JP3264726B2 - パターンの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はネガ型フォトレジス
トを用いて、金属膜、絶縁体膜あるいは半導体膜等をエ
ッチングしパターンニングする方法に関するものであ
り、交差形状のパターンを必要とする、いずれのものに
も適用できるものであるが、特にアクティブマトリック
ス方式の液晶表示パネルの製造に於いて好適に実施する
事が出来るので、以下の説明は主にアクティブマトリッ
クス方式の液晶表示パネルについて行う。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルは実用化が進み、現在で
は高品位高密度化が望まれている。これはアクティブマ
トリックス方式の液晶表示パネルにおいて可能である。

【０００３】アクティブマトリックス方式の液晶表示パ
ネルは、アクティブ素子および画素が、液晶表示部分に
５〜２０万個配列されており、それぞれの寸法精度は厳
しく管理されなければならない。

【０００４】そのうえ、表示画質向上のための高密度の
アクティブマトリックス方式の液晶表示パネルや、ビュ
ーファインダーなどの小表示面積のアクティブマトリッ
クス方式の液晶表示パネルにおいては、配線パターン
や、素子面積や、パターンの層間のアライメント精度な
ど寸法の微小化に限界がある。

【０００５】各パターンを形成するにはフォトマスクを
用いてフォトレジストを露光する工程が多用されるが、
この工程では、如何にフォトマスクに忠実なフォトレジ
スト露光を行うか、如何に精度の良いフォトマスクを得
るかが問題となる。そしてこれらのパターンニング技術
が、液晶表示パネルの性能や特性に大きな影響を及ぼ
す。

【０００６】そのため、パターンニング技術は、より高
度なものが要求されてきているが、液晶パネル製造装置
は基板の大面積化あるいは基板材質の変動などの制約か
ら、実験から量産にまで対応できる充分な性能の装置
が、現状ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】如何にフォトマスクに
忠実なフォトレジスト露光を行うかについて、半導体集
積回路製造プロセスでは、多層レジストを用いて対処す
る方法も提案されている。しかしながら、この多層レジ
スト法はレジスト膜厚管理が非常に厳しいことや、材料
の高価なことなどから、液晶パネル製造用に用いるには
困難であり、実用化には至っていない。

【０００８】また如何に精度の良いフォトマスクを得る
かについては、半導体集積回路製造プロセスでは、代替
手段として縮小投影露光法を用いる事が多い。しかし半
導体集積回路と液晶表示パネルでは面積的に大きな差が
あり、この方法を液晶表示パネルに応用するには困難で
ある。従って、液晶表示パネルの製造に於ける露光工程
のほとんどは等倍露光法である。このため、フォトマス
ク精度もパターン精度に影響してくる。

【０００９】パターンの角領域に生ずる円弧状パターン
については、微細化が進むほどアライメントマージン
や、液晶表示パネル開口率などに影響する。特にパター
ンが交差形状をなす部分では前記円弧状パターンが交差
するパターンで挟まれる部分（以下「パターン内角」と
言う）に張り出すように広がるため、その影響は大き
い。

【００１０】したがって、パターン内角の円弧状パター
ンは高密度でしかも高精細で品質の高い液晶表示パネル
を製造するために障害となるが、取り除くための方法が
無いのが現状である。

【００１１】本発明の目的は、パターンの微細化を進め
ていく上で障害となる、交差パターン内角に生ずる円弧
状パターンの発生を、多層レジストなど特殊なプロセス
を用いること無く防止する方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のパターン形成方法は、下記記載の方法を採
用する。

【００１３】基板に、第１のパターンと第２のパターン
とが交叉する部分を有するパターンを形成するにあた
り、前記第１のパターンを露光するための第１の光透過
部と前記第２のパターンを露光するための第２の光透過
部とを分離して設けたフォトマスクを用い、前記基板上
に設けたネガ型フォトレジストを露光して、該ネガ型フ
ォトレジストに、前記第１の光透過部に対応して露光さ
れた第１の露光部と、前記第２の光透過部に対応して露
光された第２の露光部とよりなる潜像を形成する工程
と、前記基板又は前記フォトマスクを移動させて、少な
くとも前記第１の光透過部に対応して露光される第３の
露光部が前記第１の露光部の端部及び前記第２の露光部
の端部の双方に重なるように露光し、前記ネガ型フォト
レジストに、前記第１、第２および第３の露光部が連続
する潜像を形成する工程と、前記ネガ型フォトレジスト
の現像処理を行い、前記第１及び第３の露光部を含む前
記第１のパターンと前記第２露光部を含む前記第２のパ
ターンとが交差するパターンを得る工程とを有するよう
にする。

