JP2006510068A - Ｌｃｄセルの成形構造の製造およびそのためのマスク - Google Patents
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Abstract
液晶ディスプレイセルに成形構造を形成する方法は、感光層（６）をトランジスタプレート（２）に塗布することと、グレー階調フォトマスク（７，２１）を使用してフォトリソグラフィック工程において感光層に成形構造を形成することと、を含む。このマスクは少なくとも一つの半透過材料の領域（８，１６，１８）を具備し、その透過度は材料の光バンドギャップに依存する。
Description
本発明は、液晶ディスプレイの製造とその形体に関する。特に、本発明は、半透明マスクを使用して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）セルに成形構造(shaped structure)を形成する方法に関する。
そのようなＬＣＤの成形構造の一例は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）反射型アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（反射型ＡＭＬＣＤ）において使用されるような拡散反射型画素電極である。これは一般に不規則な上面トポグラフィ(topography)を使用して形成されるので、反射金属層、通常はアルミニウムまたは銀、で覆われたとき、入射光はＬＣＤの視野エリアの一面に分散される。重要なことは、この分散が、実質的に広い視野エリアをもつこととその視野エリア内で適切な反射光の輝度を有することの兼ね合いを考慮するため制御されることである。この不規則な表面を形成する一つの知られた方法は、最初に感光層をＡＭＬＣＤのＴＦＴプレートに塗布する。この層は次に従来のフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターニングされ、ＴＦＴプレートの各電極の表面上に多数のマイクロバンプを形成する。これにより、急勾配の側面をもつアイランドを備えた表面トポグラフィが得られ、それは次にリフローが生ずるように加熱され、より湾曲した表面トポグラフィが準備され、その表面トポグラフィが反射型金属コーティングで覆われる。
米国特許第６，１６３，４０５号に開示されるような拡散反射型画素電極を形成するより複雑な方法では、マイクロバンプを形成する前に、少なくとも一つの斜面がＴＦＴプレート上の画素電極の表面に取り入れられる。このようにして、光は、ＴＦＴプレートに対して垂直ではないことがある好ましい視野エリアへ反射される。このタイプの傾斜型拡散反射器は、拡散マイクロ傾斜反射器（ＤＭＳＲ）と呼ばれる。
米国特許第６，１６３，４０５号は、画素電極上にこのような傾斜した表面を形成し、不規則なマイクロバンプをその上に形成するフォトリソグラフィを含むいくつかの方法を開示する。開示された主要な方法は、フォトリソグラフィの多重露光シフト方法の一部として単一のフォトマスクを多数回使用することにより、様々な高さをもつ不規則な隆起を生成することに関連する。フォトマスクは、小さい紫外線透過スロットを除いて紫外線不透過であるマスクの上に並べられる。紫外線光は次にマスクを通して、画素電極に塗布された感光材料層へ向けられる。ポジ型フォトリソグラフィでは、紫外線光は感光材料を露光するため使用され、露光されたエリアは現像段階中に取り除かれる。逆に、ネガ型フォトリソグラフィは、現像段階中に、紫外線光が照射されなかった感光材料のエリアを取り除く。
