JP4495643B2 - 薄膜蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、工程単純化及び製造コストを低減するのに好適な薄膜蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法に関する。
情報化社会の発展に伴い、表示装置への要求も多種多様な形態に増えてきている。このような要求に応えて、近来は、ＬＣＤ(液晶表示装置)、ＰＤＰ(プラズマディスプレイ)、ＥＬＤ(電界発光ディスプレイ)、ＶＦＤ(蛍光表示管ディスプレイ)等各種の平板表示装置が研究されており、一部は既に様々な装備において表示装置として活用されている。
なかでも、ＬＣＤは、優れた画質、軽量、薄型、低消費電力の長所から、ＣＲＴディスプレイに取って代わり、移動型画像表示装置の用途に現在最も多用されている。また、ノートブックコンピュータのモニターのような移動型画像表示装置の用途以外にも、放送信号を受信してディスプレイするテレビジョン及びコンピュータのモニターなど様々に開発されている。
このように様々な分野において画面表示装置として使用するためにＬＣＤには多くの技術的発展がなされてきたにもかかわらず、画面表示装置に要求される画像の品質を高める作業と、上述したＬＣＤが持つ長所には相反する点が依然として多く残っている。
したがって、液晶表示装置が一般的な画面表示装置として多様な分野に使用されるためには、軽量、薄型、低消費電力の特長を維持しながらも、高精細、高輝度、大面積といった高品質の画像を実現することが望まれる。
ＬＣＤは、大きく、画像を表示する液晶パネルと、この液晶パネルに駆動信号を印加する駆動回路とからなり、液晶パネルは、一定の空間ギャップをおいて貼り合わせられた第１及び第２ガラス基板と、第１及び第２ガラス基板間に注入された液晶層とから構成される。
ここで、第１基板(ＴＦＴアレイ基板)には、一定の間隔で一方向に配列される複数本のゲートライン、各ゲートラインと垂直方向に一定の間隔で配列される複数本のデータライン、各ゲートラインと各データラインが交差して定義された各画素領域にマトリックス形態に形成される複数個の画素電極、及びゲートラインの信号に応じてスイッチングされてデータラインの信号を各画素電極に伝達する複数個の薄膜トランジスターが形成される。
そして、第２ガラス基板(カラーフィルター基板)には、画素領域を除外した部分の光を遮断するためのブラックマトリックス層、カラーを表現するためのＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層、及び画像を具現するための共通電極が形成される。
この第１及び第２ガラス基板は、スペーサーにより一定の空間ギャップを有し、液晶注入口を有するシール材により貼り合わせられ、これら両基板間に液晶が注入される。
この第１及び第２ガラス基板は、スペーサーにより一定の空間ギャップを有し、液晶注入口を有するシール材により貼り合わせられ、これら両基板間に液晶が注入される。
このとき、液晶は、シール材により貼り合わせられた両基板間を真空状態に維持し、液晶容器に液晶注入口が浸るようにすると、浸透圧現象により両基板の間に注入される。こうして液晶が注入し終わると、液晶注入口を密封材で封止する。
一般に、集積回路、トランジスター、液晶あるいはダイオードなどの製造プロセスにおいて、微細なパターンを形成するためのフォトリソグラフィー工程(フォトレジストの塗布、露光、現像を含む工程)及び／またはそれらに接続する電極パターンを形成するための蝕刻工程が行われている。
以下、従来技術による蝕刻対象物の蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法について、添付の図面に基づいて説明する。
図１ａ〜図１ｃは、従来技術による蝕刻対象物の蝕刻方法を説明するための工程断面図である。ここでは、蝕刻対象物として金属膜を挙げて説明する。
図１ａに示すように、基板１上に絶縁膜２を形成し、該絶縁膜２上に金属膜３を蒸着する。続いて、金属膜３上にフォトレジスト４を塗布する。
図１ａに示すように、基板１上に絶縁膜２を形成し、該絶縁膜２上に金属膜３を蒸着する。続いて、金属膜３上にフォトレジスト４を塗布する。
ここで、フォトレジスト４の塗布には、スピンコート、スプレーコート、ディップコートなどの方法を使用することができるが、基板を真空で高速回転させながらスピンコートする方法が安全性・均一性の面から最も一般的に用いられている。
続いて、望むパターン形状が定義されたフォトマスク５を、フォトレジスト４上に配置した後、全面に紫外線を照射して露光する。
図１ｂに示すように、露光処理されたフォトレジスト４を現像して望む形状を有するフォトレジストパターン４ａを形成する。
ここで、フォトレジスト４の現像方法には、浸漬による方法とスプレーによる方法がある。前者では温度、濃度、経時変化などの管理が難しいが、後者ではその管理が比較的容易である。したがって、現在はスプレー方式にインライン化した装置が広く使用されている。
ここで、フォトレジスト４の現像方法には、浸漬による方法とスプレーによる方法がある。前者では温度、濃度、経時変化などの管理が難しいが、後者ではその管理が比較的容易である。したがって、現在はスプレー方式にインライン化した装置が広く使用されている。
続いて、フォトレジストパターン４ａをマスクとし、乾式または湿式蝕刻を用いて金属膜３を選択的に除去して金属配線３ａを形成する。
図１ｃに示すように、金属配線３ａを形成するためにマスクとして用いられたフォトレジストパターン４ａを除去する。
このように金属配線３ａを形成するためにマスクとして用いられたフォトレジストパターン４ａを除去する方法としては、酸素ガスプラズマによる方法及び各種酸化剤を使用する方法が知られている。
