JP2010009078A - 干渉カラーフィルターのパターンを作成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜が密で、スペクトル特性が温度や空気湿度に対して安定しているカラーフィルター薄膜システムを作製する。
【解決手段】ある一つの基礎材の上にカラーフィルター薄膜システムパターンを作成するため、リフトオフ法により、レジスト薄膜面領域とレジスト薄膜のない領域を持つパターン化されたレジスト薄膜（３２）を装着し、次ぎにカラーフィルター薄膜システムを装着し（３１）、その後にレジスト薄膜面領域とともにその上の領域に装着されているカラーフィルター薄膜システムを除去するため、そのカラーフィルター薄膜システム（３１）の装着を、最高１５０℃までの温度でプラズマを利用して被膜形成することにより行う。
【選択図】図１

Description

（技術分野）
本発明は、一つの基礎材の上にカラーフィルター薄膜システムパターンを作成する方法に関する。この方法はリフトオフ法によるものであって、すなわちレジスト薄膜面領域とレジスト薄膜のない領域を持つパターン化されたレジスト薄膜を析出し、次ぎにカラーフィルター薄膜システムを装着し、最後にレジスト薄膜面領域とともにその上の領域に装着されているカラーフィルター薄膜システムを除去するものである。

（背景技術）
このような技術はリフトオフ法として知られている。この技術は、真空環境中で行わなければならないプロセス段階が比較的少ないので、比較的低コストである。この技術はたとえばＵＳ−Ａ−３９１４４６４で、次のようなものが知られている：すなわち、リフトオフマスクとしてたとえば厚さを４〜６μｍに指定されたフォトレジストまたは金属薄膜を、そしてその上にその半分の厚さの誘電性干渉カラーフィルター薄膜システムを析出する。カラーフィルター薄膜システムを析出する前に、リフトオフレジストを長時間、２００℃で８時間以上、真空環境中で硬化させる。このリフトオフレジストないしそのパターン化された表面は、カラーフィルター薄膜システムの析出後、本来のリフトオフ段階で高温のキシロールを用いて除去される。

目を引くのは、このリフトオフレジスト薄膜パターンの処理に手間がかかり、しかもそのためカラーフィルター薄膜システムを析出する方法に蒸着さえ用いられることがあることである。すなわち析出されたシステム薄膜が十分なクォーリティを保証されるためには、２００℃以上という蒸着温度を遵守しなければならない。従ってその下に位置するレジスト薄膜は、変質することなくこの温度に耐えなければならない。

さらに諸文献、たとえばＨ．Ａ．ＭＡＣＬＥＯＤ，”Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ” ２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ Ｌｔｄ．，１９８６，３５７〜４０５ページから、より低温で蒸着された光学的薄膜はスペクトルに関して不安定であることが知られている。そのスペクトル特性は周囲温度と空気湿度とともに変化し、その際とくにスペクトル特性のカットオン、カットオフの両エッジがスペクトル上移動する。スペクトルに関し安定して十分なクォーリティを備える薄膜を析出したいならば、蒸着温度は非常に高いものを選択しなければならず、これはその下に位置するレジストがポリマー化し、その後のリフトオフプロセスが非常に困難になる原因となる。反対に蒸着プロセスの温度を低く維持しようとするならば、その代償としてすでに述べたように、上記の末端が温度や空気湿度に強く左右されてスペクトル上を移動する。

