(57)【要約】【課題】  白抜けやＢＭ残さの発生を防止する。【解決手段】  遮光膜の製造方法は、金属薄膜パターン２が一方面に形成された透明基板１を準備する工程と、金属薄膜パターン２の領域を少なくとも含む領域における透明基板１の前記一方面に、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層３を形成する工程と、金属薄膜パターン２をマスクとして、透明基板１側から感光性樹脂層３を露光する工程と、感光性樹脂層３を現像して、金属薄膜パターン２が露出する開口部ＣＨを感光性樹脂層３に形成する工程とを少なくとも含む。【選択図】  図２
2006071824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜パターンが一方面に形成された透明基板を準備する工程と、
前記金属薄膜パターンの領域を少なくとも含む領域における前記透明基板の前記一方面に、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
前記金属薄膜パターンをマスクとして、前記透明基板側から前記感光性樹脂層を露光する工程と、
前記感光性樹脂層を現像して、前記金属薄膜パターンの少なくとも一部が露出する開口部を前記感光性樹脂層に形成する工程とを少なくとも含む、遮光膜の製造方法。
【請求項２】
前記現像工程の後に、前記開口部内の前記金属薄膜パターンをエッチング除去する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エッチング除去工程の後に、前記開口部内にカラーフィルタを形成する工程をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記感光性樹脂層の膜厚が１μｍ以上である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
透明基板と、前記透明基板の一方面に形成されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子に接続されたドレイン電極と、前記ドレイン電極の少なくとも一部が露出する開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜上に形成され、前記開口部内の前記前記ドレイン電極と接続された画素電極とを有し、前記開口部は前記遮光膜の表面側の面積が底面側の面積よりも大きい素子基板。
【請求項６】
請求項５に記載された素子基板を製造する方法であって、
前記透明基板に前記ドレイン電極を形成する工程と、
前記ドレイン電極を覆い、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
前記ドレイン電極をマスクとして、前記透明基板側から前記感光性樹脂層を露光する工程と、
前記感光性樹脂層を現像して、前記開口部を前記感光性樹脂層に形成する工程と、
前記感光性樹脂層に加熱処理を施して、前記遮光膜を形成する工程とを含む、素子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置などに用いられる遮光膜を製造する方法に関する。また本発明は遮光膜を有する素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタの各着色画素間には、コントラスト向上のために光遮断パターンが形成されている。この光遮断パターンは、ブラックマトリクスまたはブラックマスクと呼ばれている。以下、ブラックマトリクスまたはブラックマスクをＢＭと表記する。近年においては、環境問題や低コスト化への対策から、樹脂ＢＭが主流を占めつつある。樹脂ＢＭの形成方法としては、感光性の樹脂溶液を用いたフォトリソグラフィ法が挙げられる。
【０００３】
図９および図１０は、従来法による樹脂ＢＭの製造工程を模式的に示す断面図であり、図９は露光工程、図１０は現像工程をそれぞれ示している。通常、ポジ型のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法では、基板１１上にフォトレジスト１２を塗布した後、パターンマスク１３を用いて露光エリアを限定してレジスト１２に紫外線ＵＶを照射する。その後、現像によってレジスト１２のパターニングを行って、ＢＭ１５を形成する。
【０００４】
しかし、レジスト１２の膜厚が厚い場合、例えば膜厚がおよそ１μm 以上の場合には、レジスト１２の膜厚方向に紫外線ＵＶが十分に透過しなくなり、マスク１３周辺領域におけるレジスト１２の下方部分（基板１１側の部分）では露光量が不足する。現像を行うと、露光量が不足している部分が除去されるので、図９に示すように、マスク１３周辺領域におけるレジスト１２の下方部分が上方部分よりも抉れてＢＭが形成される。このＢＭの開口部内にカラーフィルタを形成すると、ＢＭとカラーフィルタの間に隙間が生じ、いわゆる「白抜け」が起きる。したがって、色ムラやコントラストの低下などの表示不良が生じるおそれがある。
【０００５】