まず、酸素ガスプラズマによる方法は、一般に、真空及び高電圧下で酸素ガスを注入することによって酸素ガスプラズマを発生させ、この酸素ガスプラズマとフォトレジストとの反応によってフォトレジストを分解し除去する方法である。
しかしながら、この方法では、酸素ガスプラズマを発生させる高価な発生装置が必要とされ、また、酸素ガスプラズマ中に存在する回転粒子によって素子を含む基板自体が損傷を受けるなどの問題があった。
しかしながら、この方法では、酸素ガスプラズマを発生させる高価な発生装置が必要とされ、また、酸素ガスプラズマ中に存在する回転粒子によって素子を含む基板自体が損傷を受けるなどの問題があった。
一方、フォトレジストを除去するために各種酸化剤を使用する方法には、熱濃硫酸または熱濃硫酸と過酸化水素との混合液を酸化剤として使用する方法が知られている。
したがって、液晶表示装置の製造において、フォトレジストを塗布、露光及び現像してマスクする工程は繰り返し行われ、マスクとして用いられたフォトレジストを除去する工程もまた繰り返し行われる。
図２ａ〜図２ｅは、従来技術による液晶表示装置の製造方法を示す工程断面図である。
図２ａに示すように、透明な第１基板１１上に金属物質を蒸着し、この金属物質上に第１フォトレジスト(図示せず)を塗布した後、露光及び現像工程を用いて第１フォトレジストを選択的にパターニングする。
図２ａに示すように、透明な第１基板１１上に金属物質を蒸着し、この金属物質上に第１フォトレジスト(図示せず)を塗布した後、露光及び現像工程を用いて第１フォトレジストを選択的にパターニングする。
続いて、パターニングされた第１フォトレジストをマスクとして金属物質を選択的に除去してゲート電極１２を形成する。
このゲート電極１２の形成時に、ゲート電極１２と連結されて第１方向に延在するゲート配線(図示せず)が共に形成される。
一方、ゲート電極１２を形成するためにマスクとして用いられた第１フォトレジストは、前述の方法で除去する。
このゲート電極１２の形成時に、ゲート電極１２と連結されて第１方向に延在するゲート配線(図示せず)が共に形成される。
一方、ゲート電極１２を形成するためにマスクとして用いられた第１フォトレジストは、前述の方法で除去する。
続いて、ゲート電極１２を含めた第１基板１１の全面にシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜のような絶縁物質を蒸着してゲート絶縁膜１３を形成し、このゲート絶縁膜１３上に非晶質シリコン層及び不純物がドープされた非晶質シリコン層を順に蒸着する。
そして、不純物がドープされた非晶質シリコン層上に第２フォトレジストを塗布した後、露光及び現像工程を用いて第２フォトレジストをパターニングする。
そして、不純物がドープされた非晶質シリコン層上に第２フォトレジストを塗布した後、露光及び現像工程を用いて第２フォトレジストをパターニングする。
続いて、パターニングされた第２フォトレジストをマスクとして不純物がドープされた非晶質シリコン層及び非晶質シリコン層を選択的に除去し、アクティブ層１４とオーミックコンタクト層１５を形成する。
但し、アクティブ層１４とオーミックコンタクト層１５を形成するためにマスクとして用いられた第２フォトレジストは、前述の方法で除去する。
但し、アクティブ層１４とオーミックコンタクト層１５を形成するためにマスクとして用いられた第２フォトレジストは、前述の方法で除去する。
図２ｂに示すように、第１基板１１の全面に金属物質を蒸着し、この金属物質上に第３フォトレジストを塗布した後、露光及び現像工程を用いて第３フォトレジストをパターニングする。
続いて、パターニングされた第３フォトレジストをマスクとして金属物質を選択的に除去し、アクティブ層１４上の両側端にソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂを形成する。
続いて、パターニングされた第３フォトレジストをマスクとして金属物質を選択的に除去し、アクティブ層１４上の両側端にソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂを形成する。
このソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂの形成時に、ソース電極１６ａに延びて第２方向にゲート配線と直交することによって画素領域を定義するデータ配線(図示せず)も共に形成される。
そして、ソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂにより露出されたオーミックコンタクト層１５を選択的に除去する。
このとき、ソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂは以降の工程でチャンネルを形成するように、互いに一定の間隔を隔てて形成する。
前述したように、ソース及びドレーン電極１６ａ，１６ｂは、ゲート電極１２と共に薄膜トランジスター(Ｔ)を構成する。
一方、ソース及びドレーン電極１６ａ，１６ｂを形成するためにマスクとして用いられた第３フォトレジストを、前述の方法で除去する。
このとき、ソース電極１６ａ及びドレーン電極１６ｂは以降の工程でチャンネルを形成するように、互いに一定の間隔を隔てて形成する。
前述したように、ソース及びドレーン電極１６ａ，１６ｂは、ゲート電極１２と共に薄膜トランジスター(Ｔ)を構成する。
一方、ソース及びドレーン電極１６ａ，１６ｂを形成するためにマスクとして用いられた第３フォトレジストを、前述の方法で除去する。
図２ｃに示すように、ソース及びドレーン電極１６ａ，１６ｂ上にシリコン窒化膜やシリコン酸化膜または有機絶縁膜を蒸着して保護膜１７を形成する。この保護膜１７を有機絶縁膜とする場合、薄膜トランジスター(Ｔ)による段差を除去し、以降の工程を円滑にすることができる。
続いて、保護膜１７上に第４フォトレジストを塗布した後、露光及び現像工程を用いて第４フォトレジストをパターニングする（図示せず）。
