JP5889704B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、壁電極方式の液晶表示装置の製造方法に関し、特に、壁の形成および絶縁・平坦化膜の形成を改良した液晶表示装置の製造方法に関する。
液晶表示装置は、表示品質が高く、かつ薄型軽量、低消費電力などの特徴を備えていることから、小型の携帯端末から大型テレビに至るまで広く用いられている。
一方、液晶表示装置においては、視野角特性が問題であり、広視野角を実現するために、ＩＰＳ( In−Plane Switching )方式の液晶表示装置が提案されている。ＩＰＳ方式では、液晶分子を水平に寝かせた状態において、基板と平行な方向の電界を印加して液晶分子を水平面内で回転させることで、バックライトの光量を制御して画像を表示する。
特許文献１には、ｍ×ｎ個のマトリクス状の画素と、画素内のアクティブ素子と、所定電圧波形を印加する駆動手段と、画素内に上下基板間のギャップを一定に保つ電極対を有し、かつ前記電極対間に基板面に平行な電界を印加することにより液晶分子の配向状態を制御し光を変調し得る所定構造を有する液晶表示装置、が開示されている。（要約参照）
上下基板間に電極対を有し、電極対間に基板面に平行な電界を印加することにより液晶分子の配向状態を制御する液晶表示装置を実現するために、本発明に先立って、マトリクス状に複数の画素が配置され、各画素には、画素の両端において画素の長辺方向に伸びる大きい壁と、前記大きい壁の間であって前記大きい壁と平行に伸びる、前記大きい壁よりも高さが低い小さい壁とを備え、前記小さい壁上にＴＦＴ側電極を形成し、前記大きい壁の側面に壁電極を形成した液晶表示装置を提案した。(特許文献２）
上下基板間に電極対を有し、電極対間に基板面に平行な電界を印加することにより液晶分子の配向状態を制御する液晶表示装置を実現するために、本発明に先立って、マトリクス状に複数の画素が配置され、各画素には、画素の両端において画素の長辺方向に伸びる大きい壁と、前記大きい壁の間であって前記大きい壁と平行に伸びる、前記大きい壁よりも高さが低い小さい壁とを備え、前記小さい壁上にＴＦＴ側電極を形成し、前記大きい壁の側面に壁電極を形成した液晶表示装置を提案した。(特許文献２）
壁電極方式の液晶表示装置（ＬＣＤ： Liquid Crystal Display ）において、壁電極は、高さ6μｍ前後の壁を有機材料で形成し、その側面にＩＴＯを配して電極としている。仮に、ボトム寸法6μｍ/高さ6μｍ（アスペクト比1.0）の壁を形成する場合、壁側面の角度（テーパ角）は70度以上が必要になる（テーパ角70度で壁トップ幅1.6μｍ）。通常のＴＦＴ (Thin Film Transistor) に用いている有機パッシベーション(PAS)レジストは、テーパ角60度に至らないので、この材料では満足な壁を形成することができない（テーパ63度で三角形の壁になり、これ以下は膜厚が減少する）。加えて、従来の有機PASレジストは、感光剤にナフトキノンジアジド（以下、NQDと略す。）を用いたポジ型レジストで、膜の着色が強く露光光の抜けが悪いため、塗布膜厚が厚くなるにつれ急激に露光量が増加（感度が低下）する。例えばNQDを用いたパターン加工用ポジ型レジストは、標準塗布膜厚が1.5μm前後と薄いので、露光量30ｍJ/ｃm2程度で済むが、有機PAS用途の塗布膜厚2.5μｍ程度になると、露光量が100mJ/cm2以上に増加し、壁用途の塗布膜厚6μｍ以上では、露光量が500mJ/cm2でも不足となる。
また、厚膜塗布領域では、比較的透明なネガ型レジストの方が、NQDのポジ型レジストよりも高感度を得やすい。しかし、壁形成の後、壁と壁の間に絶縁・平坦化膜を形成する工程があり、ここにネガ型レジストを用いることができない。理由は、光が当たった部分の樹脂が硬化（分子量が増加）して現像液に不溶化するネガ型レジストは、加熱によるリフローが小さく、レベリングしないためである。よって壁形成にネガ型レジストを用いた場合、壁間の絶縁・平坦化膜に、ポジ型レジスト材料を新たに採用する必要がある。光が当たった部分のNQDが変化して現像溶解性が出現するポジ型レジストは、樹脂自体の変化がない（分子量変わらず）ので、パターン形成後の加熱でリフローしてレベリングされる。しかし、ポジ型レジストに従来の有機PASレジストを用いると、加熱中にリフローと同時に樹脂の硬化反応が起こるため、平坦化が不十分であった。従来の有機PAS材料は、樹脂中に多量のカルボン酸基と、カルボン酸と反応する官能基（例えばエポキシ基）を持ち、これが熱反応して分子量が上がることで永久膜としての耐久性が出る構造になっている。熱が掛ると、リフローと並行してカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応が急速に進むので平坦化が不十分となる。
