JP2937942B2 - アクティブマトリックス形液晶表示素子の製造方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、大形の基板に対応
したアクティブマトリックス形液晶表示素子の製造方法
およびその装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体電子デバイスの製造工程において
は、フォトリソグラフィ技術が多用され、露光方法によ
るパターンの露光は必要不可欠である。 【０００３】そして、この露光方法には、所定のパター
ンを描いたマスクとこのマスクのパターンが転写される
固体電子デバイスの基板を接触状態で重ねて露光するコ
ンタクト方式、マスクと基板とを１０〜５０μｍ程度離
間した状態で重ねて露光するプロキシミティ方式、マス
クと基板とを十分に分離した状態で投影光学系に配置し
て露光する投影露光方式がある。 【０００４】また、コンタクト方式およびプロキシミテ
ィ方式には、様々な基板サイズに応じた装置があるが、
マスクと基板を重ねるため、基板の表面に塗布したフォ
トレジストがマスクに付着したり、マスクに傷が付いた
りしやすく、基板に転写されたパターンに欠陥が多い。
この欠陥を解消するものとして、投影露光装置の露光方
法が登場し、集積回路の分野では主流になりつつあり、
この投影露光装置では、マスクと基板が十分な距離をお
いて配置されるため、フォトリソグラフィで発生する欠
陥は大幅に減少する。 【０００５】さらに、現在用いられている投影露光装置
には、マスクのパターンを等倍で基板に投影するもの
と、１／５あるいは１／１０に縮小して投影するものが
あり、その投影光学系には、ミラーを用いた反射形のも
のと、レンズを用いた屈折形のものがある。 【０００６】一方、マスクの現状の性能を見ると、ガラ
スマスクの場合、１０μｍパターンで誤差１μｍ以下の
高精度の仕様を満足するものとしては、７インチ角の基
板、すなわち実効パターンエリアが６インチ角程度のも
のが最大であり、これ以上のサイズでは基板の平坦性の
維持、累積ピッチ誤差量あるいはガラスマスクの製造装
置などの問題で、高精度マスクを得るのが難しい。 【０００７】したがって、高精度マスクを用いて投影露
光を行なう場合、最大で６インチ角程度のパターンしか
得られないが、同時に、７インチ角サイズまでのマスク
であれば、超高精度の１μｍパターンで、誤差０．１μ
ｍ程度のものを得ることも可能である。 【０００８】また、特に、固体電子デバイスとしてのア
クティブマトリックス形液晶表示素子では、薄膜トラン
ジスタ（Thin Film Transistor）をマトリックス状に配
列した基板を用いる高精度・高性能の表示デバイスの開
発が盛んであり、たとえば昭和５８年電気四学会連合大
会予稿集、講演番号１６−６（第３頁ないし第４１頁）
に、その概要が紹介されている。 【０００９】表示デバイスは、人間の目で見るという性
格上、ある程度の大きさと解像度が要求され、たとえば
対角１０インチあるいは１４インチで、画素数が４００
×６４０のものは、表示デバイス開発の一つの目標で、
アクティブマトリックス形液晶表示素子は、大形の表示
デバイスを実現し得る有望なものであるが、薄膜トラン
ジスタを形成するためには、数回のリソグラフィを行な
う必要があり、通常は１０μｍパターン程度の高精度の
マスクと、高性能の露光装置が必要で、さらに、欠陥の
ないパターンを得るためには投影露光方式で露光を行な
う必要がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような１０μｍパターンで、誤差１μｍ程度の高精度
のマスクと、従来の等倍露光あるいは縮小露光の投影露
光装置との組合わせでは、アクティブマトリックス形液
晶表示素子は６インチ角程度のものしか得られない問題
を有している。 【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、大形の基板にパターンを製造するアクティブマトリ
ックス形液晶表示素子の製造方法およびその装置を提供
することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、薄膜トランジ
スタをマトリックス状に配設した基板を数回露光して形
成するアクティブマトリックス形液晶表示素子の製造
で、パターンを描いたマスクおよびフォトレジストを塗
布した前記基板を離間させた状態で光源からの光の光軸
に対してそれぞれほぼ垂直に位置決めし、対応する前記
マスクのパターン全体を前記基板のフォトレジストに等
倍を越える倍率で光学系により面状に一度で拡大投影し
て露光し、この露光されたフォトレジストのパターンに
