(57)【要約】【課題】ハーフトーン型フォトマスクを用いプロキシミティー露光方式によりフォトスペーサと線幅の異なる部分を有する配向制御用突起とをカラーフィルタ基板上に一括形成にて形成する場合、前記配向制御用突起部分に付加される別の突起であって線幅が１１μｍ程度以下の突起部位が溶出してしまい、ほとんど解像できないという問題があった。【解決手段】ハーフトーンフォトマスクのフォトスペーサに対応する部位が光透過性について遮光、配向制御用突起に対応する部位が光透過性について半遮光であって、前記半遮光の部位が遮光の部位を含むことを特徴とするハーフトーンフォトマスクであり、このフォトマスクを用いて露光・現像して製造したフォトスペーサ及び配向制御用突起を備えたカラーフィルタ基板である。【選択図】図1
2010002570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロキシミティー露光方式を用いるフォトリソグラフィー法により、フォトスペーサ及び異なる線幅を有する配向制御用突起をカラーフィルタ基板上に一括形成にて形成する際に用いるハーフトーンフォトマスクにおいて、前記ハーフトーンフォトマスクのフォトスペーサに対応する部位が光透過性について遮光、配向制御用突起に対応する部位が光透過性について半遮光であって、前記半遮光の部位が遮光の部位を含むことを特徴とするハーフトーンフォトマスク。
【請求項２】
前記遮光の部位が半遮光の部位の中央部に溝状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のハーフトーンフォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のハーフトーンフォトマスクを用い、フォトリソグラフィ法により一括形成にて形成したフォトスペーサ及び配向制御用突起を具備したことを特徴とするカラーフィルター基板。
【請求項４】
線幅が１２μｍ〜５μｍである配向制御用突起を具備することを特徴とする請求項３に記載のカラーフィルタ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の対抗する基板間距離を保持するためのフォトスペーサ及び配向制御用の突起を備えたカラーフィルタ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一対の基板間に液晶を狭持している。液晶表示装置の大型化にともない基板間の距離（以下、セルギャップと記す）を全面にわたり正確に保つ必要から、従来の樹脂製もしくはガラス製のビーズを液晶内に散布する方式から、フォトリソグラフィー技術により柱状の突起物を形成する方法に移行している。フォトリソグラフィー技術により基板上に形成されたレジスト材料からなる突起物、いわゆる、フォトスペーサ（以下、「ＰＳ」とも記す）と称されるものは、配置の自由度、高さの均一性、液晶中を移動しない、工程中で汚染が少ないなど、ビーズ散布方式に較べ多くの利点を有し、通常はカラーフィルタ基板側のカラーフィルタ層の上部に配設される（特許文献１参照）。
【０００３】
また、大型液晶表示装置は、どの方向から見ても色調が同じであるように高視野角が望まれるが、液晶分子の幾何学的な異方性から、これを実現することは容易ではない。視野角依存性を低減するには、液晶分子全体が観察方向から見て液晶配向の仕方に回転対称性があるとか基板面内で回転するとか配向状態に一定の制限が必要である。よく知られた配向制御技術としてＩＰＳ（In plane switching mode ）やＶＡ（Vertical alignment mode）が採用されている。
【０００４】
ＶＡ方式で必要な液晶配向はビーズ散布方式では困難であって、通常は液晶と接する基板上に直線状の突起を形成して液晶分子の動きを制御している。すなわち、液晶分子は電圧が印加されない状態では基板面に対し垂直に配向しており、電圧が加わると基板に平行になるように傾くが、傾く方向が観察方向から見て画素ごとに回転対称性が維持されるよう液晶分子を強制するために突起物側面の傾斜が利用される。
【０００５】
したがって、突起物は、単にセルギャップを保持するＰＳとしてだけでなく、配向制御の目的で液晶に接する基板面に形成される。ＶＡモード以外では、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードにおいても、液晶分子をスプレイ状態からベンド状態に容易に転移させるために突起物を備えた構成を必要としている（特許文献２参照）。強誘電性液晶においては、ストライプ状に配設した樹脂がスペーサとして使用される。