本発明は、これらの問題を解決し、壁電極方式の液晶表示装置において、壁側面のテーパ角度が大きく、アスペクト比の大きい壁を形成するとともに、壁と壁との間に絶縁・平坦化膜を良好に形成する製造方法を提供することを目的とする。
壁電極方式の液晶表示装置において、壁の形成材料および形成プロセスの検討を行い、化学増幅ポジ型レジストを用いると、同一材料で、高アスペクト比の壁形成と、壁間の絶縁・平坦化膜形成の両方に対応できることを見出した。本発明においては、化学増幅型レジストを用い、現像後にポスト露光→プリ焼成→本焼成のプロセスを実施することで、テーパ角７０度以上の壁を形成することができる。また、ポジ型レジストを用い、ポスト露光とプリ焼成を実施せずに本焼成を行なうことで、十分な絶縁・平坦化膜を形成することができる。ここで、化学増幅型レジストとは、露光により化学的な活性種を発生させ、これを触媒としてレジストの基材樹脂が反応してパターンを得るものであり、活性種としては、酸が広く用いられている。
本発明の液晶表示装置の製造方法の一例を挙げるならば、マトリクス状に複数の画素が配置され、各画素は、画素境界に絶縁体の壁構造を備え、少なくとも前記壁構造の側面に壁電極を有する液晶表示装置の製造方法において、前記壁構造の材料として化学増幅型レジストを用い、化学増幅型レジストを塗布するステップ、および前記化学増幅型レジストを露光・現像するステップにより壁構造を形成するものである。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記化学増幅型レジストとして、ポジ型のレジストを用いるのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記化学増幅型レジストとして、ポジ型のレジストを用いるのが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記化学増幅型レジストを露光・現像するステップの後に、残存する化学増幅型レジストに、光を全面照射しポスト露光するステップと、本焼成の温度より低い温度でプリ焼成するステップと、プリ焼成の温度よりも高い温度で本焼成するステップを含むものである。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記プリ焼成の温度を１５０℃以下とし、前記本焼成の温度を２００℃以上とするのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記プリ焼成温度をレジスト材料のガラス転移点以下の８０〜１２０℃とし、前記本焼成の温度を硬化反応が進む２００〜２５０℃とするのがより好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、形成した前記壁構造のテーパ角度が７０度以上９０度未満であるのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記プリ焼成の温度を１５０℃以下とし、前記本焼成の温度を２００℃以上とするのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記プリ焼成温度をレジスト材料のガラス転移点以下の８０〜１２０℃とし、前記本焼成の温度を硬化反応が進む２００〜２５０℃とするのがより好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、形成した前記壁構造のテーパ角度が７０度以上９０度未満であるのが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法において、更に、前記壁構造の間に設ける絶縁・平坦化膜の材料としてポジ型レジストを用い、ポジ型レジストを塗布するステップ、前記ポジ型レジストを露光・現像するステップ、および前記ポジ型レジストを本焼成するステップにより絶縁・平坦化膜を形成するものである。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記ポジ型レジストとして化学増幅ポジ型レジストを用いるのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記本焼成のステップとして、２００℃以上の温度で本焼成するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記レジストを露光する際に、壁の頂上の横幅と同寸法以上の開口部を有するマスクを介して露光するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、本焼成を５℃以上の昇温速度で実施するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、本焼成を１０