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発明の名称 薄膜パターンの製造方法及びこれを用いる平板表示素子の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−178995(P2007−178995A)
公開日 平成19年7月12日(2007.7.12)
出願番号 特願2006−207623(P2006−207623)
出願日 平成18年7月31日(2006.7.31)
代理人 【識別番号】100064447
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 正夫
発明者 金 珍 郁
要約 課題
本発明は、フォト工程を使用しないで、段差を有する有機物パターンを形成することによって、キャパシタの容量が調節できる薄膜パターンの製造方法及びこれを用いる平板表示素子の製造方法に関する。

解決手段
基板上に導電性第1薄膜パターンを形成するステップと、第2薄膜パターンが形成されたマスターモールドを設けるステップと、前記第2薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布するステップと、前記第1薄膜パターン及び前記基板の表面が前記有機物と接触するように前記基板と前記マスターモールドとを合着するステップと、前記有機物を硬化するステップと、前記基板とマスターモールドを分離して、前記第1薄膜パターンが形成された基板上に前記第2薄膜パターンにより段差を有することになる有機薄膜パターンを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
基板上に導電性第1薄膜パターンを形成するステップ、
第2薄膜パターンが形成されたマスターモールドを設けるステップ、
前記第2薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布するステップ、
前記第1薄膜パターン及び前記基板の表面が前記有機物と接触するように前記基板と前記マスターモールドとを合着するステップ、
前記有機物を硬化するステップ、及び
前記基板とマスターモールドを分離して、前記第1薄膜パターンが形成された基板上に前記第2薄膜パターンにより段差を有することになる有機薄膜パターンを形成するステップ、
を含むことを特徴とする薄膜パターンの製造方法。
【請求項2】
前記基板の表面エネルギーは、前記有機物の表面エネルギー及び前記マスターモールドの表面エネルギーより大きいことを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項3】
前記基板の表面は、Oプラズマにより親水化処理されることを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項4】
前記基板の表面エネルギーは、70〜100mN/mであることを特徴とする請求項2記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項5】
前記マスターモールド上に塗布される有機物は、液状前駆体のポリマーであるレジンであって、アクリレート系モノマーとホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの光開始剤を含むことを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項6】
前記有機物が、トリデカフルオロ及びテトラヒドロオクチル・トリクロロシランのうちの少なくとも1つを含むプライマからなることを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項7】
前記有機物内でアクリレート系モノマーの含有量は90〜98%であり、前記ホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの含有量は2〜10%であることを特徴とする請求項5記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項8】
前記有機物の表面エネルギーは、20〜45mN/mであることを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項9】
前記有機物の粘度が1〜50cPであることを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項10】
前記マスターモールドの表面は、CFプラズマまたはSFプラズマのうち、いずれか1つにより疎水化処理されたことを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項11】
前記マスターモールドの表面エネルギーは、15〜40mN/mであることを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項12】
前記有機物のアクリレート系モノマーは親水性であることを特徴とする請求項7記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項13】
前記第2薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布した後、前記有機物の表面に粘着剤を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項1記載の薄膜パターンの製造方法。
【請求項14】
基板上にゲートライン、前記ゲートラインと接続されるゲート電極を含むゲートパターンを形成するステップと、
所定の薄膜パターンを具備するマスターモールドを設けるステップと、
