JP4422743B2 - ソフトモールド製造方法及びそれを用いた薄膜パターン形成方法 - Google Patents
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Description
現在、フラットパネルディスプレイ(FPD)の主力製品である液晶表示素子(LCD)は、このようなディスプレイ素子の条件を満たす性能だけでなく、量産性をも備えているため、大型テレビやコンピュータモニタなどの様々な応用分野に広く使用されており、既存の陰極線管(CRT)が支配していた市場を代替することのできる核心ディスプレイ素子として定着している。
一般に、液晶表示素子は、マトリクス状に配列された液晶セルに、画像情報によるデータ信号を個別に供給して、前記各液晶セルの光透過率を調節することにより、所望の画像を表示できるようにした表示装置である。
図3は一般的な液晶表示素子の分解図であり、図3に示すように、一般的な液晶表示素子は、上板であるカラーフィルタ基板と、下板である薄膜トランジスタアレイ基板と、液晶層109とから構成される。
前記カラーフィルタ基板は、基板113と、基板113上に形成された複数のカラーフィルタ117と、カラーフィルタ117間に形成されたブラックマトリクス115と、カラーフィルタ117及びブラックマトリクス115上に形成された共通電極111とから構成される。
また、前記薄膜トランジスタアレイ基板は、基板101と、基板101上の画素領域Pに形成された画素電極107と、スイッチング素子である薄膜トランジスタTFTと、アレイ配線103、105とから構成される。
前記薄膜トランジスタアレイ基板上には、ゲート配線103とデータ配線105とが交差するように形成されて画素領域Pが定義され、ゲート配線103とデータ配線105との交差点には、薄膜トランジスタTFTが形成される。前述したように、画素領域P上には、透明な導電層から構成される画素電極107が形成される。
液晶層109は、前記カラーフィルタ基板と前記薄膜トランジスタアレイ基板との間に形成され、光屈折率異方性を有する液晶物質で構成される。
また、図3には示していないが、液晶パネルを除いた液晶表示素子の残りの構成要素を説明すると、前記液晶パネルの両面には、前記上板及び下板にそれぞれ接触して偏光板が備えられ、前記下板の偏光板の下部には、ランプと光学シートとから構成されるバックライトユニット、並びに前記液晶パネルを支持するためのトップケース及びボトムケースなどが備えられる。
まず、パターニングしようとする薄膜上に、感光物質であるフォトレジストを塗布した後、パターンが形成されたフォトマスクを整列して露光させる。ここで、フォトマスクは透過領域と遮断領域とからなり、透過領域を通過した光はフォトレジストを化学的に変化させる。前記フォトレジストの化学的変化は、フォトレジストの種類によって異なるが、ポジ型フォトレジストの場合は、感光した部分が現像液により溶解される性質に変化し、逆に、ネガ型フォトレジストの場合は、感光した部分が現像液により溶解されない性質に変化する。以下では、ポジ型フォトレジストを例に挙げて説明する。
前記露光に引き続き、ポジ型フォトレジストの露光された部分を現像液により除去すると(現像)、前記薄膜上にフォトレジストパターンが形成される。前記フォトレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングし、残ったフォトレジストパターンを除去すると、フォトレジストパターンに対応した所定パターンの薄膜が形成される。
前記フォトリソグラフィ工程は、ゲート電極形成段階、活性層パターン形成段階、ソース/ドレイン電極形成段階、コンタクトホール形成段階、及び画素電極形成段階で、合計3〜5回用いられるのが普通である。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、本発明においては、フォトリソグラフィ技術に代えて、ソフトリソグラフィ技術を用いる。
本発明は、ソフトリソグラフィに用いられるソフトモールド製造方法、及び、ソフトリソグラフィによる薄膜パターン形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明による薄膜パターン形成方法は、薄膜にエッチレジストを塗布する段階と、前記エッチレジストを前記ソフトモールドで加圧して前記薄膜上にエッチレジストパターンを形成する段階と、前記エッチレジストパターンから前記ソフトモールドを分離する段階と、前記エッチレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングすることにより、薄膜パターンを形成する段階とを含む。
また、本発明によるソフトモールドの製造において水を使用することにより、フッ素化合物をソフトモールドに効果的に導入することができ、ソフトモールド製造時に不良率を減少させることができる。
図1A〜図1Cは、フォトリソグラフィ工程を用いることなくパターンを形成できる方法であるソフトリソグラフィを用いた、液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法の一例を示す図である。
ソフトリソグラフィにおいては、まず、図1Aに示すように、基板201上に薄膜203aを形成し、その上に液状樹脂などでエッチレジスト205aを形成する。
薄膜203a及びエッチレジスト205aが形成された基板201から離隔した上部から、陽刻パターンA及び陰刻パターンBが形成されたソフトモールド207aを、エッチレジスト205aに接触させる。ここで、ソフトモールド207aは、パターン形成用レジストを硬化させて製造する。
ソフトモールド207aは、パターンを形成する部分に対応するように位置し、陽刻パターンAをエッチレジスト205aに接触させて加圧すると、エッチレジスト205aは液状樹脂であるので、毛細管力、及び、ソフトモールドとエッチレジストとの反発力により、ソフトモールド207aの陰刻パターンBに移動する。
