JP2011197378A - 電気光学装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した電気光学特性を有する電気光学装置を製造可能な電気光学装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本適用例の電気光学装置の製造方法は、基板上に画素回路と、画素回路を駆動制御する駆動回路とを形成するステップS1〜ステップS5と、画素回路および駆動回路を構成する構造物上に第1層間絶縁膜を形成するステップS6と、第1層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分の第1層間絶縁膜の表面に少なくとも1つの凹部を形成するステップS7と、凹部が形成された第1層間絶縁膜に平坦化処理を施すステップS8と、を備えた。
【選択図】図6
【解決手段】本適用例の電気光学装置の製造方法は、基板上に画素回路と、画素回路を駆動制御する駆動回路とを形成するステップS1〜ステップS5と、画素回路および駆動回路を構成する構造物上に第1層間絶縁膜を形成するステップS6と、第1層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分の第1層間絶縁膜の表面に少なくとも1つの凹部を形成するステップS7と、凹部が形成された第1層間絶縁膜に平坦化処理を施すステップS8と、を備えた。
【選択図】図6
Description
本発明は、電気光学装置の製造方法に関する。
上記電気光学装置の製造方法として、基板上の画像表示領域に設けられたデータ線、走査線、スイッチング素子および該画像表示領域の周辺領域に設けられた駆動回路の上に層間絶縁膜を形成する工程と、周辺領域に形成された該層間絶縁膜のうち、少なくとも該駆動回路の形成領域に対応して形成された部分にエッチングを実施する工程と、周辺領域と画像表示領域双方の層間絶縁膜に平坦化処理を実施する工程とを含む電気光学装置の製造方法が知られている(特許文献1)。
通常、回路素子やこれに繋がる配線を含む駆動回路などの構造物が設けられた領域は、画素電極や画素電極のスイッチング素子などの構造物が設けられた領域に比べて、該構造物の形成密度が大きくなる。それゆえに、これらの上に層間絶縁膜を形成しても、積層構造の高さの相違が発生し、その後にCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理などの平坦化処理を施しても、駆動回路の形成領域に対応した段差が残存して、画像表示領域において表示すべき画像の周囲に色ムラや表示ムラを発生させていた。
これに対して、特許文献1の電気光学装置の製造方法によれば、少なくとも駆動回路の形成領域に対応して形成された層間絶縁膜の部分にエッチングを実施し、該積層構造における高さの相違を小さくしてから平坦化処理を実施するので、画像表示領域と周辺領域の双方にわたって、極めて優れた平坦性を有する平面を実現できるとしている。
これに対して、特許文献1の電気光学装置の製造方法によれば、少なくとも駆動回路の形成領域に対応して形成された層間絶縁膜の部分にエッチングを実施し、該積層構造における高さの相違を小さくしてから平坦化処理を実施するので、画像表示領域と周辺領域の双方にわたって、極めて優れた平坦性を有する平面を実現できるとしている。
上記特許文献1の電気光学装置の製造方法では、平坦化処理前の層間絶縁膜の表面における高さの相違を小さくし、CMP処理において処理面に対する研磨パッドの圧力を一定としても、研磨パッドが接触する部分の面積によって研磨速度が変化することなどから、CMP処理後に該高さの相違の傾向がまだ残ってしまい、十分な平坦性を確保できないおそれがあるという課題がある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例の電気光学装置の製造方法は、画素回路と、前記画素回路を駆動制御する駆動回路とを形成する第1工程と、前記画素回路および前記駆動回路を構成する構造物上に層間絶縁膜を形成する第2工程と、前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分の前記層間絶縁膜の表面に少なくとも1つの凹部を形成する第3工程と、前記凹部が形成された前記層間絶縁膜に平坦化処理を施す第4工程と、を備えたことを特徴とする。
構造物上に形成された層間絶縁膜は、構造物の影響を受けて基板上における高さが変化し、その表面に段差が生ずる。この方法によれば、平坦化処理を施す前に、高さが他の部分に比べて高い部分の層間絶縁膜の表面に少なくとも1つの凹部を形成するので、平坦化処理における研磨パッドと層間絶縁膜との接触面積は凹部が形成された高さが高い部分では他の部分に比べて小さくなる。したがって、接触面積が小さいほど研磨速度が上昇するため、層間絶縁膜の高さが高い部分は他の部分に比べて早く研磨が進む。それゆえに、平坦化処理後に初期段階で生じていた段差の影響を少なくして、表面が平坦な層間絶縁膜を形成することができる。平坦な層間絶縁膜が形成されることにより、安定した電気光学特性を有する電気光学装置を製造することができる。
[適用例2]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第3工程においては、前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分ほど深さが深くなる複数の前記凹部を形成することが好ましい。
この方法によれば、層間絶縁膜の高さの分布に対応して深さが深くなる複数の凹部を形成するので、平坦化処理後に、表面がより平坦な層間絶縁膜が得られる。
この方法によれば、層間絶縁膜の高さの分布に対応して深さが深くなる複数の凹部を形成するので、平坦化処理後に、表面がより平坦な層間絶縁膜が得られる。
[適用例3]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第3工程においては、前記構造物の平面的な配置情報と高さ情報とに基づいて、深さが異なる複数の前記凹部を形成することが望ましい。
この方法によれば、基板上における層間絶縁膜の高さは、基板上における構造物の平面的な配置と高さの影響を受けるので、該配置情報と該高さ情報とに基づいて凹部を形成すれば、平坦化処理において平坦化が必要な層間絶縁膜の部分を特定して、適正な位置に凹部を形成することができる。
この方法によれば、基板上における層間絶縁膜の高さは、基板上における構造物の平面的な配置と高さの影響を受けるので、該配置情報と該高さ情報とに基づいて凹部を形成すれば、平坦化処理において平坦化が必要な層間絶縁膜の部分を特定して、適正な位置に凹部を形成することができる。
[適用例4]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記画素回路は、画素電極と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された信号線とを含み、前記駆動回路は、前記信号線を経由して前記スイッチング素子に制御信号を送る信号線駆動回路を含み、前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記画素回路が形成された領域または前記駆動回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することが望ましい。
基板上においてスイッチング素子を含む画素回路や駆動回路が設けられた領域の上に形成された層間絶縁膜は他の部分に比べて高さが高くなり易い。この方法によれば、平坦化が必要な画素回路または駆動回路が設けられた領域の上の層間絶縁膜に凹部を形成して、平坦化処理することにより、より平坦な層間絶縁膜を形成することができる。
基板上においてスイッチング素子を含む画素回路や駆動回路が設けられた領域の上に形成された層間絶縁膜は他の部分に比べて高さが高くなり易い。この方法によれば、平坦化が必要な画素回路または駆動回路が設けられた領域の上の層間絶縁膜に凹部を形成して、平坦化処理することにより、より平坦な層間絶縁膜を形成することができる。
[適用例5]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第1工程においては、前記スイッチング素子に対して平面的に重なるように前記信号線を形成して、前記信号線により平面的に区分された領域に透明性を有する前記画素電極を形成し、前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記駆動回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することが望ましい。
透明性を有する画素電極を備えた電気光学装置は透過型であって、より大きな開口率を確保する観点からスイッチング素子やこれにつながる信号線は画素電極と極力重ならないように配置することが望ましい。そうすると、画素電極の下層には画素回路を構成する他の構造物が配置されないので、駆動回路に比べて構造物の配置密度が低下し易い。この方法によれば、画素回路よりも構造物の配置密度が高い駆動回路の上の層間絶縁膜に少なくとも1つの凹部を形成してから平坦化処理を行う。したがって、画素回路が形成された領域と同等な水準で駆動回路が形成された領域の層間絶縁膜を平坦化できる。
透明性を有する画素電極を備えた電気光学装置は透過型であって、より大きな開口率を確保する観点からスイッチング素子やこれにつながる信号線は画素電極と極力重ならないように配置することが望ましい。そうすると、画素電極の下層には画素回路を構成する他の構造物が配置されないので、駆動回路に比べて構造物の配置密度が低下し易い。この方法によれば、画素回路よりも構造物の配置密度が高い駆動回路の上の層間絶縁膜に少なくとも1つの凹部を形成してから平坦化処理を行う。したがって、画素回路が形成された領域と同等な水準で駆動回路が形成された領域の層間絶縁膜を平坦化できる。
[適用例6]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第1工程においては、前記スイッチング素子の近傍に前記信号線を形成して、前記スイッチング素子と前記信号線とに平面的に重なるように光反射性の前記画素電極を形成し、前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記画素回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することが望ましい。
光反射性を有する画素電極を備えた電気光学装置は反射型であって、画素電極の下層に画素回路を構成する他の構造物が配置されていても、開口率に影響を及ぼさない。言い換えれば、光反射性を有する画素電極の下層に他の構造物を配置することが望ましく、画素回路は、駆動回路に比べて構造物の配置密度が高くなり易い。この方法によれば、駆動回路よりも構造物の配置密度が高い画素回路の上の層間絶縁膜に少なくとも1つの凹部を形成してから平坦化処理を行う。したがって、駆動回路が形成された領域と同等な水準で画素回路が形成された領域の層間絶縁膜を平坦化できる。
光反射性を有する画素電極を備えた電気光学装置は反射型であって、画素電極の下層に画素回路を構成する他の構造物が配置されていても、開口率に影響を及ぼさない。言い換えれば、光反射性を有する画素電極の下層に他の構造物を配置することが望ましく、画素回路は、駆動回路に比べて構造物の配置密度が高くなり易い。この方法によれば、駆動回路よりも構造物の配置密度が高い画素回路の上の層間絶縁膜に少なくとも1つの凹部を形成してから平坦化処理を行う。したがって、駆動回路が形成された領域と同等な水準で画素回路が形成された領域の層間絶縁膜を平坦化できる。
