JPH09152567A - レジストパターン形成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エキシマレーザーのアブレーション現象を用
い、かつ小面積の露光マスクで大形の液晶表示素子基板
を製造するためのレジストパターンの形成方法とその装
置を提供する。 【解決手段】液晶表示素子を構成する基板の薄膜パター
ン形成領域の面積より小面積で所定の開口パターン７
ａ，７ｂ，７ｂ’，７ｃ，７ｃ’を有する露光マスク７
を当該薄膜パターン形成領域に平行なＸ−Ｙ面内で相対
移動させると共に、露光マスクに対して相対移動方向と
直交する方向にスリット状としたエキシマレーザー光１
２ａ，１２ｂ，１２ｃを照射することによるアブレーシ
ョン現象により、基板上に塗布したレジストを前記露光
マスクの開口パターンに従ってパターニングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板上に前記
液晶表示素子を構成する複数の薄膜を成膜し、これをパ
ターニングするためのレジストパターンを形成するレジ
ストパターン形成方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブ・マトリクス方式の液晶表示
装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電極のそ
れぞれに対応して非線形素子（スイッチング素子）を設
けたものである。各画素における液晶は理論的には常時
駆動（デューティ比 1.0）されているので、時分割駆動
方式を採用している、いわゆる単純マトリクス方式と比
べてアクティブ方式はコントラストが良く、特にカラー
液晶表示装置では欠かせない技術となりつつある。スイ
ッチング素子として代表的なものとしては薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）がある。

【０００３】液晶表示素子は少なくとも一対の絶縁基板
からなり、これらの絶縁基板の一方または他方の何れか
の面上には画素電極、ＴＦＴ配線、あるいはブラックマ
トリクス、カラーフィルタ、各種の絶縁膜や保護膜など
の薄膜が所定の形状にパターニングされている。

【０００４】図１１は本発明を適用するアクティブ・マ
トリクス方式カラー液晶表示素子の一画素とその周辺を
示す平面図である。

【０００５】各画素は隣接する２本の走査信号線（ゲー
トラインまたは水平信号線）ＧＬと、隣接する２本の映
像信号線（データラインまたは垂直信号線）ＤＬとの交
差領域内（４本の信号線で囲まれた領域内）に配置され
ている。

【０００６】各画素は薄膜トランジスタＴＦＴ、透明画
素電極ＩＴＯ１（ｄ１）および付加容量素子Ｃaddを含
む。走査信号線ＧＬは図では左右方向に延在し、上下方
向に複数本配置されている。映像信号線ＤＬは上下方向
に延在し、左右方向に複数本配置されている。

【０００７】薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートライン
ＧＬに正のバイアスを印加すると、ソース−ドレイン間
のチャネル抵抗が小さくなり、バイアスを零にすると、
チャネル抵抗は大きくなるように動作する。

【０００８】各画素には薄膜トランジスタＴＦＴが設け
られている。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートライン
ＧＬ、ゲート絶縁膜、ｉ型（真性、intrinsic、導電型
決定不純物がドープされていない）非晶質シリコン（Ｓ
ｉ）からなるｉ型半導体層ＡＳ、一対のソース電極ＳＤ
１、ドレイン電極ＳＤ２を有する。

【０００９】なお、ソース、ドレインは本来その間のバ
イアス極性によって決まるもので、この液晶表示素子の
回路ではその極性は動作中反転するので、ソース、ドレ
インは動作中入れ替わると理解されたい。しかし、以下
の説明では、便宜上一方をソース、他方をドレインと固
定して表現する。

【００１０】薄膜トランジスタＴＦＴのゲートラインＧ
Ｌは単層の第１導電膜ｇ１で形成されている。第１導電
膜ｇ１としては例えばスパッタで形成されたアルミニウ
ム（Ａｌ）膜が用いられ、その上にはＡｌの陽極酸化膜
が設けられている。

【００１１】このゲートラインＧＬはチャネル部のｉ型
半導体層ＡＳを完全に覆うよう（下方からみて）それよ
り大き目に形成され、ｉ型半導体層ＡＳに外光やバック
ライト光が当たらないよう工夫されている。

【００１２】ｉ型半導体層ＡＳは、非晶質シリコンで、
２００〜２２００Åの厚さに形成される。

【００１３】ｉ型半導体層ＡＳは走査信号線ＧＬと映像
信号線ＤＬとの交差部（クロスオーバ部）の両者間にも
設けられている。この交差部のｉ型半導体層ＡＳは交差
部における走査信号線ＧＬと映像信号線ＤＬとの短絡を
低減する。

【００１４】透明画素電極ＩＴＯ１は液晶表示部の画素
電極の一方を構成し、薄膜トランジスタＴＦＴのソース
電極ＳＤに接続されている。

【００１５】透明画素電極ＩＴＯ１は第１導電膜ｄ１に
よって構成されており、この第１導電膜ｄ１はスパッタ
リングで形成された透明導電膜（Indium-Tin-Oxide＝Ｉ
ＴＯ：ネサ膜）からなり、１０００〜２０００Åの厚さ
に形成されている。

【００１６】ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２の
それぞれは、Ｎ（＋）型半導体層ｄ０に接触する第２導
電膜ｄ２とその上に形成された第３導電膜ｄ３とから構
成されている。