そのほか頭書の文書はレジストを真空中で長時間高温に保つことを提案するが、これは非常に費用がかかり、この種のパターンを作成する装置の製造速度を著しく減じる。さらにレジストは必然的に比較的高温に耐えなければならず、これを溶解するために高温のキシロールを使用することは、キシロールの発ガン性を考えると非常に心配される。それだけでなく、２００℃をはるかに超える温度でカラーフィルター薄膜システムをかぶせる方法を採るには、この温度に耐えるレジスト薄膜を備えなければならないので、その後のレジスト除去に備えて、溶剤のために大きな作用面を用意しておかなければならない。従ってレジスト薄膜は、その上に装着するカラーフィルター薄膜システムよりもいちじるしく厚いものを選択しなければならない。その結果妨害を受けるゾーンが大きくなる：すなわち、レジスト薄膜の塗布およびパターン化に続いて、レジストの塗布された領域と塗布さ
れてない領域にカラーフィルター部分システムを析出すると、第１図に示すように、レジスト領域１のエッジの影となるため、妨害を受けるゾーンをカラーフィルターパターンの周縁領域３に生じ、そこでは妨害を受けない領域５よりもカラーフィルターパターンの厚さが薄くなる。レジストの厚さｄが厚くなるほど、妨害を受けるカラーフィルターパターンの領域がそれだけ大きくなる。

そのほか、上述のカラーフィルター薄膜システムの蒸着に必要な温度では基盤ガラスが収縮すること、すなわちその形状が変化することが知られている。これは、異なるスペクトルを持つカラーフィルター薄膜システムを順次析出するとき、たとえば赤、黄、青に対する場合、正確なジオメトリーを得ることができないことになり、このことはさらにスペクトル領域を異にするフィルター領域の境界がシャープさを失うことになる。

さらに上述のような高温の場合はガラス基板が脆化する。とくに温度交代による負荷がかかるとき、たとえばリフトオフ法で複数のカラーフィルター薄膜システムを順次析出する場合に脆化する。これは作成されたパターンの破壊強度を損なうことに、従って故障が増加することになる。

これらに代わるもう一つの方法があるとすれば、要求される高い蒸着温度、すなわち３００℃前後の温度に耐えるようなレジストを使用することであろう。しかしそのようなレジストは高価で、加工が困難である。

さらに金属製、たとえばアルミニウムまたはクロム製のリフトオフマスクを使用することもできるであろう。しかしこれらをかぶせるには通常これまた真空被膜形成の作業段階を必要とするので、これもまた高価であろう。

（発明の開示）
本発明の課題は、前記の種類の方法を出発点として、上述の欠点を除くことである。

これは請求項１の特徴の記述による方法を実施することによって達成される。

レジスト塗布され、パターン化され、被膜形成された基板の略図で、妨害を受けた領域の発生を説明するものである。 本発明の方法の実施に適したスパッター被膜形成装置の略図である。 本発明の方法の実施に適した装置、かつプラズマを利用する熱的な蒸着のための装置の図であって、これも略図である。 基板の上に装着されたレジストパターンと、その後の被覆形成によるレジストパターンの欠損の略図である。 第４図と同様な略図で、第４図で説明したフォトレジストエッジの欠損を防止するため、レジストパターンとそれに続いて析出したフィルター薄膜の間に中間薄膜を設けたもののを示す。

それによって、フィルター薄膜システムの析出は、たとえば在来のフォトレジストがポリマー化する温度よりはるかに低い温度で行われ、リフトオフレジストの熱負荷を著しく下げることが可能となる。提案するような、基板を高いイオン照射密度にさらすことになるプラズマを利用する析出法によれば、また好ましくはプラズマを利用する蒸着またはス
パッターによれば、さらに薄膜が密で、スペクトル特性が温度や空気湿度に対して安定しているフィルターが生じる。レジストに対する熱負荷が著しく少なくなるので、レジストに対する耐熱性の要求が決定的に減じられる。これはレジストの側では、塗布処理の時間が著しく短くなること、求められるレジスト薄膜の厚さが著しく減じられることにつながり、これはさらに第１図に示した妨害を受ける領域３の範囲を減じる。それだけでなく在来型のフォトレジストを使用し、リフトオフのためには、これをアセトンまたはＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）のような通常の溶剤で溶解することができる。