[適用例7]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第3工程においては、前記構造物の平面的な配置情報と高さ情報とに基づいて、前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分ほど開口面積が大きくなる複数の開口部を有するレジスト膜を前記層間絶縁膜の上に形成する工程と、前記レジスト膜を介して前記層間絶縁膜をドライエッチングする工程とを含むことが望ましい。
この方法によれば、ドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を利用して、レジスト膜に形成された開口部の開口面積が大きいほど、深さが深い凹部を形成することができる。つまり、層間絶縁膜の高さが他の部分よりも高い部分に対応してレジスト膜に開口部を設けると、開口部の開口面積に応じた深さを有する凹部を形成することができる。言い換えれば、平坦化が必要な部分に異なる深さを有する複数の凹部をほぼ同時に形成することができる。
また、ドライエッチングを用いて層間絶縁膜をエッチングすれば、深さ方向において開口面積が一定した凹部を形成することができ、深さが異なる複数の凹部を研磨が必要な層間絶縁膜の部分に形成することによって、平坦化処理における研磨パッドが接触する面積を段階的に増えるように制御することが容易となる。つまり、平坦化処理における研磨速度のばらつきを抑えて、より平坦な層間絶縁膜を形成できる。
この方法によれば、ドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を利用して、レジスト膜に形成された開口部の開口面積が大きいほど、深さが深い凹部を形成することができる。つまり、層間絶縁膜の高さが他の部分よりも高い部分に対応してレジスト膜に開口部を設けると、開口部の開口面積に応じた深さを有する凹部を形成することができる。言い換えれば、平坦化が必要な部分に異なる深さを有する複数の凹部をほぼ同時に形成することができる。
また、ドライエッチングを用いて層間絶縁膜をエッチングすれば、深さ方向において開口面積が一定した凹部を形成することができ、深さが異なる複数の凹部を研磨が必要な層間絶縁膜の部分に形成することによって、平坦化処理における研磨パッドが接触する面積を段階的に増えるように制御することが容易となる。つまり、平坦化処理における研磨速度のばらつきを抑えて、より平坦な層間絶縁膜を形成できる。
[適用例8]上記適用例の電気光学装置の製造方法において、前記第3工程においては、複数の前記凹部のうち最も深い凹部の深さが前記層間絶縁膜の最大の段差に対してほぼ同じ値またはやや大きな値となるように前記レジスト膜における前記開口部の前記開口面積を設定することが望ましい。
この方法によれば、構造物の配置と高さに起因する層間絶縁膜の高さ分布における傾向が平坦化処理後に残らないように、層間絶縁膜を平坦化することができる。
この方法によれば、構造物の配置と高さに起因する層間絶縁膜の高さ分布における傾向が平坦化処理後に残らないように、層間絶縁膜を平坦化することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。
なお、以下の形態において、「○○上に」と記載された場合、○○の上に接するように配置される場合、または○○の上に他の構成物を介して配置される場合、または○○の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
(第1実施形態)
<電気光学装置>
まず、本実施形態の電気光学装置の1例として液晶装置を挙げ、図1〜図3を参照して説明する。図1(a)は液晶装置の構成を示す概略平面図、同図(b)は(a)のF−F’線で切った液晶装置の構造を示す概略断面図、図2は液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図、図3(a)はマザー基板を示す概略図、同図(b)はマザー基板における素子基板の面付け状態を示す拡大平面図である。
なお、本実施形態の液晶装置は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)のライトバルブとして好適に用いられるものである。
<電気光学装置>
まず、本実施形態の電気光学装置の1例として液晶装置を挙げ、図1〜図3を参照して説明する。図1(a)は液晶装置の構成を示す概略平面図、同図(b)は(a)のF−F’線で切った液晶装置の構造を示す概略断面図、図2は液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図、図3(a)はマザー基板を示す概略図、同図(b)はマザー基板における素子基板の面付け状態を示す拡大平面図である。
なお、本実施形態の液晶装置は、後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)のライトバルブとして好適に用いられるものである。
図1(a)および(b)に示すように、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置100は、一対の基板としての素子基板10および対向基板20と、これら一対の基板によって挟持された電気光学素子としての液晶層50とを有する。
素子基板10は、例えば透明な石英基板あるいは不透明なシリコン基板を用いることができる。サイズは対向基板20よりも大きく、対向基板20の1辺部側に突出した端子部10aを有する。
対向基板20は、透明な例えば石英基板を用いることができる。両基板は、シール40を介して接合され、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層50を構成している。具体的には、一対の基板のいずれか一方に額縁状にシール40を配置した後に、シール40が配置された方の基板を下方にして両基板を減圧雰囲気下に対向配置する。そして、シール40の内側に所定量の液晶を滴下した後に、両基板を重ね合わせて接合するODF(One Drop Fill)方式によって液晶が封入されている。なお、液晶を封入する方法はODFに限るものではなく、シール40に注入口を設けて液晶を注入した後に、該注入口を封止する方式であってもかまわない。
素子基板10は、例えば透明な石英基板あるいは不透明なシリコン基板を用いることができる。サイズは対向基板20よりも大きく、対向基板20の1辺部側に突出した端子部10aを有する。
対向基板20は、透明な例えば石英基板を用いることができる。両基板は、シール40を介して接合され、その隙間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層50を構成している。具体的には、一対の基板のいずれか一方に額縁状にシール40を配置した後に、シール40が配置された方の基板を下方にして両基板を減圧雰囲気下に対向配置する。そして、シール40の内側に所定量の液晶を滴下した後に、両基板を重ね合わせて接合するODF(One Drop Fill)方式によって液晶が封入されている。なお、液晶を封入する方法はODFに限るものではなく、シール40に注入口を設けて液晶を注入した後に、該注入口を封止する方式であってもかまわない。
額縁状に配置されたシール40の内側には、複数の画素Pがマトリックス状に配置された画素領域Eが設けられている。また、画素領域Eとシール40との間には、素子基板10の端子部10aに沿って信号線駆動回路としてのデータ線駆動回路101が設けられている。該端子部10aと直交し互いに対向する他の2辺部に沿って同じく信号線駆動回路としての走査線駆動回路102が設けられている。該端子部10aと対向する他の1辺部に沿って検査回路103が設けられている。これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路102、検査回路103を周辺回路と呼ぶ。
周辺回路のうちデータ線駆動回路101と走査線駆動回路102とにそれぞれ電気的に接続された配線105aが端子部10aに配列した複数の外部接続用端子104にそれぞれ接続している。また、2つの走査線駆動回路102を繋ぐ複数の配線105bが該端子部10aと対向する他の1辺部に沿って検査回路103との間に設けられている。
周辺回路のうちデータ線駆動回路101と走査線駆動回路102とにそれぞれ電気的に接続された配線105aが端子部10aに配列した複数の外部接続用端子104にそれぞれ接続している。また、2つの走査線駆動回路102を繋ぐ複数の配線105bが該端子部10aと対向する他の1辺部に沿って検査回路103との間に設けられている。
同図(b)に示すように、素子基板10の液晶層50側の表面には、画素Pごとに設けられた画素電極15と、画素電極15の電気的な制御に係るスイッチング素子としての薄膜トランジスター(Thin Film transistor;TFT)30と、TFT30に繋がる信号線類と、画素電極15を覆う配向膜18とが形成されている。
対向基板20の液晶層50側の表面には、額縁状の見切り部21と、見切り部21を覆う平坦化層22と、平坦化層22を覆うように成膜された共通電極23と、共通電極23を覆う配向膜24とが形成されている。
見切り部21は、遮光性を有する例えば、NiやCrなどの金属材料またはその酸化物などの金属化合物や、遮光性の顔料などを含有した樹脂材料を用いて形成されている。
また、素子基板10に設けられる少なくとも上記周辺回路と平面的に重なるように額縁状に形成されている。これにより、周辺回路へ侵入する光を遮断して、周辺回路における光誤動作を防いでいる。さらには、不必要な光が画素領域Eに入射することを防いでいる。
また、素子基板10に設けられる少なくとも上記周辺回路と平面的に重なるように額縁状に形成されている。これにより、周辺回路へ侵入する光を遮断して、周辺回路における光誤動作を防いでいる。さらには、不必要な光が画素領域Eに入射することを防いでいる。
平坦化層22は、透明な例えばシリコン酸化膜などの無機材料やアクリル系樹脂など有機材料を用いて形成されている。
共通電極23は、透明であって、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの導電性材料を用いて蒸着法やスパッタ法により成膜されている。
配向膜18,24は、例えばポリイミドなどの有機樹脂材料や酸化シリコンなどの無機材料からなる。液晶層50における液晶分子は、例えばノーマリーブラックの光学設計条件に基づいて配向膜18,24の表面において所定の方位角とプレチルト角とが与えられ、配向膜面において配向している。
対向基板20に設けられた共通電極23は、同図(a)に示すように対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により素子基板10側の配線105cに電気的に接続している。配線105cの一方の端は、端子部10aに向けて延設され、外部接続用端子104に接続している。
上記配線105a,105b,105cは、例えばAl(アルミニウム)やその合金などの低抵抗金属材料からなるものであり、これに接続された外部接続用端子104は、該低抵抗金属材料からなる基部にさらに低抵抗なAu(金)などのメッキが施されたものである。外部接続用端子104だけが端子部10aに露出するように、これに繋がる上記配線105a,105b,105cは保護膜(図示省略)で覆われている。
図2に示すように、液晶装置100は、少なくとも画素領域Eにおいて互いに絶縁されて直交する信号線としての複数の走査線3aおよび複数のデータ線6aと、走査線3aに対して一定の間隔を置いて平行するように配置された容量線3bとを有する。
