JPH0385531A - 薄膜のパターニング方法及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、薄膜のバターニング方法及び各画素にスイ
ッチ素子が設けられて成る液晶表示装置の製造方法に関
する。

（従来の技術） 近年、液晶表示装置あるいはイメージセンサをはじめと
して、種々の分野で広い領域にわたり、微細且つ均一な
バターニングが要求されている。

例えば、液晶表示装置を例にとると、０Ａ（Ｏｆｆｉｃ
ｅ　Ａｕｔｏｍａｔｌｏｎ　）用の端末機器、ＴＶ画像
表示等の大容量情報表示用途に使用されるようになり、
液晶表示装置には今まで以上の大容量、高解像度の要求
が高まってきた。

このような要求に応えるために、表示画面の大型化と共
に、個々の画素にスイッチング素子を設け、各画素を直
接にスイッチ駆動する方式が採用されるようになってき
た。

このスイッチング素子としては、薄膜トランジスタを使
用したもの、非線形抵抗素子を用いたもの等があるが、
薄膜トランジスタの三端子に比べて非線形抵抗素子は、
基本的に二端子と構造が簡単であり製造が容易であるこ
とから、製品歩留りの向上が期待でき、コスト低下の利
点があり、近年では多く使用されるようになってきた。

そして、非線形抵抗素子としては、薄膜トランジスタと
同様の材料を用いて接合形成したダイオードの型、酸化
亜鉛を用いたバリスタの型、電極間に絶縁物を挟んだ下
部金属−絶縁層−上部金属（Ｍ　Ｉ　Ｍ）型、更には金
属電極間に半導電性の層（ＭＳＩ）を用いた型等が開発
されているが、このうちＭＩＭ型は構造が最も簡単なも
のの一つで、現在のところ実用化が最も近いということ
ができる。

こうした基本的な製造技術は特開昭５５−１８１２７３
号公報に開示され、その改良技術が特開昭５８−１７８
３２０号公報等に示されている。

（発明が解決しようとする課題） このように、液晶表示装置では、各画素をスイッチ駆動
することにより、大領域にわたり高解像度を実現させよ
うとしているが、このためには微細電極幅の電極を大領
域にわたり均一に形成するといった高度なバターニング
技術も要求される。

従来では、−括露光装置等の製造装置を利用することに
より、安価で高い生産性にて製造することが可能であっ
たが、フォトマスクに形成される不透光性パターンの微
細化に伴い、この不透光性パターン部分を高い位置精度
で基板上に位置合せすることが困難となってきた。例え
ば、一般的な一括露光装置では、位置合せの限界が５ミ
クロンと言われている。

このため、５ミクロン以下の微細なバターニングを可能
にするためには、半導体分野等で使用される精度の高い
露光装置等の使用が必要不可欠となってきた。しかし、
このような露光装置を用いてバターニングを行うことは
コストあるいは生産性の点で全く好ましい方法ではない
。

また、特にＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置では、画素
電極と接続されるＭＩＭ素子の上部金属の微細化による
高抵抗化に伴い、画素電極への書き込み不足といった問
題があり、表示画面の粗悪化を引き起していた。

このようなことを解消するためには、ＭＩＭ素子のチャ
ンネル形成部分は所望の特性を得るために設計が威され
ており、その幅を太くすることは困難であることから、
ＭＩＭ素子のチャンネル形成部分に比べて画素電極と接
続される部分のみ幅を太く形成し、画素電極への十分な
書込み電流を供給するとことが考えられる。しかし、こ
のような微細な上部金属を更に特殊な形状にバターニン
グすることは、極めて困難と言うほかない。

