(57)【要約】【課題】ブラックマトリクスの端面に発生する凹部に起因する塗布むらの発生を防止できるカラーフィルタ基板の製造方法を提供する。【解決手段】カラーフィルタ基板の製造方法において、基板上にブラックマトリクス１２を形成する工程と、前記基板の上側全面にフォトレジスト４１を塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布工程と、前記フォトレジスト膜の全面を露光する露光工程と、前記フォトレジスト膜を現像処理して前記ブラックマトリクス１２の端面のオーバーエッチングされた部分１３に前記フォトレジスト膜を残す現像工程と、前記ブラックマトリクス１２が形成された基板の上にカラーフィルタを形成する工程とを有する。露光量は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨露光量の１／２であり、現像時間は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨現像時間の１／２が望ましい。【選択図】図６
2006201249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面に凹部が設けられた金属膜が形成された基板の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布工程と、
前記フォトレジスト膜の全面を露光する露光工程と、
前記フォトレジスト膜を現像処理して前記金属膜の凹部内に前記フォトレジスト膜を残す現像工程と
を有することを特徴とする金属膜の凹部修復方法。
【請求項２】
前記露光工程における露光量は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨露光量の１／２であり、前記現像工程における現像時間は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨現像時間の１／２であることを特徴とする請求項１に記載の金属膜の凹部修復方法。
【請求項３】
基板上に金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングしてブラックマトリクスを形成する工程と、
前記基板の上側全面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布工程と、
前記フォトレジスト膜の全面を露光する露光工程と、
前記フォトレジスト膜を現像処理して前記ブラックマトリクスの端面のオーバーエッチングされた部分に前記フォトレジスト膜を残す現像工程と、
前記ブラックマトリクスが形成された基板の上にカラーフィルタを形成する工程と
を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項４】
前記露光工程における露光量は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨露光量の１／２であり、前記現像工程における現像時間は前記フォトレジストのパターン形成時における推奨現像時間の１／２であ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の製造方法。
【請求項５】
前記ブラックマトリクスは、複数の金属膜を積層して形成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項６】
前記フォトレジストはポジ型のレジストであることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のカラーフィルタ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属膜の凹部修復方法及びカラーフィルタ基板の製造方法に関し、特に、端面に凹部が設けられた金属膜の凹部修復方法及び端面がオーバーエッチングされた金属膜で構成されるブラックマトリクスの修復を伴うカラーフィルタ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に比べて薄くて軽量であり、低電圧で駆動できて消費電力が小さいという利点がある。このため、液晶表示装置は、テレビ、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、デスクトップ型ＰＣ、ＰＤＡ（携帯端末）及び携帯電話など、種々の電子機器に使用されている。特に、各画素（サブピクセル）毎にスイッチング素子としてＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を設けたアクティブマトリクス型液晶表示装置は、その駆動能力の高さからＣＲＴにも匹敵する優れた表示特性を示し、デスクトップ型ＰＣやテレビなど、従来ＣＲＴが使用されていた分野にも広く使用されるようになった。