走査線3aとデータ線6aならびに容量線3bと、これらの信号線類により区分された領域に、画素電極15と、TFT30と、保持容量16とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
走査線3aはTFT30のゲートに電気的に接続され、データ線6aはTFT30のソースに電気的に接続されている。画素電極15はTFT30のドレインに電気的に接続されている。
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素Pに供給する。走査線3aは走査線駆動回路102(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを各画素Pに供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素Pに供給する。走査線3aは走査線駆動回路102(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを各画素Pに供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT30が走査信号SC1〜SCmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線6aから供給される画像信号D1〜Dnが所定のタイミングで画素電極15に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極15を介して液晶層50に書き込まれた所定レベルの画像信号D1〜Dnは、画素電極15と液晶層50を介して対向配置された共通電極23との間で一定期間保持される。
保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極15と共通電極23との間に形成される液晶容量と並列に保持容量16が接続されている。保持容量16は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極15と共通電極23との間に形成される液晶容量と並列に保持容量16が接続されている。保持容量16は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
なお、図1(a)に示した検査回路103には、データ線6aが接続されており、液晶装置100の製造過程において、上記画像信号を検出することで液晶装置100の動作欠陥などを確認できる構成となっているが、図2の等価回路では省略している。また、検査回路103は、上記画像信号をサンプリングしてデータ線6aに供給するサンプリング回路、データ線6aに所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して供給するプリチャージ回路を含むものとしてもよい。
本実施形態の液晶装置100は、前述したようにライトバルブとして用いられるものであり、その大きさは対角線の長さでおよそ1インチ(25.4mm)程度である。とりわけ、画素回路や駆動回路を含む周辺回路が形成される素子基板10は、TFT30などの回路素子の形成に伴って高温の加工条件に晒されることから、図3(a)に示すようなウェハ状の石英基板に複数面付けされた状態で製造される。このようなウェハ状の石英基板を、以降、マザー基板10Wと呼ぶ。
図3(a)に示すように、マザー基板10Wは、例えば直径が12インチ(およそ30cm)であって、外周が一部切り欠かれたオリフラを有し、このオリフラを基準として面付けされている。この場合、素子基板10の長手方向をX方向、短手方向をY方向とし、マザー基板10WのX方向およびY方向にそれぞれ複数の素子基板10が面付けされている。
図3(b)に示すように、本実施形態では、上述した画素回路が形成される領域を画素領域Eとして表す。そして、画素領域Eの周辺領域のうちデータ線駆動回路101が形成される領域を周辺領域E1、走査線駆動回路102が形成される領域を周辺領域E2、検査回路103が形成される領域を周辺領域E3、X方向に隣り合う素子基板10との間の境界を含む領域を周辺領域E4、同じくY方向に隣り合う素子基板10との間の境界を含む領域を周辺領域E5として表す。
このような液晶装置100では、少なくとも画素領域Eにおける欠陥や表示ムラ、色ムラなどがない表示品質を確保することが重要であり、とりわけ素子基板10と対向基板20との間の液晶層50は一定の厚みで保持されていることが求められる。対向基板20の構成に比べて、素子基板10の構成は上述した画素回路や周辺回路を備えることから複雑である。したがって、素子基板10上に形成されるこれら画素回路や周辺回路を構成する構造物の影響を受けて素子基板10の液晶層50に面する側の表面に段差が生ずると、液晶層50の厚みが変動して表示ムラや色ムラの要因となってしまう。
本実施形態の液晶装置100は、液晶層50に面する側の素子基板10の表面の段差を平坦化する平坦化処理を導入して、素子基板10と対向基板20との間に液晶層50をほぼ一定な厚みで保持できるようにしている。液晶装置100における光学的な設計のタイプは、透過型と反射型とに大別されるので、以下それぞれの実施例を挙げて説明する。
(実施例1;透過型)
透過型の液晶装置100における画素の構成および電気光学装置の製造方法としての素子基板の製造方法について、図4〜図11を参照して説明する。
図4は透過型の画素の構成例を示す概略平面図、図5は図4のA−A’線で切った概略断面図、図6は実施例1の素子基板の製造方法を示すフローチャート、図7(a)〜(e)および図8(f)〜(j)は実施例1の素子基板の製造方法を示す概略断面図、図9は実施例1の素子基板上における凹部の配置と形状とを示す概略平面図、図10は実施例1の素子基板上における層間絶縁膜の高さ分布を示すグラフ、図11(a)および(b)はドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を説明する図である。
透過型の液晶装置100における画素の構成および電気光学装置の製造方法としての素子基板の製造方法について、図4〜図11を参照して説明する。
図4は透過型の画素の構成例を示す概略平面図、図5は図4のA−A’線で切った概略断面図、図6は実施例1の素子基板の製造方法を示すフローチャート、図7(a)〜(e)および図8(f)〜(j)は実施例1の素子基板の製造方法を示す概略断面図、図9は実施例1の素子基板上における凹部の配置と形状とを示す概略平面図、図10は実施例1の素子基板上における層間絶縁膜の高さ分布を示すグラフ、図11(a)および(b)はドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を説明する図である。
図4に示すように、透過型の液晶装置100の画素PAは、互いに交差(直交)する走査線3aとデータ線6aとにより区分された領域に略四角形の画素電極15Aを有している。画素電極15Aは、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜からなり光透過性を有している。なお、図4において、画素電極15Aの外形は破線で示されている。
言い換えれば、マトリックス状に配置された画素電極15Aの縦横の境界に各々沿って走査線3aとデータ線6aとが設けられている。
走査線3aは、例えば、導電性のポリシリコン膜で構成されている。データ線6aは、アルミニウム膜を含む積層構造で構成されている。
走査線3aは、例えば、導電性のポリシリコン膜で構成されている。データ線6aは、アルミニウム膜を含む積層構造で構成されている。
走査線3aとデータ線6aとの交差点付近に画素PAのスイッチング素子としてのTFT30が配置されている。TFT30における半導体層30aは、走査線3aと交差すると共に、長手方向がデータ線6aに沿うように細長く形成されている。半導体層30aの一方の端部であるソース領域は、データ線6aの突出部6bと重なっており、該突出部6bに設けられたコンタクトホール12bによってデータ線6aと接続している。半導体層30aの他方の端部であるドレイン領域は、ドレイン領域に重なるように設けられたコンタクトホール12aによって画素電極15Aと接続している。半導体層30aのチャネル領域に相当する部分と走査線3aの本線部とが重なり合った部分が、ゲート電極として機能する。
また、走査線3aに沿った方向において、保持容量16を構成する一方の容量電極16aと他方の電極としての中継電極33とが平面的に重なり合って配置されている。
図5に示すように、液晶装置100の素子基板10上には、Ti(チタン)やCr(クロム)などの遮光性を有する金属膜からなる下側遮光膜31が形成されている。下側遮光膜31は、平面的に格子状にパターニングされており(図4参照)、各画素PAの開口領域を規定している。素子基板10および下側遮光膜31上には、例えばシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜32が形成されている。
下地絶縁膜32上には、TFT30、走査線3aなどが形成されている。TFT素子30は、例えば、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、ポリシリコン等からなる半導体層30aと、半導体層30a上に形成されたゲート絶縁膜11と、ゲート絶縁膜11上に形成された例えばポリシリコン膜からなる走査線3aとを有する。上記したように、走査線3aの一部は、ゲート電極として機能する。
半導体層30aは、チャネル領域と、ソース領域30sと、ドレイン領域30dとを備えている。半導体層30aはゲート電極として機能する走査線3aからの電界によりチャネルが形成される。下地絶縁膜32上には、例えばシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜12が形成されている。
第1層間絶縁膜12上には、保持容量16、データ線6aなどが設けられている。保持容量16は、TFT30のドレイン領域30dおよび画素電極15Aに接続された画素電位側容量電極としての中継電極33(他方の容量電極)と、固定電位側容量電極としての容量電極16aとが、誘電体層34を介して対向配置されている。
中継電極33は、例えば導電性のポリシリコン膜からなり、平面的にみると、図4に示すように、略T字型の形状を有している。誘電体層34は、例えばシリコン酸化膜から構成されている。また、容量電極16aおよびデータ線6aは、図示省略したが、下層に導電性ポリシリコン膜、上層にアルミニウム膜の二層構造を有する膜として形成されている。
容量電極16aおよびデータ線6aは、光反射性能に比較的優れたアルミニウムを含み、且つ、光吸収性能に比較的優れたポリシリコンを含むことから、遮光層として機能し得る。よって、TFT30の半導体層30aに対する入射光を遮って、TFT30の光誤動作を防止している。
このような容量電極16aは、保持容量16の固定電位側容量電極として機能する。容量電極16aを固定電位とするためには、画素PA外の定電位源に接続されることで固定電位とされたシールド層35と、コンタクトホール13bを介して電気的に接続されることによってなされている。シールド層35は、図2に示した容量線3bを構成する配線層である。
データ線6aは、誘電体層34および第1層間絶縁膜12を貫通するコンタクトホール12bを介して、TFT30のソース領域30sと電気的に接続されている。具体的には、データ線6aが上述のような二層構造をとっており、中継電極33が導電性のポリシリコン膜からなることにより、データ線6a及びソース領域30s間の電気的接続は、導電性のポリシリコン膜によって実現されている。すなわち、下から順に、半導体層30aにおけるソース領域30s、中継電極33のポリシリコン膜、データ線6aの下層のポリシリコン膜、その上層のアルミニウム膜となる。