また、図１０に示すように、露光されていない領域（現像によって除去される領域）、言い換えればＢＭの開口部内において、レジスト１２が十分に現像除去できず、ＢＭ残さ１６が発生することがある。したがって、開口部内に形成されるカラーフィルタの透過率や色相などの特性に影響を及ぼすといった問題がある。
【０００６】
白抜けを防止するための技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、ＢＭを積層することでＢＭの遮光性を向上させている。しかし、ＢＭを積層するので、工程数が増加する。また各層のＢＭを重ね合わせするためのマージンが必要であるので、多層に形成するほどＢＭにアライメントずれが生じる。
【０００７】
一方、ＢＭ残さの発生を防止するための技術が特許文献２，３および４に開示されている。特許文献２および３では、ＵＶ処理または気体や液体を用いた表面処理によって、ＢＭ残さの発生を抑制している。しかし、ＢＭ形成前の基板に対してこのような処理を行うと、ＢＭと基板との密着性が低下するので、必要な部分のＢＭも剥離されるおそれがある。特に、微細なＢＭパターンを形成する場合には、その可能性が高くなる。特許文献４では、ＢＭをパターニングする際に、現像液の濃度を高濃度から低濃度へ推移させて現像を行っている。しかし、ＢＭの膜厚が大きい場合には、露光量不足によって、ＢＭの下方部分が上方部分よりも抉れて形成される可能性が高くなる。
【特許文献１】特開平10-197712 号公報
【特許文献２】特開2001-272530 号公報
【特許文献３】特開2001-264529 号公報
【特許文献４】特開平10-268803 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的の１つは白抜けを防止することである。本発明の他の目的はＢＭ開口部内にＢＭ残さが発生するのを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある局面において、本発明は遮光膜の製造方法を提供する。この方法は、金属薄膜パターンが一方面に形成された透明基板を準備する工程と、前記金属薄膜パターンの領域を少なくとも含む領域における前記透明基板の前記一方面に、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、前記金属薄膜パターンをマスクとして、前記透明基板側から前記感光性樹脂層を露光する工程と、前記感光性樹脂層を現像して、前記金属薄膜パターンが露出する開口部を前記感光性樹脂層に形成する工程とを少なくとも含む。
【００１０】
前記現像工程の後に、前記開口部内の前記金属薄膜パターンをエッチング除去する工程をさらに含んでいても良い。さらに、前記エッチング除去工程の後に、前記開口部内にカラーフィルタを形成する工程をさらに含んでいても良い。前記感光性樹脂層の膜厚は１μｍ以上であっても良い。
【００１１】
他の局面において、本発明は素子基板およびその製造方法を提供する。本発明の素子基板は、透明基板と、前記透明基板の一方面に形成されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子に接続されたドレイン電極と、前記ドレイン電極の少なくとも一部が露出する開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜上に形成され、前記開口部内の前記前記ドレイン電極と接続された画素電極とを有し、前記開口部が前記遮光膜の表面側の面積が底面側の面積よりも大きい。
【００１２】
本発明の素子基板を製造する方法は、前記透明基板に前記ドレイン電極を形成する工程と、前記ドレイン電極を覆い、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、前記ドレイン電極をマスクとして、前記透明基板側から前記感光性樹脂層を露光する工程と、前記感光性樹脂層を現像して、前記開口部を前記感光性樹脂層に形成する工程と、前記感光性樹脂層に加熱処理を施して、前記遮光膜を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、白抜けを防止することができる。またＢＭ開口部内にＢＭ残さの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１〜図４はＢＭの製造工程を模式的に示す断面図である。以下、図面を参照しながら各製造工程を説明する。
【００１５】
（１）透明基板準備工程
まず、透明基板を準備する。透明基板としては、典型的には、ガラス基板を用いることができるが、本発明においては、カラーフィルタ用の基板としての透明性や機械的強度等の必要な特性を有するものであれば、ガラス基板に限定されず、透明のプラスチック基板等を用いてもよい。プラスチック基板の材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネートが例示される。
【００１６】
