JPH09325365A - 液晶表示素子の製造方法および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レジスト膜の現像と残留レジストの剥離、およ
び金属薄膜や半導体薄膜あるいは絶縁耐薄膜の加工を完
全ドライプロセスで行う。 【解決手段】液晶表示素子を構成するための金属膜、誘
電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜の一部
がパターン状に形成された多層膜200 を成膜したガラス
基板上100 に高分子材料から構成したレジスト膜300 を
塗布し、所定の開口パターンを有する露光マスク400 を
介してエキシマレーザー光を照射し、照射部分のレジス
ト膜をアブレーション現象により除去して露出したレジ
スト膜パターンを形成し、レジスト膜パターンで露出さ
れた部分にエッチッグ処理を施して除去した後、エキシ
マレーザー光で残留レジスト膜をアブレーション現象に
より除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板上に液
晶表示素子を構成する各種の薄膜を成膜し、これにレジ
スト膜を用いたリソグラフィーで所定の薄膜パターンを
形成する液晶表示素子の製造方法および液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ受像機やパソコン等のモニターに
用いる画像表示装置として液晶表示素子が多用されてい
る。この種の液晶表示装置としては、マトリクス配列し
た２組の電極間に液晶層を挟持して電極の交差点で１画
素を構成する単純マトリクス型と、各画素毎に薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を配置したア
クティブ型とに大別される。

【０００３】特に、アクティブ型の液晶表示装置（ＴＦ
Ｔ−ＬＣＤ）は、動作速度とコントラストが大きく高解
像度であることから液晶表示装置の主流となっている。
薄膜トランジスタ型液晶表示装置は、選択素子である薄
膜トランジスタを形成した一方のガラス基板と、カラー
フィルタを形成した他方のガラス基板の間に液晶層を挟
持して貼り合わせ、その周辺に駆動ＩＣを実装すると共
に、下面に照明光源であるバックライトを設置して構成
される。

【０００４】上記一方の基板上への半導体等の薄膜パタ
ーンの形成は、スパッタリング、ＣＶＤ、その他で薄膜
を形成し、この上にレジストを塗布し、露光、現像、エ
ッチング、レジスト剥離といった一連のフォトリソグラ
フィープロセスが用いられている。また、他方の基板へ
のカラーフィルタも同様に、カラーフィルタ膜を一連の
フォトリソグラフィープロセスで形成している。

【０００５】従来、この種のカラーフィルタは、ガラス
板等の透明基板に先ずブラックマトリクスを形成した
後、赤、緑、青の各フィルタを順に形成する。これらの
形成方法は、それぞれの材料に感光性を持たせ、これら
薄層を成膜し、所定のパターンの開口を有する露光マク
スを介して紫外線を照射して、現像処理を施すという所
謂ホトリソグラフィーの現像工程を採用するのが一般的
である。

【０００６】この種のフォトリソグラフィープロセスで
使用されるレジスト材料乃至感光性カラーフィルタ材料
は、露光によって現像液に対する溶解性が生じるポジテ
ィブ型、これとは逆に溶解性がなくなるネガティブ型の
区分はあるが、被加工薄膜を覆って塗布したレジスト膜
又はカラーフィルタの各膜はいずれもウエットプロセス
である液体現像によってパターン形成が行われる。

【０００７】ＴＦＴ薄膜加工では、更に現像で形成され
たレジスト膜をマスクとしてウエットあるいはドライエ
ッチングプロセスにより所要の薄膜パターンを得る。そ
して、エッチングプロセスの終了後、残留しているレジ
スト膜は剥離液あるいはドライエッチングで除去され
る。なお、この種の液晶表示装置に関する従来技術を開
示したものとしては、例えば特開昭６３−３０９９２１
号公報や、「冗長構成を採用した12.5型アクティブ・マ
トリクス方式カラー液晶ディスプレイ」（1986年12月15
日マグロウヒル社発行 日経エレクトロニクス 1986年
12月15日 第 193〜210 頁）を挙げることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレジスト膜
又はカラーフィルタ膜のパターニングは、露光−現像と
いう２つのプロセスによって形成される。現像プロセス
では、現像液と現像装置が必要になるが、液晶表示装置
の基板サイズの大型化、生産量の大幅な増加は現像液の
使用量、現像装置の大型化、クリーンスペースの拡大に
伴う空調設備の大規模化を招いている。

【０００９】これと共に、現像液の廃液処理のコスト、
環境への影響といった問題も発生する。同じことがレジ
ストの剥離プロセスについても発生する。これに対し、
最近、紫外線パルスレーザであるエキシマレーザを用
い、上記金属膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜のパタ
ーニング用のレジスト、およびブラックマトリクスや各
フィルタ材料をウエット現像処理なしに加工する方法が
提案されている。

【００１０】この加工方法はエキシマレーザー光のアブ
レーション現象を利用するものであり、従来からマイク
ロマシニングの分野で主として用いられていた。一方、
薄膜トランジスタ型液晶表示装置レベルの精度をもつ薄
膜のパターン加工にエキシマレーザーのアブレーション
現象を適用しようとすると、装置構成、精度、加工面
積、加工時間等、種々の点において多くの問題を生じ
る。

【００１１】すなわち、回路基板に孔開け等を行う加工
では、その加工パターンは高々３０μｍφ程度の円形
で、各々の中心間位置精度は±２μｍ程度が要求される
が、円形の形状精度は±５〜１０μｍ程度は許容され
る。また、回路基板の絶縁層の厚みは２０〜５０μｍで
あり、従来のエキシマレーザーのアブレーションを利用
する加工はＬＳＩレベルの精度の加工とは異なる加工領
域の範疇に属する技術である。

【００１２】さらに、上記従来のエキシマレーザーのア
ブレーション現象を利用する加工は、加工対象である回
路基板の全体構成に対する加工箇所の面積あるいは体積
の比率は非常に小さいため、露光光量の利用率を如何に
向上させるかが重要な事項であり、加工対象の形状や厚
さに応じて独特な照明光学系が採用され、かつ結像は通
常、縮小タイプが多い。

【００１３】一方、ＴＦＴ−ＬＣＤのパネル（ガラス基
板）は大面積に亘って微細な繰り返しパターンを形成す
る必要があるため、上記したようなエキシマレーザーの
アブレーション現象を利用する加工法をそのまま適用す
ることはできない。また、ＶＬＳＩの場合のように、露
光機の露光光源として単にエキシマレーザーを用いよう
とした場合、使用するエキシマレーザーの光エネルギー
密度が低いため、高圧水銀灯を用いた従来の露光機の光
学系の大幅な変更は必要ない。しかし、アブレーション
現象を利用しようとすると、ＬＳＩ等のレジスト露光に
比べて格段に高いエネルギー密度が必要なため、結像系
として既存の露光機の基本的思想を利用することはでき
るが、光学部品のダメージ対策を考慮した光学系が必要
となる。

【００１４】すなわち、ＴＦＴ−ＬＣＤレベルの精度を
必要とするアブレーション加工技術は、加工精度、エネ
ルギー密度の観点から、従来の露光機に採用されている
光学系をそのまま応用することが不可能であるという問
題がある。また、エキシマレーザー光のアブレーション
現象を利用した加工は、原理的にマイクロマシニング加
工より更に精度の高い薄膜加工、例えば、ＴＦＴ液晶表
示素子のＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板等の高精細パ
ターン形成レベルの加工が十分に可能である。

【００１５】上記の高精細パターンの加工を実現するた
めの要素技術としてはいくつか挙げられるが、その１つ
にエキシマレーザー光に爆される露光マスクの耐加工性
の向上がある。例えば、ＴＦＴ液晶表示素子のＴＦＴ基
板の製造への適用を考えた場合、露光マスクのパターン
精度は少なくとも２μｍ以下が必要である。

【００１６】また、レジストのアブレーションを考えた
時は少なくとも１００ｍＪ／ｃｍ²以上の入射エネルギ
ー密度が必要である。これは結像光学系にもよるが、マ
スクへの入射エネルギーは最低でも２００ｍＪ／ｃｍ²
必要であることを意味し、加工精度を維持するためには
このような高い入力エネルギーに対して露光マスクに耐
加工性を具備する必要がある。

【００１７】最近、エキシマレーザーの出力は益々増加
しており、スループット向上を考えた場合に、露光マス
クへの入射エネルギーを５００ｍＪ／ｃｍ² 程度までは
考慮しておく必要がある。エキシマレーザー光の出力面
積は、通常の露光機用のランプに較べて小さい。これを
基板の全幅をカバーする様なスリット状照明光にする
と、結像レンズの口径が大きくなり、実用的でなくなる
という問題がある。

【００１８】しかしながら、このエキシマレーザーはい
わゆる不可視光であることから、予め露光マスクに位置
合わせマークを形成しておき、この位置合わせマークの
加工基板上の投影像を目安として加工基板に対するフォ
トマスクの位置合わせを行うという従来の手法を適用さ
せることができないという問題があった。そこで、エキ
シマレーザによるフォトマスクのパターンの投影を行う
光学系とは別個に、可視光によるフォトマスク（露光マ
スク）の位置合わせマークの投影を行う光学系を設ける
のが一般的であった。

【００１９】しかし、このような構成は別個の光学系を
設けることによる複雑化を免れることはできない。この
ような問題点は、露光マスクを介してエキシマレーザを
選択照射することによって加工を行うレーザ加工装置に
おいても同様であった。上記の対策としては、誘電体膜
と金属膜を重ね合わせた露光マスクとすれば良いが、金
属膜は強い紫外レーザー光によってダメージを受け易
く、上記誘電体膜と金属膜をどのように重ねるかという
構造上の問題が生起する。

【００２０】また、紫外光反射用の誘電体膜を形成した
場合、この誘電体膜が可視光に対して透明な場合が多い
ために、露光マスクと被加工基板とのアライメントに通
常の光学系を用いることが困難であるという問題があ
る。さらに、アブレーションで発生する加工生成物であ
るデブリスは加工後に被加工物を洗浄するか、または加
工材料に応じて、ヘリウム等の不活性雰囲気中で加工す
るか、あるいは酸素雰囲気中で加工することによって低
減している。

【００２１】しかし、前記従来の技術においては、アブ
レーションによって発生するデブリスを完全に除くこと
は困難である。特に、被加工物に再付着したデブリスを
除去することは難しい。さらに、デブリスの形態は材料
の種類や入射エネルギーの強度によって、気体状のもの
から数μｍ程度の大きさの粒子に至るまでの広範囲の形
態で分布しており、加工後の洗浄も発生したデブリスの
形態によって種々の方法を考えねばならない。

【００２２】また、ヘリウム雰囲気中での加工では、ア
ブレーションのプルーム（爆発雲）の噴出速度が空気中
での速度よりもより速いためにデブリスが遠くに分散さ
れ、見掛け上デブリスが減少したように見える。これ
は、酸素雰囲気中では、発生したデブリスが酸化され気
体状になる結果と考えられる。上記したヘリウム、ある
いは酸素の雰囲気での加工が効果を持つのは比較的限ら
れた材料の加工においてのみであり、あらゆる材料の加
工において有効であるわけでは無い。

【００２３】さらにまた、考慮すべき本質的な点は、高
速の加工を行うためにエキシマレーザーの発振周波数を
大きくして行くと、先行するエキシマレーザーパルスに
よって生じたプルームがまだエキシマレーザーの光路中
に存在している状態で後続のエキシマレーザーによるア
ブレーションが実行されることになるために、当該後続
するアブレーションのためのエキシマレーザーにエネル
ギー損失を招くという問題がある。

【００２４】このような理由から、アブレーションによ
り発生したプルームを高速で除去することが、単にデブ
リスを除くという以上に重要な課題となっている。上記
従来技術の諸問題を解消するため、本発明の第１の目的
は、レジスト膜の現像と残留レジストの剥離、および金
属薄膜や半導体薄膜あるいは絶縁耐薄膜の加工を新しい
原理を用いた完全ドライプロセスで行うことにより、製
造コストの低減と環境問題の解決を図った液晶表示素子
の製造方法を提供することにある。

【００２５】本発明の第２の目的は、レジスト膜の現像
と残留レジストの剥離を新しい原理を用いた完全ドライ
プロセスで行うことにより製造した液晶表示装置を提供
することにある。本発明の第３の目的は、高精度でかつ
エキシマレーザー光による光学系のダメージを回避した
液晶表示素子の製造方法を提供することにある。

【００２６】本発明の第４の目的は、小面積の露光マス
クを用いて大サイズの液晶表示素子基板を製造するレジ
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。本発明の第５の目的は、エキシマレーザー光に対す
る耐加工性を増大させた高精度の誘電体多層膜からなる
エキシマレーザー加工用の露光マスクを備えた液晶表示
素子の製造装置を提供することにある。

【００２７】本発明の第６の目的は、簡単な構成で露光
マスクとガラス基板とを高精度で位置合わせする位置合
わせ装置を備えた液晶表示素子の製造装置を提供するこ
とにある。本発明の第７の目的は、エキシマレーザー光
によるアブレーション加工で発生するデブリスの除去装
置を備えた液晶表示素子の製造装置を提供することにあ
る。

【００２８】なお、以下の説明では、エキシマレーザー
を用いたアブレーション加工装置を現像機、または露光
機とも称する。

【００２９】

【課題を解決するための手段】

〔第１の目的を達成するための構成〕上記第１の目的を
達成するために、請求項１に記載の第１の発明は、液晶
表示素子を構成するための金属膜、誘電体絶縁膜、半導
体膜の薄膜、ないしは前記薄膜の一部がパターン状に形
成された多層膜を成膜したガラス基板上に高分子材料か
ら構成したレジスト膜を塗布し、所定の開口パターンを
有するマスクを介してエキシマレーザー光を照射して照
射部分のレジスト膜をアブレーション現象により除去す
ることで前記マスクの開口パターンに対応して前記薄膜
を露出したレジスト膜パターンを形成し、前記レジスト
膜パターンで露出された前記薄膜にエッチング処理を施
して除去した後、エキシマレーザー光を照射して残留レ
ジスト膜をアブレーション現象により除去することを特
徴とする。

【００３０】また、請求項２に記載の第２の発明は、第
１の発明における前記レジスト膜の吸光係数を、波長２
４８ｎｍのエキシマレーザー光に対して５×１０⁴ ｃｍ
^-1以上の材料を用いることを特徴とする。さらに、請求
項３に記載の第３の発明は、第１の発明における前記高
分子化合物を、加熱または乾燥の何れかにより環状また
は網目状の架橋構造を形成する熱硬化型としたことを特
徴とする。

【００３１】さらに、請求項４に記載の第４の発明は、
第１の発明における前記レジスト膜を、波長２４８ｎ
ｍ、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ² のエキシマレー
ザーのパルス光に対して、０．０４μｍ／ｓｈｏｔ以上
のアブレーション速度をもつ材料としたことを特徴とす
る。 〔第２の目的を達成するための構成〕上記第２の目的を
達成するために、請求項５に記載の第５の発明は、金属
膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜
の１または複数からなる多層膜を高分子材料から構成し
たレジスト膜を用いたエキシマレーザー光のアブレーシ
ョン現象により加工して得た一方のガラス基板と、ブラ
ックマトリクスおよび複数のカラーフィルタを形成した
他方のガラス基板の間に液晶層を挟持して液晶被装置を
構成したことを特徴とする。

【００３２】また、上記第２の目的を達成するために、
請求項６に記載の第６の発明は、第５の発明における前
記ガラス基板のブラックマトリクスおよび／または複数
のカラーフィルタが、ブラックマトリクス膜および／ま
たは複数のカラーフィルタ膜を所定の開口パターンを有
するマスクを介してエキシマレーザーで照射して当該照
射部分のブラックマトリクス膜および／または複数のカ
ラーフィルタ膜をアブレーション現象により加工してな
ることを特徴とする。 ［第１の目的を達成するための構成の作用〕エキシマレ
ーザー光のアブレーション現象（ホト・デコンポジショ
ン・アブレーション：Photo Deconposition Ablation）
による高分子材料の加工は、短パルスの紫外光レーザー
によって高分子の結合が非熱的に切断される現象（解
裂）を利用するもので、高精度の薄膜加工を行うことが
できるという特徴をもつ。

