JP4944514B2 - 印刷版の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に係り、特に、微細パターンを実現できる印刷版の製造方法に関する。

近来、ディスプレイ装置として、ＣＲＴと遜色ないレベルにまで画像を具現できる上、軽薄短小化・超小型化が実現できる液晶表示装置が開発されてきた。

一般に、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、複数のゲートラインとデータラインとが直交配列されてなるマトリクス形態の単位画素を有し、それぞれの単位画素の領域上には、スイッチングの機能を果たすＴＦＴと透明金属からなる画素電極とが形成されているアレイ基板と、このアレイ基板の画素電極と対向するように透明絶縁基板上にＲＧＢカラーフィルタ層とブラックマトリクスが形成されているカラーフィルタ基板とが液晶分子を介在して合着された構造となっている。

このアレイ基板とカラーフィルタ基板はそれぞれ独立して作製、すなわち、別の基板として作製され、これら両基板を合着する前に、配向膜塗布工程、ラビング工程、スペーサ散布工程、シール印刷工程がなされる。

これら工程が終わると、アレイ基板とカラーフィルタ基板とを向かい合わせた後、熱と紫外線照射によって合着させる。

ここで、アレイ基板に対して行われるシール印刷工程は、両基板を合着させる役割のほか、液晶注入時に液晶分子が流出しないように封止する役割も果たす。

このようなシール形成工程には次のような三つの方法が用いられる。

その一つは、印刷法による厚膜形成技術であり、生産設備が簡単で、材料利用効率が高い点から、ＬＣＤ、ＰＤＰなどの製造に用いられている。

すなわち、マスクを利用したスクリーン印刷は、パターニングされたスクリーンを一定間隔を維持しながら基板上に置き、隔壁形成に必要なペーストで圧着・転写して所望の形状を基板に印刷する方法によって行われる。

この方法は、通常、１回の印刷で焼成前に２０μｍ程度の高さが得られ、よって、５０μｍ乃至１００μｍの隔壁を得るには５回乃至１０回重なって印刷し数回の乾燥工程を行わねばならず、生産性が低く、ガラス基板の変形による低い再現性及び高精細化が実現し難いという欠点がある。

第二の方法は、基板上に隔壁物質を広く塗布した後、部分的にこれを除去することによって隔壁を形成するサンドブラスト方法であり、近来、大型パネルの製造工程において高精細用隔壁の形成のために多く用いられている。

例えば、電極の形成されている基板全面に、スクリーン印刷法によって隔壁材料を印刷し、この隔壁材料上に感光性フィルムを覆った後、露光及び現像作業を経て隔壁材料を保護する感光性フィルムが残るようにする。

そして、研磨剤を噴射し、感光性フィルムに保護されていない部分を物理的に除去することで隔壁を形成する。このとき、研磨剤は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ガラス微粒子などが使用され、圧縮した空気や窒素ガスによって噴射される。

このサンドブラスト法は、７０μｍ以下の隔壁を大面積の基板に形成することはできるが、基板ガラスに物理的衝撃を与えて焼成時に基板の亀裂を招くことがあり、工程が複雑で、また、設備投資に高コストがかかるほか、多い材料の消耗による生産単価の上昇、粉塵による公害発生の恐れがある。

第三の方法は、マスク製造に用いられるＣＡＤの配線データによって厚膜ペーストを空気圧力を用いて基板上に直接吐出してパターンを形成するディスペンサ法であり、マスク製造費が節減され、厚膜の形成に対して大きい自由度も持ち、工程が簡単であるという長所を有し、大型ＬＣＤやＰＤＰなどにおけるシール剤に好適に適用できる技術である。

以下、一般的な印刷ロールを用いて基板上にパターンを形成する方法を説明する。
図１Ａ乃至図１Ｃは、従来の印刷ロール及び印刷版を用いて基板上にパターンを形成する工程を示した工程断面図である。

図１Ａに示すように、印刷ノズル１０を用いてパターン物質３０を印刷ロール２０に塗布する。
次いで、図１Ｂに示すように、所定形状に刻み込まれた印刷版４０上に、パターン物質３０が塗布された印刷ロール２０を回転させ、印刷版４０の突出部に一部のパターン物質３０ｂを転写し、印刷ロール２０には、残りのパターン物質３０ａが残存するようにして、印刷ロール２０に所定形状のパターンを形成する。
次いで、図１Ｃに示すように、基板５０上にパターン物質３0ａの残存する印刷ロール２０を回転させ、基板５０上に残りのパターン物質３０ａを転写する。
上記のように、印刷ロールを用いたパターン形成方法には、印刷版が必要となる。

