JP2024063924A - 電気光学装置、電子機器、および電気光学装置の製造方法 - Google Patents

電気光学装置、電子機器、および電気光学装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】画素電極とトランジスターとの間のレンズ層を貫通するコンタクトホールの形成が容易な電気光学装置を提供すること。【解決手段】トランジスター1と、トランジスター1に対応して設けられた画素電極10と、トランジスター1と画素電極10との間の層に設けられたレンズ層34と、レンズ層34と画素電極10との間の層に設けられ、レンズ層34とともに平坦化された透光層36と、トランジスター1とレンズ層34との間の層に設けられた中継層30と、透光層36と画素電極10との間の層に設けられ、コンタクトホール33を介して、中継層30に電気的に接続された中継層20と、を備える。【選択図】図6

Description

本発明は、電気光学装置、電気光学装置を備えた電子機器、および電気光学装置の製造方法に関する。
素子基板の基板本体上に設けられた画素電極と、画素電極と基板との間に設けられたトランジスターと、画素電極とトランジスターとの間に形成されたレンズと、レンズが設けられる層を貫通して設けられ、画素電極に電気的に接続された導通部と、を備えた電気光学装置が、特許文献1に記載されている。
特開2021-167884号公報
画素電極とトランジスターとの間のレンズが設けられる層の層厚が厚いため、レンズが設けられる層を貫通する導通部を設けるためには、高アスペクト比のコンタクトホールを設ける必要がある。しかし、高アスペクト比のコンタクトホールは、形成が難しい、という課題があった。
本願の一態様に係る電気光学装置は、トランジスターと、前記トランジスターに対応して設けられた画素電極と、前記トランジスターと前記画素電極との間の層に設けられたレンズ層と、前記レンズ層と前記画素電極との間の層に設けられ、前記レンズ層とともに平坦化された第1透光層と、前記トランジスターと前記レンズ層との間の層に設けられた第1導電層と、前記第1透光層と前記画素電極との間の層に設けられ、第1コンタクトホールを介して、前記第1導電層に電気的に接続された第2導電層と、を備える。
本願の一態様に係る電気光学装置は、トランジスターと、前記トランジスターに対応して設けられた画素電極と、前記トランジスターと前記画素電極との間の層に設けられたレンズ層と、前記レンズ層と前記画素電極との間の層に設けられ、平面視で前記レンズ層の隣り合うレンズ曲面間に設けられた第1透光層と、前記トランジスターと前記レンズ層との間の層に設けられた第1導電層と、前記第1透光層と前記画素電極との間の層に設けられ、前記第1導電層と第1コンタクトホールを介して電気的に接続された第2導電層と、を備える。
本願の一態様に係る電子機器は、上記に記載の電気光学装置を備える。
本願の一態様に係る電気光学装置の製造方法は、第1導電層を形成する工程と、前記第1導電層上にレンズ面を有するレンズ層を形成する工程と、前記レンズ層に第1透光層を積層する工程と、前記第1透光層を前記レンズ層の前記レンズ面の一部が露出するまで研磨処理またはエッチングする工程と、前記第1透光層及び前記レンズ層をエッチングして第1コンタクトホールを形成する工程と、前記第1コンタクトホールと重なる位置に第2導電層を形成する工程と、を備える。
実施形態1に係る電気光学装置の平面図。 図1のII-II線に沿う電気光学装置の断面図。 素子基板の電気的な構成を示す等価回路図。 素子基板の表示領域の断面構造を示す説明図。 素子基板の表示領域の一部を示す平面図。 図5のVI-VI線に沿う断面図。 光学機能層の製造方法を示すフローチャート。 図7のステップS60の詳細を示すフローチャート。 図7のステップS70の詳細を示すフローチャート。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 実施形態2に係る電気光学装置の断面図。 素子基板の表示領域の一部を示す平面図。 図7のステップS70の詳細を示すフローチャート。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 製造過程における一態様を示す断面図。 実施形態3に係る電子機器の一例を示す模式図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸を適宜用いて説明する。また、X軸に沿う一方向をX1方向と表記し、X1方向とは反対の方向をX2方向と表記する。同様に、Y軸に沿う一方向をY1方向と表記し、Y1方向とは反対の方向をY2方向と表記する。Z軸に沿う一方向をZ1方向と表記し、Z1方向とは反対の方向をZ2方向と表記する。また、以下では、Z1方向またはZ2方向に見ることを「平面視」とし、Z軸を含む断面に対して垂直方向から見ることを「断面視」とする。
さらに、以下の説明において、例えば基板に対して、「基板上に」との記載は、基板の上に接して配置される場合、基板の上に他の構造物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接して配置され、一部が他の構造物を介して配置される場合のいずれかを表すものとする。また、ある構成の上面との記載は、当該構成のZ1方向側の面、例えば「透光層の上面」は透光層のZ1方向側の面、を示すものとする。また、ある構成の下面との記載は、当該構成のZ2方向側の面、例えば「コンタクトプラグの下面」はコンタクトプラグのZ2方向側の面、を示すものとする。
1.実施形態1
本実施形態では、電気光学装置として、画素ごとにスイッチング素子としてTFT(Thin Film Transistor)を備えたアクティブ駆動型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、後述する電子機器としての投射型表示装置において、光変調装置として用いられる。
1.1.液晶装置の構造の概要
本実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置の構造について、図1と図2とを参照して説明する。図1は、実施形態1に係る電気光学装置の平面図を示し、電気光学装置として透過型の液晶装置300の概略的な平面構成を示す。図2は、図1のII-II線に沿う電気光学装置の断面図であり、液晶装置300の概略的な断面構成を示す。
図1および図2に示すように、液晶装置300は、透光性を有する素子基板100と、透光性を有する対向基板200と、枠状に設けられたシール部材8と、液晶層Lcとを有する。なお、「透光性」とは、可視光に対する透過性を意味し、好ましくは可視光の透過率が50%以上であることをいう。