【０００３】
一般的に、液晶表示装置は、２枚の基板と、それらの基板間に封入された液晶とにより構成されている。一方の基板には画素毎に画素電極及びＴＦＴ等が形成され、他方の基板には画素電極に対向するカラーフィルタと、各画素共通のコモン（共通）電極とが形成されている。以下、画素電極及びＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、カラーフィルタが形成された基板をカラーフィルタ基板と呼ぶ。また、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を封入してなる構造物を液晶パネルという。
【０００４】
通常、カラーフィルタ基板には、隣接する画素間の領域を遮光するために、ブラックマトリクスと呼ばれる遮光膜が形成されている。このブラックマトリクスは、例えばＣｒ（クロム）／ＣｒＮ（窒化クロム）／ＣｒＯ（酸化クロム）の３層構造の金属膜により形成されている。ＣｒＯ膜は反射率が低いことから使用されており、Ｃｒ膜は遮光性が高いことから使用されている。また、ＣｒＮ膜は、ＣｒＯ膜及びＣｒ膜に対する密着性が良好であることから使用されている。
【特許文献１】特開昭６１−１５０１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、ガラス基板１１上に形成されたブラックマトリクス１２を示す模式断面図である。上述した３層構造の金属膜をパターニングしてブラックマトリクス１２を形成する場合、図１に示すようにブラックマトリクス１２の端面がオーバーエッチングされて凹部１３が形成されてしまうことがある。これは、ＣｒＮ膜１２ｂのエッチングレートが、ＣｒＯ膜１２ａ及びＣｒ膜１２ｃよりも高いことに起因する。
【０００６】
この図１のようにブラックマトリクス１２の端面がオーバーエッチングされると、スリットコータによりカラーフィルタ用樹脂を塗布したときに、毛細管現象によりブラックマトリクス１２の端面の凹部１３に樹脂が入り込み、その結果カラーフィルタの厚さが部分的に薄くなってしまう。これにより、例えば図２に模式的に示すような縞状の塗布むらや、円形の塗布むらが発生し、液晶表示装置の表示品質を低下させる原因となることがある。なお、図２は、２面取り用ガラス基板上にスリットコータによりカラーフィルタ用樹脂を塗布したときに発生する塗布むらの例を示している。
【０００７】
特開昭６１−１５０１１９号公報には、薄膜磁気ヘッドの電極製造時において発生する導体層の下部の空隙（オーバーハング部）をレジストで充填する方法が開示されている。しかし、この公報に開示された方法は、空隙が発生する部分に予めレジスト膜を形成し、その後導体層を形成するものであり、上述したブラックマトリクス１２の端面に発生する凹部１３を修復することはできない。
【０００８】
以上から、本発明の目的は、金属膜の端面に発生する凹部を修復し、基板上に均一の厚さの膜を形成できる金属膜の凹部修復方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ブラックマトリクスの端面に発生する凹部に起因する塗布むらの発生を防止できるカラーフィルタ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題は、端面に凹部が設けられた金属膜が形成された基板の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布工程と、前記フォトレジスト膜の全面を露光する露光工程と、前記フォトレジスト膜を現像処理して前記金属膜の凹部内に前記フォトレジスト膜を残す現像工程とを有することを特徴とする金属膜の凹部修復方法により解決される。
【００１１】
また、上記した課題は、基板上に金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングしてブラックマトリクスを形成する工程と、前記基板の上側全面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する塗布工程と、前記フォトレジスト膜の全面を露光する露光工程と、前記フォトレジスト膜を現像処理して前記ブラックマトリクスの端面のオーバーエッチングされた部分に前記フォトレジスト膜を残す現像工程と、前記ブラックマトリクスが形成された基板の上にカラーフィルタを形成する工程とを有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法により解決される。
【００１２】