【００３３】このアブレーション現象を利用すること
で、エキシマレーザー光を用いた露光機による露光プロ
セスのみによってレジスト膜のパターン形成が可能とな
り、従来の現像プロセスを完全に省略することができ
る。さらに、パターン加工後に残留するレジストもエキ
シマレーザー光の単純な照射にみにより除去することが
でき、従来技術で不可欠の大面積のレジスト剥離装置と
剥離液は不要となる。

【００３４】上記アブレーション現象を利用した加工に
適応するレジスト材には、当然として従来のレジスト材
とは異なる性質を必要とする。すまわち、エキシマレー
ザー光を効率よく吸収し、吸収したエネルギーによって
原子間の結合が効率よく解裂されることが重要である。
エキシマレーザーの主要な発振周波数の波長は現在のと
ころ４種類あるが、２４８ｎｍまたは３０８ｎｍが実用
的で、特に結合の解裂には波長２４８ｎｍのエキシマレ
ーザー光が有利である。

【００３５】波長２４８ｎｍのエキシマレーザー光で種
々の高分子材料の解裂を検討した結果、高いレートでア
ブレーション加工を行うためには、レジスト膜の吸収計
数が５×１０⁴ ｃｍ^-1以上を必要であることが分かっ
た。このような強い吸収を示すためには、レジスト材中
に芳香族環（Ａｒ：アロマテック）を有する置換基が存
在する必要がある。置換基の結合様式の差による吸収強
度の差異は、芳香族環との直接的結合様式によって殆ど
一義的に決まる。この点に関しては、例えば「Absorpti
on Spectra in the Ultraviolet and visible region」
（Edited by L.Lang ,Akademimi Kiado ,Budapest 196
6) の各データを比較すれば明らかである。

【００３６】芳香族環に吸収されたエネルギーが効率よ
く解裂に変換される結合は、これまでの検討結果から、
イミド樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹
脂が挙げられ、これらの内、少なくとも１種類をもつ高
分子材料がエキシマレーザー光のアブレーション加工用
として最適のレジスト材料である。このような材料を用
いることにより、波長２４８ｎｍ、またはその近傍のエ
キシマレーザー光に対する吸光効率を向上できる。

【００３７】上記のエキシマレーザー光のアブレーショ
ン加工用レジスト材の高分子化合物が加熱または乾燥の
何れかの手段によって環状ないし網目状の架橋構造を形
成する熱硬化型であることが非熱的なアブレーションお
よび高精度の加工端面を実現するために必要である。こ
れらは、当然ながらレジスト材としてガラス基板上に形
成された金属膜、誘電体絶縁膜、導電膜等の薄膜ないし
それらの一部がパターニングされた多層膜上にスピン回
転塗布、ロールコーティング、ロッドコーティング等の
塗布手段によって３μｍ以下の均一な塗膜を形成できる
ことが必要であり、このためには分子量、溶剤、界面活
性剤、フィラー等の混合量を調整して、必要な塗布特性
を満足させることが重要である。

【００３８】さらに、レジスト材として、加熱重合後、
下地となった各薄膜のウエットエッチングまたはドライ
エッチングにおけるエッチング雰囲気に対して十分な耐
性を持つことが重要である。図１および図２は上記した
特徴をもつエキシマレーザー光のアブレーション加工用
レジスト材を用いた本発明による液晶表示素子の製造方
法を説明する工程図である。

【００３９】まず、図１の（ａ）に示したように、金属
膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜
の一部がパターン状に形成された多層膜２００を形成し
たガラス基板１００上に、スピン回転塗布、ロールコー
ティング、ロッドコーティング等の塗布手段によってレ
ジスト膜３００を３μｍ以下の均一な塗膜を形成する
（ｂ）。

【００４０】レジスト膜３００を塗布したガラス基板１
００に対し、誘電体多層膜を不透過膜とする所要の開口
パターンを有する露光マスク４００を介して例えば波長
２４８ｎｍのエキシマレーザー光を照射する（ｃ）。こ
のとき、エキシマレーザー光はエキシマレーザーからの
レーザー光を結像レンズでレジスト膜３００に結像され
る。この照射エネルギー密度は、５０ｍＪ／ｃｍ² 以
上、３００ｍＪ／ｃｍ² 以下である。

【００４１】その結果、（ｄ）に示したように、露光マ
スク４００の開口パターンに対応した部分のレジストが
除去されたレジストパターンがエキシマレーザー光のア
ブレーション現象で加工され、金属膜、誘電体絶縁膜、
半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜の一部がパターン状
に形成された多層膜２００が所要のパターンで露出す
る。

【００４２】次いで、図２の（ｅ）に示したように、
（ｄ）のガラス基板にウエットエッチングないしはドラ
イエッチングを施して金属膜、誘電体絶縁膜、半導体膜
の薄膜、ないしは前記薄膜の一部がパターン状に形成さ
れた多層膜２００の露出部分を除去して所要のパターン
が形成される。その後、１５０ｍＪ／ｃｍ² 以下のエネ
ルギー密度をもつ波長２４８ｎｍまたは波長３０８ｎｍ
のエキシマレーザー光をパターン形成面の全面を照射す
る全面アブレーション加工で残留したレジスト膜を除去
し（ｆ）、所要のパターンにパターニングされた金属
膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜
の一部がパターン状に形成された多層膜２００を形成し
たガラス基板１００が得られる（ｇ）。

【００４３】このように、エッチングプロセスを除い
て、リソグラフーの装置としては露光と剥離の２台のエ
キシマレーザー光照射装置を必要とするだけで、特にレ
ジストの剥離装置にはマスクを用いないため、極めて簡
単な構成で、かつ安価なエキシマレーザー光照射装置で
よく、製造装置の大幅なコスト削減が可能である。 ［第２の目的を達成するための構成の作用〕例えば、Ｔ
ＦＴ−ＬＣＤの場合の一方のガラス基板であるＴＦＴ基
板（スイッチング素子側基板）に薄膜トランジスタを形
成するための金属膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、
ないしは前記薄膜の１または複数からなる多層膜の加工
を、高分子材料から構成したレジスト膜を用いたエキシ
マレーザーのアブレーション現象により加工する。

【００４４】このガラス基板と、ブラックマトリクスお
よび複数のカラーフィルターを形成した他方のガラス基
板の間に液晶層を挟持させることで低コスト、かつ環境
に影響を与えることのない高品質の液晶表示装置が得ら
れる。また、上記他方のガラス基板のブラックマトリク
スおよび／または複数のカラーフィルターが、ブラック
マスク膜および／または複数のカラーフィルタ膜を、高
分子材料から構成したレジスト膜を用いたエキシマレー
ザーのアブレーション現象により加工したものを用いる
ことにより、さらに低コスト、かつ環境に影響を与える
ことのない高品質の液晶表示装置が得られる。 〔第３の目的を達成するための構成〕上記第３の目的を
達成するために、本発明は図３に示し下記に記載した構
成としたことを特徴とする。

【００４５】図３は本発明による液晶表示素子の製造に
用いるエキシマレーザー光のアブレーション現象を利用
した露光機の構成例を説明する模式図であって、１はエ
キシマレーザー、３，５はレンズ、４は分割レンズ、６
はコンデンサレンズ、７は露光マスク、８は結像レン
ズ、９は入射瞳、１０は被加工物であるレジスト塗布ガ
ラス基板、１１はＸ−Ｙテーブル（１１ａはＸ−Ｙマス
クテーブル、１１ｂはＸ−Ｙ基板テーブル）である。

【００４６】同図において（１）エキシマレーザー１と
して紫外光パルスレーザーを用い、このエキシマレーザ
ー１からの出力光ビーム（エキシマレーザー光）を所定
の開孔パターンを有する露光マスク７と結像レンズ８を
介して結像面に置かれた加工物（レジスト塗布ガラス基
板、以下単に被加工物とも言う）１０に照射して露光マ
スク７の開孔パターンに対応したパターンアブレーショ
ン現象で加工形成（現像）する。

【００４７】上記エキシマレーザー１の出力光ビームを
小面積の多数の光ビームに分割して各光ビームをそれぞ
れ集光し、各集光点を照明光源として露光マスク７の面
を均一に照射し、かつ、結像レンズ８の入射瞳９に照明
光源の像を形成して、露光マスク７の開孔パターンを結
像レンズ８の結像面に置かれた被加工物１０の限定領域
に対して一対一に結像すると共に、限定領域を被加工物
１０の全域に走査させることにより、被加工物１０の全
域にアブレーション現象による露光マスク７の開孔パタ
ーンに対応したパターンを現像形成する。

【００４８】また、（２）エキシマレーザー１の出力光
ビームを所定の開孔パターンを有する露光マスク７と結
像レンズ８を介してその結像面に置かれた被加工物１０
に照射し、被加工物１０にアブレーション現象による露
光マスク７の開孔パターンに対応したパターンを現像形
成するエキシマレーザー光のアブレーション現象を用い
た液晶表示素子の製造装置であって、エキシマレーザー
１の出力光ビームを小面積の光ビームに分割してそれぞ
れを集光するレンズアレー４と、このレンズアレー４の
集光点を照明光源として露光マスク７の面を均一に照射
する照明光学系６と、照明光学系６で照明された露光マ
スク７の像を被加工物１０の限定領域に一対一で結像す
る入射瞳９を有する結像レンズ８と、上記限定領域を被
加工物１０の全域に走査させるために露光マスク７およ
び被加工物１０を露光マスク７の平面と平行な面の２方
向に移動させるＸ−Ｙテーブル１１ａ，１１ｂとを備
え、限定領域を被加工物１０の全域に走査させることに
より、被加工物１０の全域にアブレーション現象による
露光マスク７の開孔パターンに対応したパターンを現像
形成するアブレーション現像を施す構成としたことを特
徴とする。

【００４９】なお、上記Ｘ−Ｙテーブル１１ａ，１１ｂ
は、一方のテーブル１１ａを露光マスク移動用に、他方
のテーブル１１ｂを被加工物移動用として、両者を相対
的に一方向（例えば、Ｘ方向）と前記一方向と直交する
他方向（例えば、Ｙ方向）に移動させる構成としてもよ
い。さらに、（３）上記（２）における照明光学系が、
エキシマレーザー１の出力光ビームをレンズアレー４で
小面積の光ビームに分割する以前に光軸に沿った平行ビ
ームとするためのレンズ３を備え、レンズアレー４がそ
れぞれ偶数個のレンズからなる二組の分割レンズからな
り、二組の各レンズは平行に入射した前記紫外光パルス
レーザーの出力光ビームを分割して集光する第一のレン
ズと第二のレンズの各アレーを構成し、第一のレンズが
作る焦点は第二のレンズとの中間に位置し、焦点から発
散する光束が第二のレンズの対応するレンズ面積内に完
全に収まるごとく配置してなり、第一および第二のレン
ズの後段で露光マスク７の面の近傍に第二のレンズから
出射した各光束を同一の面積に集光させる第三のレンズ
５を設置し、露光マスク７の面の近傍に第三のレンズに
よる集光面を露光マスク７の面に完全に一致させると同
時に結像レンズ８の入射瞳９上に分割レンズによる焦点
アレーの像を結像させる第四のレンズ６を設けたことを
特徴とする。

【００５０】さらに、（４）上記（３）における照明光
学系が、紫外光パルスレーザー１の出力光ビームの断面
をＸ−Ｙ座標平面としたとき、Ｘ軸とＹ軸に平行な各々
独立の光学系により構成し、各光学系は上記Ｘ軸、Ｙ軸
で形成される座標軸を円筒の軸とする円筒形レンズによ
って構成したことを特徴とする。さらに、（５）上記
（４）におけるＸ軸、Ｙ軸の各光学系を構成する第四の
レンズ６を非球面の単一レンズとしたことを特徴とす
る。

【００５１】さらに、（６）上記（２）における結像レ
ンズ８が、レンズ内で光束が最も絞られる箇所が中空と
なるように構成したテレセントリック対称形レンズとし
たことを特徴とする。さらに、（７）上記（２）におけ
る露光マスク７が、エキシマレーザー１の出力光ビーム
の波長に対する反射膜となる誘電体多層膜をパターン形
成してなり、像面に設置した被加工物１０と結像レンズ
８の光軸上の一点に対して点対称となるように被加工物
１０と露光マスク７の両者を移動させることを特徴とす
る。

【００５２】さらに、（８）上記（７）における露光マ
スク７への照明領域を長方形とし、その長辺の長さを上
記（６）における対称レンズの所定の解像度および像歪
を満たす範囲とし、その短辺方向に露光マスク７および
被加工物１０を連続的に移動させて被加工物１０および
露光マスク７の端部に達した時点で照明面積の長手方向
に露光マスク７および被加工物１０を移動させ、続いて
前記短辺方向に連続的に移動させる走査を繰り返して被
加工物１０の全域をアブレーション加工することを特徴
とする。

【００５３】さらに、（９）上記（８）における露光マ
スク７上への長方形の照明領域の長辺の端部でのエネル
ギー密度分布の立上りを短辺の端部より５０μｍ以下と
なるように前記露光マスク７の上部にナイフエッジによ
る長方形開孔パターンまたは誘電体多層膜の長方形開孔
パターンにより調整された照明領域を持ち、かつ長方形
開孔パターンの短辺が当該開孔パターン間の中間に位置
することを特徴とする。

【００５４】さらに、（１０）上記（２）におけるエキ
シマレーザー１の出力光ビームを水平方向とすると共
に、露光マスク７および被加工物１０を保持するＸ−Ｙ
テーブル１１ａ，１１ｂを水平方向として照明光を一回
の４５度反射のみで露光マスク７の面に入射させると共
に露光マスク７および被加工物１０の中間に上記（６）
の結像レンズ８を配置したことを特徴とする。

【００５５】さらに、（１１）上記（１０）において上
記（２）および（３）の照明光学系の第四のレンズを４
５度反射ミラーの後段でかつ露光マスク７の直前に配置
したことを特徴とする。さらに、（１２）上記（１０）
において、紫外光パルスレーザー１からなる光源部とこ
の光源を除いた構成部分からなるアブレーション現像部
のそれぞれを、分離壁で独立させた清浄度が異なる部屋
に設置すると共に、紫外光パルスレーザーからなる光源
部から出射したレーザー光ビーム（エキシマレーザー
光）を上記分離壁に設けた透過窓板を通して前記アブレ
ーション現像部に導入する構成としたことを特徴とす
る。

【００５６】さらに、（１３）上記（１２）におけるエ
キシマレーザー１からなる光源部と光源を除いた構成部
分からなるアブレーション現像部の各部を防振床に設置
したことを特徴とする。さらに、（１４）上記（１２）
におけるエキシマレーザー１からなる光源部から出射し
たレーザー光ビームのアブレーション現像部を構成する
光学系に対するずれを透過窓板の傾きに変換することに
より補正することを特徴とする。

【００５７】このように、上記各構成とした方法および
装置は、特に、ＴＦＴ等のカラー液晶表示パネルを構成
するカラーフィルタ基板の光吸収膜（ＢＭ、所謂ブラッ
クマトリクス）や３色のカラーフィルタを形成する際の
カラーフィルタ薄膜のパターンニング及びＴＦＴ基板を
構成する各種の薄膜のレジストおよびレジストパターン
によるパターニングに好適である。 〔第３の目的を達成するための構成の作用〕この構成
は、エキシマレーザー光のアブレーション現象を利用し
て、特に、ＴＦＴ等のカラー液晶表示パネルを構成する
ＴＦＴ構成膜やカラーフィルタ基板の光吸収膜（ＭＢ、
所謂ブラックマトリクス）や３色のカラーフィルタを形
成する際のレジスト薄膜のパターンニング及びＴＦＴ各
層のレジストのパターニング等の高精細度パターン加工
を行うものである。

