JP2007058172A - 遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及びこれらの製造方法、並びに遮光膜付き基板を備えた表示装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】
酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合であっても、良好なエッチングプロファイルを有する遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及び表示装置とそれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の一態様にかかる遮光膜付き基板は、基板１上に形成された遮光膜１０のパターンを有する遮光膜付き基板であって、遮光膜１０が、クロム酸化物を有する第１の膜２と、クロムを有し、第１の膜２の上に設けられた第２の膜３とを備え、遮光膜１０の断面形状が順テーパー形状を有しているものである。遮光膜１０のエッチングは、硝酸第２セリウムアンモニウムに少なくとも硝酸を２．５モル／リットル以上の濃度で含む薬液を用いて行なうことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及びこれらの製造方法、並びに遮光膜付き基板を備えた表示装置に関し、特に詳しくは、遮光膜に少なくとも酸化クロム層を有する遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及びこれらの製造方法、並びに遮光膜付き基板を備えた表示装置に関する。

近年、画像表示装置の分野では、ＣＲＴに替わり、省エネルギー、省スペースを特長とした、液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、プラズマディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイが急速に普及しつつある。これらの表示装置では、通常、表示画素間に遮光膜が設けられている。この遮光膜は、表示画素間の不要な光を遮光する機能を有している。これにより、画像のコントラスト比を向上させ、表示品位を高めることができる。例えば、液晶表示装置においては、カラーフィルタ基板の着色層の間に、遮光膜が形成されている。

遮光膜には、通常、遮光性の高いクロム膜が利用される。クロム膜をベースとする遮光膜をエッチングする場合には、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を主成分とする薬液を用いる方法が一般的に知られている（非特許文献１参照）。また、クロム膜のエッチング方法として、少なくとも硝酸セリウム第２アンモニウム、硝酸、過塩素酸、水を含むエッチング液を用いる方法が開示されている（特許文献１参照）。この文献では、硝酸濃度が１〜２モル／リットル、かつ、過塩素酸濃度が１モル／リットル以上として、エッチングを行なっている。これにより、クロム膜をテーパー状にエッチングすることができる。

また、クロム膜と窒化クロム膜の積層構造からなる表示装置用遮光膜が開示されている（特許文献２参照）。この文献では、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合溶液をエッチング液としてエッチングを行なっている。上記のエッチング液に対する窒化クロム膜のエッチング速度は、クロム膜のエッチング速度よりも速い。そのため、遮光膜のパターンをテーパー状にエッチングすることができる。さらに、この文献では、窒化クロム膜のスパッタ成膜中に、アルゴンガス中における窒素ガスの分圧を徐々に高くしている。これにより、膜厚方向において窒化クロム膜の窒化度を変化させることができる。遮光膜の表面近傍では窒化度が高くなるため、良好なテーパー状の断面形状を得ることができる。

さらに、低反射特性を有するクロム酸化物（ＣｒＯｘ：ｘは正数）膜と、高遮光特性を有するクロム（Ｃｒ）膜とを、透明基板上に順次形成した積層膜を遮光膜として用いるものが開示されている（特許文献３、特許文献４参照）。この構成により、不要な反射光を防止するための低反射特性と、不要な透過光を防止するための高遮光特性とを遮光膜に対して持たせることが可能になる。また、遮光のためのクロム膜の替わりに、結晶組織の緻密性を高くして遮光特性を向上させるため、窒素（Ｎ）を添加させたＣｒＮｘ（ｘは正数）膜を用いる場合もある。このように、Ｃｒ／ＣｒＯｘの積層構造又は、ＣｒＮｘ／ＣｒＯｘの積層構造が遮光膜として用いられている。

Ｃｒ／ＣｒＯｘの積層構造をエッチングする場合、特許文献３に記載されているように、逆テーパー形状になってしまうという問題があること知られている。すなわち、ＣｒＯｘ膜とＣｒ膜（又はＣｒＮｘ膜）では、エッチング速度が異なる。そのため、エッチング端面が不連続な形状となったり、逆テーパー形状になるなど、良好なエッチングプロファイルが得られないという問題点がある。このようなエッチングプロファイルの場合、遮光膜の上層に形成されるカラーフィルタや、電極膜のカバレッジが低下してしまう。よって、カラーフィルタ層のカバレッジ不良部に空気が溜まって表示パネル内に気泡が発生したり、電極膜の断線が発生したりしてしまう。この結果、表示不良を招いてしまう。この対策として、特許文献３では、スパッタ成膜中の酸素流量を変えて、膜厚方向において酸化度を変化させている。
特開平１０−４６３６７号公報（段落００１０） 特開平６−２５０１６３号公報（段落０００９〜段落００１１） 特開平１１−１９４３３３号公報（段落０００３） 特開２００４−５４２２８号公報 楢岡清威，二瓶公志著「フォトエッチングと微細加工」総合電子出版社、昭和５２年５月発行

しかしながら、成膜中にガスの流量を制御して、酸化度又は窒化度を連続的に変化させる方法では、以下に示す問題点があった。通常、ＣｒＯｘ膜やＣｒＮｘ膜は、アルゴンガスに酸素ガス又は窒素ガスを添加した混合ガスを用いた反応性スパッタリングによって成膜する。しかしながら、限られた成膜時間の間に、連続的に酸素ガス又は窒素ガスの流量を変化させ、その混合比を均一に変化させることが非常に難しいという問題がある。すなわち、酸素ガスや窒素ガスの流量を連続的に変化させた場合、ガスの供給口の配置などに応じて、成膜室内におけるガスの分布が均一でなくなってしまう。この場合、基板面内で酸化度又は窒化度の分布が劣化してしまう。よって、良好にエッチングできなくなってしまう。