液晶装置300は、画像を表示する表示領域A1と、平面視において表示領域A1の外側に位置する外側領域A2とを有する。表示領域A1には、行列状に配列される複数の画素Pが設けられる。なお、図1に示す液晶装置300の形状は、四角形であるが、例えば円形であってもよい。
図2に示すように、素子基板100と対向基板200とは、液晶層Lcを介して配置される。
本実施形態では、液晶層Lcの光入射側に、対向基板200が配置され、液晶層Lcの光出射側に、素子基板100が配置される。対向基板200に入射した入射光ILは、液晶層Lcで変調されて、変調光MLとして素子基板100から射出される。
素子基板100は、基体90と層間絶縁層82を含む複数の層間絶縁層と画素電極10と配向膜12とを有する。また、図示しないが、画素電極10と層間絶縁層82との間には、後述するレンズ層34が設けられる。
基体90は、透光性および絶縁性を有する平板である。基体90は、例えばガラス基板または石英基板である。複数の層間絶縁層の層間には、後述するトランジスター1が配置される。
画素電極10は、透光性を有する。画素電極10は、例えばITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、およびFTO(Fluorine-doped tin oxide)等の透明導電材料によって、形成される。画素電極10の厚さ方向は、Z1方向またはZ2方向と一致する。
配向膜12は、透光性および絶縁性を有する。配向膜12は、液晶層Lcの液晶分子を配向させる。配向膜12の材料としては、例えば酸化ケイ素(SiO2)またはポリイミドが挙げられる。
対向基板200は、素子基板100に対向して配置される基板である。対向基板200は、基体210、絶縁層220、共通電極230、および配向膜240を有する。
基体210は、透光性および絶縁性を有する平板である。基体210は、例えばガラス基板または石英基板である。
絶縁層220は、透光性および絶縁性を有する。絶縁層220の材料は、例えば酸化ケイ素等の無機材料である。
共通電極230は、複数の画素電極10に対向して配置される電極であり、対向電極と言い換えられる。共通電極230は、例えばITO、IZO、およびFTO等の透明導電材料を含む。共通電極230と画素電極10とは、液晶層Lcに電界を印加する。
配向膜240は、透光性および絶縁性を有する。
シール部材8は、素子基板100と対向基板200との間に配置される。シール部材8は、例えばエポキシ樹脂等の各種硬化性樹脂を含む接着剤等を用いて形成される。シール部材8は、ガラス等の無機材料で構成されるギャップ材を含んでもよい。
液晶層Lcは、素子基板100、対向基板200、およびシール部材8によって囲まれる領域内に配置される。液晶層Lcは、画素電極10と共通電極230とによって生じる電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層である。液晶層Lcは、正または負の誘電異方性を有する液晶分子を含む。液晶分子の配向は、液晶層Lcに印加される電界に応じて変化する。液晶層Lcは、印加される電界に応じて入射光ILを変調する。
図1に示すように、素子基板100の外側領域A2に、複数の走査線駆動回路6、データ線駆動回路7、および複数の外部端子9が配置される。複数の外部端子9の一部は、図示しない配線を介して走査線駆動回路6またはデータ線駆動回路7に接続される。また、複数の外部端子9は、外部から共通電位が印加される端子を含む。
1.2.素子基板の電気的な構成
図3は、素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。
図3に示すように、素子基板100の表示領域A1には、スイッチング素子としての複数のトランジスター1、n本の走査線3、m本のデータ線4、およびm本の容量線5が設けられる。nおよびmはそれぞれ2以上の整数である。n本の走査線3とm本のデータ線4との各交差に対応してトランジスター1が配置される。
n本の走査線3のそれぞれはX1方向に延在し、n本の走査線3はY1方向に等間隔で並ぶ。n本の走査線3のそれぞれは、対応するトランジスター1のゲート電極に電気的に接続される。n本の走査線3は、図1に示す走査線駆動回路6に電気的に接続される。
走査線駆動回路6は、1~n本の走査線3に、走査信号G1、G2、…、およびGnを、線順次で供給する。
m本のデータ線4のそれぞれはY1方向に延在し、m本のデータ線4はX1方向に等間隔で並ぶ。m本のデータ線4のそれぞれは、対応する複数のトランジスター1のソース領域に電気的に接続される。m本のデータ線4は、図1に示すデータ線駆動回路7に電気的に接続される。
データ線駆動回路7は、1~m本のデータ線4に、画像信号E1、E2、…、およびEmを、供給する。
n本の走査線3とm本のデータ線4とは、互いに電気的に絶縁されており、平面視において格子状に配置される。隣り合う2つの走査線3と隣り合う2つのデータ線4とで囲まれる領域が画素Pに対応する。
画素P毎に画素電極10が設けられる。画素電極10は、トランジスター1のドレイン領域に電気的に接続される。
m本の容量線5のそれぞれはY1方向に延在し、m本の容量線5はX1方向に等間隔で並ぶ。また、m本の容量線5は、m本のデータ線4およびn本の走査線3に対して電気的に絶縁されており、これらに対して間隔をもって配置される。各容量線5には、共通電位またはグランド電位等の固定電位が印加される。
容量素子2の一方の電極は、容量線5に電気的に接続される。容量素子2の他方の電極は、画素電極10に電気的に接続され、画素電極10に供給される画像信号の電位を保持する。
1.3.素子基板の表示領域の断面構造
図4は、素子基板の表示領域の断面構造を示す説明図であり、表示領域A1に設けられた画素Pの断面構造を示す。
図4に示すように、表示領域A1において、素子基板100は、絶縁性または導電性の機能層または機能膜が基体90上に積層された、断面構造を有する。
基体90と層間絶縁層82との間には、遮光層80が配置される。
遮光層80は、遮光性を有する導電材料で形成される。遮光性を有する導電材料としては、例えば、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、およびアルミニウム(Al)等の金属、金属窒化物ならびに金属シリサイド等の金属材料を用いることができる。遮光層80は、走査線3の一部を構成する。なお、「遮光性」とは、可視光に対する遮光性を意味し、好ましくは、可視光の透過率が50%未満であることをいい、より好ましくは、10%以下であることをいう。
層間絶縁層82は、透光性および絶縁性を有する。層間絶縁層82は、例えば、酸化ケイ素等の無機材料によって、形成される。
層間絶縁層82上には、トランジスター1が配置される。