【００５８】前記したように、アブレーション現象は、
高いエネルギー密度を持つ紫外エキシマレーザー光（エ
キシマレーザー光）を物質に照射したときに、光の当た
った部分の物質が光分解（解裂）して飛散する現象を言
う。したがって、開口パターンを形成した露光マスクを
介してエキシマレーザー光を物質に結像するように照射
すると、物質には露光マスクの開口パターン通りのパタ
ーンが形成されることになる。

【００５９】可視光波長以上の波長を持つレーザー光を
照射したときの物質の分解は、主として熱過程によって
起こるが、エキシマレーザー光の場合は、特に多くの有
機物に対しては化学結合を直接切断する（解裂する）非
熱過程により分解する。アブレーション現象を利用した
レジスト膜の現像（アブレーション現像）は、このよう
な非熱的光分解を利用してレジスト等にパターンを形成
するものであり、従来のホトリソグラフィーでの露光、
現像の二つの工程を露光工程のみで完了する加工方法で
ある。

【００６０】上記の説明から明らかなように、アブレー
ション現像を行う装置は本質的に露光機であり、露光マ
スクのパターンを所要の精度でレジスト膜上に結像する
という光学系の原理はアブレーション現像機の場合も変
わらない。露光機の光学系の基本的な条件は、結像面の
光強度分布が均一であることと、結像パターンの要求精
度を満たすことである。この条件に対して、露光機の光
学系は照明光学系と結像レンズ系の二つの部分に分けら
れ、前者は主として均一照明を、後者は結像性能を決定
する。 〔第４の目的を達成するための構成〕本発明の第４の目
的である小面積の露光マスクを用いて大サイズの液晶表
示素子基板（ガラス基板）を製造するレジストパターン
の形成方法とその装置は下記の構成としたことにより達
成される。

【００６１】（１）波長２４８ｎｍまたは３０８ｎｍ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テーブル（Ｘ−Ｙマスクテー
ブル）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、上記ガラス基板を保持し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テーブ
ル（Ｘ−Ｙ基板テーブル）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
の開口パターンをガラス基板上に被覆したレジスト層に
１：１に形成する。

【００６２】（２）上記（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マスクテーブルおよびＸ−Ｙ基
板テーブル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
動させて同様なスキャン（ステップ−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。

【００６３】（３）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、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、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。

【００６４】（４）また、露光マスクが、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、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、各開口パターンに対応してＸ
−ＹマスクテーブルおよびＸ−Ｙ基板テーブルをエキシ
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ステップ−
スキャン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。

【００６５】（５）そして、ガラス基板上に液晶表示素
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２４８ｎｍ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、露光マス
クを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、露光マスクをを保持して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Ｘ方向と直交するＹ
方向に移動可能としたＸ−Ｙマスクテーブルと、露光マ
スクの開口パターンを絶縁基板上に１：１に投影する屈
折型対称結像光学レンズと、絶縁基板を保持してＸ−Ｙ
マスクテーブルと独立してＸ−Ｙマスクステージと平行
な平面内のＸ方向およびＸ方向と直交するＹ方向に移動
可能としたＸ−Ｙ基板テーブルとを少なくとも具備し、
Ｘ−ＹマスクテーブルとＸ−Ｙ基板テーブルを同一方向
または反対方向に一次元にスキャンさせることにより、
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、ガラス基板上に塗布し
たレジスト層に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。 〔第４の目的を達成するための構成の作用〕上記の構成
により、ステップ−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、大
サイズのガラス基板におけるレジストのパターン露光と
現像とが一体化され、高速かつ低コストのレジストパタ
ーニング処理が実現される。 〔第５の目的を達成するための構成〕本発明の第５の目
的であるを液晶表示素子の製造装置に備えるエキシマレ
ーザー光に対する耐加工性を増大させた高精度の誘電体
多層膜からなるエキシマレーザー加工用の露光マスク
は、紫外光に対して透明なガラス基板の光の入射面と反
対の面上に下記の（１）〜（５）を要件とした誘電体多
層膜等を形成することによって達成される。 （１）ガラス基板上にその光路長が使用波長の１／４と
なる第１層、この上に同じく光路長が１／４波長となる
第２層を重ねる。第１層の屈折率は第２層の屈折率より
も高くとり、以下この構成を繰り返した誘電体多層膜上
に基板ガラスの屈折率よりも高い屈折率を持つ１／４波
長の光路長を持つ第３の誘電体層を形成した多層構造を
とるものとする。

【００６６】誘電体パターン形成に際しては、レジスト
パターンを形成した後、イオンミリングに依って当該パ
ターンを形成するか、または最上層に金属膜を成膜し、
この金属膜のみをエッチングして所望の金属膜パターン
を形成し、これを露光マスクとしてドライエッチングに
より誘電体層のパターニングを行う。 （２）上記構造での使用波長に対する誘電体層を透過す
るエネルギー密度が基板上の被加工膜のアブレーション
閾値以下となる様に誘電体層を構成する。 （３）上記（１）における誘電体のパターニング用マス
ク金属膜を露光マスクの構成材としてそのまま残す構造
とする。この時、エキシマレーザー光に対する誘電体層
の透過エネルギー密度を当該金属膜のダメージ閾値以下
となる様な膜厚で構成する。 （４）上記構成に於ける金属膜として、特にＣｒを用い
る。 （５）上記の誘電体層を構成する低屈折率材料としてＬ
ｉＦ，ＭｇＦ₂ ，ＳｉＯ ₂ ，ＹＦ₃ ，ＬａＦ₃ ，ＴｈＦ
₄ を用い、高屈折率材料としてＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，Ｔ
ｈＯ₂ ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＨｆＯ₂ の内いずれか
の組合せを用いる。

【００６７】すなわち、さらに詳細な構成を説明する
と、露光マスクは、紫外光に対して透明なガラス基板
と、このガラス基板上に紫外光の波長を選択的に反射す
る誘電体多層膜パターンを形成した誘電体マスクを構成
してなる。また、露光マスクは、紫外光に対して透明な
ガラス基板と、前記ガラス基板の紫外光入射側とは反対
側の面上に、光路長が使用紫外光の１／４波長の膜厚を
持つ第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の上に同じ
く光路長が１／４波長でかつ前記第１の誘電体層の屈折
率より小である第２の誘電体層を重ねてなる二層膜の組
合せを繰り返し成膜した誘電体多層膜と、前記誘電体多
層膜の最上層に前記ガラス基板の屈折率より大きな屈折
率を持つと共にその光路長が使用紫外線の１／４波長と
なる第３の誘電体層を有することを特徴とする。

【００６８】さらに、液晶表示素子の製造装置は、紫外
光としてエキシマレーザー光の２４８ｎｍ，３０８ｎ
ｍ，３５１ｎｍの波長を用いると共に、上記各波長での
ガラス基板に形成された誘電体層の透過エネルギー密度
を被加工膜のアブレーション閾値以下に設定したことを
特徴とする。さらに、上記第３の誘電体層の上に金属膜
を成膜すると共に、前記エキシマレーザー光の各波長の
前記誘電体層の透過エネルギー密度を前記金属膜のダメ
ージ閾値以下に設定したことを特徴とする。

【００６９】そして、上記金属膜の材料がＣｒであるこ
とを特徴とする。さらに、上記誘電体層を構成する第１
の誘電体材料がＡｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＴｈＯ₂ ，Ｓｃ₂
Ｏ₃ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＨｆＯ₂ の内の何れかまたは２以上の
組合せであり、上記第２の誘電体材料がＬｉＦ，ＭｇＦ
₂ ，ＳｉＯ₂ ，ＹＦ₃ ，ＬａＦ₃，ＴｈＦ₄ の内の何れ
かまたは２以上の組合せであることを特徴とする。

【００７０】そして、露光マスクの形成方法は、紫外光
に対して透明なガラス基板上に、光路長が使用紫外光の
１／４波長の膜厚を持つ第１の誘電体層を形成し、第１
の誘電体層の上に同じく光路長が１／４波長でかつ第１
の誘電体層の屈折率より小である第２の誘電体層を形成
してなる誘電体多層膜を形成後、誘電体多層膜の最上層
にガラス基板の屈折率より大きな屈折率を持つと共にそ
の光路長が使用紫外線の１／４波長となる第３の誘電体
層を形成する誘電体多層膜形成工程と、誘電体多層膜の
上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜をホト
リソグラフィーにより露光マスクとしての開口パターン
を形成する金属膜パターニング工程と、金属膜の開口パ
ターンをマスクとしてエッチングにより誘電体多層膜に
露光マスクとしての開口パターンを形成する誘電体多層
膜パターニング工程とを含むことを特徴とする。 〔第５の目的を達成するための構成の作用〕誘電体多層
膜の選択反射等の機能はフィルター，ミラー，反射防止
膜等に応用されており、その原理については例えば、
Ｍ．Ｂｏｒｎ＆Ｅ．Ｗｏｌｆ，”Ｐｒｉｍｃｉｐｌｅｓ
ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ”４ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ １９
７０ｐｐ５１〜７０に詳細に記述されている。

【００７１】上記文献によれば、反射ミラーは高屈折率
の１／４波長膜と低屈折率の１／４波長膜を交互に重ね
合わすことにより、屈折率及び層数によって所与の反射
率を得ることが出来る。本発明では、エキシマレーザー
光で露光マスクを照射し、被加工膜基板上に露光マスク
の開口パターン像を結像する場合への適用を第１義とし
ており、入射光はマスク面に垂直である場合が殆どであ
ることから、以下では垂直入射のみとして議論を進め
る。この場合、上記文献の第６９頁に記載の式９６に示
す通り、Ｎ個の２層構造から成る多層膜の反射率Ｒ（２
Ｎ）は次の（１）式で与えられる。

【００７２】 Ｒ（２Ｎ）＝｛〔1-( ｎ_e / ｎ₁ ）×( ｎ₂/ｎ₃ ）^2N〕／〔1+ｎ_e / ｎ₁ ） ×（ｎ₂/ｎ₃ ）^2N〕｝² ・・・（１） ここで、ｎ₁ はマスクを構成する入射媒体の屈折率、ｎ
_e は出射媒体の屈折率、ｎ_2,ｎ₃ は各々多層誘電体層を
構成する高屈折率側誘電体の屈折率および低屈折率側誘
電体の屈折率である。

【００７３】上記（１）式から明らかなように、誘電体
の層数が多い程、またｎ₂ ／ｎ₃ の比が大きい程反射率
は大きくなる。一方、精細度の高いパターンを作る為に
は誘電体層の層数をできるだけ少なくする必要がある。
そのためには、ｎ₂ ／ｎ₃ の大きな組み合わせを選ぶこ
とになるが、使用可能な誘電体材料の屈折率の値は１．
３〜２．３の範囲にほぼ限られており、任意の組み合わ
せが得られる訳ではない。

【００７４】更に、アブレーションにマクスを適用する
場合、エキシマレーザー光に対する耐性を考慮する必要
があるが、いくつかの文献、例えば、F.Rainer et al,
Applied Optics Vol. 24, No.4（1985）p496〜p500に示
されているように、耐性の高い材料は屈折率が小さいと
いう傾向がある。上記文献に依れば、耐性の強い低屈折
率材料としてＬｉＦ，ＭｇＦ₂ ，ＳｉＯ₂ ，ＹＦ₃ ，Ｌ
ａＦ₃ ，ＴｈＦ₄ が、また高屈折率材料としてＡｌ₂ Ｏ
₃ ，ＭｇＯ，ＴｈＯ₂ ，Ｓｃ₂ Ｏ₃ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＨｆＯ
₂ 等が挙げられるが、高屈折率材料はこれらに関して例
外なく低屈折率材料に比べて耐性は低い。

【００７５】従って、材料の組み合わせは更に限定され
るので、少しでも反射率を改善する多層膜の構成を検討
する必要がある。図４は誘電体多層膜マスクの基本的構
成の１例を説明する断面模式図、図５は誘電体多層膜マ
スクの基本的構成の他例を説明する断面模式図であっ
て、７１は石英ガラス基板、７２は高屈折率誘電体層、
７３は低屈折率誘電体層である。

【００７６】図４における入射媒体は石英ガラスで出射
媒体は空気であり、入射媒体の屈折率ｎ₁ は１．０、出
射媒体の屈折率ｎ_e は１．５であって、屈折率比ｎ_e ／
ｎ₁は１．０／１５＝０．６６である。また、図５にお
ける入射媒体は空気で出射媒体は石英ガラスであり、入
射媒体の屈折率ｎ₂ は１、出射媒体の屈折率ｎ_e は１．
５であって、屈折率比ｎ_e ／ｎ₂ は１．５／１．０＝
１．５である。

【００７７】上記図４と図５に示した誘電体多層膜マス
クを比較して、何れの構成のマスクが有利であるかは、
上記した屈折率比ｎ_e ／ｎ₁ の値の差であることは式
（１）から明らかである。図６は前記図４に対応した屈
折率比ｎ_e ／ｎ₁ と反射率との関係を層数をパラメータ
とした説明図である。

【００７８】また、図７は前記図５に対応した屈折率比
ｎ_e ／ｎ₁ と反射率との関係を層数をパラメータとした
説明図である。層数は各々下から上に向かって１層から
１０層まで変化している。ここで、マスクを構成する基
板は石英ガラスで、波長２４８ｎｍに於ける屈折率は
１．５である。

【００７９】光が空気側から入射する図７の場合、屈折
率比ｎ_e ／ｎ₁ は１．５であり、他方基板側から入射す
る図６の場合は１／１．５となり、層数が増加するに従
いその差は実際上無視出来ることが図より明らかであ
る。但し、ｎ₂ ／ｎ₃ の値があまり大きくなく１０層以
下の場合はこの差は顕著である。図８は本発明によるエ
キシマレーザー加工用マスク（露光マスク）の基本構造
を説明する模式断面図であって、前記図４に示した多層
誘電体層の最上層に屈折率ｎがマスクを構成する入射媒
体の屈折率ｎ₁ より大きいｎ＞ｎ₁ なる１／４波長膜
（追加の高屈折率層４）を一層加えると前記（１）式は
下記（２）式のように変更され、上記の問題は解消され
る。

【００８０】 Ｒ（２Ｎ＋１）＝｛〔1-( ｎ₁ ｎ_e / ｎ²)・( ｎ₂/ｎ₃ )^2N 〕 ／〔1+( ｎ₁ ｎ_e / ｎ²)・( ｎ₂/ｎ₃ )^2N 〕｝² ・・・・（２） この追加の高屈折率層７４は、透過光の最終段階にある
ために必ずしもレーザー耐性が強くなくても良いので、
屈折率の高い材料を選ぶことが出来る。

【００８１】図９は図８の金属膜７５の層を除き追加の
高屈折率層としてＡｌ₂ Ｏ₃ を用いた場合の多層誘電体
層の屈折率比ｎ₂ ／ｎ₃ と反射率の関係の特性説明図で
ある。同図から、高屈折率層を追加することによって特
性は図６はもとより図７よりも改善されていることが分
かる。

【００８２】誘電体層マスクを実際に用いる場合、通常
の可視光に対してはほぼ透明であるため、従来のアライ
メント光学系等を用いることが困難である。その対策と
して、金属膜を重ねればよいが、金属膜のエキシマレー
ザー耐性は低く、種類により差はあるがＡｌを除いて５
０ｍＪ／ｃｍ² 以下のものが殆どであり、マスクを長寿
命化するためには１０ｍＪ／ｃｍ² 以下の照射で用いる
ことが望ましい。