従って、所定時間経過後、ソフトモールド207aを基板201から分離させると、図1Bに示すように、陰刻パターンBの形状と同一の所定形状を有するエッチレジストパターン206aが、薄膜203a上に残る。
次の工程として、図1Cに示すように、エッチレジストパターン206aをマスクにして、薄膜203aをエッチングした後、エッチレジストパターン206aを除去して、薄膜パターン203を形成する。
以下、前記ソフトリソグラフィに必要なソフトモールド及びその製造方法について、図2A〜図2Eを参照して説明する。
まず、図2Aに示すように、容器309内にマスターモールド301を準備する。マスターモールド301は、本体と、前記本体上に形成された凹面や凸面などの所定のパターンとから構成され、前記所定のパターンに対応するパターンを、ソフトモールドに転写する。
ここで、前記本体としては、ガラス板又はガラス板上に金属層が積層されたものを使用することができる。また、前記所定のパターンを構成する物質としては、金属、酸化シリコン、窒化シリコン、フォトレジスト、ワックスなどを使用することができる。
前記所定のパターンは、既存の露光方法により形成することができ(パターニング)、特に、前記所定のパターンを構成する物質としてノボラック樹脂を使用することが好ましい。
次に、図2Bに示すように、マスターモールド301上に、ソフトモールドの材料であるプレポリマーを注入して、プレポリマー層303を形成する。ここで、前記プレポリマーとしては、フッ素(F)を導入したポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane、PDMS)が使用される。
次に、図2Cに示すように、前記プレポリマーが完全には硬化していないゲル状態程度のときに、プレポリマー層303上に水を注入して、水層305を形成する。
次に、図2Dに示すように、プレポリマー層303を完全に硬化してソフトモールド307にし、水を除去する。前記プレポリマー層を硬化する過程では、常温で放置して硬化することができ、必要に応じて、熱を加えるか(加熱、加温)、又は、光を照射する方法を用いることができる。
最後に、図2Eに示すように、ソフトモールド307をマスターモールド301から分離してソフトモールド307を完成する。
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階は、前記背板と前記ソフトモールドとを一体に前記マスターモールドから分離することを特徴とし、前記背板は、前記ソフトモールドを固定することにより、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから容易に分離できるようにする。
前記背板は、ガラス又はポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate、PET)であることが好ましい。
しかし、前述したソフトモールド製造方法のうち、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階では、マスターモールドとソフトモールドとの接着力が問題となる。
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階で、マスターモールドとソフトモールドとの接着力により、ソフトモールドの材料の一部がマスターモールドから分離されない。この場合、ソフトモールドにパターン不良が発生する。特に、ソフトモールドに硬化する前のプレポリマーとマスターモールドとの接着特性により、硬化した後にソフトモールドをマスターモールドから分離することが難しくなり、不良の原因となる。
ここで、前記プレポリマーとしては、PDMS、ポリウレタン、ポリイミドなどを使用することができ、好ましくは、PDMSの一種であるDow Corning社のSylgard 184などが使用される。
例えば、前記プレポリマーとしてPDMSを使用した場合、前記PDMSにフッ素(F)基を導入するために、前記PDMSにフッ素化合物のCF3(CF2)nCH=CH2を含有させて、共に硬化する。ここで、2≦n≦15であることが好ましく、前記フッ素化合物を約0.01〜5wt%で混合することが好ましい。硬化が行われることによって、前記フッ素化合物は、前記PDMSの側鎖に導入される。
すなわち、パターンが形成されるプレポリマー層のマスターモールドとの接触面を前面、パターンが形成されないプレポリマー層の空気との接触面を背面として説明すると、マスターモールドとソフトモールドとの円滑な分離のために導入したフッ素化合物の疎水性側鎖は、マスターモールドとの接触面であるプレポリマー層の前面に形成されなければならないが、プレポリマー層の背面に形成される。
これは、マスターモールドの表面エネルギーが50mN/m以上であるのに対し、フッ素化合物の表面張力は15mN/m以下であり、表面エネルギーがマスターモールドより小さいため、フッ素化合物がマスターモールドとの接触よりは空気との接触の方がエネルギー面で有利であるということに起因する。
また、前記フッ素化合物は、前記PDMSより密度が小さくて揮発性があるため、前記プレポリマー層の背面に浮かぶ。
このような理由で、プレポリマーに疎水性のフッ素化合物を導入する効果が得られないことがある。
フッ素化合物との反発力を有する物質には様々な種類があるが、プレポリマー層が硬化していない状態で大きい表面エネルギーを有する固体を使用すると、液体状の前記プレポリマー層の下部に沈んだり、界面が不均一になることがあるため、前記プレポリマー層と混合されず、かつ、液体状である、大きい表面エネルギーを有する物質であることが好ましい。
プレポリマー層と混合されず、かつ、液体状である物質として水が好ましく、本発明においては、水を注入することにより、前述した効果を得ることができる。水の表面エネルギーは約72.8mN/mであるので、水層が存在する場合、フッ素化合物層は、マスターモールドより水層との反発力の方が大きいため、結局、プレポリマー層の前面に移動する。
