JP2002367953A

JP2002367953A - 薄膜処理液及び薄膜処理方法

Info

Publication number: JP2002367953A
Application number: JP2001167754A
Authority: JP
Inventors: Nobuko Fukuoka; 暢子福岡; Takeshi Yamamoto; 武志山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上の薄膜を微細加工する際に微細な凹部
内に薄膜の残渣を生じるのを防止して、薄膜を高精細に
パターン形成する。【解決手段】薄膜を加工するための処理液中に微粒子
を混入する。球状ミクロパールを混合してなるレジスト
現像液により露光後のレジスト３４あるいは着色層２７
ａ〜２７ｃを現像し、スルーホール３７、３０内を球状
ミクロパールで研磨して残渣を確実に除去する。球状ミ
クロパールを混合してなるエッチング液により層間絶縁
膜２２及びゲート絶縁膜２０をエッチングし、スルーホ
ール３３内を球状ミクロパールで研磨して残渣を確実に
除去する。球状ミクロパールを混合してなるレジスト剥
離液により不要になったレジスト３４を確実に剥離す
る。これらにより微細なスルーホール３０、３７、３３
を高精細にパターン形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上の薄膜を加
工する薄膜処理液及び薄膜処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタや集積回路等半導体装
置や液晶表示装置等の、基板上の金属薄膜や半導体等を
微細パターン形成するための精密加工技術を必要とする
分野においては、一般に被加工膜と感光性レジストの積
層、露光、現像、剥離の各操作を繰り返すフォトリソグ
ラフィ技術を用いて被加工膜を所定形状にパターン形成
する。

【０００３】例えば金属薄膜あるいは無機レジスト等の
被加工膜をパターン形成する場合は、基板に被加工膜を
成膜しその上から感光性レジストを塗布し、更に所定パ
ターンを有するフォトマスクやレチクルを用いて感光性
レジストを露光し、次いで現像を行い感光性レジストを
所定パターン形状に形成する。この後感光性レジストを
パターンマスクとして、被加工膜をエッチング処理し、
所定パターン形状に微細加工した後、パターンマスクを
剥離除去していた。又、例えば、カラーフィルタに感光
性レジストを用いる場合は、基板に、感光性レジストを
塗布後、カラーフィルタのパターン形状を有するフォト
マスクやレチクルを用いて感光性レジストを露光し、次
いで現像を行い感光性レジストをカラーフィルタパター
ン形状に形成する等していた。

【０００４】そしてこのような感光性レジストの露光後
の現像工程、あるいはパターンマスク形成後の被加工膜
のエッチング工程更には、被加工膜をパターン形成後基
板上に残留するパターンマスクを剥離する剥離工程は、
基板を現像液、エッチング液あるいは剥離液であるレジ
スト除去液に一定時間浸して被加工膜や感光性レジスト
の除去をおこなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記除去
液を用いて被加工膜のパターン形成を行う場合に、被加
工膜のパターン形状の微細化に伴い、被加工膜あるいは
感光性レジストに例えばスルーホールの様な微細な凹凸
加工を行う際に、凹部であるスルーホール内に被加工膜
あるいは感光性レジストの残渣を生じ、コンタクト不良
を生じるおそれを有していた。すなわち例えば液晶表示
装置のスイッチング素子と画素電極のコンタクトを取る
為のスルーホールを形成する場合には、パターンマスク
である感光性レジストや被加工膜である層間絶縁膜など
がスルーホール内に残渣として存在してコンタクト不良
を生じてしまうと、液晶表示装置の表示品位が著しく悪
化するという問題を有していた。

【０００６】このため、被加工膜の微細な凹部に残渣を
生じることなく被加工膜のパターン形成を確実に行う
様、被加工膜に紫外線を照射したり、アルゴン（Ａｒ）
等のガスを電離して被加工膜にぶつける逆スパッタリン
グ法などの表面改質を施す事が知られている。しかし、
このような紫外線照射や逆スパッタリング法等にあって
は、照射パワーやスパッタリングパワーが大きすぎると
下地膜迄分解してしまう不具合を生じるおそれがあっ
た。