そして、パターニングされた第４フォトレジストをマスクとしてドレーン電極１６ｂの表面が所定部分露出されるように保護膜１７を選択的に除去してコンタクトホール１８を形成する。
一方、コンタクトホール１８を形成するためにマスクとして用いられた第４フォトレジストは、前述の方法で除去する。
そして、パターニングされた第４フォトレジストをマスクとしてドレーン電極１６ｂの表面が所定部分露出されるように保護膜１７を選択的に除去してコンタクトホール１８を形成する。
一方、コンタクトホール１８を形成するためにマスクとして用いられた第４フォトレジストは、前述の方法で除去する。
図２ｄに示すように、コンタクトホール１８（図２ｃ参照）を含めた第１基板１１の全面にＩＴＯ膜などの透明金属膜を蒸着し、この透明金属膜上に第５フォトレジストを塗布した後、露光及び現像工程を用いて第５フォトレジストをパターニングする（図示せず）。
続いて、パターニングされた第５フォトレジストをマスクとして透明金属膜を選択的に除去することで、コンタクトホール１８を介してドレーン電極１６ｂと電気的に連結される画素電極１９を形成する。
但し、画素電極１９を形成するためにマスクとして用いられた第５フォトレジストは、前述の方法で除去する。
続いて、パターニングされた第５フォトレジストをマスクとして透明金属膜を選択的に除去することで、コンタクトホール１８を介してドレーン電極１６ｂと電気的に連結される画素電極１９を形成する。
但し、画素電極１９を形成するためにマスクとして用いられた第５フォトレジストは、前述の方法で除去する。
図２ｅに示すように、画素電極１９を含めた第１基板１１の全面に第１配向膜２０を形成する。
この第１配向膜２０の形成は、高分子薄膜を塗布し配向膜を一定方向に配向させるラビング工程でなされる。主として、配向膜にはポリイミド系の有機物質が使用され、配向膜を配列させるにはラビング方法が用いられる。
また、ラビング工程は、ラビング布を使って配向膜を一定方向にこすることであり、配向処理が容易で、大量生産に好適で、配向が安定で、プレチルト角の制御が容易である。
この第１配向膜２０の形成は、高分子薄膜を塗布し配向膜を一定方向に配向させるラビング工程でなされる。主として、配向膜にはポリイミド系の有機物質が使用され、配向膜を配列させるにはラビング方法が用いられる。
また、ラビング工程は、ラビング布を使って配向膜を一定方向にこすることであり、配向処理が容易で、大量生産に好適で、配向が安定で、プレチルト角の制御が容易である。
一方、最近では偏光の光を用いて配向する光配向方法が開発・使用されている。
図２ｆに示すように、第１基板１１と対応する第２基板３１には、画素領域以外の領域への光の漏れを防ぐために、薄膜トランジスター(Ｔ)と対応する部分にクロム膜などから成るブラックマトリックス３２を形成する。
このブラックマトリックス３２もまた、フォトリソグラフィー工程により形成される。
このブラックマトリックス３２もまた、フォトリソグラフィー工程により形成される。
続いて、複数あるブラックマトリックス３２の間に第２基板３１上にカラーフィルター３３を形成する。
このカラーフィルター３３は、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３色が順次に繰り返され、１色が１つの画素領域に対応する。
このカラーフィルター３３は、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３色が順次に繰り返され、１色が１つの画素領域に対応する。
続いて、カラーフィルター３３を含めた第２基板３１上に、透明な導電物質からなる共通電極３４を形成し、共通電極３４上にポリイミドなどの物質からなり、表面が一定方向を有するように第２配向膜３５を形成する。
そして、第１基板１１及び第２基板３１のいずれか一方の基板に、シールパターン(図示せず)を形成する。このシールパターンは、画像が表示される領域の外郭周辺に位置し、液晶注入のためのギャップを形成し、注入された液晶の漏れを防止する役割を果たす。
ここで、シールパターンは、熱硬化性樹脂を一定のパターンに形成することによってなり、シールパターン形成方法には、スクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法と、ディスペンサーを用いたシールディスペンサー法がある。
工程における便宜性から、現在はスクリーン印刷法が主として使用されているが、マスクと配向膜との接触による不良誘発及び基板大きさの増大によりスクリーンマスクを対応させることが難いという不具合から、シールディスペンサー法の使用に次第に移っている。
また、第１基板１１と第２基板３１との間の間隔を精密で均一に維持するために、両基板のいずれか一方に、一定大きさのスペーサー(図示せず)を散布する。
スペーサーの散布方式は、アルコールなどにスペーサーを混合して噴射する湿式散布法と、スペーサーのみを散布する乾式散布法とに大別され、乾式散布は、静電気を利用する静電散布法と気体の圧力を利用する除電散布法とに区分される。液晶表示装置が静電気に弱い構造を有する点から、除電散布法が多く使用される。
続いて、第１基板１１及び第２基板３１を貼り合わせ機チャンバー内に配置し、シールパターンを加圧硬化して貼り合わせる。このとき、第１基板１１と第２基板３１に形成された第１配向膜２０と第２配向膜３５が相対向し、画素電極１９とカラーフィルター３３が一対一対応するように配置する。
続いて、貼り合わせられた第１基板１１と第２基板３１との間に液晶を注入し、液晶層４０を形成する。
続いて、貼り合わせられた第１基板１１と第２基板３１との間に液晶を注入し、液晶層４０を形成する。
液晶の注入には、液晶パネル内外の圧力差を用いた真空注入法が主として用いられる。液晶パネル内部に液晶を注入した時、液晶中の微細な気泡により液晶パネル内部で気泡が発生し、不良が生じることがある。これを防止するためには、液晶を長時間真空に放置して気泡を除去する脱泡過程を行う必要がある。