TFT30のドレイン領域30dと保持容量16を構成する中継電極33とは、第1層間絶縁膜12に設けられたコンタクトホール12aにより電気的に接続している。
誘電体層34、データ線6a、容量電極16aを覆うように、例えばシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜13が形成されている。
第2層間絶縁膜13上には、例えば、アルミニウムからなるシールド層35が形成されている。シールド層35は、平面的にデータ線6aに沿うように設けられている。具体的
には、シールド層35は、データ線6aよりも幅広に形成された本線部と、シールド層35と容量電極16aとを電気的に接続するコンタクトホール13bに対応する領域が突出する突出部とを備えている(図4参照)。
には、シールド層35は、データ線6aよりも幅広に形成された本線部と、シールド層35と容量電極16aとを電気的に接続するコンタクトホール13bに対応する領域が突出する突出部とを備えている(図4参照)。
また、第2層間絶縁膜13には、中継電極33と接続するコンタクトホール13aとコンタクトホール13aに接続する中継部36とが設けられている。
中継部36は、シールド層35と同一の膜構成となっており、下層にアルミニウム膜、上層に窒化チタン膜という二層構造となっている。
シールド層35、コンタクトホール13a、中継部36を覆うように第3層間絶縁膜14が設けられている。
第3層間絶縁膜14上には、画素電極15Aおよび配向膜18が形成されている。
第3層間絶縁膜14上には、画素電極15Aおよび配向膜18が形成されている。
つまり、TFT30におけるドレイン領域30dと画素電極15Aとは、コンタクトホール12a、中継電極33、コンタクトホール13a、中継部36、コンタクトホール14aを介して、電気的に接続されている。
画素電極15Aは、例えば、ITO膜などの透明導電性膜からなる。また、画素電極15Aを覆う配向膜18は、例えばポリイミドからなり、液晶分子が所定方向に配向するように配向膜面を擦るラビング処理などの配向処理が施されている。
つまり、透過型の液晶装置100は、トップゲート構造のTFT30を有する素子基板10を備えており、素子基板10上には下側遮光膜31の他にTFT30を含む画素回路を構成する構造物として、半導体層30a、ゲート絶縁膜11、走査線3a、第1層間絶縁膜12、中継電極33、誘電体層34、データ線6aおよび容量電極16a、第2層間絶縁膜13、シールド層35(容量線3b)および中継部36、画素電極15Aがこの順に積層されている。本実施形態では、画素電極15Aの下層に位置して他の構造物を覆う第1層間絶縁膜12の表面における段差を平坦化する平坦化処理が施されている。
<透過型の素子基板の製造方法>
図6に示すように、透過型の素子基板10の製造方法は、下側遮光膜形成工程(ステップS1)と、下地絶縁膜形成工程(ステップS2)と、半導体層形成工程(ステップS3)と、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS4)と、ゲート電極形成工程(ステップS5)と、第1層間絶縁膜形成工程(ステップS6)と、第1層間絶縁膜12に凹部を形成する凹部形成工程(ステップS7)と、凹部が形成された第1層間絶縁膜12を平坦化する平坦化処理としてのCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理工程(ステップS8)と、中継電極形成工程(ステップS9)と、誘電体層形成工程(ステップS10)と、データ線/容量電極形成工程(ステップS11)と、第2層間絶縁膜形成工程(ステップS12)と、シールド層/中継部形成工程(ステップS13)と、第3層間絶縁膜形成工程(ステップS14)と、画素電極形成工程(ステップS15)と、配向膜形成工程(ステップS16)とを備えている。
図6に示すように、透過型の素子基板10の製造方法は、下側遮光膜形成工程(ステップS1)と、下地絶縁膜形成工程(ステップS2)と、半導体層形成工程(ステップS3)と、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS4)と、ゲート電極形成工程(ステップS5)と、第1層間絶縁膜形成工程(ステップS6)と、第1層間絶縁膜12に凹部を形成する凹部形成工程(ステップS7)と、凹部が形成された第1層間絶縁膜12を平坦化する平坦化処理としてのCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理工程(ステップS8)と、中継電極形成工程(ステップS9)と、誘電体層形成工程(ステップS10)と、データ線/容量電極形成工程(ステップS11)と、第2層間絶縁膜形成工程(ステップS12)と、シールド層/中継部形成工程(ステップS13)と、第3層間絶縁膜形成工程(ステップS14)と、画素電極形成工程(ステップS15)と、配向膜形成工程(ステップS16)とを備えている。
ステップS1の下側遮光膜形成工程では、図7(a)に示すように、素子基板10(実際には、前述したマザー基板10W)上にTiやCrなどをスパッタ法など用いて成膜した金属膜をパターニングして、下側遮光膜31を形成する。また、透過型であるため、マザー基板10Wは透明な石英基板を用いる。そして、ステップS2へ進む。
ステップS2の下地絶縁膜形成工程では、図7(b)に示すように、下側遮光膜31を覆うように、酸化シリコンをプラズマCVD法などの気相プロセスを用いて堆積させて下地絶縁膜32を形成する。下地絶縁膜32の厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS3へ進む。
ステップS3の半導体層形成工程では、図7(c)に示すように、下地絶縁膜32上に例えば多結晶質シリコン膜からなる半導体層30aを形成する。半導体層30aの形成方法としては、減圧気相化学成長法(LPCVD)やプラズマCVD法を用いて形成された非結晶質シリコン膜に熱処理などを施して結晶化させ、多結晶質シリコン膜を形成する方法が挙げられる。なお、前述したように、半導体層30aはリンなどの不純物を選択的に注入することによりチャネル領域、ソース領域30s、ドレイン領域30dが形成される。そして、ステップS4へ進む。
ステップS4のゲート絶縁膜形成工程では、図7(c)に示すように、半導体層30aを覆うようにゲート絶縁膜11を形成する。ゲート絶縁膜11の形成方法としては、構成材料である酸化シリコンをプラズマCVD法などの気相プロセスを用いて堆積させて成膜する方法が挙げられる。その厚みはおよそ20nm〜50nmである。そして、ステップS5へ進む。
ステップS5のゲート電極形成工程では、図7(d)に示すように、ゲート絶縁膜11および下地絶縁膜32を覆うように、ポリシリコン膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極の役目を果たす走査線3aを形成する。これにより、LDD(Lightly Doped Drain)型のTFT30ができあがる。そして、ステップS6へ進む。
なお、上記ステップS1〜ステップS5の各工程を経る間に、画素回路の構造物だけでなく、周辺回路におけるデータ線駆動回路101および走査線駆動回路102や検査回路103を構成する構造物(回路素子や配線)も同時に形成する。
なお、上記ステップS1〜ステップS5の各工程を経る間に、画素回路の構造物だけでなく、周辺回路におけるデータ線駆動回路101および走査線駆動回路102や検査回路103を構成する構造物(回路素子や配線)も同時に形成する。
ステップS6の第1層間絶縁膜形成工程では、図7(e)に示すように、素子基板10上に形成された画素回路や周辺回路の構造物を覆うように第1層間絶縁膜12を形成する。第1層間絶縁膜12の形成方法としては、例えば酸化シリコンをPECVD(Plasma−Enhanced CVD)法で堆積させて成膜する方法が挙げられる。本実施形態では、厚みがおよそ1400nmとなるように第1層間絶縁膜12を形成した。
実際には、図3に示したようにマザー基板10W上において、面付けされた素子基板10のそれぞれに対応して画素回路が形成された画素領域Eや周辺領域E1〜周辺領域E5を覆うように第1層間絶縁膜12を形成する。このときのマザー基板10W上における第1層間絶縁膜12の高さ分布は、図10に示すように、画素領域Eや素子基板10の境界を含む周辺領域E4に比べて、走査線駆動回路102が形成された周辺領域E2の方が高さが高くなっている。このような傾向は、他の周辺回路が形成された領域でも同様であり、画素領域Eや素子基板10の境界を含む周辺領域E5に比べて、データ線駆動回路101が形成された周辺領域E1や検査回路103が形成された周辺領域E3の方が高さが高くなっている。
このような第1層間絶縁膜12の高さ分布は、表示に寄与する画素PAの開口率を確保するために、画素電極15Aの下層には、画素回路を構成する他の構造物をできる限り配置しないようにしているので、表示に寄与しない周辺回路における構造物の平面的な配置に比べて、画素回路の構造物の配置密度が低下することに起因している。
このような第1層間絶縁膜12の高さ分布は、表示に寄与する画素PAの開口率を確保するために、画素電極15Aの下層には、画素回路を構成する他の構造物をできる限り配置しないようにしているので、表示に寄与しない周辺回路における構造物の平面的な配置に比べて、画素回路の構造物の配置密度が低下することに起因している。
このような第1層間絶縁膜12のマザー基板10W上における高さの分布を踏まえ、次のステップS7の凹部形成工程では、第1層間絶縁膜12の下層に形成された構造物の平面的な配置情報とその高さ情報とに基づいて、第1層間絶縁膜12の高さが高いほど、第1層間絶縁膜12の厚み方向における深さが深くなる複数の凹部をドライエッチング法をもちいて第1層間絶縁膜12の表面に形成する。
具体的には、図11(a)に示すように、ドライエッチングにより第1層間絶縁膜12の表面に凹部Dpを形成するには、まず第1層間絶縁膜12を覆うように例えば感光性のレジスト膜60を形成し、該レジスト膜60に凹部Dpの開口に相当する開口部60aを露光・現像することで形成する。続いて、第1層間絶縁膜12が例えば酸化シリコン膜であるとすれば、例えばHF(フッ化水素)、CHF3(三フッ化メタン)、CF4(四フッ化炭素)、SF6(六フッ化イオウ)などのガスを単独あるいは混合したエッチングガスを含む処理ガスを用いてドライエッチングを行う。
ドライエッチングを第1層間絶縁膜12に施したときのレジスト膜60における開口部60aの大きさCとレジスト膜60の表面からのエッチング後の深さHとの関係は、図11(b)に示すように、開口部60aの大きさが小さくなるほど、エッチング速度(E/R)が遅くなることから、一定のドライエッチング条件下では、開口部60aの大きさが小さくなるほど、凹部Dpの深さHが浅くなる傾向を示す。このような傾向はマイクロローディング(Microlaoding)効果と呼ばれている。言い換えれば、ある一定のドライエッチング条件下におけるマイクロローディング効果を用い、レジスト膜60に大きさCが異なる開口部60aを設けて第1層間絶縁膜12をドライエッチングすれば、開口部60aの大きさCが小さいほど深さが浅くなる凹部Dpを形成することができる。
このときのドライエッチング条件は、例えば次のとおりである。
処理ガス;CHF3(100sccm)、CF4(25sccm)、Ar(600sccm)、ドライエッチングパワー;1100W、圧力;300mT、ドライエッチング時間;220秒。