トランジスター1は、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有する半導体層70と、ゲート電極74と、ゲート絶縁層72とを有する。
半導体層70は、ドレイン領域70d、LDD領域70a、チャネル領域70c、LDD領域70b、およびソース領域70sを有する。
チャネル領域70cは、ソース領域70sとドレイン領域70dとの間に位置する。LDD領域70bは、チャネル領域70cとソース領域70sとの間に位置する。LDD領域70aは、チャネル領域70cとドレイン領域70dとの間に位置する。
半導体層70は、例えば、ポリシリコンであり、チャネル領域70cを除く領域には、導電性を高める不純物がドープされる。LDD領域70bおよびLDD領域70a中の不純物濃度は、ソース領域70sおよびドレイン領域70d中の不純物濃度よりも低い。
半導体層70上には、ゲート絶縁層72を介して、ゲート電極74が設けられる。ゲート電極74は、半導体層70のチャネル領域70cに重なる。
ゲート電極74は、例えば、ポリシリコンに導電性を高める不純物がドープされることにより形成される。なお、ゲート電極74は、金属、金属シリサイド、および金属化合物の導電性を有する材料を用いて形成されてもよい。
ゲート絶縁層72は、例えば、熱酸化またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法等で成膜される酸化ケイ素で構成される。
ゲート電極74と遮光層80との間は、ゲート絶縁層72と層間絶縁層82とを貫通するコンタクトホール81を介して電気的に接続される。
トランジスター1上には、層間絶縁層76を介して、導電層60と中継層62とが設けられる。導電層60と中継層62とは、同層に設けられ、遮光性の導電材料で形成される。層間絶縁層76は、層間絶縁層82と同様の材料によって、形成される。
導電層60は、データ線4の一部を構成する。導電層60は、層間絶縁層76を貫通するコンタクトホール73を介して、半導体層70のソース領域70sに電気的に接続される。
中継層62は、層間絶縁層76を貫通するコンタクトホール71を介して、半導体層70のドレイン領域70dに電気的に接続される。
導電層60および中継層62上には、層間絶縁層64が設けられ、層間絶縁層64上には、中継層52が設けられる。中継層52は、遮光性の導電材料で形成される。層間絶縁層64は、層間絶縁層82と同様の材料によって、形成される。
中継層52は、層間絶縁層64を貫通するコンタクトホール61を介して、中継層62に電気的に接続される。
中継層52上には、層間絶縁層54を介して、容量素子2が設けられる。
容量素子2は、基体90側に設けられた容量電極50、画素電極10側に設けられた容量電極40、および容量電極50と容量電極40との間に設けられた誘電体層56を有する。容量電極40と容量電極50とは、いずれも遮光性の導電材料で形成される。層間絶縁層54は、層間絶縁層82と同様の材料によって、形成される。
容量電極50は、容量線5の一部を構成する。
容量電極40は、層間絶縁層54を貫通するコンタクトホール51を介して、中継層52に電気的に接続される。これによって、容量電極40は、トランジスター1のドレイン領域70dに電気的に接続される。
容量電極40と画素電極10との間には、レンズ層34を含む光学機能層LSが設けられる。
光学機能層LSは、光量ロスを抑制するために設けられる。具体的には、画素電極10を通過した通過光が、データ線4や容量線5等の遮光性の材料層に当たってロスとならないように、通過光の光路を調整する。光学機能層LSは、透光層42、レンズ層34、透光層36、透光層22と保護層24とを含む。
透光層42は、光路長を調整するためのパス層と称せられる光路長調整層である。透光層42は、酸化ケイ素等の無機材料によって形成される。また、透光層42の上面は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等によって平坦化されている。
レンズ層34は、画素電極10側に突出するレンズ面34sを有する。
レンズ面34sは、CMP等によって平坦化された平坦部34sfと、平坦部34sfを囲むレンズ曲面部としての曲面部34sc1を有する。
レンズ層34は、各透光層よりも高い屈折率を有する無機材料、例えば、酸窒化ケイ素(SiON)によって形成される。
レンズ層34は、各透光層よりも厚い層厚を有し、本実施形態において、レンズ層34は、約6000nmの厚さに形成される。レンズ層34の厚い層厚は、光路長調整層として機能する。
透光層36は、曲面部34sc1上に設けられる。透光層36は、レンズ層34とともに平坦化された上面36t1を有する。したがって、透光層36の上面36t1は、レンズ層34の平坦部34sfと同じ平面に含まれる。
透光層36は、透光層42と同様に酸化ケイ素等の無機材料によって形成される。
透光層22は、レンズ層34の平坦部34sf、透光層36の上面36t1、および中継層20上に設けられる。透光層22は、透光層42と同様に酸化ケイ素等の無機材料によって形成される。
コンタクトホール23は、画素電極10と接続部材としてのコンタクトプラグ31とを電気的に接続するために設けられている。コンタクトホール33は、後述するように、隣り合う4つの画素電極10の間の隙間に設けられるため、画素電極10とコンタクトプラグ31とを直接接続することができない。
したがって、画素電極10とコンタクトプラグ31とは、中継層20とコンタクトホール23内に設けられた画素コンタクトプラグ21とを介して電気的に接続される。
中継層20は、透光層36上に設けられ、平面視で、コンタクトプラグ31と画素電極10とに重なるように設けられる。画素コンタクトプラグ21は、平面視で、中継層20と画素電極10とに重なるように設けられる。
このように、中継層20と画素電極10との間に透光層22を設けることで、隣り合う4つの画素電極10の間の隙間に、コンタクトプラグ31を設けることができ、レイアウトの制約を満たすことができる。
保護層24は、透光層22上に設けられる。保護層24は、例えば、BSG(Borosilicate Glass)等の透光性および吸湿性を有する無機材料で構成される。保護層24上に、画素電極10が設けられる。画素電極10上には、配向膜12が設けられる。
画素電極10と容量電極40とは、画素コンタクトプラグ21、中継層20、コンタクトプラグ31、中継層30、および接続部材としてのコンタクトプラグ41を介して、電気的に接続される。これによって、画素電極10は、トランジスター1のドレイン領域70dに電気的に接続される。
