(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配向制御用突起とを一括形成すると、配向制御用突起の線幅に依存して中央部分が１箇所もしくは２箇所で凹んだ断面形状を呈する場合がある。【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性で位相差が４５度以下であることを特徴とするハーフトーンフォトマスク及び該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。【選択図】図1
2010008532.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位相差が４５度以下であることを特徴とするハーフトーンフォトマスク。
【請求項２】
請求項１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ー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形成するためのハーフトーンフォトマスクに関する。
【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」とも記す）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一括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と配向制御用突起の一括形成を試みたところ、該突起は突起の延びる方向にそっては断面視台形形状もしくはかまぼこ型形状が必要であるにもかかわらず必ずしもそのような形状を呈さなかった。具体的には、突起の線幅に依存して中央部分が１箇所もしくは２箇所で凹んだ断面形状を呈する場合があることが分かった。配向制御用突起の斜面の形状は、斜面の傾き角度が液晶配向を規制するので、複雑な形状であると所望の液晶配向が得られず、液晶表示装置の画質を低下させることになる。
【００１０】
そこで、本発明は、配向制御用突起表面の凹凸を低減し、可能な限り台形形状に近い形状とすることを可能とするフォトマスクを開発することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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性で位相差が４５度以下であることを特徴とするハーフトーンフォトマスクである。
【００１２】
このようなハーフトーンフォトマスクであれば、高さの異なる突起を一括で形成できるとともに、半遮光性部と全透過部を透過した光の干渉を誘起することが可能で、特に半遮光性部の位相差を制御することで、半遮光性の部位に対応する被露光レジスト部の透過光強度をかなり自由に変動させることが可能である。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１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。
【００１４】
フォトレジスト上の所望の箇所の露光強度を一定にすることができるので、フォトレジストも均一に露光される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明になるハーフトーンフォトマスクを用いて、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、ハーフトーン部分の位相差を適切な範囲に設定することで、フォトスペーサより高さの低い配向制御用突起の断面形状を、安定して台形形状とすることができる。その結果、基板間のギャップ制御と液晶配向制御に秀でた突起類を備えたカラーフィルタ基板を提供できるので、これを使用した液晶表示装置においては画質が優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の対象である配向制御用突起の形状の一例を図２に示した。この図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２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）。
【００１７】
また、本リブの線幅を６〜１６μｍ程度とすれば、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。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。
【００１８】
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遮光率あるいは中間程度の遮光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。
【００１９】
上記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、「直線」と記す）であるが、断面視ではかまぼこ状か斜辺の長い台形形状が理想的である。これに対し枝リブは平面視で直線状、断面視台形形状、理想的には矩型形状である。いずれも、線幅に依存して複雑な凹凸形状を呈し最悪の場合解像できなくなる。本発明の課題は、解像不能にいたらずとも、配向制御用突起の断面形状が図３に模式的に示すように２山あるいは３山の凹凸形状をなすことの改善であって、その表面凹凸形状をかまぼこ状もしくは台形状とすることである。以下、その方法について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
＜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。
【００２１】
先ず、遮光材料として５００Åの厚みの低反射クロム２（以下、Ｃｒと記す）膜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。
【００２２】
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が形成された（図１（ｃ））。
【００２３】
次に、半透過性の膜材料４（以下、ハーフ膜とも記す）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所定の膜厚に製膜し、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、配向制御用半遮光性部に対応するレジストパターンを形成した（図１（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と半遮光性パターン５を有する所望のフォトマスクを得た（図１（ｆ）、（ｆ’））。
【００２４】
（ハーフ膜の位相差特性）
ハーフ膜部分の設計線幅は６，９，１３，１６μｍとし、前者の２つは枝リブに対応するマスク部位、後者の２つは本リブに対応するマスク部位に複数個配設した。ＣｒＯの膜厚を所定の膜厚に設定することで、次の位相差を有するハーフトーンフォトマスクＸ，Ｙ，Ｚを得た。
条件Ｘ：  ＣｒＯ厚  ６００Å  １１８（３６５ｎｍ）、１１１（４０５ｎｍ）
条件Ｙ：  ＣｒＯ厚  ４５０Å    ８３（３６５ｎｍ）、  ８０（４０５ｎｍ）
条件Ｚ：  ＣｒＯ厚  ２００Å    ４０（３６５ｎｍ）、  ３４（４０５ｎｍ）
尚、右側２つの数値はカッコ内の波長に対する位相差で単位は度である。
【００２５】
＜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）製）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜配向制御用突起形成＞
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。
【００２９】
次に、配向制御用のレジストパターンを形成するために、ＣｒＯの膜厚条件がＸ，Ｙ，Ｚである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Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’をカラーフィルタ上に形成した。
【００３０】
＜解像性評価＞
上記基板上に形成した現像後のレジストパターンの膜厚（高さ）を触針式膜厚計を使用して計測した。レジストパターンＸ’及びＹ’で見出された断面形状は３種類であって、その概形を図３（イ）、（ロ）、（ハ）に示した。図３中の小文字のアルファベットは膜厚がピークになるその位置（ａ〜ｅ）及び幅（ｆ）を示し、具体的な数値は下記の表１、表２に記載した。
【００３１】
【表１】
2010008532.tif 000003
【００３２】
【表２】
2010008532.tif 000004
【００３３】
表１、表２からハーフ膜により誘導される位相差が概ね７０度以上の場合で、設計線幅が９μｍ以下と細い場合は、鍋底状谷底の２山か凹陥状底部の２山のレジスト突起パターンであった。設計線幅が１３μｍ以上と太くなると３山のパターンであった。
【００３４】
一方、条件Ｚ’で位相差が概ね４０度の場合は、凹凸は見出されずほぼ台形形状（図示せず）であった。厚さは、設計線幅６，９，１３，１６μｍに対し、それぞれ０．３４、１．１０、１．６７、１．７０μｍであった。また、結果の詳細は省略するが、ハーフ部（半遮光部）の幅を５．５μｍ及び１５μｍ、波長を３６５ｎｍと４０５ｎｍとして近接露光のシミュレーションを行ったところ、半遮光性部の位相差が９０度の場合、中央の透過光強度が最大でその両側で最小となり、再び増大する透過光強度分布が得られた。位相差がない場合には中央部分の透過光強度が鍋底型谷部となるような透過光強度分布を示すことが分かった。これらの結果と、上記実験結果を組み合わせれば、ハーフ部の位相差を概ね４５度以下に設定すると、凹凸のない配向制御用突起を形成できると言える。
【００３５】
以上、半遮光性開口部の位相差を適切に設定することの重要性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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及び配向制御用突起の製造工程を説明する図。
【図２】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３】配向制御用突起の表面形状を模式的に表した図。（ａ）鍋底型谷部を有する２山、（ｂ）凹陥状谷部を有する２山、（ｃ）凹陥状谷部を有する３山
【符号の説明】
【００３７】
１、透明基板
２、遮光膜
３、３’ポジ型レジスト
４、半遮光層（ＣｒＯ）
５、半遮光パターン
６、遮光用Ｃｒパターン（フォトスペーサ用）
３１、配向制御用突起
３２、枝リブ
３３、本リブ
３４、画素パターン
【図１】
2010008532.tif 000005
【図２】
2010008532.tif 000006
【図３】
2010008532.tif 000007