℃以上の昇温速度で実施するのがより好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記ポジ型レジストとして化学増幅ポジ型レジストを用いるのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記本焼成のステップとして、２００℃以上の温度で本焼成するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記レジストを露光する際に、壁の頂上の横幅と同寸法以上の開口部を有するマスクを介して露光するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、本焼成を５℃以上の昇温速度で実施するのが好ましい。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法において、本焼成を１０℃以上の昇温速度で実施するのがより好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記壁構造のレジスト材料と前記絶縁・平坦化膜のレジスト材料として、同一材料を用いるのが好ましい。
本発明によれば、壁電極方式の液晶表示装置において、壁側面のテーパ角度が大きく、アスペクト比の大きい壁を形成することができる。また、壁と壁との間の絶縁・平坦化膜を平坦に形成することができる。
さらに、壁の材料と絶縁・平坦化膜の材料を同一材料とすることができ、低コスト化を図ることができる。
さらに、壁の材料と絶縁・平坦化膜の材料を同一材料とすることができ、低コスト化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず、本発明が適用される壁電極方式の液晶表示装置の一例を説明する、図５に一つの画素の断面構造を、図６に一つの画素の平面構造を示す。図５は、例えば図６のＡ−Ａ’面の断面構造を示すものである。基板上において、信号線１２および絶縁膜１３を形成し、その上に画素境界には絶縁体の壁構造１４を設け、前記画素境界の壁構造間には前記壁構造より小さい壁構造１５を設ける。壁構造は、例えば有機膜で形成される。画素両端に配置した壁構造１４には、側面を電極で覆った壁状電極２１１と壁状電極の基板に接する面から平面方向に伸びた平面電極２１２を形成する。この壁状電極２１１と平面電極２１２が電気的に繋がっているため、壁状電極と平面電極を併せて壁電極２１という。平面電極２１２と液晶層２４との間には、絶縁・平坦化膜２２および配向膜２３が配置される。小さい壁構造１５には、これを覆うようにＴＦＴ側の電極(以下、「ＴＦＴ側電極１６」という。)が形成され、小さい壁構造の基板に接する面から平面方向に保持容量電極１７が形成される。保持容量電極１７と平面電極２１２の間には、層間絶縁膜２０が設けられており、この保持容量電極１７の上層に層間絶縁膜２０を介して平面電極２１２を形成することで、重畳面積が保持容量となる。
基板上に、壁構造１４、小さい壁構造１５、ＴＦＴ側電極１６および保持容量電極１７、層間絶縁膜２０、壁電極２１、絶縁・平坦化膜２２、配向膜２３を形成することにより、ＴＦＴ側基板が構成される。
もう一方で、基板上に、ブラックマトリクス（ＢＭ：Black Matrix）２７、カラーフィルタ（ＣＦ）２６、保護膜（ＯＣ：Over Coat）２５を形成することにより、ＣＦ側基板が構成される。
そして、ＴＦＴ側基板とＣＦ側基板とが貼り合わせられ、両基板間に液晶層２４が封入される。
なお、図５および図６に記載の壁電極方式の液晶表示装置は本発明が適用される液晶表示装置の一例であって、本発明は、例えば平面電極２１２や保持容量電極１７などを備えていない液晶表示装置にも適用できるものである。
そして、ＴＦＴ側基板とＣＦ側基板とが貼り合わせられ、両基板間に液晶層２４が封入される。
なお、図５および図６に記載の壁電極方式の液晶表示装置は本発明が適用される液晶表示装置の一例であって、本発明は、例えば平面電極２１２や保持容量電極１７などを備えていない液晶表示装置にも適用できるものである。
このような液晶表示装置において、壁構造の形成材料として、化学増幅型レジスト、例えば化学増幅ポジ型レジストを用いる。そして、化学増幅型レジストを塗布し、露光・現像後に、ポスト露光→プリ焼成→本焼成のプロセスを実施することにより、壁構造を形成する。
また、絶縁・平坦化膜の形成は、ポジ型レジスト、例えば化学増幅ポジ型レジストを塗布し、露光・現像後に、ポスト露光とプリ焼成を実施することなく、本焼成を行うことにより形成する。
化学増幅ポジ型レジストとしては、例えば特許文献３〜６にみられる、公知の材料を用いればよい。
また、絶縁・平坦化膜の形成は、ポジ型レジスト、例えば化学増幅ポジ型レジストを塗布し、露光・現像後に、ポスト露光とプリ焼成を実施することなく、本焼成を行うことにより形成する。