基づいてエッチングするもので、光源の光をマスクに描
かれたパターンを介して、基板に塗布されたフォトレジ
ストに、光学系により等倍を越える倍率でマスクのパタ
ーン全体を面状に一度で拡大して基板のフォトレジスト
に投影して露光し、露光されたフォトレジストのパター
ンに基づいてエッチングするため、比較的に小形のマス
クを用いて、比較的に大形の基板のフォトレジストに、
拡大したマスクのパターンを露光し、露光数を増加する
ことなく大形のアクティブマトリックス形液晶表示素子
を製造する。 【００１３】また、光学系は、拡大したマスクのパター
ンを平行光として基板のフォトレジストに投影するもの
である。 【００１４】さらに、光学系は、屈折形光学系を主体と
して構成されているものである。 【００１５】またさらに、光学系は、反射形光学系を主
体として構成されているものである。 【００１６】また、複数のマスクを順次に位置決めし、
マスクを移動してこれら各マスクのパターンを各パター
ン相互の位置を所定の関係に合わせた状態で前記基板の
フォトレジストに順次に露光するものである。 【００１７】そしてまた、同一のマスクにより同一の基
板のフォトレジストの複数箇所に同一のパターンを露光
するものである。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下、本発明のアクティブマトリ
ックス形液晶表示素子の製造方法およびその装置の一実
施の形態を図面を参照して説明する。 【００１９】図１は、第１の実施の形態を示すもので、
１は光源で、この光源１からの放射光Ｌ0 を平行光Ｌ1
にする光学系としてのレンズ系２、および、ガラスマス
クＭを平行光Ｌ1 に垂直に位置決めするマスク位置決め
手段３を有している。なお、ガラスマスクＭは表面に微
細なパターン（図面にはＡＢと大きく示してある）を描
いた比較的に小形のものである。さらに、マスク位置決
め手段３に位置決めしたガラスマスクＭを透過した平行
なパターン光Ｌ2 を一旦集光した後、放射状のパターン
光Ｌ3 として拡大する光学系としてのレンズ系４、拡大
された放射状のパターン光Ｌ3 を平行なパターン光Ｌ4
にする光学系としてのレンズ系５、および、固体電子デ
バイスであるアクティブマトリックス形液晶表示素子用
の基板Ｂを拡大された平行なパターン光Ｌ4 に垂直に位
置決めする基板位置決め手段６を有しており、基板Ｂは
表面にフォトレジストを塗布した比較的に大形のもので
ある。なお、説明を簡単にするため、ハウジングなどは
省略してある。 【００２０】そして、この図１に示す実施の形態の場
合、所定のパターンを描いたガラスマスクＭをマスク位
置決め手段３に位置決めするとともに、フォトレジスト
を塗布した基板Ｂを基板位置決め手段６に位置決めした
状態で、ガラスマスクＭおよび基板Ｂを所定の位置関係
に設定し、光源１を所定時間点灯するか、もしくは、光
源１を点灯した状態で光源１と基板Ｂとの間に配設した
図示しないシャッターを所定時間開口すると、ガラスマ
スクＭのパターンは１よりも大きい倍率で基板Ｂのフォ
トレジストに平行なパターン光Ｌ4 として１度に投影さ
れ、パターンがフォトレジストに拡大転写される。 【００２１】なお、基板Ｂには、この露光工程の後に、
現像工程および定着工程を経て、安定なパターンが残さ
れ、このパターンをエッチングマスクとして、通常の集
積回路の製造と同様に、基板Ｂ上に薄膜などをエッチン
グする。 【００２２】この拡大転写に際して、前述のように、基
板Ｂがアクティブマトリックス形液晶表示素子用の場合
には、１０μｍ程度の高精度のパターンが必要とされる
が、ガラスマスクＭには１μｍ程度の超高精度のパター
ンが得られるので、レンズ系４の拡大倍率は１０倍程度
まで設定できる。 【００２３】そして、ガラスマスクＭと基板Ｂとを十分
に離すことができるので、両者が接触することはなく、
したがって、環境がダストフリーで、基板Ｂのフォトレ
ジストにごみなどがなければ、フォトレジストに拡大転
写されたパターンは欠陥のないパターンとなる。 【００２４】また、アクティブマトリックス形液晶表示
素子用の薄膜トランジスタを形成するために複数のガラ
スマスクＭを用い、各ガラスマスクＭを順次にマスク位
置決め手段３に位置決めして数回の露光を行なう。そし
て、この際に、先に基板Ｂに形成したパターンに対し、
次のガラスマスクＭのパターンを所定の関係に合わせる
必要があり、このような場合には、各ガラスマスクＭお
よび基板Ｂに対応する位置合わせ用のマークM1、B1を設
けておき、たとえば基板位置決め手段６を移動すること
により、この各マークM1、B1を一致させればよい。 【００２５】なお、先に基板Ｂに形成したパターンに対
し、次のガラスマスクＭのパターンを所定の関係に合わ