【００８３】従って、金属膜を誘電体層に重ねて用いる
ためには、図８に示した配置のみ可能である。実際に誘
電体層に金属膜を重ね合わせと、マスクとしての使い易
さだけでなく、マスクの製造上で有利な点が多い。多層
誘電体多層マスクの製造法としては、イオンミリング，
ドライエッチング等が一般的に用いられるが、考慮すべ
き点はミリングまたはエッチングの前にレジストパター
ンを検査，修正することである。

【００８４】特に、多層誘電体層自体を修正することは
困難であるため、レジストパターンの完全な検査，修正
が必要とされる。現在、この面で確立されているのはＣ
ｒマスクの技術であり、これを多層誘電体層マスクに適
用することができる。即ち、基板上に一様に成膜された
多層誘電体層上に金属膜を成膜し、その無欠陥を確認
後、通常のフォトリソグラフィー工程によりパターンを
形成する。

【００８５】このパターンに欠陥の検査，修正を施し
て、完全な金属膜パターンを得た後、これをレジストパ
ターンとして上記エッチングにより誘電体層のパターン
を形成すればよい。誘電体層の透過エネルギー密度を金
属膜のダメージ閾値より低く設定し、金属膜パターンを
残すことにより通常の露光またはエッチングマスクと同
じ扱いをすることが出来る。

【００８６】また、金属膜を重ねたマスクは低エネルギ
ー密度のアブレーションに好適であることは言うまでも
ない。 〔第６の目的を達成するための構成〕本発明の第６の目
的である簡単な構成で露光マスクとガラス基板とを高精
度で一合わせする位置合わせ装置を備えた液晶表示素子
の製造装置の構成は下記のとおりである。

【００８７】（１）液晶表示素子を構成するガラス基板
等の被加工物に塗布したレジスト膜の形成面に露光マス
クを介してエキシマレーザー光の照射で所定のパターニ
ングを行う液晶被装置において、上記露光マスクの一部
に位置合わせマークを形成し、被加工物と位置的に対応
させて互換できかつ露光マスクの位置合わせマークの投
影部にて螢光を発する基板を備え、この基板の螢光箇所
に基づいて露光マスクと被加工物との位置合わせを行う
ように構成したことを特徴とする。

【００８８】（２）被加工物のレジスト膜の形成面にフ
ォトマスクを介してエキシマレーザー光とした露光装置
において、上記露光マスクには位置合わせマークを形成
し、上記露光マスクの位置合わせマークの投影部にて螢
光を発するとともに前記加工基板を保持するホルダと、
このホルダの螢光個所に基づいてホルダに対する被加工
基板の位置合わせを行う手段とを備えたことを特徴とす
る。 〔第６の目的を達成するための構成の作用〕上記（１）
の構成における被加工物と互換できる基板はエキシマレ
ーザー光によって露光マスクの位置合わせマークを投影
させ、その投影個所において螢光を発する。

【００８９】この蛍光に基づき、被加工物と位置的に対
応して配置される上記基板に投影されて目視できる位置
合わせマークは可視可能となり、従来の可視光の投影と
全く同等の位置合わせ効果を得ることができる。したが
って、被加工物に対する露光マスクの位置合わせが簡単
な構成で達成できる。

【００９０】また、上記（２）の構成によれば、被加工
物を保持するホルダに露光マスクの位置合わせマークが
投影されその投影個所において螢光を発する。そして、
この位置合わせマークが投影されるホルダに保持された
被加工物を当該投影光による蛍光の発光箇所に基づいて
該ホルダと露光マスクとの位置合わせが可能となる。 〔第７の目的を達成するための構成〕 （１）エキシマレーザー光によるアブレーション加工で
発生するデブリスはエキシマレーザーの照射部位（加工
部位）に層流を形成し、または（２）ノズルを配置して
気体を吹き付けて除去したり、あるいは（３）当該照射
部位に管状のノズルを単数または複数配置し、若しくは
エキシマレーザー光の照射領域（加工領域）を囲む環状
の吸引ノズルを爆発雲（ブルーム）の速度が吸引の流速
より遅くなる被加工物上の位置に設定して用いることに
よって吸引除去する。

【００９１】上記（３）の吸引によるデブリス除去装置
は、エキシマレーザー光を透過する石英材等よりなる入
射窓と、この入射窓に対向して被加工物の加工領域に近
接した開口を有する底板と、排気系に接続する排気口
と、前記入射窓と前記底板の間の空間と前記排気口の間
に形成したノズル構造を備える。上記（３）のデブリス
除去装置は、エキシマレーザー光を照射するアブレーシ
ョン加工部に臨んだ位置に真空吸引装置を具備し、前記
アブレーションで生じたデブリスを吸引して除去するこ
とを特徴とする。

【００９２】また、上記真空吸引装置に少なくとも１つ
の管状ノズルを備え、この管状ノズルをアブレーション
によるプルームの速度が真空吸引の流速より遅くなる被
加工物上の位置に設置する。さらに、上記真空吸引装置
にアブレーション加工部を囲む環状の吸引ノズルを備
え、アブレーションによるプルームの速度が真空吸引の
流速より遅くなる被加工物上の位置に設置する。

【００９３】そして、上記真空吸引装置にエキシマレー
ザー光を透過する石英材よりなる入射窓と、被加工物の
アブレーション加工部の領域より略２ｍｍ以上広くかつ
入射窓と対向する出射口を有する底板と、排気系に接続
する排気口と、入射窓と前記底板との間の空間と前記排
気口の間でエキシマレーザー光の光路から外れた部分で
の流速が２５ｍ／ｓ以上となるノズル状構造を備え、底
板を被加工物から略１ｍｍ以下の間隔をもって設置す
る。 〔第７の目的を達成するための構成の作用〕前記したよ
うに、エキシマレーザー光の照射によるアブレーション
は、高いエネルギー密度を持つ紫外エキシマレーザー光
が物質に照射されると、当該レーザー光の当たった部分
の物質が光分解して飛散する現象と定義される。なお、
このときの光分解（解裂）は爆発状態であり、デブリス
は爆発雲（ブルーム）となって飛散する。

【００９４】従って、このアブレーション現象を利用
し、例えば、あるパターンをマスクにして、これをエキ
シマレーザー光で照明し、被加工物の表面に結像すれ
ば、上記のマスクパターンの通りの形状が表面加工物の
表面に形成されることになる。可視光以上の波長のレー
ザー光では、レーザー光の照射による物質の分解は、主
として熱過程（熱分解）によって起こるが、エキシマレ
ーザー光を用いた場合は、特に多くの有機物に対しては
化学結合を直接切断する非熱過程により分解するため、
現状では主としてマイクロマシニング等の超精密加工の
分野で利用されている。

【００９５】実際には、このエキシマレーザー光のアブ
レーション現象を利用した加工技術は、上記マイクロマ
シニングの分野のみならず、ＴＦＴ等の製造における薄
膜成形プロセスにも適用することが可能であり、アブレ
ーションに適合したレエジスト材を選ぶことにより、従
来のフォトリソグラフィー技術を用いた露光と現像のプ
ロセスを同時に行うことができるアブレーション現像、
同じくアブレーション剥離等への応用も考えられてい
る。

【００９６】アブレーション現象は２０〜３０ｎｓのパ
ルス幅のエキシマレーザー光が高エネルギー密度で物質
を光分解するので、上記したように、一種の爆発現象と
理解される。図１０はエキシマレーザー光のパルスにデ
ィレイ同期した色素レーザー（パルス幅約５ｎｓ）によ
るアブレーション現象のシャドウグラフを模式的に示す
アブレーション現象の説明図であって、１５ａ〜１５ｆ
はエキシマレーザー光の照射により生じたデブリスの振
る舞いの概念形状、１６，１６’はショックウエーブ、
１７は被加工物を示す。

【００９７】同図はノボラック系の樹脂に波長２４８ｎ
ｍ、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ² のエキシマレー
ザー光を照射した場合である。まず、被加工物１７の表
面に上記のエキシマレーザー光を照射すると、（ａ）に
示すように被加工物１７のエキシマレーザー光の照射領
域からデブリスが放出された初期状態の浮き上がり１５
ａが生じる。

【００９８】放出された気体または軽い微粒子からなる
デブリスによってショックウエーブ１６が形成される。
ショックウエーブ１６のフロントの速度は、０．２〜
０．４μｓ以下のディレイ時間では１．５ｋｍ／ｓ程度
の超音速であるが、これが（ｂ）の１μｓ後になると通
常の音速のレベルのショックウエーブ１６’となる。

【００９９】このショックウエーブのウエーブフロント
の内側は高い圧力で、これによりデブリス１５ｂの主体
である比較的重い粒子が抑え込められているが、（ｃ）
の１０μｓ位の経過時点では内部の圧力が急激に減少す
るためにデブリス１５ｃは上昇を始め、（ｄ）の２０μ
ｓ位後から所謂プルームと呼ばれる茸雲状の噴煙１５ｄ
が観察される。

【０１００】このプルーム１５ｄは、時間の経過に従っ
て（ｅ）の１５ｅ、（ｆ）の１５ｆのように形成され
る。このプルームの空気中での上昇速度、および高さは
前記の条件で、１００μｓのディレイタイムにおいて、
各々２０ｍ／ｓ、および約３ｍｍである。入射エネルギ
ー密度が３００ｍＪ／ｃｍ² の場合、アブレーションの
レートは約３倍となるが、プルームの高さ、上昇速度は
高々１．５倍程度である。

【０１０１】以上のアブレーション現象の挙動は被加工
材料によって少しずつ異なり、明確な茸雲状の噴煙が観
察されないといった様な変化はあり、特に定量的な値は
当然材料によって変わってくるが、上記は３００ｍＪ／
ｃｍ² 以下の一つの目安である。すなわち、エキシマレ
ーザー光を照射するアブレーション加工部に臨んだ位置
に前記アブレーションで生じたデブリスを吸引して除去
する真空吸引装置を具備することにより、被加工物の表
面に当該デブリスが付着したり、後続のレーザーパルス
のエネルギーを減殺させることがない。

【０１０２】また、少なくとも１つの管状ノズルを備え
て、アブレーションによるプルームの速度が真空吸引の
流速より遅くなる被加工物上の位置に上記の真空吸引装
置を設置したことにより、デブリスを効率よく除去する
ことができる。さらに、アブレーション加工部を囲む環
状の吸引ノズルを備えることにより、アブレーションに
よるプルームの速度が真空吸引の流速より遅くなる被加
工物上の位置に上記の真空吸引装置を設置したことによ
り、デブリスがさらに効率よく除去される。

【０１０３】そして、上記の真空吸引装置をエキシマレ
ーザー光を透過する石英材よりなる入射窓と、被加工物
のアブレーション加工部の領域より略２ｍｍ以上広くか
つ入射窓と対向する出射口を有する底板と、排気系に接
続する排気口とから構成し、入射窓と底板との間の空間
と排気口の間でエキシマレーザー光の光路から外れた部
分での流速が２５ｍ／ｓ以上となるノズル状構造を備
え、底板を被加工物から略１ｍｍ以下の間隔をもって設
置したことにより、デブリスがさらに効率よく除去でき
る。

【０１０４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示した実施例を参照して詳細に説明する。図１１は本
発明を適用するアクティブ・マトリクス方式のカラー液
晶表示装置の一画素近傍の構成を説明する平面図であ
る。同図に示したように、各画素は隣接する２本の走査
信号線（ゲート信号線または水平信号線）ＧＬ（ゲート
ライン）と、隣接する２本の映像信号線（ドレイン信号
線または垂直信号線）ＤＬ（データライン）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。

【０１０５】各画素は薄膜トランジスタＴＦＴ（ＴＦＴ
１，ＴＦＴ２）、透明な画素電極ＩＴＯ１および保持容
量素子Ｃadd （付加容量）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。また、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。なお、ＳＤ１はソース電
極、ＳＤ２はドレイン電極、ＢＭはブラックマトリク
ス、ＦＩＬはカラーフィルタである。

【０１０６】また、図１２は図１１の３−３線に沿って
切断した要部断面図であって、液晶層ＬＣを基準にして
下部透明ガラス基板ＳＵＢ１側には薄膜トランジスタＴ
ＦＴおよび透明画素電極ＩＴＯ１が形成され、上部透明
ガラス基板ＳＵＢ２側にはカラーフィルタＦＩＬ、遮光
膜すなわちブラックマトリクスＢＭが形成されている。
この上部透明ガラス基板を一般にカラーフィルタ基板と
称する。

【０１０７】透明ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の両面
にはディップ処理等によって形成された酸化シリコン膜
ＳＩＯが設けられている。上部透明ガラス基板ＳＵＢ２
の内側（液晶層ＬＣ側）の表面には、ブラックマトリク
スＢＭ、カラーフィルタＦＩＬ、保護膜ＰＳＶ２、共通
透明画素電極ＩＴＯ２（ＣＯＭ）および上部配向膜ＯＲ
Ｉ２が順次積層して設けられている。

【０１０８】従来の液晶表示素子用カラーフィルタの製
造法は、Ｃｒ等の金属膜でブラックマトリクスＢＭを形
成する部分を除いて、現像機能を持つ材料を露光，現像
により、また、現像機能を持たない材料を用いる場合は
リフトオフ等の手段によりパターン形成を行っている。
これに対し、本発明では、液晶表示素子を構成する下部
透明ガラス基板ＳＵＢ１およびカラーフィルタＦＩＬや
遮光膜すなわちブラックマトリクスＢＭが形成される上
部透明ガラス基板ＳＵＢ２の各薄膜のパターニングは、
エキシマレーザー光のアブレーション現象を利用した加
工で形成することで、高精度の液晶表示装置を製造する
ことができる。

【０１０９】図１３、図１４および図１５は下部透明ガ
ラス基板にＴＦＴを構成する薄膜多層構造のパターニン
グによる形成工程の説明図である。なお、各図中、第１
フォト、第２フォト、・・・は被加工薄膜を覆ってレジ
スト膜を塗布し、これを露光マスクを介してエキシマレ
ーザー光を照射する本発明による露光／現像一体プロセ
スを示す。また、各図の左側は図１２のＴＦＴ部分、右
側は端子引出し部分、中央はプロセスの説明である。

【０１１０】工程Ａ（図１３） まず、７０５９ガラス（商品名）からなる下部透明ガラ
ス基板ＳＵＢ１の両面に酸化シリコン膜ＳＩＯをディッ
プ処理により形成した後、５００°Ｃ、６０分間のベー
キングを行う。下部透明ガラス基板ＳＵＢ１の上に膜厚
が１１００Åのクロムからなる第１導電膜ｇ１をスパッ
タリングにより成膜し、この上にレジストを塗布してエ
キシマレーザー光を用いた第１フォト工程を実行してレ
ジストパターンを形成する。

【０１１１】次に、エッチング液として硝酸第２セリウ
ムアンモニウム溶液で第１導電膜ｇ１を選択的にウエッ
トエッチングする。これによって、ゲート端子ＧＴＭ、
ドレイン端子ＤＴＭ、ゲート端子ＧＴＭを接続する陽極
酸化バスラインＳＨｇ、ドレイン端子ＤＴＭを短絡する
バスラインＳＨｄ、陽極酸化バスラインＳＨｇに接続さ
れた陽極酸化パッド（図示せず）を形成する。

【０１１２】工程Ｂ（図１３） 膜厚が２８００ÅのＡｌ−Ｐｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等からなる第２導電膜ｇ２
をスパッタリングにより形成する。レジストを塗布し、
エキシマレーザー光を用いた第２フォト工程を実行して
レジストパターンを形成する。