化学増幅ポジ型レジストとしては、例えば特許文献３〜６にみられる、公知の材料を用いればよい。
図１に、壁構造の形成のプロセスの一例を示す。
(1)レジスト塗布の工程で、基板１上に化学増幅型レジスト２を一様な厚さに塗布し、乾燥する。
(2)露光工程で、壁のパターンを備えるホトマスク３を介して化学増幅型レジスト２の露光を行う。図において、ホトマスク３のハーフトーン部分は、小さい壁構造に対応している。
(3)現像工程で、露光部分のレジスト２を除去し、壁構造４の部分を残す。
(4)ポスト露光工程で、全面透過マスク５を介して、現像後の化学増幅型レジスト２に光を照射する。
(5)プリ焼成工程で、本焼成よりも低い温度、例えば１５０℃以下の温度、好ましくはレジスト材料のガラス転移点以下の８０〜１２０℃、で残存した化学増幅型レジスト４の焼成を行う。
(6)本焼成工程で、プリ焼成よりも高温、例えば２００℃以上の温度、好ましくは材料の硬化反応が進む２００〜２５０℃、で残存した化学増幅ポジ型レジスト２の焼成を行う。
(7)完成状態に示すような、大きい壁構造および小さい壁構造を得ることができる。図２に、ＳＥＭにより観測した、壁構造の断面の一例を示す。図２に示されるように、壁側面のテーパ角度が大きく、アスペクト比の大きい壁を形成することができる。
化学増幅ポジ型レジストは、光が当たると光酸発生剤が分解して酸を発生し、その酸の触媒作用で樹脂の保護基が外れ、保護基が外れたところがカルボン酸に変わり現像溶解性が出現する。現像後（ポジ型なので現像後に残膜しているのは光が当たっていない部分）にポスト露光（ＵＶ全面照射）を行うと、保護基が外れ多量のカルボン酸が発生し、従来のNQD型有機PASレジストと同様に、樹脂中に含まれるカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の硬化反応が起こり熱リフローしにくくなる。加えて材料のガラス転移点よりも低い温度（100℃前後）でプリ焼成し、材料が全くリフローしない状態でカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応を進めておくことで、本焼成時の熱リフローを小さくすることができる。プリ焼成の効果は従来のNQD型も同様に認められるが、化学増幅型は光吸収の大きい感光剤量がNQD型の1/10以下と少ないので、塗布膜が透明で光の抜けが良く、かつ光で発生した酸が膜中を拡散し反応を進めるので、現像完了時のテーパ自体が従来のNQD型よりも急峻に仕上がる。そのため従来のNQD型有機PASレジストではポスト露光とプリ焼成を実施しても対応できなかった７０度以上の高テーパが、化学増幅ポジ型レジストでは得ることができる。
(1)レジスト塗布の工程で、基板１上に化学増幅型レジスト２を一様な厚さに塗布し、乾燥する。
(2)露光工程で、壁のパターンを備えるホトマスク３を介して化学増幅型レジスト２の露光を行う。図において、ホトマスク３のハーフトーン部分は、小さい壁構造に対応している。
(3)現像工程で、露光部分のレジスト２を除去し、壁構造４の部分を残す。
(4)ポスト露光工程で、全面透過マスク５を介して、現像後の化学増幅型レジスト２に光を照射する。
(5)プリ焼成工程で、本焼成よりも低い温度、例えば１５０℃以下の温度、好ましくはレジスト材料のガラス転移点以下の８０〜１２０℃、で残存した化学増幅型レジスト４の焼成を行う。
(6)本焼成工程で、プリ焼成よりも高温、例えば２００℃以上の温度、好ましくは材料の硬化反応が進む２００〜２５０℃、で残存した化学増幅ポジ型レジスト２の焼成を行う。
(7)完成状態に示すような、大きい壁構造および小さい壁構造を得ることができる。図２に、ＳＥＭにより観測した、壁構造の断面の一例を示す。図２に示されるように、壁側面のテーパ角度が大きく、アスペクト比の大きい壁を形成することができる。
化学増幅ポジ型レジストは、光が当たると光酸発生剤が分解して酸を発生し、その酸の触媒作用で樹脂の保護基が外れ、保護基が外れたところがカルボン酸に変わり現像溶解性が出現する。現像後（ポジ型なので現像後に残膜しているのは光が当たっていない部分）にポスト露光（ＵＶ全面照射）を行うと、保護基が外れ多量のカルボン酸が発生し、従来のNQD型有機PASレジストと同様に、樹脂中に含まれるカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の硬化反応が起こり熱リフローしにくくなる。加えて材料のガラス転移点よりも低い温度（100℃前後）でプリ焼成し、材料が全くリフローしない状態でカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応を進めておくことで、本焼成時の熱リフローを小さくすることができる。プリ焼成の効果は従来のNQD型も同様に認められるが、化学増幅型は光吸収の大きい感光剤量がNQD型の1/10以下と少ないので、塗布膜が透明で光の抜けが良く、かつ光で発生した酸が膜中を拡散し反応を進めるので、現像完了時のテーパ自体が従来のNQD型よりも急峻に仕上がる。そのため従来のNQD型有機PASレジストではポスト露光とプリ焼成を実施しても対応できなかった７０度以上の高テーパが、化学増幅ポジ型レジストでは得ることができる。