図１に示すように、透明基板１の一方面に金属薄膜パターン２を形成する。金属薄膜パターン２を形成する領域は、ＢＭを形成しない領域である。金属薄膜パターン２は、透明基板１の一方面に金属薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることによって形成することができる。金属薄膜の材料としては、アルミニウム、チタン、タンタル、モリブデンなどが挙げられ、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法などにより金属薄膜を形成することができる。金属薄膜の膜厚は、できる限り薄いことが好ましく、例えば０．０５μm 以上１μm 以下が好ましい。
【００１７】
なお、配線パターンが予め形成された透明基板を用いても良く、薄膜トランジスタ素子などの回路を構成する配線が形成された透明基板を用いても良い。
【００１８】
（２）感光性樹脂形成工程
金属薄膜パターン２の領域を少なくとも含む領域における透明基板１の一方面に、遮光性を有するネガ型感光性樹脂層３を形成する。感光性樹脂層３は、遮光性成分と感光性樹脂とを少なくとも有する。遮光性成分としては、遮光性染料、遮光性顔料、無機化合物（例えばチタンブラック、カーボンブラック、鉄黒）などが用いられる。感光性樹脂としては、紫外線や電子線等の照射により硬化するネガ型感光性樹脂が用いられる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンスルホン、ポリヘキサフルオロブチルメタクリレート、コール酸ｏ−ニトロベンジルエステル類などが挙げられる。
【００１９】
感光性樹脂層３は、感光性レジストを透明基板１へ塗布する方法や、感光性レジスト層がベースフィルムに予め設けられた転写フィルムを用いて、透明基板１上に転写する方法など、種々の方法にて形成できる。塗布方法としては、スピンコート、ロールコート、バーコートなどを用いることができる。塗布膜厚は、必要な遮光性が得られる程度であれば特に限定されないが、典型的には、０．１〜５μｍである。但し、後述するように、ＢＭを断面視において順テーパ状にするには、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。感光性レジストを塗布または転写した後に、ホットプレートやオーブンなどを用いて、プリベークする。例えば、オーブンにて90℃、10分間程度の加熱処理を行う。
【００２０】
（３）露光工程
図２に示すように、金属薄膜パターン２をマスクとして、透明基板１側から感光性樹脂層３を露光する。露光に用いる光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯等のランプ光源、殺菌灯、蛍光灯などの発光管光源、アルゴンイオンレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマーレーザ、窒素レーザ等のレーザ光源などが挙げられる。例えば、高圧水銀灯によるghi 線（g 線：436nm 、h 線：405nm 、i 線：365nm の混合波長光）を用いて、200mJ/cm2 程度露光する。
【００２１】
なお、配線パターンが予め形成された透明基板や回路を構成する配線が形成された透明基板を用いた場合には、配線パターンや回路を構成する配線がマスクとして機能する。
【００２２】
（４）現像工程
上記露光工程の後、感光性樹脂層３の未露光部分を現像処理にて除去する。現像処理に使用する現像液としては、典型的には、アルカリ現像液が用いられる。アルカリ現像液として、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機のアルカリ剤、あるいはジエタノールアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、水酸化テトラアルキルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウムヒドロサイド等の有機のアルカリ剤を含有した水溶液が挙げられる。例えば、約１重量％の水酸化カリウム水溶液を用いることができる。
【００２３】
現像処理について特に制限はないが、典型的には、１０〜５０℃の現像温度で、浸漬現像、スプレー現像、ブラシ現像、超音波現像などの処理が行われる。さらに、形成された樹脂ＢＭの膜強度、耐溶剤性および耐アルカリ性などの向上をはかるために、ポストベークを行うことが好ましい。例えば、オーブンにて200 ℃、30分間程度の加熱処理を行う。
【００２４】
現像処理を行うことによって、図３に示すように、金属薄膜パターン２で遮光された部分の感光性樹脂層３が除去されて、金属薄膜パターン２が露出する開口部ＣＨが感光性樹脂層３に形成される。これによりＢＭ４が形成される。
【００２５】
露光によって、透明基板１に接する側から表面側へ感光性樹脂層３の硬化が進行する。感光性樹脂層３は遮光性を有しているので、透明基板１から膜厚方向に離れるに従って、露光に用いた光源の光量が減衰する。また、透明基板１面に対して斜め方向から入射する光のうち金属薄膜パターン２により遮光される光も、透明基板１から膜厚方向に離れるに従って光量が減衰する。そのため、金属薄膜パターン２の領域のみならず、その周縁領域でも光量が少なくなり、未硬化な部分となる。したがって、図３に示すように、ＢＭ４に形成された開口部ＣＨはＢＭ４の表面側の面積が底面側の面積よりも大きくなり、断面視においてＢＭ４の側面と上面とがなす角部が湾曲をなす。すなわち、断面視においてＢＭ４が順テーパ状となる。