【０００６】
突起物が、ＰＳ又は液晶の配向性制御用として複数の機能が要求される場合には、高さや形状等の異なる突起物が必要で、それらが同時に形成されるのが望ましい。すなわち、例えばある高さのＰＳを定法のフォトリソグラフィー法で形成し、その後に高さの異なる突起類を再度フォトリソグラフィー法で形成するような場合、少なくとも現像工程以降は共通にするのが好ましい。高さの異なる可能性のある複数の突起物の潜像をレジストに形成する技術に関しては、２枚のフォトマスクを用い露光光量を変えて露光する技術、あるいは遮光膜に微細な開口部をモザイク状に配置して開口率の違いにより露光光量を変化させ、一度の露光でレジストに２種類の潜像を形成する技術をＶＡモードの液晶表示装置に適用した例が開示されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４２２２５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０２８４号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１７５０号公報
【特許文献４】特開２００３−７５８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同一のレジスト層を露光してＰＳと配向制御用突起（以下、単に「突起」と記す）を同時に形成するには、それぞれ対応する部位に異なる紫外線光量を照射する必要があるが、２枚のフォトマスクを交換して露光することはマスク交換に時間を要し生産性が下がる問題がある。他方、ＰＳや突起物に必要なサイズ以下の遮光用モザイク状パターンをフォトマスクに形成することは、モザイクのサイズにもよるが、微細化技術から問題がある。したがって、できれば微細なモザイクパターンを形成することなしに、透過光量を調整することができる半遮光性膜（ハーフトーン膜）を所望の箇所に配設し、同時に露光できるハーフトーンフォトマスクによる露光がもっとも好ましい態様である。
【０００８】
また、露光方式については投影露光方式とプロキシミティー露光（近接露光）方式の２通りがあるが、前者は装置のコストが後者に較べて高く、露光処理に必要な時間が長いという問題があり、プロキシミティー露光（近接露光）が望ましい。
【０００９】
そこで、ポジ型レジストの使用を前提としたハーフトーンフォトマスクを作成し、プロキシミティー露光（近接露光）方式により、ＰＳと突起の一括形成を試みたところ、相当程度ハーフトーン部分の透過性を低く設定して、レジストを溶解しにくくしたにもかかわらず、突起部分に付加される別の突起であって線幅が１２μｍ程度以下の突起パターンが溶出してしまい、ほとんど解像できないという問題があることがわかった。したがって、本発明の課題は、プロキシミティー露光（近接露光）法により、異なる高さの突起類と線幅が相違する突起類が共存する場合であっても、特に線幅が１２μｍ以下の突起を含む場合までを含めて、安定してフォトスペーサと配向制御用突起を形成できるハーフトーンフォトマスクを提供することである。さらに、このフォトマスクを用いて露光・現像して製造したフォトスペーサ及び配向制御用突起を具備したカラーフィルタ基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するための請求項１の発明は、プロキシミティー露光方式を用いるフォトリソグラフィー法により、フォトスペーサ及び異なる線幅を有する配向制御用突起をカラーフィルタ基板上に一括形成にて形成する際に用いるハーフトーンフォトマスクにおいて、前記ハーフトーンフォトマスクのフォトスペーサに対応する部位が光透過性について遮光、配向制御用突起に対応する部位が光透過性について半遮光であって、前記半遮光の部位が遮光の部位を含むことを特徴とするハーフトーンフォトマスクである。
【００１１】
このようなハーフトーンフォトマスクであれば、半透過部と全透過部を透過した光の干渉を誘起して、被露光部分の場所ごとに透過光の強度を変動させることが可能である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記遮光の部位が半遮光の部位の中央部に溝状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のハーフトーンフォトマスクである。
