(57)【要約】【課題】下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量を制御して、高精度で再現性の良い薄膜パターン形成方法を提供すること。【解決手段】サイドエッチング量が、下地表面の粗さにより制御され、特に、中心線平均粗さＲａで表される下地表面粗さを小さくして、下地表面を平滑化することにより、サイドエッチング量が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量が、下地表面の粗さにより制御されることを特徴とする薄膜パターン形成方法。
【請求項２】
中心線平均粗さＲａで表される下地表面粗さを小さくして、下地表面を平滑化することにより、サイドエッチング量を抑制することを特徴とする請求項１に記載の薄膜パターン形成方法。
【請求項３】
下地表面粗さを小さくする手段として、研磨工程を利用することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜パターン形成方法。
【請求項４】
下地が顔料を分散させた樹脂層からなり、薄膜がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の透明導電膜からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法を用いて製造するカラーフィルタであって、垂直配向液晶をスリット方式でマルチドメイン配向させる液晶表示パネル用に用いることを特徴とするカラーフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜をパターン形成する方法とその方法を用いて製造する液晶表示パネル用カラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型ディスプレイ装置が多く使われるようになってきており、中でもＬＣＤ（液晶表示装置）は、特にカラーフィルタによって色表示を行う多色カラータイプがテレビ、モニタ、携帯端末等の表示パネルに利用が進んでいる。多色カラー化のために一般にマイクロセル構造のカラーフィルタが多用され、カラーフィルタは液晶表示パネルの表示品質を決める重要な役割を担っている。カラーフィルタはガラス板やプラスチック板などの透明基板上に所定の着色透明画素からなる規則的な配列を形成している。また、液晶の配向を制御するために、着色透明画素上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明電極を形成している。
【０００３】
一方、ＬＣＤの応用分野が広がるにつれて、その視野角の狭さが問題となり、種々の改良提案がなされてきた。中でもＶＡ（Vertical  Alignment）方式とＩＰＳ（In-Plane  Switching）方式の２方式は、大型の高品位テレビ用途に利用が進んでいる。
【０００４】
ＶＡ方式は、初期状態の液晶の垂直配向を基本にしており、誘電率異方性が負のネマチック液晶が使われる。電圧印加により、液晶分子が基板面に対して立った状態から寝た状態に変化し、偏光板との組み合わせで、暗から明に透過率を変化させる。電圧無印加の初期状態に黒表示となるＶＡ方式は一般的により黒い色が出せるため、コントラストが高く、通常のＴＮ（Twisted  Nematic）方式より応答速度も速い。
【０００５】
ＶＡ方式で視野角を改善する手段として、一つの画素中で液晶分子の配向状態を変える分割配向を行うように複数のドメインを形成するマルチドメイン配向が一般的であるが、これは温度変化や中間調表示に対しても均一性を維持する方法として適している。
【０００６】
マルチドメイン配向を実現する手段として、カラーフィルタに形成した、液晶分子の配向を制御する電極に突起部を形成したり、スリット等の開口部を設けたりする方法がある。すなわち、突起部を有するタイプでは、突起部の異なる向きの傾斜面が、液晶分子の傾きを変える動きに対して異なる向きのきっかけを与える。また、スリット等の開口部を設けるタイプでは、透明電極の開口部エッヂ付近で基板表面に対して斜め方向の電界が発生し、異なる向きの開口部エッヂの電界の傾きが、液晶分子の傾きを変える動きに対して異なる向きのきっかけを与える。従って、上記の突起部やスリット等の開口部の平面デザインを画素上にどのように設計するかにより、マルチドメイン配向の状態が決められる。なお、上記スリット等の開口部とは、端部が透明電極を有する平面上の任意の向きを取り得る形態の開口部であれば使用可能なので、例えば、小円形のスルーホール形状の開口部も可能である。
【０００７】
上記のマルチドメイン配向を実現する手段として、スリット等の開口部を画素領域内に位置する透明電極に設ける場合は、微細な開口部を有する透明導電膜パターンを正確に形成する必要がある。また、液晶表示パネルの表示品位を高める上で、広い視野角を高いコントラストで得ることが重要となるので、コントラストに影響を与える開口部の形状を改良するための提案が、特許文献１および特許文献２によりなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−４３４６１号公報