本発明による方法で得られるものは次の通り。
・従って被膜形成温度がはるかに低くなる。これはレジストの厚さが少なくてすむこと、通常のコスト上有利なレジストを使用できることになる。またレジスト厚さの削減が得られれば、これは第１図に示した妨害を受ける領域の範囲を減じることに直接つながる。
・別個のプラズマチャンバーで荷電粒子を生じることによってであれ、グリッドによって被膜形成室へと抽出することによってであれ、あるいは被膜形成室でプラズマを生じることによってであれ、要するに被膜形成にプラズマを利用することによって、高い密度のイオン流を基板に衝突させることができるようになり、これにより密で、光学的に安定したフィルター薄膜が実現される。
・影によって生じる妨害箇所の範囲は、コリメーターを備えるといった追加的な調整措置によって、あるいはイオン運動の静電気的な調整によって減じることができる。被膜形成チャンバー内の圧力もできるだけ低くし、中間の自由な飛程をそれに対応して長くする。

追加的な調整措置を行わずにスパッターを採用すると、第１図に示すように妨害を受ける領域３の範囲は約５×ｄとなり、プラズマを利用する多方向づけされた方法によると、これは約１×ｄに減じられる。本発明はそれ自体ですでにｄに対する小さい数値が得られるものである。

スパッターよりも多方向づけされた被膜形成法はプラズマを利用する蒸着であって、この場合はすでに知られているように、気化るつぼから生じた物質を、たとえば電子ビームによる気化により、プロセス空気環境中へ熱的に気化する。その際その空気環境中でプラズマが維持される。これにより影を生じるという問題はさらに広範囲に除去され、カラーフィルター薄膜システムパターンを範囲は狭くても高い効率で析出することも可能となる。

ここに提案する方法は、ＬＣＤプロジェクターおよびＣＣＤセンサーのためのカラーフィルターのパターン化にとくに適している。

下記に図を用いて本発明の例を説明する。
第２図は、本発明で採用したスパッター装置の第一の実施バリエーションの略図である。スパッターされる物質からなるターゲットを含むスパッター源１０、たとえばマグネトロン源の上に、プラズマ１３が維持される。供給される操作ガスＡＧのイオン、たとえばアルゴンが、ターゲットから主として中性のターゲット物質粒子Ｎをパルス伝送により打ち出す。この粒子は製造物１５の上に堆積する。供給ユニット１７の略図に示すようにこのプラズマは、スパッター源を介してＤＣ出力により、またはパルス化された直流出力ＰＬにより、または原則としてはＤＣ出力とＡＣ出力の重畳により、またはＡＣ出力、とくには高周波出力ＲＦにより操作される。この場合通常は非導電性の製造物基板１５に誘電性の薄膜を析出することが論点なので、とくに次の方法を挙げておく。すなわちプラズマを直流で操作するが、第２図の１９ａと１９ｂで概略を示すように、そしてその図の点線で暗に示すように、指定された時間区分において、好ましくは周期的に、プラズマを生じる電極を低抵抗で連結するという方法である。誘電性の薄膜により、そしてＤＣプラズマまたは基板バイアスを使用して、非導電性基板にプラズマを利用した被膜形成を行うこと
については、下記を参照されたい：
ＥＰ−５０８３５９または
ＵＳ−５４２３９７０
ＥＰ−５６４７８９または次のアメリカ合衆国出願
ＵＳ ＳＮ ０８／３００８６５
ＵＳ ＳＮ ０８／６４１７０７
カラーフィルター薄膜システムの薄膜の生成は、非反応型の方法で、すなわち操作ガスＡＧを使用するだけで、そして／または反応型のスパッタープロセス及びＯ₂のような反応ガスＲＧを使用して行われ、たとえばいかなる薄膜物質を使用するかによって方法が異なる。その際本発明による被膜形成の温度を遵守する。リフトオフレジスト１１を施した製造物１５には最高１５０℃、好ましくは最高１００℃とする。

イオン照射密度が高いため、密な薄膜が実現される。周囲温度や空気湿度が変化しても、この薄膜のスペクトル特性はほとんど変化しない。

コリメーターを備えるといったさらなる調整措置を行わないときでも、第１図に示す妨害を受ける領域３が約５×ｄの範囲に広がっても甘受できるという場合なら、本発明によるスパッター被膜形成は利用に適している。

