(57)【要約】【課題】  ソフトリソグラフィに用いられるソフトモールド製造方法、及び、ソフトリソグラフィによる薄膜パターン形成方法を提供する。【解決手段】  ソフトモールド製造方法は、一面に凹面と凸面とからなるパターンが形成されたマスターモールドを準備する段階と、マスターモールド上にプレポリマーを注入してプレポリマー層を形成する段階と、プレポリマー層上に水を注入する段階と、プレポリマー層を硬化してポリマーからなるソフトモールドを形成し、水を除去する段階と、ソフトモールドをマスターモールドから分離する段階とを含む。【選択図】図２
2008006819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に凹面と凸面とからなるパターンが形成されたマスターモールドを準備する段階と、
前記マスターモールド上にプレポリマーを注入してプレポリマー層を形成する段階と、
前記プレポリマー層上に水を注入する段階と、
前記プレポリマー層を硬化してポリマーからなるソフトモールドを形成し、前記水を除去する段階と、
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階と
を含むことを特徴とするソフトモールド製造方法。
【請求項２】
前記プレポリマーがフッ素（Ｆ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項３】
前記フッ素（Ｆ）を含むプレポリマーが、フッ素化合物ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＣＨ＝ＣＨ２とポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とが混合された混合物であることを特徴とする請求項２に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項４】
前記混合物が０．０１〜５ｗｔ％のＣＦ３（ＣＦ２）ｎＣＨ＝ＣＨ２を含むことを特徴とする請求項３に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項５】
前記ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＣＨ＝ＣＨ２におけるｎが、２≦ｎ≦１５であることを特徴とする請求項４に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項６】
前記プレポリマー層を硬化する段階は、常温で行われることを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項７】
前記プレポリマー層を硬化する段階は、加温する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項８】
前記水を注入する段階は、前記プレポリマー層がゲル状態のときに水を注入することを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項９】
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階の前に、前記ソフトモールドの背面に接触する背板を形成する段階をさらに含み、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階は、前記背板と前記ソフトモールドを一体に前記マスターモールドから分離することを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１０】
前記背板がガラス又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であることを特徴とする請求項９に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１１】
前記マスターモールドを準備する段階は、
本体上に所定のパターンを形成する物質を積層する段階と、
前記所定のパターンを形成する物質をパターニングする段階と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１２】
前記パターンを形成する物質がノボラック樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１３】
前記マスターモールドを準備する段階は、前記マスターモールドの表面にフッ素を含む物質でプラズマ処理を施す段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１４】
前記マスターモールドを準備する段階は、前記マスターモールドの表面にフッ素を含む物質を加えて自己組織化単分子膜が形成されるようにする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールド製造方法。
【請求項１５】
薄膜にエッチレジストを塗布する段階と、
