(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と膜の支持構造と光学積層膜と移動可能な反射層と空隙とを含む光干渉変調方式による表示装置の製造方法であって、
基板上に支持構造と光学積層膜とを設けた構造に対してフォトレジスト膜を形成する工程と、
透過率の異なる複数の領域を具備する多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行う工程と、
前記現像後のフォトレジスト膜の上部に反射層を形成する工程と、
前記反射層を残してレジスト膜を除去する工程と、
を有する表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記多階調フォトマスクにおける透過率の異なる複数の領域は、いずれも透過率の異なる半透光膜からなる請求項１記載の表示装置の製造方法。  
【請求項３】
前記多階調フォトマスクにおける透過率の異なる複数の領域は、いずれも露光装置の解像限界以下の微細パターンからなる請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記多階調フォトマスクの露光工程がプロキシミティ露光方式又は投影露光方式のいずれかである請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記多階調フォトマスクの階調数は、透光部と第１の半透光部と第２の半透光部と遮光部の４階調である請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記多階調フォトマスクの階調数は、透光部と第１の半透光部と第２の半透光部と第３の半透光部と遮光部の５階調以上である請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記光学積層膜は、透明電極層と部分反射層と誘電膜層とを含むことを特徴とする請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記透明電極層は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ膜）の薄膜からなる請求項７記載の表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記部分反射層は、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又はこれらの合金の薄膜からなる請求項７記載の表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記誘電膜層は、シリコン酸化膜の薄膜からなる請求項７記載の表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反射層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）の薄膜からなる請求項１記載の表示装置の製造方法。
【請求項１２】
基板と膜の支持構造と反射層と移動可能な部分反射層と空隙とを含む光干渉変調方式による表示装置の製造方法であって、
基板上に支持構造と反射層と誘電膜層の積層膜とを設けた構造に対してフォトレジスト膜を形成する工程と、
透過率の異なる複数の領域を具備する多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行う工程と、
前記現像後のフォトレジスト膜上部に、光学積層膜を形成する工程と、
前記光学積層膜を残してフォトレジスト膜を除去する工程と、
を有する表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多階調フォトマスクを利用した光干渉変調方式による表示装置（ディスプレイデバイス）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、光の干渉を利用して光を選択的に吸収又は反射させるための構造を実現することができるため、カラーディスプレイデバイスにも適用される。微小機械システムの基本構成は、基板と膜の支持構造と移動可能層（反射層）とキャビティ（本明細書では「空隙」という。）等からなることが知られている（特許文献１）。この空隙を形成するための従来の方法は、必要な空隙の膜厚に相当する犠牲材料を成膜することで反射層を形成した後に、犠牲材料をエッチングで選択的に除去する方法がとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０３５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この方法では、少なくとも３種類（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の画素を形成するために、犠牲材料の厚さを精度よく３段階で成膜する必要がある。すなわち、犠牲材料の形成工程とフォトリソグラフィー工程（露光工程及び現像工程）とエッチング工程とを各色ごとに繰り返す必要があるため、そのことが製造コストを増大させる原因となっている。