しかしながら、従来技術による蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法では、蝕刻対象物(絶縁膜、半導体層、金属膜など)上にフォトレジストの塗布、露光及び現像工程により蝕刻対象物を選択的に除去して望むパターンを形成した後に、フォトレジストを除去する工程を繰り返し行うため、工程が複雑で、生産性が低下するという問題があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、フェムト秒レーザーを用いて薄膜を蝕刻することによって、工程の単純化及び生産性の向上図られる薄膜蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜蝕刻方法は、基板上に薄膜を形成する段階と、この薄膜上部に、パターン形状が定義されたマスクを整列する段階と、このマスクに定義されたパターン形状を有するように、全面にフェムト秒レーザーを照射して上記薄膜を選択的に除去する段階と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、第１基板及び第２基板を準備する段階と、第１基板上に第１金属膜を形成し、フェムト秒レーザーを用いて第１金属膜を選択的にパターニングしてゲート電極を形成する段階と、このゲート電極を含めた全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜上に半導体層を形成し、フェムト秒レーザーを用いて上記半導体層を選択的にパターニングしてゲート電極の上部にアクティブ層を形成する段階と、第１基板の全面に第２金属膜を形成し、フェムト秒レーザーを用いて第２金属膜を選択的にパターニングして上記アクティブ層の両側上にソース及びドレーン電極を形成する段階と、第１基板の全面に保護膜を形成し、ドレーン電極の表面が所定部分露出されるようにフェムト秒レーザーを用いて上記保護膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する段階と、このコンタクトホールを含めた第１基板の全面に透明金属膜を形成し、コンタクトホールを介してドレーン電極と連結されるようにフェムト秒レーザーを用いて上記透明金属膜を選択的に除去して画素電極を形成する段階と、第１基板と第２基板との間に液晶層を形成する段階と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、フォトレジストの塗布、露光、現像そして剥離などの工程を用いて薄膜を蝕刻するのではなく、短いパルス幅とパルス当たり高い尖頭出力を有するフェムト秒レーザーとマスクだけをもって薄膜を蝕刻し望む形状を形成するため、工程を単純化し、結果として生産性を向上させることが可能になる。
一般に、レーザーを用いた融除は、高精度の部品製作のために多く使用されており、短いパルスを使用すると周囲に及ぶ熱的な損傷が少ない長所から、ナノ秒、つまり１０−９m/s単位のパルスを有するＹＡＧレーザーやエキシマーレーザーなどを用いたレーザー加工機が提供されてきており、これをナノ秒レーザー加工機と通称する。
なかでも、酸化アルミニウムを人工的に結晶体としてレーザーを発するようにしたＹＡＧレーザーを使用した加工機では、加工された側壁が粗くなる傾向があり、赤外線系のＣＯ２レーザーは、加工部位にクレーターが形成される短所から、マイクロメートル単位以上の精密度を要求する微細加工の使用には制約がある。
すなわち、この加工は、光エネルギーを熱エネルギーに変換して行うレーザー熱加工と言えるが、結果として加工された形状は崩れ易く、精密加工が困難となる。
すなわち、この加工は、光エネルギーを熱エネルギーに変換して行うレーザー熱加工と言えるが、結果として加工された形状は崩れ易く、精密加工が困難となる。
一方、エキシマーレーザーでは、炭素原子の共有結合を絶つ光化学的反応による昇華エッチングがなされて高精度の加工が可能になる。これは、エキシマーレーザー光が加工物の表面に放射される際にその部分がプラズマ放射及び衝撃ノイズと共に分散されて分解するように融除光分解(ablative photodecomposition)加工が施され、吸熱蒸発加工となるからである。
しかしながら、エキシマーレーザーのエネルギーは、原子間の共有結合を絶つのに全部使用されるのではなく、一部は熱エネルギーに変換されるが、高いエネルギー密度を有するため、その熱影響も相当なる水準となる。よって、高い熱伝逹率を有する金属、セラミック、シリコンのような鉱物、及び低い光吸収率を有する石英及びガラスの加工には適用し難い。したがって、前者に比べて相対的に少ない熱エネルギーであっても、熱的変形は加工された製品の耐久性に影響を及ぼすことになる。
このような問題点を克服しうる優れた特性を有するものとして、パルス放射時間が１０−１５m/s級であるフェムト秒レーザーがあるが、これは、１ピコ秒、すなわち１×１０−１２m/s以下の極超短パルス放射時間に発振するレーザーを利用する場合、レーザーのエネルギー発振密度は非常に大きいからである。
一般に、１mJの光エネルギーを有し、１００フェムト秒以下のパルス放射時間を有すると、レーザーのエネルギー密度は略１０ギガワットの水準に達し、如何なる材質の加工も可能になる。
また、フェムト秒レーザーのような極超短パルスレーザーを加工物に放射すると、材料の構成格子にマルチフォトン現象が起こり、これによる原子の浮き現象が起こる間に光子が周囲の構成格子に熱を伝達する時間よりも入射パルスが短いため、加工物が加工される間、熱拡散による加工精密度の低下、材質の物理・化学的変化、及び加工物の加工部位が一部溶融する問題点が解決され、高精度の加工が可能になる。