【０００７】そこで本発明は上記課題を除去するもの
で、基板上の被加工膜を微細加工する際に、凹部におけ
るレジストの残渣を確実に除去し、レジストを高精細に
パターン形成可能とする、薄膜処理液及び薄膜処理方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、薄膜を加工する薄膜処理液において、薬液中
に微粒子が混入されていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】又本発明は上記課題を解決するため、薬液
中に微粒子が混入された薄膜処理液により薄膜を加工す
る工程を含むものである。

【００１０】そして上記構成により本発明は、微粒子の
研磨力により薄膜の残渣を確実に除去し、薄膜にの高精
細なパターン形成を実施するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図１乃
至図４を参照して説明する。１０は、本発明を用いて薄
膜をパターン形成してなる基板の一例としてのカラー液
晶表示素子であり、ＴＦＴ１１を有するアレイ基板１２
と対向基板１３とを対向配置して成り、熱硬化型エポキ
シ系接着剤ＥＳ−５５００（三井東圧化学（株）社製）
を用いたシール剤１６で囲まれる表示領域内の所定の間
隙に、配向膜１５ａ、１５ｂを介しＺＬＩ−１５６５
（E一メルク社製）からなる液晶組成物１４を封入して
なっている。又４６、４７は偏光板である。

【００１２】ここでアレイ基板１２にあっては、ガラス
基板１７上に無機絶縁膜である酸化シリコン（ＳｉＯ
2）膜等からなるアンダーコーティング層１９を設け、
その上にポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなり、チャネル
領域１８ａを挟んでソース領域１８ｂ、ドレイン領域１
８ｃを形成してなる半導体層１８をパターン形成してい
る。半導体層１８を被覆する酸化シリコン（ＳｉＯ2）
膜等からなるゲート絶縁膜２０上のチャネル領域１８ａ
に対応する領域には走査線（図示せず）と一体のゲート
電極２１をパターン形成しＴＦＴ１１を構成している。
ゲート電極２１を覆う酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜から
なる層間絶縁膜２２上には信号線（図示せず）と一体の
ドレイン電極２３、及びソース電極２４をパターン形成
し、ゲート絶縁膜２０、層間絶縁膜２２に形成されるス
ルーホールを介して半導体層１８のドレイン領域１８ｃ
あるいはソース領域１８ｂに夫々接続する。

【００１３】これ等の上に紫外線硬化型アクリル系レジ
ストからなる赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色の３
原色の各着色層２７ａ、２７ｂ、２７ｃをストライプ状
にパターン形成してなるカラーフィルタ層２７が形成さ
れている。各着色層２７ａ、２７ｂ、２７ｃは富士フィ
ルムオーリン（株）社製の紫外線硬化型アクリル系レジ
ストＣＲＹ−Ｓ６２３Ｃ（赤色）、ＣＧＹ−Ｓ６２４Ｄ
（緑色）、ＣＶＢ−Ｓ６２５Ｃ（青色）を用いる。

【００１４】カラーフィルタ層２７上には、インジウム
錫酸化物（以下ＩＴＯと称する。）からなる画素電極２
８がマトリクス状にパターン形成される。画素電極２８
は、各着色層２７ａ〜２７ｃに形成されるスルーホール
３０を介しソース電極２４に接続されている。更にカラ
ーフィルタ層２７上には、黒色の紫外線硬化型アクリル
系レジストからなる柱状スペーサ３１及び表示領域の周
辺にブラックマスク（以下ＢＭと略称する．）３１ａが
形成されている。

【００１５】一方対向基板１３は、ガラス基板３５上に
ＩＴＯからなる対向電極３２を有している。さらにアレ
イ基板１２及び対向基板１３の表示領域には配向膜１５
ａ、１５ｂが形成されている。

【００１６】次にカラー液晶表示素子１０の製造方法に
ついて述べる。アレイ基板１１にて先ずスイッチング素
子１１を製造する場合、図２（ａ）に示すように、ガラ
ス基板１７の半導体層１８上にゲート絶縁膜２０を介し
てゲート電極２１をパターン形成後、層間絶縁膜２２を
形成し、フォトリソグラフィ工程により層間絶縁膜２２
及びゲート絶縁膜２０に半導体層１８のソース領域１８
ｂあるいはドレイン領域１８ｃに至るサイズ２０×２０
×０．４５μｍのスルーホール３３をエッチング形成す
る。すなわち図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２２
上に感光性樹脂からなるレジスト３４を塗布し、所定パ
ターンのフォトマスク３６を用いて露光する。