以上の条件において、レジスト膜の膜厚を300nmとし、開口部60aの大きさCを1700nmとすると、図11(a)に示した深さHがほぼ1700nmとなり、アスペクトレシオ(H/C)が「1」となる。つまり、厚みが1400nmの第1層間絶縁膜12をほぼ貫通する凹部Dpを形成できる。
処理ガス;CHF3(100sccm)、CF4(25sccm)、Ar(600sccm)、ドライエッチングパワー;1100W、圧力;300mT、ドライエッチング時間;220秒。
以上の条件において、レジスト膜の膜厚を300nmとし、開口部60aの大きさCを1700nmとすると、図11(a)に示した深さHがほぼ1700nmとなり、アスペクトレシオ(H/C)が「1」となる。つまり、厚みが1400nmの第1層間絶縁膜12をほぼ貫通する凹部Dpを形成できる。
本実施形態のステップS7の凹部形成工程では、このようなドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を利用して、図8(f)に示すように、第1層間絶縁膜12の高さ分布において、高さが高い部分に深さが異なる複数の凹部Dp1,Dp2を形成した。図8(f)はマザー基板10W上において、X方向における1つの素子基板10に相当する部分を1Chipとして表している。第1層間絶縁膜12の表面における段差(凹凸)は、図10に示した高さの分布を模式的に表したものである。
また、図9に示すように、素子基板10における周辺回路の構造物が形成された周辺領域E2に開口の大きさが異なる(すなわち深さが異なる)凹部Dp1,Dp2を形成し、同じく周辺領域E1,E3に開口の大きさが異なる(すなわち深さが異なる)凹部Dp3,Dp4を形成した。凹部Dp1の開口に比べて凹部Dp2の開口のほうが小さい、同様に凹部Dp3の開口に比べて凹部Dp4の開口のほうが小さい。開口が大きい凹部Dp1,Dp3は、平面的に周辺回路が形成された周辺領域E1,E2,E3の短手方向の中央部分に対応して配置されていると共に、長手方向に沿って複数配置されている。開口が小さい凹部Dp2,Dp4は、平面的に周辺回路が形成された周辺領域E1,E2,E3の短手方向の端部に対応して配置されていると共に、長手方向に沿って複数配置されている。
また、この場合、凹部Dp1と凹部Dp3の開口の大きさは同じであり、凹部Dp2と凹部Dp4の開口の大きさは同じである。図10に示したように第1層間絶縁膜12の高さは周辺領域E1,E2,E3において高くなっており、これに比べて高さが低い画素領域Eや素子基板10の境界を含む周辺領域E4,E5との段差は、およそ300nm〜400nmとなっている。本実施形態では、第1層間絶縁膜12の最も高い部分に深さが最も深い凹部Dp1,Dp3を設けており、その深さが上記段差とほぼ同じ値あるいはそれよりもやや大きくなるように、凹部Dp1,Dp3に対応してレジスト膜60に設けられる開口部60aの大きさCを設定している。また、凹部Dp2,Dp4の深さが上記段差のほぼ半分程度となるように、凹部Dp2,Dp4に対応してレジスト膜60に設けられる開口部60aの大きさCを設定している。
より具体的には、レジスト膜60の開口部60aの大きさCをおよそ250nmとし、深さがおよそ400nmの凹部Dp1,Dp3を形成した。また、レジスト膜60の開口部60aの大きさCをおよそ180nmとし、深さがおよそ200nmの凹部Dp2,Dp4を形成した。つまり、凹部形成工程において、第1層間絶縁膜12にコンタクトホール12a,12b用の孔を形成するドライエッチング時間である220秒の間に、深さが400nmの凹部Dp1,Dp3を形成する場合、そのエッチング速度(E/R)は1.8nm/secとなることから、図11(b)のグラフを参照すれば、対応するレジスト膜60の開口部60aの大きさCは、およそ250nmとなる。同様にして、深さが200nmの凹部Dp2、dp4を形成するときのエッチング速度(E/R)は0.9nm/secとなり、開口部60aの大きさCがおよそ180nmとなる。
なお、図8では、凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4の大きさの違いが認識できるように表示している。また、凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4の平面的な配置や開口の大きさおよび深さはこれに限定されるものではなく、ドライエッチング条件と、上記構造物の平面的な配置や高さに起因する第1層間絶縁膜12の高さ分布とに基づいて設定することが好ましい。そして、ステップS8へ進む。
なお、図8では、凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4の大きさの違いが認識できるように表示している。また、凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4の平面的な配置や開口の大きさおよび深さはこれに限定されるものではなく、ドライエッチング条件と、上記構造物の平面的な配置や高さに起因する第1層間絶縁膜12の高さ分布とに基づいて設定することが好ましい。そして、ステップS8へ進む。
ステップS8のCMP処理工程では、複数の凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4が形成された第1層間絶縁膜12にCMP処理を施す。すると、第1層間絶縁膜12の高さが最も高い部分には凹部Dp1,Dp3が設けられ、その近傍には凹部Dp2,Dp4が設けられているため、CMP処理における研磨パッドの第1層間絶縁膜12の高さが高い部分における接触面積は凹部Dp1,Dp2,Dp3,Dp4を設けない場合に比べて小さくなり、当該部分における研磨レートが画素領域E上の第1層間絶縁膜12に比べて相当に速くなる。CMP処理の進行につれて、深さが浅い凹部Dp2,Dp4が先に消滅して、深さが深い凹部Dp1,Dp3が残り、初期の第1層間絶縁膜12における高さが高い部分の研磨レートが徐々に低下してゆく。そして、さらにCMP処理が進行して深さが深い凹部Dp1,Dp3が消滅する段階では、画素領域E上に設けられた第1層間絶縁膜12との間の研磨レートの差が無くなって一定した研磨レートで研磨することができる。それゆえに、CMP処理が終了した段階では、図8(g)に示すように、複数のChipに亘ってその表面がほぼ平坦な第1層間絶縁膜12とすることができる。また、画素回路の構造物が設けられた画素領域Eにおいても図8(h)に示すように第1層間絶縁膜12の初期段階の段差が平坦化されると共に、コンタクトホール12a,12b用の孔が形成される。そして、ステップS9へ進む。
ステップS9の中継電極形成工程では、図8(i)に示すように、第1層間絶縁膜12上にLPCVD法などを用いて導電性のポリシリコン膜を成膜し、これをパターニングして中継電極33およびコンタクトホール12a,12bを形成する。中継電極33の厚みはおよそ100nmである。そして、ステップS10へ進む。
ステップS10の誘電体層形成工程では、中継電極33およびコンタクトホール12a,12bを覆うように例えば酸化シリコンをプラズマCVD法などを用いて成膜して誘電体層34とする。誘電体層34の厚みはおよそ50nm〜100nmである。なお、以降の工程にてソース領域30sに接続されるようにデータ線6aを形成するために、コンタクトホール12bを覆う誘電体層34の部分は、例えばドライエッチングにより除去しておく。そして、ステップS11へ進む。
ステップS11のデータ線/容量電極形成工程では、誘電体層34を覆うように、まず導電性のポリシリコン膜を成膜し、続いてアルミニウム膜を成膜する。そして、成膜された二層構造の膜をパターニングして、データ線6aと容量電極16aとを形成する。容量電極16aの厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS12へ進む。
ステップS12の第2層間絶縁膜形成工程では、データ線6a、容量電極16a、誘電体層34を覆うように第2層間絶縁膜13を形成する。第2層間絶縁膜13の形成方法としては、第1層間絶縁膜12と同様に例えばプラズマCVD法を用いる。第2層間絶縁膜13の厚みはおよそ400nm〜600nmである。そして、ステップS13へ進む。
ステップS13のシールド層/中継部形成工程では、まず、第2層間絶縁膜13にコンタクトホール13a,13bとなる孔をドライエッチングにより形成する。そして、第2層間絶縁膜13上にアルミニウム膜、窒化チタン膜を順に成膜し、この二層構造の膜をパターニングすることによりコンタクトホール13bとこれに繋がるシールド層35を形成する。また、コンタクトホール13aとこれに繋がる中継部36を形成する。なお、シールド層35の形成と同時に容量線3bが形成される。シールド層35の厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS14へ進む。
ステップS14の第3層間絶縁膜形成工程では、シールド層35、中継部36、第2層間絶縁膜13を覆うように第3層間絶縁膜14を形成する。第3層間絶縁膜14の形成方法は、第1層間絶縁膜12と同様に例えばプラズマCVD法を用いる。第3層間絶縁膜14の厚みはおよそ400nm〜600nmである。そして、ステップS15へ進む。
ステップS15の画素電極形成工程では、図8(j)に示すように、予め中継部36に向かって開口するコンタクトホール14a用の孔を第3層間絶縁膜14にドライエッチングにより形成しておく。続いて、第3層間絶縁膜14上にITOなどの透明導電膜をスパッタ法や蒸着法を用いて成膜し、これをパターニングして画素電極15Aとコンタクトホール14aとを形成する。これにより、画素電極15Aとドレイン領域30dとをコンタクトホール12a、中継電極33、コンタクトホール13a、中継部36、コンタクトホール14aを介して電気的に接続させる。画素電極15Aの厚みはおよそ100nm〜150nmである。そして、ステップS16に進む。
ステップS16の配向膜形成工程では、同じく図8(j)に示すように、画素電極15Aおよび第3層間絶縁膜14を覆うように例えばポリイミドなどの有機配向膜材料からなる配向膜18を形成する。配向膜18の厚みはおよそ50nmである。配向膜18は、少なくとも画素電極15Aが設けられた画素領域Eを覆うように選択的に形成する必要があるので、CVDのような気相プロセスよりも液相プロセスを用いる方が好ましい。例えば、配向膜18の形成材料を含む液状体をインクジェットヘッドのノズルから液滴として所定の領域に塗布し乾燥させて成膜する液滴吐出法(インクジェット法)を用いることができる。この他にもフレキソ印刷などの転写法を用いてもよい。
このようにして形成された配向膜18は、その表面を所定の方向に擦るラビング処理を施すことにより、配向膜面において液晶分子が所定の方位角とプレチルト角を有して配向する配向処理が施される。なお、配向膜18は、ポリイミドなどの有機配向膜材料に限らず、酸化シリコンを斜方蒸着して得られる無機配向膜を採用してもよい。
このようなマザー基板10Wの製造方法によれば、複数のChip(素子基板10)に亘って平坦な表面の第1層間絶縁膜12上に形成された画素回路を構成する保持容量16、シールド層35(容量線3b)、画素電極15A、配向膜18を有する素子基板10を提供できる。それゆえに、当該マザー基板10W(素子基板10)を用いた液晶装置100の製造方法によれば、素子基板10と対向基板20とを対向配置してシール40により接合することにより、素子基板10と対向基板20との隙間に充填された液晶層50の厚みをほぼ一定とすることができるので、表示ムラや色ムラが低減され高い表示品位を有する透過型の液晶装置100を提供できる。
(実施例2;反射型)
次に、反射型の液晶装置100における画素の構成および電気光学装置の製造方法としての素子基板の製造方法について、図12〜図17を参照して説明する。