例えば、物質1の表面エネルギーをγ1、物質2の表面エネルギーをγ2、非極性表面エネルギー(dispersion term)をγd、極性表面エネルギー(polar term)をγpとすると、相互間の接触面での界面反発力γ12は、下記数式1のように定義される。
すなわち、フッ素化合物は、水との反発力がノボラック樹脂(マスターモールドを構成する物質)との反発力よりも大きいため、プレポリマー層で水層側からマスターモールド側に移動する。従って、水を注入した状態でプレポリマー層を硬化すると、前面にフッ素化合物を導入することができ、後のマスターモールドからの分離段階において、容易に分離することができる。
以上の説明では薄膜パターン形成方法を示しているが、前記薄膜パターン形成方法は、液晶表示素子のゲート電極形成段階、活性層パターン形成段階、ソース/ドレイン電極形成段階、画素電極形成段階、カラーフィルタ形成段階、又はブラックマトリクス形成段階などで用いることができる。
また、前記薄膜パターン形成方法は、液晶表示素子(LCD)だけでなく、OLED(Organic Light Emitting Diode)やその他のフラットパネルディスプレイ(FPD)を製造する過程で用いることができる。
従って、本発明は、以上の説明に限定されるものではなく、多様なパターン形成過程で、フォトリソグラフィなどの方法と共に用いることができる。
以上の説明に多くの事項が具体的に記載されているが、これは発明の範囲を限定するものではなく、好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。従って、本発明の範囲は、前述した実施形態によって定められるのでなく、特許請求の範囲とその均等物によって定められなければならない。
Claims (15)
- 一面に凹面と凸面とからなるパターンが形成されたマスターモールドを準備する段階と、
前記マスターモールド上にプレポリマーを注入してプレポリマー層を形成する段階と、
前記プレポリマー層上に水を注入する段階と、
前記プレポリマー層を硬化してポリマーからなるソフトモールドを形成し、前記水を除去する段階と、
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階と
を含むことを特徴とするソフトモールド製造方法。 - 前記プレポリマーがフッ素(F)を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記フッ素(F)を含むプレポリマーが、フッ素化合物CF3(CF2)nCH=CH2とポリジメチルシロキサン(PDMS)とが混合された混合物であることを特徴とする請求項2に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記混合物が0.01〜5wt%のCF3(CF2)nCH=CH2を含むことを特徴とする請求項3に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記CF3(CF2)nCH=CH2におけるnが、2≦n≦15であることを特徴とする請求項4に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記プレポリマー層を硬化する段階は、常温で行われることを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記プレポリマー層を硬化する段階は、加温する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記水を注入する段階は、前記プレポリマー層がゲル状態のときに水を注入することを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階の前に、前記ソフトモールドの背面に接触する背板を形成する段階をさらに含み、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階は、前記背板と前記ソフトモールドを一体に前記マスターモールドから分離することを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記背板がガラス又はポリエチレンテレフタレート(PET)であることを特徴とする請求項9に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記マスターモールドを準備する段階は、
本体上に所定のパターンを形成する物質を積層する段階と、
前記所定のパターンを形成する物質をパターニングする段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。 - 前記パターンを形成する物質がノボラック樹脂であることを特徴とする請求項11に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記マスターモールドを準備する段階は、前記マスターモールドの表面にフッ素を含む物質でプラズマ処理を施す段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 前記マスターモールドを準備する段階は、前記マスターモールドの表面にフッ素を含む物質を加えて自己組織化単分子膜が形成されるようにする段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフトモールド製造方法。
- 薄膜にエッチレジストを塗布する段階と、
前記エッチレジストを請求項1に記載の方法により製造したソフトモールドで加圧して前記薄膜上にエッチレジストパターンを形成する段階と、
前記エッチレジストパターンから前記ソフトモールドを分離する段階と、
前記エッチレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングすることにより、薄膜パターンを形成する段階と
を含むことを特徴とする薄膜パターン形成方法。
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