前記エッチレジストを請求項１に記載の方法により製造したソフトモールドで加圧して前記薄膜上にエッチレジストパターンを形成する段階と、
前記エッチレジストパターンから前記ソフトモールドを分離する段階と、
前記エッチレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングすることにより、薄膜パターンを形成する段階と
を含むことを特徴とする薄膜パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、ソフトリソグラフィに用いられるソフトモールド製造方法及びそれを用いた薄膜パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ディスプレイ（表示）素子は、視覚情報伝達媒体としてその重要性が一層高まっており、競争力のある様々なディスプレイ素子が多く開発されている。このような様々なディスプレイ素子の中で今後主要な位置を占めるためには、低消費電力化、薄型化、軽量化、高画質化などの要件を満たさなければならない。
現在、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の主力製品である液晶表示素子（ＬＣＤ）は、このようなディスプレイ素子の条件を満たす性能だけでなく、量産性をも備えているため、大型テレビやコンピュータモニタなどの様々な応用分野に広く使用されており、既存の陰極線管（ＣＲＴ）が支配していた市場を代替することのできる核心ディスプレイ素子として定着している。
一般に、液晶表示素子は、マトリクス状に配列された液晶セルに、画像情報によるデータ信号を個別に供給して、前記各液晶セルの光透過率を調節することにより、所望の画像を表示できるようにした表示装置である。
【０００３】
以下、一般的な液晶表示素子の概略的な構成について、図３を参照して説明する。
図３は一般的な液晶表示素子の分解図であり、図３に示すように、一般的な液晶表示素子は、上板であるカラーフィルタ基板と、下板である薄膜トランジスタアレイ基板と、液晶層１０９とから構成される。
前記カラーフィルタ基板は、基板１１３と、基板１１３上に形成された複数のカラーフィルタ１１７と、カラーフィルタ１１７間に形成されたブラックマトリクス１１５と、カラーフィルタ１１７及びブラックマトリクス１１５上に形成された共通電極１１１とから構成される。
また、前記薄膜トランジスタアレイ基板は、基板１０１と、基板１０１上の画素領域Ｐに形成された画素電極１０７と、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴと、アレイ配線１０３、１０５とから構成される。
前記薄膜トランジスタアレイ基板上には、ゲート配線１０３とデータ配線１０５とが交差するように形成されて画素領域Ｐが定義され、ゲート配線１０３とデータ配線１０５との交差点には、薄膜トランジスタＴＦＴが形成される。前述したように、画素領域Ｐ上には、透明な導電層から構成される画素電極１０７が形成される。
液晶層１０９は、前記カラーフィルタ基板と前記薄膜トランジスタアレイ基板との間に形成され、光屈折率異方性を有する液晶物質で構成される。
また、図３には示していないが、液晶パネルを除いた液晶表示素子の残りの構成要素を説明すると、前記液晶パネルの両面には、前記上板及び下板にそれぞれ接触して偏光板が備えられ、前記下板の偏光板の下部には、ランプと光学シートとから構成されるバックライトユニット、並びに前記液晶パネルを支持するためのトップケース及びボトムケースなどが備えられる。
【０００４】
前述した液晶表示素子を含む大部分のフラットパネルディスプレイの製造方法において、基板上に積層される薄膜物質は、フォトリソグラフィ工程によりパターニングされる。  以下、フォトリソグラフィによるパターニング方法について説明する。
まず、パターニングしようとする薄膜上に、感光物質であるフォトレジストを塗布した後、パターンが形成されたフォトマスクを整列して露光させる。ここで、フォトマスクは透過領域と遮断領域とからなり、透過領域を通過した光はフォトレジストを化学的に変化させる。前記フォトレジストの化学的変化は、フォトレジストの種類によって異なるが、ポジ型フォトレジストの場合は、感光した部分が現像液により溶解される性質に変化し、逆に、ネガ型フォトレジストの場合は、感光した部分が現像液により溶解されない性質に変化する。以下では、ポジ型フォトレジストを例に挙げて説明する。
前記露光に引き続き、ポジ型フォトレジストの露光された部分を現像液により除去すると（現像）、前記薄膜上にフォトレジストパターンが形成される。前記フォトレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングし、残ったフォトレジストパターンを除去すると、フォトレジストパターンに対応した所定パターンの薄膜が形成される。
