JP2003207893A - 感光性樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】μｍ単位の微細なパターンを形成することがで
き、さらにパターン形状の側面部分における垂直性に優
れ、パターン頂上部の平坦面を曲面化できる適度な熱流
動性を有する感光性樹脂組成物により、広い視野角で良
好な反射特性が得られるパターン形状を形成する。 【解決手段】アルカリ可溶性樹脂、感光性酸発生剤及び
架橋剤を含有してなる感光性樹脂組成物において、アル
カリ可溶性樹脂成分として、軟化温度が１３４℃以上、
２３０℃以下の低分子量のフェノール樹脂を含有するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光性樹脂組成物
及びそれを用いたパターン形成方法に係り、特に薄膜ト
ランジスタ（以下、ＴＦＴと略称：THIN FILM TRANSI
STOR）などを用いた画像表示装置の製造に好適な感光性
樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】TFT素子を用いたディスプレイが小型端
末の画像表示装置として近年急速に普及しているが、そ
の背景にはTFTディスプレイの軽量化および低消費電力
化がある。

【０００３】例えばTFTを用いた液晶表示装置において
バックライトに消費される電力はTFTディスプレイの80
％近くになる。従って、液晶ディスプレイを低消費電力
化する一つの方法として、バックライトのかわりに反射
板での外光反射を利用する反射型液晶ディスプレイの需
要が高まっている。

【０００４】反射型液晶ディスプレイの製造において
は、感光性樹脂などの各種材料によりパターン頂上が曲
面状となる突起を形成し、その上層に突起を平坦化する
ための膜を塗布して凹凸膜を形成する。その凹凸膜の上
にアルミニウム等の反射膜を蒸着して反射板を形成す
る。

【０００５】このとき反射板としては、広視野角におい
て視認性を向上させるために、光拡散性の良好な反射特
性を得ることが重要になる。反射特性を良好にする突起
パターンとは、パターン側面が垂直で頂上部が曲面であ
る形状といわれる。現行では頂上部の曲面を、まず、矩
形のパターンを形成した後、ベークの熱を利用してパタ
ーンを流動化させることで形成している。

【０００６】しかし、従来の感光性樹脂では、熱流動性
が大きすぎるためにパターン形状が崩れやすく、所望の
パターン形状が得られない。その結果、反射型液晶ディ
スプレイとしては、良好な拡散反射特性が得られなかっ
た。従って、反射型液晶ディスプレイ用の感光性樹脂
は、適度な熱流動性を有することが望ましい。

【０００７】このような背景から、今日の液晶ディスプ
レイ製造用のレジストは、第１に反射特性が良好なパタ
ーンを形成できることが産業上重要な要件となってい
る。

【０００８】すなわち、反射型液晶ディスプレイの感光
性樹脂には（1）パターン形状の側面部分における垂直
性及び頂上部分の曲面性を実現するための改善が必要で
ある。同時に（2）解像性の膜厚依存性の抑制、（3）溶
剤耐性の強化なども要求される。これら（1）〜（3）に
ついて以下に更に詳述する。 （1）高温加熱後におけるパターン形状の側面部分での
垂直性及び頂上部分での曲面性についての改善につい
て：液晶素子製造では感光性樹脂を用いて通常２．０〜
３．０μｍのパターンが形成できることが要求されてい
るが、通常の感光性樹脂においては断面形状が熱流動に
よりテーパー形状となる傾向がある。その一方で、断面
形状が矩形形状となる場合は、感光性樹脂の上に反射膜
を蒸着した後、レジスト頂上部の平坦面からの全反射が
視野角の観点から反射特性を低下させる要因となる。

【０００９】しかし、適度な熱流動性を有する感光性樹
脂により製造された液晶ディスプレイにおいては、感光
性樹脂によるレジストパターンを加熱して熱流動した後
において、レジストパターン側面部分の垂直性が保た
れ、なおかつ、頂上部分の平坦面が曲面状のパターン形
状に変形することとが両立する感光性樹脂が望まれてい
るが、その改善は容易でない。従って、適度な熱流動性
を有する感光性樹脂が望まれる。 （2）解像性の膜厚依存性の抑制について：液晶ディス
プレイ製造において、基板に大型のガラス角基板（例え
ば、３７０mm×４７０mm、５５０mm×６５０mm、７３０
mm×９２０mmなど）が使用されることが多いが、半導体
製造用のシリコンウエーハに比べて非常に大面積である
ことから、現像液の滴下に時間がかかり、そのため現像
時間が基板の場所により大幅に変動する。