しかしながら、図１Ａ乃至図１Ｃにおいては、一つの印刷ロール及び印刷版を用いて、液晶表示素子の多様な構成要素を多様な形態でパターニングするために長い工程時間が要されるので、一度に多様な構成要素をパターニングできる４色（カラーフィルタ層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びブラックマトリックス層形成用）印刷装備が提案されている。

以下、添付の図面を参照して従来技術による印刷版の製造方法について説明する。
図２Ａ乃至図２Ｅは、従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。

図２Ａに示すように、絶縁基板５１上にハードマスク用金属膜５２を蒸着し、この金属膜５２上にフォトレジスト５３を塗布する。
ここで、金属膜５２は、ＣｒまたはＭｏなどの金属物質からなる。
続いて、フォト及び露光工程によってフォトレジスト５３を選択的にパターニングしてパターン領域を定義する。

図２Ｂに示すように、パターニングされたフォトレジスト５３をマスクとして金属膜５２を選択的に除去し、金属膜パターン５２ａを形成する。

図２Ｃに示すように、フォトレジスト５３を除去する。

ここで、金属膜パターン５２ａを形成するためにマスクとして用いたフォトレジスト５３を除去する方法としては、酸素ガスプラズマによる方法、及び種々の酸化剤を使用した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。

図２Ｄに示すように、金属膜パターン５２ａをマスクとして露出された絶縁基板５１を選択的にエッチングし、表面から約２０μｍの深さを有するトレンチ５４を形成する。

このとき、絶縁基板５１のエッチングは、ＨＦ系エッチング液（エッチャント）を用いた等方性エッチングによって行う。

図２Ｅに示すように、金属膜パターン５２ａを除去することによって従来の印刷版の形成工程を完了する。

上記のようにして製造された印刷版を図１の印刷装置に組み合わせ、所望の顔料をアニロックスロールにコーティングした後に、アニロックスロール上の顔料を印刷版に部分的に印刷し基板に転写することによって、パターンを有する印刷結果物を得る。

しかしながら、上記の従来技術による印刷版の製造方法には次のような問題点があった。
すなわち、金属膜パターンをマスクとして絶縁基板を一括エッチングして所望の深さを有するトレンチを形成するため、等方性エッチングの特性の上、エッチングＣＤ（critical dimension）が大きく発生し精密な印刷版製作が難しかった。

すなわち、絶縁基板のエッチング厚が５μｍである場合には、図２ＤのＡに示すように、理論的に両側を基準にして１０μｍ以下の線幅具現が不可能である。

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、エッチングＣＤの変化を最小化して微細パターンを形成できるようにする印刷版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、本発明に係る印刷版の製造方法は、絶縁基板上に開口部を有するハードマスクを形成する段階と、前記ハードマスクで前記絶縁基板に第１深さを有する第１トレンチを形成する段階と、前記第１トレンチを含む絶縁基板の全面に、第１エッチング防止層及び第１フォトレジストを順に形成する段階と、前記ハードマスクをマスクとして前記第１フォトレジストに全面露光及び現像を行ってパターニングする段階と、前記ハードマスクをマスクとして前記絶縁基板に前記第１深さよりも深い第２深さを有する第２トレンチを形成する段階と、前記第２トレンチを含む絶縁基板の全面に第２エッチング防止層及び第２フォトレジストを順に形成する段階と、前記ハードマスクをマスクとして前記第２フォトレジストに全面露光及び現像を行ってパターニングする段階と、前記ハードマスクをマスクとして前記絶縁基板に前記第２深さよりも深い第３深さを有する第３トレンチを形成する段階と、前記ハードマスク、第１及び第２エッチング防止層、及び第１及び第２フォトレジストを除去する段階と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る印刷版の製造方法によれば、ハードマスクとエッチング防止層の形成、フォトレジストの塗布、全面露光及び現像工程によって所望の深さを有するトレンチを段階的に分けて形成し、１回につきのエッチング厚さを調節できるため、エッチングＣＤによる誤差を減らし、微細で精密な印刷版を製作することが可能になる。