図12(a)は反射型の画素の構成例を示す概略平面図、同図(b)は同図(a)のB−B’線で切った概略断面図、図13は実施例2の素子基板の製造方法を示すフローチャート、図14(a)〜(f)および図15(g)〜(k)は実施例2の素子基板の製造方法を示す概略断面図、図16は実施例2の素子基板上における凹部の配置と形状とを示す概略平面図、図17は実施例2の素子基板上における第1層間絶縁膜の高さ分布を示すグラフである。なお、実施例1の液晶装置100と基本的に同じ構成の部分には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
次に、反射型の液晶装置100における画素の構成および電気光学装置の製造方法としての素子基板の製造方法について、図12〜図17を参照して説明する。
図12(a)は反射型の画素の構成例を示す概略平面図、同図(b)は同図(a)のB−B’線で切った概略断面図、図13は実施例2の素子基板の製造方法を示すフローチャート、図14(a)〜(f)および図15(g)〜(k)は実施例2の素子基板の製造方法を示す概略断面図、図16は実施例2の素子基板上における凹部の配置と形状とを示す概略平面図、図17は実施例2の素子基板上における第1層間絶縁膜の高さ分布を示すグラフである。なお、実施例1の液晶装置100と基本的に同じ構成の部分には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
図12(a)に示すように、反射型の液晶装置100における画素PBは、直交するデータ線6aと走査線3a、ならびに走査線3aに並行して配置された容量線3bとを有する。容量線3bには画素PB内において幅が拡張され一方の容量電極として機能する拡張部3cが設けられている。この拡張部3cを含めた容量線3bに平面的に重なるように他方の容量電極として機能する中継電極16aが設けられている。容量線3bに接続された拡張部3cと、これに対向配置された中継電極16aとの間に誘電体層が挟まれて保持容量16を構成している。
TFT30は、データ線6aと走査線3aの交差点付近に設けられている。また、細長い半導体層30aが走査線3aと交差すると共に、半導体層30aのソース領域30sがデータ線6aから画素PB内に突出した突出部6bと重なり、半導体層30aのドレイン領域30d側が中継電極16aと重なるように配置されている。
画素電極15Bは、例えばAl(アルミニウム)やその合金などの金属材料からなり、光反射性を有している。また、データ線6a、走査線3a、容量線3b、中継電極16a、TFT30と平面的に重なるように配置されている。
図12(b)に示すように、TFT30は、素子基板10上に形成された例えば多結晶質シリコン膜からなるLDD(Lightly Doped Drain)構造の半導体層30aを有する。半導体層30aは、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜11によって覆われ、ゲート絶縁膜11上において半導体層30aのチャネル領域に重なるようにして走査線3aが設けられている。つまり、TFT30は走査線3aの一部がゲート電極30gとなるトップゲート構造の薄膜トランジスターである。
走査線3aを覆うようにして第1層間絶縁膜12Bが設けられ、第1層間絶縁膜12B上に容量線3bならびにその拡張部3cが設けられている。容量線3bおよび拡張部3cを覆うように第2層間絶縁膜13が設けられ、第2層間絶縁膜13上にデータ線6aおよび突出部6b、中継電極16aがパターニング形成されている。第2層間絶縁膜13は、保持容量16における誘電体層として機能する。
データ線6aおよび突出部6b、中継電極16aを覆うように第3層間絶縁膜14が設けられ、第3層間絶縁膜14上に画素電極15Bが設けられている。また、画素電極15Bを覆って、保護膜17、配向膜18が順に形成されている。
走査線3a、容量線3b、データ線6a、中継電極16aは、いずれもAlやその合金などの低抵抗配線材料からなり、データ線6aの突出部6bは、ゲート絶縁膜11、第1層間絶縁膜12B、第2層間絶縁膜13を貫通するように設けられた開口部を低抵抗配線材料によって埋めたコンタクトホール13aを介して半導体層30aのソース領域30sと接続している。
中継電極16aは、ゲート絶縁膜11、第1層間絶縁膜12B、第2層間絶縁膜13を貫通するように設けられた開口部を低抵抗配線材料によって埋めたコンタクトホール13bを介して半導体層30aのドレイン領域30dと接続している。
また、中継電極16aは、第3層間絶縁膜14を貫通するように設けられた開口部を画素電極15Bの形成材料を用いて埋めたコンタクトホール14aを介して画素電極15Bと接続している。
実施例2の反射型の液晶装置100では、液晶層50の厚みがほぼ一定となるように、素子基板10上に設けられた第1層間絶縁膜12Bと第3層間絶縁膜14に対して平坦化処理が施されている。
<反射型の素子基板の製造方法>
図13に示すように、反射型の液晶装置100における素子基板10の製造方法は、半導体層形成工程(ステップS21)と、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS22)と、ゲート電極形成工程(ステップS23)と、第1層間絶縁膜形成工程(ステップS24)と、凹部形成工程(ステップS25)と、CMP処理工程(ステップS26)と、容量線形成工程(ステップS27)と、第2層間絶縁膜形成工程(ステップS28)と、データ線/中継電極形成工程(S29)と、第3層間絶縁膜形成工程(ステップS30)と、CMP処理工程(S31)と、画素電極形成工程(ステップS32)とを備えている。
図13に示すように、反射型の液晶装置100における素子基板10の製造方法は、半導体層形成工程(ステップS21)と、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS22)と、ゲート電極形成工程(ステップS23)と、第1層間絶縁膜形成工程(ステップS24)と、凹部形成工程(ステップS25)と、CMP処理工程(ステップS26)と、容量線形成工程(ステップS27)と、第2層間絶縁膜形成工程(ステップS28)と、データ線/中継電極形成工程(S29)と、第3層間絶縁膜形成工程(ステップS30)と、CMP処理工程(S31)と、画素電極形成工程(ステップS32)とを備えている。
ステップS21の半導体層形成工程では、実施例1のステップS3と同様にして成膜した非結晶質シリコン膜を多結晶化し、島状にパターニングして、図14(a)に示すように、素子基板10(実際には、マザー基板10W)上にソース領域30sとドレイン領域30dとを有する多結晶質シリコン膜からなる半導体層30aを形成する。なお、反射型のマザー基板10Wは、透明な石英基板だけでなく、不透明なシリコン基板を用いることもできる。シリコン基板を用いた場合には、予めシリコン基板表面に熱酸化膜を形成しておく。そして、ステップS22へ進む。
ステップS22のゲート絶縁膜形成工程では、図14(b)に示すように、例えば酸化シリコンをプラズマCVD法を用いて、半導体層30aを覆うように堆積させゲート絶縁膜11を形成する。その厚みはおよそ20nm〜50nmである。そして、ステップS23へ進む。
ステップS23のゲート電極形成工程では、図14(c)に示すように、ゲート絶縁膜11上における半導体層30aのチャネル領域に重なる位置にゲート電極30gつまり走査線3aを形成する。走査線3aの形成方法は、前述したように低抵抗配線材料である例えばアルミニウム膜をパターニングする方法を用いることができる。走査線3aの厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS24へ進む。
ステップS24の第1層間絶縁膜形成工程では、図14(d)に示すように、ゲート電極30g(走査線3a)とゲート絶縁膜11とを覆うように第1層間絶縁膜12Bを形成する。第1層間絶縁膜12Bの形成方法は、実施例1のステップS6と同様であって、例えば酸化シリコンをPECVD(Plasma−Enhanced CVD)法で堆積させて成膜する方法が挙げられる。本実施形態では、厚みがおよそ1400nmとなるように第1層間絶縁膜12Bを形成した。
図17に示すように、第1層間絶縁膜12Bの高さ分布は、実施例1の場合と異なり、X方向においては、画素領域E上における高さが他の周辺領域E2,E4よりも高くなっている。また、図示省略したが、Y方向においては、画素領域E上における高さが他の周辺領域E1,E3,E5よりも高くなっている。第1層間絶縁膜12Bの表面における段差は、およそ400nmとなっている。このような高さ分布は、反射型の場合、光反射性を有する画素電極15Bの下層に画素回路の構造物である走査線3a、データ線6a、容量線3b、中継電極16aを開口率を気にせずに自由に配置することができるため、駆動回路などが設けられた周辺領域E1,E2,E3に比べて上記構造物の配置密度が高くなり易いことに起因している。
このような第1層間絶縁膜12Bの高さ分布を踏まえ、ステップS25の凹部形成工程では、図14(e)に示すように、主に画素領域E上の第1層間絶縁膜12Bの表面に厚み方向の深さが異なる複数の凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8をドライエッチングにより形成した。なお、図14(e)は図17のX方向に沿った第1層間絶縁膜12Bの高さ分布に基づいて、マザー基板10Wの複数のChipに亘る第1層間絶縁膜12Bを模式的に示したものである。
また、図16に示すように、開口の大きさが異なる凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9を画素領域Eに亘って配置した。具体的には、最も開口が大きい凹部Dp5をほぼ画素領域Eの中央付近に形成し、これを中心にして放射線上あるいは同心楕円上に中心から離れるほど開口が小さい凹部Dp6,Dp7,Dp8,Dp9を形成した。放射線上における凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9の配置間隔は、ほぼ等間隔である。
これらの凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9の形成方法は、実施例1のステップS7と同様であって、開口部を有するレジスト膜を介して第1層間絶縁膜12Bを一定の条件下でドライエッチングするときのマイクロローディング効果を利用している。レジスト膜の厚みはおよそ300nmである。
より具体的には、画素領域Eの中央付近に位置した凹部Dp5の開口の大きさCはおよそ250nmであり、その深さはおよそ400nmである。凹部Dp6の開口の大きさCはおよそ200nmであり、その深さはおよそ260nmである。凹部Dp7の開口の大きさCはおよそ180nmであり、その深さはおよそ220nmである。凹部Dp8の開口の大きさCはおよそ150nmであり、その深さはおよそ180nmである。凹部Dp9の開口の大きさCはおよそ100nmであり、その深さはおよそ110nmである。
なお、図16では、凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9の大きさの違いが認識できるように表示している。また、凹部形成工程(ステップS25)では、第1層間絶縁膜12Bのドライエッチング時に、後に半導体層30aに対してデータ線6aや中継電極16aを接続させるコンタクトホール13a,13bとなる孔を同時に形成しておく。そして、ステップS26へ進む。