【００１７】次いでガラス基板１７を、薬液であるテト
ラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）からな
る現像剤に微粒子である直径３μｍの球状ミクロパール
（積水化学工業社製）を５ｇ／Ｌ混入してなるレジスト
現像液に６０秒浸すとともに超音波を照射して現像し、
図２（ｃ）に示すようにレジスト３４にスルーホール３
７を形成後、薬液であるフッ酸からなるエッチング剤に
微粒子である直径３μｍの球状ミクロパール（積水化学
工業社製）を混入してなるエッチング液を噴射して、図
２（ｄ）に示すようにレジスト３４をパターンマスクと
して層間絶縁膜２２及びゲート絶縁膜２０をエッチング
してスルーホール３３を形成する。この後薬液であるジ
メチルスルホキシド６０％、Ｎ−メチルピロリドン４０
％の剥離剤に微粒子である直径３μｍの球状ミクロパー
ルを５ｇ／Ｌ混入してなるレジスト剥離液によりレジス
ト３４を剥離後、金属膜を成膜し、更にパターン形成し
て図２（ｅ）に示すようにスルーホール３３を介して半
導体層１８に達するドレイン電極２３及びソース電極２
４を形成して、スイッチング素子１１を完成する。

【００１８】このレジスト３４のスルーホール３７形成
に用いる現像液、あるいは層間絶縁膜２２及びゲート絶
縁膜２０のスルーホール３３形成に用いるエッチング液
およびレジスト剥離液にはそれぞれ球状ミクロパールが
混入されていて、且つ、現像時あるいはエッチング時あ
るいはレジスト剥離時に、超音波により振動を受けた
り、噴射により流動される事から、現像液あるいはエッ
チング液によるスルーホール３７、３３の形成作用に加
え、スルーホール３７、３３内では、球状ミクロパール
による研磨作用が働き、スルーホール３７、３３内の残
渣にぶつかり、残渣を研磨除去して確実にパターン形成
する事となる。また、不要となったレジスト３４を確実
に剥離することができる。

【００１９】この球状ミクロパールによるスルーホール
３７、３３内での研磨作用は、液体中に微粒子が含まれ
ている場合、微粒子には平面的な膜面を削る能力はほと
んど無いものの、膜面上に凹部が形成されていると、凹
部に入り込んだ微粒子がその中で膜面に摺接して凹部内
を局所的に研磨するという、一般的に知られている現象
によるものである。

【００２０】次にアレイ基板１２上にカラーフィルタ層
２７を形成する場合、図３（ａ）に示すように、ガラス
基板１７のＴＦＴ１１上に先ず紫外線硬化型アクリル系
緑色レジスト液ＣＧＹ−Ｓ６２４Ｄをスピンナ塗布し、
続いて、約９０℃で約５分間プリベークして緑（Ｇ）色
の着色層２７bを成膜する。次いで所定パターンのフォ
トマスク４０を用いて緑（Ｇ）色の着色層２７bを１５
０ｍＪ／ｃｍ２の紫外線により露光する。ここで用いる
フォトマスク４０は、フィルタ層２７の緑色着色層２７
ｂ領域に対応するストライプ形状と、画素電極２８とス
イッチング素子１１との接続のためにスルーホール３０
として１５×１５μmのパターンを有している。

【００２１】続いて、約０．１重量％のＴＭＡＨ（テト
ラメチルアンモニウムハイドライド）からなる現像剤に
直径３μmの球状ミクロパール（積水化学工業社製）を
５ｇ／Ｌ混入してなるレジスト現像液に約６０秒間浸す
とともに超音波を照射して緑（Ｇ）色の着色層２７bを
現像し、図３（ｂ）に示すように緑色着色層２７ｂをス
トライプ状にパターン形成するとともに１５×１５×３
μｍのスルーホール３０をパターン形成する。更に水洗
い後、約２００℃で約１時間ポストベークをすることに
よって、カラーフィルタ層２７の緑色着色層２７ｂを形
成する。

