JP4017747B2

JP4017747B2 - Ｂｍ膜製造方法

Info

Publication number: JP4017747B2
Application number: JP15509198A
Authority: JP
Inventors: 暁石橋; 淳也清田; 功杉浦; 新井　　真; 肇中村; 隆英堀; 志銘林; 賀文太田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: JPH11352310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶等のカラー表示素子に用いられる低反射ＢＭ膜(ブラックマトリクス膜)にかかり、特に、ニッケルを主成分とするＢＭ膜と、そのＢＭ膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、カラー液晶ディスプレイが盛んに生産されており、ノート型パソコンやカーナビゲーション等に用いられている。
カラー液晶ディスプレイには、図６の符号１００に示すような、カラーフィルタ(ＣＦ)が必須な部品となっている。
【０００３】
一般に、カラーフィルタ１００はガラス基板１０１上に赤・緑・青のカラーフィルタ層１０３₁、１０３₂、１０３₃が形成され、その表面には、保護膜１０５を介してパターニングされた透明導電膜１０６が形成されており、その透明導電膜１０６上に配置される液晶に電圧を印加できるように構成されている。
【０００４】
各カラーフィルタ層１０３₁〜１０３₃間には、カラー表示のコントラストを改善し、また、外光反射を低減させ、視認性を向上させるためのブラックマトリックス(ＢＭ)膜１０２が配置されている。
【０００５】
このようなＢＭ膜１０２には、低反射で高い遮光性が要求されており、樹脂膜や金属反射層等、種々の材質のものがあり、近年では、品質面から、スパッタ法により形成した半透明な透光層と金属反射層とから成る積層構造のＢＭ膜が用いられている。
【０００６】
積層構造のＢＭ膜としては、ガラス基板上に、半透明のＣｒＯｘ薄膜を形成して透光層とし、その表面に金属クロム薄膜を連続形成して金属反射層としたクロム系の積層膜が広く用いられている。
【０００７】
このようなクロム系の積層型ＢＭ膜では、ＣｒＯｘ薄膜とガラス基板との界面での反射光と、ＣｒＯｘ薄膜と金属クロム薄膜の界面での反射光とが干渉し、反射防止効果が得られることで、大きな低反射化が達成されている。
【０００８】
しかし、干渉効果を利用する場合には、反射率スペクトルの波長依存性が干渉効果に大きく影響し、その結果、２層構造のＢＭ膜では僅かに着色してしまうという問題がある。
【０００９】
そのような着色を消滅させ、色合いを一層黒色に近づけるために、３層以上の薄膜を積層したＢＭ膜を用いる場合がある。多層構造のＢＭ膜の場合、半透明の薄膜を複数層積層して透光層を形成しているので、各薄膜の屈折率を膜厚方向に変化させ、広い波長範囲で高い干渉効果が得られ、それにより着色を防止し、ＢＭ膜を一層黒色化させることが可能となっている。
【００１０】
このような多層構造のＢＭ膜としては、従来では、Ｃｒ／ＣｒＯｙ／ＣｒＯｘのようにクロム薄膜の酸化度を変えて透光層を形成したＢＭ膜や、Ｃｒ／ＣｒＮｙ／ＣｒＯｘのように、反応性ガスの種類を変え、窒化物薄膜と酸化物薄膜とを積層させて透光層としたＢＭ膜がある。
【００１１】
しかしながら上記のような積層構造のＢＭ膜は、いずれも金属クロム薄膜や、クロム化合物から成る透光層を用いるため、ＢＭ膜を湿式エッチングによってパターニングする際に、廃液中に６価クロム等の有害物質が溶出し、公害問題を引き起こすおそれが指摘されている。
【００１２】
また、金属クロム薄膜やＣｒＯｘ膜等の薄膜は応力が比較的高く、剥離しやすいため、スパッタリング法によってＢＭ膜を形成する際に、それらの薄膜がスパッタ成膜室内の防着板等に付着すると剥離し、パーティクル発生の原因になっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、低公害でパーティクル発生の少ないＢＭ膜、及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ガラス基板上に形成された透光層と、前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜を製造するＢＭ膜製造方法であって、ニッケルを主成分としバナジウムが添加されたターゲットをマグネトロンスパッタリングし、前記透光層と前記金属膜を形成するＢＭ膜製造方法である。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＢＭ膜製造方法であって、前記ターゲットの組成を、ニッケル−２〜１０ｗｔ％バナジウム、又はニッケル−２０〜７５ｗｔ％鉄−２〜１０ｗｔ％バナジウムのいずれかの組成にすることを特徴とするＢＭ膜製造方法である。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のＢＭ膜製造方法であって、ニッケルの窒化物を主成分とする窒化物薄膜を有することを特徴とするＢＭ膜製造方法である。