【００１７】第２導電膜ｄ２はスパッタで形成したクロ
ム（Ｃｒ）膜を用い、５００〜１０００Åの厚さに形成
される。Ｃｒ膜は膜厚を厚く形成するとストレスが大き
くなるので、２０００Å程度の膜厚を越えない範囲で形
成する。Ｃｒ膜はＮ（＋）型半導体層ｄ０との接着性を
良好にし、第３導電膜ｄ３のＡｌがＮ（＋）型半導体層
ｄ０に拡散することを防止する（いわゆるバリア層の）
目的で使用される。

【００１８】第２導電膜ｄ２として、Ｃｒ膜の他に高融
点金属（Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ）膜、高融点金属シリサ
イド（ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂、ＷＳｉ₂）膜
を用いてもよい。

【００１９】第３導電膜ｄ３はＡｌのスパッタリングで
３０００〜５０００Åの厚さに形成されている。Ａｌ膜
はＣｒ膜に比べてストレスが小さく、厚い膜厚に形成す
ることが可能で、ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ
２および映像信号線ＤＬの抵抗値を低減したり、ゲート
電極ＧＴやｉ型半導体層ＡＳに起因する段差乗り越えを
確実にする（ステップカバーレッジを良くする）働きが
ある。

【００２０】映像信号線ＤＬはソース電極ＳＤ１、ドレ
イン電極ＳＤ２と同層の第２導電膜ｄ２、第３導電膜ｄ
３で構成されている。

【００２１】遮光膜ＢＭ（ブラックマトリクス）の閉じ
た多角形の輪郭線は、その内側が遮光膜ＢＭが形成され
ない開口を示している。遮光膜ＢＭは光に対する遮蔽性
が高いたとえばアルミニウム膜やクロム膜等で形成され
ており、本実施例ではクロム膜がスパッタリングで１３
００Å程度の厚さに形成される。

【００２２】従って、薄膜トランジスタＴＦＴのｉ型半
導体層ＡＳは上下にある遮光膜ＢＭおよび大き目のゲー
ト電極ＧＴによってサンドイッチにされ、外部の自然光
やバックライト光が当たらなくなる。

【００２３】遮光膜ＢＭは各画素の周囲に格子状に形成
され、この格子で１画素の有効表示領域が仕切られてい
る。従って、各画素の輪郭が遮光膜ＢＭによってはっき
りとし、コントラストが向上する。つまり、遮光膜ＢＭ
はｉ型半導体層ＡＳに対する遮光とブラックマトリクス
との２つの機能をもつ。

【００２４】透明画素電極ＩＴＯ１のラビング方向の根
本側のエッジ部分（同図右下部分）も遮光膜ＢＭによっ
て遮光されているので、上記部分にドメインが発生した
としても、ドメインが見えないので、表示特性が劣化す
ることはない。

【００２５】カラーフィルタＦＩＬは画素に対向する位
置に赤、緑、青の繰り返しでストライプ状に形成され
る。カラーフィルタＦＩＬは透明画素電極ＩＴＯ１の全
てを覆うように大き目に形成され、遮光膜ＢＭはカラー
フィルタＦＩＬおよび透明画素電極ＩＴＯ１のエッジ部
分と重なるよう透明画素電極ＩＴＯ１の周縁部より内側
に形成されている。

【００２６】カラーフィルタＦＩＬは次のように形成す
ることができる。まず、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の
表面にアクリル系樹脂等の染色基材を形成し、フォトリ
ソグラフィ技術で赤色フィルタ形成領域以外の染色基材
を除去する。この後、染色基材を赤色染料で染め、固着
処理を施し、赤色フィルタＲを形成する。つぎに、同様
な工程を施すことによって、緑色フィルタＧ、青色フィ
ルタＢを順次形成する。

【００２７】透明画素電極ＩＴＯ１は、薄膜トランジス
タＴＦＴと接続される端部と反対側の端部において、隣
りの走査信号線ＧＬと重なるように形成されている。こ
の重ね合わせは、透明画素電極ＩＴＯ１を一方の電極と
し、隣りの走査信号線ＧＬを他方の電極とする付加容量
素子（静電容量素子）Ｃaddを構成する。この付加容量
素子Ｃaddの誘電体膜は、薄膜トランジスタＴＦＴのゲ
ート絶縁膜として使用される絶縁膜ＧＩおよび陽極酸化
膜ＡＯＦで構成されている。

【００２８】付加容量素子Ｃaddは走査信号線ＧＬの第
１導電膜ｇ１の幅を広げた部分に形成されている。な
お、映像信号線ＤＬと交差する部分の第１導電膜ｇ１は
映像信号線ＤＬとの短絡の確率を小さくするため細くさ
れている。

【００２９】なお、薄膜トランジスタを使用したアクテ
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
６３−３０９９２１号公報や、図１１に示す画素構造
は、公知ではないが、同一出願人による特願平６−３５
６１３号に詳しく記載されている。

【００３０】上記した各種薄膜のパターニングは、基板
上に所定の薄膜を成膜し、その上にレジストを被覆した
後、高圧水銀灯を光源として所定の開口パターンを有す
る露光マスクを用いた１：１ミラープロジェクション光
学系によるスリットスキャン一括露光方式、およびステ
ッパー方式で行っている。前者のマスクは表示素子その
ものの実寸であり、後者は表示素子を分割したものであ
る。