ある紫外線強度の紫外線照射後、透明スロットを備えたマスクは少しだけシフトされ、さらなる露光ステップが、異なる紫外線強度または露光時間で実行される。これは何回も実行されるので、現像後に、画素電極表面は、その表面トポグラフィ上に不規則な階段状の隆起線が残される。さらなるマスクが、次に、稜の表面上にマイクロバンプを作成するため使用され、マイクロバンプは次にリフローをプロパゲート（ｐｒｏｐａｇａｔｅ）するため加熱される。これは、ＤＭＳＲ画素電極に最適化された視野エリアを提供する。しかし、ＬＣＤディスプレイの生産において、多重紫外線露光は非常に時間がかかりコスト高である。さらに、ＡＭＬＣＤ工場で使用される標準的なフォトリソグラフィックアライナーは、一般に多重露光シフトのための設備を備えていない。したがって、米国特許第６，１６３，４０５号に開示されたこの特有の多重露光方法は、ＬＣＤディスプレイの大量生産での使用のためには非現実的である。
米国特許第６，１６３，４０５号に開示された別の方法は、中間調マスクとしても知られるグレー階調マスクを使用する。これは、光に対して少なくとも一つの半透明性を示すエリアを有するフォトマスクである。その結果として、設定露光時間に亘ってある一定の強度の紫外線がこのマスクを通して加えられ、感光材料の多数の露光レベルを生成することが可能である。たとえば、感光材料で覆われ、グレー階調マスクを通して１回の紫外線照射を受けたＬＣＤのための基板は、現像されると、フォトリソグラフィの多重露光シフト方法を使用して作成されたものと同じ多重レベル表面トポグラフィを有する。
グレー階調フォトマスクを生産するための一つの方法は、透過アパーチャの精細なパターンを、そうしなければ不透過であり、紫外線透過量を部分的に削減するマスクの上に作成する。さらに、マスクを透過する光は回折され、したがって、分散されるので、感光材料を露光するため使用されるとき、かなり均一な露光が実現される。アパーチャのサイズを変えることにより、様々なパーセンテージの紫外線光がマスクを通過させられる。これらのタイプのグレー階調マスクは、殆ど任意の形状で生産することが可能である。しかし、それらの主要な欠点は、たとえば、ＬＣＤの拡散反射型画素電極を生産するときのように２μｍ未満の非常に小さい形状が要求されるとき、それらを生産するために非常に高いコストがかかることである。さらに、マスク上の形体のエッジにおける回折は、その形体の鮮明さを不足させるので、マスクの精度が制限される。これらの欠点のため、回折マスクの使用が産業上のある種の応用で非現実的になる。
本発明は、フォトリソグラフィック生産工程において水素化されたシリコンリッチ窒化ケイ素のような材料と共にグレー階調フォトマスクを使用するＡＭＬＣＤセルの成形構造体の生産に伴うコストを削減する方法を提案する。シリコンリッチ窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）マスクは、小さい形状が要求されるときでも比較的安価に生産できる。
本発明の一態様によれば、装置プレート（たとえば、トランジスタプレート）に成形構造体を形成する方法であって、感光層を上記プレートに塗布することと、少なくとも一つの半透過材料の領域を具備し、上記材料がその材料の光バンドギャップに依存するある程度の透過度を有するグレー階調フォトマスクを使用してフォトリソグラフィック工程において感光層に成形構造体を形成することと、を含む方法が提供される。
本発明は、さらに、上記フォトリソグラフィック工程においてこのようなフォトマスクを使用し、上記液晶ディスプレイの拡散反射型画素電極のための不規則な表面トポグラフィを生成する方法を提供する。上記液晶ディスプレイの上記拡散反射型画素電極のための上記表面トポグラフィは多数の厚さの度合いを有する。
グレー階調フォトマスクで使用される材料領域は、水素化されたシリコンリッチ窒化ケイ素ＳｉＮｘ：Ｈであり、ただし、ｘは１未満である。
本発明による有利な特徴は特許請求の範囲に記載される。これらの特徴およびその他の特徴は、添付図面を参照して、一例として、以下に記載される本発明の具体的な実施形態において説明される。
図１ａ〜１ｅは、ＳｉＮｘグレー階調マスクを使用して、ＡＭＬＣＤで使用する拡散反射型画素電極の生産方法の一実施形態を示す。本実施例では、ＡＭＬＣＤは拡散マイクロ傾斜反射（ＤＭＳＲ）形体の無いマイクロバンプを組み込む。