本発明は上記事情に鑑み成された薄膜のパターニング方
法に関するもので、大領域にわたり均一な薄膜のバター
ニングを生産性良く可能とする薄膜のパターニング方法
を提供することを目的としたものである。また、特に非
線形抵抗素子を備えた液晶表示装置においては、非線形
抵抗素子を形成する特殊な形状の上部金属を均−且つ容
易にパターニング可能な液晶表示装置の製造方法を提供
することを目的としたものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の薄膜のパターニング方法は、基板上にパターニ
ングすべき薄膜を形成する工程と、この薄膜上に感光性
樹脂層を設置する工程と、この感光性樹脂層上に不透光
性パターンが形成されて威るフォトマスクを設置する工
程と、光源からの光を感光性樹脂層よりも遠い側にフォ
ーカスせしめ露光する工程と、感光性樹脂層を現像して
不透光性パターンよりも小さいレジストパターンを形成
する工程と、レジストパターンを用いて薄膜をエツチン
グする工程とを具備したことを特徴としたものである。

また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、絶縁性基板
と、この絶縁性基板上に形成される複数の信号電極と、
この信号電極に接続形成される下部金属−絶縁体−上部
金属によって構成される非線形抵抗素子と、この非線形
抵抗素子の上部金属に接続形成される画素電極とを備え
て成る液晶表示装置の製造方法であって、絶縁性基板上
に複数の信号電極及びこの信号電極に接続される複数の
下部金属を形成する工程と、少なくとも下部金属上に絶
縁体を形成する工程と、基板及び絶縁体上に金属薄膜を
形成する工程と、感光性樹脂層を塗布する工程と、この
感光性樹脂層上に不透光性パターンが形成されて成るフ
ォトマスクを設置する工程と、光源からの光を感光性樹
脂層よりも遠い側にフォーカスせしめ露光する工程と、
感光性樹脂層を現像してレジストパターンを形成する工
程と、このレジストパターンを用いて金属薄膜をエツチ
ングして、絶縁体上に設置される幅が他の部分に比べて
細い形状の上部金属を形成する工程とを具備したことを
特徴としたものである。

（作　用） 本発明者等は、大領域にわたり均一に薄膜をパターニン
グする方法を種々検討した結果、先の回折効果を旨く利
用することにより、良好なパタニングが可能となること
を見い出した。

即ち、基板上に設置れた薄膜をパターニングする場合、
光源からの光を薄膜上に設置された感光性樹脂層上にフ
ォーカスさせるのではなく、感光性樹脂層よりも遠い側
、例えば基板上にフォーカスして露光するものである。

このようにすると、感光性樹脂層上にフォーカスさせた
場合に比べて、フォトマスクの不透光性パターン内側に
回り込む強い光の回折効果が得られる。これにより、フ
ォトマスクの透光部分に比べて広い領域の感光性樹脂層
を十分に感光させることができる。そして、光が照射さ
れた領域が感光され現像することにより除去れるポジ型
の感光性樹脂層では、現像することによりフォトマスク
の不透光性パターンに比べて小さいレジストパターンが
形成できる。従って、このようなレジストパターンを用
いて薄膜をエラグすることにより、フォトマスクの不透
光性パターンに比べて微細な薄膜のパターニングが可能
となる。

この現象は、光源の強度あるいは感光性樹脂層に使用さ
れる樹脂の選定にもよるが、フォトマスクの不透光性パ
ターンに比べて１０〜２０％程度小さいパターンに薄膜
をパターニングすることが可能となる。

このため、従来の一括露光装置では、５ミクロン以下の
不透光性パターンが形成されたフォトマスクでは位置合
せの限界から露光は不可能とされていたが、６ミクロン
の不透光性パターンが形成されたフォトマスクを用いて
良好な位置合せをした後に、上記方法を用いて露光する
ことにより、５ミクロンの微細幅で均一にパターニング
することが可能となった。

本発明は、このような光の回折効果と、更に感光性樹脂
層の性質を旨く利用することにより、括露光装置等を用
いても、大領域にわたり微細なパターニングを可能にし
たものである。

更に、上記した方法を利用して、非線形抵抗素子が用い
られた液晶表示装置の製造方法について述べる。

この液晶表示装置の非線形抵抗素子の上部金属は、良好
な表示画面を得るために大画面にわたり均−且つ微細幅
で形成されることは勿論のこと、特に画素電極と接続す
る部分のみを太く形成する必要があることは前述した通
りである。

