CN1991576A - 母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法 - Google Patents

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Abstract

母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法。公开了一种用于制造液晶显示装置的方法，其中，利用软刻印法代替了光刻技术。该方法包括以下步骤：形成薄膜晶体管阵列基板；形成滤色器基板；接合薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板；以及在薄膜晶体管阵列基板与滤色器基板之间施加液晶，其中，形成薄膜晶体管阵列基板的步骤和形成滤色器基板的步骤中的至少一个步骤包括利用软模的图案形成方法。该图案形成方法可以是软刻印法工序，该软刻印法工序包括以下步骤：使具有特定图案的软模与缓冲层的表面接触；和向软模和缓冲层施加恒热，以将所述特定图案转印到缓冲层上。

Description

母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法
技术领域
本发明涉及软刻印法(soft-lithography)中使用的母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法。更具体地说，本发明涉及利用其可以降低制造工序期间出现缺陷的比率的母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法。
背景技术
液晶显示(LCD)装置是一种平板显示装置，并且日益用于可视信息传输介质中。因此，正在开发各种类型的LCD装置。LCD装置因其功耗量低、结构紧凑、重量轻、以及优异的图像品质而成为所希望的。
LCD装置还被大量生产，以用于诸如电视机、交通工具导航系统以及计算机监视器的各种应用中。LCD装置还被认为是阴极射线管(CRT)的替代品。
通常，LCD装置基于图像信息向按矩阵排列的液晶单元提供数据信号。由此，通过调节液晶单元的透光率来显示希望的图像。
图1示出了现有技术LCD装置的分解图，下面，对LCD装置的示意构造进行解释。
如图1所示，现有技术LCD装置包括：作为上基板的滤色器基板113、作为下基板的薄膜晶体管(TFT)阵列基板101，以及液晶层109。
滤色器基板113包括：多个滤色器117、设置在各滤色器117之间的黑底(BM)115，以及形成在滤色器基板113的下侧的公共电极111。
TFT阵列基板101包括：形成在各像素区P中的像素电极107、用作开关器件的多个TFT、多条选通线103以及多条数据线105。TFT按矩阵形成在选通线103和数据线105的各交叉处。像素区P形成在选通线103与数据线105之间的各区域处。像素电极107可以是透明导电层。
液晶层109形成在滤色器基板113与TFT阵列基板101之间，并且包括具有有关光学折射率的光学各向异性的液晶材料。
LCD装置还可以包括与LCD板的上基板和下基板的表面相接触的偏光器(未示出)。偏光器的位于下基板上的下部可以包括具有灯和光学片的背光单元(未示出)。LCD装置还可以包括支承LCD板的顶壳和底壳(未示出)。
图2示出了现有技术LCD装置中的现有技术TFT阵列基板的剖面结构。
如图2所示，现有技术LCD装置的TFT阵列基板被构成为，在基板201上形成有栅电极203。在栅电极203上顺序地淀积了栅极绝缘层205、有源层图案207以及欧姆接触层209a和209b，使得绝缘层205置于栅电极203与有源层图案207之间。
在欧姆接触层209a和209b上，可以按部分地或整体地与欧姆接触层209a和209b交叠的方式，形成源电极211a和漏电极211b。
在源电极211a和漏电极211b上按部分地暴露漏电极211b的方式形成有中间层213。在中间层213上形成有透明像素电极215，并使其连接到暴露的漏电极211b。
具有这种构造的现有技术LCD装置的制造工序需要形成各种图案。在工序中通常使用光刻技术。
下面，参照图3A到3G，对利用现有技术光刻技术制造现有技术TFT阵列基板的方法进行解释。
如图3A、3B以及3C所示，在绝缘基板301(例如，玻璃)上形成第一金属层303a(例如，铝(Al))，并且使用光刻技术来形成栅电极303。