図３に、絶縁・平坦化膜の形成のプロセスの一例を示す。
(1)レジスト塗布工程で、壁構造４の間の凹部にポジ型レジスト６、例えば化学増幅ポジ型レジストを塗布し、乾燥する。図に示すように、レジスト６は、壁の近くが厚く、中央部が薄く形成される。
(2)露光工程で、壁部分および壁の近傍を開口するホトマスク７を介して、ポジ型レジスト６を露光する。ホトマスク７としては、壁の頂上の横幅と同寸法以上の開口部を有するマスクを用いる。
(3)現像工程で、露光部分のレジスト６を除去する。図に示すように、壁構造の間に凸状のレジストが残される。
(4)本焼成工程で、高温、例えば２００℃以上の温度、で本焼成を行う。これによりポジ型レジスト６のリフローが行われる。
なお、本焼成は、例えば５℃以上の昇温温度で、より好ましくは１０℃以上の昇温温度で実施する。
(5)完成状態に示すように、本焼成工程中に、ポジ型レジスト６がリフローし、平坦な絶縁・平坦化膜が得られる。
(1)レジスト塗布工程で、壁構造４の間の凹部にポジ型レジスト６、例えば化学増幅ポジ型レジストを塗布し、乾燥する。図に示すように、レジスト６は、壁の近くが厚く、中央部が薄く形成される。
(2)露光工程で、壁部分および壁の近傍を開口するホトマスク７を介して、ポジ型レジスト６を露光する。ホトマスク７としては、壁の頂上の横幅と同寸法以上の開口部を有するマスクを用いる。
(3)現像工程で、露光部分のレジスト６を除去する。図に示すように、壁構造の間に凸状のレジストが残される。
(4)本焼成工程で、高温、例えば２００℃以上の温度、で本焼成を行う。これによりポジ型レジスト６のリフローが行われる。
なお、本焼成は、例えば５℃以上の昇温温度で、より好ましくは１０℃以上の昇温温度で実施する。
(5)完成状態に示すように、本焼成工程中に、ポジ型レジスト６がリフローし、平坦な絶縁・平坦化膜が得られる。
化学増幅ポジ型レジストの現像完膜を、ポスト露光とプリ焼成を省略して本焼成すると、樹脂の保護基が付いたまま熱工程に入る。従来のNQD型有機PASは、熱が加わるとカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応が直ぐに起こるが、化学増幅ポジ型レジストでは、熱で保護基が外れカルボン酸が生じた後に反応性官能基（例えばエポキシ基）との反応が起こるので、硬化反応が大幅に遅れる分、熱リフローが進み十分な平坦化膜が得られる。
図５に示した壁電極構造の形成の実施例を以下に示す。
（１）壁の形成
分子量約20000のアクリル樹脂を基材とした化学増幅ポジ型レジスト（固形分45％）を、スピンコーターで回転数2000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで5分乾燥した。このときの膜厚は7.7μｍであった。（図１(1)レジスト塗布）
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスクを介して100ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。（図１(2)露光）ホットプレートを用い60℃/2分のPEB（Post Exposure Bake：露光後ベーク）を行った後、0.4％TMAH（Tetramethylammonium Hydroxide）でパドル現像を90秒行い、純水で60秒リンスした。（図１(3)現像）
次に、ポスト露光を行った。ｇｈｉ線光源の露光機に、全面透過マスク（素板）を入れ300mJ/cm2光照射した。（図１(4)ポスト露光）この後、昇温速度約10℃のオーブンで、プリ焼成（100℃/30分保持）（図１(5)プリ焼成）、本焼成（230℃/30分保持）（図１(6)本焼成）を行い、図２に示すような膜厚6μｍ、幅5μｍ、テーパ角87度の壁を得た。（図１(7)完成）
なお、大きい壁の間にある小さい壁は、壁パターン形成マスクの小さい壁の位置に透過率20％のハーフトーン領域を設けておき、大きい壁と一括形成した。このときの小さい壁の膜厚は３μmであった。
分子量約20000のアクリル樹脂を基材とした化学増幅ポジ型レジスト（固形分45％）を、スピンコーターで回転数2000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで5分乾燥した。このときの膜厚は7.7μｍであった。（図１(1)レジスト塗布）