そこで、まず基板上に下部金属、絶縁体を設置し、上部
金属を形成するための金属薄膜を全面に形成し、更にこ
の上に感光性樹脂層を設置する。

そして、感光性樹脂層上にフォトマスクを設置し露光す
るわけであるが、この時も光源の光を感光性樹脂層より
も遠い側、例えば基板上にフォーカスさせて露光する。

すると、フォトマスクの不透光性パターン周辺で内側に
回り込む光の回折効果により広い領域が露光されること
となる。このため、現像後形成されるレジストパターン
は、フォトマスクの不透光性パターンに比べて小さいパ
ターン幅に形成される。これに対して、他の領域の感光
性樹脂層は、絶縁体上部の感光性樹脂層に比べて、太い
パターン幅に形成される。

これは、絶縁体が設置されていない領域の感光性樹脂層
は、絶縁体上の感光性樹脂層に比べてフォトマスクから
遠い位置に設置されているため、光の回折効果は大きい
が、光が不透光性パターン内側に広く回折することによ
り、光の強度は非常に弱いものとなる。この光の強度が
感光性樹脂層を感光させるために不十分であれば、不透
光性パターン内側に広く光が照射されていても、現像さ
れて残る感光性樹脂層は太いものとなってしまう。

このようなレジストマスクを用いて金属薄膜をエツチン
グすることにより、絶縁体上に設置された金属薄膜は狭
いパターン幅に形成でき、基板上では広いパターン幅に
形成することができる。

このため、画素電極と接続される領域がチャンネルを形
成する領域に比べて太いといった特殊な形状の上部金属
であっても、大領域にわたり均−且つ均一に特殊な形状
のフォトマスクを用いることなく形成することができる
。この時、上部金属の画素電極と接続する部分の電極幅
は、上部金属のチャンネルを形成する部分の電極幅に比
べて０．５〜２ミクロン程度広くすると良い。電極幅の
増加が０．５ミクロン以下であると、従来と同様に書き
込み不足といったことが起り、また、２ミクロン以、［
であると表示領域を狭くしてしまう恐れがある。

このｊうなことを良好に行なうためには、感度の鈍い１
ノジストを使用することが好ましい。また、このように
光の回折を旨く利用するためには、マスクとレジストと
の距離が重要であり、両者を密着さ＋°・るか、あるい
は５０〜１００　ミロン程度離すことにより、フォトマ
スクの不透光性パターンよりも数ミクロン程度小さく、
またマスクからの距離の、１違によって異なる幅でパタ
ーニングがより良好に可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の構成及び
製造方法について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の液晶
セル（３）部分の概略構成図であり、ガラス基板（１３
）上に複数の画素電極（２７）が形成された第１の電極
基板（３５〉と、ガラス基板（４３〉上に対向電極（４
５）が形成された第２の電極基板（５５〉によって液晶
組成物（６１）が挟持されて液晶セル（３）は構成され
ている。

第１の電極基板（３５）は、第２図に示すように、ガラ
ス基板（ｉ３）上に複数本の信号電極（１５）が設置さ
れており、この信号電極（１５〉上には絶縁保護層（ｔ
ｅ）が設置されている。そして、この信号電極（１５〉
及び絶縁保護層（１６）と一体で、ＭＩＭ素子（２５〉
を構成する下部金属（１７〉及び絶縁体（１９〉が形成
されている。そして更に絶縁体〈１９〉上にはＭＩＭ素
子（２５）を構成する上部金属（２１）が設置されてお
り、この上部金属（２１）は画素電極（２７）に接続し
ている。

この上部金属（２１）は、第３図に示すように、絶縁体
（２１）上はＭＩＭ素子（２５）として所定の特性を得
るための各所で均一な５ミクロンの微細電極幅でチャン
ネル形成部（２１ｂ）が形成されており、画素電極（２
７）と接続する接続部（２１ａ）は良好な電気的接続を
得るために６ミクロンの電極幅で形成されている。