可以按如下方式执行光刻技术，即，在第一金属层303a上涂敷光致抗蚀剂，以形成光致抗蚀剂层305a。接着，利用第一光掩模307执行曝光工序。如图3A所示，第一光掩模307包括透射区A和遮挡区B。通过透射区A透射的光使光致抗蚀剂层305a曝光并发生化学变化。光致抗蚀剂层305a的化学变化随光致抗蚀剂材料的类型而不同。通过显影液去除正性光致抗蚀剂材料的曝光部分，而通过显影液去除负性光致抗蚀剂材料的非曝光部分。如图所示，使用了正性光致抗蚀剂。
当通过显影液去除了光致抗蚀剂305a的曝光部分时，如图3B所示，在第一金属层303a上形成了光致抗蚀剂图案305。利用光致抗蚀剂图案305作为掩模来刻蚀第一金属层303a。在去除剩余的光致抗蚀剂图案305后，如图3C所示，形成了具有光致抗蚀剂图案305的形状的栅电极303。
如图3D所示，可以在包括栅电极303的基板301上形成栅极绝缘层309，接着在栅极绝缘层309上顺序形成有源层图案311和欧姆接触层313。栅极绝缘层309可以由二氧化硅(SiO2)或硅氮化物(SiNx)形成。有源层图案311可以由纯非晶硅形成，而欧姆接触层313可以由其中掺杂了杂质的非晶硅形成。接着，利用在形成栅电极303中使用的光刻技术对有源层图案311和欧姆接触层313进行构图。这里，在光刻技术中使用了第二光掩模(未示出)。由此形成了欧姆接触图案313a和313b。
如图3E所示，形成源电极315a和漏电极315b。在这个工序中，在包括有源层图案311和欧姆接触图案313a和313b的基板301上形成了诸如铝(Al)或钼(Mo)的第二金属层。接着，利用第三光掩模(未示出)在第二金属层上执行光刻技术。结果，在相互隔开一间隔的欧姆接触图案313a和313b上形成了源电极315a和漏电极315b。
如图3F所示，在包括源电极315a和漏电极315b的基板301上形成中间层317。在中间层317上形成接触孔319，该接触孔319部分地暴露下面的漏电极315b。使用了光刻技术和第四光掩模(未示出)，来形成接触孔319。
如图3G所示，在中间层317上形成像素电极321。像素电极321可以由诸如铟锡氧化物或铟锌氧化物的透明导电层制成。使用光刻技术，来对透明导电层进行构图，由此形成像素电极321。像素电极321可以经由形成在中间层317上的接触孔319连接至漏电极315b。
由此，利用上述工序来制造现有技术LCD装置中包括的现有技术TFT阵列基板。在所有工序中，使用了五次光刻技术，即，在形成栅电极303的过程中、接着在形成欧姆接触图案313a和313b的过程中、接着在形成源电极315a和漏电极315b的过程中、接着在形成接触孔319的过程中，以及最后在形成像素电极321的过程中。
然而，光刻技术需要昂贵的光掩模和诸如曝光和显影工序的复杂工序。因而，导致过多的加工成本。而且，难以管理LCD装置的生产合格率。
发明内容
因此，本发明致力于提供一种母模、母模制造方法，以及利用其制造液晶显示装置的方法，其基本上消除了因现有技术的局限和缺点而造成的一个或更多个问题。
本发明的一个优点是，提供一种不利用光刻技术的液晶显示装置用薄膜晶体管阵列基板和/或滤色器基板的制造方法。
本发明的另一优点是，提供一种使用软刻印法而非光刻技术的方法。
本发明的另一优点是，在使用软刻印法中所采用的母模和软模中提供降低的缺陷率。
本发明的其它特征和优点，将在下面的描述中进行阐述，并且根据该描述将部分地清楚，或者可以通过实施本发明而获知。通过在文字说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构和方法，将认识到并实现本发明的这些和其它优点。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的目的，如具体实施和广泛描述的，提供了一种母模，其包括：主体；形成在主体上的预定图案；以及位于主体的表面上的疏水基。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造母模的方法，其包括以下步骤：在主体上层叠材料层，以形成预定图案；将该材料层构图成所述预定图案；以及将疏水基施加到主体的表面和经构图的材料层的表面上。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造液晶显示装置的方法，其包括以下步骤：形成薄膜晶体管阵列基板；形成滤色器基板；接合薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板；以及在薄膜晶体管阵列基板与滤色器基板之间施加液晶，其中，形成薄膜晶体管阵列基板的步骤和形成滤色器基板的步骤中的至少一个步骤包括利用软模的图案形成方法。