前記薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布するステップと、
前記ゲートパターン及び前記基板の表面が前記有機物と接触すると共に、前記薄膜パターンと前記ゲートラインが対向するように前記基板と前記マスターモールドとを合着するステップと、
前記有機物を硬化するステップと、
前記基板及びマスターモールドを分離して前記基板上に前記ゲートラインと重畳される領域で相対的に小さな厚さを有する有機ゲート絶縁膜を形成するステップと、
を含むことを特徴とする平板表示素子の製造方法。
【請求項15】
前記基板の表面エネルギーは、前記有機物及び前記マスターモールドの表面エネルギーより大きいことを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項16】
前記基板の表面は、Oプラズマにより親水化処理されることを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項17】
前記基板の表面エネルギーは、70〜100mN/mであることを特徴とする請求項15記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項18】
前記マスターモールド上に塗布される有機物は液状前駆体のポリマーであるレジンであって、アクリレート系モノマーとホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの光開始剤を含むことを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項19】
前記有機物が、トリデカフルオロ及びテトラヒドロオクチル・トリクロロシランのうちの少なくとも1つを含むプライマからなることを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項20】
前記有機物内でアクリレート系モノマーの含有量は90〜98%であり、前記ホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの含有量は2〜10%であることを特徴とする請求項18記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項21】
前記有機物の表面エネルギーは、20〜45mN/mであることを特徴とする請求項15記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項22】
前記マスターモールドの表面は、CFプラズマまたはSFプラズマのうち、いずれか1つにより疎水化処理されたことを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項23】
前記有機物の粘度が1〜50cPであることを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項24】
前記マスターモールドの表面エネルギーは、15〜40mN/mであることを特徴とする請求項15記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項25】
前記有機物のアクリレート系モノマーは親水性であることを特徴とする請求項20記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項26】
前記薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布した後、前記有機物の表面に粘着剤を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項27】
前記有機ゲート絶縁膜上に半導体パターンを形成するステップ、
前記半導体パターン上にソース電極及びドレーン電極、前記ゲートラインと交差するデータラインを形成するステップ、
前記ドレーン電極を露出させる接触ホールを有する保護膜を形成するステップ、及び
前記接触ホールを通じて前記ドレーン電極と接触し、前記相対的に低い厚さを有する有機ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲートラインとストレージキャパシタをなす画素電極を形成するステップ、
を含むことを特徴とする請求項14記載の平板表示素子の製造方法。
【請求項28】
請求項1から12いずれか一項記載の製造方法によって製造された薄膜パターンを有する装置。
【請求項29】
薄膜パターンを有する装置であって、
基板、
該基板上に形成された導電性薄膜パターン、及び
該基板及び該導電性薄膜パターン上に接合された有機物からなる有機薄膜パターンであって、外側表面に段差を有する有機薄膜パターン
を含み、
該有機薄膜パターンが、該段差に対応する表面を有するマスターモールドから分離され移されたものであり、
該基板の表面エネルギーが該有機物及び該マスターモールドの表面エネルギーよりも大きいことを特徴とする装置。
【請求項30】
前記基板の表面は、Oプラズマにより親水化処理されることを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項31】
前記基板の表面エネルギーは、70〜100mN/mであることを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項32】
前記マスターモールド上に塗布される有機物は、液状前駆体のポリマーであるレジンであって、アクリレート系モノマーとホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの光開始剤を含むことを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項33】