【００１３】
かかるハーフトーンフォトマスクであると、直線状の配向制御用突起の形成に好適である。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のハーフトーンフォトマスクを用い、フォトリソグラフィ法により一括形成にて形成したフォトスペーサ及び配向制御用突起を具備したことを特徴とするカラーフィルター基板である。
【００１５】
請求項４の発明は、線幅が１２μｍ〜５μｍである配向制御用突起を具備することを特
徴とする請求項３に記載のカラーフィルタ基板である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハーフトーンフォトマスクとプロキシミティー露光（近接露光）を組み合わせることで、フォトスペーサ及び配向制御用突起を一括形成で形成する場合、フォトスペーサより高さが低く、線幅が１２μｍ程度以下である配向制御用突起を安定して形成できる。その結果、ギャップ制御と液晶配向制御に優れた突起類を備えたカラーフィルタ基板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の対象である配向制御用突起３１の形状の一例を図３に示した。ここで本リブと称される平面視でジグザグ状のパターン３３は液晶配向を制御する中核的部分であり、枝リブ３２と称される付加部分が本リブの屈曲部から平行もしくは垂直に延びている。図３には本リブ３３の画素上での相対的な配置を示すために表示用画素３４の大きさを一点鎖線で示してある。一般には、複数のジグザグパターンが画素を横断するようであるが、本実施例では1本だけ例示してある（特許文献４参照のこと）。ジグザグパターンを構成する基本単位は平面視で細長い長方形（以下、単に「直線」と記す）、断面視略かまぼこ状、理想的には２等辺三角形である。これに対し枝リブは平面視で直線状で、断面視では理想的には台形状であるが、線幅が細いと複雑な形状を呈したり場合によっては解像できなくなる。本リブの線幅を１０〜１５μｍとすれば、枝リブは本リブよりも線幅が細めに設定され６，７０％程度とされる。ジグザグの屈曲する角度は通常は９０度に設定される。
【００１８】
枝リブ３２は、画素電極のエッジ部分の液晶配向の乱れの防止、基板内部に封入されたネマチック液晶の流動を抑えるための堤防の役目を果たすなどの機能がある。その機能からして、細いほど好ましいが、一定の高さは必要である。線幅が１２μｍ程度以下のこの枝リブ部分の解像性を向上させるフォトマスク構造の開発が目的であるため、この部分に対応するマスクパターンとして図２（ａ）に示した半透過性のべた直線２１と中央に全遮光性の溝２２（以下、「スリット」とも記す）を有する同図（ｂ）のパターンを形成し、解像性の比較を実施例で行った。しかしながら、本発明は形成しようとする線幅が問題であって本リブ、枝リブの区別は重要ではなく、２種類の線幅を有する配向制御用突起の形成だけに限定して適用されるべきものではない。1種類又は3種類以上の線幅を有する複数の突起が混在してもかまわない。
【００１９】
また、本発明における「半遮光」の「半」の意味は、露光用紫外線に対し十分な透過率または完全な遮光効果の半分の透過率あるいは中間程度の透過率ということだけでなく、かなり幅広い範囲（グレートーン）を示すもので遮光性または透過性を有するという意味である。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の内容を実施例に基づいて詳しく説明する。
【００２１】
＜ハーフトーンフォトマスク＞
本実施例は、ポジ型フォトレジストでフォトスペーサ及び突起を形成することを前提とするので、フォトマスクは、少なくともＰＳ用の例えば正８角形の遮光性（非透過）Ｃｒパターン（図示せず）と図３で示すような配向制御用突起３１としての半遮光性ジグザグパターン３２とそれに付加される枝リブ３３を有する。ポジ型フォトレジストでは、十分に露光された部分は現像により溶解し、未露光部及び露光が不十分な部分はそれぞれ溶解しないか一部しか溶解せず基板上にパターンとして残るからである。
【００２２】
ジグザグパターン３３は本リブと称される液晶配向を制御する中核的部分であり、付加