そして、ＭＩＭ素子（２５）あるいは画素電極（２７）
上には配向膜（２９）が設置されており、また、この配
向膜（２９）が設置されていないガラス基板（１３）上
には偏光板（３３）が設置されて成っている。

また、第２の電極基板（５５〉は、第１図に示すよにガ
ラス基板（４３）上に複数本のストライブし状に形成さ
れた対向電極（４５）が設置されており、この対向電極
（４５）上に配向膜〈４９）が設置されている。

そして、更に対向電極（４５）が設置されていないガラ
ス基板（４３〉面上に偏光板（５３）が設置されて成っ
ている。

このような第１の電極基板（３５）のＭＩＭ素子（２５
〉及び画素電極（２７〉上に第２の電極基板（５５）の
対向電極（４５）が設置されるように位置合せされ、液
晶組成物（６１〉が挟持されて液晶セル（３）は構成さ
れている。

そして、第４図に示すように、液晶セル（３）の信号電
極（１５）は信号電極駆動手段（１０１）に、対向電極
（４５）は対向電極駆動手段（ｉｌｌ）に接続されてい
る。また、信号電極駆動手段（１０１）あるいは対向電
極駆動手段（ｉｌｌ）は制御回路（１２１）に接続され
て本実施例の液晶表示装置（１）は構成されている。

制御回路（１２１）から送信されてくるシリアルな映像
信号を信号電極駆動手段（１０１）あるいは対向電極駆
動手段（ｉｌｌ）によってパラレルな信号とし、この制
御回路（１２１）から送信されてくるクロック信号に同
期して信号電極（１５〉あるいは対向電極（４５）に所
定の電圧を印加するものである。

本実施例の液晶表示装置（１）では、上記したようにＭ
ＩＭ素子（２５）を構成する上部金属（２１）の絶縁体
（１９〉上に設置されるチャンネル形成部（２１ａ）と
、画素電極（２７〉上に設置される接続部（２１ｂ）と
で、その幅を異ならしめた構成とした。

特に画素電極（２７〉と接続される上部金属（２１〉の
接続部（２１ｂ）の幅を大きくすることにより、抵抗値
を少なくして波形の乱れのない電圧を画素電極（２７〉
に印加することが可能となるため、良好な表示画像が得
られる。

このような液晶表示装置（１）の製造方法について、第
５図を参照して説明する。

まず、第５図（ａ）に示すように、ガラス基板（１３）
上に３０００オングストロームの膜厚でタンタル（Ｔａ
）膜（１４）をスパッタリングによって被着する。

そして、このタンタル（Ｔａ）膜（１４〉上に感光性樹
脂（図示せず）を塗布し、フォトマスクを用いて露光・
現像した後に、エツチングして第５図（ｂ）に示すよう
に複数の信号電極（１５）及びこの信号電極（１５）に
接続される下部金属（１７〉を形成する。

そして、第５図（Ｃ）に示すように、信号電極（１５〉
及び下部金属（１７〉表面を０，０１％のクエン酸水溶
液中で陽極酸化し、信号電極（１５）上に絶縁保護膜（
１６〉、下部金属（１７）上に絶縁体（１９）を形成す
る。

この時、信号電極（１５）及び下部金（１７）属表面の
２００オングストロームのタンタル（Ｔａ）を５００オ
ングストロームの絶縁保護膜（１６〉及び絶縁体（ｉ９
）に転化した。

続いて、第５図（ｄ）に示すように、下部金属（１７）
の周辺部に１．　Ｔ、　０．　　（Ｉｄｉｕｍ　Ｔｉｎ
　０ｘｉｄｅ　）より成る画素電極（２７〉を複数形成
する。

この後、第５図（ｅ）に示すように、全面にクロム（Ｃ
「）膜（２０ａ）を１５００オングストロームの膜厚で
被着し、更にポジ型レジスト（東京応化製０ＦＰＲ−８
００）を１ミクロンの膜厚で塗布し、プリベークして感
光性樹脂層（２０ｂ）を形成する。