前記有機物が、トリデカフルオロ及びテトラヒドロオクチル・トリクロロシランのうちの少なくとも1つを含むプライマからなることを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項34】
前記有機物内でアクリレート系モノマーの含有量は90〜98%であり、前記ホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの含有量は2〜10%であることを特徴とする請求項32記載の装置。
【請求項35】
前記有機物の表面エネルギーは、20〜45mN/mであることを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項36】
前記有機物の粘度が1〜50cPであることを特徴とする請求項29記載の装置。
【請求項37】
前記有機物のアクリレート系モノマーは親水性であることを特徴とする請求項34記載の装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、平板表示素子に関し、特にフォト工程を使用しないで、段差を有する有機物パターンを形成することによって、キャパシタの容量が調節できる薄膜パターンの製造方法及びこれを用いる平板表示素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
最近の情報化社会で、表示素子は視覚情報伝達媒体としてその重要性がいつの時より強調されている。現在、主流をなしている陰極線管(Cathode Ray Tube)またはブラウン管は重さと体積が大きいという問題がある。
【0003】
平板表示素子には、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)、電界放出表示素子(Field Emission Display:FED)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:PDP)及び電界発光素子(Electroluminescence:EL)などがあり、これらの大部分が実用化されて市販されている。
【0004】
このような平板表示素子は、多数の薄膜パターンを含み、各々の薄膜パターンはフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により形成される。
【0005】
以下、図1a乃至図1cは、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を用いて薄膜パターンを形成する技術を示す順序図である。
【0006】
まず、図1aに示すように、平板表示素子用基板2上にスパッタリングなどの蒸着方法により金属層4aが形成される。以後、フォトレジスト塗布、露光及び現像工程を含むフォトリソグラフィー工程が行われることによって、図1bに示すように、フォトレジストパターン5が形成される。このフォトレジストパターン5をマスクといて用いたエッチング工程が行われることによって、図1cに示すように、第1薄膜パターン4が形成される。
【0007】
このようなフォトリソグラフィー工程により多数の薄膜パターンが積層され、各々の薄膜パターンの電気的な接触などにより、薄膜パターンが必要によって電気的に連結されたり電気的に絶縁されたりする。ここで、各々の金属薄膜パターンを電気的に絶縁させようとする場合、絶縁膜が用いられる。
【0008】
図2を参照すれば、図1a乃至図1cにより形成された第1薄膜パターン4と電気的に分離される第2薄膜パターン8を形成しようとする場合、絶縁膜6を形成した後、前述したフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により第2薄膜パターン8を形成する。
【0009】
ここで、絶縁膜6には、窒化シリコン(SiNx)などの無機絶縁物質がPECVDなどの蒸着方法により少なくとも2回以上蒸着されることにより形成される。
【0010】
ここで、無機絶縁物質からなる絶縁膜6は、下部に位置する第1薄膜パターン4により形成される段差をそのまま維持するようにすることで、基板2上の平坦化度を低下させる短所がある。このような無機物質の絶縁膜6の短所を補完するために、図3に示すように、有機物質で形成された有機絶縁膜7を形成する技術が提案された。有機絶縁膜7は、無機絶縁膜6と異に、PECVDなどの蒸着方法でないスピンコーティングまたはスピンリスコーティングなどのコーティング方法により有機物が塗布された後、乾燥されることにより形成される。このような有機絶縁膜7は、無機絶縁膜6と異に、第1薄膜パターン4による段差が除去できることになる。また、有機絶縁膜8は2回の蒸着工程による無機絶縁膜6より製造工程が単純で、かつ、費用が低廉である。
【0011】
一方、金属薄膜パターン(または、金属)と金属薄膜パターン(または、金属)が絶縁物質により絶縁され、各々の金属薄膜パターンに電流または電圧が供給されれば、金属薄膜パターン間に寄生キャパシタが形成される。
【0012】
即ち、第1薄膜パターン4と第2薄膜パターン6に、電流または電圧が供給されれば、第1薄膜パターン4と第2薄膜パターン6との間に第1寄生キャパシタAが形成される。また、第3薄膜パターン10が形成される場合は、第1薄膜パターン4と第3薄膜パターン10との間に第2寄生キャパシタBが形成される。
【0013】
このような寄生キャパシタA、Bは、使用者の必要によって、その容量を大きく形成したり小さく形成する必要がある。このために、図4に示すように、有機絶縁膜7の厚さを調節する必要がある。
【0014】
【数1】


(ε:誘電率、d:電極間の距離、A:電極面積)
【0015】
即ち、キャパシタは数式1のように、電極間の距離に反比例するので、有機絶縁膜7の厚さを調節することによって、寄生キャパシタの容量が調節できることになる。
