JP4419036B2

JP4419036B2 - ブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP4419036B2
Application number: JP2000359190A
Authority: JP
Inventors: 章三橋; 憲史金子; 克生菅原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002167666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ディスプレーなどのカラーパネルを作製する工程で積層させるブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶ディスプレーに使用するカラーパネルには、ガラス板や透明樹脂板などからなる透明板の上に赤、青、緑の３原色カラーフィルターと、この３原色の色画素間を仕切るための格子状にパターニングされたブラックマトリックスが形成されており、このブラックマトリックスはカラーフィルターの３原色の色画素を区切り、３原色の混合を防止して画像の高コントラスト化および高品位画質化を図る役目を担っている。
前記ブラックマトリックスは、蒸着またはスパッタリングにより形成された遮光膜の上にフォトリゾグラフィによりレジストパターンを形成し、次いでこれをマスクとしてエッチングすることにより微小開口部分を有する格子状パターン膜とすることにより作製する。
前述のように、ブラックマトリックスは遮光膜をパターンエッチングすることにより形成されるが、遮光膜の特性として最も重要な特性は、パターンエッチングが可能であるとともに耐食性を有すること、および光源からの必要のない光を十分に遮蔽することができる遮光性を有することである。
【０００３】
このブラックマトリックスの格子状パターン膜により区切られた微小開口部分にオフセット印刷などにより赤、青、緑の３原色カラーフィルター層を形成し、さらにこのカラーフィルター層およびブラックマトリックスの上にトップコート層を形成し、さらにこのトップコート層の上にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明電極膜を形成してカラーパネルが作製される。
【０００４】
前記ブラックマトリックスを形成するための遮光膜の反射率が高いと外部からの反射光が表示画像のコントラストを低下させるので、画像を一層見やすくするために透明板と遮光膜の間にＣｒＯ，ＣｒＮなどの化合物薄膜からなる低反射膜を形成することがある。ブラックマトリックスを形成するための遮光膜として、従来は金属ＣｒまたはＣｒ基合金の蒸着膜またはスパッタリング膜が使用されており、この金属ＣｒまたはＣｒ基合金からなる遮光膜は、優れた耐食性および遮光性を有している。
【０００５】
ところが、金属ＣｒまたはＣｒ基合金からなる遮光膜は、エッチングして格子状パター膜を形成する際に有害な６価クロムが発生し、この６価クロムは処理がなされずに外部に流出すると、環境問題に発展する。そのため、近年、ブラックマトリックスを形成するための遮光膜としてＮｉまたはＣｒを含まないＮｉ基合金からなる薄膜が使用されている。前記Ｃｒを含まないＮｉ基合金からなる薄膜として、ＮｉにＴａ：０．５〜３５ｗｔ％を含有する組成のＮｉ基合金からなる薄膜（特開平１１−８０９３６号公報参照）およびＮｉにＭｏ：２２ｗｔ％を含有する組成のＮｉ基合金からなる薄膜（特開平１１−５２１２６号公報参照）などが提案されており、これら薄膜はスパッタリングターゲットを用いて形成されることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のスパッタリングターゲットを用いて形成されるＴａ：０．５〜３５ｗｔ％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ基合金で構成された遮光膜並びにＭｏ：２２ｗｔ％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる組成のＮｉ基合金からなる遮光膜は、遮光性が十分でなく、またＩＴＯ洗浄液に対する耐食性も十分なものではなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、一層エッチング性および耐食性に優れ、さらに一層遮光性に優れたブラックマトリックスを形成するための遮光膜を得るべく研究を行った結果、
（ａ）質量％で（以下％は質量％を示す）、Ｍｏ：１０〜３０％およびＴａ：１〜１０％を複合して含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有するＮｉ基合金にＴｉ：１〜５％を添加し、さらにＮｂ：０．５〜６％、Ｆｅ：１〜５％の内の１種または２種以上を添加した組成を有するＮｉ基合金からなるスパッタリングターゲットを作製し、このスパッタリングターゲットを用いて得られた遮光膜は、従来の遮光膜よりも膜特性が一層向上する、
（ｂ）前記（ａ）に記載のＮｉ基合金に、さらにＣｕおよびＶの内の１種または２種を合計で１〜１０％を複合添加した組成を有するＮｉ基合金からなるスパッタリングターゲットを作製し、このスパッタリングターゲットを用いて得られた遮光膜は、エッチング性が一層向上する、
などという研究結果が得られたのである。
【０００８】
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＮｂ：０．５〜６％、Ｔｉ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有するブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット、
（２）Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＴｉ：１〜５％、Ｆｅ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有するブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット、
（３）Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＮｂ：０．５〜６％、Ｔｉ：１〜５％、Ｆｅ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有するブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット、
（４）前記（１）、（２）、（３）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットに、さらにＣｕおよびＶの内の１種または２種を合計で１〜１０％を含有させたブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット、
に特徴を有するものである。
【０００９】
前記スパッタリングターゲットを製造するには、まず、前記（１）〜（４）記載の成分組成を有するＮｉ基合金インゴットを作製し、このインゴットを１０００〜１２３０℃で熱間一次塑性加工してスラブを作製し、さらにこのスラブを９００〜１２００℃で熱間二次塑性加工して板を作製し、この板を機械加工することにより製造する。