【００２６】
このようにＢＭ４が順テーパ状となることによって、ＢＭ４の開口部ＣＨ内にカラーフィルタを形成することが容易となる。したがって、ＢＭ４とカラーフィルタの間に隙間が発生しないので、色ムラやコントラストの低下などの表示不良を生じさせる白抜けの発生を防止することができる。
【００２７】
（５）金属薄膜パターンのエッチング工程
図４に示すように、露光マスクとして用いた金属薄膜パターン２をエッチング除去する。エッチャントは、用いた金属薄膜の材料に応じて適宜選択することができる。例えば、金属薄膜の材料としてアルミニウムやチタンを用いた場合には、フッ酸や硝酸などをエッチャントとして用いる。金属薄膜パターン２をエッチング除去することにより、ＢＭ４の開口部ＣＨ内、言い換えれば金属薄膜パターン２の領域内にＢＭ残さが生じた場合でも、金属薄膜パターン２とともにＢＭ残さを除去することができる。したがって、開口部ＣＨ内に形成されるカラーフィルタの透過率や色相などの特性に影響を及ぼすことがない。
【００２８】
なお、配線パターンや回路を構成する配線が形成された透明基板を用いた場合には、エッチング工程を行わない。
【００２９】
（６）カラーフィルタ形成工程
エッチング除去工程の後に、ＢＭ４の開口部ＣＨ内にカラーフィルタを形成する。カラーフィルタを形成する方法として、顔料分散法、染色法、電着法、印刷法、転写法、インクジェット法などの公知の方法を採用することができる。また形成するカラーフィルタは、１色ずつ形成しても良く、あるいは複数色を同時に形成しても良い。例えば、ＢＭ４の形成と同様の工程により、ＲＧＢの各色相のカラーフィルタを形成しても良い。具体的には、着色成分と感光性樹脂とを少なくとも有する樹脂層を透明基板１上に塗布した後、プリベーク、露光、現像、ポストベークなどの工程を行ってカラーフィルタを形成する。
【００３０】
なお、カラーフィルタを形成する際に、予め形成されているＢＭ４の一部とカラーフィルタが重なるようにする。具体的には、ＢＭ４の開口部ＣＨが埋まるようにカラーフィルタを形成することが好ましい。
【００３１】
以上の工程を経て、ＢＭ４およびカラーフィルタが製造される。本実施形態のＢＭ４およびカラーフィルタを用いて、例えば液晶表示装置のカラーフィルタ基板を製造することができる。カラーフィルタ基板および液晶表示装置の各製造方法について簡単に説明する。
【００３２】
まず、透明基板１上に、カラーフィルタやＢＭ４を覆う保護膜や平坦化膜を形成する。保護膜や平坦化膜としては、光硬化型、熱硬化型或いは光熱併用型の樹脂材料、または蒸着、スパッタ等によって形成された無機膜等を用いることができる。保護膜や平坦化膜上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる共通透明電極を形成する。さらにポリイミドなどからなる液晶配向膜を形成し、液晶配向膜にラビング処理を施す。以上の工程により液晶表示装置のカラーフィルタ基板が製造される。
【００３３】
次に、カラーフィルタ基板と貼り合わせられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板を製造する。フォトリソグラフィ法により透明基板上に、列方向に延びる複数のソース線と、ソース線に交差して行方向に延びる複数のゲート線と、ソース線およびゲート線の交差部近傍に設けられたＴＦＴと、ＴＦＴを介してソース線に接続され、マトリクス状に配置された画素電極とを形成する。さらにポリイミドなどからなる液晶配向膜を形成し、液晶配向膜にラビング処理を施す。シール材を介してカラーフィルタ基板とＴＦＴ基板を貼り合わせ、両基板間に液晶材料を充填する。両基板の外側面に位相差フィルムや偏光フィルムを貼り付けて、液晶パネルを得る。液晶パネルにバックライトや液晶駆動ドライバなどを取り付けて、液晶表示装置が製造される。
【００３４】
本実施形態では、カラーフィルタ形成前にＢＭ４を形成しているが、カラーフィルタ形成後にＢＭ４を形成しても良い。例えば、次の方法が挙げられる。カラーフィルタを形成した後に、カラーフィルタ上に裏面露光マスク用のメタルパターンを形成する。感光性樹脂層３を塗布した後、裏面露光を行って、感光性樹脂層３のパターニングを行う。感光性樹脂層３の開口部ＣＨ内の不必要なメタルパターンを除去する。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態１で説明したＢＭ４の製造方法を用いて、ＴＦＴなどの素子が形成された素子基板を製造することができる。本実施形態では、ＢＭを有するＴＦＴ基板について説明する。図５は本実施形態の素子基板を模式的に示す平面図であり、図６は図５中のＡ−Ｂ線断面図、図７は図５中のＣ−Ｄ線断面図である。
【００３６】
本実施形態の素子基板は、透明基板１と、透明基板１の一方面に形成され、行方向に延びる複数のゲート線５と、ゲート線５を覆う絶縁層８と、絶縁層８上に形成され、列方向に延びる複数のソース線６と、ゲート線５およびソース線６の交差部近傍に設けられたＴＦＴと、ＴＦＴを介してソース線６に接続されたドレイン電極７と、ＴＦＴを覆う遮光膜４と、遮光膜４上に形成された画素電極１０を有する。遮光膜４はドレイン電極７の少なくとも一部が露出する開口部ＣＨを有しており、開口部ＣＨを介して、画素電極１０がドレイン電極７と接続されている。