図１ａは、図１ｂ〜１ｅに製造工程が表された拡散反射型ＴＦＴ電極を組み込むアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）装置を示す。液晶１はＴＦＴプレート２とガラス基板３との間に介挿される。また、赤画素、緑画素および青画素の配列を設けるため、赤領域、緑領域および青領域のパターンに並べられたカラーフィルタ層４が表されている。ＴＦＴ５は行電極および列電極（図示せず）によって切り換えられる。
図１ｂは、感光性ポリマー６の層が塗布された後に、ＡＭＬＣＤで使用されるようなＴＦＴ画素電極プレート２の断面図である。このポリマーは、ポリイミド、アクリル、または、フォトレジストのような材料で構成される。一実施例では、使用された材料はＨＤマイクロシステムズによって生産されるようなポジ型階調の水性現像型感光性ＨＤ−８００１ポリイミドであった。これはスピニングまたはスクリーン印刷のような既知の方法を使用して塗布される。また、図１ｂには、生産工程におけるフォトリソグラフィック段階の間に利用されるＳｉＮｘグレー階調マスク７が示されている。このマスクは、半透過ＳｉＮｘ層８と不透過クロム層９の紫外線透過マスク基板１０への堆積によって形成される。マスクの領域１０Ａは層８または９で覆われないので、紫外線光を通す。
マスク７はＴＦＴプレートと位置を合わせて設置され、紫外線光は、ＴＦＴプレート２上の感光性ポリイミドコーティング６を露光するため、ＴＦＴプレートを通る方向へ向けられる。図１ｃは工程におけるこの段階を表し、紫外線照射後にポリシリコンの露光領域１１が生じたＴＦＴプレート２を示す。マスクのクロム領域の直下にあるポリシリコンのエリアは、クロムの不明瞭な特性のために、露光されない。これらは、図面に０％Ｔｒとマークされ、紫外線の透過率は０％と示される。領域１０Ａのようなマスクの紫外線透過領域の直下にある感光性ポリイミドのエリアは十分に露光され、ＳｉＮｘ領域８の下にあるこれらのエリアは、たとえば、３５％Ｔｒとしてマークされるように部分的に露光され、その露光量は使用されたＳｉＮｘの光学特性に依存する。このフォトリソグラフィック工程は、マイクロバンプ１２とＴＦＴ電極５への接続用のバイア１３とを画成するため使用される。ポジ型フォトリソグラフィにおいて、紫外線照射量に依存した一定の厚さの露光された感光性ポリイミド６は次に現像段階で取り除かれる。
図１ｄは、感光性ポリイミド６の現像段階後のＴＦＴプレートの断面図である。ポリイミドの露光エリア１１は取り除かれたところであり、ポリイミドの表面トポグラフィは、今度はマイクロバンプ１２と、画素電極５の接触のためのバイア１３の形体を表す。
図１ｅは生産の最終段階後のＴＦＴプレートを示す。このプレートは、最初に、マイクロバンプ１２に丸みを付けるリフローを起こすため加熱され、拡散反射型画素電極のために必要なトポグラフィをマイクロバンプに与える。次に、アルミニウムまたは銀のような高反射金属層１４がスパッタリングのような方法においてＴＦＴプレートの表面に塗布される。
ＳｉＮｘグレー階調マスクは、ＳｉＮｘ：Ｈを水晶プレートのような紫外線透過基板へプラズマ堆積することにより形成される。一実施例では、ＲＦ容量結合プラズマ堆積が１３．５６ＭＨｚ、摂氏２００〜３５０度の範囲内の温度、および、５０〜２００パスカルの範囲内の圧力で実行された。その他の周波数、温度および圧力も使用できる。好ましい蒸着ガスは、シラン、アンモニア、窒素および水素の混合物であるが、その他の混合物を使用してもよい。堆積された特有の層内の窒素の割合ｘは、０．００１から１．４まで変化し、その結果として、材料の光バンドギャップが１．７ｅＶから６．０ｅＶまで増加する。好ましくは、使用される割合ｘは、２．１ｅＶ〜２．５ｅＶのバンドギャップに関連した０．２〜０．６である。図２は、堆積工程で使用されたＳｉＨ４（シランガス）に対するＮＨ３（アンモニアガス）の比に従ってプラズマ堆積したＳｉＮｘの層によって示される光バンドギャップＥｏｐｔのグラフである。