【０１１３】次に、リン酸と硝酸と氷酢酸で第２導電膜
ｇ２を選択てきにエッチングする。工程Ｃ （図１３） そして、陽極酸化用マスクＡＯの第３フォト工程を実行
し、レジストパターンを形成する。次に、３％酒石酸を
アンモニアによりＰＨ６．２５±０．０５に調整した溶
液をエチレングリコール液で１：９に希釈した液からな
る陽極酸化液中に基板ＳＵＢ１を浸漬し、化成電流密度
が０．５ｍＡ／ｃｍ² になるように調整する（定電流化
成）。

【０１１４】次に、所定の膜厚のＡｌ₂ Ｏ₃ が得られる
のに必要な化成電圧１２５Ｖに達するまでの陽極酸化を
行う。その後、この状態で数１０分保持するのが望まし
い（定電圧化成）。これは、均一なＡｌ₂ Ｏ₃ 膜を得る
上で大事なことである。これによって、第２導電膜ｇ２
が陽極酸化され、走査信号線ＧＬ、ゲート電極ＧＴ、お
よび電極ＰＬ１上に膜厚が１８００Åの陽極酸化膜ＡＯ
Ｆが形成される。

【０１１５】工程Ｄ（図１４） プラズマＣＶＤ装置にアンモニアガス、シランガス、窒
素ガスを導入して、膜厚が２０００Åの窒化Ｓｉ膜を形
成し、プラズマＣＶＤ装置にシランガス、水素ガスを導
入して、膜厚が２０００Åのｉ型非晶質Ｓｉ膜を成膜し
た後、プラズマＣＶＤ装置に水素ガス、ホスフィンガス
を導入して、膜厚が３００ÅのＮ（＋）型非晶質Ｓｉ膜
を形成する。

【０１１６】工程Ｅ（図１４） レジストを塗布し、エキシマレーザー光を用いた第４フ
ォト工程を実行し、レジストパターンを形成する。次
に、ドライエッチングガスとしてＳＦ₆ 、ＣＣｌ₄ を使
用してＮ（＋）型非晶質Ｓｉ膜を選択的にエッチングす
ることにより、ｉ型半導体層ＡＳの島を形成する。

【０１１７】工程Ｆ（図１４） レジストを塗布し、エキシマレーザー光を用いた第５フ
ォト工程を実行し、レジストパターンを形成する。次
に、ドライエッチングガスとしてＳＦ₆ を使用して、窒
化Ｓｉ膜を選択的にエッチングする。工程Ｇ （図１５） 膜厚が１４００ÅのＩＴＯ膜からなる第１導電膜ｄ１を
スパッタリングし、レジストを塗布してエキシマレーザ
ー光を用いた第６フォト工程を実行し、レジストパター
ンを形成する。次に、塩酸と硝酸の混合液をエッチング
液として第１導電膜ｄ１を選択的にエッチングすること
により、ゲート端子ＧＴＭ、ドレイ端子ＤＴＭの最上層
および透明画素電極ＩＴＯ１を形成する。

【０１１８】工程Ｈ（図１５） 膜厚が６００ÅのＣｒからなる第２導電膜ｄ２をスパッ
タリングで形成し、さらに、膜厚が４０００ÅのＡｌ−
Ｐｄ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ等からなる第３導電膜ｇ３をスパッタリングにより形
成する。レジストを塗布し、エキシマレーザー光を用い
た第７フォト工程を実行してレジストパターンを形成す
る。

【０１１９】第３導電膜ｇ３を工程Ｂと同様の液を用い
てエッチングし、また、第２導電膜ｄ２を工程Ａと同様
の液を用いてエッチングして、映像信号線ＤＬ、ソース
電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２を形成する。次に、ド
ライエッチング装置にＣＣｌ₄ 、ＳＦ₆ を導入してＮ
（＋）型非晶質Ｓｉ膜をエッチングすることにより、ソ
ースとドレイン間のＮ（＋）型半導体層ｄ０を選択的に
除去する。

【０１２０】工程Ｉ（図１５） プラズマＣＶＤ装置にアンモニアガス、シランガス、窒
素ガスを導入して、膜厚が１μｍの窒化Ｓｉ膜を形成す
る。レジストを塗布し、エキシマレーザー光を用いた第
８フォト工程を実行し、レジストパターンを形成する。
次に、ドライエッチングガスとしてＳＦ₆ を使用した写
真蝕刻技術で窒化Ｓｉ膜を選択的にエッチングすること
により、保護膜ＰＳＶ１を形成する。

【０１２１】上記の如く、金属膜のエッチングにはウエ
ットエッチングを、半導体膜や絶縁膜のエッチングには
ドライエッチングを採用している。なお、各フォト工程
後のレジスト膜の剥離は、エネルギーを絞ったエキシマ
レーザー光を全面照射することで行われ、従来のような
剥離材を用いたウエット処理は行わない。

【０１２２】カラーフィルタ側の基板ＰＳＶ２の薄膜加
工も同様に、ブラックマスク材料、カラーフィルタ材料
の塗布と露光マスクを用いたエキシマレーザー光による
フォト工程で行われる。このように、本発明によれば、
レジストの現像、剥離に液体を用いないため、工程の簡
素化と環境への影響を無くすことができると共に、液晶
表示素子の各基板を低コストで製造できる。

【０１２３】次に、エキシマレーザー光を用いた露光／
現像装置の実施例を説明する。図１６は本発明による液
晶表示素子の製造方法に使用する露光機の光学系の概略
を説明する模式図であって、１はエキシマレーザー、２
は照明光学系、２’は反射ミラー、１１ａはＸ−Ｙマス
クテーブル、８は結像レンズ系、１１ｂはＸ−Ｙ基板テ
ーブル、７は露光マスク（但し、多層膜面は下側）、１
０は基板である。

【０１２４】露光光源であるエキシマレーザー１は、波
長３０８ｎｍ、出力８００ｍＪのレーザー光を繰り返し
周波数３５０Ｈｚで発振する。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ァイ
ルを整形するホモジナイザー光学系で、ミラー２’を介
してＸ−Ｙマスクテーブル１１ａ上に設置された露光マ
スク７を照明する。

【０１２５】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。結像レンズ系
８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基板テーブル６上に設置した基
板１０に投射する。結像レンズ系８の構成によって、露
光マスク７の開口パターンと基板１０上の像は鏡像の関
係にある。

【０１２６】Ｘ−Ｙ基板テーブル１１ｂは最大９００ｍ
ｍ×７００ｍｍサイズの基板を搭載できる。また、Ｘ−
Ｙマスクテーブル１１ａ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。本実施例では、８００ｍｍ×４５０ｍｍサイズの
ガラス基板にピクセル（画素）ピッチ０．１２ｍｍ、１
０２４×（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。

【０１２７】この露光／現像装置を具体化したものが前
記図３に示した。エキシマレーザーの出力光の面積は小
さいので、露光マスクへの照射光はスリット状に形成
し、露光マスクとガラス基板とを相対的に移動させて全
表示面積を完成させる。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。

【０１２８】図１７は本発明の液晶表示素子の製造方法
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、１０はガラス基
板、１０ａは画素部、１０ｂと１０ｃは端子部、〜
は分割領域を示す。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１
０ａと上下の端子部１０ｃ、１０ｃ’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１０
ｂ、分割領域は、右側の端子部近傍のパターン１０
ｂ’から構成される。

【０１２９】図１８は本発明による液晶表示素子の製造
方法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。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１０ａに対応す
る開口パターン７ａと上下の端子部１０ｃ、１０ｃ’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。

【０１３０】第２の開口パターン部分は、端子部近傍の
パターン１０ｂ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１０ｂ’
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。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。

【０１３１】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。

【０１３２】本例では、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。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１７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７ａ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、７ｂ’、７
ｃ、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。

【０１３３】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。この際、露光
マスク７のパターンは、結像レンズによってガラス基板
１０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
層膜面をガラス基板１０のパターン形成面とが対面する
ように配置する。

【０１３４】このため、図１７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、対応するガラ
ス基板１０の左上に鏡像が形成される位置に初期設定す
る。静止している結像レンズに対して露光マスク７とガ
ラス基板１０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：レジストがアブレーション
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。

【０１３５】すなわち、左上のスタート部Ｂで示すスキ
ャン開始位置は、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。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。

【０１３６】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。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。

【０１３７】次に、本発明による液晶表示素子の製造方
法の実施例を説明する。 〔実施例１〕縦２７０ｍｍ×横２００ｍｍ、厚さ１．１
ｍｍのガラス基板を用いてＴＦＴ方式液晶表示素子を製
造した。ＴＦＴのパターンは、６４０×４８０画素の所
謂ＶＧＡであり、画素ピッチは０．３３ｍｍである。

【０１３８】Ｒ，Ｇ，Ｂの３色は縦ストライプで、した
がって水平方向のドットピッチは０．１１である。画面
の全体配置は図１７に示したとおりで、２１１．２ｍｍ
×１５８．４のｍｍの画面領域と周辺の端子領域とから
なり、全体のパターン領域、すなわちステップ−スキャ
ンの面積は約２２５ｍｍ×１８５ｍｍである。画素領域
を３等分し、ゲート端子側と液晶封入側を各々１領域と
する５分割としたものに対応した露光マスクは、図１８
に示したように、３種類の開口パターンからなる。画素
領域７ａの水平幅は７０．４ｍｍで、６４０ドットを含
む。

【０１３９】波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを光源
とし、露光マスクへの照明光は５ｍｍ×７５ｍｍのスリ
ット状とした。結像レンズはテレセントリック対称レン
ズで、Ｎ．Ａ．（開口数）は０．２である。ガラス基板
面上のエネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ² である。ス
キャン距離は１８５ｍｍで水平方向へステップ状に５回
の移動を行う。

【０１４０】レジスト膜の材料としては、イミド樹脂を
用いた。この場合のアブレーションレートはエネルギー
密度１００ｍＪ／ｃｍ² に対して０．０５μｍ／ｓｈｏ
ｔであった。このレジスト膜に対して上記したエキシマ
レーザー光の露光を行い、ＴＦＴ基板、カラーフィルタ
基板の作成と液晶層の封入、および駆動ＩＣの実装とバ
ックライトの組込みを行って液晶表示装置を完成した。

【０１４１】このようにして完成した液晶表示装置によ
り、高品質の画像表示を得ることができた。 〔実施例２〕実施例１で用いたイミド樹脂の代わりにメ
ラミン樹脂をレジスト膜として用いた。この場合、１０
０ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー密度で０．０４μｍ／ｓｈ
ｏｔのアブレーションレートで加工し、ＴＦＴ基板、カ
ラーフィルタ基板の作成と液晶層の封入、および駆動Ｉ
Ｃの実装とバックライトの組込みを行って液晶表示装置
を完成した。

【０１４２】このようにして完成した液晶表示装置によ
り、同様の高品質の画像表示を得ることができた。 〔実施例３〕実施例２で用いたメラミン樹脂の代わりに
エポキシ樹脂をレジスト膜として用いた。この場合、１
００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー密度で０．０４５μｍ／
ｓｈｏｔのアブレーションレートで加工し、ＴＦＴ基
板、カラーフィルタ基板の作成と液晶層の封入、および
駆動ＩＣの実装とバックライトの組込みを行って液晶表
示装置を完成した。

【０１４３】このようにして完成した液晶表示装置も上
記実施例と同様に、高品質の画像表示を得ることができ
た。次に、前記図３で説明した本発明の液晶表示素子の
製造方法に用いる露光装置（アブレーション現像機）に
ついて詳細に説明する。図１９は本発明の液晶表示素子
の製造方法に用いるアブレーション現像機におけるレン
ズアレーによるエキシマレーザー光の分割を説明する原
理図であって、一対のレンズアレー４ａ，４ｂに平行化
されたエキシマレーザーの光ビーム３ａを入射させ、そ
の光ビーム面積の分割を行うと共に、集光部をレンズア
レー４ａ，４ｂの間の空間に位置させることによって、
光学部品（レンズアレー４ａ，４ｂ）のダメージを防ぐ
ようにしている。

【０１４４】図２０は本発明の液晶表示素子の製造方法
に用いるアブレーション現像機の照明光学系の説明図で
あって、レンズアレー４ａ，４ｂによる図２で説明した
光源の分割に続いて、レンズ５ａとレンズ６ａによって
レンズアレー４ｂから入射するエキシマレーザー光の各
光束は露光マスク７ａの面に均一な照明を行うと共に、
結像レンズの入射瞳９ａ上に結像される。

【０１４５】一般に、エキシマレーザーの光ビームのエ
ネルギー空間分布、すなわち光ビームのビームプロファ
イルはガウス分布に近い分布を示す。図２１は本発明の
液晶表示素子の製造方法に用いるアブレーション現像機
の露光マスクの照明光の均一化の説明図であって、同図
（ａ）に示すように分布の中心すなわちエキシマレーザ
ーの光ビームの光軸に対して対称かつ分割部がほぼ直線
になるように分割すると、集光レンズによってレクチル
面では同図（ｂ）に示すように対称に重なり合って一様
な分布を実現できる。すなわち、中心軸に対して対称な
ビームプロファイルの場合、前記図１９のレンズアレー
の数は偶数でかつ光軸はその中心を通る構成とすること
が有利である。

【０１４６】また、一般に、エキシマレーザー光のビー
ムプロファイルは正方形でなく、かつレクチルへの照射
面積も正方形とは限らないので、前記図１９に示した分
割用のレンズは単純な球面レンズではない。すなわち、
レクチル上の照明形状、結像レンズの入射瞳の位置およ
びレーザー光源と露光マスクの距離によって、図２０に
示した照明系レンズ４〜６の形状が決定される。

【０１４７】特に、レクチル面の照明光の形状が長方形
の場合、照明光学系を各々独立な直交する光学系に分割
することができる。この場合、個々のレンズとして円筒
形もレンズを用いることによりコストが低減されると共
に、調整が簡単になる。ただし、図２０に示したレンズ
６ａは露光マスク面上に必然的に近くなるので、上記し
たように直交光学系で分離された二つのレンズを一つに
纏めた方が便利な場合もある。

【０１４８】さらに、２４８ｎｍ以下の波長を用いる
と、紫外光と雰囲気物質の相互作用によって生じた物質
がレンズ面に付着して透過率を落とす場合がある。これ
を避けるためには、照明光学系を窒素雰囲気の容器に収
納することが有効である。この様に、レンズの点数をで
きるだけ少なくした方が良い。この点はコストパフォー
マンスから決定されるべきである。

【０１４９】エキシマレーザー光の集光が光学部品に当
たらない様にすると、結像レンズの構造にも制限が出て
くる。一対一（１：１）のエキシマレーザー光用結像レ
ンズとして従来から検討されている方式は、オフナー
（Ｏｆｆｎｅｒ）、ウエイン−ダイソン（Ｗｙｎｎｅ−
Ｄｙｓｏｎ）、テレセントリック対称型レンズ等がある
が、前二者は反射、屈折系の組合せで構造が複雑である
が、収差のコントロールが容易である。

【０１５０】一方、対称型レンズは構造が簡単で、かつ
集光面は空間中にあるため構成レンズのダメージがな
い。ただし、対称型レンズの場合、大口径化しようとす
るとコスト高となり、大面積のパターン形成を行うため
の方法が問題になる。本発明では、大面積のパターン形
成の方法として、一対一の露光マスクと対称レンズおよ
び長方形照明を用いて、露光マスクとカラーフィルタ基
板等の加工物を相対的に移動させて走査する方式とした
ものである。

【０１５１】図２２は本発明の液晶表示素子の製造方法
に用いるアブレーション現像機の走査方式を説明する模
式図であって、照明領域１０ａが固定された露光マスク
と加工物（ガラス基板）の上を移動すると考え、走査は
移動方向を交互に変えるか、また同一方向に移動させる
かの何れでもよい。ただし、前者の方が加工時間が短く
なる。