【００３１】そして、露光したレジストをフォトリソ技
術で処理し、非露光部分のレジストを除去後、エッチン
グにより所要の薄膜パターンを形成する。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】従来技術による薄膜形
成におけるレジストのパターニングは、全て半導体の製
造で用いられている通常のフォトリソグラフィ技術を応
用したものである。しかし、液晶表示素子は半導体ウエ
ハと比べて格段に大形の絶縁基板（ガラス板等）を用い
るものであるため、半導体の製造技術をそのまま大形の
ガラス基板に対応させる際には、種々の問題を生じる。

【００３３】まず、従来の１：１ミラープロジェクショ
ンタイプの露光機ならびに露光技術では光学系、露光マ
スク共に費用対効率にある限界があり、大体６００ｍｍ
×８００ｍｍの基板程度までが現行方式の限界と考えら
れている。

【００３４】この基板サイズはアスペクト比が３：４の
表示方式に対して約９６．５ｃｍ（３８インチ）であ
り、これ以上のサイズは実用上困難である。

【００３５】一方、ステッパー方式は原理的には基板サ
イズに制限はないが、結像レンズの大きさの制限から基
板が大きくなるに従いステップ数は多くなり、工程時間
が増大する。また、ウエットプロセスを主体とする従来
のフォトリソグラフィ技術は基板サイズが増大するに従
い、プロセス、装置コスト共に現実的でなくなる。

【００３６】本発明は上記従来技術の諸問題を同時に解
決するもので、その目的とするところは、エキシマレー
ザーのアブレーション現象を用い、かつ小面積の露光マ
スクで大形の液晶表示素子基板を製造するためのレジス
トパターンの形成方法とその装置を提供することにあ
る。

【００３７】本発明によれば、製造プロセスが大幅に短
縮され、かつ高画質の液晶表示素子の製造プロセスが大
幅に短縮される。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、液晶表示素子各層のレジストパターンを形成する
際、本発明では以下の手段を用いる。

【００３９】［手段１］波長２４８ｎｍまたは３０８ｎ
ｍのエキシマレーザーを光源とし、誘電体多層膜よりな
る所定の開口パターンを有する露光マスクをスリット状
に照明する照明光学系と、当該露光マスクを保持しＸお
よびＹ方向に移動できるＸ−Ｙステージ（以下、Ｘ−Ｙ
マスクステージと称す）と、露光マスクの開口パターン
を液晶表示素子を構成する基板上に１：１に投影する屈
折型対称結像光学レンズと、上記基板を保持しＸ−Ｙマ
スクステージとは独立にＸおよびＹ方向に移動できるＸ
−Ｙステージ（以下、Ｘ−Ｙ基板ステージと称す）とを
主要構成要素とする露光機を用い、Ｘ−Ｙマスクステー
ジとＸ−Ｙ基板ステージを同一方向または反対方向に一
次元に動かし、エキシマレーザー光のアブレーション作
用によって、露光マスクの開口パターンを基板上に被覆
したレジスト層に１：１に形成する。

【００４０】［手段２］手段１における液晶表示素子用
誘電体露光マスクとして、画素部各層のパターンは整数
分の一に分割し、画素以外のパターンも適宜に分割し、
それぞれの一単位をスキャン方向に平行に不透過部分で
囲んだものを以てマスクパターンを構成し、各マスクパ
ターンに対応してＸ−ＹマスクステージおよびＸ−Ｙ基
板ステージをスキャンのスタート位置に設定し、次いで
対応する露光マスク領域をスキャンし、次に露光マスク
を元の位置に戻すと共に、基板は次の繰り返し位置に移
動させ、同様なスキャンを行い、以下同様の過程を繰り
返すことにより液晶表示素子の全パターンを形成する。

【００４１】すなわち、請求項１に記載の第１の発明に
よる液晶表示素子を構成する絶縁基板上に所要の薄膜パ
ターンを形成するためのレジストパターン形成方法は、
前記液晶表示素子の薄膜パターン形成領域の面積より小
面積で所定の開口パターンを有する露光マスクを当該薄
膜パターン形成領域に平行な面内で相対移動させると共
に、前記露光マスクに対して前記相対移動方向と直交す
る方向にスリット状としたエキシマレーザー光を照射す
ることによるアブレーション現象により、前記基板上に
塗布したレジストを前記露光マスクの開口パターンに従
ってパターニングすることを特徴とする。

【００４２】また、請求項２に記載の第２の発明は、前
記露光マスクが、前記絶縁基板の画素領域のレジストパ
ターンを整数分の１の単位領域に分割した開口パターン
と、画素領域以外のレジストパターンを適宜の単位領域
に分割した開口パターンと、前記それぞれの単位領域を
前記スキャン方向に平行な不透過部分で囲む領域とから
構成され、前記各開口パターンに対応して前記Ｘ−Ｙマ
スクステージおよびＸ−Ｙ基板ステージを前記エキシマ
レーザー光のスリット状の照明光の当該スリットの長さ
方向と直交する方向にステップ移動させることにより前
記基板上のレジスト全面をパターニングすることを特徴
とする。