第３図は第１図と同様の略図であるが、本発明の採用する第二の方法、すなわちプラズマを利用する、ないしはイオンを利用する蒸着を示す。この場合たとえば電子ビーム２３及び／または加熱装置２５を用いて、るつぼ２７から物質を気化させる。供給源２８は、出力される信号に関していえば、第二図で説明した供給源１７と同様に構成でき、ここでもこれを用いてるつぼ２７の上方に密なプラズマ２４を維持する。製造物はここでは回転駆動される僧帽型キャリアー２６に取り付けるのが好ましく、このキャリアーの球の中心は気化源２７の中心Ｚとする。ここでも温度は最高１５０℃、とくには最高１００℃を遵守する。この方向づけされた方法によって、フィルター薄膜システムによりリフトオフレジストパターン１１に被膜形成することが可能となる。この薄膜システムは、第１図に示した妨害を受ける領域３を約１×ｄ以下の範囲におさえるために必要とされるものである。

第３図のプラズマを利用する気化、ないしイオンを利用する気化の場合も、構成すべきカラーフィルター薄膜システムの薄膜のいかんに従って、操作ガスＡＧを使用するだけの非反応型の方法、または反応ガスＲＧを使用する反応型の方法で作業する。

第４図は、基板３０上にあるリフトオフレジストパターン３２の拡大図である。その上に示すのはプラズマを利用する析出法のためのプラズマ３４の概略である。第４図の点線で示すように、反応型のプロセスにより、とくにイオン化された酸素を使用するといった方法により、カラーフィルター薄膜システムの第一の薄膜３１を装着するような場合は、この略図の３５で暗に示すように、励起された反応ガスによって、上述のようにとくにＯ₂によって、または残留ガスから生じてプラズマ中で活性化された、および／または分解されたＨ₂Ｏによって、リフトオフレジストパターンが腐食される。

これを阻止する第一の方法は、カラーフィルター薄膜システムの第一の薄膜を非反応型の方法によって装着すること、すなわち操作ガスアルゴンのみを使用し、第２図または第３図に従ってこれを行うことである。そのために薄膜物質を直接ターゲット物質または気化源物質として使用する。

第二の、しかし好ましい方法は第５図に示すとおり、カラーフィルター薄膜システムの第一の薄膜３１をかぶせる前に、リフトオフレジストパターンに次のような中間薄膜をか
ぶせるものである。この中間薄膜は、広帯域の光が十分に損失なく透過し、すなわち光学的にニュートラルであって、接着性がよく、保護薄膜としてその後のプロセスに耐えるものである。

第５図に示す中間薄膜４５は厚さ５〜１０ｎｍで、ＳｉＯまたはＳｉＯ₂からなるものが好ましい。これらの物質は、励起されイオン化された反応ガス、とくに残留ガスから生じるＯ₂またはＨ₂Ｏによって化学的な腐食を受けない。第５図の点線で示した薄膜３１は、後にかぶせられるカラーフィルター薄膜システムの第一の光学的活性のある薄膜であり、この薄膜は反応型のプロセスによって装着することができる。さらに中間薄膜４５もＳｉＯ₂からなるものとすることができ、これは反応型ではない方法で、またはわずかに反応性のある方法で析出される。その後ＳｉＯ₂中間薄膜がカラーフィルター薄膜システムの屈折度の低い第一の薄膜を形成し、屈折度のより高い薄膜がこれに続く。