【０１５２】このような走査方式での本質的な問題は、
照明光の重なりの領域である。この重なりが僅かにずれ
ても、照明領域の長さが長いと目視でも明らかに視認で
きることは言うまでもない。この重なり領域におけるず
れは走査における機械的な変動と光学系による像歪の二
つの要因が考えられる。前者については、高精度のＸ−
Ｙテーブルによって対策することが可能であるが、後者
については収差のないレンズを作ることが困難であるこ
とから、他の対策を施す必要がある。

【０１５３】図２３は本発明の液晶表示素子の製造方法
に用いるアブレーション現像機の走査における照明領域
の位置設定例の説明図であって、露光マスク７の直上に
ナイフエッジ１２を置いて、その端部が繰り返しパター
ン７ｂの丁度中間に位置するように設定したものであ
る。これによって、入射光７ａの端部は繰り返しパター
ン７ｂで重なるため、重なりにずれがあっても処理した
パターンに影響を与えない。

【０１５４】なお、上記ナイフエッジに代えて帯状パタ
ーンを持つ露光マスクを用いてもよい。端部のぼけは、
幾何光学では物体位置のずれと結像レンズの焦点深度等
に依存する。ただし、結像レンズをテレセントリックに
しておくと、像の大きさは変わらず、ただ端部がぼける
だけである。このぼけ量は、第一近似で、ｂＮＡδ_a ／
（ｆａ）で与えられる。ここで、ａは物体点距離、ｂは
像点距離、ｆは焦点距離、ＮＡはレンズのＮ．Ａ．、δ
_a はナイフエッジ等の露光マスク面からのずれ量であ
る。

【０１５５】１：１のレンズでは、ｂ／ａ＝１であるか
ら、上式はＮＡδ_a ／ｆとなり、一例としてＮＡ＝０．
１、δ_a ＝１０ｍｍ、ｆ＝２００ｍｍとすると、ぼけ量
は５μｍとなる。ナイフエッジ等の設定における機械的
な精度はμｍオーダーで可能であるから、ＴＦＴレベル
のパターン精度と繰り返しパターン形状の場合、ナイフ
エッジ等をパターン感光体に設定することは十分に可能
である。

【０１５６】上記の方法によって、照明領域のパターン
領域での重ね合わせが無いとしても、結像レンズの周辺
での収差が大幅に異なると、線状のパターンが目視で認
識される。したがって、少なくともレンズ口径での一方
向の特に周辺部の収差が同一の形状を示すことが重要で
ある。図２４は本発明の液晶表示素子の製造方法に用い
るアブレーション現像機のエキシマレーザー光源部と現
像光学系を分離壁で独立させた清浄度が異なる部屋に設
置したアブレーション現像装置の全体構成の説明図であ
って、エキシマレーザー（紫外光パルスレーザー）から
なる光源部２０から出射したレーザー光ビームを分離壁
２１に設けた透過窓板２４を通してアブレーション現像
部２２に導入する所謂スルーザウオール構成としたアブ
レーション現像機である。

【０１５７】同図に示したように、光源部２０と露光光
学系を含む現像部２２を分離し、光源部２０から出射し
たレーザー光ビームを透過窓板２４を通してアブレーシ
ョン現像部２２に導入する。このとき、レーザー光のエ
ネルギーの減少を防ぐため、図示したようにミラーによ
る反射は一回のみとした方が望ましい。

【０１５８】また、振動を防止するために、光源部２０
と現像部２２を防振台２３上に設置している。また、上
記の防振台２３に加えて、あるいは防振台に代えて、透
過窓板２４をレーザー光ビームと照明光学系２２ａや結
像光学系２２ｂを含む現像光学系の相対的な振動に対応
して傾けることにより、振動に起因するレーザー光ビー
ムのずれを補正するように構成することができる。

【０１５９】図２５は本発明の液晶表示素子の製造方法
に用いるアブレーション現像機のレーザー光ビームが通
過する透過窓板を傾斜させることによって光軸を平行移
動させるずれ補正方法の説明図であって、透過窓板２４
の厚みをＤ、屈折率をｎ、透過窓板の傾きをθとしたと
き、レーザー光ビームのずれ量ｄはＤθ（１−１／ｎ）
となる。

【０１６０】レーザー光源からの相対的な光ビームのず
れのうち、照明領域の長手方向のずれが本質的であるの
で、実用上これのみを対策すればよい。すなわち、この
方向のずれ成分のみを掲出し、サーボ機構により透過窓
板２４の傾きを変えることで上記したずれを補正でき
る。以上の説明および前記本発明の各構成によって、紫
外光パルスレーザーのアブレーション現象を利用した大
面積かつ高精細度のパターン加工が可能となる。

【０１６１】以下、本発明の液晶表示素子の製造方法に
用いるアブレーション現像機の実施例についてさらに具
体的に説明する。 〔実施例４〕図２６は本発明の第４実施例を説明するた
めのアブレーション現像機の露光光学系の構成の模式図
であって、図３と同一部分には同一符号を付してある。

【０１６２】本実施例では、光源としてＫｒＦ（波長２
４８ｎｍ）を用い、繰り返し周波数２５０Ｈｚ、出力エ
ネルギー密度６００ｍＪ／ｃｍ² のエキシマレーザーを
用いる。露光光学系は同図に示したようなレンズ系の配
置とし、その照明レンズ系はスリット状の照明光とする
ために、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれ独立した系とした。

【０１６３】照明光学系は前記図２０に示したとおりで
あり、４Ｘ、４Ｙは各々Ｘ方向のレンズ４、Ｙ方向のレ
ンズ４を表す。以下、４Ｘ’、４Ｙ’、５Ｙ、５Ｙ、６
Ｘ、６Ｙについても同様である。また、図２７は本実施
例における光源の分割に用いる円筒形レンズのＸ方向と
Ｙ方向の配置例を説明する模式図である。

【０１６４】同図において、（ａ）はＸ軸方向の円筒レ
ンズ、（ｂ）はＹ方向の円筒レンズの各配置方向を示
し、（ａ）と（ｂ）は直交して配置される。これらのレ
ンズ４Ｘと４Ｙの接着は光学コンタクトによる。エネル
ギーの損失を少なくするために、レンズは全て９９％以
上の透過率を保証する様、ＡＲコーティングを施してあ
る。

【０１６５】この照明光学系によって、露光マスク面で
の最大照明面積は８０ｍｍ×２ｍｍである。この面積内
のエネルギー密度の分布は±５％以下である。照明光の
スリットの長さはブレードによって調節するが、端部の
エネルギー分布の立上りは２０μｍである。露光マスク
はＳｉＯ₂ とＨｆＯ₂ の１／４λ膜をＲＩＥ（リアクテ
ィブ イオン エッチング）によりパターン形成したも
のを用いる。この露光マスクの基板の大きさは３００ｍ
ｍ×２２５ｍｍで、厚さは５ｍｍである。

【０１６６】図２８は本実施例における露光マスクの開
孔パターンの一例としての液晶表示装置のカラーフィル
タ側ガラス基板に形成するブラックマトリクス（ＢＭ）
パターンの一例とスリット照明とするためのブレードの
配置関係の説明図である。ＢＭパターン現像のための露
光マスク７に形成した開孔パターンの開孔部７ｃのピッ
チは０．３３ｍｍ×０．１１ｍｍで、照明領域の長辺を
５２．８ｍｍにとり、ブレード１２の端部１２ａが開孔
パターン７ｃの長手方向の最小幅内に収まるように当該
ブレード位置を調整する。上記の最小幅は７２μｍあ
り、ブレード位置の調整は容易である。

【０１６７】なお、ＢＭ形成材料としてはポリイミド系
高分子を主体とする母体にカーボンブラックを分散した
ものを用いる。この材料のアブレーションレートは、３
００ｍＪ／ｃｍ² のエキシマレーザー光入力に対して
０．１μｍ／ｓｈｏｔである。また、塗布膜厚は１．２
μｍでサイト当たり（単位現像領域当たり）１５ｓｈｏ
ｔのエキシマレーザー光を加えた場合、アブレーション
の実質時間は１９秒、横方向のサイト移動、露光マスク
のアライメント等に要する時間を加えて約３０秒で１
０．４インチのディスプレイ用カラーフィルタ基板のＢ
Ｍを加工することができる。 〔実施例５〕図２９は本発明の第５実施例を説明するた
めのカラーフィルタのアブレーション現像によるパター
ニングの模式図である。

【０１６８】本実施例は、前記実施例と同一の装置構成
を用い、前記図２３に示した露光マスクを用いて縦スト
ライプ状のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂの各カラーフィル
タをアブレーション現像を行うものである。同図におい
て、１３は液晶パネルのカラーフィルタ基板、１４ａは
第１色のカラーフィルタ、１４ｂは第２色のカラーフィ
ルタ用レジスト層である。

【０１６９】このカラーフィルタの形成の際、ブレード
１２で設定する照明領域スリットの長さを７０．４ｍｍ
とし、ブレード１２の端部が露光マスク７の遮光部７ａ
にかかるように位置づけてエキシマレーザーからの入射
光７ａを照射して第１色のカラーフィルタ１４ａをアブ
レーション現像する。その後、第２色のカラーフィルタ
用レジスト層１４ｂを塗布し、露光マスク７をフィルタ
ピッチ分移動させてアブレーション現像を行う。以下、
同様にして第３色のカラーフィルタを現像して液晶パネ
ル用カラーフィルタを形成する。なお、ここでは、ＢＭ
は省略してある。

【０１７０】これにより、乾式方式で液晶パネルのカラ
ーフィルタ基板に３色のカラーフィルタを形成できる。 〔実施例６〕本実施例は、前記実施例４のアブレーショ
ン現像機を用い、またアブレーション用レジスト材を用
いてＴＦＴ基板の各層に対するレジストパターンを形成
し、エッチングと上記レジストのエキシマレーザー光に
よるアブレーション現像による剥離によって各層のパタ
ーンを形成する。

【０１７１】これにより、液晶パネルのＴＦＴ基板に所
要のＴＦＴ層を形成できる。次に、本発明による露光マ
スクを用いたステップ−スキャンによるアブレーション
現像の実施例を説明する。前記図１８の説明したよう
に、露光マスクのサイズは大幅に減少するが、ステップ
−スキャンでの分割部の繋ぎ目部分が表示性能に影響を
及ぼす可能性があるが、本発明ではこれは本質的なもの
ではなく、Ｘ−Ｙテーブルの機械精度の問題である。特
に、液晶表示素子の製造の場合、遮光部により僅かなず
れは補正される。したがって、遮光部を精度よく作るこ
とが重要である。

【０１７２】図３０は本発明による液晶表示素子の製造
方法に使用するアブレーション露光機の露光マスクの好
ましい分割線の説明図、また図３１は避けるべき分割線
の説明図であって、８０は遮光部（ＳＨ）、８１は開口
パターン、８２，８３は分割線を示す。露光マスクの分
割線は図３０の（ａ）（ｂ）に示したように隣接する開
口パターン８１間の遮光部８０上を通る位置とすれば、
図３１の（ａ）（ｂ）に示したような開口パターン８１
上を通る位置とするより露光時のずれが目立ち難い。

【０１７３】なお、このような分割方法はエキシマレー
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もできる。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マスクテーブルはガラス基
板の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。

【０１７４】ステップ−スキャン露光による機械的な時
間のロスは照射強度、各テーブルのスピードを上げるこ
とによりカバーできる。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基板テーブ
ル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、変更する部分はテーブルだけで、
光学系は共通である。

【０１７５】以下、レジストパターンの形成方法につ
き、図面を参照してさらに詳細に説明する。 〔実施例７〕図３２は本発明による液晶表示素子の製造
方法におけるレジストパターン形成方法の実施例を説明
する基板の分割例を説明する模式図であって、１０は液
晶表示素子を構成するガラス基板、１０Ａは画素部、１
０Ｂは左右端子部、１０Ｃは上下端子部である。

【０１７６】同図のガラス基板は縦（Ｘ方向）４５０ｍ
ｍ、横（Ｙ方向）８００ｍｍの基板サイズに、縦３６
８．６４ｍｍ、横６９１．２ｍｍの画素部１０Ａを有し
ている。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、ガラス基板１０の画素部を縦方向に８等
分した分割画素部〜のそれぞれを共通とした１単位
とし、図中丸で囲んだ１と１０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。

【０１７７】図３３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２８０
ｍｍである。この露光マスク７の縦方向（Ｘ方向）開口
パターンのサイズは図３２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３６
８．６４ｍｍであり、横（Ｙ方向）は画素部を８等分し
た８６．４ｍｍである。

【０１７８】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。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部７ｄ，７ｄ’，
７ｅ，７ｅ’が形成されている。

【０１７９】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。

【０１８０】なお、端子部開口パターン７ｂの外側に配
置した遮光部７ｅを広く取っているのは、露光マスク７
をＸ−Ｙマスクテーブル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マスクテーブ
ル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。図３４は露光マスクを介したガラス基板上の
レジストのエキシマレーザー光の照射状態の説明図で、
（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は露光マスクの要部断面図
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。

【０１８１】同図において、１ａはエキシマレーザー
光、７１は石英ガラス基板、７’は誘電体多層膜、７ａ
は画素部パターン、７ｂは端子部パターン、７０は開口
パターン、８は結像レンズ、１２はレジスト膜、１２ａ
はレジストパターンである。スリット状のエキシマレー
ザー光１ａは、露光マスク７とガラス基板上のレジスト
膜１２が矢印ｖ方向に相対移動するのに伴って露光マス
ク７の開口パターン７０の像を結像レンズ８を介してレ
ジスト膜１２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１２ａが形成される。

【０１８２】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。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。

【０１８３】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。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（１０ｓｈｏｔ／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。
次に、本発明における露光マスクの製造方法の実施例を
説明する。

【０１８４】露光マスクは、光屈折率層と低屈折率層の
対からなる誘電体層を３層（即ち、高屈折率と低屈折率
の成膜材料の総層数は６層）とし、追加の高屈折率層と
してＨｆＯ₂ を用い、金属膜の層として厚み１００ｎｍ
のＣｒとした。このときの誘電体層の透過率は約１０％
であり、４００ｍＪ／ｃｍ² のマスク面への入射エネル
ギー密度に対して、Ｃｒ（クロシウム）は充分な耐性を
示した。 〔実施例８〕図３５は本発明による液晶表示素子の製造
に使用するエキシマレーザー露光機の露光マスクの材料
である高屈折率層材料と低屈折率層材料の組み合わせと
１０％以下の透過率の最小層数の説明図である。

【０１８５】本実施例では、前記図８に示した構成にお
いて、図３５に示す高屈折率材料と低屈折率材料の組み
合わせと、層数（対）及び高屈折率材料のいずれかの追
加層によって、誘電体層部分の透過率が１０％以下のマ
スクを得ることができた。この場合、金属膜の層を除去
したマスクによっても、エネルギー密度が４００ｍＪ／
ｃｍ² のエキシマレーザー光の入力に対して、閾値が５
０ｍＪ／ｃｍ² のレジスト膜の高精度のアブレーション
パターンを得ることが出来た。

【０１８６】図３６は本発明による液晶表示素子の製造
に使用するエキシマレーザー露光機の露光マスクの製造
方法の一例を説明する概略工程図である。同図におい
て、まず、（ａ）紫外光に対して透明な石英ガラス基板
９０上に光路長が使用紫外光の１／４波長の膜厚を持つ
第１の誘電体層を形成し、前記第１の誘電体層の上に同
じく光路長が１／４波長でかつ前記第１の誘電体層の屈
折率より小である第２の誘電体層を形成してなる誘電体
多層膜を成膜後、前記誘電体多層膜の最上層に前記ガラ
ス基板の屈折率より大きな屈折率を持つと共にその光路
長が使用紫外線の１／４波長となる第３の誘電体層を形
成して誘電体多層膜９１を成膜し、前記誘電体多層膜９
１の上に金属膜９２を成膜する。