【００４３】そして、請求項３に記載の第３の発明によ
る絶縁基板上に前記液晶表示素子を構成する複数の薄膜
を成膜し、これをパターニングするためのレジストパタ
ーンを形成するレジストパターン形成装置は、波長２４
８ｎｍまたは３０８ｎｍのエキシマレーザー光を照射す
る光源と、所定の開口パターンを有する誘電体多層膜よ
りなる露光マスクと、前記露光マスクを前記エキシマレ
ーザー光でスリット状に照明する照明光学系と、前記露
光マスクをを保持して前記エキシマレーザー光の光軸と
垂直な平面内のＸ方向および前記Ｘ方向と直交するＹ方
向に移動可能としたＸ−Ｙマスクステージと、前記露光
マスクの開口パターンを前記絶縁基板上に１：１に投影
する屈折型対称結像光学レンズと、前記絶縁基板を保持
して前記Ｘ−Ｙマスクステージと独立して前記Ｘ−Ｙマ
スクステージと平行な平面内のＸ方向および前記Ｘ方向
と直交するＹ方向に移動可能としたＸ−Ｙ基板ステージ
とを少なくとも具備し、前記Ｘ−Ｙマスクステージと前
記Ｘ−Ｙ基板ステージを同一方向または反対方向に一次
元にスキャンさせることにより、前記露光マスクの開口
パターンを通したエキシマレーザー光のアブレーション
作用によって、前記絶縁基板上に塗布したレジスト層に
前記露光マスクの開口パターンを１：１でパターニング
することを特徴とする。

【００４４】

【発明の実施の形態】液晶表示素子は現状対角サイズ１
０”前後の製品が主流であるが、今後は大形サイズに対
する要求が益々大きくなって来ると考えられる。この大
形化に伴いコストの上昇は当然の問題であるが、致命的
な問題は現行のフォトリソグラフィ技術が大形化に際し
てそのままでは適用できないと言うことである。

【００４５】すなわち、前述した様に、一括露光のミラ
ープロジェクション方式では基板サイズは対角長が約９
６．５ｃｍ（３８インチ）が限界であり、露光マスクの
コストを考慮すると更に小さなサイズが限界となろう。

【００４６】一方、ステッパー方式はこの様な原理的に
致命的となることはないが、従来のウエットプロセスに
よるフォトリソグラフィ技術では実用的なコストを実現
することは表示サイズが大きくなればなる程困難にな
る。

【００４７】このような問題点に対して、エキシマレー
ザー光のアブレーション現象を利用したリソグラフィ方
式が有効である。これは従来のフォトリソグラフィの露
光と現像が同時に実行され、かつレジスト剥離もレーザ
ーアブレーションで行うもので（以下、この方式をアブ
レーションリソグラフィと称する）、工程を大幅に短縮
し、且つ装置コストを大幅に低減することが可能であ
る。

【００４８】アブレーションリソグラフィのこれらの特
徴は大型化に伴うコストアップの対策となるが、大形基
板に対する露光については、現行露光方式と同様な問題
を抱えている。

【００４９】特に、エキシマレーザー光源の大きさが限
られているので、狭義のステッパー方式は全く実用的で
はない。また、１：１ミラープロジェクション光学系で
は集光点が反射部にあるため、光学系の信頼性に問題が
ありこれも用いられない。

【００５０】使用できる結像レンズは中空部に集光点が
来る様に設計された１：１屈折型の対称レンズである。
露光マスクへの照明光を結像レンズが許容できる最大限
の長いスリット状とし、画面はスリットの幅方向のスキ
ャンによって形成する。すなわち、ステッパーとスリッ
トスキャンの組み合わせであり、表示面をスリット長さ
とステージのストロークを辺とする長方形に分割するこ
とになる。

【００５１】実際の表示面の大部分は画素の繰り返し部
分であり、分割の単位をこの繰り返し部分をこの単位で
分割する。

【００５２】図１は本発明によるレジストパターン形成
方法におけるステップ−スキャン用露光マスクのための
基板パターンの分割原理の説明図であって、８は基板、
８ａは画素部、８ｂと８ｃは端子部、〜は分割領域
を示す。

【００５３】ここで、基板側の各分割領域、、
は、同一の繰り返しパターンからなり、画素部８ａと上
下の端子部８ｃ、８ｃ’から構成される。また、分割領
域は、左側の端子部近傍のパターン８ｂ、分割領域
は、右側の端子部近傍のパターン８ｂ’から構成され
る。

【００５４】図２は本発明において使用される露光マス
クの構成例を模式的に説明する平面図であって、露光マ
スクの多層膜面側からみた図である。

【００５５】同図において、７は露光マスクで、本実施
例では３種類の開口パターンが形成されている。すなわ
ち、第１の開口パターン部分は画素部８ａに対応する開
口パターン７ａと上下の端子部８ｃ、８ｃ’に対応する
開口パターン７ｃ、７ｃ’とが合成された部分で、露光
時には、基板の分割領域、、に対応して、Ｙ軸方
向にシフトさせ、同一パターンを３回繰り返して露光す
る。

【００５６】第２の開口パターン部分は、端子部近傍の
パターン８ｂに対応する開口パターン７ｂ部分、第３の
開口パターン部分は、端子部近傍のパターン８ｂ’に対
応する開口パターン７ｂ’部分が石英基板上に形成され
ている。

【００５７】１２ａは前記第１の開口パターン部分を照
射している状態のエキシマレーザー光、１２ｂは前記第
２の開口パターン部分を照射している状態のエキシマレ
ーザー光、１２ｃは前記第３の開口パターン部分を照射
している状態のエキシマレーザー光で、分かり易くする
ために露光領域毎に示したが、これらのエキシマレーザ
ー光は固定された一本である。また、各開口パターンの
境界部分には、遮光部分ＳＨ部としての７ｄ、７ｄ’、
７ｅ、７ｅ’部分を形成する。