また、酸素ガス又は窒素ガスとアルゴンガスとの混合比をステップ的に変化させて酸化度又は窒化度を変化させる方法もある。この場合、ステップ毎の膜厚を非常に薄くしなければならず、膜厚の均一性を確保することが困難である。さらに、成膜時間が非常に長くなってしまい、生産性を低下させてしまうという問題点もある。従って、実質上、このような方法で、成膜することは困難である。

本出願の発明者らは、特許文献２に示すように硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む薬液を用いて、Ｃｒ／ＣｒＯｘの積層構造のエッチング試験を行なった。さらに、液組成比やエッチング時間などの条件を何種類か変化させて評価を行なった。このときの、エッチングプロファイルの代表例を図１０に示す。図１０は、エッチングされた遮光膜の断面形状を示す側面図である。図１０において、１は基板、２はＣｒＯｘからなる第１の膜、３はＣｒからなる第２の膜、１０は遮光膜を示している。硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む薬液を用いた場合、例えば、図１０（ａ）に示すように、第１の膜２と第２の膜３の界面が大きくエッチングされてしまう。これによって、遮光膜１０の断面が不連続なくびれ形状となってしまう。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、第１の膜２の横方向のエッチングが第２の膜３よりも速く進み、逆テーパー形状となっていた。このようなエッチングプロファイルの場合、カバレッジが低下し、表示品位が劣化してしまう。

また、特許文献４では、硝酸第２セリウムアンモニウムを１５〜３０質量％とし、硝酸５〜８質量％としたエッチング液を用いている。この場合、エッチング端面を垂直に近い角度にすることができる。しかしながら、エッチング端面を垂直に近い角度とした場合でも、遮光膜が厚いと段差が急峻になり、カバレッジの低下を招いてしまう。よって、表示不良を招いてしまうことがあった。

上述のように従来の表示装置では、酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合、良好なエッチングプロファイルを得ることができず、カバレッジの低下に起因する表示品位の劣化を招いてしまうという問題点があった。
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合であっても、良好なエッチングプロファイルを得ることができる遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及び表示装置とそれらの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる遮光膜付き基板は、基板上に形成された遮光膜のパターンを有する遮光膜付き基板であって、前記遮光膜が、クロム酸化物を有する第１の膜と、前記第１の膜の上に設けられ、クロムを有する第２の膜とを備え、前記遮光膜のパターンの断面形状が順テーパー形状を有しているものである。これにより、酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合であっても、良好なエッチングプロファイルを得ることができる。

本発明の第２の態様にかかる遮光膜付き基板は、上記の遮光膜付き基板であって、前記第２の膜がクロム窒化物を有しているものである。これにより、膜応力を低減することができる。

本発明の第３の態様にかかる遮光膜付き基板は、上記の遮光膜付き基板であって、前記第１の膜の膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２の膜の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であるものである。これにより、良好な光学特性を得ることができるとともに、生産性を向上することができる。

本発明の第４の態様にかかる遮光膜付き基板は、上記の遮光膜付き基板であって、前記遮光膜に上に透明導電膜が形成されているものである。これにより、透明導電膜の断線を防ぐことができる。

本発明の第５の態様にかかるカラーフィルタ基板は、上記の遮光膜付き基板と、前記遮光膜のパターン間に形成されたカラーフィルタ層とを備えるものである。これにより、カラーフィルター層と遮光膜の間に気泡が発生するのを防ぐことができ、良好な光学特性を得ることができる。

本発明の第６の態様にかかる表示装置は、上記の遮光膜付き基板を備えるものである。これにより、表示品位を向上することができる。

本発明の第７の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、基板上に形成された遮光膜のパターンを有する遮光膜付き基板の製造方法であって、クロム酸化物を有する第１の膜とクロムを有する第２の膜とを基板上に順次積層して、積層膜を形成し、前記積層膜の上にレジストパターンを形成し、硝酸第２セリウムアンモニウムに少なくとも硝酸を２．５モル／リットル以上の濃度で含む薬液を用いて前記積層膜をエッチングして、遮光膜のパターンを形成し、前記レジストパターンを除去するものである。これにより、酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合であっても、良好なエッチングプロファイルを得ることができる。

本発明の第８の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法であって、前記第２の膜がクロム窒化物を有しているものである。これにより、膜応力を低減することができる。

本発明の第９の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法であって、前記第１の膜を２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成し、前記第２の膜を２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の膜厚で形成するものである。これにより、良好な光学特性を得ることができるとともに、生産性を向上することができる。

本発明の第１０の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法であって、前記レジストパターンを除去した後に、前記遮光膜のパターン上に透明導電膜を形成することを特徴とするものである。これにより、透明導電膜の断線を防ぐことができる。

本発明の第１１の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法であって、前記薬液中の硝酸濃度が１４モル／リットル以下であることを特徴とするものである。これにより、エッチングプロファイルをより良好なものにすることができる。

本発明の第１２の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法であって、３質量％以上２５質量％以下の濃度を有する硝酸第２セリウムアンモニウムの溶液中に前記硝酸を混合した薬液を用いてエッチングすることを特徴とするものである。これにより、エッチングプロファイルをより良好なものにすることができる。

本発明の第１３の態様にかかる遮光膜付き基板の製造方法は、上記の遮光膜付き基板の製造方法によって遮光膜付き基板を製造し、前記遮光膜付き基板に形成された前記遮光膜のパターン間にカラーフィルタ層を形成するものである。これにより、カラーフィルター層と遮光膜の間に気泡が発生するのを防ぐことができ、良好な光学特性を得ることができる。