なお、図16では、凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9の大きさの違いが認識できるように表示している。また、凹部形成工程(ステップS25)では、第1層間絶縁膜12Bのドライエッチング時に、後に半導体層30aに対してデータ線6aや中継電極16aを接続させるコンタクトホール13a,13bとなる孔を同時に形成しておく。そして、ステップS26へ進む。
ステップS26のCMP処理工程では、図14(f)に示すように、第1層間絶縁膜12Bに対してCMP処理を施して、第1層間絶縁膜12Bの表面の段差を平坦化する。高さが他の周辺領域E1,E2,E3,E4,E5よりも高い画素領域E上の第1層間絶縁膜12Bにおいて、高さが高い部分ほど深さが深い複数の凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9が設けられている。したがって、CMP処理の初期段階では、複数の凹部Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9が設けられた部分ほど研磨パッドの接触面積が他の部分に比べて小さいので研磨レートが速くなる。そして、CMP処理の進行に伴って、深さが浅い順に複数の凹部Dp9,Dp8,Dp7,Dp6,Dp5が消滅して、徐々に研磨レートが低下してゆき、平面的に一定の研磨レートになるので、図14(f)に示すように、複数のChipに亘って平坦な第1層間絶縁膜12Bを形成することができる。また、図15(g)に示すように画素回路におけるTFT30を覆うように形成された第1層間絶縁膜12Bの部分も平坦化される。そして、ステップS27へ進む。
ステップS27の容量線形成工程は、図15(h)に示すように、第1層間絶縁膜12B上にアルミニウムなどの低抵抗配線材料を用いて導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングして容量線3bと一方の容量電極となる拡張部3cとを形成する。容量線3bの厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS28へ進む。
ステップS28の第2層間絶縁膜形成工程では、容量線3bおよび拡張部3cを覆うように例えば酸化シリコンをプラズマCVD法により堆積させて第2層間絶縁膜13を形成する。第2層間絶縁膜13の厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS29へ進む。
ステップS29のデータ線/中継電極形成工程では、図15(i)に示すように、予め第2層間絶縁膜13に後にコンタクトホール13a,13bとなる孔を形成した後に、第2層間絶縁膜13上にアルミニウムなどの低抵抗配線材料を用いて導電膜を成膜し、該導電膜をパターニングしてデータ線6aならびに突出部6bと、他方の容量電極となる中継電極16aと、コンタクトホール13a,13bとを形成する。これにより、保持容量16ができあがる。データ線6aおよび中継電極16aの厚みはおよそ200nm〜400nmである。そして、ステップS30へ進む。
なお、上記ステップS21〜ステップS29の各工程を経る間に、画素回路の構造物だけでなく、周辺回路におけるデータ線駆動回路101および走査線駆動回路102や検査回路103を構成する構造物(回路素子や配線)も同時に形成する。
ステップS30の第3層間絶縁膜形成工程では、図15(j)に示すように、データ線6aや中継電極16aを覆う第3層間絶縁膜14(表面を破線で示す)を形成する。第3層間絶縁膜14は、例えば酸化シリコンなどの無機材料やアクリル系の高分子有機材料を用いることができる。形成方法としては、プラズマCVDなどの気相法、スピンコートなどの液相法が挙げられる。厚みはおよそ400nm〜600nmである。そして、ステップS31へ進む。
ステップS31のCMP処理工程では、図15(j)に示すように、第3層間絶縁膜14の表面における段差を平坦化するため、CMP処理を施す。この段階において、予め第3層間絶縁膜14の表面の段差を計測し、その高さ分布に特有な傾向が生じているようならば、ステップS25と同様にして、第3層間絶縁膜14の表面に凹部Dpを形成してから、CMP処理を施してもよい。そして、ステップS32へ進む。
ステップS32の画素電極形成工程では、図15(k)に示すように、平坦化された第3層間絶縁膜14にコンタクトホール14aとなる孔を形成した後に、第3層間絶縁膜14上に例えばアルミニウムなどの光反射性を有する金属やその合金を用いて電極膜を成膜し、該電極膜をパターニングして画素電極15Bとコンタクトホール14aとを形成する。画素電極15Bの厚みはおよそ200nm〜400nmである。
上記ステップS21〜ステップS32を経ることにより、液晶層50に面する側の表面が平坦な素子基板10を製造することができる。もちろん、この後に、画素電極15Bを覆うように保護膜17および配向膜18を形成することは言うまでもない(図12(b)参照)。
反射型の液晶装置100の製造方法は、上記素子基板10および対向基板20の液晶層50に面する側に、例えば酸化シリコンを斜方蒸着してなる無機垂直配向膜としての配向膜18を形成し、素子基板10と対向基板20とを対向配置させ、その隙間に負の誘電異方性を有する液晶を充填して液晶層50とする方法が挙げられる。
このような素子基板10および液晶装置100の製造方法によれば、素子基板10と対向基板20との隙間に充填された液晶層50の厚みをほぼ一定とすることができるので、表示ムラや色ムラが低減され高い表示品位を有する反射型の液晶装置100を提供できる。
なお、ステップS25の凹部形成工程およびステップS26のCMP処理工程は、前述したように第1層間絶縁膜12Bや第3層間絶縁膜14に適用するだけでなく、第2層間絶縁膜13にも適用可能である。
(第2実施形態)
次の本実施形態の電子機器として、投射型表示装置(液晶プロジェクター)を例に挙げ、図18および図19を参照して説明する。図18は透過型の液晶プロジェクターの構成を示す概略図、図19は反射型の液晶プロジェクターの構成を示す概略図である。
次の本実施形態の電子機器として、投射型表示装置(液晶プロジェクター)を例に挙げ、図18および図19を参照して説明する。図18は透過型の液晶プロジェクターの構成を示す概略図、図19は反射型の液晶プロジェクターの構成を示す概略図である。
<透過型の液晶プロジェクター>
図18に示すように、本実施形態の電子機器としての液晶プロジェクター1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
図18に示すように、本実施形態の電子機器としての液晶プロジェクター1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
偏光照明装置1100は、ハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。
ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
液晶ライトバルブ1210,1220,1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射した色光は、画像情報に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。このプリズムは、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
液晶ライトバルブ1210は、上記第1実施形態における実施例1の透過型の液晶装置100が適用されたものであって、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ1220,1230も同様である。
本実施形態によれば、透過型の液晶装置100を液晶ライトバルブ1210,1220,1230として用いているので、表示ムラや色ムラが低減され高い表示品質を有する透過型の液晶プロジェクター1000を提供できる。
<反射型の液晶プロジェクター>
図19に示すように、本実施形態の電子機器としての液晶プロジェクター1500は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、3つのダイクロイックミラー1111,1112,1115と、2つの反射ミラー1113,1114と、3つの光変調素子としての反射型の液晶ライトバルブ1250,1260,1270と、クロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
図19に示すように、本実施形態の電子機器としての液晶プロジェクター1500は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、3つのダイクロイックミラー1111,1112,1115と、2つの反射ミラー1113,1114と、3つの光変調素子としての反射型の液晶ライトバルブ1250,1260,1270と、クロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
偏光照明装置1100から射出された偏光光束は、互いに直交して配置されたダイクロイックミラー1111とダイクロイックミラー1112とに入射する。光分離素子としてのダイクロイックミラー1111は、入射した偏光光束のうち赤色光(R)を反射する。もう一方の光分離素子としてのダイクロイックミラー1112は、入射した偏光光束のうち緑色光(G)と青色光(B)とを反射する。
反射した赤色光(R)は反射ミラー1113により再び反射され、液晶ライトバルブ1250に入射する。一方、反射した緑色光(G)と青色光(B)とは反射ミラー1114により再び反射して光分離素子としてのダイクロイックミラー1115に入射する。ダイクロイックミラー1115は緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。反射した緑色光(G)は液晶ライトバルブ1260に入射する。透過した青色光(B)は液晶ライトバルブ1270に入射する。
反射した赤色光(R)は反射ミラー1113により再び反射され、液晶ライトバルブ1250に入射する。一方、反射した緑色光(G)と青色光(B)とは反射ミラー1114により再び反射して光分離素子としてのダイクロイックミラー1115に入射する。ダイクロイックミラー1115は緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。反射した緑色光(G)は液晶ライトバルブ1260に入射する。透過した青色光(B)は液晶ライトバルブ1270に入射する。
液晶ライトバルブ1250は、反射型の液晶パネル1251と、反射型偏光素子としてのワイヤーグリッド偏光板1253とを備えている。
液晶ライトバルブ1250は、ワイヤーグリッド偏光板1253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、ワイヤーグリッド偏光板1253の偏光度を補う補助偏光板1254が液晶ライトバルブ1250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光板1255が赤色光(R)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光板1254,1255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ1250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ1260,1270においても同じである。