【００５８】露光マスクの遮光パターン部（ＳＨ部）
は、石英基板上に酸化膜ＨｆＯ₂ およびＳｉＯ₂ の１／
４波長（λ／４）膜による多層膜を形成したもので、３
０８ｎｍの垂直反射率が７０％以上に設定している。エ
キシマレーザー光が通過する露光マスクの開口パターン
部は、ドライエッチによりこの多層膜を除いた部分であ
る。

【００５９】本実施例では、露光ステップ時間の短縮と
繰り返しパターン部分のつなぎ精度を考慮し、Ｘ方向の
スキャンの繰り返しは行わず、したがって、基板上のＸ
方向の表示部分の幅とほぼ等しい大型の露光マスク７を
使用した。

【００６０】しかし、更に大型の表示面積となった場合
は、この露光マスク７に形成した端子部の開口パターン
７ｂ，７ｂ’は図１の基板の分割領域およびのＸ方
向サイズの整数分の１に、また画素部の開口パターン７
ａは分割領域〜に対してＸ方向およびＹ方向に整数
分の１の大きさとし、開口パターン７ａ、７ｂ、７
ｂ’、７ｃ、７ｃ’の５種類のパターン部を形成し、境
界部分を遮光ＳＨ部分で形成し、Ｘ方向およびＹ方向に
シフトさせて大型基板のレジストパターンを形成するこ
とも可能である。

【００６１】露光マスク７を照射するエキシマレーザー
光１２ａ，１２ｂ，１２ｃは露光マスクと基板の相対移
動方向（矢印Ｘ）に直交する方向に長いスリット状で固
定されており、このエキシマレーザー光に対して露光マ
スクと基板を相対移動させることで基板の全面をスキャ
ンしてそのレジストをパターニングする。

【００６２】この際、露光マスク７のパターンは、結像
レンズによって基板８上にＹ軸に対する鏡像として写像
される。更に、露光に際しては、露光マスク７のパター
ンが形成された多層膜面を基板８のパターン形成面とが
対面するように配置する。

【００６３】このため、図１の分割領域のレジストパ
ターン形成時は、露光マスク７をＹ軸に対して裏返した
後、露光マスクの左上のスタート部Ｂが、静止している
結像レンズを原点とするＹ軸に対して、対応する基板８
の左上に鏡像が形成される位置に初期設定する。

【００６４】静止している結像レンズに対して露光マス
ク７と基板８をＸ方向に同一速さｖで各々反対方向にス
キャンする。ここで、速さｖは、 ｖ＝ｄｆ／ｎ ｎ：レジストでアブレーション
されるショット数 ｆ：レーザーの繰り返し周波数（ショット／秒） ｄ：スリットの幅（Ｘ方向、短い幅）（ｃｍ） ｖ：スキャンスピード（ｃｍ／秒） である。

【００６５】すなわち、左上のスタート部Ｂで示すスキ
ャン会誌位置は、パターンを外れた個所から開始し、Ｘ
方向のスキャンの繰り返しは行わず、１回のスキャンで
分割領域のレジストパターン形成を終了する位置Ｃま
で行う。

【００６６】スキャンスピード（ｖ）とアブレーション
レートとの間には一定の関係があり、レジスト膜厚、材
質を考慮して、最適なスピードでスキャンする必要があ
る。これにより、基板の全ての領域のレジストが所定の
パターンに露光され、露光マスクのパターンがエキシマ
レーザー光のアブレーションによって現像されて除去さ
れる。

【００６７】なお、上記ではエキシマレーザー光はレジ
ストの除去のみとして説明したが、レジストの除去と同
時にその下層の薄膜もアブレーションすることで当該薄
膜に所定のパターニングを施すことができる。

【００６８】本発明により、露光マスクのサイズは大幅
に減少することができるが、ステッパー方式の場合、分
割部の繋ぎ目部分が表示性能に影響を及ぼす。

【００６９】本発明でも同様な問題点が存在するが、こ
れは本質的ではなく、ステージ等の機械精度の問題であ
る。特に液晶表示素子の場合、遮光ＳＨ部により僅かな
ずれは補正される。従って、遮光ＳＨ部を精度良く作る
ことが重要である。

【００７０】図３は本発明の露光マスクの好ましい分割
線の説明図、また図４は避けるべき分割線の説明図であ
って、１０ａはＢＭ、１０ｂはパターン、１１は分割線
を示す。

【００７１】露光マスクの分割線は図３の（ａ）（ｂ）
に示したように隣接する開口パターン１０ａ、１０ｂ間
の遮光ＳＨ部上を通る位置とすれば、図４の（ａ）
（ｂ）に示したようなパターン１０ｂ上を通る位置とす
るより露光時のずれが目立ち難い。

【００７２】なお、本発明はエキシマレーザーのアブレ
ーション現象を用いたリソグラフィにのみ適用されるだ
けでなく、高圧水銀灯を光源とする通常のフォトリソグ
ラフィにも用いることができる。

【００７３】この場合、結像レンズとしては１：１屈折
型の対称レンズだけではなく、小型のミラープロジェク
ションタイプも用いることができるので、露光装置のコ
ストを大幅に下げることができる。特に、Ｘ−Ｙマスク
ステージは基板サイズに関わらず一定にしておけるので
装置コストをさらに下げることができる。