【００１７】
請求項４記載の発明は、、請求項１記載のＢＭ膜製造方法であって、ニッケルの酸化物を主成分とする酸化物薄膜を有することを特徴とするＢＭ膜製造方法である。
【００１８】
【００１９】
本発明は上記のように構成されており、金属反射層と透光層とを有する積層構造のＢＭ膜である。
このような積層構造のＢＭ膜の反射率特性を説明する。
【００２０】
例えば図５(ａ)に示すように、半透明の金属化合物から成る透光層(酸化物薄膜又は窒化物薄膜)５４と、光反射性のある金属反射層５５とから成る２層構造のＢＭ膜５１が、ガラス基板５２上に積層されている場合、ガラス基板５２方向からＢＭ膜５１に入射した光６０は、ガラス基板５２と透光層５４の界面５７で反射し、反射光６１として入射方向に返光される他、透光層５４を透過した光６０は、透光層５４と金属反射層５５の界面５８で反射され、反射光６２となって入射方向に返光される。
【００２１】
従って、入射方向には、二種類の反射光６１、６２が返光されるが、透光層５４が適切な(透明度)を有する場合には、二種類の反射光６１、６２の光強度Ｒ₁、Ｒ₂は、Ｒ₁≒Ｒ₂となり、位相が反転している場合、２つの反射光６１、６２が干渉することによってその強度が減衰し、ＢＭ膜５１が低反射化される。
【００２２】
他方、透光層５４の透明度が高く屈折率が小さすぎる場合には、Ｒ₁>>Ｒ₂となり、逆に、屈折率が大きすぎる場合にはＲ₁<<Ｒ₂となり、いずれの場合でも十分な干渉効果を得ることができない。
【００２３】
また、図５(ｂ)に示すように、ＢＭ膜７１の透光層７４が、ガラス基板７２上に形成された第１層目の薄膜７４₁と、その表面に形成された第２層目の薄膜７４₂と、更に第２層目の薄膜７４₂上に形成された金属反射層７５とから成る場合、ガラス基板７２側から入射した光８０は、それぞれの界面で反射され、三種類の反射光８１、８２、８３が入射方向に反射され、それらの多重干渉効果によって低反射化が達成される。
【００２４】
このような３層構造のＢＭ膜の場合、反射光８１〜８３の干渉バランスを最適にする(第１層目の透光層７４の屈折率を第２層目の透光層７５の屈折率よりも小さくする)と、２層構造のＢＭ膜に比べ、反射率値の波長依存が小さく、一層低反射で黒色のＢＭ膜を得ることができる。
【００２５】
ところで、本発明のＢＭ膜は、クロムを使用せず、ニッケルを使用しているが、ニッケルは磁性材料であるため、ニッケルだけでターゲットを構成させた場合にはターゲット表面磁場が弱まるため、マグネトロンスパッタが困難になる。
【００２６】
従って、ニッケルに他の金属を添加し、ターゲットを非磁性化する必要がある。この場合、ニッケルターゲットを非磁性化するために、銅を加えることが考えられるが、それではターゲットが高価になり、低コストのＢＭ膜が得られない。
【００２７】
そこで本発明の発明者らが、ニッケルを非磁性化する添加金属を検討し、ニッケル合金ターゲットに関する実験を重ねた結果、スズ、バナジウム、鉄が有効であることが判明した。それらは単独で添加したり、組合わせて添加する場合、下記割合で合金化させた場合に、マグネトロンスパッタが可能であり、低反射のＢＭ膜を形成できることが確認された。
【００２８】
即ち、スズを単独に添加する場合は、実験によると、５〜３０ｗｔ％の範囲でマグネトロンスパッタリングが可能であり、低反射のＢＭ膜が得られた。
バナジウムを単独に添加する場合は、実験によると、２〜１０ｗｔ％の範囲でマグネトロンスパッタリングが可能であり、低反射のＢＭ膜が得られた。
【００２９】
鉄は安価であり、ＢＭ膜の低コスト化に特に有効であるが、ニッケル・鉄の合金ターゲットや、その合金ターゲットによって形成されたＢＭ膜には錆が発生するおそれがある。従って、単独で多量に添加するよりも、他の添加金属と組合わせて用いる方が望ましい。
【００３０】
例えば鉄を２０〜７５ｗｔ％添加する場合、一緒にスズを５〜３０ｗｔ％添加したり、バナジウムを２〜１０ｗｔ％添加することができる。それらのターゲットはマグネトロンスパッタリングが可能であり、低反射のＢＭを作成できることが確認された。