せるための位置合わせ機構としては、通常この種の露光
装置に付加されているアライナ（Aligner ）と呼ばれる
位置合わせ機構（Aligning mechanism）を用いるが、そ
の位置合わせの方法としては、作業者が顕微鏡で各マー
クM1、B1をのぞいて、基板位置決め手段６を移動するマ
ニュアル法、レーザビームスキャンにより基板Ｂの位置
を認定して自動的に位置合わせする方法、レーザビーム
の干渉により基板Ｂの位置を認定して自動的に位置合わ
せする方法、あるいは、マニュアル法において人間の目
の代わりにＣＣＤを用いて自動的に位置合わせする方法
などがある。 【００２６】また、基板位置決め手段６にステップ＆リ
ピート機能を持たせて、基板Ｂを光軸に対して垂直に移
動できるように形成すると、同一のガラスマスクＭを用
いて、基板Ｂのフォトレジストの複数箇所に同一のパタ
ーンを露光することもでき、ガラスマスクＭに複数のパ
ターンを描いておき、これらの各パターンを基板Ｂのフ
ォトレジストに同時に露光することもできる。 【００２７】また、図２は図１に示した第１の実施の形
態を変形した第２の実施の形態を示すもので、露光装置
のコンパクト化のために、光学系としてのレンズ系２と
マスク位置決め手段３のガラスマスクＭの間において、
光学系としての平面鏡11により光軸を直角に曲げたもの
である。 【００２８】さらに、図３は第３の実施の形態を示すも
ので、光学系としてのレンズ系21は光源１からの放射光
Ｌ0 を集光してマスク位置決め手段３に位置決めされた
ガラスマスクＭに均等に照射し、光学系としてのレンズ
系22はマスクＭを透過したパターン光Ｌ5 を基板位置決
め手段６に位置決めされた基板Ｂのフォトレジストに１
よりも大きい倍率で結像させ、この第３の実施の形態の
場合、基板Ｂに投影されるパターンは平行光ではない
が、基板Ｂの平坦度がよい場合には、問題なく適用でき
る。 【００２９】そして、この第３の実施の形態では、第１
の実施の形態と比較して、レンズ系を１枚少なくするこ
とができ、パターンを基板Ｂに結像投影するレンズ系22
の口径も小さくできる。 【００３０】またさらに、図４は第４の実施の形態を示
すもので、マスク位置決め手段３および基板位置決め手
段６の少なくともいずれか一方を移動させることにより
ガラスマスクＭおよび基板Ｂを相対的に移動させて所定
の位置関係に設定し、光学系としての平面鏡31はマスク
位置決め手段３に位置決めされたガラスマスクＭを透過
した平行なパターン光Ｌ2 の光軸を直角に曲げ、光学系
としての平面鏡32は平面鏡31によって曲げられた平行な
パターン光Ｌ2 を基板位置決め手段６に位置決めされた
基板Ｂのフォトレジストに斜めに照射して１よりも大き
い倍率で投影する。この第４の実施の形態の場合、第１
の実施の形態、第２の実施の形態および第３の実施の形
態のようにレンズ系４，22のような屈折形の光学系によ
りガラスマスクＭのパターンを拡大する代わりに、平面
鏡32のような反射形の光学系によりガラスマスクＭのパ
ターンを拡大するものである。 【００３１】なお、パターンを拡大する拡大機能を備え
た光学系としては、屈折形のレンズや反射形の平面鏡だ
けでなく、凹面鏡や凸面鏡のような反射形の曲面鏡や屈
折形のプリズムも用いることができるが、いずれにして
も、光学系の歪みや収差などは１０μｍ程度の高精度の
パターンを形成するためには、極めて小さなものである
ことが必要である。 【００３２】以上の説明では、ガラスマスクを用いた
が、目的に応じてフィルムマスクやメタルマスクを用い
ることができる。 【００３３】なお、マスク全体のパターンを一度に拡大
投影して基板のフォトレジストに形成すれば、短時間で
高精度の大形の表示デバイスを形成できる。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、マスクおよび基板を離
間させた状態で光源からの光の光軸に対してそれぞれほ
ぼ垂直に位置決めし、比較的に小形のマスクを用いて、
比較的に大形のアクティブマトリックス形液晶表示素子
の基板に等倍を越える倍率でマスクのパターン全体を面
状に一度で拡大して形成し、この拡大されたパターンを
基板のフォトレジストに投影して露光するので、超高精
度のマスクを用いることにより、露光数を増加すること
なく大形の基板に高精度のパターンを形成することがで
き、アクティブマトリックス形液晶表示素子のような高
精度の表示デバイスの大形化が可能となり、大量にかつ