【００７４】ステップ露光による機械的な時間のロスは
照射強度、各ステージのスピードを上げることによりカ
バーできる。

【００７５】また、本発明ではステップ操作の方に機械
的な時間がかかるので、多数個取りよりも枚葉式が有利
であり、露光マスクおよびＸ−Ｙ基板ステージのサイズ
に少し余裕を持たせておき、ある中心サイズとこの前後
の基板サイズを取り扱える様な専用機にしておくと良
い。ただし、変更する部分はステージだけで、光学系は
共通である。

【００７６】以下、本発明の実施例につき、図面を参照
してさらに詳細に説明する。

【００７７】図５は本発明によるレジストパターンの形
成装置の１実施例を説明する模式図であって、所謂エキ
シマレーザー露光・現像機の概略構成を示す。

【００７８】同図において、１はエキシマレーザー、２
は照明光学系、３は反射ミラー、４はＸ−Ｙマスクステ
ージ、５は結像レンズ系、６はＸ−Ｙ基板ステージ、７
は露光マスク（但し、多層膜面は下側）、８は基板であ
る。

【００７９】露光光源であるエキシマレーザー１は、波
長３０８ｎｍ、出力８００ｍＪ、繰り返し周波数３５０
Ｈｚである。照明光学系２は与えられた形状内で均一な
強度分布を持つ様にビームプロフィファイルを整形する
ホモジナイザー光学系で、ミラー３を介してＸ−Ｙマス
クステージ４上に設置された露光マスク７を照明する。

【００８０】露光マスク７は誘電体多層膜マスクであ
り、エキシマレーザー光はこの露光マスク７を例えば４
ｍｍ×９０ｍｍのスリット状に照明する。

【００８１】結像レンズ系５は１：１のテレセントリッ
ク対称レンズからなり、口径１２０ｍｍφ、ＮＡ＝０．
１であり、露光マスク７の開口パターン像をＸ−Ｙ基板
ステージ６上に設置した基板８に投射する。結像レンズ
系５の構成によって、露光マスク７の開口パターンと基
板８上の像は鏡像の関係にある。

【００８２】Ｘ−Ｙ基板ステージ６は最大９００ｍｍ×
７００ｍｍサイズの基板を搭載できる。また、Ｘ−Ｙマ
スクステージ４は最大６５０ｍｍ×６５０ｍｍサイズ
（６５０□）の露光のマスクを搭載することができる。

【００８３】本実施例では８００ｍｍ×４５０ｍｍサイ
ズの基板にピクセル（画素）ピッチ０．１２ｍｍ、１０
２４×（１９２０×３）の画素の表示部をもつＴＦＴ層
を構成した。表示部の面積は３６８．６４ｍｍ×６９
１．２ｍｍ、すなわち対角７８．７ｃｍ（３１インチ）
である。

【００８４】図６は本発明によるレジストパターンの形
成装置の１実施例をさらに具体的に説明する模式図であ
って、図５と同一符合は同一部分に対応する。

【００８５】照明光学系２はエキシマレーザー１からの
レーザー光を平行光とするレンズ２ａと、平行に入射し
たレーザー光を小面積の光ビームに分割してそれぞれを
集光する分割レンズアレー２ｂとこの分割レンズアレー
２ｂから出射した各レーザー光束を同一面積に集光する
集光レンズ２ｃ、および結像光学系５の入射瞳５ａに前
記分割レンズアレー２ｂによる焦点アレーの像を結像す
るレンズ２ｄとから構成される。

【００８６】なお、前記分割レンズアレー２ｂは光軸と
直交方向に交差配置した二組の半円筒レンズ群から構成
される。

【００８７】このレジストパターンの形成装置に前記し
た露光マスク７を用いて基板上のレジスト膜を露光して
当該露光マスクの開口パターンに従ったパターン形成を
行うと共に、下層の薄膜も同時にパターニングすること
ができる。なお、レジストのパターニングのみをエキシ
マレーザー光のアブレーションで実行し、その後の薄膜
のパターニングを既知のホトリソグラフィ技法で実行す
ることもできる。

【００８８】図７は本発明によるレジストパターン形成
方法の他の実施例を説明する基板の分割例を説明する模
式図であって、８は液晶表示素子を構成する基板、８ａ
は画素部、８ｂは左右端子部、８ｃは上下端子部であ
る。

【００８９】同図の基板は縦（Ｘ方向）４５０ｍｍ、横
（Ｙ方向）８００ｍｍの基板サイズに、縦３６８．６４
ｍｍ、横６９１．２ｍｍの画素部を有している。

【００９０】本実施例では、ステップ−スキャン方式の
露光を行うために、基板の画素部を縦に縦方向に８等分
した分割画素部１４〜２１のそれぞれを共通とした１単
位とし、端子部１３と２２を各々１単位とする。各単位
の横幅はエキシマレーザー光のスリットでカバーできる
サイズである。

【００９１】図８は本実施例に使用する露光マスクの具
体例を説明する平面図であって、全体のサイズは縦方向
（Ｘ方向）が４２０ｍｍ、横方向（Ｙ方向）が２８０ｍ
ｍである。

【００９２】この露光マスクの縦方向（Ｘ方向）開口パ
ターンのサイズは図７の縦方向（Ｘ方向）サイズと同一
で、画素部開口パターン７ａの縦方向サイズが３６８．
６４ｍｍであり、横（Ｙ方向）は画素部を８等分した８
６．４ｍｍである。