画素コンタクトプラグ21は、コンタクトホール23内に設けられる。コンタクトホール23は、保護層24と透光層22とを貫通して設けられる。画素コンタクトプラグ21は、タングステン等の導電材料によって形成される。
中継層20は、画素コンタクトプラグ21の材料としてタングステンを用いる場合、タングステンと良好な導通が取れる材料、例えば、窒化チタン等で形成する。
コンタクトプラグ31は、コンタクトホール33内に設けられる。コンタクトホール33は、レンズ層34と透光層36とを貫通して設けられる。コンタクトプラグ31は、タングステン等の導電材料によって形成される。
中継層30は、透光層36と透光層42との間に設けられる。コンタクトプラグ31の材料としてタングステンを用いる場合、中継層30は、タングステンと良好な導通が取れる材料、例えば、窒化チタン等で形成する。
コンタクトプラグ41は、コンタクトホール43内に設けられる。コンタクトホール43は、透光層42を貫通して設けられる。
コンタクトプラグ41は、タングステン等の導電材料によって形成される。コンタクトプラグ41は、中継層30および容量電極40に接触して、中継層30と容量電極40とを電気的に接続する。
1.4.素子基板の表示領域の平面構造
図5は、素子基板の表示領域の一部を示す平面図であり、素子基板100の表示領域A1を、液晶層Lc側からZ2方向に見た図である。
図5では、画素電極10を実線で描画し、画素電極10よりも基体90側に設けられた光学機能層LSに含まれる構成を破線で描画した。また、レンズ層34の曲面部34sc1のレンズ面34sを二点鎖線で示すとともに、隣り合うレンズ面34s同士が接する境界34b1を破線で示した。
また、レンズ層34の平坦部34sfと曲面部34sc1との境界34b2を破線で示した。境界34b2で囲まれた領域の内側が平坦部34sfであり、境界34b2の外側が曲面部34sc1である。本実施形態において、透光層36は、曲面部34sc1と重なり、平坦部34sfと重なっていない。
画素電極10は、X軸およびY軸に沿ってマトリクス状に配置される。
画素コンタクトプラグ21は、画素電極10と重なる位置、本実施形態では画素電極10の四隅のうちの図面左下の角と重なる位置に設けられる。
中継層20の形状は、矩形である。中継層20の四隅のそれぞれは、画素電極10のX2方向、Y2方向、および対角方向に隣り合う4つの画素電極10のそれぞれの角と、重なるように設けられる。
画素コンタクトプラグ21は、平面視において中継層20の四隅のうちの一つの角に設けられる。
コンタクトホール33は、平面視において中継層20と重なる位置に設けられ、隣り合う4つの画素電極10の間の隙間と重なるように設けられる。
コンタクトプラグ31は、本実施形態において、画素コンタクトプラグ21と、平面視において重ならない位置に設けられる。コンタクトプラグ31と画素コンタクトプラグ21とが重ならないにようにするため、コンタクトプラグ31は、中継層20において画素コンタクトプラグ21が設けられた角の対角の角に寄せて設けられる。
このように画素コンタクトプラグ21をコンタクトプラグ31と重ならない位置に設けた場合、画素コンタクトプラグ21をコンタクトプラグ31と重なる位置に設けた場合よりも、画素コンタクトプラグ21と重なる画素電極10の成膜性を向上させることができる。
中継層30は、中継層20より小さい矩形である。
コンタクトプラグ41は、コンタクトプラグ31と重なる位置に設けられる。より具体的には、コンタクトプラグ41とコンタクトプラグ31とは、平面視において略完全に重なる。
容量電極40は、幅広部40wと、幅広部40wから走査線3と重なるようにX1方向に沿って延在する延在部と、幅広部40wからデータ線4と重なるようにY1方向に沿って延在する延在部と、を有する。
幅広部40wは、平面視において、中継層20および中継層30の全部と重なる大きさおよび形状を有する。
本実施形態において、境界34b1が交差する箇所とコンタクトプラグ31とが重なっている。これは、コンタクトプラグ31が、レンズ層34を貫通して設けられていることを示す。
上述した画素コンタクトプラグ21、コンタクトプラグ31、およびコンタクトプラグ41の配置関係は、画素コンタクトプラグ21をコンタクトホール23で、コンタクトプラグ31をコンタクトホール33でおよびコンタクトプラグ41をコンタクトホール43で読み替えても同様である。
1.5.素子基板の表示領域の光学機能層の構造
図6は、図5のVI-VI線に沿う断面図であり、光学機能層LSの断面構造を示す。
図6に示すように、レンズ層34の平坦部34sfと透光層36の上面36t1とは、同じ平面に含まれる。
コンタクトホール33は、透光層36とレンズ層34とを貫通する。
コンタクトプラグ31は、逆四角錐台の形状を有する。したがって、コンタクトプラグ31の上面側の方が、下面側よりも太い。
コンタクトホール33のアスペクト比は、他のコンタクトホール、例えば、コンタクトホール43のアスペクト比に比べて約2倍程度大きい。本実施形態において、コンタクトホール33の深さL1は、約5~7μmであり、コンタクトホール33の内径Dが、約1μmである。アスペクト比L1/Dは、約5~7である。
コンタクトホール33は、ドライエッチング等の異方性エッチングによって形成する。コンタクトホール33のエッチング処理を、コンタクトホール33が透光層36とレンズ層34とを貫通した後、中継層30の上面をちょうど露出する位置で、止めることは難しい。したがって、図示しないが、コンタクトホール33の底は、中継層30内に、形成されてもよい。
コンタクトホール33は、コンタクトプラグ41と重なる位置に設けられる。これによって、エッチング処理がより容易となる。なぜならば、コンタクトホール33が中継層30を貫通しても、コンタクトホール33の底は、コンタクトプラグ41内に形成される。したがって、コンタクトホール33に充填されるコンタクトプラグ31とコンタクトプラグ41との電気的な接続を確実に行うことができる。
1.6.光学機能層の製造方法
次に、光学機能層LSの製造方法について、図7から図17を参照して説明する。
図7は、素子基板100の光学機能層LSの製造方法を示すフローチャートである。図8は、図7のフローチャートのステップS60の詳細フローチャートである。図9は、図7のフローチャートのステップS70の詳細フローチャートである。図10から図17は、各製造過程における一態様を示す断面図であり、各図における断面位置は、図6と同様である。
ステップS10では、中継層としての容量電極40を形成する。容量電極40は、窒化チタンを含む導電材料を誘電体層56上に成膜した後、パターニングして形成する。
ステップS20では、容量電極40上に、酸化ケイ素からなる透光層42を形成する。
ステップS30では、透光層42にコンタクトホール43を形成する。