そして、第５図（ｆ）に示すように、このポジ型の感光
性樹脂（２０ｂ）から５０ミクロンの間隔をおいて、６
ミクロン幅の長方形状に形成された複数の上部金属パタ
ーン（３１）を備えたマスク（３１）を下部金属（１７
）上に位置合せする。

この状態で、光源をガラス基板（１３）上にフォーカス
し、−括露光装置により露光する。この露光に際し、光
源の光量は４５＋ｇＪ／　ｃｄとした。

そして、現像液を用いて現像し、ポストベークした後、
例えば第６図に示すような支持部材（１３０）を用いて
エツチングした。この支持部材（１３０）はガラス基板
（１３）を保持するための枠部（１３１）と、この枠部
（１３１）に接続される枠支持部（１３３）によって構
成されており、更に枠部（１３１）上にはガラス基板（
ｉ３）のエツジ部分が破損しないようにガラス基板（１
３）を保持する第１のホルダ（１３５）　、第２のホル
ダ（１３５）　、第３のホルダ（１３５）　、第４のホ
ルダ（１３５）　、第５のホルダ（１３５）　、第６の
ホルダ（１３５）が設置されている。

このような支持部材（１３０）を用いてエツチングする
ことにより、ガラス基板（１３〉を支持部材（１３０）
に保持させる時に従来のようにガラス基板（１３）が破
損することがない。このため自動装置等を用いてガラス
基板（１３）を支持部材（１３０）に保持させることが
可能となり、生産性を向上させることができる。

そして、この時に使用したエツチング液としては、硝酸
第２セシウム・アンモニウム１７ｇと過塩素酸５ｃｃを
水１０ｃｃの割合に溶解したエツチング液を用いた。

すると、第５図（ｇ）に示すように、絶縁体（１９）上
の上部金属（２１）のチャンネル形成部（２１ｂ）の幅
が５ミクロンで形成されたのに対し、画素電極（２７〉
と接続される接続部（２１ａ）の幅は６ミクロンと大き
く形成することができた。

そして、ガラス基板（１３〉の画素電極（２７）あるい
は信号電極（１５〉形成面上にポリイミド樹脂を塗布・
焼成しラビングすることにより、液晶配向方向を規制す
る配向膜（２９）を形成し第１の電極基板（３５〉とし
た。

一方別に、パイレックスガラスからなるガラス基板（４
３〉上に、ストライブ状の１．　Ｔ、　０．からなる対
向電極（４５）を形成し、更にポリイミド樹脂からなる
配向膜（４９）を設置した第２の電極基板（５５）を用
意した。

このような第１の電極基板（３５）と第２の電極基板（
５５）とを、基板間で液晶組成物（６１）の分子長軸方
向が両基板間で約９０″ねじれるように、５〜２０ミク
ロンの間隔を保って保持させ、液晶組成物（６１〉を注
入する。そして、こうして構成した第１の電極基板（３
５）及び第２の電極基板（５５）の外側に、偏光軸を約
９０″ねじった形で偏光板（３３）　、　（５３）を配
置し、液晶表示装置（１）とした。

以上詳述したように、本実施例の液晶表示装置の製造方
法では、６ミクロン幅の上部金属（２１）形成用のパタ
ーンを用いても、実際に形成される上部金属（２１）は
、絶縁体（１９〉上に形成される５ミクロンのチャンネ
ル形成部（２１ｂ）と、チャンネル形成部（２１ｂ）に
比べて太い６ミクロン幅の画素電極（２７）上の接続部
（２１ａ）とすることができる。

このように、６ミクロン幅のマスクパターンを用いても
５ミクロンの電極幅に露光できるため、例えば従来では
不可能であった一括露光装置の使用が可能となる。この
ため、安価に生産性良く微細なバターニングが可能とな
る。

そして、液晶表示装置の、特にＭＩＭ素子を構成する上
部金属を画素電極との接続部は広く、ＭＩＭ素子チャン
ネル形成部は均一に形成することにより、画素電極に十
分な書込みが可能となり、コントラストに優れた良好な
表示画像が得られる液晶表示装置とすることができた。