【0016】
しかしながら、図4に示すように、有機絶縁膜7の段差を形成しようとする場合は、マスクを用いたフォトリソグラフィー工程が必要となる。
【0017】
即ち、有機絶縁物質を塗布した後、ハーフトーンマスクなどを用いて部分的に有機絶縁物質を露光した後、現像することで、段差を有する有機絶縁膜7が形成できることになる。
【0018】
しかしながら、このようなマスクを用いたフォトリソグラフィー工程は、露光、現像工程とマスク製作費用などが追加されることによって、段差を有する有機絶縁膜7を形成する場合、製造工程が複雑になり、費用が顕著に増加する問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
本発明は、フォト工程を使用しないで、段差を有する有機物パターンを形成することによって、キャパシタの容量が調節できる薄膜パターンの製造方法及びこれを用いる平板表示素子の製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
前記目的を達成するために、本発明の第1の側面としての薄膜パターンの製造方法は、基板上に導電性第1薄膜パターンを形成するステップと、第2薄膜パターンが形成されたマスターモールドを形成するステップと、第2薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布するステップと、第1薄膜パターン及び基板の表面が有機物と接触するように基板と前記マスターモールドとを合着するステップと、有機物を硬化するステップと、基板とマスターモールドを分離して第1薄膜パターンが形成された基板上に第2薄膜パターンにより段差が形成された有機薄膜パターンを形成するステップと、を含む。
【0021】
さらに、第2薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布した後、有機物の表面に粘着剤を形成するステップを含んでもよい。
【0022】
本発明の第2の側面としての平板表示素子の製造方法は、基板上に、ゲートライン、ゲートラインと接触するゲート電極を含むゲートパターンを形成するステップと、所定の薄膜パターンを具備するマスターモールドを設けるステップと、薄膜パターンが形成されたマスターモールド上に有機物を塗布するステップと、ゲートパターン及び基板の表面が有機物と接触すると共に、薄膜パターンとゲートラインが対向するように基板とマスターモールドとを合着するステップと、有機物を硬化するステップと、基板及びマスターモールドを分離して基板上にゲートラインと重畳される領域で相対的に小さな厚さを有する有機ゲート絶縁膜を形成するステップと、を含む。
【0023】
またさらに、有機ゲート絶縁膜上に半導体パターンを形成するステップと、半導体パターン上にソース電極及びドレーン電極、ゲートラインと交差するデータラインを形成するステップと、ドレーン電極を露出させる接触ホールを有する保護膜を形成するステップと、接触ホールを通じてドレーン電極と接触し、相対的に低い厚さを有する有機ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲートラインとストレージキャパシタをなす画素電極を形成するステップと、を含む。
【0024】
上記第1及び第2の側面において、有機物の表面エネルギー及びマスターモールドの表面エネルギーより大きいことを特徴とする。
【0025】
本発明の第3の側面は、上記第1の側面によって製造された有機薄膜パターンを有する装置である。
【0026】
本発明の第4の側面は、薄膜パターンを有する装置であって、基板、基板上に形成された導電性薄膜パターン、並びに基板及び導電性薄膜パターン上に接合された有機物からなる有機薄膜パターンであって外側表面に段差を有する有機薄膜パターンを含み、有機薄膜パターンが、段差に対応する表面を有するマスターモールドから分離され移されたものであり、基板の表面エネルギーが有機物及びマスターモールドの表面エネルギーよりも大きい装置である。
【0027】
上記第1から第4の側面において、各構成要素の詳細は以下の通りである。
【0028】
基板の表面は、Oプラズマにより親水化処理される。
【0029】
基板の表面エネルギーは、70〜100mN/m程度である。
【0030】
マスターモールド上に塗布される有機物は、液状前駆体のポリマーであるレジンであって、アクリレート系モノマーとホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの光開始剤を含む。
【0031】
また、有機物はトリデカフルオロ及びテトラヒドロオクチル・トリクロロシランのうちの少なくとも1つを含むプライマからなる。
【0032】
有機物内でアクリレート系モノマーの含有量は90〜98%程度であり、ホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの含有量は2〜10%程度である。
【0033】
有機物の表面エネルギーは、20〜45mN/m程度である。
【0034】
また、有機物の好適な粘度は1〜50cPである。
【0035】
マスターモールドの表面は、CFプラズマまたはSFプラズマのうち、いずれか1つにより疎水化処理される。
【0036】
マスターモールドの表面エネルギーは、15〜40mN/m程度である。
【0037】
有機物のアクリレート系モノマーは親水性である。
【発明の効果】
【0038】
本発明に係る平板表示素子の製造方法は、フォト工程でない別途のマスターモールド及び物質間の表面エネルギーを用いて段差を有する有機物パターンを形成することができる。これによって、キャパシタの容量が調節できることになる。
【0039】
