JP4641172B2 - Ｉｔｏ膜のパターンニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の一面上に、基板側から順に、有機材層、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている加工用基板に対し、そのＩＴＯ膜に、所定のレーザ光を所定形状に選択的に照射することにより、ＩＴＯ膜を前記所定形状に抜きパターンとしてパターンニングするＩＴＯ膜のパターンニング方法に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置とも言う）は、薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノートパソコンを中心にその市場が急速に拡大してきた。
特に、最近になって、こうしたパソコン用ディスプレイの一環として、ノートパソコンに比べてより大型のデスクトップ用モニターの需要が発生している。
また、パソコン用のみならず、従来であればＣＲＴが主流であったテレビ向けにも液晶ディスプレイが利用されるようになってきた。

このような中、大型の液晶ディスプレイにおいては、全画面にわたって視野角度によらない、均一な輝度やコントラスト等を確保することが特に要求されるが、従来、広く用いられている捩れ配向モード（以下ＴＮ−ＬＣＤ）では、視野角度が狭いことが大きな問題点となっていた。

これに対して、近年、Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＩＰＳ）モード、光学補償ＴＮモードなど、多くの改善モードが開発されてきている。
その中でも、複数配向分割型垂直配向モード（以下、ＭＶＡモード；Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ とも言う）が、その（１）広視野角、（２）高コントラスト、（３）高速応答、（４）忠実な色再現、（５）高精細といった優位性から、現在広く注目を集めている。
このＭＶＡモードは、電圧非印加時に全ての液晶分子が配向膜上に垂直に立った状態で整列しており、電圧印加時に液晶分子が倒れることで表示制御を行う方法である。
そして、高品位な表示を実現するために、液晶分子が倒れる方向が隣接するドメイン毎に異なる構成となっている。
ＭＶＡモードは、マルチドメイン（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ）を形成することにより、液晶分子の屈折率の異方性特性を補償した変形駆動モードである。

当初、このような複数配向分割、いわゆるマルチドメイン化、を実現するためにマスクラビングを複数回繰り返す手法が提案された。
しかしながら、この方法を用いた場合、ラビング工程に起因する静電気の発生、発塵などの発生による歩留まり率の低下、プロセスの複雑化による生産性の低下などの理由から、生産プロセスにおける信頼性が十分であるとは言えなかった。

このような実情に鑑み、近年、特許公報第２９４７３５０号（特許文献１）に記載されるように、液晶パネル内に突起を設けることにより、ラビングの手法を用いることなく液晶分子の傾斜方向を規定する手法が採用されてきている。
これを以下、特に、富士通社のＭＶＡモードと言う。
この方法では、配向を制御する突起がジグザグ線のストライプ状に設けられることにより、電圧印加時の液晶分子の長軸が、ジグザグ線の中心軸に対して水平に見て４５°の角度をなす４方向に均等に規制されてなる。
すなわち、一画素内における配向方向を４分割とし、かつその分割面積が等しくなるように設計されている。
また、この手法では、配向を制御する突起がカラーフィルタ側とアレイ側の双方に設けてあり、セル化したときに交互に配列するように形成される。
特許公報第２９４７３５０号

さらに最近では、富士通社のＭＶＡモードにおけるアレイ側の配向制御突起の代わりに、仮想的な配向制御突起として、韓国の三星社により、ＩＴＯ膜にスリットを設けた構造も開発されている。
これは、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードと言われるものである。

しかし、図示して説明はしていないが、前記富士通社のＭＶＡモード、三星社のＰＶＡモードの液晶表示装置は、典型的なＶＡモード及びＴＮモードの液晶表示装置に比べて、その製造時に１枚のマスク（Ｍａｓｋ）を余分に必要とするために製造工程及び費用が増加する問題点がある。
前記富士通社のＭＶＡモードとするための、突起パターンの形成、ＰＶＡモードとするためのＩＴＯスリットの形成は、それぞれ、フォトリソ法、フォトエッチング法によるため、１枚のマスクが追加されされなければならず、また合わせて、フォトレジストの塗布、硬化、露光及び現象工程と蝕刻工程、フォトレジストのストリップ工程などが追加されなければならないために、結局、前記した富士通社のＭＶＡモード、三星社のＰＶＡモードは典型的なＶＡ及びＴＮモードに比べて製造工程が複雑であるだけでなく、製造の費用が増加することになる。