【特許文献２】特開平８−１０１３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、スリット等の開口部を画素領域内に位置する透明電極に設ける場合は、液晶表示パネルの表示品位を高める上で、微細な開口部を有する透明導電膜パターンを正確に形成して開口部の形状を再現性良く実現することが前提とされる。しかるに、着色透明画素を形成する際に、一般に用いられる顔料を分散させた樹脂を下地として、その上にパターン形成される層がＩＴＯなどの薄膜パターンである場合に、液晶表示装置の表示品位に全く影響を及ぼさない程度に高精度に薄膜をパターン形成することが、実用上困難であった。
【００１０】
また、前述の例に限らず、一般に、表面粗さを無視できない下地上に薄膜をパターン形成する方法が、通常の薄膜形成方法により下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法により形成したフォトレジストでマスキングしてウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法である場合において、高精度に再現性良くパターン形成できることは、必ずしも保証されない。これは、ウェットエッチングされる薄膜パターンにおいて、フォトレジストの開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量を、必ずしも充分小さくできないためである。
【００１１】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量を制御して、高精度で再現性の良い薄膜パターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量が、下地表面の粗さにより制御されることを特徴とする薄膜パターン形成方法である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、中心線平均粗さＲａで表される下地表面粗さを小さくして、下地表面を平滑化することにより、サイドエッチング量を抑制することを特徴とする請求項１に記載の薄膜パターン形成方法である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、下地表面粗さを小さくする手段として、研磨工程を利用することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜パターン形成方法である。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、下地が顔料を分散させた樹脂層からなり、薄膜がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の透明導電膜からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法である。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法を用いて製造するカラーフィルタであって、垂直配向液晶をスリット方式でマルチドメイン配向させる液晶表示パネル用に用いることを特徴とするカラーフィルタである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、下地上に薄膜を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量を、下地表面の粗さにより制御することを特徴とする薄膜パターン形成方法であるので、薄膜パターンのサイドエッチング量を制御して、高精度で再現性の良い薄膜パターン形成方法を提供できる。
【００１８】
また、本発明の請求項２によれば、中心線平均粗さＲａで表される下地表面粗さを小さくして、下地表面を平滑化することにより、サイドエッチング量を抑制することができるので、薄膜パターン形成における工程設計指標として中心線平均粗さを用いることができ、さらに高精度で再現性の良い薄膜パターン形成方法を提供できる。
また、本発明の請求項３によれば、下地表面粗さを小さくする手段として、研磨工程を利用することにより、高精度で再現性の良い薄膜パターン形成のための実用的な方法を提供できる。
また、本発明の請求項４によれば、下地が顔料を分散させた樹脂層からなり、薄膜がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）の透明導電膜からなる場合として具体的に適用することにより、高精度で再現性の良い薄膜パターン形成方法の最適な例を提供できる。
また、本発明の請求項５によれば、本発明の薄膜パターン形成方法を用いることにより、垂直配向液晶をスリット方式でマルチドメイン配向させる液晶表示パネル用のカラーフィルタを高品質で容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一例を説明するための模式断面図であって、（ａ）は下地表面粗さが大きい場合、（ｂ）は下地表面粗さが小さい場合を示す。