以下、添付の図面を参照し、本発明による印刷版の製造方法について詳細に説明する。

図３Ａ乃至図３Ｇは、本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。

ガラス等の絶縁基板６１上に、ハードマスク用金属膜６２を蒸着し、この金属膜６２上に第１フォトレジスト６３を塗布する。

ここで、金属膜６２は、ＣｒまたはＭｏなどの金属物質からなる。

続いて、フォト及び露光工程によって第１フォトレジスト６３を選択的にパターニングしてパターン領域を定義する。

図３Ｂに示すように、パターニングされた第１フォトレジスト６３をマスクとして金属膜６２を選択的に除去して金属膜パターン６２ａを形成し、第１フォトレジスト６３を除去する。このとき、金属膜パターン６２ａは金属膜６２が除去された少なくとも１つの領域を含んでいる。この金属膜６２が除去された少なくとも１つの領域は、第１トレンチ６４が形成されるように少なくとも１つのホール、開口部、或いはギャップとして形成してもよい。尚、その他の実施形態として、第１トレンチ６４が形成される絶縁基板６１の表面に１つ以上の開口部が設けられるとしてもよい。

ここで、上記のように金属膜パターン６２ａを形成するためにマスクとして用いた第１フォトレジスト６３を除去する方法には、酸素ガスプラズマによる方法及び種々の酸化剤を使用した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のことをいう。

また、その他の実施形態として、第１フォトレジスト６３が除去されないとしても良い。しかしながら、図３Ｂに示したように、第１フォトレジスト６３が除去され、金属膜６２が選択的に除去されたときに、第１フォトレジスト６３は金属膜パターン６２ａとして残留する。この実施例においては、第１フォトレジスト６３は製造工程を通して金属膜パターン６２ａとして残留する。以下には、第１フォトレジスト６３が除去される実施形態を記載するが、第１フォトレジスト６３が残留してもよいことが理解されるべきである。

図３Ｃに示すように、金属膜パターン６２ａをマスクとし、露出された絶縁基板６１を選択的にエッチングして表面から２〜６μｍ深さを有する第１トレンチ６４を形成する。

このとき、絶縁基板６１のエッチングには、ＨＦ系エッチング液（エッチャント）を用いた等方性エッチングを用いる。

第１トレンチ６４を形成する時に、等方性エッチングの特性上、第１トレンチ６４の側面に延長してエッチングが進行されるが、第１トレンチ６４の形成深さを浅くすることによって、その分だけ側面にエッチングされる量を減らすことが出来る。

図３Ｄに示すように、第１トレンチ６４を含む絶縁基板６１の全面に、第１エッチング防止層６５を形成し、この第１エッチング防止層６５を含む絶縁基板６１の全面に、第２フォトレジスト６６を塗布する。

ここで、第１エッチング防止層６５は、ＩＴＯ、Ｍｏ、Ｃｕなどの不透明金属や透明金属を０．０１〜０．３μｍの厚さで形成して使用する。

また、第２フォトレジスト６６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が使用可能であるが、ウエハを真空でチャックし高速回転させながら行うスピンコートが安全性及び均一性の面から最も一般に用いられている。

一般に、フォトレジストには、ネガティブフォトレジストとポジティブフォトレジストとがある。

まず、ネガティブフォトレジストは、硬化ゴム系樹脂とビスジアジド系化合物の混合物を有機溶剤中に含有したものが一般的であり、後者は、感光性があり、架橋剤として働く。

ネガティブフォトレジストでは、光照射部分が架橋剤によって網目構造に硬化し、未照射部分との間に現像に対する溶解度の差を起こさせる点を用いてパターンが形成される。

ポジティブフォトレジストでは、光照射部分は現像液（アルカリ系）に溶け、未露光部が不溶性であるため、ネガティブフォトレジストと同様に溶解度の差を用いてパターンが形成される。

ポジティブフォトレジストは、通常、キノンジアジド系の感光剤、アルカリ可溶のフェノール系樹脂及び有機溶剤からなっており、混合物自体はアルカリに不溶であるものの、光照射によってアルカリ可溶となる。

尚、本実施形態では、フォトレジストにポジティブフォトレジストを使用する。

図３Ｅに示すように、金属膜パターン６２ａをマスクとして第２フォトレジスト６６に全面露光を実施して現像する。

このとき、第２フォトレジスト６６を絶縁基板６１の全面に塗布すると、第１トレンチ６４を形成するために等方性エッチング時に金属膜パターン６２ａ下部が一定部分エッチングされるが、この時、第２フォトレジスト６６が金属膜パターン６２ａの下部に対応する第１トレンチ６４の両端を埋める。

ここで、第２フォトレジスト６６の現像方法には、浸漬によるものとスプレーによるものとがある。前者では温度、濃度、経時変化などの管理に困るが、後者では比較的管理が容易である。現在は、スプレー方式でインライン化した装置が使用可能である。