【００１０】従って、現像時間に裕度のない感光性樹脂
は現像むらを引き起こし、効率のよい反射凹凸を形成で
きないという不具合が生じる。よって、現像時間が伸び
ても形成されたパターンに膜厚差を生じない感光性樹脂
が望まれる。

【００１１】また、絶縁部分の膜厚を厚く形成する必要
がある場合、このとき、下突起により上層に段差を設け
るには下突起も厚くする必要がある。このような厚い膜
厚のパターンを形成する際、膜厚が厚くなった場合で
も、マスクパターンどおりのパターンが形成可能な、す
なわち解像性の膜厚依存性が少ない感光性樹脂の開発が
望まれるが、その開発は容易でない。 （3）溶剤耐性の強化について：製造プロセスで使用さ
れる溶剤等についてはN‐メチル‐2‐ピロリドン、NMD
‐3、水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、2‐プロパ
ノール、１−メトキシ２−プロパノール（ＰＧＭＥ
Ａ）、などがあるが、フェノール樹脂はこれらの溶剤に
侵食される場合がある。従って、溶剤耐性を有する感光
性樹脂が望まれるが、その開発は容易でない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記従来の問題点を解消することにあり、具体的に
はパターン形状の安定性を第１条件とし、感光性樹脂の
パターン形状で側面部の垂直性に優れ、かつ、頂上部の
平坦面を曲面化する適度な熱流動性を有し、解像度の膜
厚依存性が少ない液晶ディスプレイ製造用の感光性樹脂
組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】アルカリ可溶性樹脂を含
む感光性樹脂組成物における前記アルカリ可溶性樹脂成
分の一つとして特定の低分子フェノール樹脂を用いるこ
とで、本発明の目的が達成され得ることを見出し、本発
明を完成することができた。

【００１４】すなわち、本発明は、この感光性樹脂組成
物を含む層をパターニングして得られたパターン形状の
側面部分で傾斜角が４０°以上、かつ、頂上部が曲面状
となるパターン形状を有することを特徴とする反射型液
晶表示装置、もしくは、部分反射型液晶表示装置の感光
性樹脂組成物によるパターン形成方法を提供するための
ものである。

【００１５】また、本発明は、この感光性樹脂組成物を
含む層をパターニングして得られたパターン形状の側面
部分で傾斜角が４０°以上、かつ、頂上部が曲面状とな
るパターン形状を有することを特徴とする部分反射型液
晶表示装置の感光性樹脂組成物によるパターン形成方法
を提供するためのものである。

【００１６】また、本発明は上記記載の液晶表示装置を
形成するための感光性樹脂組成物により形成された反射
凹凸膜で、断面形状から見たときの表面段差ｈ、２つの
隣接したパターンの間隔ｄとしたとき、ｄ/ｈが１０以
上３０以下の値をとることを特徴とする液晶表示装置の
感光性樹脂組成物によるパターン形成方法を提供するた
めのものである。

【００１７】また、本発明は、（1）アルカリ可溶性樹
脂、（2）感光性酸発生剤、（3）架橋剤を含有してなる
感光性樹脂組成物であって、前記（1）成分におけるア
ルカリ可溶性樹脂を、軟化温度が１３４℃以上、２５０
℃以下の低分子量フェノール樹脂成分を含む感光性樹脂
組成物で構成したことを特徴とする。

【００１８】なお、上記低分子量フェノールとしては、
少なくとも３つの水酸基を有する分子量６００〜２,０
００のフェノール性化合物が望ましい。

【００１９】また本発明は、（1）アルカリ可溶性樹
脂、（2）感光性酸発生剤、（3）架橋剤を含有してなる
感光性樹脂組成物であって、前記（1）成分におけるア
ルカリ可溶性樹脂を、次の一般式（１）で表される単量
体を含有する感光性樹脂組成物で構成したことを特徴と
する。