【００９３】また、左右端子部開口パターン７ｂの横方
向サイズは１０ｍｍ、縦方向サイズは３６８．６４＋
（１０×２）＝３８８．６４ｍｍ、上下端子部開口パタ
ーン７ｃの縦方向サイズは１０ｍｍ、横方向サイズは画
素部７ａと同一の８６．４ｍｍである。

【００９４】そして、画素部開口パターンと左右端子部
開口パターン７ｂの間と左右端子部開口パターン７ｄの
外側にはエキシマレーザー光によるダメージを回避する
ための遮光ＳＨ部７ｄ，７ｄ’，７ｅ，７ｅ’が形成さ
れている。

【００９５】図中１２ａはスリット状のエキシマレーザ
ー光の照射状態を示し、その両端部はクローム膜７ｄ，
７ｄ’上にかかるように配置される。図示したエキシマ
レーザー光は画素部開口パターン７ａを照射している状
態を示しているが、端子部開口パターン７ｂの照射時も
同様にエキシマレーザー光の端部が遮光ＳＨ部７ｄと７
ｅにかかるように配置される。

【００９６】なお、端子部開口パターン７ｂの外側に配
置した遮光ＳＨ部７ｅを広く取っているのは、露光マス
ク７をＸ−Ｙマスクステージに載置した場合に当該露光
マスクから外れるエキシマレーザー光がＸ−Ｙマスクス
テージをアブレーションして塵挨が発生するのを防止す
るためである。

【００９７】図９（ａ）（ｂ）は露光マスクを介した基
板上のレジストのエキシマレーザー光の照射状態を説明
する要部斜視図および断面図であって、露光マスク７の
画素部を露光している状態を示す。

【００９８】スリット状のエキシマレーザー光１２は、
露光マスク７と基板８上のレジスト膜が矢印方向に移動
するのに伴って開口パターン７０の像をレジスト膜８に
照射し、そのアブレーション現象によりレジストパター
ン１０ｂが形成される。

【００９９】このとき、レジスト膜のアブレーションと
同時に下層の薄膜もアブレーションで除去することも可
能である。

【０１００】なお、レジストパターンを形成して、所要
のエッチング処理を施した後、不要となった残留レジス
ト膜をエキシマレーザー光の全面照射で除去することも
できる。

【０１０１】このように、本実施例の露光マスクは従来
の１：１マスクの１／３の面積で良く、露光マスクの製
作コストが大幅に低減される。

【０１０２】ここで用いるアブレーション用レジストは
１００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー密度で１０回照射（１
０ｓｈｏｔ／ｓｉｔｅ）でアブレーションが完了する。
スキャン領域は４００ｍｍで、上記の様に１０回のスキ
ャンで基板全面のパターニングが完成する。従って、ス
キャン時間は２８．６秒、１０回のステッピング時間が
１０秒、搬送、脱着、基板と露光マスクのアラインメン
トに要する時間を加えて約４５秒のタクトタイムで３１
インチ対角のＴＦＴ基板が完成した。

【０１０３】図１０は本発明によるレジストパターン形
成方向で製作した基板を用いて組み立てたＴＦＴ型液晶
表示モジュールの構造例を説明する展開斜視図である。

【０１０４】同図において、ＭＤＬは液晶表示モジュー
ル、ＳＨＤは上フレームである金属製のシールドケー
ス、ＷＤは液晶表示モジュールの有効画面を画定する表
示窓、ＰＮＬは液晶表示素子からなる液晶表示素子、Ｓ
ＣＰは拡散板、ＰＣＢ１はドレイン側回路基板、ＰＣＢ
２はゲート側回路基板、ＰＣＢ３はインターフェース回
路基板、ＰＲＳはプリズムシート、ＳＰＳは拡散シー
ト、ＧＬＢは導光体、ＲＦＳは反射シート、ＢＬはバッ
クライト、ＬＰはバックライトＢＬのランプを構成する
冷陰極蛍光灯、ＬＳは反射シート、ＧＣはゴムブッシ
ュ、ＬＰＣはランプケーブル、ＭＣＡは導光体ＧＬＢを
設置する開口ＭＯを有する下側ケース、ＪＮ１，２，３
は回路基板間を接続するジョイナ、ＴＣＰ１，２はテー
プキャリアパッケージ、ＩＮＳ１，２，３は絶縁シー
ト、ＧＣはゴムクッション、ＢＡＴは両面粘着テープ、
ＩＬＳは遮光スペーサである。

【０１０５】上記の各構成材は、金属製のシールドケー
スＳＨＤと下側ケースＭＣＡの間に積層されて挟持固定
されて液晶表示モジュールＭＤＬを構成する。

【０１０６】液晶セルＰＮＬには本発明による拡散板Ｓ
ＣＰが積層され、その周辺に各種の回路基板を取り付け
て画像表示のための駆動がなされる。

【０１０７】また、液晶セルＰＮＬの裏面には導光体Ｇ
ＬＢに各種の光学シートを積層してなるバックライトＢ
Ｌが設置され、液晶表示パネルＰＮＬに形成された画像
を照明して表示窓ＷＤに表示する。

【０１０８】上記本発明を用いて組み立てたＴＦＴ型液
晶表示モジュールは、プロセス工程が大幅に短縮され、
かつ高精度の薄膜パターンが形成可能であり、高画質の
表示性能を備えた各種の表示デバイスに適用できる。