本実施例では画素電極（２７）上にＭＩＭ素子を構成す
る上部金属を形成したが、本発明はこれに限定されるこ
となく、ＭＩＭ素子の上部金属を形成した後に画素電極
（２７）を形成するものであっても良い。

［発明の効果］ 以上詳述してきたように、本発明のバターニング方法で
は、フォトマスクの不透光性パターンのパターン幅に比
べて狭いパターン幅でパターニングが可能となるため、
微細パターンであってもパターン幅の大きなフォトマス
クの使用が可能となるため、フォトマスクの位置合せ等
が容易となる他、−括露光装置等の使用も可能となるた
め安価で生産性良くバターニングすることが可能となっ
た。

そして、特に本発明の液晶表示装置の製造方法では、大
領域にわたり微細且つ均一なパターニングが可能である
と共に、従来使用していた形状の不透光性パターンが形
成されたフォトマスクを使用しても、画素電極に接続さ
れる非線形抵抗素子の接続部分をチャンネル形成部分に
比べて太い形状に容易に形成することができる。このよ
うにして形成された液晶表示装置では、上部金属の低抵
抗化を図り、各画素への書込み不足を解消し、広域にわ
たり良好な表示特性が得られるものとした。

そして、本発明は特に大表示領域にわたり微細電極ピッ
チで形成されるもので、高い解像度が要求される液晶表
示装置に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る液晶表示装置の液晶セ
ル部分の概略断面図、第２図は本実施例に係る第１の電
極基板の概略斜視図、第３図は本実施例の液晶表示装置
に使用されるＭＩＭ素子の概略正面図、第４図は本実施
例の液晶表示装置の概略構成図、第５図は本実施例の液
晶表示装置の概略プロセス図、第６図は本実施例の電極
基板のエツチングに使用される支持部材の概略斜視図で
ある。 （１）・・・液晶表示装置 （３〉・・・液晶セル （２１ａ）・・・接続部 （２１ｂ）・・・チャンネル形成部 （２５）・・・ＭＩＭｍ子 （３５）・・・第１の電極基板 （５５）・・・第２の電極基板 （６１〉・・・液晶組成物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にパターニングすべき薄膜を形成する工程
   と、 この薄膜上に感光性樹脂層を設置する工程と、この感光
   性樹脂層上に不透光性パターンが形成されて成るフォト
   マスクを設置する工程と、光源からの光を前記感光性樹
   脂層よりも遠い側にフォーカスせしめ露光する工程と、 前記感光性樹脂層を現像して前記不透光性パターンより
   も小さいレジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンを用いて前記薄膜をエッチングす
   る工程とを具備したことを特徴とした薄膜のパターニン
   グ方法。
2. （２）絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成される複
   数の信号電極と、この信号電極に接続形成される下部金
   属−絶縁体−上部金属によって構成される非線形抵抗素
   子と、この非線形抵抗素子の前記上部金属に接続形成さ
   れる画素電極とを備えて成る液晶表示装置の製造方法に
   おいて、前記絶縁性基板上に複数の前記信号電極及びこ
   の信号電極に接続される複数の前記下部金属を形成する
   工程と、 少なくとも前記下部金属上に前記絶縁体を形成する工程
   と、 前記基板及び絶縁体上に金属薄膜を形成する工程と、 感光性樹脂層を塗布する工程と、 この感光性樹脂層上に不透光性パターンが形成されて成
   るフォトマスクを設置する工程と、光源からの光を前記
   感光性樹脂層よりも遠い側にフォーカスせしめ露光する
   工程と、 前記感光性樹脂層を現像してレジストパターンを形成す
   る工程と、 前記レジストパターンを用いて前記金属薄膜をエッチン
   グして、前記絶縁体上に設置される幅が他の部分に比べ
   て細い形状の前記上部金属を形成する工程とを具備した
   ことを特徴とした液晶表示装置の製造方法。