【００２０】

【化２】 ただし、式（１）中のZはそれぞれ独立したベンジル基
であり、ベンゼン環の部分は水素基、水酸基、もしくは
炭素数1から6のアルキル基で置換されたものを含む。

【００２１】なお、式（１）で表わせる低分量フェノー
ルの添加量はアルカリ可溶性樹脂全体に対して４０〜７
５％程度が望ましい。

【００２２】また、本発明の感光性樹脂組成物は、前記
（２）成分における感光性酸発生剤として、トリアジン
化合物を含有することを特徴とする。

【００２３】また、本発明は、上記感光性樹脂組成物を
含む層をパターニングして得られたパターンを、絶縁部
材、保護部材、光学部材、及び仕切り部材の少なくとも
一つとして具備した表示装置を提供するものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００２５】

【実施例】＜実施例1＞前記（1）成分のアルカリ可溶性
樹脂として、ｍ−クレゾール６０モル％とｐ−クレゾー
ル４０モル％の混合物にシュウ酸とホルマリンを加え縮
合反応して得られた重量平均分子量４０００のクレゾー
ルノボラック樹脂４０ｇ、前記（３）成分の架橋剤とし
てヘキサメトキシメチルメラミン（三井サイアナミッド
製、商品名サイメル303）３gを添加して溶剤である１−
メトキシ２−プロパノール１２０ｇに溶解し、それに前
記アルカリ可溶性樹脂の一成分として次式（２）で表わ
せる低分子フェノールを４０ｇ添加して溶解させた。こ
の低分子フェノールの分子量は1144であり軟化温度が１
３４℃である。

【００２６】

【化３】 それに前記（２）成分の感光性酸発生剤（感光剤）とし
て2，4−トリクロロメチル−（４'-メトキシナフチル）
−６―トリアジンを１０wt％、及び、微量の界面活性剤
としてメガファックＲ−０８（大日本インキ化学工業社
製）を添加して均質な溶液が得られるまで攪拌してネガ
型感光性組成物とした。

【００２７】このようにして得られた感光性組成物を、
ガラス基板（６０ｍｍ×６０mm）上に２０００ｒｐｍで
スピン塗布後、ホットプレート上120℃で2分間ベークし
て約２μmの塗膜を形成した。

【００２８】この塗膜に５００Ｗ 超高圧Ｘｅ-Ｈｅラン
プを用い、i-線(波長３６５nm)光学フィルタと露光用マ
スクの代わりに口径１ｍｍのスリットを介して、i-線を
照度３mW/cm^２で３０秒間照射し、塗膜を露光した。露
光後、１００℃で６０秒間ベークした後、２．３８％Ｎ
ＭＤ‐３水溶液（テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド（ＴＭＡＨ）水溶液、東京応化製）で６０秒間浸漬す
ることで現像し、水中でリンスして上記スリット形状の
レジストパターンを形成した。

【００２９】上記露光による本発明の感光性組成物塗膜
の解像性については、以下のように評価、観察した。塗
膜にライン／スペースのパターンを有するクロムマスク
を密着させ、上記と同じく露光現像してライン／スペー
スのレジストパターンを形成した。

【００３０】ガラス基板上に形成されたライン／スペー
スパターンのラインに垂直方向の断面が出るように試料
を切断し、蒸着装置（イオンスパッタＥ１０１ 日立製
作所製）を用いて試料断面に金を蒸着した。試料断面を
走査型電子顕微鏡Ｓ５７０（ＳＥＭ：日立製作所製）で
観察し、解像性を評価した。上記方法によって解像性を
評価した結果、密着露光法でライン／スペース＝１μm
／１μmの微細パターンを形成できることを確認した。