【０１８７】（ｂ）金属膜９２上に感光性レジスト９３
を塗布し、露光マスク９４を介して紫外線９５を照射
し、現像する。 （ｃ）現像により残留したレジスト９３をマスクとして
エッチング媒体９６を適用しホトリソグラフィー工程に
より金属膜９２をパターニングする。 （ｄ）金属膜９２のパターニング後、残留レジストを除
去してパターニングした金属膜９２の層を得る。

【０１８８】（ｅ）パターニングした金属膜９２の開口
パターンをマスクとしてエッチング媒体９７を適用して
誘電体多層膜９１をエッチングする。 （ｆ）上記エッチングにより誘電体多層膜９１をパター
ニングし開口パターンを形成することにより、石英ガラ
ス基板９０上に多層誘電体膜９１とこの上に重畳した金
属膜９２からなるエキシマレーザー加工用の露光マスク
を得る。

【０１８９】なお、本発明による露光マスクすなわちエ
キシマレーザー加工用マスクは、上記の方法に限るもの
ではなく、例えば、金属膜上に感光性レジストの開口パ
ターンを形成し、この開口パターンをマスクとしてエキ
シマレーザーを照射して金属膜とその下層の多層誘電体
層をアブレーションで除去することによって露光マスク
を得ることも可能である。

【０１９０】この種の露光機では、露光マスクと被加工
物であるガラス基板との位置合わせを精密に行うことが
要求される。以下、被加工物であるガラス基板に対する
露光マスクの位置合わせ機構の実施例を説明する。 〔実施例９〕図３７は露光マスクと被加工物であるガラ
ス基板との位置合わせ機構の実施例を説明する模式図で
あって、１ａはエキシマレーザー光、７は露光マスク、
７Ａは位置合わせマーク、８は結像光学系（結像レン
ズ）、３０は蛍光板、３０Ａは蛍光発光部分、３１はビ
デオカメラ、３２は演算装置、３３は露光マスク調整機
構、３４は焦点・倍率調整機構、３５は背面照明ランプ
である。

【０１９１】同図において、エキシマレーザ光１ａが照
射される光路上に、露光マスク７、結像光学系８、蛍光
板３０、およびビデオカメラ３１が配置されている。エ
キシマレーザー光１ａは、その波長がたとえば２４８ｎ
ｍで、エネルギー密度が１０〜２０ｍＪ／ｃｍ² に調整
されたものとなっている。露光マスク２は、前記したも
のと同様に、例えば３３０ｍｍ×２５０ｍｍサイズ、厚
さ５ｍｍの石英基板面にＨｆＯ₂ およびＳｉＯ₂ をそれ
ぞれ１／４波長の膜厚で交互に各９層重ねた積層体に開
口パターンを加工したものとなっている。

【０１９２】この露光マスク７からの反射率は９８％以
上で、透過エネルギーとのＳ／Ｎは４０以上である。そ
して、この露光マスク７には位置合わせマーク７Ａが形
成されている。この位置合わせマーク７Ａは、例えば、
線幅が２０ミクロン以下（好ましくは、５ミクロン）の
十字パターンに形成される。なお、位置合わせマーク７
Ａは、十字パターンに限定されることはなく、桝形等他
のパターンであってもよいことは言うまでもない。

【０１９３】図３８は蛍光板の構成を説明する部分断面
図である。この蛍光板３０はエキシマレーザー光の照射
で蛍光を発生する基板であり、同図に示すように、例え
ば、２７０ｍｍ×２００ｍｍサイズで、厚さ１．１ｍｍ
の石英ガラス３０ａ上に螢光塗料膜３０ｂが約５００ｎ
ｍの膜厚で形成したものを使用している。エキシマレー
ザー光１ａの照射によって露光マスク７の位置合わせマ
ーク７Ａは、１：１の結像光学系８を介して蛍光板３０
上に結像され、結像個所の螢光塗料膜３０ｂが螢光を発
する。

【０１９４】なお、この場合における蛍光板３０の材料
としてエキシマレーザー光１Ａに対する吸収係数の高い
材料を用いた場合には上記した螢光塗料膜を必ずしも必
要とせずに同様の効果が得られる。ビデオカメラ３１は
定められた基準位置に固定されており、露光マスク７の
位置合わせマーク７Ａの投影像（蛍光像）３０Ａを蛍光
板３０の裏面から撮像する。

【０１９５】ビデオカメラ３１の撮像データ（画像デー
タ）は演算装置３２に入力する。演算装置３２は投影像
３０Ａの位置を基準位置との対比で演算して投影像のず
れ量を検出する。検出された位置ずれデータは露光マス
ク調整機構３３に与えられ、露光マスク調整機構３３は
露光マスク７の位置を上記位置ずれが０となるように、
すなわち正規の位置になるように位置調整する。

【０１９６】なお、上記位置ずれ量の演算は、例えば、
演算装置３２に位置合わせマークの投影像３０Ａの位置
座標に係る情報を格納するメモリを設け、この位置座標
データとビデオカメラの撮像データの差分演算を行うこ
とで実行される。なお、この構成例では、投影像３０Ａ
の焦点状態、サイズの差のデータをも演算装置３２で演
算し、その結果を焦点・倍率調整機構３４に与えて結像
レンズ８の焦点調整および倍率調整を行うように構成さ
れている。この焦点、倍率の調整が必要となる理由は、
エキシマレーザー光によるレジスト膜のアブレーション
時の使用波長と光学系の焦点位置および倍率等の調整が
重要になってくるからである。

【０１９７】一方、前記蛍光板３０と同サイズおよび同
形の製造過程における液晶表示素子用ガラス基板（図示
せず）が用意されており、このガラス基板を蛍光板３０
と互換されて全く同位置にセットされるようになってい
る。液晶表示素子用のガラス基板は、例えば、その一方
の表面の全域に金属蒸着膜が形成され、さらにその上を
覆った全域にレジスト膜が形成されたものとなってい
る。

【０１９８】液晶表示素子用のガラス基板が前記蛍光板
３０と互換された段階では、そのガラス基板は露光マス
ク７に対して正しい位置に位置合わせがなされ、その
後、露光マスク７を用いてパターン露光される。これに
より、液晶表示素子用のガラス基板上のレジスト膜は、
所謂従来の湿式（ウエット）現像処理を行うことなくパ
ターニングがなされ、その下層に配置されている金属蒸
着膜の選択エッチング用のマスクとして用いられる。

【０１９９】なお、同図では液晶表示素子用のガラス基
板（あるいは蛍光板３０）をその背面から光を照射させ
る背面照明ランプ３５が配置されている。液晶表示素子
用のガラス基板の製造において２層目に形成された材料
に対して加工を行う場合、その材料に位置合わせマーク
が形成されており、その位置合わせマークの検出手段と
して背面照明ランプ３５から投影像３０Ａの螢光と同一
波長の光を照射することによって、該位置合わせマーク
をビデオカメラ３１によって検出できるようになってい
る。

【０２００】このような構成によれば、製造工程時に液
晶表示素子用のガラス基板と互換できる蛍光板３０がエ
キシマレーザー光１ａによって露光マスク７の位置合わ
せマーク７Ａを投影させた場合に、その投影個所におい
て螢光を発生させ、液晶表示素子用のガラス基板と位置
的に対応して配置される蛍光板３０に投影されて目視で
きるアライメントマークは可視光によって得られる投影
と全く同等の機能を果たすことができる。

【０２０１】この実施例によれば、液晶表示素子用のガ
ラス基板に対する露光マスク７の位置合わせを簡単な構
成で達成することができる。 〔実施例１０〕図３９は露光マスクと被加工物であるガ
ラス基板との位置合わせ機構の他の実施例を説明する模
式図であって、７Ｂ，７Ｃは露光マスク７に形成した位
置合わせマーク、８ａ，８ｂはマーク専用結像レンズ、
１０Ｂ，１０Ｃは液晶表示素子用のガラス基板１０に形
成した位置合わせマーク、３０Ｂ，３０Ｃは蛍光板、３
１Ｂ，３１Ｃは蛍光板３０Ｂ，３０Ｃ形成される位置合
わせマーク７Ｂ，７Ｃの投影による蛍光を撮像するビデ
オカメラ、３１Ｄ，３１Ｅはガラス基板１０の位置合わ
せマーク１０Ｂ，１０Ｃを撮像するビデオカメラ、３６
はガラス基板１０の位置調整機構、４０ａ，４０ｂはプ
リズム、４０ｃ，４０ｄはミラー、４１はガラス基板ホ
ルダである。

【０２０２】この実施例においては、エキシマレーザー
光１ａは、複数のプリズム（同図では２個）４０ａ，４
０ｂと、各プリズムに対応して配置されたミラー４０
ｃ，４０ｄを介して分離されて露光マスク７上に形成さ
れた位置合わせマーク７Ｂ，７Ｃを照射する。各位置合
わせマーク７Ｂ，７Ｃは、それぞれマーク専用結像レン
ズ８ａ，８ｂを介して製造過程にある液晶表示素子用の
ガラス基板１０を保持するガラス基板ホルダ４１に設け
た螢光発生板３０Ｂ，３０Ｃに結像され、螢光を発生さ
せる。

【０２０３】螢光発生板３０Ｂ，３０Ｃは、前記実施例
で説明した図３８と同様の構成を有し、表面に螢光塗料
膜が約５００ｎｍの膜厚で形成されている。この螢光発
生板３０Ｂ，３０Ｃによる発光像は、それらの背面に設
置されたマーク検出用ビデオカメラ３１Ｂ，３１Ｃによ
って検出される。一方、ガラス基板ホルダ４１に保持さ
れたガラス基板１０の一部には位置合わせマーク１０
Ｂ，１０Ｃが付されており、この位置合わせマーク１０
Ｂ，１０Ｃはガラス基板１０の背面に配置されたビデオ
カメラ３１Ｄ，３１Ｅによって検出される。

【０２０４】そして、各ビデオカメラ３１Ｄ，３１Ｅに
よってそれぞれ検出された位置合わせマーク１０Ｂ，１
０Ｃの位置関係（離間距離）から、ガラス基板ホルダ４
１に対するガラス基板１０の位置が正確なものか否かを
判断すると共に、正確でない場合にはそのずれ量を演算
し、その演算値に基づいてガラス基板１０のガラス基板
ホルダ４１に対する位置調整を位置調整機構３６によっ
て行うように構成されている。

【０２０５】なお、このような位置調整がなされた後に
は、エキシマレーザー光１ａによって露光マスク７、結
像レンズ８を介して液晶表示素子用のガラス基板に形成
されたレジスト膜のパターニングを行う。上記構成にお
いても前記実施例と同様に結像レンズの焦点の調整およ
び倍率の調整を行う構成を備える。

【０２０６】なお、上記した露光マスクとガラス基板と
の位置合わせ装置は、レジスト膜のパターニングに限る
ものではなく、このパターニング後に下層のＴＦＴ構成
薄膜のアブレーション加工機にも同様に適用できる。次
に、エキシマレーザー光のアブレーション現象を利用し
たレジスト膜および各種薄膜の加工におけるデブリスの
除去装置の実施例について説明する。

【０２０７】エキシマレーザー光のアブレーション現象
を利用したレジスト膜のパターニングやＴＦＴを構成す
る各種薄膜の加工においては、当該アブレーションに伴
ってデブリスが発生する。従来、このエキシマレーザー
光を用いたアブレーション加工をマイクロマシニングの
分野に適用したものでは、アブレーションで発生する加
工生成物であるデブリスは加工後に被加工物を洗浄する
か、または加工材料に応じて、ヘリウム等の不活性雰囲
気中で加工するか、あるいは酸素雰囲気中で加工するこ
とによって低減している。

【０２０８】しかし、このような従来の除去技術では、
アブレーションによって発生するデブリスを完全に除く
ことは困難である。特に、被加工物に再付着したデブリ
スを除去することは難しい。さらに、デブリスの形態は
材料の種類や入射エネルギーの強度によって、気体状の
ものから数μｍ程度の大きさの粒子に至るまでの広範囲
の形態で分布しており、加工後の洗浄も発生したデブリ
スの形態によって種々の方法を考えねばならない。

【０２０９】また、ヘリウム雰囲気中での加工では、ア
ブレーションのプルーム（爆発雲）の噴出速度が空気中
での速度よりもより速いためにデブリスが遠くに分散さ
れ、見掛け上デブリスが減少したように見える。これ
は、酸素雰囲気中では、発生したデブリスが酸化され気
体状になる結果と考えられる。上記したヘリウム、ある
いは酸素の雰囲気での加工が効果を持つのは比較的限ら
れた材料の加工においてのみであり、あらゆる材料の加
工において有効であるわけでは無い。

【０２１０】さらに、考慮すべき本質的な点は、高速の
加工を行うためにエキシマレーザーの発振周波数を大き
くして行くと、先行するエキシマレーザーパルスによっ
て生じたプルームがまだエキシマレーザーの光路中に存
在している状態で後続のエキシマレーザーによるアブレ
ーションが実行されることになるために、当該後続する
アブレーションのためのエキシマレーザーにエネルギー
損失を招くという問題がある。

【０２１１】このような理由から、アブレーションによ
り発生したプルームを高速で除去することが、単にデブ
リスを除くという以上に重要な課題となっている。以
下、本発明によるアブレーションデブリス除去装置の実
施例につき、詳細に説明する。 〔実施例１１〕図４０は本発明による液晶表示素子の製
造におけるアブレーションデブリス除去装置の１実施例
の構成を説明する模式図であって、５０は吸引ノズル、
５１は図示しない真空ポンプに連通する排気部、５２は
吸引バッファ空間、１０は被加工物であるガラス基板で
ある。

【０２１２】この実施例は一本の吸引ノズル５０を有す
る構成であり、これを被加工物１０の加工領域に近接
し、かつプルームの上昇速度が十分小さくなる位置に設
置して矢印に示したようにデブリスＡの吸引を行う。吸
引ノズルの開口形状は円筒状、楕円状、矩形状、あるい
はスリット状等、被加工物の材料、エキシマレーザー光
加工装置の構成、使用エネルギー等に応じて適宜のもの
とする。

【０２１３】本実施例により、被加工物の表面に当該デ
ブリスが付着したり、後続のレーザーパルスのエネルギ
ーを減殺させることがないエキシマレーザー加工装置を
提供できる。なお、この構成としたものを加工領域の周
りに複数個設置することによって吸引の効率を向上させ
ることができる。 〔実施例１２〕図４１は本発明による液晶表示素子の製
造におけるアブレーションデブリス除去装置の他の実施
例の構成を説明する模式図であって、図４０と同一符号
は同一機能部分に対応する。

【０２１４】本実施例は、吸引ノズル５０を被加工物の
加工領域を周回して包囲するごとく開口したスリット状
とした環状としたものである。それぞれの吸引バッファ
空間３ａは連通させておくのが望ましく、排気部２は一
箇所としてもよい。本実施例により、デブリスの除去効
果が向上し、被加工物の表面に当該デブリスが付着した
り、後続のレーザーパルスのエネルギーを減殺させるこ
とがないエキシマレーザー加工装置を提供できる。 〔実施例１３〕図４２は本発明による液晶表示素子の製
造におけるアブレーションデブリス除去装置のさらに他
の実施例の構成を説明する模式図であって、５３ａ，５
３ｂは吸引容器を構成する側壁、５４はエキシマレーザ
ー光の入射窓、５５は吸引容器を構成する底板、５５ａ
はレーザー光照射用の開口、図４０と同一符号は同一機
能部分に対応する。