【０１０９】なお、本発明は液晶表示素子のレジストの
パターニングに限らず、同様のレジストパターニングを
伴う各種薄膜のパターニングに適用できる。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればス
テップースキャン露光手段とエキシマレーザー光のアブ
レーション現象を利用することによって、露光と現像を
一本化した高速、かつ低コストの薄膜パターニングが実
現できる。

【０１１１】また、従来のリソグラフィ方式に適用する
ことにより、低コストの露光系および露光マスクである
ことによって、液晶表示素子の基板の製造コストを大幅
に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレジストパターン形成方法におけ
るステップ−スキャン用露光マスクのための基板パター
ンの分割原理の説明図である。

【図２】本発明において使用される露光マスクの構成例
を模式的に説明する平面図である。

【図３】本発明の露光マスクの好ましい分割線の説明図
である。

【図４】避けるべき分割線の説明図である。

【図５】本発明によるレジストパターンの形成装置の１
実施例を説明する模式図である。

【図６】本発明によるレジストパターンの形成装置の１
実施例をさらに具体的に説明する模式図である。

【図７】本発明によるレジストパターン形成方法の他の
実施例を説明する基板の分割例を説明する模式図であ
る。

【図８】本実施例に使用する露光マスクの具体例を説明
する平面図である。

【図９】露光マスクを介した基板上のレジストのエキシ
マレーザー光の照射状態を説明する要部斜視図および断
面図である。

【図１０】本発明によるレジストパターン形成方向で製
作した基板を用いて組み立てたＴＦＴ型液晶表示モジュ
ールの構造例を説明する展開斜視図である。

【図１１】本発明を適用するアクティブ・マトリクス方
式カラー液晶表示素子の一画素とその周辺を示す平面図
である。

【符号の説明】

１ エキシマレーザー ２ 照明光学系 ３ 反射ミラー ４ Ｘ−Ｙマスクステージ ５ 結像レンズ系 ６ Ｘ−Ｙ基板ステージ ７ 露光マスク ７ａ 画素部の開口パターン ７ｂ，７ｂ’ 左右端子部の開口パターン ７ｃ，７ｃ’ 上下端子部の開口パターン ７ｄ，７ｄ’，７ｅ，７ｅ’ 保護層 １２ａ 画素部および上下端子部を照射している状態の
エキシマレーザー光 １２ｂ，１２ｃ 左右端子部を照射している状態のエキ
シマレーザー光 ８ 基板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子を構成する絶縁基板上に所要
   の薄膜パターンを形成するためのレジストパターン形成
   方法において、 前記液晶表示素子の薄膜パターン形成領域の面積より小
   面積で所定の開口パターンを有する露光マスクを当該薄
   膜パターン形成領域に平行な面内で相対移動させると共
   に、前記露光マスクに対して前記相対移動方向と直交す
   る方向にスリット状としたエキシマレーザー光を照射す
   ることによるアブレーション現象により、前記基板上に
   塗布したレジストを前記露光マスクの開口パターンに従
   ってパターニングすることを特徴とするレジストパター
   ン形成方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記露光マスクが、前
   記絶縁基板の画素領域のレジストパターンを整数分の１
   の単位領域に分割した開口パターンと、画素領域以外の
   レジストパターンを適宜の単位領域に分割した開口パタ
   ーンと、前記それぞれの単位領域を前記スキャン方向に
   平行な不透過部分で囲む領域とから構成され、 前記各開口パターンに対応して前記Ｘ−Ｙマスクステー
   ジおよびＸ−Ｙ基板ステージを前記エキシマレーザー光
   のスリット状の照明光の当該スリットの長さ方向と直交
   する方向にスキャン移動とスリット長手方向に単位パタ
   ーンだけ移動するステップ移動の組合せにより前記基板
   上のレジスト全面をパターニングすることを特徴とする
   レジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】絶縁基板上に前記液晶表示素子を構成する
   複数の薄膜を成膜し、これをパターニングするためのレ
   ジストパターンを形成するレジストパターン形成装置に
   おいて、 波長２４８ｎｍ〜３０８ｎｍのエキシマレーザー光を照
   射する光源と、所定の開口パターンを有する誘電体多層
   膜よりなる露光マスクと、前記露光マスクを前記エキシ
   マレーザー光でスリット状に照明する照明光学系と、前
   記露光マスクをを保持して前記エキシマレーザー光の光
   軸と垂直な平面内のＸ方向および前記Ｘ方向と直交する
   Ｙ方向に移動可能としたＸ−Ｙマスクステージと、前記
   露光マスクの開口パターンを前記絶縁基板上に１：１に
   投影する屈折型対称結像光学レンズと、前記絶縁基板を
   保持して前記Ｘ−Ｙマスクステージと独立して前記Ｘ−
   Ｙマスクステージと平行な平面内のＸ方向および前記Ｘ
   方向と直交するＹ方向に移動可能としたＸ−Ｙ基板ステ
   ージとを少なくとも具備し、前記Ｘ−Ｙマスクステージ
   と前記Ｘ−Ｙ基板ステージを同一方向または反対方向に
   一次元にスキャンさせることにより、前記露光マスクの
   開口パターンを通したエキシマレーザー光のアブレーシ
   ョン作用によって、前記絶縁基板上に塗布したレジスト
   層に前記露光マスクの開口パターンを１：１でパターニ
   ングすることを特徴とするレジストパターン形成装置。