のみならず、フェムト秒レーザー加工時に加工によるパーティクルの積層やクレーターなどの副産物がほとんど産生されることがない。よって、従来要求されてきた超音波洗浄などの副産物除去段階が省かれる。
また、高い熱伝逹係数を有するか、あるいは、少ない光吸収率を有する物質の加工が可能であり、かつ、２種類以上の相異なる材料の加工と、多層に積層された複合材質を単一工程で加工することが可能である。
以下、本発明に係る薄膜蝕刻方法及びこれを用いた液晶表示装置の製造方法について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図３ａ〜図３ｃは、本発明によるフェムト秒レーザーを用いた薄膜蝕刻方法を示す断面図である。
この蝕刻に使用される蝕刻対象物は、絶縁膜、金属膜、半導体層、感光性樹脂など如何なる物質も可能であるが、本発明の実施形態では金属膜に限定して説明する。
図３ａに示すように、基板５１上にバッファー用の絶縁膜５２を形成し、この絶縁膜５２上に金属膜５３を蒸着する。
この蝕刻に使用される蝕刻対象物は、絶縁膜、金属膜、半導体層、感光性樹脂など如何なる物質も可能であるが、本発明の実施形態では金属膜に限定して説明する。
図３ａに示すように、基板５１上にバッファー用の絶縁膜５２を形成し、この絶縁膜５２上に金属膜５３を蒸着する。
図３ｂに示すように、金属膜５３（図３ａ参照）上に、望むパターン形状が定義されたマスク５４を配置し、全面にフェムト秒レーザー５５を照射して金属膜５３を選択的に除去することで、金属配線５３ａを形成する。
このフェムト秒レーザー５５は、短いパルス幅(約１５０fs)とパルス当たり高い尖頭出力を有しており、金属膜５３の蝕刻時に切断部の周辺に熱膨張及び衝撃波を全く発生させることなく均一に蝕刻される。
一方、マスク５４は、照射されるフェムト秒レーザーによって変形させられることのない物質からなる。例えば、炭化ケイ素(ＳｉＣ)を使用すると良い。
このフェムト秒レーザー５５は、短いパルス幅(約１５０fs)とパルス当たり高い尖頭出力を有しており、金属膜５３の蝕刻時に切断部の周辺に熱膨張及び衝撃波を全く発生させることなく均一に蝕刻される。
一方、マスク５４は、照射されるフェムト秒レーザーによって変形させられることのない物質からなる。例えば、炭化ケイ素(ＳｉＣ)を使用すると良い。
図３ｃに示すように、図３ｂのマスク５４を除去すると、マスク５４に定義されたパターン形状を有する金属配線５３ａが形成される。
本発明において、フェムト秒レーザー５５を用いて金属膜５３を選択的に除去して金属配線５３ａを形成するとき、金属配線５３ａの周辺に熱膨張及び衝撃波が全く発生しないため、蝕刻する面が均一になることがわかる。
一方、フェムト秒レーザーは、集光レンズによって増幅されたピークパワー(peak power)が、今までのレーザーに比べて非常に高いため、従来テラ(１０１２)ワットから最近ではペタ(１０１５)ワットのピークパワーを持っている。
Ｔ３レーザー(Table Top Terawatt Laser)と呼ばれるレーザー光をレンズで集光しさえすれば、光の密度を非常に高くすることができるため、一瞬に焦点付近に置かれた物質を高温のプラズマ状態に変えてしまう。
フェムト秒レーザーでは、特別な場合を除き１パルスにつきマイクロジュール(μJ)程度のパルスエネルギーを主として使用し、強くはミリジュール(mJ)程度を使用し、平均出力には１ワット程度を使用する。
そして、一般的なレーザーにより発生するプラズマもレーザー自身と作用してレーザーを吸収したり物質を加熱したりするため、熱影響の拡大や加工の不安定性、効率低下など各種現象を引き起こしている。
ところが、フェムト秒レーザーの場合にはこの周辺の事情が異なってくる。
通常、レーザーのエネルギーを物質側から受け入れる受容体は電子である。金属などの場合には、伝導帯にある自由電子あるいは光により伝導帯に励起される電子である。この電子(電子系)がレーザーの振動電場によりエネルギーを受け入れ、これが格子にある原子やイオン(格子系)と衝突して運動エネルギーを与え(温度が上昇し)、物質の状態が変わる(溶解または蒸発する)ことによって加工される。
通常、レーザーのエネルギーを物質側から受け入れる受容体は電子である。金属などの場合には、伝導帯にある自由電子あるいは光により伝導帯に励起される電子である。この電子(電子系)がレーザーの振動電場によりエネルギーを受け入れ、これが格子にある原子やイオン(格子系)と衝突して運動エネルギーを与え(温度が上昇し)、物質の状態が変わる(溶解または蒸発する)ことによって加工される。
このように電子系から格子系にエネルギーが移動するのにかかる時間がフェムト秒単位であるので、フェムト秒レーザー加工ではレーザーエネルギーの吸収と以降の物質変化(加工)が時間的に分離される。
例えば、照射された物質を構成している原子がイオン化されプラズマが発生する時間規模はパルス幅よりも長いので、このプラズマはレーザーとは相互作用しないことが予想される。そして、照射部から熱がその周囲に拡散する時間よりもパルス幅が短いため、レーザーのエネルギーは照射領域に局所存在し、その領域においてのみ物質の状態変化を起こす。
したがって、本発明でフェムト秒レーザーを使用して金属膜を蝕刻した時、蝕刻しようとする周辺には熱影響部がない蝕刻がなされる。
したがって、本発明でフェムト秒レーザーを使用して金属膜を蝕刻した時、蝕刻しようとする周辺には熱影響部がない蝕刻がなされる。
図４ａ〜図４ｆは、本発明による液晶表示装置の製造方法を示す工程断面図である。
図４ａに示すように、透明な第１基板６１上に金属物質を蒸着し、この金属物質上部に、パターンが定義されたマスク(図示せず)を整列する。
ここで、金属物質は、アルミニウム(Ａｌ)、銅(Ｃｕ)、タングステン(Ｗ)、クロム(Ｃｒ)、モリブデン(Ｍｏ)、チタニウム(Ｔｉ)またはタンタル(Ｔａ)の金属や、ＭｏＷ、ＭｏＴａまたはＭｏＮｂなどのモリブデン合金をＣＶＤまたはスパッタリング法で蒸着して形成する。