本発明によれば、酸化クロム膜を有する遮光膜を用いた場合であっても、良好なエッチングプロファイルを得ることができる遮光膜付き基板、カラーフィルタ基板及び表示装置とそれらの製造方法を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
発明の実施の形態１．

本実施の形態では、遮光膜付き基板が、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置に用いられる遮光膜付き基板であるとして説明する。図１において、１は基板、２は第１の膜、３は第２の膜、５は透明導電膜である。

基板１は例えば、ガラス等の透明な絶縁体により構成されている。基板１上には、第1の膜２が形成されている。第１の膜２は、例えば、クロム酸化物からなり、低反射を有する。すなわち、第１の膜２は反射性の低いＣｒＯｘ膜（ｘは正数）により形成される。また、第１の膜２の酸化度は略一定である。第１の膜２の上には第２の膜３が形成されている。第２の膜３は、例えば、金属クロムからなり、高遮光性を有する。すなわち、第２の膜３は遮光性の高いＣｒ膜により形成される。この、第１の膜２及び第２の膜３からなる積層膜が遮光膜となる。

遮光膜のパターンは例えば、画素間に配置されるよう格子状に形成されている。そして、遮光膜によって区切られる領域が画素となる。すなわち、遮光膜の間の領域が画素となる。遮光膜は滑らかな順テーパー形状になっている。すなわち、遮光膜のパターンの段面形状が、パターンの表面側に行くほどパターン幅が狭くなっていく。換言すると、遮光膜パターンの断面形状は、基板側に行くほどパターン幅が徐々に広くなっていく。

第２の膜３の上には、ＩＴＯからなる透明導電膜５が形成されている。透明導電膜５は、例えば、遮光膜を覆うように、基板全体に形成される。透明導電膜５は画像表示用電極すなわち、画素電極と対向配置される対向電極となる。遮光膜がテーパー状に形成されているため、透明導電膜５のカバレッジを向上することができる。これにより、断線の発生を防ぐことができ、表示品位を向上することができる。

フィールドシーケンシャル方式の液晶表示パネルでは、図１に示す遮光膜付き基板が、ＴＦＴアレイ基板に対向配置される。ＴＦＴアレイ基板には、画像表示用の複数の配線と、マトリクス状に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等からなるスイッチング素子が形成されている。画像表示用の配線には、例えば、平行に配置された複数のゲート配線と、ゲート配線とゲート絶縁膜を介して交差する複数のソース配線が含まれる。さらに、薄膜トランジスタのドレイン電極には、例えば、ＩＴＯなどの透明導電性膜からなる画像表示用電極が接続されている。画像表示用電極は、ＴＦＴと同様にマトリクス状に複数設けられている。ＴＦＴアレイ基板に設けられた画像表示用電極と、遮光膜付き基板に形成された透明導電膜５との間に印加される電圧によって液晶が駆動する。これにより、液晶表示パネルの透過光量が制御される。なお、ＴＦＴアレイ基板又は遮光膜付き基板には配向膜と設けてもよい。また、液晶表示パネルには、偏光フィルム等を貼り付けてもよい。

このＴＦＴアレイ基板と、図１の遮光膜付き基板とを対向配置して、例えば、感光性樹脂からなるシール材を介して貼り合わせる。このとき、遮光膜付き基板又はＴＦＴアレイ基板には、基板間のギャップを一定に保つスペーサが設けられる。そして、シール材の一部に設けられた液晶注入口から、遮光膜付き基板とＴＦＴアレイ基板との間の隙間に液晶を注入する。液晶注入口を硬化性樹脂等により封止すると、液晶表示パネルが完成する。

完成した液晶表示パネルには、駆動回路及びバックライトユニットが装着される。バックライトユニットは、面全体に均一な光を出射する面状光源装置である。バックライトユニットは、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類の発光ダイオードからなる光源と、光源からの光を面全体に導く導光板と、拡散シートやプリズムシートなどの光学シートを備えている。バックライトユニットから光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に時分割されて、液晶表示パネルの背面から照射される。そして、液晶表示パネルで、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号を時分割して表示させる。具体的には、バックライトからのＲ、Ｇ、Ｂの光を、Ｒ、Ｇ、Ｂに時分割された画像信号にそれぞれ同期させる。よって、バックライトからＲの光が照射されているとき、液晶表示パネルの画像表示用電極にＲの画像信号が入力される。同様に、バックライトからＧ、Ｂの光が照射されているとき、液晶表示パネルの画像表示用電極にＧ、Ｂの画像信号がそれぞれ入力される。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の光量が制御され、カラー表示を行なうことができる。

次に図２を用いて、遮光膜付き基板の製造工程について説明する。図２は、遮光膜付き基板の製造工程を示す工程断面図である。まず、図２（ａ）に示すように、基板１上に第１の膜２と第２の膜３とを連続で成膜する。これにより、基板１の略全面に第１の膜２と第２の膜３とが堆積される。この第１の膜２と第２の膜３との積層構造が遮光膜１０となる。第１の膜２はＣｒＯｘ膜、すなわち酸化クロムにより構成され、第２の膜３はＣｒ膜、すなわち金属クロムによって構成されている。

好適な実施例では、第１の膜２と第２の膜３はスパッタリングにより形成される。例えば、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いることができる。スパッタリングのターゲットは金属クロム（Ｃｒ）を用いる。第１の膜２を成膜するときは、スパッタリングガスのアルゴンガスに酸素ガスを添加した混合ガスを用いる。すなわち、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いる反応性スパッタリングによって、ＣｒＯｘ膜を成膜する。ここで、膜厚５０ｎｍのＣｒＯｘ膜を第１の膜２として成膜する。ＣｒＯｘ膜の成膜時におけるアルゴンガスに対する酸素ガスの分圧比は７０％とし、スパッタリング圧力が０．５Ｐａとなるよう調圧する。これにより、均一な酸化度を有するＣｒＯｘ膜を形成することができる。