前記フォトリソグラフィ工程は、ゲート電極形成段階、活性層パターン形成段階、ソース／ドレイン電極形成段階、コンタクトホール形成段階、及び画素電極形成段階で、合計３〜５回用いられるのが普通である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述したフォトリソグラフィ工程は、高価なフォトマスクを必要とし、露光及び現像などの複雑な工程が要求されるため、工程コストが高くて収率管理が難しいという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、本発明においては、フォトリソグラフィ技術に代えて、ソフトリソグラフィ技術を用いる。
本発明は、ソフトリソグラフィに用いられるソフトモールド製造方法、及び、ソフトリソグラフィによる薄膜パターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明によるソフトモールド製造方法は、一面に凹面と凸面とからなるパターンが形成されたマスターモールドを準備する段階と、前記マスターモールド上にプレポリマーを注入してプレポリマー層を形成する段階と、前記プレポリマー層上に水を注入する段階と、前記プレポリマー層を硬化してポリマーからなるソフトモールドを形成し、前記水を除去する段階と、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階とを含む。
また、本発明による薄膜パターン形成方法は、薄膜にエッチレジストを塗布する段階と、前記エッチレジストを前記ソフトモールドで加圧して前記薄膜上にエッチレジストパターンを形成する段階と、前記エッチレジストパターンから前記ソフトモールドを分離する段階と、前記エッチレジストパターンを利用して前記薄膜をエッチングすることにより、薄膜パターンを形成する段階とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フォトリソグラフィに代えてソフトリソグラフィを用いることにより、コストの低減及び収率の増加を図ることができる。
また、本発明によるソフトモールドの製造において水を使用することにより、フッ素化合物をソフトモールドに効果的に導入することができ、ソフトモールド製造時に不良率を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、ソフトリソグラフィについて説明した後、本発明について説明する。
図１Ａ〜図１Ｃは、フォトリソグラフィ工程を用いることなくパターンを形成できる方法であるソフトリソグラフィを用いた、液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法の一例を示す図である。
ソフトリソグラフィにおいては、まず、図１Ａに示すように、基板２０１上に薄膜２０３ａを形成し、その上に液状樹脂などでエッチレジスト２０５ａを形成する。
薄膜２０３ａ及びエッチレジスト２０５ａが形成された基板２０１から離隔した上部から、陽刻パターンＡ及び陰刻パターンＢが形成されたソフトモールド２０７ａを、エッチレジスト２０５ａに接触させる。ここで、ソフトモールド２０７ａは、パターン形成用レジストを硬化させて製造する。
ソフトモールド２０７ａは、パターンを形成する部分に対応するように位置し、陽刻パターンＡをエッチレジスト２０５ａに接触させて加圧すると、エッチレジスト２０５ａは液状樹脂であるので、毛細管力、及び、ソフトモールドとエッチレジストとの反発力により、ソフトモールド２０７ａの陰刻パターンＢに移動する。
従って、所定時間経過後、ソフトモールド２０７ａを基板２０１から分離させると、図１Ｂに示すように、陰刻パターンＢの形状と同一の所定形状を有するエッチレジストパターン２０６ａが、薄膜２０３ａ上に残る。
次の工程として、図１Ｃに示すように、エッチレジストパターン２０６ａをマスクにして、薄膜２０３ａをエッチングした後、エッチレジストパターン２０６ａを除去して、薄膜パターン２０３を形成する。
【０００９】
前述したソフトリソグラフィ工程は、後工程でも継続して適用されるが、以下では、ソフトリソグラフィについての詳細な説明は省略する。
以下、前記ソフトリソグラフィに必要なソフトモールド及びその製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明する。
まず、図２Ａに示すように、容器３０９内にマスターモールド３０１を準備する。マスターモールド３０１は、本体と、前記本体上に形成された凹面や凸面などの所定のパターンとから構成され、前記所定のパターンに対応するパターンを、ソフトモールドに転写する。
ここで、前記本体としては、ガラス板又はガラス板上に金属層が積層されたものを使用することができる。また、前記所定のパターンを構成する物質としては、金属、酸化シリコン、窒化シリコン、フォトレジスト、ワックスなどを使用することができる。
前記所定のパターンは、既存の露光方法により形成することができ（パターニング）、特に、前記所定のパターンを構成する物質としてノボラック樹脂を使用することが好ましい。
次に、図２Ｂに示すように、マスターモールド３０１上に、ソフトモールドの材料であるプレポリマーを注入して、プレポリマー層３０３を形成する。ここで、前記プレポリマーとしては、フッ素（Ｆ）を導入したポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane、ＰＤＭＳ）が使用される。