【００１４】［作用］上記方法によれば、交差するパターンの交差部が異なる
露光の組み合わせによって形成されるため、一度の露光
で交差部を形成する場合に生じる、フォトマスクの精度
や光の回り込みに起因する、前記交差部の内角に生じる
円弧状パターンの発生が防止される。

【００１５】結果として、好ましくないパターン内角の
円弧状パターンが著しく減少し、高密度で高精細のパタ
ーンニングが可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明になる
パターンの形成方法を用いた液晶表示パネルの製造方法
における実施例を説明する。

【００１７】図１に示すような１０μｍ幅の寸法を有す
る格子状のブラックマトリックスパターン１を、製造す
る場合を例にして説明する。

【００１８】ガラス基板上に、ブラックマトリックスと
して使用する、クロム（Ｃｒ）を膜厚１００ｎｍにて、
スパッタリング法を用いて形成する。

【００１９】その後、粘度３５ｃＰのネガ型フォトレジ
ストを、回転数２５００ｒｐｍで時間３０秒間の条件で
回転塗布法により１．２μｍの厚さに形成する。その
後、温度１１０℃で時間９０秒間ホットプレートを用い
てベーキング処理する。

【００２０】つぎに、図２に示すように、矩形パターン
を配置したフォトマスクを用いて、第１の露光を行う。

【００２１】フォトマスクは図１のブラックマトリック
スパターン１の縦線１ａにあたる部分の線幅は、５．５
μｍとする。

【００２２】これに対して、ブラックマトリックスパタ
ーン１の横線１ｂにあたる部分の寸法は、１０μｍと設
計値と同じ幅寸法とするが、縦線１ａに接触すること無
く４μｍの間隔を保った５μｍ幅の島状に配置されてい
る。

【００２３】このようなフォトマスクの光の透過する矩
形部分のコーナー領域には、０．２μｍ程度の円弧状パ
ターンがついている。

【００２４】この図２に示すようなパターンを有するフ
ォトマスクを用いてガラス基板上のフォトレジストに、
等倍ステッパーを用いて１１ｍＷ／ｃｍ² の露光エネル
ギーで紫外線を時間１．５秒照射する。

【００２５】それによって、図３に示すようにフォトレ
ジストのなかにフォトマスクパターンと同じ形状の潜像
２が形成される。

【００２６】このときの矩形パターンのコーナー部は、
図３に示すように、このまま現像処理を行うと形成され
る０．６μｍ程度の円弧状パターンと同程度の円弧状パ
ターンが形成されている。

【００２７】つぎに、ガラス基板を横方向に４．５μｍ
移動させ、前述の露光条件と同条件で第２の露光を行
う。図４に示すように、第２の露光においても、パター
ンのコーナー部には０．６μｍの円弧状パターンが潜像
として形成されている。

【００２８】本実施例においては、第１の露光と第２の
露光とのオーバーラップ寸法は、縦線１ａと横線１ｂと
の突き合わせ部分のようにどちらか一方のパターンに円
弧状パターンの付いている場合は０．５μｍ、横線１ｂ
どうしのようにどちらのパターンにも円弧状パターンの
付いている場合は１μｍある。

【００２９】この結果、先に潜像として形成された０．
６μｍの円弧状パターンは重なり合って、ネガ型フォト
レジストの専用現像液で１分間現像し、リンス工程をへ
て得られたネガ型フォトレジストパターンは、パターン
内角の円弧状パターンがなくなって直角となり、さらに
直線パターンも直線になる。

【００３０】このようにして得られたブラックマトリッ
クスパターン１は、コーナー部の円弧状パターンが無く
なる。

【００３１】以上説明した方法を用いてビューファイン
ダなどに用いられる、１インチ以下のアクティブマトリ
ックス方式の液晶表示パネルを製作したところ、開口率
が１％向上し、明るいパネルが実現できた。