図４ａに示すように、透明な第１基板６１上に金属物質を蒸着し、この金属物質上部に、パターンが定義されたマスク(図示せず)を整列する。
ここで、金属物質は、アルミニウム(Ａｌ)、銅(Ｃｕ)、タングステン(Ｗ)、クロム(Ｃｒ)、モリブデン(Ｍｏ)、チタニウム(Ｔｉ)またはタンタル(Ｔａ)の金属や、ＭｏＷ、ＭｏＴａまたはＭｏＮｂなどのモリブデン合金をＣＶＤまたはスパッタリング法で蒸着して形成する。
続いて、第１マスクを用い、全面にフェムト秒レーザーを照射して金属物質を選択的に除去することでゲート電極６２を形成する。
このゲート電極６２の形成時に、ゲート電極６２と連結されて第１方向に延在しているゲート配線(図示せず)も共に形成される。
このゲート電極６２の形成時に、ゲート電極６２と連結されて第１方向に延在しているゲート配線(図示せず)も共に形成される。
続いて、ゲート電極６２を含めた第１基板６１の全面にシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜のような絶縁物質を蒸着してゲート絶縁膜６３を形成する。
このゲート絶縁膜６３上に非晶質シリコン層及び不純物がドープされた非晶質シリコン層を順に蒸着する。
このゲート絶縁膜６３上に非晶質シリコン層及び不純物がドープされた非晶質シリコン層を順に蒸着する。
続いて、不純物がドープされた非晶質シリコン層の上部に、パターンが定義された第２マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射して不純物がドープされた非晶質シリコン層を選択的に除去することでアクティブ層６４とオーミックコンタクト層６５を形成する。
図４ｂに示すように、第１基板６１の全面に金属物質を蒸着し、この金属物質上部に第３マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射して金属物質を選択的に除去することで、アクティブ層６４上の両側端にソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂを形成する。
このソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂの形成時に、ソース電極６６ａに延長されて第２方向にゲート配線と直交して画素領域を定義するデータ配線(図示せず)も共に形成される。
このソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂの形成時に、ソース電極６６ａに延長されて第２方向にゲート配線と直交して画素領域を定義するデータ配線(図示せず)も共に形成される。
その後、ソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂにより露出されたオーミックコンタクト層６５を選択的に除去する。
この時、ソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂは以降の工程でチャネルを形成するために、互いに一定の間隔を隔てて形成する。
前述したように、ソース及びドレーン電極６６ａ，６６ｂは、ゲート電極６２と共に薄膜トランジスター(Ｔ)を構成する。
この時、ソース電極６６ａ及びドレーン電極６６ｂは以降の工程でチャネルを形成するために、互いに一定の間隔を隔てて形成する。
前述したように、ソース及びドレーン電極６６ａ，６６ｂは、ゲート電極６２と共に薄膜トランジスター(Ｔ)を構成する。
図４ｃに示すように、ソース及びドレーン電極６６ａ，６６ｂを含めた第１基板６１の全面に保護膜６７を形成する。この保護膜６７を有機絶縁膜とする場合、薄膜トランジスター(Ｔ)による段差を除去し、以後の工程を円滑にすることができる。
この保護膜６７は、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ＢＣＢまたはアクリル樹脂などの材料で形成することができる。
この保護膜６７は、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ＢＣＢまたはアクリル樹脂などの材料で形成することができる。
続いて、保護膜６７上部に、パターンが定義された第４マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射してドレーン電極６６ｂの表面が所定部分露出されるように保護膜６７を選択的に除去することで、コンタクトホール６８を形成する。
図４ｄに示すように、コンタクトホール６８を含めた第１基板６１の全面に、ＩＴＯ(インジウム−錫酸化物)やＩＺＯ(インジウム−鉛酸化物)などの透明金属膜を蒸着する。
この透明金属膜の上部に、パターンが定義された第５マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射して透明金属膜を選択的に除去することで、コンタクトホール６８を介してドレーン電極６６ｂと電気的に連結される画素電極６９を形成する。
この透明金属膜の上部に、パターンが定義された第５マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射して透明金属膜を選択的に除去することで、コンタクトホール６８を介してドレーン電極６６ｂと電気的に連結される画素電極６９を形成する。
図４ｅに示すように、画素電極６９を含めた第１基板６１の全面に第１配向膜７０を形成する。
この第１配向膜７０の形成は、高分子薄膜を塗布し配向膜を一定の方向に配向させるラビング工程でなされる。主として、配向膜にはポリイミド系の有機物質が使用され、配向膜を配列させるにはラビング方法が用いられる。
また、ラビング工程は、ラビング布を使って配向膜を一定方向にこすることであり、配向処理が容易で、大量生産に好適で、配向が安定で、プレチルト角の制御が容易である。