上記のように、近年、ＶＡモードの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）においては、その品質面からの改善から、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、配向方向を制御する制御用突起の形成や、ＩＴＯスリットの形成が行われるようになってきたが、これに伴い、これらを形成するために工程数が増え、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面で問題となってきた。
本発明は、これに対応するもので、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決して、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、ＩＴＯスリットの形成を行うことができるパターンニング方法を提供しようとするものである。
更に具体的には、基板の一面上に、基板側から順に、着色層、オーバーコート層（平坦化層）、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている液晶表示装置用のカラーフィルタ基板に対し、そのＩＴＯ膜に、所定のレーザ光を所定形状に選択的に照射することにより、ＩＴＯ膜を前記所定形状にパターンニングするＩＴＯ膜のパターンニング方法で、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決できるパターンニング方法を提供しようとするものである。

本発明のＩＴＯ膜のパターンニング方法は、基板の一面上に、基板側から順に、有機材層、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている加工用基板に対し、ＩＴＯ膜の所定形状領域に所定のレーザ光を選択的に照射することにより、前記ＩＴＯ膜の所定形状領域を抜きパターンとして形成するＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記所定のレーザ光として、加工用基板の加工対象とするＩＴＯ膜に対して非熱的な光分解反応であるアブレーションを起し、ＩＴＯ膜およびＩＴＯ膜下の有機材層に対して低発熱の紫外線波長のエキシマレーザ光を用い、ＩＴＯ膜の下のＩＴＯ膜以外のものに損傷等の品質的なダメージを与えないレーザ光の照射条件にて、前記加工用基板のＩＴＯ膜に対して前記レーザ光を選択的に照射し、照射領域において、ＩＴＯ膜を除去し、抜きパターンをＩＴＯ膜に形成するものであり、前記所定のレーザ光として、酸素による吸収を無視できる非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光を用いるもので、該非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光が、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザであることを特徴とするものである。
そして、上記のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、ＩＴＯ膜の除去は、ＩＴＯ膜を有機材層との境界から剥離して除去するものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかのＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、吸引手段により、アブレーションにより発生する飛散物や剥離されたＩＴＯ膜を吸引しながら除去を行うものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、ＩＴＯ膜は、低温（常温〜１４０℃の範囲の温度）で成膜された、アモルファス状態のものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記加工用基板は液晶表示装置用のカラーフィルタ基板であることを特徴とするものであり、前記液晶表示装置用のカラーフィルタ基板は、基板側から順次、着色層、オーバーコート層（平坦化層）、ＩＴＯ膜を積層した積層構造で、オーバーコート層（平坦化層）が有機材料からなることを特徴とするものであり、前記所定のレーザ光として、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用い、前記カラーフィルタ基板におけるオーバーコート層（平坦化層）として、エポキシ樹脂、あるいは、カルド樹脂、ポリイミド樹脂層のいずれか１を用い、前記所定のレーザ光の照射条件として、１２０〜１８０ｍＪ／ｃｍ² の強度のパルスにて照射するものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかのＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記選択照射作業は、前記所定のレーザ光に透明な基板の一面に、所定形状の開口を設けた遮光膜を形成し、その所定形状の開口領域において前記レーザ光を通過させ、非開口領域において前記レーザ光を遮光する転写用マスクに対し、その転写するパターン領域全体に、均一な状態の前記所定のレーザ光を入射して、該転写用マスクの開口から出射したレーザ光を、縮小投影して、前記加工基板のＩＴＯ膜面上に、前記転写用マスクの前記所定のパターン領域を縮小転写する、転写方式を採るものであることを特徴とするものであり、前記加工用基板を、ＩＴＯ膜側を上にしてＸ−Ｙ移動ステージ上に載置し、決められたステージ位置にて、前記転写する作業を１回、あるいは、転写位置を変えて２回以上行うレーザ光照射作業を、ステージ位置を変えて繰り返して行う、ステップアンドリピート方式を採ることを特徴とするものである。
尚、ここで言う、ＩＴＯ膜の除去は、アブレーションのみによるものではなく、アブレーションの作用を有する所定のレーザの照射に際して、アブレーションとともに、有機材層との界面にてＩＴＯ膜が剥離する現象が起こり、ＩＴＯ膜の除去が行われるものであり、必要に応じて、ミスト雰囲気中で清浄に湿らせて吸引する湿式吸引方式や、清浄Ｎ ₂ 雰囲気中で吸引する吸引方式を併用して、除去することも含むものである。
また、ここでは、ＩＴＯ膜およびＩＴＯ膜下の有機材層に対して低発熱とは、ＩＴＯ膜
およびＩＴＯ膜下の有機材層に対して、熱を起因とする品質的なダメージを与えない程度に低発熱であることを意味する。