また。犠牲材料として用いられる材料は、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）など、誘電層と支持構造と反射層の材料に対してエッチング選択性を有する金属が採用されることが一般的である。このこともまた、製造コストを増大させる一因となっている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程の回数を減らし、製造時間の短縮化と低コスト化を図ることを主たる技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る表示装置の製造方法は、基板と膜の支持構造と光学積層膜と移動可能な反射層と空隙とを含む光干渉変調方式による表示装置の製造方法であって、
基板上に支持構造と光学積層膜とを設けた構造に対してフォトレジスト膜を形成する工程と、
透過率の異なる複数の領域を具備する多階調フォトマスクを用いて露光及び現像を行う工程と、
前記現像後のフォトレジスト膜の上部に反射層を形成する工程と、
前記反射層を残してレジスト膜を除去する工程と、
を有する。
【０００７】
本発明に係る表示装置の製造方法によると、安価で取扱いも容易なフォトレジスト膜を犠牲材料として用い、かつ、フォトリソグラフィー工程（露光工程及び現像工程）は、一回でよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る表示装置の製造方法によると、製造時間の短縮化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１の実施形態の反射型表示装置の製造工程を示す一連の工程断面図を示している。
【図２】図２（ｄ）〜図２（ｅ）は、第１の実施形態の反射型表示装置の製造工程を示す一連の工程断面図を示している。
【図３】図３（ａ）は、多階調フォトマスク２１の平面図を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した図である。
【図４】図４は、第１の半透光部を形成するための平面パターンを示している。
【図５】図５は、第２の半透光部を形成するための平面パターンを示している。
【図６】図６は、第１の実施形態の反射型表示装置の画素の構造を示す断面図である。
【図７】図７は、支持構造と光学積層膜の接する部分の拡大図であり、光学積層膜の構成例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定して解釈されるべきものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の反射型表示装置は、光干渉変調方式によるディスプレイデバイスである。画面表示部には、各色（例えばＲＧＢ（赤・緑・青））の３種類の画素（ピクセル）が縦横に配列されてなる。
【００１２】
図６は、第１の実施形態の反射型表示装置の画素の構造を示す断面図である。この図に示すように、ガラス等の透明な基板１００上に支持構造１０１が設けられ、隣接する支持構造１０１で仕切られた空隙ｇ内の底部に光学積層膜１０２が、上部に反射層１０３が、それぞれ設けられている。光学積層膜１０２はディスプレイデバイスにおける行電極として機能し、反射層１０３はディスプレイデバイスにおける列電極として機能する。すなわち、任意の列電極と任意の行電極に電圧を印加することで所望の画素に電圧を印加し、発色させることができる。
【００１３】
図７は、支持構造と光学積層膜の接する部分の拡大図であり、光学積層膜の構成例を示している。この光学積層膜１０２は、透明電極層１０２ａと部分反射層１０２ｂと誘電膜層１０２ｃとで構成される。これは公知の部材を適用すればよい。例えば透明電極層１０２ａとして酸化インジウム錫（ＩＴＯ膜）の薄膜を、部分反射層１０２ｂとしてクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）など又はこれらの合金の薄膜を、誘電膜層１０２ｃとしてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）の薄膜を用いることができる。
【００１４】
反射層１０３は、光学積層膜１０２に直交する方向に設けられ、空隙ｇを挟む光学積層膜１０２の上部に設けられた帯状の金属材料からなる。反射層１０３は、隣接する支持構造１０１に固定された部分を節として一定の範囲で上下に移動可能な可撓性材料でありかつ反射率の高い光学特性を兼ね備えた材料（例えば、アルミニウム、クロム、その他電極材料として使用される金属材料）で構成される。
【００１５】
光学積層膜１０２における電極層１０２ａと反射層１０３の間に電圧を印加しないときを解放状態、電圧を印加したときを作動状態という。解放状態における空隙の間隔ｄは、両端の支持構造１０１の高さで決められる。その間隔ｄは、各色に応じてあらかじめ決められた長さ（例えば、青色であれば４６０ｎｍ、緑色であれば５６０ｎｍ、赤色であれば６６０ｎｍとする。）に設定される。作動状態における空隙の間隔ｄは、反射層１０３が光学積層膜１０２に引き寄せられる結果、両者はほぼ密着状態となる。なお、誘電膜層１０２ｃは密着状態において短絡を防止するためのものである。