【００３１】
以上のターゲットの組成をまとめると、ニッケル(Ｎｉ)−５〜３０ｗｔ％スズ(Ｓｎ)、ニッケル(Ｎｉ)−２〜１０ｗｔ％バナジウム(Ｖ)、ニッケル(Ｎｉ)−２０〜７５ｗｔ％鉄(Ｆｅ)−５〜３０ｗｔ％スズ(Ｓｎ)、又は、ニッケル(Ｎｉ)−２０〜７５ｗｔ％鉄(Ｆｅ)−２〜１０ｗｔ％バナジウム(Ｖ)になる。
【００３２】
なお、それらの組成のターゲットを用いてＢＭ膜を形成する場合、スパッタリング雰囲気をアルゴンガス等の不活性ガスだけで構成させると、ニッケル金属薄膜(ニッケル合金薄膜)から成る金属反射層を形成することができる。
【００３３】
他方、スパッタリング雰囲気に酸素ガスや窒素ガスを導入した場合には、ニッケル酸化物薄膜、ニッケル窒化物薄膜、又はニッケル酸化窒化物薄膜から成る透光層が形成される。従って、一つのターゲットを用い、スパッタリング雰囲気への導入ガスを変えることで、積層構造のＢＭ膜を作成することが可能となる。
【００３４】
そして、それらのＢＭ膜は、いずれもニッケルを主成分とし、クロムを含んでいないので、ＢＭ膜をパターニングするためのウェットエッチングにおいて、公害が発生するおそれはない。
【００３５】
なお、屈折率調整用の反応性ガスとして、酸素ガスや窒素ガスの他、ＣＯ₂ガスや、還元性ガス(Ｈ₂，ＣｘＨｙ)を適度に組み合わせることが可能である。
【００３６】
【発明の実施形態】
本発明のＢＭ膜を、その製造方法とともに説明する。
ＢＭ膜の製造には、基板水平搬送方式のロードロック型スパッタ装置を用いた。基板は２１０ｍｍ×２１０ｍｍ×１．１ｍｍ厚のガラス基板(コーニング社製＃７０５９)を用い、ターゲットには、ニッケル−１５ｗｔ％スズ、ニッケル−７ｗｔ％バナジウム、ニッケル−２０〜７５ｗｔ％鉄−５〜３０ｗｔ％スズ、又は、ニッケル−２０〜７５ｗｔ％鉄−２〜１０ｗｔ％バナジウムを用い、直流マグネトロンスパッタ法で成膜を行った。
【００３７】
スパッタリングガスはアルゴンガスとし、スパッタリング雰囲気は０．６７Ｐａの圧力とした。スパッタリングを行う際の基板は加熱しなかった。酸化膜或いは窒化物薄膜の光学的特性は、大気をリファレンスとした透過率で波長４００〜７００ｎｍにおいて２０〜７０％を有する半透明膜を用いた。
【００３８】
ＢＭ膜(酸化物薄膜或いは窒化物薄膜と金属反射層との積層膜)は、ガラス基板側から見て、波長４００〜７００ｎｍの範囲で反射率を測定した。その反射率スペクトルはアルミニウム蒸着膜をリファレンスとした。
【００３９】
【実施例】
(参考例１)
＜ニッケル−スズ系２層膜の作製＞
ニッケル−１５ｗｔ％スズのターゲットを用い、スパッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法でニッケル酸化物薄膜から成る透光層を膜厚５００Åに形成した。
【００４０】
次に、酸素ガスの導入を停止し、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気中で上記ターゲットをスパッタし、膜厚１０００Åのニッケル薄膜から成る金属反射層を連続形成し、２層構造のＢＭ膜を作成した。
【００４１】
ニッケル酸化物薄膜を形成したときの酸素ガス導入量を種々の値に異ならせてＢＭ膜を作成し、反射率を測定した結果、４×１０^-2Ｐａの酸素ガスを導入したときに、最も反射率が低くなった。そのＢＭ膜の反射率特性を図１のグラフに示す。
【００４２】
【実施例】
(実施例２)
＜ニッケル−バナジウム系２層膜の作製＞
ニッケル−７ｗｔ％バナジウムのターゲットを用い、パッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法によってニッケル酸化物薄膜から成る透光層を膜厚５００Åに形成した。
【００４３】
次に酸素ガスの導入を停止し、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気中で膜厚１０００Åのニッケル薄膜から成る金属反射層を連続形成し、２層構造のＢＭ膜を得た。
【００４４】
ニッケル酸化物薄膜を形成したときの酸素ガス導入量を種々の値に異ならせてＢＭ膜を作成し、反射率を測定した結果、４×１０^-2Ｐａの酸素ガスを導入したときに、最も反射率が低くなった。そのＢＭ膜の反射率特性を、図２のグラフに示す。
【００４５】
【実施例】
(参考例２)
＜ニッケル−鉄−スズ系２層膜の作製＞
ニッケル−４０ｗｔ％鉄−１５ｗｔ％スズのターゲットを用い、スパッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法でニッケル酸化物薄膜から成る透光層を膜厚５００Åに形成した。