【０２１５】同図はデブリスの吸引をさらに効率良く、
かつ完全にプルームを除去するためには吸引領域を略々
密閉するごとく囲む吸引容器構造としたものである。す
なわち、本実施例では、エキシマレーザー光の入射窓５
４とガラス基板１０にレーザー光を照射するための開口
をもつ底板５５および側壁５３ａ，５３ｂで吸引容器を
構成している。吸引バッファ空間５２は連通されてお
り、排気部５１は一箇所としてもよい。

【０２１６】底板５５の開口５５ａはできるだけ小さく
することが望ましいが、アブレーション時のショックウ
エーブフロントの動きを妨げない様にする必要があるた
め、ガラス基板１０の加工領域の各縁から約２ｍｍ程度
広い開口とするのが好適である。側壁５３ａ，５３ｂも
レーザー光の照射を妨げないような形状とする。また、
入射窓５４はエキシマレーザー光を透過させる材料、例
えば石英板で形成し、その設置高さもショックウエーブ
フロントの到達距離よりも高くとっておくことが肝要で
ある。

【０２１７】さらに、底板５５はアブレーション加工を
施すすべきガラス基板１０にできるだけ密に接近させ、
かつその全体面積を大きくとることにより、吸引の効率
をさらに向上できる。これは、吸引容器内の圧力が低く
なり、ショックウエーブフロントの速度が上がるためと
考えられる。ただし、吸引においてはエキシマレーザー
光の光路の気体の擾乱で屈折率の局所的な変動を起さな
い様な流速、流線を考慮する必要がある。 〔実施例１４〕図４３は本発明による液晶表示素子の製
造におけるアブレーションデブリス除去装置のさらにま
た他の実施例の構成を説明する模式図であって、アブレ
ーション加工装置に取り付けるためのより具体的な構造
を示し、吸引バッファ空間５２は連通して排気部５１に
連絡し、５６は吸引容器である。なお、図４２と同一符
号は同一機能部分に対応する。

【０２１８】同図において、吸引容器５６の高さは６５
ｍｍ程度とし、この吸引容器の底板５５を被加工物の表
面上に１ｍｍの間隙で設置する。エキシマレーザー光は
入射窓５４から入射し、底板５５の開口５５ａからガラ
ス基板に照射される。アブレーションで生じたデブリス
Ａは、矢印に示したように吸引ノズル５０を通して吸引
バッファ空間５２から排気部５１に到り、図示しない真
空ポンプで排気される。

【０２１９】この構成のアブレーションデブリス除去装
置を用いたアブレーション加工装置でノボラック系樹脂
のアブレーション加工をおこなった結果、２ｋＨｚのレ
ーザー発振周波数に対し、吸引容器のない時と比較して
約１．５倍のアブレーションレートを得ることができ
た。さらに、レーザー照射部の縁の微小部分を除いてデ
ブリスを完全に除去することができた。

【０２２０】このように構成したことにより、アブレー
ション加工装置の加工部に容易に設置することができ、
発生したデブリスを除去して高品質の加工を行うことが
可能となる。図４４は図４３に示したアブレーションデ
ブリス除去装置をアブレーション加工機に装着して液晶
表示素子を構成するカラーフィルタ基板の加工に適用し
た構成例の説明図であって、１はエキシマレーザー、１
ａはエキシマレーザー光、１ａ’は照射レーザー光、７
は露光マスク（誘電体マスク）、１０’は被加工物であ
るカラーフィルタ基板、１１はカラーフィルタ基板１
０’のＸ−Ｙテーブル、６０はカラーフィルタ層、６０
ａはカラーフィルタ層に形成された不要な凸部、６１は
均一化照明光学系、６２は結像光学系（レンズ）、６３
はデブリス除去装置である。

【０２２１】同図において、エキシマレーザー１は波長
２４８ｎｍのレーザー光１ａを発振し、インテグレータ
ーを含む均一化照明光学系６１により、カラーフィルタ
基板１０’のカラーフィルタ層６０の表面にある凸部６
０ａの除去領域をカバーする開口を形成した露光マスク
７上に２×５０ｍｍ² のスリット状のマスクパターンの
照明を行う。

【０２２２】このマスクパターンを１：１の結像レンズ
６２でカラーフィルタ層６０の表面に結像する。結像レ
ンズ６２のワーキングディスタンスは７０ｍｍで、この
間に図４に断面を示すような高さが６５ｍｍの吸引容器
に組み込んだアブレーションデブリス除去装置１３１ｍ
ｍの間隙で設置した。デブリスの吸引は３００リットル
／秒の排気能力を持つドライ真空ポンプ又は真空吸引装
置を用いる。エキシマレーザー光の入射エネルギー密度
３００ｍＪ／ｃｍ² である。

【０２２３】このように構成したアブレーション加工装
置により、カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層に形
成された不要な凸部７ａは除去されて平坦化されると共
に、加工により生じたデブリスがカラーフィルタ層に残
留することがなく、高品質のカラーフィルタ基板を得る
ことができた。図４５は本発明により製造したＴＦＴ型
液晶表示装置の構造例を説明する展開斜視図である。

【０２２４】同図において、ＭＤＬは液晶表示装置、Ｓ
ＨＤは上フレームである金属製のシールドケース、ＷＤ
は液晶表示装置の有効画面を画定する表示窓、ＰＮＬは
液晶表示素子、ＳＣＰは拡散板、ＰＣＢ１はドレイン側
回路基板、ＰＣＢ２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、Ｓ
ＰＳ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、Ｊ
Ｎ１，２，３は回路基板間を接続するジョイナ、ＴＣＰ
１，２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。

【０２２５】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
されて液晶表示装置ＭＤＬを構成する。液晶表示素子Ｐ
ＮＬには拡散板ＳＣＰ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。
また、液晶表示素子ＰＮＬの裏面には導光体ＧＬＢに各
種の光学シートを積層してなるバックライトＢＬが設置
され、液晶表示素子ＰＮＬに形成された画像を照明して
表示窓ＷＤに表示する。

【０２２６】上記本発明を用いて組み立てたＴＦＴ型液
晶表示装置は、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。なお、本
発明によるエキシマレーザー光のアブレーション現象を
利用した加工方法は、液晶表示素子のレジスト膜やＴＦ
Ｔ基板あるいはカラーフィルタ基板を構成する各種の薄
膜のパターニングに限らず、同様の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。

【０２２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高アブレーションレート、かつ低デブリスの高分子材料
でレジスト膜を形成し、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ーにより、レジスト
膜の現像および残留レジスト膜の除去、金属薄膜や半導
体薄膜あるいは絶縁薄膜のパターニングをウエットプロ
セスによること無く実現できることから、当該現像剤や
剥離剤、その他の処理剤の廃液で環境への影響を無くす
ことができる。さらに薄膜パターン形成プロセス自体が
簡素化されると共に、そのプロセス時間を大幅に短縮す
ることができ、液晶被素子の製造コストが低減される。

【０２２８】また、高エネルギーのエキシマレーザー光
に対する光学系のダメージが防止され、大面積のガラス
基板に高精度で各種の薄膜のパターニングを施すことが
可能となり、その量産効果が大である。さらに、本発明
による露光マスクは、高エネルギーのエキシマレーザー
光に対して耐久性が大きく、かつステップ−スキャン方
式における大面積のガラス基板に対するパターンの境界
のずれが回避され、高精度のパターニング処理が可能で
ある。

【０２２９】そして、露光マスクと被処理物であるガラ
ス基板の位置合わせを、簡単な構成で高精度に実現でき
ると共に、アブレーションで発生したデブリスをリアル
タイムで除去できるため、高速加工と加工環境のクリー
ン化が実現され、製造した液晶表示装置の高品質化を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エキシマレーザー光のアブレーション加工用レ
ジスト材を用いた本発明による液晶表示素子の製造方法
を説明する工程図である。

【図２】エキシマレーザー光のアブレーション加工用レ
ジスト材を用いた本発明による液晶表示素子の製造方法
を説明する工程図である。

【図３】本発明による液晶表示素子の製造に用いるエキ
シマレーザーのアブレーション現象を利用した露光機の
構成例を説明する模式図である。

【図４】誘電体多層膜マスクの基本的構成の１例を説明
する断面模式図である。

【図５】誘電体多層膜マスクの基本的構成の他例を説明
する断面模式図である。

【図６】図４に対応した屈折率比ｎ_e ／ｎ₁ と反射率と
の関係を層数をパラメータとした説明図である。

【図７】図５に対応した屈折率比ｎ_e ／ｎ₁ と反射率と
の関係を層数をパラメータとした説明図である。

【図８】本発明による誘電体多層膜マスクで構成したエ
キシマレーザー加工用マスク（露光マスク）の基本構造
を説明する模式断面図である。

【図９】図８の金属膜の層を除き追加の高屈折率層とし
てＡｌ₂ Ｏ₃ を用いた場合の多層誘電体層の屈折率比ｎ
₂ ／ｎ₃ と反射率の関係の特性説明図である。

【図１０】エキシマレーザー光のパルスにディレイ同期
した色素レーザー（パルス幅約５ｎｓ）によるアブレー
ション現象のシャドウグラフを模式的に示すアブレーシ
ョン現象の説明図である。

【図１１】本発明を適用するアクティブ・マトリクス方
式のカラー液晶表示装置の一画素近傍の構成を説明する
平面図である。

【図１２】図１１の３−３線に沿って切断した要部断面
図である。

【図１３】下部透明ガラス基板にＴＦＴを構成する薄膜
多層構造のパターニングによる形成工程の説明図であ
る。

【図１４】下部透明ガラス基板にＴＦＴを構成する薄膜
多層構造のパターニングによる形成工程の説明図であ
る。

【図１５】下部透明ガラス基板にＴＦＴを構成する薄膜
多層構造のパターニングによる形成工程の説明図であ
る。

【図１６】本発明による液晶表示素子の製造方法に使用
される露光／現像装置の光学系の概略を説明する模式図
である。

【図１７】本発明の液晶表示素子の製造方法におけるス
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１８】本発明による液晶表示素子の製造方法におい
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１９】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機におけるレンズアレーによるエキシ
マレーザー光の分割を説明する原理図である。

【図２０】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機の照明光学系の説明図である。

【図２１】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機の露光マスクの照明光の均一化の説
明図である。

【図２２】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機の走査方式を説明する模式図であ
る。

【図２３】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機の走査における照明領域の位置設定
例の説明図である。

【図２４】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機のエキシマレーザー光源部と現像光
学系を分離壁で独立させた清浄度が異なる部屋に設置し
たアブレーション現像装置の全体構成の説明図である。

【図２５】本発明の液晶表示素子の製造方法に用いるア
ブレーション現像機のレーザー光ビームが通過する透過
窓板を傾斜させることによって光軸を平行移動させるず
れ補正方法の説明図である。

【図２６】本発明の第７実施例を説明するためのアブレ
ーション現像機の露光光学系の構成の模式図である。

【図２７】本発明の第７実施例における光源の分割に用
いる円筒形レンズのＸ方向とＹ方向の配置例を説明する
模式図である。

【図２８】本発明の第７実施例における露光マスクの開
孔パターンの一例としての液晶表示装置のカラーフィル
タ側ガラス基板に形成するブラックマトリクス（ＢＭ）
パターンの一例とスリット照明とするためのブレードの
配置関係の説明図である。

【図２９】本発明の第８実施例を説明するためのカラー
フィルタのアブレーション現像によるパターニングの模
式図である。

【図３０】本発明による液晶表示素子の製造方法に使用
するアブレーション露光機の露光マスクの好ましい分割
線の説明図である。

【図３１】避けるべき分割線の説明図である。

【図３２】本発明による液晶表示素子の製造方法におけ
るレジストパターン形成方法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３３】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３４】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の説明図である。

【図３５】本発明による液晶表示素子の製造に使用する
エキシマレーザー露光機の露光マスクの材料である高屈
折率層材料と低屈折率層材料の組み合わせと１０％以下
の透過率の最小層数の説明図である。

【図３６】本発明による液晶表示素子の製造に使用する
エキシマレーザー露光機の露光マスクの製造方法の一例
を説明する概略工程図である。

【図３７】露光マスクと被加工物であるガラス基板との
位置合わせ機構の実施例を説明する模式図である。

【図３８】蛍光板の構成を説明する部分断面図である。

【図３９】露光マスクと被加工物であるガラス基板との
位置合わせ機構の他の実施例を説明する模式図である。

【図４０】本発明による液晶表示素子の製造におけるア
ブレーションデブリス除去装置の１実施例の構成を説明
する模式図である。

【図４１】本発明による液晶表示素子の製造におけるア
ブレーションデブリス除去装置の他の実施例の構成を説
明する模式図である。

【図４２】本発明による液晶表示素子の製造におけるア
ブレーションデブリス除去装置のさらに他の実施例の構
成を説明する模式図である。

【図４３】本発明による液晶表示素子の製造におけるア
ブレーションデブリス除去装置のさらにまた他の実施例
の構成を説明する模式図である。

【図４４】図４３に示したアブレーションデブリス除去
装置をアブレーション加工機に装着して液晶表示素子を
構成するカラーフィルタ基板の加工に適用した構成例の
説明図である。

【図４５】本発明により製造したＴＦＴ型液晶表示装置
の構造例を説明する展開斜視図である。

【符号の説明】

１ エキシマレーザー ３，５ レンズ ４ 分割レンズ ６ コンデンサレンズ ７ 露光マスク ８ 結像レンズ ９ 入射瞳 １０ 被加工物であるレジスト塗布ガラス基板 １１ Ｘ−Ｙテーブル（１１ａはＸ−Ｙマスクテーブ
ル、１１ｂはＸ−Ｙ基板テーブル）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｃ 21/336 (72)発明者 林 伸明 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 富田 好文 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子を構成するための金属膜、誘
   電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜の一部
   がパターン状に形成された多層膜を成膜したガラス基板
   上に高分子材料から構成したレジスト膜を塗布し、 所定の開口パターンを有するマスクを介してエキシマレ
   ーザーを照射して照射部分のレジスト膜をアブレーショ
   ン現象により除去することで前記マスクの開口パターン
   に対応して前記薄膜を露出したレジスト膜パターンを形
   成し、 前記レジスト膜パターンで露出された前記薄膜にエッチ
   ング処理を施して除去した後、エキシマレーザーを照射
   して残留レジスト膜をアブレーション現象により除去す
   ることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記レジスト膜の吸光
   係数が、波長２４８ｎｍまたは３０８ｎｍのエキシマレ
   ーザー光に対して５×１０⁴ ｃｍ^-1以上であることを特
   徴とする液晶表示素子の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記高分子化合物が、
   加熱または乾燥の何れかにより環状または網目状の架橋
   構造を形成する熱硬化型であることを特徴とする液晶表
   示素子の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１において、前記レジスト膜が、波
   長２４８ｎｍ、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ² のエ
   キシマレーザーのパルス光に対して、０．０４μｍ／ｓ
   ｈｏｔ以上のアブレーション速度をもつことを特徴とす
   る液晶表示素子の製造方法。
5. 【請求項５】金属膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、
   ないしは前記薄膜の１または複数からなる多層膜を高分
   子材料から構成したレジスト膜を用いたエキシマレーザ
   ーのアブレーション現象により加工して得た一方のガラ
   ス基板と、 ブラックマトリクスおよび複数のカラーフィルターを形
   成した他方のガラス基板の間に液晶層を挟持してなる液
   晶表示装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記ガラス基板のブラ
   ックマトリクスおよび／または複数のカラーフィルタ
   が、ブラックマトリクス膜および／または複数のカラー
   フィルタ膜を所定の開口パターンを有するマスクを介し
   てエキシマレーザーで照射して当該照射部分のブラック
   マトリクス膜および／または複数のカラーフィルタ膜を
   アブレーション現象により加工してなることを特徴とす
   る液晶表示装置。