【００１６】
一般に、空隙の間隔ｄ、入射する可視光の波長をλとした場合、自然数ｋを用いて以下の関係式：
２ｄ＝ｋ・λ  （ｋ＝１,２,３、・・・）        ・・・（式１）
を満たすとき光の干渉により反射光が強められる。
【００１７】
そのため、ガラス面から入射した光は、解放状態では所定の色の（Ｒ・Ｇ・Ｂ）可視光に相当する反射光が干渉により強められる一方、作動状態では干渉が起こらず可視光をほとんど反射しない。
【００１８】
以上のように、各画素ごとにＲＧＢそれぞれに対応する空隙（上記の例では３種類の間隔の空隙）を形成することによって、カラーディスプレイデバイスとして機能させることができる。
【００１９】
（第２の実施形態）
−製造方法−
図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ｄ）〜図２（ｅ）は、この反射型表示装置の製造工程を示す一連の工程断面図を示している。
【００２０】
図１（ａ）は、表面に複数の支持構造１０１と帯状の光学積層膜１０２とが形成された基板１００上の表面全体に、ポジ型のフォトレジスト膜１０５が形成された状態を示す工程断面図である。フォトレジスト膜１０５は公知の感光性樹脂であればよい。フォトレジスト膜１０５の膜厚は、最も空隙の厚い部分（この例では赤（Ｒ））の膜厚に、現像工程の際に生じるフォトレジスト膜の浸食分を加えた膜厚とすることが望ましい。現像時のフォトレジスト膜の浸食による膜減り量が例えば２０ｎｍである場合、赤色の可視光は６６０ｎｍであるから、図１（ａ）の状態において形成されるべきフォトレジスト膜の膜厚は６６０＋２０＝６８０ｎｍと計算される。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態の次工程を示す工程断面図であり、フォトレジスト膜１０５上に、多階調フォトマスク２１を用いて紫外線等を露光した様子を示している。多階調フォトマスクとは、一つのフォトマスク上に透光部２３と半透光部２４（２４ａ、２４ｂ）と遮光部２５がそれぞれ設けられることによって一回の露光で局所的に露光量に変化を与えることができるフォトマスクである。多階調フォトマスクを用いると透過率に応じた露光量が得られるため、一度の露光によって現像後のフォトレジストの膜厚を異ならせることができる。
【００２２】
図３（ａ）は、多階調フォトマスク２１の平面図を示している。上述のとおり、赤色部分（Ｒ）では最も空隙を厚く、次いで緑色部分（Ｇ）、青色部分（Ｂ）の順に空隙を薄くしていく必要がある。
【００２３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部（Ｘ部）を拡大した図である。この図に示すように、図１（ｂ）で用いた多階調フォトマスク２１には、最も露光光を透過させる透光部２３と、露光光の一部を遮光又は吸収し一部を透過させる第１及び第２の半透光部２４ａ及び２４ｂと、露光光の殆ど全てを遮断する遮光部２５とが、いずれも等間隔の帯状で、並行して設けられる。
【００２４】
赤色（Ｒ）・緑色（Ｇ）・青色（Ｂ）の三種類の画素を形成する場合、支持構造部分及び行電極の両側部を透光部２３とし、青色部分を半透光部２４ｂとし、緑色部分を半透光部２４ａとし、赤色部分を遮光部２５とする。
【００２５】
ポジ型フォトレジスト膜の場合、露光された部分が現像後に除去されることから露光量の大きい部分ほど除去量が小さく（結果として露光後の膜厚が大きく）なり、反対に露光光が遮光される部分は膜厚が大きくなる。現像後のフォトレジスト膜１０５ａの段差は、大小関係だけではなく、現像後の各部の膜厚が所定の干渉色が得られる膜厚となるように、予め半透光部の透過率を調整することが必要である。
【００２６】
露光工程ではフォトマスクを近接させて露光するプロキシミティ露光方式や投影レンズ系を用いた投影露光方式などがあるが、いずれの方式でも良い。
【００２７】
赤色部分（Ｒ）に相当する遮光部２５は遮光膜で覆われているため露光されず、現像液による若干の浸食によって膜厚が減少する結果、赤色可視光の波長に相当する６６０ｎｍの膜厚が得られる。
緑色部分（Ｇ）に相当する半透光部２４ａは現像後の膜厚が青色可視光の波長に相当する５６０ｎｍとなるように透過率が設定される。
青色部分（Ｂ）に相当する半透光部２４ｂは現像後の膜厚が緑色可視光の波長に相当する４６０ｎｍとなるように透過率が設定される。
支持構造及び行電極の両側部分は透光部２３を通じて完全に露光されるため、現像後は全て除去される。
【００２８】
半透光部２４としては、例えば薄いクロム酸化膜等を成膜した公知のハーフトーン膜を用いることができる。また、ハーフトーン膜に代えて、露光装置の解像限界以下の微細パターンを配列することで半透光部を形成しても良い。
【００２９】