使用された被膜形成法およびその結果得られたカラーフィルターパターンの例を、下記に紹介する。

−基板： ガラス
−フィルターパターン： 線条 １６０μｍ幅、
長さ２０ｍｍ、間隔１００μｍ
−レジスト薄膜厚さ： ３．２μｍ
−レジスト： Ｓｈｉｐｌｅｙ １０４５、６：１に希釈
−光学的フィルター薄膜システム：１．５μｍ（第１図のｄ５）
−薄膜システム： ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂
−ＳｉＯ₂被膜形成プロセス： 反応型スパッター、装置はＢＡＳ ７６７
−供給源： Ｓｉターゲット
−スパッター出力： ６．４ｋＷ
−操作ガス： Ａｒ
−反応ガス： Ｏ₂
−操作ガス流量： ４０ｓｃｃｍ
−反応ガス流量： ５０ｓｃｃｍ
−速度： ０．３ｎｍ／ｓｅｃ
−ＴｉＯ₂被膜形成プロセス： 反応型スパッター
−供給源： Ｔｉターゲット
−スパッター出力： １０ｋＷ
−操作ガス： Ａｒ
−反応ガス： Ｏ₂
−操作ガス流量： ４０ｓｃｃｍ
−反応ガス流量： ３６ｓｃｃｍ
−速度： ０．１６ｎｍ／ｓｅｃ
−被膜形成温度： Ｔ≦８０℃
結果：
レジストマスクと隣り合う
妨害を受けたゾーンの大きさ（第１図の１）：≦１０μｍ
フィルターのエッジの安定性： ２０℃〜８０℃において
エッジの移動≦１ｎｍ
この例の場合中間薄膜は使用しない。本来の被膜形成開始前に、プラズマにスイッチオンする。従ってレジストマスクはＯ₂／Ａｒプラズマと接触する。これによりレジストのエッジは欠損する。このためリフトオフ作業段階が困難になり、ないしは比較的厚いレジストマスクが必要となる。

−基板： ガラス
−フィルターパターン： 線条 １０×１０μｍ〜１００×１００μｍ
−レジスト薄膜厚さ（ｄ）： ０．５μｍ〜２μｍ
−光学的フィルター薄膜（ｄ５）：１．５μｍ
−レジスト： Ｓｈｉｐｌｅｙ １０４５、６：１〜１：１に希釈
−薄膜システム： 中間薄膜 ＳｉＯ、厚さ１０ｎｍ、
ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂
−被膜形成プロセス：ＳｉＯ中間薄膜は非反応型で行いプラズマを利用しない。ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂システムはプラズマを利用する蒸着。装置はＬＥＹＢＯＬＤ ＡＰＳ １１００
ＳｉＯ 非反応型、ＡＰＳプラズマ源なし
−供給源 ４孔るつぼつき電子ビーム気化器、ＳｉＯ顆粒
−速度： ０．１ｎｍ／ｓｅｃ
−装置： ＢＡＳ ７６７
−圧力： １×１０−５ｍｂａｒ。
ＳｉＯ₂：ＡＰＳプラズマ源による反応型蒸着
−供給源 ４孔るつぼつき電子ビーム気化器、ＳｉＯ₂顆粒
−速度： ０．６ｍ／ｓｅｃ
ＡＰＳプラズマ源：
−放電電流： ５０Ａ
−バイアス電圧： １５０Ｖ
−Ｕ 陽極−陰極： １３０Ｖ
−操作ガス： Ａｒ
−反応ガス： Ｏ₂
−操作ガス流量： １５ｓｃｃｍ
−反応ガス流量： １０ｓｃｃｍ
−総圧力： ３．５×１０−３ｍｂａｒ
ＴｉＯ₂：ＡＰＳプラズマ源による反応型蒸着
−供給源： ４孔るつぼつき電子ビーム気化器、
ＴｉＯ₂錠剤状素材
−速度： ０．３ｍ／ｓｅｃ
ＡＰＳプラズマ源：
−放電電流： ５０Ａ
−バイアス電圧： １１０〜１２０Ｖ
−Ｕ 陽極−陰極： １００〜１００Ｖ
−操作ガス： Ａｒ
−反応ガス： Ｏ₂
−操作ガス流量： １１ｓｃｃｍ
−反応ガス流量： ３５ｓｃｃｍ
−総圧力： ４．２×１０−３ｍｂａｒ
−被膜形成温度： Ｔ≦１０５℃
結果：
安定性： ２０℃〜８０℃において
スペクトル上のエッジの移動≦１ｎｍ
妨害を受けたゾーンの大きさ：＜２μＭ。