【００２２】この緑色着色層２７ｂの現像時、現像液に
約３μｍの球状ミクロパールが混入されていて、且つ超
音波により振動を受けている事から、緑色着色層２７ｂ
は、図４に示すように、現像液による現像作用に加え、
スルーホール３０内では、球状ミクロパール４８による
研磨作用が働きスルーホール３０内の残渣を研磨除去し
て確実にパターン形成する事となる。この時球状ミクロ
パール４８により平面部が削られる事はほとんど無い。

【００２３】この後、赤色着色層２７ａ、青色着色層２
７ｃを前述の緑色着色層２７ｂの製造工程と同様の製造
工程にてパターン形成して、ストライプ状のカラーフィ
ルタ層２７を完成する。続いてカラーフィルタ層２７上
にスパッタリング法によりＩＴＯ膜を堆積後パターニン
グして画素電極２８を形成し、次いで黒色の紫外線硬化
型アクリル系レジストにより柱状スペーサ３１及びＢＭ
３１ａを形成する。その後ポリイミドからなる配向膜材
料を塗布後配向処理を施して配向膜１５ａを形成し、ア
レイ基板１２を得る。

【００２４】次に、対向基板１３にてスパッタリング法
によりＩＴＯを約１００ｎｍの厚さに堆積して対向電極
３２を形成し、続いてポリイミドからなる配向膜材料を
塗布後配向処理を施して配向膜１５ｂを形成し、対向基
板１３を得る。

【００２５】更に対向基板１３の外周周辺部に、液晶組
成物１４注入用の注入口（図示せず）を設けてシール材
１６を塗布後、アレイ基板１２及び対向基板１３をシー
ル材１６により貼り合わせて液晶セルを形成する。次に
カイラル材を添加した液晶組成物１４を、注入口からセ
ル内に真空注入後注入口を封止し、液晶セルの両面にそ
れぞれ偏光板４６、４７を貼り合わせて液晶表示素子１
０を完成する。

【００２６】このようにして製造された液晶表示素子１
０は、スルーホール３３、３０での導通不良が見られず
良好な表示を得られた。これに比し、（比較例１）とし
て、カラーフィルタ２７の形成時に、各着色層２７ａ〜
２７ｃをパターン形成するための現像剤に球状ミクロパ
ールを混入せずに現像工程を実施する以外は、本実施の
形態と全く同様にして液晶表示素子を作製したところ、
１０万画素に１つの割合でスルーホール３０の導通不良
を発生し、その表示品位が著しく低下した。

【００２７】このように構成すれば、レジスト３４を現
像し更に層間絶縁膜２２及びゲート絶縁膜２０をエッチ
ングして微細加工によるスルーホール３７、３３を形成
する際の現像剤あるいはエッチング剤中に球状ミクロパ
ールを混入して、それぞれ現像作用あるいはエッチング
作用とともに研磨作用により、スルーホール３７、３３
内の残渣を確実に除去出来、高精細なスルーホール３
７、３３のパターン形成を得られ、ひいては表示品位の
高い液晶表示素子１０を得られる。

【００２８】又、カラーフィルタ層２７の各着色層２７
ａ〜２７ｃをフォトリソグラフィ工程にて現像して微細
加工によるスルーホール３３を形成する際の現像剤中に
球状ミクロパールを混入して、現像作用とともに研磨作
用により、スルーホール３０内の残渣を確実に除去出
来、高精細なスルーホール３０のパターン形成を得ら
れ、ひいては表示品位の高い液晶表示素子１０を得られ
る。

【００２９】尚本発明は上記実施の形態に限られるもの
でなくその趣旨を変えない範囲での変更は可能である。
例えばレジスト現像液、エッチング液、又はレジスト剥
離液中の微粒子含有の割合は限定されないが、実験から
１〜１０ｇ／Ｌ程度が概ね適していることが明らかにな
った。これは微粒子の含有量が多すぎると微粒子が基板
上に残ることがごく希に発生する一方、少なすぎると凹
部内の残渣除去能力が弱まることによる。更に微粒子
は、微細加工を行う凹部の残渣を研磨可能であればその
サイズは任意であるが、余り大きいと不純物となり悪影
響を及ぼすおそれがある事から、３０μｍ以下であるこ
とが望ましい。