次に、図２Ｃに示すように、前記プレポリマーが完全には硬化していないゲル状態程度のときに、プレポリマー層３０３上に水を注入して、水層３０５を形成する。
次に、図２Ｄに示すように、プレポリマー層３０３を完全に硬化してソフトモールド３０７にし、水を除去する。前記プレポリマー層を硬化する過程では、常温で放置して硬化することができ、必要に応じて、熱を加えるか（加熱、加温）、又は、光を照射する方法を用いることができる。
最後に、図２Ｅに示すように、ソフトモールド３０７をマスターモールド３０１から分離してソフトモールド３０７を完成する。
【００１０】
本発明は、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階の前に、前記ソフトモールドの背面に接触する背板（back plane）を形成する段階をさらに含むことができる。
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階は、前記背板と前記ソフトモールドとを一体に前記マスターモールドから分離することを特徴とし、前記背板は、前記ソフトモールドを固定することにより、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから容易に分離できるようにする。
前記背板は、ガラス又はポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate、ＰＥＴ）であることが好ましい。
【００１１】
前述のようにソフトモールド３０７を製造すると、前記ソフトモールドの表面には前記マスターモールドに形成された所定のパターンが転写される。
しかし、前述したソフトモールド製造方法のうち、前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階では、マスターモールドとソフトモールドとの接着力が問題となる。
前記ソフトモールドを前記マスターモールドから分離する段階で、マスターモールドとソフトモールドとの接着力により、ソフトモールドの材料の一部がマスターモールドから分離されない。この場合、ソフトモールドにパターン不良が発生する。特に、ソフトモールドに硬化する前のプレポリマーとマスターモールドとの接着特性により、硬化した後にソフトモールドをマスターモールドから分離することが難しくなり、不良の原因となる。
【００１２】
このような理由で、本発明においては、ソフトモールドの材料であるプレポリマーに、フッ素原子を有するといった疎水性基を導入することにより、マスターモールドとソフトモールドとの接着面での接着力を弱めることを特徴とする。
ここで、前記プレポリマーとしては、ＰＤＭＳ、ポリウレタン、ポリイミドなどを使用することができ、好ましくは、ＰＤＭＳの一種であるＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４などが使用される。
例えば、前記プレポリマーとしてＰＤＭＳを使用した場合、前記ＰＤＭＳにフッ素（Ｆ）基を導入するために、前記ＰＤＭＳにフッ素化合物のＣＦ３（ＣＦ２）ｎＣＨ＝ＣＨ２を含有させて、共に硬化する。ここで、２≦ｎ≦１５であることが好ましく、前記フッ素化合物を約０．０１〜５ｗｔ％で混合することが好ましい。硬化が行われることによって、前記フッ素化合物は、前記ＰＤＭＳの側鎖に導入される。
【００１３】
しかし、前記フッ素化合物を前記ＰＤＭＳと混合して前記マスターモールドに注入してプレポリマー層を形成する場合、前記フッ素化合物は、前記プレポリマー層のマスターモールドとの接触面でない、前記プレポリマー層の空気との接触面の側鎖に形成されるという問題がある。
すなわち、パターンが形成されるプレポリマー層のマスターモールドとの接触面を前面、パターンが形成されないプレポリマー層の空気との接触面を背面として説明すると、マスターモールドとソフトモールドとの円滑な分離のために導入したフッ素化合物の疎水性側鎖は、マスターモールドとの接触面であるプレポリマー層の前面に形成されなければならないが、プレポリマー層の背面に形成される。
これは、マスターモールドの表面エネルギーが５０ｍＮ／ｍ以上であるのに対し、フッ素化合物の表面張力は１５ｍＮ／ｍ以下であり、表面エネルギーがマスターモールドより小さいため、フッ素化合物がマスターモールドとの接触よりは空気との接触の方がエネルギー面で有利であるということに起因する。
また、前記フッ素化合物は、前記ＰＤＭＳより密度が小さくて揮発性があるため、前記プレポリマー層の背面に浮かぶ。
このような理由で、プレポリマーに疎水性のフッ素化合物を導入する効果が得られないことがある。
【００１４】
このような問題を解決するために、本発明においては、前記プレポリマー層の背面を、表面エネルギーの大きい状態にすることを特徴とする。前記プレポリマー層の背面が表面エネルギーの大きい状態になると、前記フッ素化合物は反発力により、相対的に表面エネルギーの小さい前記プレポリマー層の前面に移動するため、前記フッ素化合物が背面に導入されることを防止することができる。