続いて、同じ成膜室にて、スパッタリングガスを、アルゴンガスのみに切り替える。すなわち、酸素ガスの供給を停止する。そして、ガス圧を０．５Ｐａに調圧して、膜厚１２０ｎｍのクロム膜を第２の膜３として成膜した。このようにして、ＣｒＯｘ膜とＣｒ膜とを連続成膜して、２層構造の遮光膜１０を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法を用いて、第２の膜３の上にフォトレジスト４のパターンを形成する。好適な実施例としては、フェノールノボラック系樹脂を主鎖とする、ポジ型フォトレジストを２μｍの厚さで塗布形成する。そして、露光、現像を行ってフォトレジスト４をパターニングする。これにより、図２（ｂ）に示す構成となる。フォトレジスト４の膜厚は２μｍに限らず、０．５〜３μｍ程度であってもよい。また、フォトレジスト４はネガ型であってもよいが、一般にポジ型の方が、解像度が高く、フォトレジスト寸法を精密に制御することができる。従って、ポジ型のフォトレジストを用いることが好ましい。

フォトレジスト４を形成した後、図２（ｃ）に示すように、遮光膜１０をウェットエッチングする。好適な実施例として、１０ｗｔ％濃度の硝酸第２セリウムアンモニウム溶液に、硝酸を７モル／リットルの濃度で混合させたエッチング液を用いる。このエッチング液を用いてスプレー法によりエッチングを行なう。具体的には、液温は３５℃とし、スプレー圧を０．１５ＭＰａとして、エッチングを行なう。遮光膜１０は表面側からサイドエッチングされていくため、遮光膜１０のパターン幅は表面側ほど狭くなる。

エッチングが終了したら、図２（ｄ）に示すようにフォトレジスト４を除去する。これにより、遮光膜１０のパターンが形成される。このようにして形成された遮光膜１０のパターンのエッチング断面形状は、テーパー形状となる。すなわち、図５（ａ）に示すように、遮光膜１０のパターンの側面がなだらかに傾斜する形状となる。なお、図５は遮光膜１０の断面形状を示す側面図である。また、テーパー角度は約２４°とすることができる。

なお、エッチング液は、上記の条件のものに限られるものではない。例えば、ベースとなる硝酸第２セリウムアンモニウム溶液の濃度は、３〜２５ｗｔ％であればよい。硝酸第２セリウムアンモニウムの濃度が３ｗｔ％よりも低いとエッチング速度が極端に遅くなって生産性が低下してしまう。また、濃度が２５ｗｔ％よりも高いと、溶媒の蒸発などで、エッチング液が結晶化しやすくなってしまう。この場合、エッチング装置を汚染したり、処理する基板に損傷を与えたりする原因となってしまう。さらに、硝酸第２セリウムアンモニウムの濃度は、５〜１５ｗｔ％とすることがより好ましい。

また、硝酸濃度も７ｍｏｌ／Ｌに限定されるものではない。図３は、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液中の硝酸濃度を変化させたときの、ＣｒＯｘ膜とＣｒ膜の積層膜のエッチング断面形状のテーパー角度の変化を示したグラフである。ここで順テーパー形状とは、図４（ａ）に示されるように基板面に対する遮光膜パターンの角度θ_１が９０°より小さい形状を示し、逆テーパー形状とは図４（ｂ）に示されるように基板面に対する遮光膜パターンの角度θ_２が９０°より大きい形状を示す。なお、図４は、テーパ角度を示すために、パターンの断面構造を模式的に示した図である。遮光パターン下における基板面から遮光パターンの側面までの角度がテーパー角度とすると、テーパー角度が９０°より小さい場合、順テーパー形状となり、９０°より大きい場合、逆テーパー形状となる。すなわち、遮光膜１０と基板１の界面から、遮光膜１０の側面までの角度がテーパー角度となる。

テーパー角度は、エッチング溶液中の硝酸濃度に依存して変化する。図３に示されているように、硝酸濃度が高くなると、テーパー角度が小さくなる。すなわち、硝酸濃度が高くなると遮光膜パターンの側面形状がなだらかとなる。上層に形成される透明導電膜の断線を防ぐためには、テーパー角度は、略９０°又は順テーパー形状が好ましい。この点から、硝酸濃度は２．５ｍｏｌ／Ｌ以上とすることが好ましい。

硝酸濃度が大きくなると、テーパー角度が小さくなるが、全体のエッチング速度が低下して、生産性が低下してしまう。さらに、ＣｒＯｘ膜とＣｒ膜のテーパー角度が異なってしまう。例えば、硝酸濃度を１４ｍｏｌ／Ｌとした場合、図５（ｂ）に示すように、Ｃｒ膜のテーパー角度が、ＣｒＯｘ膜のテーパー角度に比べて小さくなってしまう。すなわち、Ｃｒ膜の側面とＣｒＯｘ膜の側面とが平行でなくなってしまう。これは、硝酸濃度が大きくなった場合には、Ｃｒ膜とフォトレジスト４のパターンの界面へのエッチング液のしみ込みが強くなり、界面にしみ込んだエッチング液が、クロム膜界面上のフォトレジスト４を剥がしながらエッチングが進行していくためである。