また、このような段差付けた有機物パターンは、薄膜トランジスタアレイ基板でストレージキャパシタに用いられるようになることで、ストレージキャパシタの容量が最大化でき、画質を改善させることができることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0040】
以下、本発明の好ましい実施形態を図5a乃至図10eを参照しつつ詳細に説明する。
【0041】
図5a乃至図5fは、本発明に係る薄膜パターンの製造方法、特に、段差を有する有機物パターンの形成方法を示す図である。
【0042】
まず、従来の図1a乃至図1cに説明したフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程と同一な工程により、図5aに示すように、基板102上に第1薄膜パターン104が形成される。
【0043】
以後、図5bに示すように、第1薄膜パターン104が形成された基板102と別途に最終形成しようとする有機物パターンで相対的に低い高さを有する領域と対応する領域に第2薄膜パターン152が位置するマスターモールド150を設ける。
【0044】
ここで、マスターモールド150はガラスで形成されることができる。
【0045】
以後、第1薄膜パターン104が形成された基板102に形成しようとする有機物パターンのための有機物質107aをマスターモールド150に塗布する。ここで、有機物質107aは光硬化性または熱硬化性有機物が用いられる。以後、図5cに示すように、有機物質107aと第1薄膜パターン104とが互いに対向する方向に基板102がマスターモールド150上に整列される。
【0046】
以後、図5dに示すように、第1薄膜パターン104が形成された基板102を有機物質107aに接触させる。
【0047】
以後、紫外線(UV)を用いた光硬化または熱硬化(サーマルキュアリング)工程により有機物質107aを硬化させる。以後、基板102をマスターモールド150と分離させる。この際、図5eに示すように、有機物質107aが基板102上に付着されることになる。これによって、基板102上に段差を有する有機物パターン、即ち、段差を有する有機薄膜パターン107が形成できることになる。
【0048】
以後、フォトリソグラフィー工程など、その他の工程などが行われることによって、図5fに示すように、有機絶縁膜107上に第2または第3薄膜パターン108、110が形成される。
【0049】
前述したように、本発明に係る段差を有する有機薄膜パターンは、フォト工程でないマスターモールドという別途の装備を用いると共に、後述する表面エネルギーの差を用いて形成されることができる。
【0050】
以下、図5a乃至図5fに図示された段差を有する有機薄膜パターン107が形成できる技術的な原理とそれによる技術具現が可能な条件について具体的に説明する。
【0051】
まず、図5dにおいて、有機物質107aがマスターモールド150から分離されて、第1薄膜パターン104が形成された基板102に付着されるには、基板102の表面エネルギー(γ1)は有機物質107aの表面エネルギー(γ2)及びマスターモールド150の表面エネルギー(γ3)より大きくなければならない。(γ1>γ2、γ1>γ3)
【0052】
ここで、表面エネルギー(γ)は、ある物質が空気と界面をなすときに要るエネルギーをいう。表面エネルギー(γ)の高い物質は空気と界面をなすときのエネルギーが高いため、空気と界面をなし難く、前記表面エネルギー(γ)の高い物質は、表面エネルギー(γ)の低い物質と界面をなし易い。即ち、表面エネルギー(γ)の低い流動性物質が表面エネルギー(γ)の高い固状物質の表面に蒸着されると、前記固状物質の表面上で前記流動性物質が広く広まることになる。前記流動性物質が前記固状物質より空気と界面をなそうとする特性が更に強く、前記固状物質は空気より前記流動性物質と界面をなそうとする特性が更に強いためである。表面エネルギー(γ3)を有する第1の固状物質上に蒸着された樹脂物質(その表面エネルギーはγ2)が表面エネルギー(γ1)を有する第2の固状物質と接触すると(ここで、γ1>γ2、γ1>γ3)、前記樹脂物質が前記第2の固状物質に移動されるが、これは前記第1の固状物質が前記第2の固状物質より空気と界面をなし易く、前記樹脂物質が前記第1固状物質より前記第2の固状物質と界面をなし易いためである。従って、本発明の方法においては、基板102と、マスターモールド150上に形成された有機物質107aとを接合する際に両者に機械的な圧力をかける必要はない。即ち、上述したように、必要なのは双方を接触させることだけである。
【0053】
前述した特性を示す表面エネルギー(γ)の差を用いて表面エネルギー(γ)の低いマスターモールド150から有機物質107aが容易に分離できることになる。これと反対に、相対的に表面エネルギー(γ)の高い基板102は相対的に表面エネルギー(γ)の小さい有機物質107aと界面をなそうとする性質が強くなる。即ち、有機物質107aと界面をなそうとする性質が強いという意味は、互いに粘着しようとする粘着力が強くなることを意味する。
【0054】
したがって、本発明は、このような表面エネルギー(γ)の性質を用いてフォト工程でない成型工程を用いて段差を有する有機薄膜パターンが形成できることになる。
【0055】
このために、基板102の表面エネルギーは、70mN/m以上でなければならない(ここで、mN/m単位は、mJ/mに換算して表現することもできる)。一般に、ガラス(glass)基板の場合、表面エネルギーは100mN/m以上の値を有する。しかしながら、もし40mN/m以下の表面エネルギーを有する基板を用いる場合、Oプラズマ処理などを通じて表面エネルギーが70mN/m以上になるようにする。即ち、親水性の程度は、即ち表面エネルギーと比例関係を有することになることにより、Oプラズマ処理を通じて基板102を親水化させると共に、70mN/m以上の表面エネルギーを有することになる。