一方、最近では偏光の光を用いて配向する光配向方法が開発・使用されている。
この第１配向膜７０の形成は、高分子薄膜を塗布し配向膜を一定の方向に配向させるラビング工程でなされる。主として、配向膜にはポリイミド系の有機物質が使用され、配向膜を配列させるにはラビング方法が用いられる。
また、ラビング工程は、ラビング布を使って配向膜を一定方向にこすることであり、配向処理が容易で、大量生産に好適で、配向が安定で、プレチルト角の制御が容易である。
一方、最近では偏光の光を用いて配向する光配向方法が開発・使用されている。
図４ｆに示すように、第１基板６１と対向する第２基板８１上にクロム膜などを蒸着し、このクロム膜上部に、パターンが定義された第６マスク(図示せず)を整列し、全面にフェムト秒レーザーを照射してクロム膜を選択的に除去することで、薄膜トランジスター(Ｔ)と対応する部分に、画素領域以外の領域への光の漏れを防止するためのブラックマトリックス８２を形成する。
続いて、ブラックマトリックス８２を含めた第２基板８１の全面に感光性フィルムを選択的に蒸着し、この感光性樹脂をフェムト秒レーザーを用いて選択的に除去することで、各画素領域にカラーフィルター８３を形成する。
このカラーフィルター８３を形成するために用いられる感光性フィルムは、赤色感光性フィルム、緑色感光性フィルム及び青色感光性フィルムを順次に形成した後、フェムト秒レーザーで選択的に除去することで、各画素領域に赤色カラーフィルター、緑色カラーフィルター及び青色カラーフィルターを形成する。
このカラーフィルター８３を形成するために用いられる感光性フィルムは、赤色感光性フィルム、緑色感光性フィルム及び青色感光性フィルムを順次に形成した後、フェムト秒レーザーで選択的に除去することで、各画素領域に赤色カラーフィルター、緑色カラーフィルター及び青色カラーフィルターを形成する。
続いて、カラーフィルター８３を含めた第２基板８１上にＩＴＯ膜などの透明金属膜を蒸着し、フェムト秒レーザーを用いて透明金属膜を選択的に除去することで、第２基板８１上に共通電極８４を形成する。
この共通電極８４上にポリイミドなどの物質からなり、表面が一定方向を有するように第２配向膜８５を形成する。
この共通電極８４上にポリイミドなどの物質からなり、表面が一定方向を有するように第２配向膜８５を形成する。
そして、第１基板６１及び第２基板８１のいずれか一方の基板の外郭周辺に熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂からなるシールパターン(図示せず)を形成する。このシールパターンは、画像が表示される領域の外郭周辺に位置し、液晶注入のためのギャップを形成し、注入された液晶の漏れを防止する役割を果たす。
ここで、シールパターンは、熱硬化性樹脂をフェムト秒レーザーを用いて一定のパターンに形成することによってなる。
それ以外に、シールパターン形成方法には、フォトリソグラフィー工程を行うことのない、スクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法、及びディスペンサーを用いたシールディスペンサー法がある。
それ以外に、シールパターン形成方法には、フォトリソグラフィー工程を行うことのない、スクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法、及びディスペンサーを用いたシールディスペンサー法がある。
また、第１基板６１と第２基板８１との間の間隔を精密で均一に維持するために、両基板のいずれか一方に、一定の大きさのスペーサー(図示せず)を散布する。
スペーサーの散布方式は、アルコールなどにスペーサーを混合して噴射する湿式散布法と、スペーサーのみを散布する乾式散布法とに大別され、乾式散布は、静電気を利用する静電散布法と気体の圧力を利用する除電散布法とに区分される。液晶表示装置が静電気に弱い構造を有する点から、除電散布法が多く使用される。
スペーサーの散布方式は、アルコールなどにスペーサーを混合して噴射する湿式散布法と、スペーサーのみを散布する乾式散布法とに大別され、乾式散布は、静電気を利用する静電散布法と気体の圧力を利用する除電散布法とに区分される。液晶表示装置が静電気に弱い構造を有する点から、除電散布法が多く使用される。
続いて、第１基板６１と第２基板８１とを貼り合わせ機チャンバー内に配置し、シールパターンを加圧硬化して貼り合わせる。このとき、第１基板６１及び第２基板８１に形成された第１配向膜７０及び第２配向膜８５が相対向し、画素電極６９とカラーフィルター８３とが一対一で対応するように配置する。
続いて、貼り合わせられた第１基板６１と第２基板８１との間に液晶を注入して液晶層９０を形成する。
液晶の注入には、液晶パネル内外の圧力差を用いた真空注入法が主として用いられる。液晶パネル内部に液晶が注入された時、液晶中の微細な気泡により液晶パネル内部で気泡が発生し、不良が生じることがある。これを防止するためには、液晶を長時間真空に放置して気泡を除去する脱泡過程を行う必要がある。
尚、本発明の実施形態では真空注入法による液晶層の形成について説明しているが、液晶滴下方式を用いて液晶層を形成することも可能である。
この液晶滴下方式は、パネル内部と外部間の圧力差により液晶を注入するのではなく、液晶を直接大面積のガラス基板に滴下し、基板を貼り合わせる圧力により滴下された液晶をパネル全体にわたって均一に分布させることによって液晶層を形成する方式である。
この液晶滴下方式は、パネル内部と外部間の圧力差により液晶を注入するのではなく、液晶を直接大面積のガラス基板に滴下し、基板を貼り合わせる圧力により滴下された液晶をパネル全体にわたって均一に分布させることによって液晶層を形成する方式である。
すなわち、ＴＦＴ基板とカラーフィルター基板とを貼り合わせる前に、ＴＦＴ基板上に玉状に液晶を滴下する。これに限定されず、液晶をカラーフィルター基板上に滴下しても良い。