硝酸濃度が１４ｍｏｌ／Ｌを超えると、クロム膜のエッチングがさらに進行し、図６（ａ）に示すように、Ｃｒ膜の下面側の端がＣｒＯｘ膜の上面側の端よりも後退していく。すなわち、Ｃｒ膜のパターンエッジの上におけるＣｒＯｘ膜がエッチングされ、Ｃｒ膜のＣｒＯｘ膜側の端と、ＣｒＯｘ膜のＣｒ膜側の端の位置が一致しなくなる。さらに、エッチングが進むと、図６（ｂ）に示す形状になることもある。すなわち、ＣｒＯｘ膜のテーパー角度がＣｒ膜のテーパー角度よりも小さくなってしまう。

図６（ａ）又は図６（ｂ）に示すような形状となると、テーパー部分のバラツキが大きくなって寸法制御が困難になる。また、低反射膜である第１の膜２の上の端部に、高遮光性の第２の膜３が形成されなくなってしまう。従って、強い透過光が入射された場合、低反射膜である第１の膜２を通して透過光が漏れてくる。このため、遮光膜１０のパターンの端部で、十分な遮光特性を得ることができず、表示画像のコントラスト比が低下してしまう。上記の理由から、硝酸濃度は１４ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましい。このようにベースとなる硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液に対する硝酸の濃度は、２．５ｍｏｌ／Ｌ以上１４ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましい。

エッチング液の温度は、３５℃に限定されるものではない。液温は、例えば、２０〜５０℃であることが好ましく、さらに２３℃〜４０℃であることがより好ましい。２０℃以下の場合、エッチング速度が極端に低くなり、生産性が低下してしまう。液温が上がるほどエッチング速度が高くなり、生産性が向上するが、５０℃を超えると、蒸発による液組成の変動が大きくなってしまう。よって、安定したプロセスを持続するための液交換作業の頻度が高くなってしまう。上記の理由により、液温は２０〜５０℃が好ましい。

エッチングはスプレー法が好ましい。スプレー圧は、０．１５ＭＰａに限らず、０．０３ＭＰａ〜０．３ＭＰａの範囲であることが好ましい。ディップ（浸漬）法もしくは、０．０３ＭＰａよりスプレー圧の低いスプレー法では、面内のエッチング均一性が劣化し、パターン寸法のバラツキ等ムラが生じやすい。一方、０．３ＭＰａ以上の場合、基板割れが発生したり、フォトレジスト４が剥がれてしまい断線が発生したりすることがあるからである。さらに、スプレー圧は０．０５ＭＰａ〜０．２ＭＰａとするのがより好ましい。

遮光膜１０の上から、図２（ｅ）に示すよう、透明導電膜５を形成する。好適な実施例として、酸化インジウムと酸化スズを混合させたＩＴＯ膜をスパッタリング法によって成膜して、透明導電膜５を形成する。透明導電膜５は、基板１の略全面に形成する。これにより、図１に示す遮光膜付き基板が完成する。また、透明導電膜５は、必要に応じて、フォトリソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングしてもよい。

さらに、透明導電膜５の上に、図２（ｆ）に示されているようなスペーサ６のパターンを形成してもよい。柱状のスペーサ６は遮光膜１０のパターン上に形成される。もちろん、配向膜を形成した場合は、配向膜の上にスペーサ６が形成される。このようなスペーサ６のパターンは、例えば、有機アクリル系樹脂からなる感光性樹脂を塗布形成し、フォトリソグラフィー法を用いて露光、現像することによって形成することが可能である。

フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置では、図１に示す遮光膜付き基板がＴＦＴアレイ基板と対向配置される対向基板として使用される。このとき、遮光膜１０のパターン間に対応して、画像表示用電極が配置されるよう位置合わせされる。そして、一定の間隙を空けてＴＦＴアレイ基板と遮光膜付き基板とを貼り合わせる。ＴＦＴアレイ基板と遮光膜付き基板とはシール材を介して貼り合わせられる。そして、基板間に液晶を注入した後、封止する。これにより、液晶表示パネルが完成する。さらに駆動回路及びバックライトを取り付ける。これにより、フィールドシーケンシャル方式のカラー液晶表示装置が完成する。
発明の実施の形態２．

本実施の形態にかかる遮光膜付き基板の構成について図７を用いて説明する。図７は、遮光膜付き基板の構成を示す側面断面図である。本実施の形態では、一般的な液晶表示装置の対向基板であるカラーフィルタ基板に本発明を適用した例について説明する。従って、実施の形態１と同様の内容については説明を省略する。７は、Ｒのカラーフィルタ層、８はＧのカラーフィルタ層、９はＢのカラーフィルタ層である。すなわち、バックライトユニットから液晶表示パネルの背面に入射した白色光、又は視認側から入射して画像表示部の反射電極で反射した外光がカラーフィルタ層を透過することによって、カラー表示を行なうことができる。

図７に示されているように遮光膜となる第１の膜２と第２の膜３とが基板上に積層されている。隣接する遮光膜のパターン間には、Ｒのカラーフィルタ層７、Ｇのカラーフィルタ層８又は、Ｂのカラーフィルタ層９が設けられている。このカラーフィルタ層７、８．９が設けられている箇所が画素となる。また、Ｇのカラーフィルタ層８が設けられている画素の左隣には、Ｒのカラーフィルタ層７が設けられている画素が配置されている。Ｇのカラーフィルタ層８が設けられている画素の右隣には、Ｂのカラーフィルタ層９が設けられている画素が配置されている。すなわち、Ｒのカラーフィルタ層７、Ｇのカラーフィルタ層８及び、Ｂのカラーフィルタ層９が順番に配列されている。カラーフィルタ層７、８、９の一部は遮光膜１０の上に形成されている。すなわち、カラーフィルタ層７，８、９と遮光膜１０とは、一部が重複するように形成されている。第２の膜３並びにＲのカラーフィルタ層７、Ｇのカラーフィルタ層８及びＧのカラーフィルタ層９の上には、透明導電膜５が設けられている。透明導電膜５は遮光膜及びカラーフィルタ層を覆うように設けられている。本実施の形態では、テーパー状の遮光膜１０の側面上にカラーフィルタ層７、８、９が形成されるため、カバレッジを改善することができる。