本発明においては、端面に凹部を有する金属膜（ブラックマトリクス）が設けられた基板の上側全面にレジスト膜を塗布し、全面露光処理をし、その後現像処理を行っている。金属膜の凹部はその上部がマスクの働きをし、露光処理によってレジストが感光されないので、現像処理後も凹部内にレジストが残る。これにより、例えば、カラーフィルタ用樹脂を基板上に塗布した場合に、カラーフィルタの膜厚が部分的に減少することがなく、膜厚が均一のカラーフィルタを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
図３は液晶パネルの構造を示す断面図である。
【００１５】
液晶パネル１００は、図３に示すように、ＴＦＴ基板１１０と、カラーフィルタ基板１３０と、それらの間に封入された液晶からなる液晶層１４０とにより構成されている。この液晶パネル１００の厚さ方向の両側には、それぞれ偏光板１４１ａ、１４１ｂが配置されている。
【００１６】
ＴＦＴ基板１１０のベースとなるガラス基板１１１の上には、ゲートバスライン１１２及び補助容量バスライン１１３が形成されている。これらのゲートバスライン１１２及び補助容量バスライン１１３は、例えばＡｌ（アルミニウム）−Ｔｉ（チタン）を積層してなる金属膜により形成される。
【００１７】
ゲートバスライン１１２及び補助容量バスライン１１３の上には、例えばＳｉＯ2又はＳｉＮ等からなる第１の絶縁膜（ゲート絶縁膜）１１４が形成されている。この第１の絶縁膜１１４の上の所定の領域には、ＴＦＴ１１８の活性層となる半導体膜（例えば、アモルファスシリコン膜又はポリシリコン膜）１１５が形成されている。この半導体膜１１５の上にはＳｉＮ等からなるチャネル保護膜１１６が形成されており、このチャネル保護膜１１６の両側にはＴＦＴ１１８のソース電極１１８ａ及びドレイン電極１１８ｂが形成されている。また、第１の絶縁膜１１４の上には、ＴＦＴ１１８のドレイン電極１１８ｂに接続されたデータバスライン（図示せず）と、補助容量電極１１９とが形成されている。なお、データバスラインは、ゲートバスライン１１２に直交する方向に伸びている。
【００１８】
図３に示すように、補助容量電極１１９は第１の絶縁膜１１４を挟んで補助容量バスライン１１３に対向する位置に形成されている。補助容量バスライン１１３、補助容量電極１１９及びそれらの間の第１の絶縁膜１１４により、補助容量が構成される。これらのデータバスライン、ソース電極１１８ａ、ドレイン電極１１８ｂ及び補助容量電極１１９は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを積層してなる金属膜により形成される。
【００１９】
これらのデータバスライン、ソース電極１１８ａ、ドレイン電極１１８ｂ及び補助容量電極１１９の上には、例えばＳｉＮからなる第２の絶縁膜１２０が形成されている。この第２の絶縁膜１２０の上には、ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明導電体からなる画素電極１２１が形成されている。図３に示すように、画素電極１２１は第２の絶縁膜１２０に設けられたコンタクトホール１２０ａを介してソース電極１１８ａと電気的に接続され、コンタクトホール１２０ｂを介して補助容量電極１１９と電気的に接続されている。そして、画素電極１２１の上には、ポリイミド等からなる配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２０】
一方、カラーフィルタ基板１３０のベースとなるガラス基板１１の一方の面側（図３では下側）には、ブラックマトリクス１４と、カラーフィルタ６０と、コモン電極６１とが形成されている。
【００２１】
ブラックマトリクス１４は、ＴＦＴ基板１１０側のゲートバスライン１１２、データバスライン及びＴＦＴ１１８に対向する位置に配置されている。本実施形態においては、ブラックマトリクス１４は、Ｃｒ／ＣｒＮ／ＣｒＯを積層してなる金属膜により形成されている。カラーフィルタ６０には、赤色、緑色及び青色の３種類があり、画素領域毎にいずれか１色のカラーフィルタが配置されている。隣接する赤色画素、緑色画素及び青色画素の３つの画素により１つのピクセルが構成され、種々の色の表示を可能としている。
【００２２】
コモン電極６１はＩＴＯ等の透明導電体により形成され、カラーフィルタ６０の上（図３では下側）に配置されている。このコモン電極６１の上（図３では下側）には、ポリイミド等の配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２３】
以下、本発明の実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
【００２４】
図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。また、図６（ａ）〜（ｃ）はブラックマトリクスの断面を拡大して示す図である。
【００２５】