ステップS40では、コンタクトホール43にタングステンを充填して、コンタクトプラグ41を形成する。
ステップS50では、コンタクトプラグ41と、平面視において重なる位置に、窒化チタンを含む導電材料からなる中継層30を形成する。
ステップS60では、レンズ層34を形成する。ステップS60の詳細は、図8を参照して説明する。
ステップS61では、レンズ層34を成膜する。図10に示すように、透光層42および中継層30上に、酸窒化ケイ素を4000nmから6000nmの厚さに成膜する。
ステップS62では、レジストパターン95を形成する。レンズ層34上にフォトレジスト層を形成した後、フォトレジスト層をパターニングして、図11に示すようなレジストパターン95を形成する。
ステップS63では、レジストパターン95を熱処理する。
図12に示すように、レジストパターン95を加熱することによって軟化させ、リフローさせる。図11に示した熱処理前のレジストパターン95の断面形状は、角が立った矩形状である。レジストパターン95を熱処理することで、レジストパターン95の角がだれて、レジストパターン95の断面形状は、図12に示すように、なだらかに湾曲した表面を有する楕円形状となる。
ステップS64では、エッチングを行う。図13に示すように、ドライエッチングによってレンズ層34の上面にレジストパターン95の形状を転写する。エッチングによって、レジストパターン95の形状が反映された凸形状が、レンズ層34の上面に形成される。
本実施形態では、隣り合う凸形状の間におけるレンズ層34の層厚が、500nmから3000nmになるようにエッチングを行う。
ステップS65では、追加成膜を行う。レンズ層34の凸形状と隣り合う凸形状の間とに、酸窒化ケイ素を1500nmから2000nmの厚さに成膜する。この工程では、図14に示すように、隣り合う凸形状の間が埋まるとともに、隣り合う凸形状同士が接するまで、追加成膜を行う。
図7に戻る。
ステップS70では、透光層36を形成する。ステップS70の詳細は、図9を参照して説明する。
ステップS71では、透光層36を成膜する。図15に示すように、レンズ層34上に、酸化ケイ素を約6000nmの厚さに成膜する。
ステップS72では、CMPを行う。CMPによって、透光層36は、平坦化される。CMPを、レンズ面34sの中央部分が露出するまで行うことで、レンズ面34sの中央部分には、図16に示すように、CMPによって平坦化された平面からなる平坦部34sfが形成される。平坦部34sfは、透光層36の上面36t1と同じ平面に属する。
この工程によって、レンズ面34sには、平坦化された平坦部34sfと、平坦部34sfの周りに平坦化されていない曲面部34sc1とが設けられる。
図7に戻る。
ステップS80では、コンタクトホール33を形成する。透光層36およびレンズ層34を異方性エッチングして、中継層30を露出するコンタクトホール33を形成する。
本実施形態では、CMPによって、透光層36の層厚を、レンズ面34sの中央部分が露出するまで薄くしているため、コンタクトホール33のアスペクト比は、CMPしない場合よりも小さくなる。したがって、コンタクトホール33の形成を容易に行うことができる。
ステップS90では、コンタクトプラグ31を形成する。コンタクトホール33内に、タングステンからなるコンタクトプラグ31を形成する。本実施形態では、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくしているため、コンタクトプラグ31の形成も容易に行うことができる。したがって、高品質なコンタクトプラグ31を形成することでき、画素電極10とトランジスター1との電気的接続の信頼性を高めることができる。
ステップS100では、中継層20を形成する。図17に示すように、コンタクトプラグ31上に、窒化チタンおよびアルミニウムを含む材料またはタングステンからなる中継層20を形成する。
ステップS110では、中継層20上に、酸化ケイ素からなる透光層22を形成する。
ステップS120では、保護層24を形成する。
ステップS130では、保護層24および透光層22を貫通して、中継層20を露出するコンタクトホール23を形成する。
ステップS140では、コンタクトホール23に画素コンタクトプラグ21を形成する。
ステップS150では、画素電極10を形成する。
以上、述べたとおり、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置300は、トランジスター1と、トランジスター1に対応して設けられた画素電極10と、トランジスター1と画素電極10との間の層に設けられたレンズ層34と、レンズ層34と画素電極10との間の層に設けられ、レンズ層34とともに平坦化された透光層36と、トランジスター1とレンズ層34との間の層に設けられた中継層30と、透光層36と画素電極10との間の層に設けられ、コンタクトホール33を介して、中継層30に電気的に接続された中継層20と、を備える。
このように、透光層36は、レンズ層34とともに平坦化されるため、透光層36の層厚を薄くすることができる。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、レンズ層34は、画素電極10側に平坦部34sfと、平坦部34sfを囲む曲面部34sc1と、を有する。
このように、レンズ層34が、透光層36とともに平坦化された平坦部34sfを有するため、透光層36の層厚が薄くなり、コンタクトホール33の形成が容易となる。さらには、画素Pに対して、Z2方向に沿って入射する光、換言すると、画素Pにまっすぐに入射する光は、平坦部34sfで屈折されることなく、レンズ層34をまっすぐに通過する。したがって、明るい画素Pを実現することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、レンズ層34は、画素電極10側に突出するレンズ面34sを有する。
このように、画素電極10側に突出するレンズ面34sは、画素Pに対して、斜めに入射する光を屈折し、Z2方向の光とすることができるので、ロスとなる光を抑制して、明るい画素Pを実現することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、中継層20と画素電極10とを電気的に接続するためのコンタクトホール23を有する透光層22を備え、コンタクトホール33とコンタクトホール23とは平面視において互いに重ならないように設けられている。