【００３２】第１の露光と第２の露光とのオーバラップ
量が大きいと、２重露光部分が露光過多のためオーバー
ラップ部分で線幅が太くなり、オーバラップ量が小さい
と円弧状パターン部分のくびれが生ずる。適切なオーバ
ーラップ量は、潜像で生じた円弧状パターンが打ち消さ
れる量である。

【００３３】つぎに、本発明の第２の実施例における製
造方法を、図５と図６とを用いて説明する。

【００３４】図５（イ）に示すような１０μｍ幅の配線
パターン３に、２μｍ幅の下部電極パターン４が突き出
した形状で、図５（ロ）に示すような２μｍ幅の上部電
極パターン６が画素電極５から突き出した形状で、絶縁
層を介して積層する素子を形成する例で説明する。

【００３５】図５（ロ）に示すように、下部電極パター
ン４と上部電極パターン６との重なり合った面積７が、
素子として特性を支配するため、面積７誤差は非常に厳
しく管理される。

【００３６】図５（イ）、（ロ）に示す内角の円弧状パ
ターンは１μｍ程度あり、アライメント誤差を生じても
素子の面積７を変化させないように、プラスマイナス
１．５μｍのアライメントマージンを考慮すると、突き
だした下部電極４および上部電極６のパターンの長さは
７μｍ必要となる。

【００３７】本実施例においては図６（イ）に示すよう
なフォトマスクを用いる。配線パターン３ａは８μｍ幅
とし、配線パターン３ａから１μｍ離れた位置に、２μ
ｍ幅で５μｍの長さの下部電極パターン４ａを配置す
る。

【００３８】このようなパターンを形成したフォトマス
クを用いて、ガラス基板上に下部電極となるタンタル
（Ｔａ）をスパッタリング法によって２００ｎｍの厚さ
に形成し、実施例１と同様にネガ型フォトレジストを形
成し、露光を行う。

【００３９】露光条件などは実施例１と全く同じで良い
が、第２の露光を行う際のガラス基板の移動量は２μｍ
とした。

【００４０】配線パターン３ａ部分のオーバーラップ量
は６μｍとなるが、パターン上全く問題なく、配線パタ
ーン３のように長い距離引き回すパターンにおいては、
二重露光による確実なレジスト形成が好都合である。

【００４１】なお下部電極パターン４ａ部分のオーバー
ラップ量は３μｍであり、１回の露光で形成したパター
ンに比べて僅かに線幅が太く形成される。

【００４２】しかしながら、その線幅の増加量は均一で
あり、次工程のエッチング工程で生ずるアンダーエッチ
による線幅の細り量に比べても、充分に小さい値であ
る。したがって、素子個々の特性や、全体としてのばら
つきなど品質を低下させる要因とはなり得ない。

【００４３】配線パターン３ａと下部電極パターン４ａ
との接続部分は、実施例１で示したように、１μｍのオ
ーバラップによって、内角の円弧状パターンの無いパタ
ーンを形成できる。

【００４４】パターン内角の円弧状パターンが無くなる
ことによって、上部電極パターン６は配線パターンに接
触するぎりぎりまでアライメントによる誤差が見込め、
下部電極パターン４の長さは、ほぼ１μｍ短くすること
ができる。

【００４５】このようにして得られたネガ型フォトレジ
ストパターンを用いて、リアクティブイオンエッチング
法により、タンタル（Ｔａ）をエッチングし、フォトレ
ジストを剥離する。

【００４６】つぎに、タンタル（Ｔａ）を陽極酸化し
て、絶縁膜層を形成し、その後上部電極パターンとする
酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をスパッタリング法によ
って、２００ｎｍの厚さに形成する。

【００４７】実施例１と同じように、ネガ型フォトレジ
ストを塗布し露光を行うが、フォトマスクとしては、図
６（ロ）に示すような形状とした。

【００４８】すなわち画素電極５ａは、移動方向に設計
値より２μｍ小さなパターンになっている。この画素電
極５ａから１μｍ離れた位置に、２μｍ幅で５μｍの長
さで上部電極パターン６ａを配置する。