そして、第２フォトレジスト６６を全面露光すると、金属膜パターン６２ａ下部の第２フォトレジスト６６は露光されずに第１トレンチ６４の内側に残留し、この残留した部分以外の部分は現像工程によって除去される。また、このパターニングされた第２フォトレジスト６６をマスクとして使用し、第１エッチング防止層６５が選択的に除去される。

続いて、金属膜パターン６２ａをマスクとして絶縁基板６１を選択的に除去し、第１深さを有する第１トレンチ６４に、第１深さよりも深い第２深さを有する第２トレンチ６７を形成する。

ここで、第２トレンチ６７を形成する時に、前述の如く、等方性エッチングの特性上、第２トレンチ６７の側面に延びてエッチングが行われるが、第１トレンチ６４の側面、すなわち、金属膜パターン６２ａ下部には第１エッチング防止層６５及び第２フォトレジスト６６が残留するため、側面にエッチングされるのを防止しながら第２トレンチ６７を形成することができる。

本実施形態においては、第２トレンチ６７は、第１トレンチ６４より２〜６μｍ深く形成される。

図３Ｆに示すように、第２トレンチ６７を含む絶縁基板６１の全面に第２エッチング防止層６８を形成し、この第２エッチング防止層６８を含む絶縁基板６１の全面に、第３フォトレジスト６９を塗布する。

ここで、第２エッチング防止層６８は、ＩＴＯ、Ｍｏ、Ｃｕなどの不透明金属や透明金属を０．０１〜０．３μｍの厚さで形成して使用する。

続いて、金属膜パターン６２ａをマスクとして全面露光及び現像工程を実施して金属膜パターン６２ａの下部に第３フォトレジスト６９を残留させる。また、第２エッチング防止層６８は、パターニングされた第２フォトレジスト６６をマスクとして使用して選択的に除去される。

そして、金属膜パターン６２ａと、上述したようにパターニングされた第３フォトレジスト６９と、第２エッチング防止層６８とをマスクとして、絶縁基板６１に選択的にエッチング工程を行い、第２深さよりも深い第３深さを有する第３トレンチ７０を形成する。

ここで、第３トレンチ７０を形成する時に、前述の如く、等方性エッチングの特性の上、第３トレンチ７０の側面に延びてエッチングが行われるが、金属膜パターン６２ａの下部には第２エッチング防止層６８及び第３フォトレジスト６９が残留しており、その分だけ側面へのエッチング量が減る。

また、第３トレンチ７０は、第２トレンチ６７から２〜６μｍの深さで形成する。

また、第２フォトレジスト６６及び第３フォトレジスト６９はポジティブフォトレジストを使用する。

尚、本実施形態における印刷版の製造方法は、上記のように第１トレンチ６４を形成した後、全面への第１及び第２エッチング防止層６５，６８の形成及びフォトレジストの塗布、全面露光及び現像工程を繰返し行いながら金属膜パターン６２ａと残留するフォトレジストをマスクとして所望の深さを有する最終的なトレンチを形成する。

図３Ｇに示すように、金属膜パターン６２ａを除去し、第２及び第３フォトレジスト６６，６９と第１及び第２エッチング防止層６５，６８を除去する。

続いて、絶縁基板６１の全面に洗浄工程を行いエッチング中に発生した異物を除去することで、本実施形態における印刷版の形成工程を完了する。

尚、本実施形態における印刷版の製造では、ポジティブフォトレジストを繰返し塗布し、全面に対して自己整合型の露光及び現像工程を実施してパターニングし、ハードマスク用金属膜パターン６２ａと残留するフォトレジストとをマスクとして使用し、１回につきエッチングされる深さを調節して段階的にエッチング工程を行うことで、絶縁基板６１に所望の深さを有するトレンチを形成している。

ここで、第１、第２及び第３トレンチ６４、６７、７０を形成する際に、金属膜パターン６２ａの下部に残留する第１及び第２エッチング防止層６５，６８と第２及び第３フォトレジスト６６，６９は、最終的な洗浄工程で同時に除去しても良く、各トレンチの形成工程が終了する度にそれぞれ除去しても良い。

上記のようにして本実施形態において製造された印刷版を図１Ａ〜図１Ｃに示した印刷装置に組み合わせ、所望の顔料をアニロックスロールにコーティングした後、アニロックスロール上の顔料を印刷版に選択的に印刷して基板に転写させることによって、パターンを有する印刷結果物を得ることができる。

