蚀剂2相互间的间隙的宽度L2例如设定为3μm，要调整抗蚀剂2形成时的掩模和曝光量。
接着，如图2所示，在形成有抗蚀剂2的像素电极层1上形成牺牲(Sacrificial)膜3。牺牲膜3的材料既可以是有机膜也可以是无机膜。另外，在成膜时，能够使用通常的成膜方法，例如能够使用公知的化学气相成长法(CVD)。作为牺牲膜，例如能够例示SiO2膜。
接着，如图3所示，使抗蚀剂2的上表面露出，同时以保留抗蚀剂2的侧部的残置牺牲膜3a、3b的方式去除其它的牺牲膜3。在牺牲膜3的去除时，例如能够利用干式蚀刻进行去除。作为牺牲膜，例如在使用SiO2膜的情况下，例如将CF类气体(CF4、C4F8、CH3F、CHF3、CH2F2等)和稀有气体(例如Ar气体)的混合气体作为气体原料等离子体化，来进行干式蚀刻。这时，以使残置牺牲膜3a、3b的宽度L3成为1μm、并且通过该牺牲膜3的去除而像素电极层1露出的部分即第二间隙部S2的宽度L4也成为1μm的方式，设定例如蚀刻处理的时间、速度等。
接着，例如通过灰化处理去除抗蚀剂2。在图4中表示去除后的样子。由此，在像素电极层1上形成(露出)第一间隙部S1和上述第二间隙部S2。
在该状态下，如图5的示意地表示平面的图所示，利用残置牺牲膜3a、3b在像素电极层1仅形成电极的线图案。因此，在线图案的侧方，需要形成用于取得与栅极、漏极等导通的接触部的图案。
因此，通过第二次光刻工序，如图6所示，以覆盖在残置牺牲膜3a、3b的端部的方式在第一间隙部S1、第二间隙部S2的侧方形成接触部的抗蚀剂4、5。由此在玻璃基板G上形成像素电极的图案。
然后，将残置牺牲膜3a、3b和抗蚀剂4、5作为掩模，将像素电极层1去除。在去除时，例如能够使用湿式蚀刻。如实施方式所示，在像素电极层1使用ITO的情况下，作为湿式蚀刻用的处理液，例如能够使用盐酸和硝酸的混合液、盐酸和醋酸的混合液、硝酸和硫酸的混合液等。
然后，如果去除残置牺牲膜3a、3b和抗蚀剂4、5，则如图8所示，在玻璃基板G上形成所谓的梳齿状的像素电极P。
像这样形成的像素电极P，如图8所示，线电极7和第一间隙部S1、第二间隙部S2的宽度分别为1μm，即使使用现有的分辨极限(析像极限)为2μm程度的一般的曝光装置，也能够在玻璃基板G上形成与现有技术相比线宽窄、且窄间距的梳齿状的像素电极P。
另一方面，使用现有的分辨极限为2μm程度的一般的曝光装置，通过1次光刻工序制造了该程度的像素电极AP的情况下，如图9所示，利用过曝，即使线电极7的线宽本身能够形成为1μm程度，第一间隙部S1、第二间隙部S2的宽度也不能形成为同样的宽度，即不能形成为窄间距。因此，根据本实施方式，即使用相同的分辨率的曝光装置，也能够制造与现有技术相比线电极的线宽、间隙部都较细的像素电极。
此外，如图9所示，现有技术中是通过一次曝光形成了线电极7和接触部的电极8的图案，但是如上所述，由于曝光装置的分辨率的问题，线电极7和接触部的电极8组成的角部AC形成为弯曲的或者带圆角(弧形)的形状。因此，在使用这样的像素电极所制造的液晶显示装置中，当对画面施加压力而产生取向紊乱时，该紊乱不能恢复，发生了称为旋错(disclination，向错)的现象。
关于这一点，根据利用实施方式涉及的图案形成方法制造的像素电极P，则在形成直线状的线电极7的图案之后，利用第二次光刻工序以覆盖在该线电极7的图案的端部的方式形成直线状的接触部的电极的图案，因此线电极7和接触部的电极8组成的角部C非常尖锐、且在弯曲部分能够形成显露出所谓的尖锐边缘的锐角。因此，能够防止如现有技术那样的旋错。
此外，在上述的例子中，线电极7、第一间隙部S1、第二间隙部S2都由直线状的图案构成，但本发明并不限定于此，也能够应用在俯视时第一间隙部S1、第二间隙部S2都形成为在中途弯曲的形状、并且电极图案也与其相应地弯曲的形状(例如“く”形)的电极图案。
接着，对其它的实施方式进行说明。本实施方式中是线电极和接触部的电极同时地形成的例子。
如图10所示，在该例子中，在玻璃基板G的像素电极层1的上表面，在成为所希望的像素电极的图案的第一间隙部的部分，利用光刻工序形成抗蚀剂2，然后在成为接触部的部分，也利用上述光刻工序同时地形成抗蚀剂4、5。此外，在图10～14中，(a)是示意性表示纵截面的图，(b)是示意性表示平面的图。
如图10(a)所示，与抗蚀剂2相比将接触部的抗蚀剂5(4)的高度形成得比抗蚀剂2的高度高。像这样通过一次的光刻工序实现高度不同的抗蚀剂，例如能够通过称为半曝光处理的处理实现。例如，通过使用抗蚀剂2上的掩模部分的透过率为50％、在间隙部的掩模部分透过率为100％、在抗蚀剂5(4)上的掩模部分透过率为0％的掩模等根据各区域而透过率不同的掩模能够实现。