【0056】
マスターモールド150で基板を用いる場合、表面エネルギーは、第1薄膜パターン104が形成された基板102の表面エネルギーより相対的に小さくなければならない。このために、マスターモールド用基板150はふっ素(F)を含有するCF及びSFプラズマ処理を通じて表面を疎水化させることによって、表面エネルギーを15〜40mN/m程度に下げられることになる。
【0057】
有機物質107aは、液状前駆体のポリマーであるレジン(resin)でなければならなくて、その表面エネルギーは、第1薄膜パターン104が形成された基板102の表面エネルギーより相対的に小さくなければならない。ここで、液状高分子前駆体形態のレジンは、アクリレート系モノマーにホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つの光開始剤が添加されることにより製造される。より具体的には、アクリレート系モノマーが90〜98%程度含まれており、ホスフィンオキサイド及びケトンのうち、少なくともいずれか1つが2〜10%程度含まれている。ここで、有機物質は好ましくはトリデカフルオロ及びテトラヒドロオクチル・トリクロロシランのうちの少なくとも1つを含むプライマからなる。そして、有機物質の好適な粘度は1〜50cPである。
【0058】
このような液状前駆体のポリマーであるレジンは、20〜44mN/m程度の表面エネルギー値を有する。
【0059】
これによって、基板の表面エネルギー(γ1)、有機物質の表面エネルギー(γ2)、マスターモールド150の表面エネルギー(γ3)は、γ1>γ2、γ1>γ3の関係を有することになる。
【0060】
その結果、図5dにおいて、表面エネルギーが相対的に最も大きい基板102と有機物質107aとの粘着力が増加し、有機物質107aとマスターモールド150との間の粘着力は低下することによって、有機物質107aが第1薄膜パターン104が形成された基板102に付着できることになる。
【0061】
前述した表面エネルギーの以外に界面面積に従う条件が追加されることができる。
【0062】
即ち、マスターモールド150上の有機物質107aが基板102上に伝えられるようにするためには、数式2を満足しなければならない。
【0063】
[数式2]
A23(γ2+γ3−γ23)<A12(γ2+γ1―γ12)
(A23:有機物質とマスターモールド用基板との接触面積、A12:有機物質と基板との接触面積、γ23:有機物質とマスターモールド用基板間の相互表面エネルギー、γ12:基板と有機物質との間の相互表面エネルギー)
【0064】
ここで、A23はマスターモールド用基板150上に形成された第2薄膜パターン152の個数が多くなれば、それほど接触面積は広くなることになり、A12はまた基板102上の第1薄膜パターン104の個数が多くなれば、それほど接触面積は広くなることになる。結果的に、A23及びA12は、各々の薄膜パターンの個数によって変わることになる。
【0065】
したがって、前記数式2の満足の可否は、A23及びA12値により変わることができるので、次のように場合を分けて考察する。
【0066】
まず、A23≦A12、または、A23/A12=1.5の場合には、γ23を増加させ、γ12を減少する方向に設計しなければならない。ここで、γ23を増加させるという意味は、有機物質107aとマスターモールド用基板150との反撥力を増加させるのであり、γ12を減少させるという意味は、有機物質107aとマスターモールド用基板150との粘着力を増加させるのである。ここで、基板102は親水性であり、マスターモールド150は疎水性であるから、親水性有機物質107aを用いる場合、γ23は増加され、γ12は減少できることになる。
【0067】
結果的に、A23=A12、または、A23/A12=1.5の場合には、有機物質107aの親水性の程度を調節することによって、数式2を満足させることになる。親水性有機物質107aは、親水性アクリレートモノマーを用いることで、有機物質107aを親水化させることになる。または、Oプラズマ処理をすることで、有機物質107aの表面を親水化することもできる。
【0068】
次に、A23/A12>1.5の場合には数式を満足することが多少困難であり得る。この場合は、有機物質107aの表面にスプレーまたはコーティング方式などを用いてプライマなどの粘着物質を形成させる。これによって、有機物質107aは、第1薄膜パターン104が形成された基板102上に接着させることができることになる。
【0069】
その結果、第1薄膜パターン104が形成された基板102上に段差を有する有機薄膜パターン107が形成できることになる。図11(a)及び(b)はテスト基板の上面からの拡大写真である。有機物質107上の段差は色の違い(濃淡)によって表されている。図11(a)及び(b)は、段差が渦巻状及び縞状に形成された例をそれぞれ示している。
【0070】
以下、図6乃至図10eを参照して、詳述した方式により形成された段差を有する有機薄膜パターンの製造方法が液晶表示パネルの薄膜トランジスタアレイ基板に利用できることを説明する。
【0071】
まず、図6は通常の薄膜トランジスタアレイ基板を示す平面図であり、図7は図1に図示された薄膜トランジスタアレイ基板をI−I’線に沿って切断して示す断面図である。
【0072】
図6及び図7に図示された薄膜トランジスタアレイ基板は、下部基板242の上に有機ゲート絶縁膜244を挟んで交差するように形成されたゲートライン202及びデータライン204と、その交差部毎に形成された薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、“TFT”という)206と、その交差構造で設けられたセル領域に形成された画素電極218とを具備する。そして、TFTアレイ基板は画素電極218と以前段のゲートライン202の重畳部に形成されたストレージキャパシタ220を具備する。