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１１上に、スパッタ法によりＣｒＯ膜１２ａ、ＣｒＮ膜１２ｂ及びＣｒ膜１２ｃを下からこの順に積層して、厚さが例えば１５０ｎｍの金属膜を形成する。そして、この金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、ブラックマトリクス１２を形成する。
【００２６】
すなわち、ＣｒＯ／ＣｒＮ／Ｃｒからなる金属膜の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成した後、所定の露光マスクを介してフォトレジスト膜を露光する。次に、現像処理を施してフォトレジストからなるエッチングマスクを形成する。そして、エッチングマスクの開口部を介して金属膜をエッチングしてブラックマトリクス１２を形成する。その後、エッチングマスクを除去する。
【００２７】
ここでは、金属膜をエッチングしてブラックマトリクス１２を形成するときに、図６（ａ）に示すように、ブラックマトリクス１２の端面がオーバーエッチングされて凹部１３が形成されたものとする。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板１１の上側全面にポジ型フォトレジスト（例えば、クラリアント社製ＡＦＰ５００）を塗布して、厚さが例えば１．５μｍのフォトレジスト膜４１を形成する。このとき、図６（ｂ）に示すように、毛細管現象によりブラックマトリクス１２の端面の凹部１３内にフォトレジストが充填される。その後、例えば１００℃の温度で１２０秒間プリベークする。
【００２９】
次に、露光マスクを使用することなく、基板１１上のフォトレジスト膜４１の全面を露光する。このときの露光量は、フォトレジスト法によりレジストパターンを形成する際の推奨露光量よりも少なくすることが好ましい。例えば、推奨露光量の半分でフォトレジスト膜４１を全面露光する。この露光工程では、ブラックマトリクス１２の凹部１３内に充填されたレジストは露光されない。
【００３０】
次に、フォトレジスト膜４１に対し現像処理を施し、図４（ｃ）に示すようにフォトレジスト膜４１のうち露光された部分を除去する。このときの現像時間は、フォトレジスト法によりレジストパターンを形成する際の推奨現像時間よりも短くすることが好ましい。例えば、推奨現像時間の半分の時間で現像処理を終了する。これにより、図６（ｃ）に示すように、ブラックマトリクス１２の凹部１３内のみにレジスト４２が残る。
【００３１】
なお、このとき、凹部１３内に充填されたレジストの全てを残存させる必要はない。後述するように、カラーフィルタ用樹脂を塗布したときに、凹部１３内に充填されるカラーフィルタ用樹脂の量が少なく、カラーフィルタに大きな厚さのむらが発生しなければよい。このようにして、ブラックマトリクス１２の端面の凹部の修復が完了する。
【００３２】
次に、スリットコータを使用してガラス基板１１の上側全面に感光性の赤色カラーフィルタ用樹脂を塗布し、その後露光及び現像処理を施して、図５（ａ）に示すように、赤色画素部に赤色カラーフィルタ６０Ｒを形成する。
【００３３】
次に、スリットコータを使用してガラス基板１１の上側全面に感光性の緑色カラーフィルタ用樹脂を塗布し、その後露光及び現像処理を施して、図５（ｂ）に示すように、緑色画素部に緑色カラーフィルタ６０Ｇを形成する。
【００３４】
次に、スリットコータを使用してガラス基板１１の上側全面に感光性の青色カラーフィルタ用樹脂を塗布し、その後露光及び現像処理を施して、図５（ｃ）に示すように、青色画素部に青色カラーフィルタ６０Ｂを形成する。
【００３５】
次いで、図５（ｄ）に示すように、スパッタ法により、ガラス基板１１の上側全面にＩＴＯを成膜して、コモン電極６１を形成する。その後、コモン電極６１の上にポリイミドからなる配向膜を形成する。このようにして、液晶表示装置用カラーフィルタ基板が完成する。
【００３６】
以下、本実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法によりカラーフィルタ基板を実際に製造し、カラーフィルタ用樹脂の塗布状態を調べた結果について説明する。
【００３７】
図７（ａ）はオーバーエッチングされたブラックマトリクスの断面を示すＳＥＭ（scanning electron microscope）像である。このように、端面に凹部が形成されたブラックマトリクスを有する基板にポジ型フォトレジスト（クラリアント社製ＡＦ５００）を塗布して、厚さが約１．５μｍのフォトレジスト膜を形成した。その後、１００℃の温度で１２０秒間プリベークした。
【００３８】
次に、フォトレジスト膜を露光した。このときの露光量は３５ｍＪ／ｃｍ2であり、通常の露光量（ブラックマトリクス形成時の露光量）の半分である。そして、濃度が２．２％のＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハライドライト）現像液を２０秒間スプレーして、現像処理を施した後、純水でリンスした。このときのスプレー時間（現像時間）は、通常のスプレー時間（ブラックマトリクス形成時のスプレー時間）の半分である。