【００３０】更に、レジスト現像中、エッチング中、又
はレジスト剥離中に凹部内にて微粒子が流動して残渣を
研磨出来れば超音波を照射する必要が無く、これら処理
液を薄膜に噴霧したり、あるいは、レジスト現像液、エ
ッチング液、又はレジスト剥離液中にて基板を移動して
微粒子を流動する等しても良い。

【００３１】又本発明にてレジストを有する基板も任意
であり、各種半導体装置あるいはエレクトロルミネセン
ス等の平面表示素子に用いる基板等全く限定されない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ジスト現像液、エッチング液、又はレジスト剥離液を用
いて薄膜を微細加工する場合に、処理液中に混入される
微粒子が微細な凹部に入り込み凹部を研磨除去する事に
より、微細な凹部内にレジスト等の残渣を生じることな
く凹部を確実にパターン形成出来る。ひいては電子装置
を製造する際のパターン形成不良による導通不良を防止
出来電子装置の製造精度を向上出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の液晶表示素子を示す概略断面図
である。

【図２】本発明の実施の形態のスイッチング素子のパタ
ーン形成工程の一部を示し、（ａ）はその層間絶縁膜を
全面塗布した状態を示し、（ｂ）はそのフォトマスクを
用いて露光した状態を示し、（ｃ）はその現像後スルー
ホール３７をパターン形成した状態を示し、（ｄ）はそ
のエッチング後スルーホール３７を形成した状態を示
し、（ｅ）はそのドレイン電極及びソース電極を形成し
た状態を示す概略説明図である。

【図３】本発明の実施の形態のカラーフィルタ層のパタ
ーン形成工程の一部を示し、（ａ）はその緑色着色層に
フォトマスクを用いて露光した状態を示し、（ｂ）はそ
の緑色着色層を現像してスルーホールをパターン形成し
た状態を示す概略説明図である。

【図４】本発明の実施の形態にて緑色着色層のスルーホ
ールを球状ミクロパールで研磨する状態を示す概略説明
図である。

【符号の説明】

１０…カラー液晶表示素子１１…ＴＦＴ１２…アレイ基板１３…対向基板１４…液晶組成物１５ａ、１５ｂ…配向膜１６…シール剤１7…ガラス基板１８…半導体層２７…カラーフィルタ層２７ａ…赤色着色層２７ｂ…緑色着色層２７ｃ…青色着色層２８…画素電極３０…スルーホール３１…柱状スペーサ３１ａ…ブラックマスク３３…スルーホール３４…レジスト３６…フォトマスク３７…スルーホール４０…フォトマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F043 AA31 BB22 DD13 FF06 GG03 5F110 AA26 BB01 CC02 DD02 DD13 FF02 GG02 GG13 HL14 NN02 NN23 NN72 QQ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜を加工する薄膜処理液において、薬液中に微粒子が混入されていることを特徴とする薄膜
処理液。
【請求項２】前記薄膜処理液は、感光されたレジスト
を現像するレジスト現像液であることを特徴とする請求
項１記載の薄膜処理液。
【請求項３】前記薄膜処理液は、パターン状に存在す
るレジストを剥離するレジスト剥離液であることを特徴
とする請求項１記載の薄膜処理液。
【請求項４】前記薄膜処理液は、パターン状に存在す
るレジストをマスクとして前記レジストの下層に配置さ
れる薄膜をエッチングするエッチング液であることを特
徴とする請求項１記載の薄膜処理液。
【請求項５】薬液中に微粒子が混入された薄膜処理液
により薄膜を加工する工程を含むことを特徴とする薄膜
処理方法。
【請求項６】感光性レジストを形成する工程と、前記感光性レジストに所定のパターンで露光を行う工程
と、をさらに備え、前記薄膜を加工する工程は、露光された前記感光性レジ
ストを現像する工程であることを特徴とする請求項５記
載の薄膜処理方法。
【請求項７】感光性レジストを形成する工程と、前記感光性レジストに所定のパターンで露光を行う工程
と、露光された前記感光性レジストを現像する工程と、をさ
らに備え、前記薄膜を加工する工程は、現像された前記感光性レジ
ストを剥離する工程であることを特徴とする請求項５記
載の薄膜処理方法。
【請求項８】前記薄膜を加工する工程は、前記薄膜上
に所定のパターンに形成されたレジストをマスクとして
前記薄膜をエッチングする工程であることを特徴とする
請求項５記載の薄膜処理方法。