特定の光バンドギャップのＳｉＮｘをグレー階調マスクに組み込むことにより、特定の紫外線光透過度が観察される。図３は、３種類のＳｉＮｘの層Ａ、ＢおよびＣによって示された透過度を紫外線の波長に従って示すグラフである。層ＡのＳｉＮｘの光バンドギャップおよび層Ｂの光バンドギャップは２．１４ｅＶである。Ｃで表された層は、Ａの１層とＢの１層の組み合わせの光バンドギャップをもつ。典型的に、紫外線処理は、図３に示されるように、水銀光のｇ、ｈまたはｉの基線を使用する。
図４は、それぞれが２．３ｅＶの光バンドギャップをもち、厚さを増加させて堆積させられたＳｉＮｘの３層Ｄ、ＥおよびＦの透過特性を表すグラフである。層Ｄの厚さは６０ｎｍであり、層Ｅは６６ｎｍであり、層Ｆは７８ｎｍである。ＳｉＮｘ層の透過特性に僅かに影響を与えるが、厚さが与える影響は、特に、ｈ線波長の紫外線光に対して、光バンドギャップよりもかなり小さい。これはＳｉＮｘグレー階調マスクの低コスト生産に貢献するが、その理由は堆積厚に関する高い精度が重大ではないからである。
図５は本発明で使用されるようなＳｉＮｘフォトマスクの製造工程の一実施例を示す。第１段階において、紫外線透過基板１５へのプラズマ堆積が、６０ｎｍの厚さと２．１４ｅＶの光バンドギャップをもつ第１のＳｉＮｘ層１６を形成するため使用される。紫外線光のｈ線を使用すると、この層は、３５％の紫外線透過率を有し、或いは、光バンドギャップが２．３ｅＶであるＳｉＮｘ層と組み合わせて使用されるときには、２３％の紫外線透過率を有する。したがって、その層は、次に、既知の技術を使用してパターニングされ、３５％または２５％の透過率が要求される領域だけをそのまま残す。図５ａはＳｉＮｘフォトマスクの生産のこれらの第１段階後のマスクの断面図である。
マスクの生産工程のさらなる段階において、クロム層１７が基板１５に堆積され、パターン付けされる。クロムは０％の紫外線透過率が要求されるマスクの領域に残される。その上、クロムは３５％の紫外線透過率が要求される領域にも、すなわち、前に堆積したＳｉＮｘ層１６の上に残される。これは、さらなるＳｉＮｘ層が堆積させられるとき、クロム層１７が第１のＳｉＮｘ層１６へのシールド層として働くように行われる。得られたマスクは図５ｂに示されている。
図５ｃは、厚さが６０ｎｍであり、光バンドギャップが２．３ｅＶである第２のＳｉＮｘ層１８の堆積およびパターン付け後のマスクの断面図である。これは２３％または５４％の透過率が要求されるマスクの領域に残され、２３％は第１のＳｉＮｘ層１６と組み合わされたこのＳｉＮｘ層１８によって実現される。
図５ｄはクロム層１７の第２のパターニング後のマスクの断面図である。これは、３５％の透過率が要求される領域、すなわち、第１のＳｉＮｘ層１６が定積した領域を照射するため行われる。マスクはここで完成し、本実施例では、図５ｄに示されるように０％、２３％、３５％、５４％および１００％の５種類の透過特性を有する。
図６ａ〜６ｃは、ＴＦＴ ＡＭＬＣＤのためのＤＭＳＲ（拡散マイクロ傾斜反射器）画素電極を生成するため、ＳｉＮｘフォトマスクを組み込む方法を示す。既に説明したように、第１の段階は感光性材料層１９の予め準備されたＴＦＴプレート２０への塗布に関連する。本実施例では、層１９はＨＤマイクロシステムズ製ＨＤ−８００１であり、約２μｍのポリイミド厚を生成するため、従来の約５００〜３０００ｒｐｍのスピンコーティングの技術を使用して塗布される。図５のフォトマスクと類似したフォトマスク２１は、次に、ＴＦＴプレートと位置を合わせて設置され、紫外線光は感光性ポリイミド１９を照射するためフォトマスクを通される。工程におけるこの段階は図６ａに示され、露光領域２２はフォトマスク２１を通る紫外線光透過率に依存する。フォトマスク上の層は、クロム１７、３５％の透過率をもつ第１のＳｉＮｘ層１６、および、５４％の透過率をもつ第２のＳｉＮｘ層１８である。上述のように、２種類のＳｉＮｘ層の組み合わせは２３％の透過率を提供する。本実施例においてＤＭＳＲ画素のマイクロバンプを画成するフォトマスク上の形体は、上方から見たときに四角形であり、約２μｍの幅である。図６ａの領域のようなそれぞれの傾斜領域は本実施例では約５μｍの長さを有する。