次に図８を用いて、本実施の形態にかかるカラーフィルタ基板の製造工程について説明する。図８は、本実施の形態にかかるカラーフィルタ基板の製造工程を示す工程断面図である。また、図８（ａ）〜図８（ｄ）の工程については、実施の形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図８（ａ）に示すように第１の膜２と第２の膜３とを連続して成膜して遮光膜１０を形成する。例えば、第１の膜２は、ＣｒＯｘ膜であり、第２の膜３は、Ｃｒ膜である。そして、図８（ｂ）に示すよう、遮光膜１０の上にフォトレジスト４のパターンを形成する。さらに、図８（ｃ）に示すように、第１の膜２及び第２の膜３を連続してエッチングして、遮光膜１０をパターニングする。エッチングが終了したら、フォトレジスト４を剥離する。これにより、図８（ｄ）に示す構成になる。エッチング工程は、実施の形態１と同様に処理される。すなわち、本実施の形態で使用されるエッチング液は、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液に、硝酸を混合させた薬液を用いることができる。これらの濃度については、実施の形態と同様である。これにより、遮光膜付き基板が形成される。このようにして形成された遮光膜１０のパターンのエッチング断面形状は、図５に示されているようにテーパー形状となる。

遮光膜１０を形成した後、Ｒのカラーフィルタ層７を所望の形状にパターニングする。好適な実施例としては、赤色の顔料を混合させた感光性樹脂であるカラーレジストを約２．０μｍの厚さで塗布する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて露光、現像する。これにより、遮光膜１０のパターンの間にＲのカラーフィルタ層７が形成される。その後、ポスト露光として、ｇ線、ｈ線、ｉ線混合の光を照射し、さらに約２２０℃の温度でポストベークを行なう。これにより、図８（ｅ）に示されるように、Ｒのカラーフィルタ層７がパターニングされる。

Ｒのカラーフィルタ層７を形成した後、Ｇのカラーフィルタ層８を所望の形状にパターニングする。ここでは、緑色の顔料を混合させた感光性樹脂であるカラーレジストを約２．０μｍの厚さで塗布する。そして、Ｒのカラーフィルタ層７と同様に、フォトリソグラフィー法を用いて露光、現像する。その後、ポスト露光として、ｇ線、ｈ線、ｉ線混合の光を照射し、さらに約２２０℃の温度でポストベークを行なう。これにより、図８（ｆ）に示されるように、Ｇのカラーフィルタ層８がパターニングされる。

さらに、Ｂのカラーフィルタ層９を所望の形状にパターニングする。ここでは、青色の顔料を混合させた感光性樹脂であるカラーレジストを約２．０μｍの厚さで塗布する。そして、Ｒのカラーフィルタ層７と同様に、フォトリソグラフィー法を用いて露光、現像する。その後、ポスト露光として、ｇ線、ｈ線、ｉ線混合の光を照射し、さらに約２２０℃の温度でポストベークを行なう。これにより、図８（ｇ）に示されるように、Ｂのカラーフィルタ層９がパターニングされる。

次に、３色のカラーフィルタ層が形成された後、対向電極となる透明導電膜５を形成する。好適な実施例として、ここでは、透明導電膜５として酸化インジウムと酸化スズを混合したＩＴＯ膜を成膜する。ＩＴＯ膜は、例えば、スパッタリング法を用いて成膜することができる。これにより、図８（ｈ）に示すように、カラーフィルタ基板が完成する。

また、上記の実施の形態では、透明導電膜５として、ＩＴＯ膜を用いたがこれに限るものではない。例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の金属単体の酸化物の膜や、これらを組み合わせた混合酸化物からなる膜を用いることも可能である。特に実施の形態２では、透明導電膜５の成膜面には、感光性樹脂からなるカラーフィルタ層が存在する。ＩＴＯ膜を成膜する際には、スパッタリング時のプラズマの影響に受けて、カラーフィルタ層を構成する樹脂が分解して分解ガスが発生するおそれがある。さらに、カラーフィルタ層を構成する樹脂に含まれる水分が放出されてしまうおそれがある。このような、水分や、分解ガス成分によって、ＩＴＯ膜の光透過率や、比抵抗などの電気的特性を劣化させる場合がある。この場合には、ＩＴＯにさらに酸化亜鉛を混合したＩＴＺＯ膜、又は、酸化インジウムと酸化亜鉛の混合酸化物（ＩＺＯ）膜を用いるようにすることが好ましい。これにより、ＩＴＯ膜に比べて、カラーフィルタ層から放出される水分や分解ガス成分により特性への影響を低減することができる。また、透明導電膜５は、必要に応じて通常のフォトリソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングしてもよい。

従来の方法で形成された遮光膜１０のパターンの断面形状は、図１０に示されるように、くびれていたり、逆テーパー形状となってしまっていた。そのため、遮光膜１０のパターンエッジ部にカラーフィルタ層が充填されずに、空隙部が形成される場合があった。例えば、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板の遮光膜１０に空隙部が形成されてしまうと、液晶表示パネルに気泡が発生し、表示不良を起こすという問題点があった。しかしながら、実施の形態１で示したようなエッチング液を用いることによって、遮光膜１０のパターン形状を図５（ａ）又は図５（ｂ）に示すような、略順テーパー形状とすることができる。従って、カラーフィルタ層のカバレッジを良好にすることができ、表示不良の発生を防止することが可能になる。