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスクを介して100ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。（図１(2)露光）ホットプレートを用い60℃/2分のPEB（Post Exposure Bake：露光後ベーク）を行った後、0.4％TMAH（Tetramethylammonium Hydroxide）でパドル現像を90秒行い、純水で60秒リンスした。（図１(3)現像）
次に、ポスト露光を行った。ｇｈｉ線光源の露光機に、全面透過マスク（素板）を入れ300mJ/cm2光照射した。（図１(4)ポスト露光）この後、昇温速度約10℃のオーブンで、プリ焼成（100℃/30分保持）（図１(5)プリ焼成）、本焼成（230℃/30分保持）（図１(6)本焼成）を行い、図２に示すような膜厚6μｍ、幅5μｍ、テーパ角87度の壁を得た。（図１(7)完成）
なお、大きい壁の間にある小さい壁は、壁パターン形成マスクの小さい壁の位置に透過率20％のハーフトーン領域を設けておき、大きい壁と一括形成した。このときの小さい壁の膜厚は３μmであった。
（２）ＴＦＴ側電極および保持容量電極、層間絶縁膜、壁電極の形成
ＴＦＴ側電極１６および保持容量電極層１７は、アモルファスＩＴＯをスパッタした後、ポジレジストの電極パターンを塗布・露光・現像で形成し、レジストが被覆していない部分のＩＴＯを蓚酸でウェットエッチング除去し、レジスト剥離後、ＩＴＯを230℃で加熱ポリ化して形成した。
同様に層間絶縁膜２０（SiN・CVD−ホトリソグラフィ−ドライエッチング）、壁電極２１（ＩＴＯスパッタ−ホトリソグラフィ−ウェットエッチング−ＩＴＯ焼成）を形成した。
ＴＦＴ側電極１６および保持容量電極層１７は、アモルファスＩＴＯをスパッタした後、ポジレジストの電極パターンを塗布・露光・現像で形成し、レジストが被覆していない部分のＩＴＯを蓚酸でウェットエッチング除去し、レジスト剥離後、ＩＴＯを230℃で加熱ポリ化して形成した。
同様に層間絶縁膜２０（SiN・CVD−ホトリソグラフィ−ドライエッチング）、壁電極２１（ＩＴＯスパッタ−ホトリソグラフィ−ウェットエッチング−ＩＴＯ焼成）を形成した。
（３）絶縁・平坦化膜（PAS）の形成
壁形成と同様の化学増幅ポジ型レジスト（固形分約45％）を、スピンコーターで回転数3000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで2分乾燥した。このときの断面は図３（(1)塗布）に示した形状であった。
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスクを介して100ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。このときのマスクは、壁の寸法より片側２μｍ大きいパターンを用いた。ホットプレートで60℃/2分のPEBを行った後、0.4％TMAHでパドル現像を90秒行い、純水で60秒リンスした。このときの断面は図３（(2)露光・(3)現像）に示した形状であった。
次に壁形成で用いたポスト露光（全面露光）とプリ焼成（100℃）を加えずに、本焼成（230℃/30分保持）を行った。（図３(4)本焼成）全面露光とプリ焼成を省略したことで、樹脂の硬化反応が遅延した分リフローが進み、図３（(5)完成）に示した平坦な形状を得た。
壁形成と同様の化学増幅ポジ型レジスト（固形分約45％）を、スピンコーターで回転数3000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで2分乾燥した。このときの断面は図３（(1)塗布）に示した形状であった。
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスクを介して100ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。このときのマスクは、壁の寸法より片側２μｍ大きいパターンを用いた。ホットプレートで60℃/2分のPEBを行った後、0.4％TMAHでパドル現像を90秒行い、純水で60秒リンスした。このときの断面は図３（(2)露光・(3)現像）に示した形状であった。
次に壁形成で用いたポスト露光（全面露光）とプリ焼成（100℃）を加えずに、本焼成（230℃/30分保持）を行った。（図３(4)本焼成）全面露光とプリ焼成を省略したことで、樹脂の硬化反応が遅延した分リフローが進み、図３（(5)完成）に示した平坦な形状を得た。
＜比較例＞
（３）絶縁・平坦化膜（PAS）の形成
従来の分子量約7000のアクリル樹脂を基材としたNQD型有機PASレジスト８（固形分32％）をスピンコーターで回転数1000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで2分乾燥した。このときの断面は図４（(1)塗布）に示した形状であった。