部分３３はジグザグの屈曲部から平行もしくは垂直に延びており、本リブよりも線幅が細い枝リブ３２と称される部分である。枝リブ３２は基板内部に封入されたネマチック液晶の流動を抑えるための堤防の役目を果たすもので、線幅は本リブの６，７０％程度に設定される。その機能からして、細いほど好ましいが、一定の高さは必要である。尚、図３には配向制御用突起３１の相対的な大きさを示すために表示用画素３４の大きさを一点鎖線で示してある。一般には、複数の突起が画素を横断するが、本実施例では１本だけ例示してある（特許文献４）。
【００２３】
先ず、遮光材料として５００Åの厚みの低反射クロム膜２（以下、Ｃｒと記す）を形成した透明基板１を用意し、フォトマスク製造の出発基板とした。
【００２４】
次に、出発基板１上にノボラック系ポジ型レジスト３をコートし、９０℃で１０分のプレベーク処理を施した（図１（ａ）、（ａ’））。次いで、ＰＳ用マスクパターンとスリット部の遮光パターン形成のために波長４１３ｎｍのクリプトンレーザ描画装置を用いてパターン描画を行った。その後、有機アルカリ現像液のＴＭＡＨ溶液（低濃度テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド溶液）を用いて８０秒間現像し、ＰＳ用レジストパターン及び遮光部パターン以外のレジストを除去した（図１（ｂ）、（ｂ’））。次いで、露出したＣｒ層も硝酸第二セリウムアンモニウム（１４．３質量％）／過塩素酸（５．６質量％）水溶液で溶出し除去した。これでＰＳ用Ｃｒパターン６とスリットの遮光部パターン６’が形成された（図１（ｃ）、（ｃ’））。
【００２５】
次に、半透過性の膜材料４（以下、ハーフ膜と記す）として酸化クロム（ＣｒＯ）を、透明基板１上にスパッタリング法にて１８．２ｎｍ製膜し、その上に再度ノボラック系ポジ型レジスト３’をコートし、９０℃で１０分のプレベーク処理を施した（図１（ｄ）、（ｄ’））。次いで、波長４１３ｎｍのクリプトンレーザ描画装置を用いて再度パターン描画を行い、８０秒間ＴＭＡＨ溶液にて現像し、配向制御用半遮光部に対応するレジストパターンを形成した（図１（ｅ）、（ｅ’））。次に、硝酸第二セリウムアンモニウム／過塩素酸水溶液で露出したＣｒＯ層４を溶出させ除去し、最後に残ったレジスト層を水酸化カリウム溶液で剥離し、さらに洗浄し所望の遮光パターン６、６’と半遮光パターン５を有する所望のフォトマスクを得た（図１（ｆ）、（ｆ’））。
【００２６】
枝リブを形成するための半遮光パターン部分（図２（ａ）、（ｂ））には、どのような寸法までであれば枝リブが解像されるかを調べるため、寸法の異なる半遮光パターンを配置した。全体で半遮光である直線パターン（図２（ａ））については、線幅Ｗが５μｍ〜１３μｍのものを２μｍごとに設け、長さは３０μｍとした。中央部に遮光用スリット２２を設けたパターン（図２（ｂ））については、線幅Ｗ’を１〜５μｍとしスリット幅Ｌは２μｍ，３μｍの線幅のものを配置して比較できるようにした。
【００２７】
また、厚み２０ｎｍのＣｒＯハーフ部分の３６５ｎｍ（ｉ線）と４０５ｎｍ（ｇ線）の紫外線透過率は、透明基板に対しそれぞれ２２．４％、２１．８％であった。
【００２８】
＜カラーフィルタ基板＞
次に、カラーフィルタ基板の製造方法につき説明する（図示せず）。まず、０．７ｍｍ厚の無アルカリガラス（例えば、ＯＡ−２：日本電気硝子（株）からなる透明基板に、カーボンブラックをアクリル系樹脂に分散した黒色の感光性レジストをスピンコート法により塗布し、露光・現像等定法のパターニング処理、加熱処理を行って幅１４μｍ、高さ１．３μｍの遮光層を形成する。
【００２９】
次に、アクリル系樹脂にジアントラキノン系顔料を分散した赤色感光性レジストをスピンコート法により塗布し、赤色感光性レジスト層を形成し、所定の露光用マスクを使って
露光・現像等定法のパターニング処理、加熱処理を行って、幅１００μｍ、膜厚１．３μｍの赤色着色画素を形成した。同様に、アクリル系樹脂にフタロシアニングリーン系顔料を分散した緑色感光性レジストをスピンコート法により塗布し、緑色感光性レジスト層を形成し、所定の露光用マスクを使って露光・現像等のパターニング処理、加熱処理を行って、幅１００μｍ、膜厚１．４μｍの緑色着色画素を形成する。同様にアクリル系樹脂にフタロシアニンブルー系顔料を分散した青色感光性レジストをスピンコート法により塗布し、青色感光性レジスト層を形成し、所定の露光用マスクを使って露光・現像等のパターニング処理、加熱処理を行って、幅１００μｍ、膜厚１．３μｍの青色着色画素を形成し、赤・緑・青の着色画素が配列したカラーフィルタ層を得ることができる。