なお、実施の形態２では、フォトレジスト４を形成する方法を、色材である顔料を混合させたカラーレジストをスピン塗布する方法として説明したが、これに限るものではない。例えば、色材を混合させた感光性樹脂膜をフィルム状に加工し、このフィルムを基板に転写（貼り付け）するフィルム転写法を用いることも可能である。転写されたフィルム状のカラーフィルタ層は、実施の形態２と同様に、フォトリソグラフィー法を用いて所望のパターンに加工することが可能である。

このフィルム転写法によれば、フィルムを転写する装置を設置するのみで、カラーフィルタ層を形成することができる。よって、従来のスピン塗布法に比べて、設備導入のコストを低減することが可能である。また、従来のスピン塗布法のように、余分なカラーレジストを飛散させてしまうことがないので、カラーレジスト材を使用効率を向上することができる。従って、材料コストの低減が可能である。

従来の方法で形成された遮光膜１０のように、エッチング断面形状がくびれていたり、逆テーパー形状となっている場合、フィルム転写法を用いるとスピン塗布法よりもさらにカバレッジが劣化してしまう。したがって、本発明を用いることによって、より大きな効果を得ることが可能になる。

また、上記の方法以外にも、インクジェット法をもちいてカラーフィルタ層７、８、９を形成することが可能である。この場合、カラーフィルタ材形成時に、直接カラーフィルタ層を所望のパターンに形成するすることができる。従って、フォトリソグラフィー法によるパターニングが不要になるというメリットがある。インクジェット法の場合にも、本発明を適用することで、スピン塗布法と同様にカバレッジの改善効果を得ることができる。

通常の液晶表示パネルでは、上記の工程により完成させたカラーフィルタ基板が対向基板として用いられる。すなわち、図７に示すカラーフィルタ基板と、ＴＦＴアレイ基板を対向配置させて、貼り合わせる。貼り合わせ工程の前に、カラーフィルタ基板に基板間のギャップを一定に保つスペーサを設けてもよい。そして、シール材の一部に設けられた液晶注入口から、遮光膜付き基板とＴＦＴアレイ基板との間の隙間に液晶を注入する。液晶注入口を硬化性樹脂等により封止すると、液晶表示パネルが完成する。完成した液晶表示パネルには、駆動回路及びバックライトユニットが装着される。これにより、液晶表示装置が完成する。本実施の形態では、カラーフィルタ層を、赤色、緑色、青色としたが、これに限定されるものではない。必要とされる表示色特性に応じて、カラーフィルタの色や色の種類を任意に設定すればよい。

上記の液晶表示パネルを形成する際に、対向配置されるＴＦＴアレイ基板との一定の隙間を精度よく制御するために、例えば、有機樹脂材をパターニングしてスペーサーを複数形成してもよい。このようなスペーサは、例えば、有機アクリル系樹脂からなる感光性樹脂膜を塗布して、通常のフォトリソグラフィー法を用いて露光、現像することによって形成することが可能になる。

なお、上記の実施の形態１、２で、第１の膜２としてＣｒＯｘ膜を膜厚５０ｎｍで形成したがこれに限るものではない。第１の膜２は例えば、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であればよい。図９は、Ｃｒ膜の膜厚と光の透過率の関係を示す図である。ここで、光の透過率は波長５５０ｎｍの光で測定した結果を示している。図９に示すように、Ｃｒ膜の光透過率は膜厚２０ｎｍ未満で、急激に増加を始める。つまり、第１の膜２であるＣｒＯｘ膜の膜厚が２０ｎｍ未満になると、ガラス基板に入射した光が、ＣｒＯｘ膜を透過し、遮光膜であるＣｒ膜の表面で反射する。従って、表示された画像にこの反射光が重なり、鏡のように液晶表示パネル外の様子が表示画像に映り込んでしまう。よって、表示品質を低下させてしまう。ＣｒＯｘ膜の膜厚が２０ｎｍ以上であれば、光の透過率を３％以下に抑制することができる。よって、ＣｒＯｘ膜で光を十分に吸収することができ、表示した画面にパネル外の様子が映り込むのを防ぐことが可能になる。

一方、アルゴンガス＋酸素ガスによる反応性スパッタリングでは成膜速度が遅いため、第１の膜２であるＣｒＯｘの膜厚を１００ｎｍ以上とすると、成膜時間が長くなってしまい生産性を低下させてしまう。したがって、ＣｒＯｘ膜の膜厚は１００ｎｍ以下にすることが好ましい。よって、低反射膜のＣｒＯｘからなる第１の膜２は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましく、さらに、光学特性（光反射率、光透過率）マージンと生産性及び歩留まりを考慮すると４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすることがより好ましい。

また、実施の形態１、２では、第１の膜２に続き膜厚１２０ｎｍのＣｒ膜からなる第２の膜３を連続成膜したが、これに限るものではない。例えば、膜厚２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下のＣｒ膜を第２の膜３とすることができる。図９に示すように、Ｃｒ膜の光透過率は、膜厚２０ｎｍ未満で急激な増加を始める。つまり、透過防止用遮光層であるＣｒ膜の膜厚が２０ｎｍ未満であれば、光を十分に遮光できなくなってしまうおそれがある。従って、本来の遮光膜として有効に機能しなくなり、光抜け等の表示不良を起こしてしまう。