【図２】ウェットエッチング法による薄膜パターン形成方法におけるサイドエッチングの発生状態を説明するための模式断面図であって、（ａ）はウェットエッチング前の状態、（ｂ）はウェットエッチング後の状態を示す。
【図３】本発明の薄膜パターン形成方法を用いて製造するカラーフィルタの一例を工程途中の状態により説明するための模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一例を説明するための模式断面図であって、（ａ）は下地表面粗さが大きい場合、（ｂ）は下地表面粗さが小さい場合を示す。
本発明は、下地１上に薄膜２を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法により行う薄膜パターン形成方法において、フォトレジスト開口端３２から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量Ｓａ、Ｓｂが、下地表面１１ａ、１１ｂの粗さにより制御されることを特徴とする薄膜パターン形成方法である。本発明における薄膜とは、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理蒸着やＣＶＤ法等の化学蒸着に代表されるように、分子層を下地面から順次積層して薄い膜を堆積したものを指す。
【００２１】
フォトリソグラフィー法は、薄膜のパターン形成に一般的に用いられる方法であり、感光性樹脂からなるフォトレジストを、塗布、乾燥、露光、現像の各工程を経て、耐エッチング性を有するマスキングパターンを薄膜の表面上に選択的に形成するものである。また、ウェットエッチング法は、マスキングパターンを形成したフォトレジストの開口部から所定のエッチング液により、継続的に露出した薄膜表面を腐食し侵食する一般的な方法であって、薄膜パターンを最終的に区画することができる。なお、ウェットエッチング法は、エッチング工程の後に、マスキングに用いたフォトレジストパターンを剥離または溶解させて除去する工程を含むことが一般的であるが、以下では、説明を省略する。
【００２２】
図２は、ウェットエッチング法による薄膜パターン形成方法におけるサイドエッチングの発生状態を説明するための模式断面図であって、（ａ）はウェットエッチング前の状態、（ｂ）はウェットエッチング後の状態を示す。
前述のフォトリソグラフィー法により、耐エッチング性を有するフォトレジスト３からなるマスキングパターンを薄膜２の表面上に選択的に形成する。フォトレジストの開口部３１から所定のエッチング液により、継続的に露出した薄膜表面を腐食し侵食することにより、薄膜２を選択的に区画残存させることができる。薄膜２の開口部表面から腐食し侵食するエッチング液は、開口部３１下の膜厚Ｔの薄膜領域を除去するに際して、必ずしも等方的に進行せずに、図２（ｂ）の断面図で示すように、膜厚Ｔより大きな横方向の侵食がサイドエッチング量Ｓとして現れることが多い。サイドエッチングされた薄膜のパターンエッヂの断面形状は、図のような傾斜形状を有することが多く、本例では、サイドエッチング量Ｓをパターンエッヂの肩からフォトレジスト開口端３２までの水平距離で表す。
【００２３】
上述のサイドエッチング量Ｓは、ウェットエッチング法におけるエッチング液の種類、温度、エッチング速度、液流動条件等の諸条件によって変わり、エッチング対象の薄膜の種類や膜厚、フォトレジストの処理条件等にも依存する。しかし、本発明者は、上記の各条件が一定であっても、下地表面１１の表面粗さに依存することを見出し、詳細を検討した。以下、具体的な実施形態に従って、本発明を説明する。
【００２４】
図３は、本発明の薄膜パターン形成方法を用いて製造するカラーフィルタの一例を工程途中のウェットエッチング後の状態により説明するための模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図を示す。本例は、ガラス基板５上に黒色樹脂層６のパターンとともに平面配列させた着色透明樹脂層１５、１６、１７を下地として、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）透明導電膜２５を、小円形のスルーホール４の形状の開口部を設けるように加工したカラーフィルタである。
ＩＴＯにスルーホール形状の開口部を設けることにより、垂直配向液晶をスリット方式でマルチドメイン配向させるタイプの液晶表示パネル用に用いるカラーフィルタとすることができる。一般のＬＣＤ（液晶表示装置）用のカラーフィルタと同様に、ガラス基板５として、０．５〜０．９ｍｍ程度の板厚の無アルカリガラス基材を用いる。黒色樹脂層６のパターンは、カーボンやチタン等の黒色粒子を分散させた感光性樹脂材料を、フォトリソグラフィー法により約１μｍ程度の厚さにパターン形成後、熱硬化して得ることができる。また、着色透明樹脂層１５、１６、１７は、それぞれ、赤色、緑色、青色の着色顔料を分散させた感光性樹脂材料を、フォトリソグラフィー法により約２．５μｍ程度の厚さに繰り返しパターン形成して平面配列した後、熱硬化して得ることができる。
【００２５】