図６ｂは、露光ポリイミドの現像と、リフローを起こすためのさらなる加熱工程の後のＴＦＴプレートの断面図である。これにより、丸みが付けられたマイクロバンプを有し、さらに、バンプ２３、２４および２５を徐々に高くさせる傾斜した形体を有する反射画素電極の表面トポグラフィが得られる。本実施例の最終段階では、銀を用いても構わないが、高反射アルミニウム層２６がスパッタリングの工程を使用してＴＦＴプレートに塗布される。得られたＤＭＳＲ画素電極は図６ｃに示されている。
図７ａは、製造のある段階におけるＤＭＳＲ画素電極の断面図を表す。フォトリソグラフィック露光段階が実行され、感光性ポリイミドの現像が次に生じている。本実施例では、ＴＦＴプレート２５には、このとき、２８、２９、３０および３１として表されるように４種類の厚さのポリイミドが残っている。画素電極３２の平面図は図７ｂに示され、そのレイアウトを表示する。マイクロバンプ３３のそれぞれは、本実施例では四角形であるが、その他の多角形または円形のような形状を使用してもよい。また、満足できるＬＣＤの視野エリアが与えられるように、１画素３２ごとのマイクロバンプ３３をさらに多数にしてもよい。
以上の開示内容を読むことにより、その他の変形および変更が当業者にとって明白であろう。このような変形および変更は、フォトマスクの設計、製造および使用において既に知られ、本明細書中に記載された特徴に代えて、若しくは、加えて使用される等価的な特徴およびその他の特徴を含む。
Claims (11)
- 装置プレートに成形構造を形成する方法であって、
感光層を前記プレートに塗布し、
材料の光バンドギャップに依存する透過度を有する少なくとも一つの半透過材料の領域を備えたグレー階調フォトマスクを使用してフォトリソグラフィック工程において前記感光層に前記成形構造体を形成する、
ことを含む方法。 - 前記グレー階調フォトマスクに使用される前記材料の領域が、ｘは１未満であるとして、水素化されたシリコンリッチ窒化ケイ素ＳｉＮｘ：Ｈであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
- 液晶ディスプレイセルに前記成形構造体を形成する前に、
前記半透過材料の領域を紫外線透過基板に形成するため、前記半透過材料の層を堆積し、
前記半透過材料をパターニングし、
紫外線不透過材料の層を前記基板に堆積し、
前記紫外線不透過材料の層をパターニングし、
前記フォトマスクを形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。 - 半透過材料の第２の領域を前記紫外線透過基板に形成するため、当該材料の光バンドギャップに依存し、第１の材料とは異なる透過度を有する第２の半透過材料の層を堆積し、
前記第２の半透過材料をパターニングすることを特徴とする、
請求項３に記載の方法。 - 前記紫外線不透過材料の層に再度パターニングすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
- 前記紫外線不透過材料がＣｒであることを特徴とする、請求項３、４または５に記載の方法。
- 前記フォトマスクが液晶ディスプレイの拡散反射型画素電極のための不規則な表面トポグラフィを生成するため前記フォトリソグラフィック工程において使用されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液晶ディスプレイの前記拡散反射型画素電極のための前記表面トポグラフィが多数の厚さのレベルを有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
- 前記装置プレートを含むＡＭＬＣＤを形成することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法によって製造されたことを特徴とする、液晶ディスプレイ装置。
- 請求項１に記載の方法で使用するため作られたマスク。
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