また、Ｃｒ膜の膜厚を４００ｎｍ以上にすると、膜応力が大きくなり、基板１に大きな反りが生じてしまう。これにより、後のフォトリソグラフィー工程においテーパーターンの精度を劣化させたり、搬送不良等によって処理ができなくなる不良を発生させたり、Ｃｒ膜が剥離したりするなどの、不具合を発生させてしまう。よって、歩留まり低下、信頼性低下を招くおそれがある。これは、一般的に、ガラス基板上に成膜したＣｒ膜の応力は１０００ＭＰａ以上であり、通常の一般的なスパッタリング金属膜の応力（例えば、Ａｌ膜で１００〜３００ＭＰａ程度、Ｍｏ膜で１００〜５００ＭＰａ程度）に比べて大きい。そのため、Ｃｒ膜の膜厚を４００ｎｍ以上とすると、成膜したクロム膜の全応力が大きくなってしまう。よって、上記のような不具合が発生しやすくなってしまう。以上より、第２の膜３として成膜するＣｒ膜は２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることが好ましく、さらに光学特性マージンと生産性及び歩留まりを考慮すると、１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

さらに、第２の膜３は、Ｃｒ膜に限らずＣｒに窒素を添加したＣｒＮｘ膜（ｘは正数）としてもよい。ＣｒＮｘ膜はアルゴンガスに窒素ガスを加えた混合ガスを用いた反応性スパッタリング法により成膜することが可能である。第２の膜３をＣｒＮｘ膜とすることによって、膜応力を小さくすることができる。ＣｒＮｘ膜の膜厚は、上記のＣｒ膜の膜厚と同じく、２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることが好ましい。また、ＣｒＮｘ膜の場合は、Ｃｒ膜よりも結晶粒を小さくすることができ、より緻密な微結晶組織とすることができる。よって、Ｃｒ膜と比べて、より薄い膜厚でＣｒ膜と同等の遮光特性を得ることが可能になる。実際に実施する際の膜厚は、必要とする遮光特性によって所望の値に決定すればよい。第２の膜３として、ＣｒＮｘ膜を用いた場合でも、本発明を適用することによって、遮光膜１０の断面形状を順テーパー形状に加工することができる。よって、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の説明では、液晶表示装置に用いられる遮光膜付き基板について説明したが、本発明は、液晶表示装置以外に用いられる遮光膜付き基板に対して利用することが可能である。例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置や、プラズマディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイに用いることが可能である。さらに、本発明は、表示装置以外に用いられる遮光膜付き基板及びカラーフィルタ基板に対して適用してもよい。

本発明の実施の形態１にかかる遮光膜付き基板の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる遮光膜付き基板の製造工程を示す工程断面図である。 本発明にかかる遮光膜付き基板の製造工程において使用したエッチング液の硝酸濃度とエッチング断面のテーパー角度の関係を示す図である。 パターンの断面構造を模式的に示した図である。 本発明にかかる遮光膜付き基板の遮光膜の断面形状を模式的に示す図である。 硝酸濃度を高くしたときの、遮光膜の断面形状を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる遮光膜付き基板の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる遮光膜付き基板の製造工程を示す工程断面図である。 クロム膜の膜厚と光透過率の関係を示すグラフ図である。 従来の遮光膜付き基板の遮光膜の断面形状を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 基板、２ 第１の膜、３ 第２の膜、４ フォトレジスト、５ 透明導電膜、
６ スペーサ、７ Ｒのカラーフィルタ層、８ Ｇのカラーフィルタ層、
９ Ｂのカラーフィルタ層、１０ 遮光膜、

Claims (13)

1. 基板上に形成された遮光膜のパターンを有する遮光膜付き基板であって、
   前記遮光膜が、
   クロム酸化物を有する第１の膜と、
   前記第１の膜の上に設けられ、クロムを有する第２の膜とを備え、
   前記遮光膜のパターンの断面形状が順テーパー形状を有している遮光膜付き基板。
2. 前記第２の膜がクロム窒化物を有している請求項１に記載の遮光膜付き基板。
3. 前記第１の膜の膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２の膜の膜厚が２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の遮光膜付き基板。
4. 前記遮光膜の上に透明導電膜が形成されている請求項１、２又は３に記載の遮光膜付き基板。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の遮光膜付き基板と、
   前記遮光膜のパターン間に形成されたカラーフィルタ層とを備えるカラーフィルタ基板。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の遮光膜付き基板を備える表示装置。
7. 基板上に形成された遮光膜のパターンを有する遮光膜付き基板の製造方法であって、
   クロム酸化物を有する第１の膜とクロムを有する第２の膜とを基板上に順次積層して、積層膜を形成し、
   前記積層膜の上にレジストパターンを形成し、
   硝酸第２セリウムアンモニウムに少なくとも硝酸を２．５モル／リットル以上の濃度で含む薬液を用いて前記積層膜をエッチングして、遮光膜のパターンを形成し、
   前記レジストパターンを除去する遮光膜付き基板の製造方法。
8. 前記第２の膜がクロム窒化物を有している請求項７に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
9. 前記第１の膜を２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成し、前記第２の膜を２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の膜厚で形成する請求項７又は８に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
10. 前記レジストパターンを除去した後に、前記遮光膜のパターン上に透明導電膜を形成することを特徴とする請求項７、８又は９に記載の遮光膜付き基板の製造方法。
11. 前記薬液中の硝酸濃度が１４モル／リットル以下であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の遮光膜付き基板の製造方法。
12. ３質量％以上２５質量％以下の濃度を有する硝酸第２セリウムアンモニウムの溶液中に前記硝酸を混合した薬液を用いてエッチングすることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の遮光膜付き基板の製造方法。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の遮光膜付き基板の製造方法によって、遮光膜付き基板を製造し、
    前記遮光膜付き基板に形成された前記遮光膜のパターン間にカラーフィルタ層を形成するカラーフィルタ基板の製造方法。

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