【００３１】また、パターン形状の評価も解像性と同様
にＳＥＭにて行った。上記方法で形成したパターンを２
３０℃３０分間ベークした後、ガラス基板上に形成され
たライン／スペースパターンのラインに垂直方向の断面
が出るように試料を切断し、その断面のＳＥＭ像からテ
ーパー角を測定した。以上のようにして得られた感光性
樹脂によるパターンの断面形状は熱流動後においても基
板から垂直に切り立っており、かつ熱流動の影響でパタ
ーンの頂上部が曲面状になった良好な形状を有した。

【００３２】本発明におけるフェノールノボラック樹脂
成分は、ｍ−クレゾールとｐ−クレゾールの混合クレゾ
ールを縮合した分子量（Ｍｗ）２,０００〜１０,０００
と重量平均分子量６００〜２,０００の低分子フェノー
ルからなるアルカリ可溶性樹脂を用いる。

【００３３】重量平均分子量が上記範囲外であると、解
像度、感度さらに残膜率が低下し、また得られたレジス
ト膜が逆テーパー形状となりやすいか、または、熱流動
性を有さないので好ましくない。

【００３４】また、本発明においては重量平均分子量６
００〜２,０００程度の低分子量フェノールを配合する
ことによって、適度な熱流動性を付与することが可能で
あるとともに、さらに感度を向上させる効果も得ること
ができる。

【００３５】また、低分子フェノールと高分子のフェノ
ールノボラック樹脂との重量比を変化させた感光性樹脂
組成物を用いることにより軟化温度を変更することも可
能である。重量比が最適でないと、残膜率が低下する
か、または、得られたレジスト膜が逆テーパー形状とな
り好ましくない。低分子フェノールの添加量は４０〜７
５％であることが望ましい。低分子フェノールが少ない
と熱流動性が十分でなく逆テーパーになりやすく、ま
た、多いと残膜率が低下するので、更に望ましくは５０
〜７０％である。

【００３６】特に低分子フェノールの軟化温度が１３４
℃以上２５０℃以下のものであることが望ましい。軟化
点が１３４℃以下では熱流動によりパターンが低テーパ
ー角となりやすく、２５０℃を超えると熱流動性自体を
有さなくなり好ましくない。 ＜実施例2＞実施例1で作成した塗膜の有機溶剤耐性につ
いては以下のように評価した。塗膜にi-線フィルタを介
して８００mJ/cm^２の露光量を与えた後、１２０℃１分
間ベークし、続いて２３０℃で３０分間ベークした。こ
れを６０℃に加熱したモノエタノールアミン中に１５分
間浸漬した時の浸漬前後でのライン／スペースのパター
ン形状をＳＥＭにて観察した。

【００３７】比較のために、低分子フェノールのヘキサ
メトキシメチルメラミン（サイメル３０３）を添加しな
いこと以外は実施例１と同様に調合した感光性組成物を
調製し同様の実験を行い、両者を比較した。

【００３８】上記方法によってＭＥＡ（モノエタノール
アミン）耐性を評価した結果、サイメル３０３を添加し
なかった場合には塗膜がＭＥＡに完全に溶解してしまっ
たのに対して、サイメル３０３を添加した場合にはＭＥ
Ａ浸漬後も塗膜が残存することを確認した。 ＜実施例3＞また、実施例1で用いた架橋剤ヘキサメトキ
シメチルメラミン(三井サイアナミッド製：サイメル３
０３)の代わりに、例えばエポキシ化合物、あるいはジ
ペンタエリスリトールヘキサアクリレート等のアクリレ
ート化合物などを用いて、現像液濃度・現像時間・露光
量を変えたこと以外は実施例と同じ方法でパターンを形
成しても、実施例２と同じ効果を得ることができた。 ＜実施例4＞実施例1で作製した感光性樹脂組成物により
反射型液晶表示装置のガラス基板上に突起パターンを形
成し、さらに突起パターンの上層にアクリル系樹脂から
なる平坦化膜を塗布して反射凹凸膜を形成した。突起パ
ターンは基板平面から見て円形のドット状とし、断面形
状は半楕円形状とした。