【００４９】このようなフォトマスクを用いて実施例１
と同じ条件で、第１の露光と第２の露光とを行う。第２
の露光はガラス基板を縦方向に２μｍ移動して行う。

【００５０】その後、現像して得られたパターンは前述
の下部電極パターン４の例で示したように内角に円弧状
パターンの無いパターンであり、上部電極パターン６の
長さもほぼ１μｍ短くすることができる。

【００５１】つぎにネガ型フォトレジストを熱処理した
のち、塩化鉄を含む酸からなるエッチング液でＩＴＯを
エッチングし、ネガ型フォトレジストを剥離する。

【００５２】このようにして得られた素子を用いて、通
常の液晶表示体を製造する工程、すなわち、配向膜塗布
工程、ラビングによる配向処理工程、同様な処理をした
対向基板との張り合わせ工程、液晶の注入工程、および
封孔工程を経てアクティブマトリックス方式の液晶表示
パネルが完成する。

【００５３】本発明の第１と第２の実施例に示した方法
で製作したアクティブマトリックス方式の液晶表示パネ
ルは、開口率が大きく取れることから、非常に明るい良
好な表示品質であった。

【００５４】なお本発明の第１と第２の実施例では、第
１の露光と第２の露光との２回ずらして露光したが、３
回以上ずらして露光しても、パターン内角に円弧状パタ
ーンの無いパターンを得ることが可能である。

【００５５】さらに以上説明した本発明の第１と第２の
実施例では、同一パターンを有するフォトマスクをずら
して露光する例で説明したが、異なるパターンを有する
フォトマスクを用いて露光しても、パターン内角に円弧
状パターンの無いパターンを得ることが可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、フォトリソ工程では避けることのできなかったパ
ターン内角の円弧状パターンをなくすことが可能とな
る。

【００５７】この結果、液晶表示パネルのブラックマト
リックスやアクティブ素子部の面積の縮小による開口率
の向上が達成できる。さらにそのうえ、高密度、高精細
のアクティブマトリックス方式の液晶表示パネルにおい
ても、明るく高品質な液晶表示パネルの製造が可能にな
る。

【００５８】上記実施例の説明は液晶表示パネルについ
て行ったが、本発明によれば高密度、高精細のパターニ
ングを特別な装置、部材を用いる事無く行えるから、液
晶パネルに限らず、ネガ型フォトレジストを用いて、金
属膜、絶縁体膜あるいは半導体膜等をエッチングしパタ
ーンニングする工程によって交差形状のパターンを形成
する、いずれのものにも適用して大なる効果を得る事が
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】交差するパターンの例を示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に用いるフォトマスクを
示す平面図である。

【図３】本発明の第１の実施例におけるパターンの形成
方法を示す平面図である。

【図４】本発明の第１の実施例におけるパターンの形成
方法を示す平面図である。

【図５】従来例におけるパターンを示す平面図である。

【図６】本発明の第２の実施例に用いるフォトマスクを
示す平面図である。

【符号の説明】

１ ブラックマトリックスパターン ２ 潜像 ３ 配線パターン ４ 下部電極パターン ５ 画素電極 ６ 上部電極パターン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に、第１のパターンと第２のパター
   ンとが交叉する部分を有するパターンを形成する、パタ
   ーンの形成方法であって、 前記第１のパターンを露光するための第１の光透過部と
   前記第２のパターンを露光するための第２の光透過部と
   を分離して設けたフォトマスクを用い、 前記基板上に設けたネガ型フォトレジストを露光して、
   該ネガ型フォトレジストに、前記第１の光透過部に対応
   して露光された第１の露光部と、前記第２の光透過部に
   対応して露光された第２の露光部とよりなる潜像を形成
   する工程と、 前記基板又は前記フォトマスクを移動させて、少なくと
   も前記第１の光透過部に対応して露光される第３の露光
   部が前記第１の露光部の端部及び前記第２の露光部の端
   部の双方に重なるように露光し、前記ネガ型フォトレジ
   ストに、前記第１、第２および第３の露光部が連続する
   潜像を形成する工程と、 前記ネガ型フォトレジストの現像処理を行い、前記第１
   及び第３の露光部を含む前記第１のパターンと前記第２
   露光部を含む前記第２のパターンとが交差するパターン
   を得る工程と、 を有することを特徴とするパターンの形成方法。