【００３９】
なお、本願発明者等の実験では、露光量のみを通常の半分にしたとき、及び現像時間のみを通常の半分にしたときのいずれの場合も、ブラックマトリクスの凹部内に十分な量のレジストを残存させることはできなかった。
【００４０】
図７（ｂ）は現像処理後のブラックマトリクスの断面を示すＳＥＭ像である。この図７（ｂ）に示すように、レジストはブラックマトリクスの凹部内に完全に充填されていないが、図７（ａ）と比較すると凹部の深さが浅くなっていることがわかる。
【００４１】
このようにして、ブラックマトリクスの凹部内にレジストを充填した後、ガラス基板の上側全面にカラーフィルタ用樹脂を塗布した。
【００４２】
図８（ａ）は、カラーフィルタ用樹脂を塗布した後のブラックマトリックスの断面を示すＳＥＭ像である。この図８（ａ）に示すように、カラーフィルタ用樹脂は凹部内に３００ｎｍの深さまで入り込んでいるが、塗布むらの発生は認められなかった。
【００４３】
一方、比較のために、図７（ａ）に示すように凹部が形成されたブラックマトリクスの上に直接カラーフィルタ用樹脂を塗布した。図８（ｂ）は、そのブラックマトリクスの断面を示すＳＥＭ像である。この図８（ｂ）に示すように、カラーフィルタ用樹脂は凹部内に３８０ｎｍの深さまで入り込んでおり、狭ピッチの斜めスジ状の塗布むらが認められた。
【００４４】
以上、説明したように、本実施形態のカラーフィルタ基板の製造方法では、ブラックマトリクスを形成したガラス基板の上にポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを使用しないで、全面露光処理を行う。その後、現像処理を行い、ブラックマトリクスの凹部内にのみレジストを残すようにしている。これにより、カラーフィルタ用樹脂を塗布する工程における塗布むらの発生を防止することができて、表示品質が良好な液晶表示装置を製造することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、カラーフィルタ基板の製造工程において、ブラックマトリクスに凹部が形成される場合について説明したが、本発明はこれに限らず、金属薄膜に凹部が形成された場合の修復に適用可能である。
【００４６】
また、上記実施形態では金属膜をエッチングしてブラックマトリクスを形成する工程（エッチング工程）の後にフォトレジストを塗布してブラックマトリクスの凹部を埋める工程を実施する場合について説明したが、塗布むらが発生したときのみにフォトレジストで凹部を修復する工程を実施してもよい。すなわち、金属膜をエッチングしてブラックマトリクスを形成した後、カラーフィルタ用樹脂を塗布する。そして、塗布むらの有無を検査した後、塗布むらが発生したときにはカラーフィルタ用樹脂を剥離し、その後上述したようにブラックマトリクスの凹部をフォトレジストで埋めてから、再度カラーフィルタ用樹脂を塗布する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、ガラス基板上に形成されたブラックマトリクスを示す模式断面図である。
【図２】図２は、ガラス基板上にカラーフィルタ用樹脂を塗布したときに発生する塗布むらの例を示す図である。
【図３】図３は、液晶パネルの構造を示す断面図である。
【図４】図４は、カラーフィルタ基板の製造工程を示す図（その１）である。
【図５】図５は、カラーフィルタ基板の製造工程を示す図（その２）である。
【図６】図６は、ブラックマトリクスの断面を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、オーバーエッチングされたブラックマトリクスの一例を示すＳＥＭ像である。図７（ｂ）は、修復されたブラックマトリクスの一例を示すＳＥＭ像である。
【図８】図８（ａ）は、図７（ｂ）に示す状態のブラックマトリクス上にカラーフィルタのレジストを塗布した一例を示すＳＥＭ像である。図８（ｂ）は、図７（ａ）に示す状態のブラックマトリクス上にカラーフィルタのレジストを塗布した一例を示すＳＥＭ像である。
【符号の説明】
【００４８】
１１…ガラス基板、
１２…ブラックマトリクス、
１３…凹部、
４１…ポジ型フォトレジスト、
６０…カラーフィルタ、
１００…液晶パネル、
１３０…カラーフィルタ基板。
【図１】
2006201249.tif 000003
【図２】
2006201249.tif 000004
【図３】
2006201249.tif 000005
【図４】
2006201249.tif 000006
【図５】
2006201249.tif 000007
【図６】
2006201249.tif 000008
【図７】
2006201249.tif 000009
【図８】
2006201249.tif 000010