本発明の措置により、とくにＬＣＤ光弁プロジェクターやＣＣＤセンサーに用いるような画素パターンを、安価かつ高い歩留まりで作成することが可能となる。さらにこの画素
パターンは環境の変化に対して、とくに温度や湿度の変化に対して、スペクトルに関して非常に安定している。とくに上述の中間薄膜を使用すれば、基板に対するカラーフィルターシステムの非常に良好な接着がさらに得られる。必要なリフトオフレジスト薄膜は、その上に装着するカラーフィルター薄膜システムの２倍よりもはるかに薄くすることができる。オーバーハングする側壁をレジスト領域に設けることが、たとえば半導体製造におけるアルミニウム蒸着の際に通常行われているが、これは不要となる。

カラーフィルター薄膜システムの装着が低温で行われ、従ってその下に位置するリフトオフレジストパターンがさらされる温度負荷がそれに応じて少なくなるため−従って必要とされる温度耐久性が少なくてすむため−リフトオフ法は非常に単純なものでよく、高温かつ腐食性が強い溶剤または超音波をリフトオフに使用する必要はない。

上述の中間薄膜を使用するのが好ましく、これによって第一のフィルター薄膜の反応型の析出によるリフトオフレジストに対するマイナスの影響、とくに反応性のＡｒ−Ｏ₂−Ｈ₂Ｏプラズマによるレジストパターンの損傷が防止される。

Claims (13)

1. ある一つの基礎材の上にカラーフィルター薄膜システムパターンを作成する方法であって、リフトオフ法により、レジスト薄膜面領域とレジスト薄膜のない領域を持つパターン化されたレジスト薄膜をその基礎材上に装着し、次ぎに真空被膜形成法によりカラーフィルター薄膜システムを装着し、その後にレジスト薄膜面領域とともにその上の領域に装着されているカラーフィルター薄膜システムを除去する方法において、そのカラーフィルター薄膜システムの装着は、最高１５０℃までの温度でプラズマを利用して、マグネトロン源を用いたスパッターによって、またはプラズマを利用する蒸着によって被膜形成することを特徴とする方法。
2. この装着は低圧電弧放電を利用して行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. カラーフィルター薄膜システムの装着は最高１００℃までの温度で行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. プラズマ生成はＤＣまたはＡＣを用いて、パルス化された直流またはＡＣとＤＣを重畳したものを用いて行うことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. プラズマ生成はＲＦを用いて行うことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. カラーフィルター薄膜システムの少なくとも１つの薄膜の装着を反応ガス空気環境中で行うことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
7. カラーフィルター薄膜システムの第一の薄膜の装着を希ガスまたは酸素を含む空気環境中で行うことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
8. カラーフィルター薄膜システムが屈折率が高い方の薄膜と低い方の薄膜を備えることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
9. レジスト薄膜の第一の薄膜として光学的にほぼニュートラルな中間薄膜をかぶせ、この中間薄膜はその後に使用される被膜形成空気環境に対してレジスト薄膜より安定しており、５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さであることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 前記中間薄膜は、ＳｉＯまたはＳｉＯ₂からなることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 各薄膜の装着は基礎材に垂直な薄膜物質衝突方向を主方向にして行われることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
12. カラーフィルター薄膜システムの基板側の第一の薄膜が光学的にほぼニュートラルな薄膜であって、厚さ５〜１０ｎｍのＳｉＯ₂またはＳｉＯ薄膜からなることを特徴とする、カラーフィルター薄膜システムのフィールドである基礎材の上に装着されたカラーフィルター面パターン。
13. ＬＣＤ光弁プロジェクターまたはＣＣＤセンサーの色読み込みに用いるカラーフィルターを製造するために、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法を用いること、または請求項１２に記載のパターンを用いること。

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