上記黒色樹脂層６、および着色透明樹脂層１５、１６、１７のパターンからなる平面配列表面を下地として、ＩＴＯ透明導電膜２５をスパッタリング法により均一に成膜する。ＩＴＯ透明導電膜の膜厚は、下地の厚さに較べて、例えば、１４０ｎｍと充分に薄く形成することができる。その後、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト３のパターニングを行い、０．７μｍ厚のフォトレジスト層を残して、直径１０．６μｍの小円形開口部を設ける。フォトレジスト開口部を通じて、ウェットエッチング法により、エッチング工程を行う。例えば、塩化第二鉄液を含むＩＴＯエッチング液を４０℃に加温する場合、エッチング時間７分間を要して、ＩＴＯ透明導電膜のスルーホール４の形状の開口部を設けることができる。
【００２６】
本例における薄膜パターンであるＩＴＯ透明導電膜２５のスルーホール４の形状は、サイドエッチング量Ｓにより最終的に決められる。前記エッチング工程において、エッチン
グ液の濃度を高めたり、温度を上げたり、エッチング時間を長くすると、サイドエッチング量Ｓが大きくなる傾向がある。また、フォトレジスト開口部を通じて、ＩＴＯ透明導電膜からなる薄膜を侵食する程度を表すサイドエッチング量Ｓが、本例における下地表面である着色透明樹脂層１５、１６、１７の表面粗さに依存することを表１および表２により説明する。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
2013182182.tif 000004
【００２９】
表１は、同一エッチング条件下におけるサイドエッチング量が、下地の表面粗さによってどのように影響を受けるかを示す。
表面粗さを示す指標として、中心線平均粗さＲａ、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚ等各種可能であるが、中心線平均粗さＲａを指標として用いることが妥当である。表１より、中心線平均粗さＲａで表す下地表面粗さを小さくした下地表面２が、下地表面粗さの大きい下地表面１と較べてサイドエッチング量Ｓを小さくできる。すなわち、本例では、下地表面を平滑化する方がサイドエッチング量を抑制することができる。しかも、比率で表した大小関係より、中心線平均粗さとサイドエッチング量とは、比例関係に近いことが予測できる。
【００３０】
表２は、エッチング液温度のみ条件変更して、表１に比較記載した異なる下地表面粗さを有するサンプルのサイドエッチング量の変化を確認したデータである。
同一の下地表面粗さにおいては、下地表面１も下地表面２も、エッチング液温度を上げることによりサイドエッチング量が大きくなることは、従来より経験した通りである。また、同一のエッチング液温度に着目すれば、３７．５℃の場合も４０．０℃の場合も、表１と同様に、下地表面を平滑化する方がサイドエッチング量を抑制することができる。しかも、比率で表した大小関係より、中心線平均粗さとサイドエッチング量とは、比例関係に近いことが予測できる。
【００３１】
上述の発明形態において、フォトレジスト開口端から残存フォトレジスト領域に向かって平面的に下層の薄膜を侵食するサイドエッチング量が、下地表面の粗さにより制御される事象は、以下のメカニズムにより発生していることが予測できる。すなわち、下地表面の凹凸が、その上に成膜した薄膜の表面凹凸に多少とも影響を及ぼすこと、並びに、凹凸面上での薄膜の堆積成長では、理想的な平滑表面での堆積成長の場合より、薄膜内部の結晶粒界が発達し易いことが関連しているとみられる。その結果、フォトレジストと薄膜との界面、薄膜内部の結晶粒界、薄膜と下地との界面のそれぞれで液が浸入しやすい下地表面粗さの大きいサンプルである程、エッチング液は、平面的に薄膜を侵食する傾向が強まると考えられる。但し、上記のメカニズムは、薄膜の厚さに較べて下地表面の粗さが充分小さい場合に適合する。
【００３２】
本発明は、また、下地表面粗さを小さくする手段として、研磨工程を利用することができる。本例の実施形態に従えば、上記黒色樹脂層６、および着色透明樹脂層１５、１６、１７のパターンからなる平面配列表面を下地として、ＩＴＯ透明導電膜２５をスパッタリング法により均一に成膜する前に、下地面の樹脂を精密研磨することで、表面粗さをより小さくすることができる。精密研磨することは、カラーフィルタ製造工程途中の樹脂面の洗浄も兼ねることができ、異物による欠陥を防止する上でも効果がある。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・下地
２・・・薄膜
３・・・フォトレジスト
４・・・スルーホール
５・・・ガラス基板
６・・・黒色樹脂層
１１・・・下地表面
１１ａ・・・下地表面（表面粗さ大）
１１ｂ・・・下地表面（表面粗さ小）
１５、１６、１７・・・着色透明樹脂層
２１・・・薄膜表面
２５・・・ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）透明導電膜
３１・・・開口部
３２・・・フォトレジスト開口端
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ・・・サイドエッチング量
Ｔ・・・膜厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013182182.tif 000007