接着，如图11所示，在形成了抗蚀剂2、抗蚀剂4、5的像素电极层1上形成牺牲膜3。牺牲膜3的材料可以是有机膜也可以是无机膜。在该情况下，在成膜时，能够使用通常的成膜方法、例如上述的化学气相成长法(CVD)。另外，作为牺牲膜，能够例示例如SiO2膜。
接着，如图12所示，使抗蚀剂2、抗蚀剂4、5的各上表面露出，并且保留抗蚀剂2、抗蚀剂4、5的各侧部的残置牺牲膜3a、3b，而去除其他的牺牲膜3，并且形成使像素电极层1露出的部分、即第二间隙部S2。在牺牲膜3的去除时，例如能够通过上述的干式蚀刻进行去除。
接着，如图13所示，保留抗蚀剂4、5，去除抗蚀剂2。这里，保留抗蚀剂4、5并不是保持原样地保留(残留)的意思，而是包括去除一部分而使高度变低的状态。这样的抗蚀剂的去除例如能够通过灰化处理实现，因为原本抗蚀剂2和抗蚀剂4、5的高度不同，所以以去除抗蚀剂2的最低限的条件进行灰化处理，则抗蚀剂4、5保留被减少了与抗蚀剂2的高度相应的高度后的部分。
接着，如图14所示，然后，将残置牺牲膜3a、3b和抗蚀剂4、5作为掩模，去除像素电极层1。在去除时，例如能够使用湿式蚀刻。如实施方式所示，在像素电极层1使用ITO的情况下，作为湿式蚀刻用的处理液，例如能够使用盐酸和硝酸的混合液、盐酸和醋酸的混合液、硝酸和硫酸的混合液等。
然后，如果去除残置牺牲膜3a、3b和抗蚀剂4、5，则如图15所示，在玻璃基板G上形成所谓的梳齿状的像素电极P。
像这样形成的像素电极P，如图15所示，线电极7和第一间隙部S1、第二间隙部S2的宽度能够分别为1μm，即使使用现有的分辨极限为2μm程度的通常的曝光装置，也能够在玻璃基板G上形成比现有技术的线宽窄、且窄间距的梳齿状的像素电极P。而且光刻工序可以是1次。
在实施如上所述的各图案形成方法的情况下，能够提案例如图16所示的图案形成系统100。
该图案形成系统100具有光刻装置110、牺牲膜形成装置120、牺牲膜去除装置130、抗蚀剂去除装置140、蚀刻装置150。这些均能够使用公知的技术。
光刻装置110具有搬入搬出部111、涂覆类处理部112、曝光处理部113、显影类处理部114，还具有在涂覆类处理部112前后的清洗装置、热处理装置、干燥装置、必要的输送装置部(均未图示)。
作为牺牲膜形成装置120，例如能够使用所谓的旋涂方式的成膜装置。当然并不局限于此，也可以使用通过CVD成膜法形成牺牲膜的装置。作为牺牲膜去除装置130，例如能够使用干式蚀刻装置。作为抗蚀剂去除装置140，例如能够使用灰化装置。并且作为蚀刻装置150，能够使用湿式蚀刻装置。此外，这些牺牲膜形成装置120、牺牲膜去除装置130、抗蚀剂去除装置140、作为去除像素电极层的装置的蚀刻装置150也可以被任意地组装在光刻装置110中，作为内嵌的装置。
另外，光刻装置110、牺牲膜形成装置120、牺牲膜去除装置130、抗蚀剂去除装置140、蚀刻装置150由控制装置160进行必要的控制。控制装置160例如是计算机，具有程序存储部(未图示)。在程序存储部中存储有控制上述各装置的程序。另外，在程序存储部中也存储有用于控制上述各种装置和输送装置部等的驱动系统的动作，实现图案形成系统100中的上述的图案形成方法的程序。此外，上述程序是存储在计算机可读取的硬盘(HD)、软盘(FD)、光盘(CD)、磁光盘(MO)、存储卡等能够由计算机读取的存储介质中的程序，也可以是从该存储介质安装在控制装置160中的程序。
根据图16所示的图案形成系统100，在实施之前的实施方式的情况下，按照图16中的直线箭头所示的路径进行处理。而在实施其它的实施方式的情况下，因为光刻工序可以是1次，所以由抗蚀剂去除装置140去除抗蚀剂之后，如图中的虚线箭头所示，将玻璃基板G保持原样地输送到蚀刻装置150即可。
然而，在光刻装置110中形成抗蚀剂2、4、5时，例如将抗蚀剂图案的截面形成为矩形形状更加适合于此后的处理，例如牺牲膜3的形成处理、此后的牺牲膜3的去除处理、像素电极层1的蚀刻处理等，能够形成形状完美的窄间距的像素电极。
为了响应这样的要求，例如能够使用图17所示的减压干燥装置200。该减压干燥装置200例如能够配置在光刻装置110中的涂覆类处理部112之中的抗蚀剂涂覆装置的后级。该抗蚀剂涂覆装置(未图示)具有从隙缝状的排出口排出抗蚀剂液的隙缝喷嘴，具有在玻璃基板上在与玻璃基板平行的涂覆扫描方向上相对地移动，在玻璃基板上形成抗蚀剂膜的功能，能够使用公知的抗蚀剂涂覆装置。