【００１０】
この発明のブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲットの成分組成を前記のごとく限定した理由を説明する。
Ｍｏ：
Ｎｉ基合金からなるスパッタリングターゲットに含まれるＭｏは、Ｎｉの磁性を低下させてマグネトロンスパッタリング速度を増す作用があり、さらに得られた遮光膜の耐食性を向上させるとともに遮光性を一段と向上させる作用を有するが、Ｍｏの含有量が１０％未満では所定の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｏが３０％を越えて含有しても格別な耐食性向上および磁性減少効果が得られない。したがってこの発明のブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲットおよびそのスパッタリングターゲットを用いて形成した遮光膜に含まれるＭｏは１０〜３０％に定めた。Ｍｏの含有量の一層好ましい範囲は１４〜２５％であり、さらに一層好ましい範囲は１５〜２４％である。
【００１１】
Ｔａ：
ＴａはＭｏとともにＮｉ基合金に含有させることによりスパッタリングして得られた遮光膜の耐食性を向上させる作用を有するが、Ｔａの含有量が１％未満では十分な耐食性が得られないので好ましくなく、一方、Ｔａが１０％を越えて含有すると耐食性が良くなりすぎてエッチングによる格子状パターンを形成できなくなるので好ましくない。したがってＴａの含有量を１〜１０％に定めた。Ｔａの含有量の一層好ましい範囲は２〜８％であり、さらに一層好ましい範囲は３〜７％である。
【００１２】
Ｎｂ：
Ｎｂは遮光膜の遮光性を向上させるので必要に応じて添加するが、その含有量が０．５％未満では所定の効果が得られないので好ましくなく、一方、６％を越えて含有してもそれ以上の効果が得られない。したがってＮｂの含有量は０．５〜６％に定めた。Ｎｂの一層好ましい範囲は１〜３％である。
【００１３】
Ｔｉ：
Ｔｉはターゲットの組織を微細化し、この微細化した組織を有するターゲットを用いて成膜すると均質な遮光膜が得られるところから、必要に応じて添加される。しかし、Ｔｉの含有量が１％未満では所望の効果が得られず、一方、５％を越えて添加するとターゲット作製時の加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｔｉの含有量を１〜５％に定めた。Ｔｉ含有量の一層好ましい範囲は２〜４％である。
【００１４】
Ｆｅ：
Ｆｅはスパッタリングにより得られた遮光膜のパターンエッチング性を良くするために必要に応じて添加される。しかし、Ｆｅの含有量が１％未満では所望の効果が得られず、一方、５％を越えて添加すると遮光膜の耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を１〜５％に定めた。Ｆｅ含有量の一層好ましい範囲は２〜４％である。
【００１５】
Ｃｕ，Ｖ：
これら成分は、遮光膜のパターンエッチングにおけるエッチング性を向上させるために必要に応じて添加するが、その添加量はＣｕおよびＶの内の１種または２種を合計で１％未満では所望の作用が得られないので好ましくなく、一方、１０％を越えて含有すると耐食性が低下するので好ましくない。したがって、ＣｕおよびＶの内の１種または２種を合計で１〜１０％（好ましくは、２〜５％）に定めた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
表１に示される成分組成を有し、直径：１８０ｍｍの寸法を有するＮｉ基合金インゴットを作製し、これらＮｉ基合金インゴットを１２５０℃、４時間保持することにより均質化処理し、この均質化処理したインゴットを１２００℃で熱間鍛造することにより厚さ：２５ｍｍのスラブを作製し、次いでこれらスラブを１１５０℃で熱間圧延することにより厚さ：７ｍｍの板を作製し、この板を機械加工することにより直径：１５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する本発明ターゲット１〜１０、比較ターゲット１〜２および従来ターゲット１〜２を作製した。
【００１７】
これらターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に設置し、コーニング社製の＃７０５９ガラス基板表面にいずれも膜厚：約１１０ｎｍを有し、本発明ターゲット１〜１０、比較ターゲット１〜２および従来ターゲット１〜２の成分組成と同じ成分組成を有する遮光膜を形成した。
このようにして得られた遮光膜について、下記の透過試験および腐食試験を行った。
【００１８】
（イ）透過試験
入射光の強度Ｉおよび透過光の強度Ｉ₀を測定して透過率Ｉ／Ｉ₀を求め、−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ₀）で定義する値（オプティカルデンシティ値、以下これをＯＤ値という）を求め、その結果を表１に示した。
【００１９】
（ロ）腐食試験
試験液として、ＩＴＯ洗浄液に相当する１２質量％ＫＯＨの水酸化カリウム水溶液および酸性溶液として１２質量％ＨＣｌの塩酸水溶液を用意し、これら水酸化カリウム水溶液および塩酸水溶液それぞれに１５分間浸漬し、浸漬前後における遮光膜の膜厚変化量を測定し、その結果を表１に示して耐食性を評価した。膜厚の変化量が多いほど腐食により膜厚が減少し、耐食性が劣るという評価が得られることになる。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
表１に示された結果から、本発明ターゲット１〜１０を用いてスパッタリングすることにより形成した遮光膜は、従来ターゲット１〜２を用いてスパッタリングすることにより形成した遮光膜に比べてＯＤ値が高いところから遮光性が優れており、さらに膜厚変化量がほぼ同等であるから耐食性にも優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた含有量を有する比較ターゲット１〜２は膜厚変化量が大きいところから耐食性が極端に劣るので好ましくないことが分かる。したがって、この発明は液晶パネルの品質の向上を計ることができ、ディスプレー産業の発展に大いに貢献し得るものである。

Claims

Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＮｂ：０．５〜６％、Ｔｉ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＴｉ：１〜５％、Ｆｅ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
Ｍｏ：１０〜３０％、Ｔａ：１〜１０％を含有し、さらにＮｂ：０．５〜６％、Ｔｉ：１〜５％、Ｆｅ：１〜５％を含有し、残りがＮｉおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット。
さらに、ＣｕおよびＶの内の１種または２種を合計で１〜１０％を含有することを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載のブラックマトリックス用遮光膜を形成するためのスパッタリングターゲット。