このように、コンタクトホール33とコンタクトホール23とは平面視において互いに重ならないため、コンタクトホール33を、隣り合う画素Pの隙間に配置することができ、光が透過する開口領域を広く確保することができる。さらには、画素電極10の成膜性を向上させることができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、中継層30とトランジスター1とを電気的に接続するためのコンタクトホール43を有する透光層42を備え、コンタクトホール43とコンタクトホール33とは、平面視において互いに重なるように設けられている。
このように、コンタクトホール43とコンタクトホール33とは、平面視において互いに重なるように設けられているため、コンタクトホール33を形成する際に、コンタクトホール33が、中継層30を貫通しても、コンタクトホール33を介した電気的な導通を取ることができる。よって、コンタクトホール33を容易に形成することができる。さらには、コンタクトホール33およびコンタクトホール43によって、遮光される領域を小さくすることができ、光が透過する開口領域を広く確保することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、コンタクトホール33、コンタクトホール23、及びコンタクトホール43内に、それぞれ接続部材としてのコンタクトプラグ31、画素コンタクトプラグ21、およびコンタクトプラグ41を備える。
本実施形態の液晶装置300は、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができるので、コンタクトホール33およびコンタクトホール33内に設けられるコンタクトプラグ31を容易に形成することができる。よって、コンタクトホール33およびコンタクトプラグ31の品質が向上して、画素電極10とトランジスター1との電気的接続の信頼性を高めることができる。
本実施形態の電気光学装置としての液晶装置300の製造方法は、中継層30を形成する工程と、中継層30上にレンズ面34sを有するレンズ層34を形成する工程と、レンズ層34に透光層36を積層する工程と、透光層36をレンズ層34のレンズ面34sの一部が露出するまで研磨処理する工程と、透光層36及びレンズ層34をエッチングしてコンタクトホール33を形成する工程と、コンタクトホール33と重なる位置に中継層20を形成する工程と、を備える。
このように、透光層36は、レンズ層34のレンズ面34sの一部が露出するまで研磨処理されるため、透光層36の層厚を薄くすることができる。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
2.実施形態2
2.1.素子基板の表示領域の構造
実施形態2に係る電気光学装置としての液晶装置300の構造について、図18および図19を参照して説明する。
図18は、実施形態2に係る電気光学装置の断面図であり、図19のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。図19は、素子基板の表示領域の一部を示す平面図であり、図5と同様に、素子基板100の表示領域A1を、液晶層Lc側からZ2方向に見た図である。
実施形態2は、レンズ面34sが、平坦部34sfを有しない点で、実施形態1と異なる。なお、実施形態1と同じ構成には、同じ符号を付して、説明を省略する。
図18に示すように、レンズ面34sは、中央に頂点34stを有し、頂点34stは、透光層36の上面36t2よりも画素電極10側に位置する。
透光層36の上面36t2の外縁36bは、レンズ面34sの曲面と接する。
本実施形態では、レンズ面34sの曲面のうち、透光層36の上面36t2の外縁36bよりも画素電極10側の曲面を、換言すると、透光層36と重なっていない曲面を、レンズ曲面としての曲面部34sc2として説明する。
中継層20は、断面視で、隣り合う曲面部34sc2間に設けられる。
本実施形態において、コンタクトホール33の深さL2は、実施形態1のコンタクトホール33の深さL1よりも浅く、コンタクトホール33のアスペクト比L2/Dは、実施形態1のコンタクトホール33のアスペクト比L1/Dより小さい。これは、後述するように、透光層36を選択的にエッチングすることで、透光層36の上面36t2の位置を、レンズ面34sの頂点34stよりも中継層30側に寄せることができるからである。
図19では、透光層36の上面36t2の外縁36bを破線で示した。
円形状の外縁36bの外側が、レンズ面34s上に透光層36が設けられた領域であり、内側は、透光層36と重なっていない曲面部34sc2を示す。
透光層36は、平面視でレンズ層34の隣り合う曲面部34sc2間に、設けられている。透光層36は、隣り合う曲面部34sc2間において、X軸およびY軸に沿って、連続して設けられている。
2.2.光学機能層の製造方法
次に、実施形態2の光学機能層LSの製造方法について、図20から図23を参照して説明する。
図20は、図7のフローチャートのステップS70の詳細フローチャートである。図21から図23は、各製造過程における一態様を示す断面図であり、各図における断面位置は、図6と同様である。
本実施形態では、図7のフローチャートにおいて、ステップS70が実施形態1と異なる。ステップS10からステップS60およびステップS80からステップS150までは、実施形態1と同じであるため、説明を省略または簡略する。
ステップS71では、透光層36を成膜する。実施形態1と同様に、レンズ層34上に、酸化ケイ素を約6000nmの厚さに成膜する。
ステップS72では、CMPを行う。CMPによって、透光層36は、平坦化される。
本実施形態では、レンズ面34s上の透光層36が、1000nmから2000nm程度になるまで、CMPを行う。図21に示すように、レンズ面34s上には、透光層36が残る。
ステップS73では、エッチバックを行う。この工程では、酸化ケイ素と酸窒化ケイ素とのエッチレート差を利用して、酸化ケイ素を選択的にエッチングする。したがって、酸化ケイ素からなる透光層36のエッチングが、酸窒化ケイ素よりなるレンズ層34のエッチングよりも早く進む。
本実施形態では、図22に示したように、透光層36の上面36t2が、レンズ面34sの頂点34stよりも、中継層30側に位置するまで、エッチバックを行う。
その後、図23に示したように、透光層36の上面36t2にコンタクトホール33を形成し、コンタクトホール33内に、コンタクトプラグ31を形成し、コンタクトプラグ31上に中継層20を形成する。
本実施形態では、コンタクトホール33のアスペクト比L2/Dを、実施形態1よりも小さくすることができ、実施形態1以上にコンタクトホール33の形成およびコンタクトプラグ31の形成を容易に行うことができる。したがって、高品質なコンタクトホール33およびコンタクトプラグ31を形成することでき、画素電極10とトランジスター1との電気的接続の信頼性を高めることができる。