在本发明的另一方面中，提供了一种软刻印法工序，其包括以下步骤：通过在其上层叠有材料的基板上淀积液体树脂来形成缓冲层；使缓冲层的表面接触具有特定图案的软模；向软模和缓冲层施加恒热，以将所述特定图案转印到缓冲层上；以及通过使用所述特定图案作为掩模来刻蚀层叠在基板上的材料，以形成图案。
应当理解，上面的一般描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求所述的本发明的进一步阐释。
附图说明
附图被包括进来，以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分，其例示了本发明的实施例，并与文字说明一起用于解释本发明的原理，在附图中：
图1是示出现有技术LCD装置的分解图；
图2是示出现有技术LCD装置的现有技术薄膜晶体管阵列基板的截面图；
图3A、3B、3C、3D、3E、3F以及3G是示出用于制造现有技术LCD装置的现有技术薄膜晶体管阵列基板的方法的截面图；
图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H、4I以及4J是示出根据本发明的用于制造LCD装置的薄膜晶体管阵列基板的方法的截面图；以及
图5A、5B、5C以及5D是示出根据本发明的用于制造母模和软模的方法的截面图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例进行详细的说明，在附图中例示了其示例。
图4A到4J例示了根据本发明的利用软刻印法制造液晶显示(LCD)装置的薄膜晶体管阵列基板的方法的实施例。软刻印法工序是利用软模形成图案的工序。
如图4A所示，在基板401上形成第一金属层403a。在第一金属层403a上形成缓冲层405a。第一金属层403a可以由铝(Al)或诸如AlNd的铝合金形成。缓冲层405a是通过淀积诸如聚苯乙烯(polystyrene)的液体树脂来形成的。液体树脂在向其施加热时具有降低的粘性和增大的流动性。
接着，在具有第一金属层403a和缓冲层405a的基板401的上方定位具有凹图案B和凸图案A的软模407a。接着，使软模407a接触缓冲层405a。软模407a可以通过硬化预聚合物(pre-polymer)来形成。因此，软模407a具有软特性。软模407a可以由诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯、以及聚酰亚胺的材料形成。优选地，软模407a由混合有大约10％重量的硬化剂的PDMS形成。
将软模407a定位得对应于要形成图案的部分。当凸图案A接触缓冲层405a并且向其施加热时，缓冲层405a的粘性瞬间下降，从而将缓冲层405a转印到软模407a的凹图案B中。
因此，在过去一定时间之后，在将软模407a与基板401分离后，如图4B所示，缓冲层405a具有与凹图案B的形状相同的形状，并且保留在第一金属层403a上。
如图4C所示，在通过使用经构图的缓冲层405a作为掩模来刻蚀第一金属层403a以形成栅电极403之后，去除经构图的缓冲层405a。
可以将软刻印法工序应用于LCD装置的随后的构图工序。
如图4D所示，在包括栅电极403的基板401上顺序层叠栅极绝缘层409和半导体层411和413。接着，在其上形成缓冲层405b。栅极绝缘层409可以由诸如硅氮化物(SiNx)或二氧化硅(SiO2)的无机绝缘材料形成。半导体层411可以由纯非晶硅制成，而半导体层413可以由其中掺杂有杂质的非晶硅制成。
在半导体层411和413上层叠了缓冲层405b，而在缓冲层405b的上方定位了具有特定的凸图案A和凹图案B的软模407b。
如图4E所示，使用软刻印法，来在缓冲层405b上形成图案。
如图4F所示，使用经构图的缓冲层405b作为掩模，来对半导体层411和413进行构图。将可以由纯非晶硅制成的半导体层411构图成有源层415，而将可以由其中掺杂有杂质的非晶硅制成的半导体层413构图成欧姆接触层417。
如图4G所示，在其上已形成有有源层415和欧姆接触层417的基板401的整个表面上，形成可以由铝(Al)或诸如AlNd的铝合金形成的第二金属层419。在第二金属层419上层叠缓冲层405c。在缓冲层405c的上方定位具有特定的凸图案A和凹图案B的软模407c。
接着，执行软刻印法，来在缓冲层405c中形成如图4H所示的图案。使用经构图的缓冲层405c作为掩模，来刻蚀第二金属层419，由此形成如图4I所示的源电极419a和漏电极419b。