【００３７】
開口部ＣＨは平面視において矩形状である。開口部ＣＨ内の遮光膜４の４つの側面のうちＴＦＴに最も近い側面４ａは傾斜角が略直角であるのに対して、他の３つの側面４ｂ，４ｃ，４ｄは傾斜角が鋭角である。言い換えれば、開口部ＣＨは遮光膜４の表面側の面積が底面側（ドレイン電極７側）の面積よりも大きい。このように、開口部ＣＨ内の遮光膜４が傾斜面を有することにより、遮光膜４上に形成される画素電極１０が開口部ＣＨ内のドレイン電極７と接続する箇所において断線が発生し難くなる。
【００３８】
本実施形態の素子基板は、ＴＦＴが遮光膜４により覆われているので、観察者側から入射する光が遮光される。したがって、ＴＦＴに入射する光によるリーク電流の発生を抑えることができる。
【００３９】
図８は本実施形態の素子基板を製造する工程を説明するための断面図である。図８を参照しながら、本実施形態の素子基板を製造する工程について説明する。透明基板１の一方面にチャネルエッチ型ＴＦＴを形成した後、ネガ型感光性樹脂層３をスピンコートなどの方法によって塗布し、さらにクリーンオーブンにてプリベークを行う。図８（ａ）に示すように、ゲート線５、ソース線６およびドレイン電極７をマスクとして、透明基板１側から感光性樹脂層３を露光（裏面露光) する。
【００４０】
図８（ｂ）に示すように、マスク９を用いて、ゲート線５、ソース線６およびドレイン電極７の各領域における感光性樹脂層３を表側から露光する。但し、開口部ＣＨの形成領域における感光性樹脂層３は遮光する。露光工程の後、感光性樹脂層３の未露光部分を現像処理にて除去する。現像処理を行うことによって、ドレイン電極７の一部が露出する開口部ＣＨが感光性樹脂層３に形成される。感光性樹脂層３のポストベークを行って、遮光膜４を形成する。さらに、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を遮光膜４上に形成した後、パターニングを行って画素電極１０を形成する。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されない。上記実施形態が例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、本実施形態ではカラーフィルタ基板を用いた液晶表示装置について説明したが、本発明による遮光膜やカラーフィルタを用いて無機または有機ＥＬ表示装置を製造することもできる。また本実施形態ではスイッチ素子としてＴＦＴが用いられているが、ＭＩＭ(Metal Insulator Metal)などの他のアクティブ駆動素子を用いても良く、あるいは駆動素子を用いないパッシブ（マルチプレックス）駆動でも良いことは当業者に理解されるところである。また透過型や反射型、透過反射両用型のいずれのタイプにも適用可能であることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明による遮光膜やカラーフィルタは、液晶表示装置、無機または有機ＥＬ表示装置、固体撮像素子などに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】透明基板準備工程を模式的に示す断面図である。
【図２】露光工程を模式的に示す断面図である。
【図３】現像工程を模式的に示す断面図である。
【図４】金属薄膜パターンのエッチング工程を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態２の素子基板を模式的に示す平面図である。
【図６】図５中のＡ−Ｂ線断面図である。
【図７】図５中のＣ−Ｄ線断面図である。
【図８】実施形態２の素子基板を製造する工程を説明するための断面図である。
【図９】従来法による露光工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】従来法による現像工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１１  透明基板
２        金属薄膜パターン
３        感光性樹脂層
４，１５  ＢＭ
５        ゲート線
６        ソース線
７        ドレイン電極
８        絶縁層
９        マスク
１０      画素電極
１２      フォトレジスト
１３      パターンマスク
１６      ＢＭ残さ
ＣＨ      開口部
【図１】
2006071824.tif 000003
【図２】
2006071824.tif 000004
【図３】
2006071824.tif 000005
【図４】
2006071824.tif 000006
【図５】
2006071824.tif 000007
【図６】
2006071824.tif 000008
【図７】
2006071824.tif 000009
【図８】
2006071824.tif 000010
【図９】
2006071824.tif 000011
【図１０】
2006071824.tif 000012