以上、述べたとおり、本実施形態の電気光学装置としての液晶装置300によれば、上記実施形態の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の液晶装置300は、トランジスター1と、トランジスター1に対応して設けられた画素電極10と、トランジスター1と画素電極10との間の層に設けられたレンズ層34と、レンズ層34と画素電極10との間の層に設けられ、平面視でレンズ層34の隣り合うレンズ曲面としての曲面部34sc2間に設けられた透光層36と、トランジスター1とレンズ層34との間の層に設けられた中継層30と、透光層36と画素電極10との間の層に設けられ、中継層30とコンタクトホール33を介して電気的に接続された中継層20と、を備える。
このように、透光層36は、平面視でレンズ層34の隣り合う曲面部34sc2間に設けられているため、透光層36の層厚を薄くすることができる。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、中継層20は、平面視でレンズ層34の隣り合うレンズ曲面としての曲面部34sc2間に設けられている。
このように、中継層20は、平面視でレンズ層34の隣り合う曲面部34sc2間に設けられているため、中継層20を中継層30に近づけることができる。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、レンズ層34は、画素電極10側に突出するレンズ面34sを有する。
このように、画素電極10側に突出するレンズ面34sは、画素Pに対して、斜めに入射する光を屈折し、Z2方向の光とすることができるので、ロスとなる光を抑制して、明るい画素Pを実現することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、レンズ層34のレンズ面34sの中央の頂点34stは、透光層36の画素電極10側の上面36t2よりも画素電極10側に位置する。
この構成によれば、透光層36の上面36t2は、レンズ層34のレンズ面34sの頂点34stよりも、中継層30側に位置する。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、中継層20と画素電極10とを電気的に接続するためのコンタクトホール23を有する透光層22を備え、コンタクトホール33とコンタクトホール23とは平面視において互いに重ならないように設けられている。
このように、コンタクトホール33とコンタクトホール23とは平面視において互いに重ならないため、コンタクトホール33を、隣り合う画素Pの隙間に配置することができ、光が透過する開口領域を広く確保することができる。さらには、画素電極10の成膜性を向上させることができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、中継層30とトランジスター1とを電気的に接続するためのコンタクトホール43を有する透光層42を備え、コンタクトホール43とコンタクトホール33とは、平面視において互いに重なるように設けられている。
このように、コンタクトホール43とコンタクトホール33とは、平面視において互いに重なるように設けられているため、コンタクトホール33を形成する際に、コンタクトホール33が、中継層30を貫通しても、コンタクトホール33を介した電気的な導通を取ることができる。よって、コンタクトホール33を容易に形成することができる。さらには、コンタクトホール33およびコンタクトホール43によって、遮光される領域を小さくすることができ、光が透過する開口領域を広く確保することができる。
本実施形態の液晶装置300は、さらに、コンタクトホール33、コンタクトホール23、及びコンタクトホール43内に、それぞれ接続部材としてのコンタクトプラグ31、画素コンタクトプラグ21、およびコンタクトプラグ41を備える。
本実施形態の液晶装置300は、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができるので、コンタクトホール33およびコンタクトホール33内に設けられるコンタクトプラグ31を容易に形成することができる。よって、画素電極10とトランジスター1との電気的接続の信頼性を高めることができる。
本実施形態の電気光学装置としての液晶装置300の製造方法は、中継層30を形成する工程と、中継層30上にレンズ面34sを有するレンズ層34を形成する工程と、レンズ層34に透光層36を積層する工程と、透光層36をレンズ層34のレンズ面34sの一部が露出するまでエッチングする工程と、透光層36及びレンズ層34をエッチングしてコンタクトホール33を形成する工程と、コンタクトホール33と重なる位置に中継層20を形成する工程と、を備える。
このように、透光層36は、レンズ層34のレンズ面34sの一部が露出するまでエッチングされるため、透光層36の層厚を薄くすることができる。よって、コンタクトホール33のアスペクト比を小さくすることができ、コンタクトホール33を容易に形成することができる。
3.実施形態3
図24は、電子機器の一例である投射型表示装置としてのプロジェクターを示す模式図である。
プロジェクター1000は、例えば、上述した液晶装置300を3枚備えた3板式のプロジェクターである。液晶装置300Rは赤色の表示色に対応し、液晶装置300Gは緑色の表示色に対応し、液晶装置300Bは青色の表示色に対応する。制御部1005は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、液晶装置300R,300G,300Bの動作を制御する。
照明光学系1001は、光源である照明装置1002からの出射光のうち赤色成分RLを液晶装置300Rに供給し、緑色成分GLを液晶装置300Gに供給し、青色成分BLを液晶装置300Bに供給する。各液晶装置300R,300G,300Bは、照明光学系1001から供給される各色光RL,GL,BLを表示画像に応じて変調する光変調装置として機能する。
投射光学系1003は、各液晶装置300R,300G,300Bからの出射光を合成してプロジェクタースクリーン1004に投射する。
以上、述べたとおり、本実施形態の電子機器としてのプロジェクター1000は、上述した液晶装置300を備える。
よって、光学性能および電気的な信頼性の高い液晶装置300を採用することで、プロジェクター1000の性能を向上させることができる。