【0073】
TFT206は、ゲートライン202に接続されたゲート電極208と、データライン204に接続されたソース電極210と、画素電極218に接続されたドレーン電極212と、ゲート電極208と重畳され、ソース電極210とドレーン電極212との間にチャンネルを形成する活性層214とを具備する。活性層214は、データライン204、ソース電極210及びドレーン電極212と重畳されるように形成され、ソース電極210とドレーン電極212との間のチャンネル部を更に含む。活性層214の上にはデータライン204、ソース電極210及びドレーン電極212とオーミック接触のためのオーミック接触層248が更に形成される。ここで、活性層214及びオーミック接触層248を半導体パターン247と命名する。
【0074】
このようなTFT206は、ゲートライン202に供給されるゲート信号に応答してデータライン204に供給される画素電圧信号が画素電極218に充電されて維持されるようにする。
【0075】
画素電極218は保護膜250を貫通する接触ホール216を通じてTFT206のドレーン電極212と接続される。画素電極218は、充電された画素電圧により図示しない上部基板に形成される共通電極と電位差を発生させることになる。この電位差によりTFTアレイ基板とカラーフィルターアレイ基板との間に位置する液晶が誘電異方性により回転することになり、図示しない光源から画素電極218を経由して入射される光を上部基板側に透過させることになる。
【0076】
ストレージキャパシタ220は、前段ゲートライン202と画素電極218により形成される。ゲートライン202と画素電極218との間には有機ゲート絶縁膜244及び保護膜250が位置することになる。このようなストレージキャパシタ220は、画素電極218に充電された画素電圧が次の画素電圧が充電されるまで維持されるように助けを与えることになる。
【0077】
このようなTFTアレイ基板は、TFT106のゲート電極208に、図8に示すように、ゲート電圧(Vg)が供給され、ソース電極210にはデータ電圧(Vd)が供給される。TFT206のゲート電極208にTFT206の臨界電圧以上のゲート電圧(Vg)が印加されればソース電極210とドレーン電極212との間にチャンネルが形成されながらデータ電圧(Vd)がTFTのソース電極210とドレーン電極212を経由して液晶セル(Clc)とストレージキャパシタ220(Cst)に充電される。
【0078】
ここで、データ電圧(Vd)と液晶セル(Clc)に充電される電圧(Vlc)の差であるフィードスルー電圧(Feed Through Voltage;△Vp)は下記の数式3と定義される。
【0079】
【数2】


【0080】
ここで、CgdはTFTのゲート電極とドレーン電極との間に形成される寄生キャパシタであり、△VgはVgh電圧とVgl電圧との電圧の差である。
【0081】
このようなフィードスルー電圧(△Vp)は、フリッカーなどの残像を表れるようにする等、画質低下の要因となっている。これによって、数式3によりフィードスルー電圧(△Vp)を最小化するために、ストレージキャパシタ220の容量(Cst)を最大化することによって、画質低下を減少させることができることになる。
【0082】
ここで、ストレージキャパシタ220容量(Cst)は数式1により電極面積Aに比例し、電極間の長さに反比例する。この際、ストレージキャパシタ220の容量(Cst)を高めるために電極の面積を広げることになれば開口率が減少する問題がある。
【0083】
結局、面積は固定させ、電極間の長さを小さくすることで、ストレージキャパシタ220の容量(Cst)が最大化できることになる。
【0084】
ここで、本願発明で提案された段差を有する有機物パターン形成方法を用いて、図9に示すように、ストレージキャパシタ220で段差を有する有機ゲート絶縁膜244を形成する。これによって、ストレージキャパシタ220をなす画素電極218とゲートライン102との間の距離を狭められることになることで、ストレージキャパシタ220の容量(Cst)が最大化できることになる。
【0085】
その結果、フィードスルー電圧(△Vp)が最小化することによって、画質低下を減少させることができることになる。
【0086】
以下、図10a乃至図10dを用いて、図7に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の形成方法を説明すれば、次の通りである。
【0087】
まず、下部基板242上にスパッタリング方法などの蒸着方法によりゲート金属層が形成された後、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程でゲート金属層がパターニングされることにより、図10aに示すように、ゲートライン202、ゲート電極208を含むゲートパターンが形成される。
【0088】
以後、図5a乃至図5fに図示された薄膜パターンの形成方法を用いて、図10bに示すように、ゲートライン202と重畳される領域で相対的に低い厚さを有する段差付けた有機ゲート絶縁膜244を形成する。即ち、図10aでのゲートライン202、ゲート電極208は、図5aでの第1薄膜パターン104と対応し、図5fに図示された有機ゲート絶縁膜244は段差付けた有機薄膜パターン107と対応することになる。これを除いては、有機ゲート絶縁膜244の形成方法は、図5a乃至図5fと同一な方式により形成されるので、以下の詳細な説明は省略する。
【0089】
有機ゲート絶縁膜244が形成された下部基板242上に非晶質シリコン層、n+非晶質シリコン層、そしてソース/ドレーン金属層が順次に形成される。