安価にできる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。 【図２】同上第２の形態を示す構成図である。 【図３】同上第３の実施の形態を示す構成図である。 【図４】同上第４の実施の形態を示す構成図である。 【符号の説明】 １ 光源 ２，４，５，21，22 光学系としてのレンズ系 Ｂ 基板 Ｍ ガラスマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−186845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−132039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−155830（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．薄膜トランジスタをマトリックス状に配設した基板
   を複数回露光して形成するアクティブマトリックス形液
   晶表示素子の製造方法であって、 パターンを描いたマスク及びフォトレジストを塗布した
   前記基板を離間させた状態で光源からの光の光軸に対し
   てそれぞれほぼ垂直に位置決めし、 対応する前記マスクのパターン全体を前記基板のフォト
   レジストに等倍を越える倍率で光学系により面状に一度
   で拡大投影して露光し、 この露光されたフォトレジストのパターンに基づいてエ
   ッチングすることを特徴とするアクティブマトリックス
   形液晶表示素子の製造方法。 ２．光学系は、拡大したマスクのパターンを平行光とし
   て基板のフォトレジストに投影することを特徴とする請
   求項１記載のアクティブマトリックス形液晶表示素子の
   製造方法。 ３．光学系は、屈折形光学系を主体として構成されるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のアクティブマト
   リックス形液晶表示素子の製造方法。 ４．光学系は、反射形光学系を主体として構成されるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のアクティブマト
   リックス形液晶表示素子の製造方法。 ５．複数のマスクを順次に位置決めし、マスクを移動し
   てこれら各マスクのパターン相互の位置を所定の関係に
   合わせた状態で前記基板のフォトレジストに順次に露光
   することを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の
   アクティブマトリックス形液晶表示素子の製造方法。 ６．同一のマスクにより同一の基板のフォトレジストの
   複数箇所に同一のパターンを露光することを特徴とする
   請求項１ないし５いずれか記載のアクティブマトリック
   ス形液晶表示素子の製造方法。 ７．光を照射する光源と、 薄膜トランジスタをマトリクス状に配設するためのパタ
   ーンを描いたマスクをおよびフォトレジストが塗布され
   た基板を離間させた状態で前記光源からの光の光軸に対
   してそれぞれほぼ垂直に位置決めする位置決め手段と、 前記光源からの光を前記マスクを介して前記基板に照射
   し、対応する前記マスクのパターン全体を前記基板のフ
   ォトレジストに等倍を越える倍率で面状に一度で拡大投
   影して前記フォトレジストを露光する光学系と、 この露光されたフォトレジストのパターンに基づいてエ
   ッチングするエッチング手段とを具備したことを特徴と
   するアクティブマトリックス形液晶表示素子の製造装
   置。 ８．光学系は、拡大したマスクのパターンを平行光とし
   て基板のフォトレジストに投影することを特徴とする請
   求項７記載のアクティブマトリックス形液晶表示素子の
   製造装置。 ９．光学系は、屈折形光学系を主体として構成されるこ
   とを特徴とする請求項７または８記載のアクティブマト
   リックス形液晶表示素子の製造装置。 １０．光学系は、反射形光学系を主体として構成される
   ことを特徴とする請求項７または８記載のアクティブマ
   トリックス形液晶表示素子の製造装置。１１． 位置決め手段は、複数のマスクを各マスクのパ
   ターンを各パターン相互の位置を所定の関係に合わせた
   状態で前記基板のフォトレジストに順次に露光を行なう
   ために各前記マスクと前記基板との相対位置関係が移動
   可能に構成されることを特徴とする請求項７ないし１０
   いずれか記載のアクティブマトリックス形液晶表示素子
   の製造装置。１２． 位置決め手段は、同一のマスクにより同一の基
   板のフォトレジストの複数箇所に同一のパターンの露光
   を行なうために前記マスクと前記基板との相対位置関係
   が移動可能に構成されることを特徴とする請求項７ない
   し１１いずれか記載のアクティブマトリックス形液晶表
   示素子の製造装置。