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスク７を介して200ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。このときのマスクは、壁の寸法より片側２μｍ大きいパターンを用いた。この後0.4％TMAHでパドル現像を60秒行い、純水で60秒リンスした。このときの断面は図４（(2)露光・現像）に示した形状であった。
次に、ポスト露光（全面300mJ/cm2）を行った後、本焼成（230℃/30分保持）を行った。従来のNQD型材料は、ポスト露光を省略するとNQDの強い着色が残るため、画素部に用いるときはポスト露光によるNQDの透明化が必要である。実施例と同様にプリ焼成を省略しても、樹脂の硬化反応が早く、リフローが不十分となり、図４（(3)焼成）に示したような段差が残る膜になった。
（３）絶縁・平坦化膜（PAS）の形成
従来の分子量約7000のアクリル樹脂を基材としたNQD型有機PASレジスト８（固形分32％）をスピンコーターで回転数1000rpmで塗布し、90℃に設定したホットプレートで2分乾燥した。このときの断面は図４（(1)塗布）に示した形状であった。
次に、ｇｈｉ線光源の露光機で、ホトマスク７を介して200ｍＪ/ｃｍ2量の露光を行った。このときのマスクは、壁の寸法より片側２μｍ大きいパターンを用いた。この後0.4％TMAHでパドル現像を60秒行い、純水で60秒リンスした。このときの断面は図４（(2)露光・現像）に示した形状であった。
次に、ポスト露光（全面300mJ/cm2）を行った後、本焼成（230℃/30分保持）を行った。従来のNQD型材料は、ポスト露光を省略するとNQDの強い着色が残るため、画素部に用いるときはポスト露光によるNQDの透明化が必要である。実施例と同様にプリ焼成を省略しても、樹脂の硬化反応が早く、リフローが不十分となり、図４（(3)焼成）に示したような段差が残る膜になった。
以下に、本実施例による作用効果を示す。
(1)化学増幅ポジ型レジストを用い、ポスト露光、プリ焼成、本焼成のプロセスを行うことで、膜厚４μｍ以上でテーパ角７０度以上の壁を形成することができる。
(1)化学増幅ポジ型レジストを用い、ポスト露光、プリ焼成、本焼成のプロセスを行うことで、膜厚４μｍ以上でテーパ角７０度以上の壁を形成することができる。
通常のＴＦＴに用いている有機PASレジストは、膜厚2μｍでもテーパ角が60度以下なので、この材料では満足な壁形成ができない。加えて、従来の有機PASレジストは、感光剤にナフトキノンジアジド（以下NQDと略す）を用いたポジ型レジストで、膜の着色が強く露光光の抜けが悪いため、塗布膜厚が厚くなるにつれ急激に露光量が増加（感度が低下）する。化学増幅型は光吸収の大きい感光剤量がNQD型の1/10以下と少ないので、塗布膜が透明で光の抜けが良く、かつ光で発生した酸は膜中を拡散するので、現像完了時のテーパ自体が従来のNQD型よりも急峻に仕上がる。加えて現像後（現像後に残膜しているのは光が当たっていない部分）にポスト露光（UV全面照射）を行うと、保護基が外れ多量のカルボン酸が発生し、従来のNQD型有機PASレジストと同様に、樹脂中に含まれるカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の硬化反応が熱リフローを上回るようになり現像後のテーパが維持されやすくなる。また材料のガラス転移点よりも低い温度でプリ焼成することによって、材料が全くリフローしない状態でカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応を進めておくことができるので、本焼成時の熱リフローを更に小さくすることができる。
(2)化学増幅ポジ型レジストを用い、ポスト露光とプリ焼成を省略して本焼成に通すプロセスで、良好な壁間の絶縁・平坦化膜を形成することができる。
化学増幅ポジ型レジストの現像完膜を、ポスト露光とプリ焼成を省略して本焼成すると、樹脂の保護基が付いたまま熱工程に入る。従来のNQD型有機PASは、熱が掛るとカルボン酸と反応性官能基（例えばエポキシ基）の反応が直ぐに起こるが、化学増幅ポジ型では、熱で保護基が外れカルボン酸が生じてから反応性官能基（例えばエポキシ基）との反応が起こるので、硬化反応が大幅に遅れる分、熱リフローが進み十分な平坦化膜が得られる。
(3)化学増幅ポジ型レジストを用いプロセスを変えることで、同一材料で壁と、壁間の絶縁・平坦化膜を形成することができる。