図４は、第１の半透光部を形成するための平面パターンを、図５は第２の半透光部を形成するための平面パターンをそれぞれ示している。図４は透過率１６％となるように調整したパターンを示しており、図５は透過率が２５％となるように調整したパターンを示している。露光装置の解像限界が２μｍの場合、１μｍのパターンであれば解像しない。これを利用して、１６％の透過率を得るためには、１μｍ角の透光部を縦横２．５μｍの周期で遮光部の中に配置すれば全体として１６％（＝（１×１）／（２．５×２．５））の透過率となる。同様に、２５％の透過率を得るためには、１μｍの透光部を縦横２．０μｍの周期で遮光部の中に配置すればよい。これらの図に示すように、透光部と遮光部とを露光装置の解像限界以下の微細パターンを形成することによって所望の透過率を持つ半透光部を形成することができる。なお微細パターンは上記のようなものに限られず、島状パターンやストライプ状パターンなど様々なパターンが適用可能であることはいうまでもない。
【００３０】
半透光部ｂ及びｃの数値範囲としては、例えば半透光部ｃ（Ｇ）が２０〜４０％、半透光部ｂ（Ｂ）が５〜２０％であるが、これらの数値範囲は露光条件やフォトレジスト膜及び現像液の種類等によって変わりうると考えられる。
【００３１】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）の状態の次工程を示す工程断面図であり、多階調フォトマスク２１を用いて露光工程および現像工程を経た直後の様子を示している。この図に示すように、露光工程及び現像工程を経た後のフォトレジスト膜１０５ａは、各画素の種類ごとに段差が設けられている。
【００３２】
すなわち、多階調フォトマスクを用いることで、１回の露光工程及び現像工程だけで膜厚に差を設けることができる。これは、使用される全ての色に対応する画素を一度のフォトレジスト工程で形成できることを意味する。
【００３３】
図２（ｄ）は、図１（ｃ）の状態の次工程を示す工程断面図であり、フォトレジスト膜１０５ａの上部に反射層１０３が形成された様子を示している。反射層１０３の形成工程については成膜工程及び通常のフォトリソグラフィー工程とエッチング工程により列電極をパターニングする従来の公知の製造工程をそのまま用いればよい。
【００３４】
図２（ｅ）は、図２（ｄ）の状態の次工程を示す工程断面図であり、反射層１０３を残してフォトレジスト膜１０５ａが除去された様子を示している。すなわち、図２（ｄ）の状態で列電極の両側は露出している状態となっているので、通常のフォトレジスト膜の剥離処理を行うことで、反射層１０３を残したままフォトレジスト膜１０５ａが選択的に除去される。この工程により、移動可能な反射層１０３が形成される。
【００３５】
以上のような工程を経ることにより、犠牲材料膜の形成工程とフォトリソグラフィー工程とエッチング工程とを各色ごとに繰り返すことなく、段差のある図２（ｅ）のような構造を形成することができる。多階調フォトマスクの階調数が全ての段差に対応できればフォトリソグラフィー工程数は１回でよいため、工程の大幅な簡素化、低コスト化が実現される。或いは、従来は製造工程やコスト等の現実的な理由から３色までであったところを、上記実施形態の構成によれば、階調数を増やすことで容易に色数を増やすことも可能となる。なお、フォトレジスト膜１０５はポジ型として説明したが、必要であればネガ型のフォトレジスト膜を用いることは何ら差し支えない。
【００３６】
（第３の実施形態）
第１の実施形態では透明な基板１００側がディスプレイとしての表示面となる例（図６）を示したが、逆に、デバイス側がディスプレイの表示面となるように構成することも可能である。
【００３７】
具体的には、図１における基板１００側の光学積層膜１０２に代えて、これを少なくとも反射層と誘電膜の層とを含む移動しない積層膜で構成し、他方デバイス側の反射層１０３に代えてこれを移動可能な部分反射層で構成する。このような構成によると、デバイス側がディスプレイデバイスの表示面となる。
【００３８】
この場合も、積層膜の構成が変わるだけであるから、第２の実施形態で例示した製造方法をそのまま適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、犠牲材料に安価で取り扱いやすいフォトレジスト膜を用いることができ、異なる厚さを持つ空隙を一括形成できるため、製造時間の短縮化と低コスト化を図ることが可能となる。そのため、本発明は、光干渉変調方式の表示装置の製造コストを低減できるため、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００４０】
１００  基板
１０１  支持構造
１０２  光学積層膜
１０２ａ  透明電極層
１０２ｂ  部分反射層
１０２ｃ  誘電膜層
１０３  反射層
１０５  フォトレジスト膜
１０５ａ  現像後のフォトレジスト膜
２１  多階調フォトマスク
２３  透光部
２４（２４ａ、２４ｂ）  半透光部
２５  遮光部
ｇ  空隙
【図１】
0005433509.tif 000002
【図２】
0005433509.tif 000003
【図３】
0005433509.tif 000004
【図４】
0005433509.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005433509.tif 000007
【図７】
0005433509.tif 000008