【００３９】このとき隣接するドット中心間の距離ｄを
９μｍとし、凹凸膜の段差ｈを０．６μｍとすることで
ｄ/ｈを１５とした。このときオフィス環境である反射
立体角度０から４５°までの拡散ゲインの空間積分値が
理想値の１．２となり、各視野角において良好な反射特
性を示すことを確認した。 ＜比較例1＞低分子フェノール成分に使用される、少な
くとも３つの水酸基を有する分子量６００〜２,０００
のフェノール性化合物とは、上記分子量を有するもので
あれば特に限定されないが、融点が１３４℃以上２５０
℃以下であるものが好ましい。

【００４０】次式（３）に記載の低分子フェノールを、
実施例１と同量加えた場合のパターン形状を観測した。
Ｚ＝Ｚ_１とした場合の分子量は１１４４、軟化温度１２
２℃であり、Ｚ＝Ｚ_２とした場合の分子量は１２２８、
軟化温度１１８℃である。

【００４１】

【化４】 すなわち、これらＺ_１及びＺ_２を含む低分子フェノール
の融点は、いずれも１３４℃よりも低いものである。

【００４２】これらの感光性樹脂でパターン形成した
後、２３０℃で３０分間ベークするとＺ_１の場合、パタ
ーン形状のテーパー角が３５°であり、Ｚ_２の場合テー
パー角は１０°であった。したがって、軟化温度が１３
４℃を下回るとパターン形状における側面部分のテーパ
ー角が低くなり、形状が崩れることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、反射効率が
最も良いといわれているパターン形状として側面部分の
垂直性に優れ、かつ、パターン頂上部の平坦面の曲面性
に優れた形状を実現するために、適度な熱流動性を有
し、解像度の膜厚依存性が少ない液晶素子製造用の感光
性樹脂組成物を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安川 晶子 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Ｆターム(参考） 2H025 AA02 AA03 AB17 AC01 AD01 BE00 CB28 CB55 CB59 CC20 FA03 FA12 FA17 4J033 CA14 HB10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（1）アルカリ可溶性樹脂、（2）光酸発生
   剤及び（3）架橋剤を含有してなる感光性樹脂組成物で
   あって、前記（1）成分におけるアルカリ可溶性樹脂と
   して、軟化温度が１３４℃以上、２５０℃以下の低分子
   フェノール樹脂成分を含有させたことを特徴とする感光
   性樹脂組成物。
2. 【請求項２】（1）アルカリ可溶性樹脂、（2）光酸発生
   剤及び（3）架橋剤を含有してなる感光性樹脂組成物で
   あって、前記（1）成分におけるアルカリ可溶性樹脂と
   して、軟化温度が１３４℃〜２５０℃で少なくとも３つ
   の水酸基を有する分子量６００〜２０００の低分子フェ
   ノール樹脂成分を含有させたことを特徴とする感光性樹
   脂組成物。
3. 【請求項３】上記低分子フェノール樹脂成分として、下
   記の一般式（１）で表される単量体を含有することを特
   徴とする請求項１もしくは２記載の感光性樹脂組成物。 【化１】 （ただし、式中のZはそれぞれ独立したベンジル基であ
   り、ベンゼン環の水素基部分が水酸基、炭素数1から6の
   アルキル基のいずれかで置換されたものを含む）
4. 【請求項４】基板上に少なくとも感光性樹脂組成物を含
   む塗膜を形成する工程と、所望のマスクを介して前記塗
   膜を露光し、現像してレジストパターン層を形成する工
   程とを有するパターン形成方法であって、前記感光性樹
   脂組成物を、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の感
   光性樹脂組成物で構成したことを特徴とするパターン形
   成方法。
5. 【請求項５】基板上に少なくとも感光性樹脂組成物を含
   む塗膜を形成する工程と、所望のマスクを介して前記塗
   膜を露光し、現像してレジストパターン層を形成する工
   程とを有するパターン形成方法であって、前記感光性樹
   脂組成物を、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の感
   光性樹脂組成物で構成して成り、パターニングして得ら
   れるパターン形状の側面部分の傾斜角が４０°以上、か
   つ、頂上部が曲面状となるパターン形状を有することを
   特徴とするパターン形成方法。