【0090】
ソース/ドレーン金属層の上に回折マスクを用いたフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程などを用いて、図10cに示すように、データライン(図示していない)、ソース電極210、ドレーン電極212を含むソース/ドレーンパターンと、ソースドレーンパターンの下部にオーミック接触層248と活性層214を含む半導体パターン247が形成される。
【0091】
一方、半導体パターン247は、別途のマスク工程を用いてソース/ドレーンパターンとは別に形成されることができる。
【0092】
ソース/ドレーンパターンが形成された有機ゲート絶縁膜244上にPECVDなどの蒸着方法により保護膜250が全面形成された後、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程によりパターニングされることによって、図10dに示すように、接触ホール216が形成される。接触ホール216は保護膜250を貫通してドレーン電極212が露出されるように形成される。
【0093】
保護膜250上にスパッタリングなどの蒸着方法により透明電極物質が全面蒸着された後、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程を通じて透明電極物質がパターニングされることにより、図10eに示すように、画素電極218が形成される。画素電極218は接触ホール216を通じてドレーン電極212と電気的に接続される。また、画素電極218は、有機ゲート絶縁膜244のうち、相対的に低い厚さを有する領域及び保護膜250を挟んで前段ゲートライン202と重畳されるように形成されることによって、ストレージキャパシタ220を構成する。
【0094】
一方、本発明に係る薄膜パターンの製造方法は、液晶表示素子(LCD)に限るのでなく、電界放出表示素子(FED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)及び電界発光素子(EL)等、いかなる表示素子の工程に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【0095】
【図1a】フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により薄膜パターンを形成する工程を示す工程図である。
【図1b】フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により薄膜パターンを形成する工程を示す工程図である。
【図1c】フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により薄膜パターンを形成する工程を示す工程図である。
【図2】無機絶縁膜により絶縁される薄膜パターンを示す図である。
【図3】有機絶縁膜により絶縁される薄膜パターンを示す図である。
【図4】段差を有する有機絶縁膜により絶縁される薄膜パターンを示す図である。
【図5a】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図5b】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図5c】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図5d】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図5e】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図5f】本発明の実施形態に係る薄膜パターンの製造方法を示す工程図である。
【図6】液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイ基板を示す平面図である。
【図7】図6のI−I’線を切取って示す断面図である。
【図8】液晶表示素子に供給される電圧を示す波形図である。
【図9】図5a乃至図5fに図示された薄膜パターンの製造方法により形成されたゲート絶縁膜を含む薄膜トランジスタアレイ基板を示す断面図である。
【図10a】図9に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を示す工程図である。
【図10b】図9に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を示す工程図である。
【図10c】図9に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を示す工程図である。
【図10d】図9に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を示す工程図である。
【図10e】図9に図示された薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を示す工程図である。
【図11】図11は基板の一部分を上面から写した拡大写真である。
【符号の説明】
【0096】
2、102 基板
4、104 第1薄膜パターン
6 絶縁膜
7 有機絶縁膜
8、152 第2薄膜パターン
10、108、110 第3薄膜パターン
5 フォトレジストパターン
150 マスターモールド用基板
107a 有機物質
107 有機薄膜パターン
20、220 ストレージキャパシタ
202 ゲートライン
244 有機ゲート絶縁膜
250 保護膜
208 ゲート電極
206 薄膜トランジスタ
218 画素電極




 

 


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