言い換えれば、液晶滴下方式において液晶滴下の対象となる基板は、ＴＦＴ基板及びカラーフィルター基板の何れでも可能である。ただし、両基板の貼り合わせ時に、液晶の滴下された基板を下部に配置しなければならない。
言い換えれば、液晶滴下方式において液晶滴下の対象となる基板は、ＴＦＴ基板及びカラーフィルター基板の何れでも可能である。ただし、両基板の貼り合わせ時に、液晶の滴下された基板を下部に配置しなければならない。
このとき、カラーフィルター基板の外郭周辺領域にシールパターンが形成され、カラーフィルター基板とＴＦＴ基板に圧力を加えてＴＦＴ基板及びカラーフィルター基板を貼り合わせ、これと同時に、上記圧力により玉状の液晶が外側に広がり、これによって、カラーフィルター基板とＴＦＴ基板との間に均一な厚さの液晶層が形成される。
この液晶滴下方式の最も大きい特徴は、貼り合わせ工程前にＴＦＴ基板上にあらかじめ液晶を滴下し、シールパターンによって両基板を貼り合わせることにある。
この液晶滴下方式の最も大きい特徴は、貼り合わせ工程前にＴＦＴ基板上にあらかじめ液晶を滴下し、シールパターンによって両基板を貼り合わせることにある。
このような液晶滴下方式は、短時間で直接基板上に液晶を滴下するため、大面積の液晶表示装置の液晶層も非常に速かに形成できるだけでなく、必要な量の液晶だけを直接基板上に滴下するので、液晶の消耗を最小限に抑えられ、液晶表示装置の製造コストを大幅に節減することができる。
以上から説明してきた本発明は、上記の実施形態及び図面に限定されるのではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者にとって明らかである。
５１ 基板
５２ 絶縁膜
５３ 金属膜
５４ マスク
５５ フェムト秒レーザー
５２ 絶縁膜
５３ 金属膜
５４ マスク
５５ フェムト秒レーザー
Claims (5)
- 第１基板及び第２基板を準備する段階と、
第１基板上に第１金属膜を形成し、前記第１金属膜と直接対面する第１マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記第１金属膜を選択的にパターニングしてゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極を含めた全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成し、前記半導体層と直接対面する第２マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記半導体層を選択的にパターニングして前記ゲート電極の上部にアクティブ層を形成する段階と、
前記第１基板の全面に第２金属膜を形成し、前記第２金属膜と直接対面する第３マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記第２金属膜を選択的にパターニングして前記アクティブ層の両側上にソース及びドレーン電極を形成する段階と、
前記第１基板の全面に保護膜を形成し、前記ドレーン電極の表面が所定部分露出されるように、前記保護膜と直接対面する第４マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記保護膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する段階と、
前記コンタクトホールを含めた第１基板の全面に第１透明金属膜を形成し、前記コンタクトホールを介して前記ドレーン電極と連結されるように、前記第１透明金属膜と直接対面する第５マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記第１透明金属膜を選択的に除去して画素電極を形成する段階と、
前記第２基板上に不透明金属膜を形成し、前記不透明金属膜と直接対面する第６マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記不透明金属膜を選択的に除去してブラックマトリックスを形成する段階と、
前記ブラックマトリックスを含めた第２基板上にＲ、Ｇ、Ｂの感光性フィルムのうちいずれか一つを形成し、前記感光性フィルムと直接対面する第７マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記感光性フィルムを選択的に除去してカラーフィルターを形成する段階と、
前記カラーフィルターを含めた第２基板上に第２透明金属膜を蒸着し、前記第２透明金属膜と直接対面する第８マスクを通じて照射されるフェムト秒レーザーで前記第２透明金属膜を選択的に除去して共通電極を形成する段階と、
前記第１基板と第２基板との間に液晶層を形成する段階と、を備え、
前記第１ないし第８マスクは、炭化ケイ素材質からなることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
- 前記画素電極を含めた第１基板の全面に、第１配向膜を形成する段階と、
前記共通電極を含めた第２基板上に、第２配向膜を形成する段階と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記液晶層は、前記第１基板及び第２基板のいずれか一方の基板の中央部に液晶を滴下して形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第１及び第２基板のいずれか一方の基板の外郭周辺にシールパターンを形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記シールパターンは、熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
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