【００４６】
次に、酸素ガス導入を停止し、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気中で上記ターゲットをスパッタし、膜厚１０００Åの金属ニッケル薄膜から成る金属反射層を形成し、２層構造のＢＭ膜を得た。
【００４７】
透光層を形成する際の酸素ガス導入量を種々の値に変えてＢＭ膜を作成した結果、４×１０^-2Ｐａの酸素ガスを導入したときに最も反射率の低いＢＭ膜が得られた。そのＢＭ膜の反射率特性を図３のグラフに示す。
【００４８】
【実施例】
(実施例４)
＜ニッケル−鉄−バナジウム系２層膜の作製＞
ニッケル−４０ｗｔ％鉄−７ｗｔ％バナジウムのターゲットを用い、スパッタリング雰囲気中に所定量の酸素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、膜厚５００Åのニッケル酸化膜を形成した。
【００４９】
次に、酸素ガス導入を停止し、アルゴンガスだけのスパッタリング雰囲気中で上記ターゲットをスパッタし、膜厚１０００Åのニッケル薄膜から成る金属反射層を連続形成し、２層構造のＢＭ膜を形成した。
【００５０】
透光層を形成するときの酸素ガス導入量を変え、ＢＭ膜を作成した結果、４×１０^-2Ｐａの酸素ガスを導入したときに最も反射率が低いＢＭ膜が得られた。そのＢＭ膜の反射率特性を図４のグラフに示す。
【００５１】
【実施例】
実施例２，４、参考例１，２のＢＭ膜では、透光層は１層構造であったが、酸素ガス導入量を変えてターゲットをスパッタし、組成が異なる２層以上の多層構造の透光層を形成してもよい。
上記実施例２，４、参考例１，２ではスパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いたが、他の不活性ガス(Ｎｅ，Ｋｒ，Ｘｅ)やＮ₂ガスを用いてもよい。
【００５２】
また、スパッタリング雰囲気に酸素ガスを導入せず、二酸化炭素ガス(ＣＯ₂ガス)を導入し、ニッケル酸化物薄膜から成る透光層を形成してもよい。また、スパッタリング雰囲気中に窒素ガスを添加し、ニッケル窒化物薄膜から成る透光層を形成してもよい。更に、酸素ガスと窒素ガスとを一緒に導入し、ニッケルの酸化窒化物を透光層にしてもよい。
【００５３】
また、水素ガス(Ｈ₂ガス)やメタンガス(ＣＨ₄ガス)等の還元性のガスをスパッタリング雰囲気中に添加し、ニッケル酸化物から成る透光層の屈折率を調整することも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
低公害で低反射(黒色)のＢＭ膜が得られる。
また、使用するターゲットに応じて酸化性ガス(酸素ガス、二酸化炭素ガス)、窒化性ガス(窒素ガス)を適度に組み合わせ、透光層の屈折率を調整することができる。従って、従来のクロム系積層ＢＭ膜と同等特性のニッケル系ＢＭ膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ニッケル−スズ系のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図２】ニッケル−バナジウム系のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図３】ニッケル−鉄−スズ系のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図４】ニッケル−鉄−バナジウム系のＢＭ膜の反射率特性を示すグラフ
【図５】(ａ)、(ｂ)：ＢＭ膜の光干渉効果を説明するための図
【図６】カラーフィルタを説明するための図
【符号の説明】
５１、７１……ＢＭ膜５４、７４……透光層５５、７５……金属反射層

Claims

ガラス基板上に形成された透光層と、
前記透光層上に形成された金属反射層とを有するＢＭ膜を製造するＢＭ膜製造方法であって、
ニッケルを主成分としバナジウムが添加されたターゲットをマグネトロンスパッタリングし、前記透光層と前記金属膜を形成するＢＭ膜製造方法。
前記ターゲットの組成を、ニッケル−２〜１０ｗｔ％バナジウム、又はニッケル−２０〜７５ｗｔ％鉄−２〜１０ｗｔ％バナジウムのいずれかの組成にすることを特徴とする請求項１記載のＢＭ膜製造方法。
前記透光層は、ニッケルの窒化物を主成分とする窒化物薄膜を有することを特徴とする請求項１記載のＢＭ膜製造方法。
前記透光層は、ニッケルの酸化物を主成分とする酸化物薄膜を有することを特徴とする請求項１記載のＢＭ膜製造方法。