要するに、従来は、絶縁基板にフォトレジストまたはハードマスクを用いて一括エッチングを行って所望の深さを有するトレンチを形成することで印刷版を製造してきたが、本発明では、ハードマスクと反復的なエッチング防止層の形成、フォトレジストの塗布、全面露光及び現像工程によって段階的に分けてエッチング工程を施し、所望の深さを有するトレンチを形成することで印刷版を製造する。

したがって、本発明の実施形態では、３段階に分けて最終的に所望の深さを有するトレンチを形成する例を説明しているが、最終的な所望の深さを有するトレンチを形成するに要する段階は３段階に限定されるものではない。

また、図３Ａ〜図３Ｇには、第１、第２、又は第３トレンチ６４、６７、７０が形成された１つのホール又は１つの領域を示したが、異なる位置に形成された第１、第２、第３トレンチ６４、６７、７０の各々少なくとも１つを取り上げて製造工程を実施した少なくとも１つのホールであると理解されるべきである。上述した実施例における印刷版の製造方法では、好ましい深さのトレンチは、ハードマスクの反復形成、エッチング防止、フォトレジストの蒸着、全面露光及び現像工程を用いる数回のエッチング工程によって、絶縁基板６１に形成される。すなわち、各エッチング工程によってエッチングされる第１、第２、第３トレンチ６４、６７、７０の深さは、エッチングの限界範囲の変化を最小にするように制御され、印刷版の良好かつ精密なパターンを形成する。

以上説明してきた実施形態及び添付の図面に本発明が限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるということは、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者にとって明白である。

関連技術としての印刷ロール及び印刷版を用いて基板上にパターンを形成する工程を示した工程断面図である。 関連技術としての印刷ロール及び印刷版を用いて基板上にパターンを形成する工程を示した工程断面図である。 関連技術としての印刷ロール及び印刷版を用いて基板上にパターンを形成する工程を示した工程断面図である。 従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 従来技術による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。 本発明による印刷版の製造方法を示す工程断面図である。

符号の説明

６１ 絶縁基板
６２ａ 金属膜パターン
６３ 第１フォトレジスト
６４ 第１トレンチ
６５ 第１エッチング防止層
６６ 第２フォトレジスト
６７ 第２トレンチ
６８ 第２エッチング防止層
６９ 第３フォトレジスト
７０ 第３トレンチ

Claims (7)

1. 絶縁基板上に開口部を有するハードマスクを形成する段階と、
   前記ハードマスクをマスクとして前記絶縁基板を等方性エッチングして前記絶縁基板に第１深さを有する第１トレンチを形成する段階と、
   前記第１トレンチを含む絶縁基板の全面に、第１エッチング防止層及び第１ポジティブフォトレジストを順に形成する段階と、
   前記ハードマスクをマスクとして前記第１ポジティブフォトレジストに全面露光及び現像を行ってパターニングする段階と、
   前記ハードマスクをマスクとして前記絶縁基板を等方性エッチングして前記絶縁基板に前記第１深さよりも深い第２深さを有する第２トレンチを形成する段階と、
   前記第２トレンチを含む絶縁基板の全面に第２エッチング防止層及び第２ポジティブフォトレジストを順に形成する段階と、
   前記ハードマスクをマスクとして前記第２ポジティブフォトレジストに全面露光及び現像を行ってパターニングする段階と、
   前記ハードマスクをマスクとして前記絶縁基板を等方性エッチングして前記絶縁基板に前記第２深さよりも深い第３深さを有する第３トレンチを形成する段階と、
   前記ハードマスク、第１及び第２エッチング防止層、及び第１及び第２ポジティブフォトレジストを除去する段階と、を備え、
   前記第１乃至第３トレンチは、ＨＦ系列のエッチング液を用いて前記絶縁基板を選択的に除去してなり、
   前記ハードマスク層は、金属膜を使用し、
   前記第１及び第２エッチング防止層は透明金属または不透明金属で形成され、０．０１〜０．３μｍの厚さで形成されることを特徴とする印刷版の製造方法。
2. 前記金属膜は、ＣｒまたはＭｏからなることを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。
3. 前記第２トレンチを形成した後、前記残留する第１ポジティブフォトレジストを除去する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。
4. 前記第３トレンチを形成した後、前記残留する第２ポジティブフォトレジストを除去する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。
5. 前記第１及び第２ポジティブフォトレジストは、前記ハードマスク層を除去した後に、同時に除去する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。
6. 前記第１及び第２エッチング防止層は、ＩＴＯ、Ｍｏ、Ｃｕのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。
7. 前記第１乃至第３トレンチはそれぞれ、２〜６μｍの深さで形成することを特徴とする請求項１に記載の印刷版の製造方法。

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