フッ素化合物との反発力を有する物質には様々な種類があるが、プレポリマー層が硬化していない状態で大きい表面エネルギーを有する固体を使用すると、液体状の前記プレポリマー層の下部に沈んだり、界面が不均一になることがあるため、前記プレポリマー層と混合されず、かつ、液体状である、大きい表面エネルギーを有する物質であることが好ましい。
プレポリマー層と混合されず、かつ、液体状である物質として水が好ましく、本発明においては、水を注入することにより、前述した効果を得ることができる。水の表面エネルギーは約７２．８ｍＮ／ｍであるので、水層が存在する場合、フッ素化合物層は、マスターモールドより水層との反発力の方が大きいため、結局、プレポリマー層の前面に移動する。
【００１５】
前述したフッ素化合物の移動を反発力で説明すると、次の通りである。
例えば、物質１の表面エネルギーをγ１、物質２の表面エネルギーをγ２、非極性表面エネルギー（dispersion term）をγｄ、極性表面エネルギー（polar term）をγｐとすると、相互間の接触面での界面反発力γ１２は、下記数式１のように定義される。
【００１６】
【数１】
2008006819.tif 000003
【００１７】
下記表１は、前記数式１を適用して、水又はノボラック樹脂（マスターモールドを構成する物質）とフッ素化合物との反発力を示すもので、水又はノボラック樹脂を物質１とし、フッ素化合物を物質２として表す値である。
【００１８】
【表１】
2008006819.tif 000004
【００１９】
前記表１の値を前記数式１に代入して計算すると、水とフッ素化合物との界面反発力は約５０．６５であり、ノボラック樹脂とフッ素化合物との界面反発力は約１４．１４である。
すなわち、フッ素化合物は、水との反発力がノボラック樹脂（マスターモールドを構成する物質）との反発力よりも大きいため、プレポリマー層で水層側からマスターモールド側に移動する。従って、水を注入した状態でプレポリマー層を硬化すると、前面にフッ素化合物を導入することができ、後のマスターモールドからの分離段階において、容易に分離することができる。
【００２０】
一方、ソフトモールド製造方法のうち、水を注入する段階は、プレポリマー層が若干硬化したゲル状態のときに行うことを特徴とする。プレポリマーは液体状で移動性があるが、この状態のときに水を注入すると、水は表面エネルギーが大きいためプレポリマーを押し退けてマスターモールドに接触する可能性がある。従って、プレポリマー層が適度に硬くなったゲル状態のときに水を注入することが好ましい。
【００２１】
ここで、前記マスターモールドにプレポリマーを注入してプレポリマー層を形成した後、常温で所定時間が経過すると、前記ゲルが得られる。
【００２２】
また、前記マスターモールドを準備する段階は、フッ素基を導入する段階を含むことができる。前記マスターモールドにフッ素又はフッ素を含む化合物を導入する方法としては、前記マスターモールドの表面にフッ素を含む物質でプラズマ処理を施す方法や、フッ素を含む物質を前記マスターモールドの樹脂と反応させて自己組織化単分子膜（self assembled monolayer）を形成させる方法を用いることができる。
【００２３】
以上、本発明によるソフトモールド製造方法及びそれを用いた薄膜パターン形成方法について説明した。
以上の説明では薄膜パターン形成方法を示しているが、前記薄膜パターン形成方法は、液晶表示素子のゲート電極形成段階、活性層パターン形成段階、ソース／ドレイン電極形成段階、画素電極形成段階、カラーフィルタ形成段階、又はブラックマトリクス形成段階などで用いることができる。
また、前記薄膜パターン形成方法は、液晶表示素子（ＬＣＤ）だけでなく、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）やその他のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を製造する過程で用いることができる。
従って、本発明は、以上の説明に限定されるものではなく、多様なパターン形成過程で、フォトリソグラフィなどの方法と共に用いることができる。
以上の説明に多くの事項が具体的に記載されているが、これは発明の範囲を限定するものではなく、好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。従って、本発明の範囲は、前述した実施形態によって定められるのでなく、特許請求の範囲とその均等物によって定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ａ〜Ｃは、本発明による薄膜形成方法を示す断面図である。
【図２】Ａ〜Ｅは、本発明によるソフトモールド製造方法を示す断面図である。
【図３】一般的な液晶表示素子の分解図である。
【図１】
2008006819.tif 000005
【図２】
2008006819.tif 000006
【図３】
2008006819.tif 000007