液晶ライトバルブ1250は、ワイヤーグリッド偏光板1253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、ワイヤーグリッド偏光板1253の偏光度を補う補助偏光板1254が液晶ライトバルブ1250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光板1255が赤色光(R)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光板1254,1255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ1250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ1260,1270においても同じである。
液晶ライトバルブ1250,1260,1270に入射した各色光は、画像情報に基づいて変調され、再びワイヤーグリッド偏光板1253,1263,1273を経由してクロスダイクロイックプリズム1206に入射する。クロスダイクロイックプリズム1206では、各色光が合成され、合成された光は投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
本実施形態では、液晶ライトバルブ1250,1260,1270における反射型の液晶パネル1251,1261,1271として上記第1実施形態における実施例2の反射型の液晶装置100が適用されている。
このような液晶プロジェクター1500によれば、反射型の液晶装置100を液晶ライトバルブ1250,1260,1270に用いているので、表示ムラや色ムラが低減され高い表示品質を有する反射型の液晶プロジェクター1500を提供できる。
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
(変形例1)上記第1実施形態の凹部形成工程において、形成される凹部の平面的な形状は、円形であることに限定されない。図20(a)〜(c)は、変形例の凹部を示す概略図である。例えば、図20(a)に示すように平面視で四角形の凹部Dp10であってもよい。また、図20(b)に示すように、一定の方向に延びた溝状の凹部Dp11であってもよい。溝状の凹部Dp11は、例えば図9に示した周辺領域E2の長手方向に沿って設ければよく、同じ大きさの円形の凹部Dp1を複数配置する場合に比べてシンプルな構成とし、延設された方向におけるCMP処理の研磨レートを安定化させることができる。
言い換えれば、実施例1や実施例2に示した複数の凹部Dpはそれぞれ島状に設けられ、層間絶縁膜の下層に形成された構造物の平面的な配置や高さに応じて精度よく凹部Dpを配置可能である。これに対して、溝状の凹部Dp11は、適正な配置精度を追求することは難しいが、よりシンプルな構成として凹部Dpを設けることにより、CMP処理における研磨レートの局所的な変動を抑えることができる。
また、図20(c)に示すように、例えば、実施例2の第1層間絶縁膜12Bにおける画素領域Eに対応する部分にそれぞれに開口幅が異なる複数の溝状の凹部Dp12〜凹部Dp17を格子状に配置してもよい。もちろん、これらの溝状の凹部Dp12〜凹部Dp17の開口幅および深さや、その配置間隔は、層間絶縁膜の下層に設けられた構造物の平面的な配置や高さに基づいて定められる。また、ドライエッチングのマイクロローディング効果によれば、凹部Dpの開口面積が小さくなるほどエッチング速度が遅くなる。したがって、凹部Dpをこのように格子状に設けると凹部Dpを島状に設ける場合に比べて、開口面積が大きくなるので、その深さHの大きさを考慮して溝幅を設定する必要がある。
言い換えれば、実施例1や実施例2に示した複数の凹部Dpはそれぞれ島状に設けられ、層間絶縁膜の下層に形成された構造物の平面的な配置や高さに応じて精度よく凹部Dpを配置可能である。これに対して、溝状の凹部Dp11は、適正な配置精度を追求することは難しいが、よりシンプルな構成として凹部Dpを設けることにより、CMP処理における研磨レートの局所的な変動を抑えることができる。
また、図20(c)に示すように、例えば、実施例2の第1層間絶縁膜12Bにおける画素領域Eに対応する部分にそれぞれに開口幅が異なる複数の溝状の凹部Dp12〜凹部Dp17を格子状に配置してもよい。もちろん、これらの溝状の凹部Dp12〜凹部Dp17の開口幅および深さや、その配置間隔は、層間絶縁膜の下層に設けられた構造物の平面的な配置や高さに基づいて定められる。また、ドライエッチングのマイクロローディング効果によれば、凹部Dpの開口面積が小さくなるほどエッチング速度が遅くなる。したがって、凹部Dpをこのように格子状に設けると凹部Dpを島状に設ける場合に比べて、開口面積が大きくなるので、その深さHの大きさを考慮して溝幅を設定する必要がある。
(変形例2)上記第1実施形態の液晶装置100において、データ線駆動回路101や走査線駆動回路102、検査回路103などの周辺回路を素子基板10上にシール40を配置する領域よりも内側に形成したが、これに限定されない。例えば、これらの周辺回路のうちの1つをシール40を配置する領域の外側に形成してもよい。これにより、液晶が充填される領域を狭くして、液晶を節約可能である。
また、駆動回路を含む周辺回路のすべてを液晶装置100の素子基板10に設けることに限定されないので、例えば、データ線駆動回路101だけを設けることが考えられ、他の回路構成は端子部を経由してフレキシブル基板に外付けすることもできる。そうすると、透過型の液晶装置100では、データ線駆動回路101が設けられた周辺領域E1を覆う層間絶縁膜に、例えば1本の溝状の凹部Dpをデータ線駆動回路101に沿って設けてもよい。言い換えれば、層間絶縁膜上に設けられる凹部Dpは複数に限定されず、1つでもよい。
また、駆動回路を含む周辺回路のすべてを液晶装置100の素子基板10に設けることに限定されないので、例えば、データ線駆動回路101だけを設けることが考えられ、他の回路構成は端子部を経由してフレキシブル基板に外付けすることもできる。そうすると、透過型の液晶装置100では、データ線駆動回路101が設けられた周辺領域E1を覆う層間絶縁膜に、例えば1本の溝状の凹部Dpをデータ線駆動回路101に沿って設けてもよい。言い換えれば、層間絶縁膜上に設けられる凹部Dpは複数に限定されず、1つでもよい。
(変形例3)上記透過型あるいは反射型の液晶装置100におけるTFT30の構成は、半導体層30a上にゲート絶縁膜11を介してゲート電極(走査線3a)が配置されるトップゲート構造に限定されない。ゲート電極(走査線3a)が半導体層30aの下方に配置されるボトムゲート構造としてもよい。
(変形例4)上記透過型あるいは反射型の液晶装置100が適用される電子機器は、第2実施形態の液晶プロジェクター1000または液晶プロジェクター1500に限定されない。例えば、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)や直視型のHMD(ヘッドマウントディプレイ)、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、POSなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。
(変形例5)上記第1実施形態の素子基板10の製造方法を適用可能な電気光学装置は、液晶装置100に限定されない。例えば、基板上に画素回路や駆動回路が形成される有機EL(エレクトロルミネッセンス)装置、電気泳動装置などの表示装置を挙げることができる。
3a…信号線としての走査線、6a…信号線としてのデータ線、10…基板としての素子基板、12,12B…層間絶縁膜としての第1層間絶縁膜、15,15A,15B…画素電極、30…スイッチング素子としての薄膜トランジスター(TFT)、60…レジスト膜、60a…開口部、100…電気光学装置としての液晶装置、101…信号線駆動回路としてのデータ線駆動回路、102…信号線駆動回路としての走査線駆動回路、1000,1500…電子機器としての投射型表示装置(液晶プロジェクター)、E…画素回路が形成された領域としての画素領域、E1,E2…駆動回路が形成された領域としての周辺領域、Dp,Dp1,Dp2,Dp3,Dp4,Dp5,Dp6,Dp7,Dp8,Dp9…凹部。
Claims (8)
- 画素回路と、前記画素回路を駆動制御する駆動回路とを形成する第1工程と、
前記画素回路および前記駆動回路を構成する構造物上に層間絶縁膜を形成する第2工程と、
前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分の前記層間絶縁膜の表面に少なくとも1つの凹部を形成する第3工程と、
前記凹部が形成された前記層間絶縁膜に平坦化処理を施す第4工程と、
を備えたことを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記第3工程においては、前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分ほど深さが深くなる複数の前記凹部を形成することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記第3工程においては、前記構造物の平面的な配置情報と高さ情報とに基づいて、深さが異なる複数の前記凹部を形成することを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記画素回路は、画素電極と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された信号線とを含み、
前記駆動回路は、前記信号線を経由して前記スイッチング素子に制御信号を送る信号線駆動回路を含み、
前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記画素回路が形成された領域または前記駆動回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記第1工程においては、前記スイッチング素子に対して平面的に重なるように前記信号線を形成して、前記信号線により平面的に区分された領域に透明性を有する前記画素電極を形成し、
前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記駆動回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記第1工程においては、前記スイッチング素子の近傍に前記信号線を形成して、前記スイッチング素子と前記信号線とに平面的に重なるように光反射性の前記画素電極を形成し、
前記第3工程においては、前記層間絶縁膜のうち前記画素回路が形成された領域に前記少なくとも1つの凹部を形成することを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記第3工程においては、前記構造物の平面的な配置情報と高さ情報とに基づいて、前記層間絶縁膜の高さが他の部分に比べて高い部分ほど開口面積が大きくなる複数の開口部を有するレジスト膜を前記層間絶縁膜の上に形成する工程と、
前記レジスト膜を介して前記層間絶縁膜をドライエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記第3工程においては、複数の前記凹部のうち最も深い凹部の深さが前記層間絶縁膜の最大の段差に対してほぼ同じ値またはやや大きい値となるように前記レジスト膜における前記開口部の前記開口面積を設定することを特徴とする請求項7に記載の電気光学装置の製造方法。
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