通过上述工序，可以形成构成有栅电极403、有源层图案415以及源电极419a和漏电极419b的薄膜晶体管。
如图4J所示，形成中间层421和像素电极423。中间层421可以通过层叠诸如苯并环丁烯(BCB)或丙烯酸类树脂(acryl based resin)的有机绝缘材料来形成。像素电极423可以通过软刻印法来形成。
由此，执行了利用软刻印法制造LCD装置用薄膜晶体管阵列基板的方法。在实施例中，使用软刻印法，来形成栅电极403、有源层415、欧姆接触层417、源电极419a和漏电极419b以及像素电极423。包括软刻印法的本发明可以用于形成各种类型图案的过程中，并且还可以与诸如光刻法的方法一起使用。
形成用于软刻印法的软模所需要的母模可以包括主体和形成在主体上的预定图案。该预定图案由一材料制成。将疏水基施加到该主体的表面和该材料的表面上。
该疏水基可以是氟化物。主体可以是玻璃基板，或者通过在玻璃基板上层叠金属层来形成。预定图案可以由金属、二氧化硅、硅氮化物、光致抗蚀剂以及蜡中的一种材料形成。
图5A到5D是示出根据本发明的用于制造母模和基于母模结构的软模的方法的截面图。
在主体501上层叠用于形成预定图案503的材料层。如图5A所示，接着，对用于形成预定图案503的材料层进行构图。主体501可以是玻璃基板，或者可以通过在玻璃基板上层叠金属层来形成。预定图案503可以由金属、二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SiNx)、光致抗蚀剂以及蜡中的一种材料形成。可以使用光刻法，以将材料层构图成预定图案503。
如图5B所示，将疏水基505施加到主体501的表面和预定图案503的表面上。疏水基505可以是氟化物。可以执行等离子处理，以将疏水基505施加到主体501的表面和预定图案503的表面上。包含氟元素的分子(例如，包含诸如CF4或SF6分子的气体)可以用于该等离子处理。等离子处理可以具有用于形成母模507的下列条件：等离子功率＝700W；处理压力＝200托；CF4的流量＝100sccm；以及处理持续时间＝30秒。
如图5C所示，在母模507上淀积预聚合物509。接着使预聚合物509硬化。聚二甲基硅氧烷可以用作预聚合物509。聚氨酯、聚酰亚胺等也可以用作预聚合物509。硬化后的预聚合物509形成软模511。
图5D示出了从母模507分离软模511的工序。将形成在母模507上的图案转印至软模511的表面。
将疏水基施加到主体的表面和预定图案的表面上，来形成母模。之所以施加疏水基，是因为在分离母模和软模的过程中，母模与软模之间的粘附力可能造成问题。即，在分离母模和软模的过程期间，如果母模与软模之间的粘附力至少阻止部分分离，则软模可能具有带缺陷图案。
母模与软模之间的粘附力取决于其间的亲水性。两种材料之间的强亲水性将增大其间的粘附力，而两种材料之间的弱亲水性将减小其间的粘附力。因此，如本发明所示，当将诸如氟化物的疏水基施加到母模的表面上时，削弱了母模与软模之间的粘附力。因而，容易执行母模与软模之间的分离，并且降低了软模中的图案的缺陷率。
可以通过执行用于测量指示湿度的与水的接触角的测试，来确定母模的亲水性。
为了测量湿度，针对母模执行等离子处理。母模包括通过在玻璃基板上层叠铬(Cr)所形成的主体，和位于铬上的具有预定图案的光致抗蚀剂。在等离子处理之前和之后测量光致抗蚀剂层的接触角。等离子处理具有下列条件：等离子功率＝700W；处理压力＝200托；CF4的流量＝100sccm；以及处理持续时间＝30秒。
关于测量结果，在执行等离子处理之前，光致抗蚀剂层上的接触角大约为95°。在等离子处理之后该接触角大约为110°。因此，在等离子处理之后将氟化物基施加到母模的表面上，由此提高疏水性。
如上所述，根据本发明的用于制造LCD装置的方法使用可以取代光刻法的软刻印法，以降低加工成本，并提高生产合格率。
另外，根据本发明的母模具有施加至其表面的诸如氟化物的疏水基，以降低软模制造期间的软模图案中的缺陷率。
本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，本发明将覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对本发明的各种修改和变型。

Claims (27)

1、一种母模，包括：
主体；
形成在主体上的预定图案；以及
在主体的表面上的疏水基。
2、根据权利要求1所述的母模，其中，疏水基是氟化物。
3、根据权利要求1所述的母模，其中，主体是玻璃基板。
4、根据权利要求3所述的母模，其中，主体是通过在玻璃基板上层叠金属层来形成的。