该减压干燥装置200具有处理容器201。该处理容器201的内部空间通过从排气部203排气而能够形成为减压气氛。另外，在处理容器201内部在隔着玻璃基板G与排气部203相对的位置，设置有气体供给部204。由此，能够从气体供给部204供给非活性气体，在玻璃基板G上使非活性气体的气流在与玻璃基板G平行的气流通过方向上通过。此外，玻璃基板G被保持在通过升降机构205进行升降的载置部206上，当盖体201a开放时，能够将玻璃基板G抬起到处理容器201外。
在该减压干燥装置200的减压气氛中，通过使玻璃基板G上的抗蚀剂膜干燥，能够在玻璃基板G上形成非常均匀的抗蚀剂膜，经由然后的曝光处理、显影处理，能够将抗蚀剂图案的截面形成为矩形形状。
更加详细的描述，在曝光处理时产生过曝光(overdose)和衍射光(通过了曝光掩模的光发生衍射)。因此，如果保持原样，则配线图案的截面形状成为梯形或三角形，存在蚀刻耐性劣化的问题。关于这一点，如上述的减压干燥装置200那样，通过一个方向的气流进行干燥处理，则促进抗蚀剂膜表面部分的干燥，其结果是曝光量少的区域和发生了衍射光的部分的表层相对于显影液具有难溶性，另一方面在曝光量多的部分，在显影时上述表层部分容易溶化。因此即使有过曝，也难以产生衍射光导致的影响，能够将配线图案的截面形状形成为矩形。
如上所述，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述例子。作为本领域技术人员，在本申请请求保护的范围所记载的思想的范畴内，能够想到的各种变更例或者修正例当然也属于本发明的技术范围内。
附图标记的说明
1 像素电极层
2、4、5 抗蚀剂
3 牺牲膜
3a、3b 残置牺牲膜
7 线电极
8 接触部电极
100 图案形成系统
110 光刻装置
111 搬入搬出部
112 涂覆类处理部
113 曝光处理部
114 显影类处理部
120 牺牲膜形成装置
130 牺牲膜去除装置
140 抗蚀剂去除装置
150 蚀刻装置
160 控制装置
G 玻璃基板
S1 第一间隙部
S2 第二间隙部

Claims (3)

1.一种像素电极的图案形成方法，用于在基板上形成像素电极的图案，其特征在于：
在基板上的像素电极层的上表面，在成为所述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，
然后在形成有所述抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，
然后以保留所述抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜的方式去除所述牺牲膜，在像素电极层的上表面形成所述图案的第二间隙部，
然后去除所述抗蚀剂，形成所述图案的第一间隙部，
然后，为了形成覆盖在所述像素电极的图案的端部的接触部的电极的图案，在所述第一间隙部、第二间隙部的侧方形成所述接触部的抗蚀剂，
然后去除所述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层。
2.一种像素电极的图案形成方法，用于在基板上形成像素电极的图案，其特征在于：
在基板上的像素电极层的上表面，形成接触部的抗蚀剂并在成为所述图案的第一间隙部的部分形成抗蚀剂，此时的所述接触部的抗蚀剂的高度形成得比第一间隙部的抗蚀剂高，
然后在形成有各抗蚀剂的像素电极层上形成牺牲膜，
然后以保留所述各抗蚀剂的侧部的残置牺牲膜的方式去除所述牺牲膜，在像素电极层的上表面形成所述图案的第二间隙部，
然后保留接触部的抗蚀剂，去除第一间隙部的抗蚀剂，形成所述图案的第一间隙部，
然后去除所述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层。
3.一种图案形成系统，其为用于实施权利要求1或2所述的图案形成方法的基板处理系统，其特征在于，包括：
在基板上形成抗蚀剂膜的抗蚀剂膜形成装置；
对由所述抗蚀剂膜形成装置形成的抗蚀剂膜进行曝光的曝光装置；
对由所述曝光装置曝光后的抗蚀剂膜进行显影，在基板上形成抗蚀剂图案的显影装置；
去除所述牺牲膜的牺牲膜去除装置；和
去除所述第一间隙部、第二间隙部的像素电极层的像素电极层去除装置。
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