なお、電子機器は、例示した3板式のプロジェクター1000に限定されない。例えば、単板式、2板式、または、4枚以上の液晶装置300を備えたプロジェクターであってもよい。また、電子機器は、PDA(Personal Digital Assistants)、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、車載用の表示器、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、およびPOS(Point of sale)、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、またはタッチパネルを備えた機器等であってもよい。
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、上述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。
1…トランジスター、2…容量素子、3…走査線、4…データ線、5…容量線、6…走査線駆動回路、7…データ線駆動回路、8…シール部材、9…外部端子、10…画素電極、12…配向膜、20…中継層、21…画素コンタクトプラグ、22…透光層、23…コンタクトホール、24…保護層、30…中継層、31…コンタクトプラグ、33…コンタクトホール、34…レンズ層、34b1,34b2…境界、34s…レンズ面、34sc1,34sc2…曲面部、34sf…平坦部、34st…頂点、36…透光層、36b…外縁、36t1,36t2…上面、40…容量電極、40w…幅広部、41…コンタクトプラグ、42…透光層、43…コンタクトホール、50…容量電極、51…コンタクトホール、52…中継層、54…層間絶縁層、56…誘電体層、60…導電層、61…コンタクトホール、62…中継層、64…層間絶縁層、70…半導体層、70a,70b…LDD領域、70c…チャネル領域、70d…ドレイン領域、70s…ソース領域、71…コンタクトホール、72…ゲート絶縁層、73…コンタクトホール、74…ゲート電極、76…層間絶縁層、80…遮光層、81…コンタクトホール、82…層間絶縁層、90…基体、95…レジストパターン、100…素子基板、200…対向基板、210…基体、220…絶縁層、230…共通電極、240…配向膜、300,300B,300G,300R…液晶装置、1000…プロジェクター、1001…照明光学系、1002…照明装置、1003…投射光学系、1004…プロジェクタースクリーン、1005…制御部、A1…表示領域、A2…外側領域、E1…画像信号、G1…走査信号、L1…深さ、L2…深さ、LS…光学機能層

Claims (15)

  1. トランジスターと、
    前記トランジスターに対応して設けられた画素電極と、
    前記トランジスターと前記画素電極との間の層に設けられたレンズ層と、
    前記レンズ層と前記画素電極との間の層に設けられ、前記レンズ層とともに平坦化された第1透光層と、
    前記トランジスターと前記レンズ層との間の層に設けられた第1導電層と、
    前記第1透光層と前記画素電極との間の層に設けられ、第1コンタクトホールを介して、前記第1導電層に電気的に接続された第2導電層と、を備える、
    電気光学装置。
  2. 前記レンズ層は、前記画素電極側に平坦部と、前記平坦部を囲むレンズ曲面部と、を有する、
    請求項1に記載の電気光学装置。
  3. 前記レンズ層は、前記画素電極側に突出するレンズ面を有する、
    請求項1に記載の電気光学装置。
  4. 前記第2導電層と前記画素電極とを電気的に接続するための第2コンタクトホールを有する第2透光層を備え、
    前記第1コンタクトホールと前記第2コンタクトホールとは平面視において互いに重ならないように設けられている、
    請求項1に記載の電気光学装置。
  5. 前記第1導電層と前記トランジスターとを電気的に接続するための第3コンタクトホールを有する第3透光層を備え、
    前記第3コンタクトホールと前記第1コンタクトホールとは、平面視において互いに重なるように設けられている、
    請求項4に記載の電気光学装置。
  6. 前記第1コンタクトホール、前記第2コンタクトホール、及び前記第3コンタクトホール内に、それぞれ接続部材を備える、
    請求項5に記載の電気光学装置。
  7. トランジスターと、
    前記トランジスターに対応して設けられた画素電極と、
    前記トランジスターと前記画素電極との間の層に設けられたレンズ層と、
    前記レンズ層と前記画素電極との間の層に設けられ、平面視で前記レンズ層の隣り合うレンズ曲面間に設けられた第1透光層と、
    前記トランジスターと前記レンズ層との間の層に設けられた第1導電層と、
    前記第1透光層と前記画素電極との間の層に設けられ、前記第1導電層と第1コンタクトホールを介して電気的に接続された第2導電層と、を備える、
    電気光学装置。
  8. 前記第2導電層は、平面視で前記レンズ層の隣り合うレンズ曲面間に設けられている、
    請求項7に記載の電気光学装置。
  9. 前記レンズ層は、前記画素電極側に突出するレンズ面を有する、
    請求項7に記載の電気光学装置。
  10. 前記レンズ層のレンズ面の中央は、前記第1透光層の前記画素電極側の面よりも前記画素電極側に位置する、
    請求項7に記載の電気光学装置。
  11. 前記第2導電層と前記画素電極とを電気的に接続するための第2コンタクトホールを有する第2透光層を備え、
    前記第1コンタクトホールと前記第2コンタクトホールとは平面視において互いに重ならないように設けられている、
    請求項7に記載の電気光学装置。
  12. 前記第1導電層と前記トランジスターとを電気的に接続するための第3コンタクトホールを有する第3透光層を備え、
    前記第3コンタクトホールと前記第1コンタクトホールとは、平面視において互いに重なるように設けられている、
    請求項11に記載の電気光学装置。
  13. 前記第1コンタクトホール、前記第2コンタクトホール、及び前記第3コンタクトホール内に、それぞれ接続部材を備える、
    請求項12に記載の電気光学装置。
  14. 請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えた電子機器。
  15. 第1導電層を形成する工程と、
    前記第1導電層上にレンズ面を有するレンズ層を形成する工程と、
    前記レンズ層に第1透光層を積層する工程と、
    前記第1透光層を前記レンズ層の前記レンズ面の一部が露出するまで研磨処理またはエッチングする工程と、
    前記第1透光層及び前記レンズ層をエッチングして第1コンタクトホールを形成する工程と、
    前記第1コンタクトホールと重なる位置に第2導電層を形成する工程と、を備える、
    電気光学装置の製造方法。
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