【００３０】
次に、酸化インジウム系のターゲットをスパッタリングして、上記のカラーフィルタ基板の着色画素上に１５０ｎｍ厚の透明導電膜１４を形成した。この場合、着色画素間の段差の低減、着色材料からの不純物溶出を防止するためのオーバーコート層を透明導電膜下部に予め設けておいても構わない。
【００３１】
＜枝リブ形成＞
透明導電膜を形成した上記カラーフィルタ基板上に、ポジ型フォトレジスト（ＬＣ１８００−２１、ロームアンドハース電子材料社製）を２．４μｍの厚みとなるようにコートし、１３０度で１００秒間のプレベーク処理を施し、ＰＳと配向制御用突起となるべきポジ型フォトレジスト層を得た。
【００３２】
次に、複数の枝リブパターンを有する前記フォトマスクを介して、上記のカラーフィルタ基板上のフォトレジスト層に対し、波長３６５ｎｍ、照度１７ｍＷで露光量が５０ｍＪとなるように、ギャップを１００μｍとするプロキミティー露光（近接露光）を行った。その後６．３質量％の炭酸ナトリウム水溶液にて８０秒間の現像処理を施した。最後に２３０℃で２０分のポストベーク処理を施すことで、ＰＳ及び配向制御用突起レジストパターンをカラーフィルタ基板に得ることができた。
【００３３】
＜解像性評価＞
上記基板の各部を顕微鏡で観察したところ、ＰＳと本リブに関してはパターンの消失や解像度の不良等は見出されず厚み幅とも期待通りの形状であった。しかしながら、線幅の細い枝リブ部分については設計寸法に依存したレジスト形状の差異が見出された。先ず、遮光スリットがない直線パターン（図２（ａ））ではフォトマスクの設計線幅より形成されたレジストパターンの方が太目に形成されていた。遮光スリット入り（図２（ｂ））については、設計寸法（半透過部２１と遮光スリット２２の合計幅）が９μｍより狭い場合は、得られたレジストパターン線幅の方が広く、設計線幅が１１μｍ以上では逆に細めに形成された。また遮光スリットの幅Ｌが２μｍと３μｍの場合を比べると、設計寸法が９μｍ以下では、２μｍの方が得られたレジストパターンの線幅が広かったが、１１μｍ以上では３μｍの方が広かった。レジストパターン高さについては、遮光幅Ｌが３μｍの場合が最大であった。
【００３４】
まとめとして、形成されたレジストパターンの幅と膜厚の関係を、遮光スリット無しと遮光スリット有りについて図４にまとめて示した。横軸は得られたレジストパターンの線幅、縦軸は高さ（膜厚）で単位はμｍである。図中■は遮光幅Ｌ＝３μｍ、□はＬ＝２μｍ、▲は半遮光部だけ（Ｌ＝０μｍ）に対応する結果である。この図から、枝リブの仕上がりの線幅が１２μｍ程度以下では、遮光スリットがある方が高さの高い枝リブが得られることが明らかである。解像性もスリット有りの方が明らかに優れていた。
【００３５】
上記の実験結果は、半遮光部を透過した光の干渉によって説明できる。干渉によりスリット中央部に対応する部位のレジスト上の光強度が弱められたためと考えられる。この結果は、近接露光の光学シミュレーション結果から予想されるものであった。
【００３６】
以上の結果より、半遮光開口部に遮光性スリットを設ける場合の解像性の向上が実証され、遮光膜を設けることで線幅と膜厚の関係をかなり自由に調整できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）〜（ｆ）フォトマスクにおけるフォトスペーサ用パターンの製造工程を説明する図、（ａ’）〜（ｆ’）フォトマスクにおけるフォトスペーサ用パターンの製造工程を説明する図、
【図２】（ａ）枝リブ形成用半透過パターンの一例を示す模式図、（ｂ）枝リブ形成用遮光スリット入り半透過パターンの一例を示す模式図。
【図３】ジグザグ状の本リブと枝リブからなる配向制御用突起を模式的に説明する図。
【図４】枝リブの高さ（膜厚）と線幅の関係をスリットの有無について調べた実験結果を説明する図。
【符号の説明】
【００３８】
１、透明基板
２、遮光膜
３、３’ポジ型レジスト
４、半遮光層
５、半遮光パターン（枝リブ部分）
６、遮光パターン（ＰＳ）
６’、遮光スリット
２１、半遮光パターン（本リブと枝リブ部分）
２２、溝（スリット）部分
３１、配向制御用突起
３２、枝リブ
３３、本リブ
３４、画素
【図２】
2010002570.tif 000003
【図３】
2010002570.tif 000004
【図４】
2010002570.tif 000005
【図１】
2010002570.tif 000006