NQDのポジ型レジストは、塗布膜の着色が強く、塗布膜が厚くなるにつれ感度が大きく低下していくので、厚膜で高感度を得るには比較的透明なネガ型レジストの方が有利である。しかしネガ型レジストは、壁間を絶縁膜で平坦化する工程に用いることができない。光が当たった部分の樹脂が硬化（分子量が増加）して現像液に不溶化するネガ型レジストは、熱リフローが小さく、十分な平坦化膜が得られないためである。壁間の絶縁・平坦化膜に、別のポジ型レジスト材料を使用することもできるが、従来の有機PASレジストを用いると加熱中にリフローと並行して樹脂の急速な硬化反応が起こるため、平坦化性能が不十分となる。
１ 基板
２ 化学増幅型レジスト
３ ホトマスク
４ 壁構造
５ 全面透過マスク
６ ポジ型レジスト
７ ホトマスク
８ 従来の有機PASレジスト
１２ 信号配線
１３ 絶縁膜
１４ 壁構造
１５ 小さい壁構造
１６ ＴＦＴ側電極
１７ 保持容量電極
２０ 層間絶縁膜
２１ 壁電極
２１１ 壁状電極
２１２ 平面電極
２２ 絶縁・平坦化膜
２３ 配向膜
２４ 液晶層
２５ ＯＣ（オーバーコート）
２６ ＣＦ（カラーフィルタ）
２７ ＢＭ（ブラックマトリクス）
２ 化学増幅型レジスト
３ ホトマスク
４ 壁構造
５ 全面透過マスク
６ ポジ型レジスト
７ ホトマスク
８ 従来の有機PASレジスト
１２ 信号配線
１３ 絶縁膜
１４ 壁構造
１５ 小さい壁構造
１６ ＴＦＴ側電極
１７ 保持容量電極
２０ 層間絶縁膜
２１ 壁電極
２１１ 壁状電極
２１２ 平面電極
２２ 絶縁・平坦化膜
２３ 配向膜
２４ 液晶層
２５ ＯＣ（オーバーコート）
２６ ＣＦ（カラーフィルタ）
２７ ＢＭ（ブラックマトリクス）
Claims (11)
- マトリクス状に複数の画素が配置され、各画素は、画素境界に絶縁体の壁構造を備え、少なくとも前記壁構造の側面に壁電極を有する液晶表示装置の製造方法において、
前記壁構造の材料として化学増幅型レジストを用い、
化学増幅型レジストを塗布するステップ、および前記化学増幅型レジストを露光・現像するステップにより壁構造を形成し、さらに、
前記壁構造の間に設ける絶縁・平坦化膜の材料としてポジ型レジストを用い、
ポジ型レジストを塗布するステップ、前記ポジ型レジストを露光・現像するステップ、および前記ポジ型レジストを本焼成するステップにより絶縁・平坦化膜を形成し、
前記ポジ型レジストを露光する際に、前記壁構造の頂上の横幅と同寸法以上の開口部を有するマスクを介して露光することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記化学増幅型レジストとして、ポジ型のレジストを用いた液晶表示装置の製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記化学増幅型レジストを露光・現像するステップの後に、
残存する化学増幅型レジストに、光を全面照射しポスト露光するステップと、
本焼成の温度より低い温度でプリ焼成するステップと、
プリ焼成の温度よりも高い温度で本焼成するステップを含む液晶表示装置の製造方法。 - 請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記プリ焼成の温度を１５０℃以下とし、前記本焼成の温度を２００℃以上とした液晶表示装置の製造方法。 - 請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記プリ焼成温度をレジスト材料のガラス転移点以下の８０〜１２０℃とし、前記本焼成の温度を硬化反応が進む２００〜２５０℃とした液晶表示装置の製造方法。 - 請求項１〜５の何れか１つに記載の液晶表示装置の製造方法において、
形成した前記壁構造のテーパ角度が７０度以上９０度未満である液晶表示装置の製造方法。 - 請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記ポジ型レジストとして化学増幅ポジ型レジストを用いた液晶表示装置の製造方法。 - 請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記本焼成のステップとして、２００℃以上の温度で本焼成する液晶表示装置の製造方法。 - 請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
本焼成を５℃以上の昇温速度で実施する液晶表示装置の製造方法。 - 請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
本焼成を１０℃以上の昇温速度で実施することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記壁構造のレジスト材料と前記絶縁・平坦化膜のレジスト材料として、同一材料を用いた液晶表示装置の製造方法。
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