5、根据权利要求4所述的母模，其中，金属层由铬制成。
6、根据权利要求1所述的母模，其中，所述预定图案是金属、二氧化硅、硅氮化物、光致抗蚀剂以及蜡中的一种。
7、一种用于制造母模的方法，包括以下步骤：
在主体上层叠材料层，以形成预定图案；
将材料层构图成所述预定图案；以及
将疏水基施加到主体的表面和经构图的材料层的表面上。
8、根据权利要求7所述的用于制造母模的方法，其中，疏水基是氟化物。
9、根据权利要求7所述的用于制造母模的方法，其中，主体是玻璃基板。
10、根据权利要求9所述的用于制造母模的方法，其中，通过在玻璃基板上层叠金属层来形成主体。
11、根据权利要求7所述的用于制造母模的方法，其中，利用等离子处理来执行所述将疏水基施加到主体的表面和经构图的材料层的表面上的步骤。
12、根据权利要求11所述的用于制造母模的方法，其中，利用包含具有氟元素的分子的气体来执行所述等离子处理。
13、根据权利要求12所述的用于制造母模的方法，其中，具有氟元素的分子是CF4或SF6。
14、一种用于制造液晶显示装置的方法，包括以下步骤：
形成薄膜晶体管阵列基板；
形成滤色器基板；
接合薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板；以及
在薄膜晶体管阵列基板与滤色器基板之间施加液晶，
其中，所述形成薄膜晶体管阵列基板的步骤和所述形成滤色器基板的步骤中的至少一个步骤包括利用软模的图案形成方法。
15、根据权利要求14所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，所述图案形成方法包括以下步骤：
制造母模；
在母模上淀积预聚合物；
硬化预聚合物，以形成由聚合物形成的软模；
从母模分离软模；
在基板上形成缓冲层；
使软模和缓冲层接触；
向软模和缓冲层施加热；
从其上已形成有缓冲层的基板分离软模，由此形成缓冲层图案；以及
使用缓冲层图案作为掩模来对基板进行构图。
16、根据权利要求15所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，由聚二甲基硅氧烷、聚氨酯以及聚酰亚胺中的一种形成所述聚合物。
17、根据权利要求15所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，所述制造母模的步骤包括以下步骤：
在主体上层叠材料层，以形成预定图案；
对材料层进行构图，以形成所述预定图案；以及
将疏水基施加到主体的表面和经构图的材料层的表面上。
18、根据权利要求17所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，疏水基是氟化物。
19、根据权利要求17所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，主体是玻璃基板。
20、根据权利要求19所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，通过在玻璃基板上层叠金属层来形成所述主体。
21、根据权利要求17所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，通过等离子处理来执行所述将疏水基施加到主体的表面和经构图的材料层的表面上的步骤。
22、根据权利要求21所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，利用包含具有氟元素的分子的气体来执行所述等离子处理。
23、根据权利要求22所述的用于制造液晶显示装置的方法，其中，具有氟元素的分子是CF4或SF6。
24、一种软刻印法工序，包括以下步骤：
通过在其上层叠有一材料的基板上淀积液体树脂来形成缓冲层；
使具有特定图案的软模与缓冲层的表面接触；
向软模和缓冲层施加恒热，以将所述特定图案转印到缓冲层上；以及
通过使用所述特定图案作为掩模来刻蚀层叠在基板上的材料，以形成图案。
25、根据权利要求24所述的软刻印法工序，其中，软模由聚二甲基硅氧烷、聚氨酯以及聚酰亚胺中的一种制成。
26、根据权利要求24所述的软刻印法工序，其中，缓冲层是这样的树脂，即，该树脂具有在向其施加热的时候降低的粘性，并且具有在与软模起反应的时候增大的流动性。
27、根据权利要求26所述的软刻印法工序，其中，树脂包括聚苯乙烯材料。
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