（作用）
本発明のＩＴＯ膜のパターンニング方法は、このような構成にすることにより、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決して、複数配向分割型（ＭＶＡモード）とするための、ＩＴＯスリットの形成を行うことができるパターンニング方法の提供を可能としている。
特に、基板の一面上に、基板側から順に、有機材層、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としているカラーフィルタ基板に対し、更に具体的には、基板の一面上に、基板側から順に、着色層、オーバーコート層（平坦化層）、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている液晶表示装置用のカラーフィルタ基板に対し、該カラーフィルタ基板のＩＴＯ膜に、所定のレーザ光を所定形状領域に選択的に照射することにより、品質的に問題なく前記所定形状領域に抜きパターンとしてパターンニングするＩＴＯ膜のパターンニング方法で、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決できるパターンニング方法の提供を可能としている。
具体的には、所定のレーザ光として、加工用基板の加工対象とするＩＴＯ膜に対して非熱的な光分解反応であるアブレーションを起し、ＩＴＯ膜およびＩＴＯ膜下の有機材層に対して低発熱の紫外線波長のエキシマレーザ光を用い、ＩＴＯ膜の下のＩＴＯ膜以外のものに損傷等の品質的なダメージを与えないレーザ光の照射条件にて、前記加工用基板のＩＴＯ膜に対して前記レーザ光を選択的に照射し、照射領域において、ＩＴＯ膜を除去し、抜きパターンをＩＴＯ膜に形成するものであり、前記所定のレーザ光として、酸素による吸収を無視できる非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光を用いるもので、該非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光が、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザであることにより、更に具体的には、ＩＴＯ膜の除去は、ＩＴＯ膜を有機材層との境界から剥離して除去するものであることにより、これを達成している。
先にも述べたように、ここでの、ＩＴＯ膜の除去は、アブレーションのみによるものではなく、アブレーション作用を有する所定のレーザの照射に際して、アブレーションとともに、有機材層との界面にてＩＴＯ膜が剥離する現象が起こり、ＩＴＯ膜の除去が行われるものであり、特に、ＩＴＯ膜を有機材層との境界から剥離して除去する場合には、ＩＴＯ膜下の有機材層のダメージを全く無く、あるいは極めて少なくして、ＩＴＯ膜の除去を行うことを可能にしている。
ＩＴＯ膜を有機材層との境界から剥離して除去する場合には、アブレーションと界面でのＩＴＯ膜剥離現象とが相乗して、ＩＴＯ膜の除去を良品質で効果的にできる。
このような除去であるため、加工用基板への、アブレーション効果を有する所定のレーザの照射と共に、吸引手段による、アブレーションにより発生する飛散物や剥離されたＩＴＯ膜を吸引しながら除去を行うのが一般的である。
ミスト雰囲気中で清浄に湿らせて吸引する湿式吸引や、清浄Ｎ２雰囲気中で吸引する吸引方式が挙げられる。
尚、エキシマレーザとしては、波長３５１ｎｍのＸｅＦｅエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが知られているが、これらエキシマレーザーの発振波長は紫外光領域にあり、かつ、ｎｓｅｃオーダーのパルス幅の大きなエネルギー密度を持つため、種々の物質に対し非熱的な光分解反応（Ｐｈｏｔｏ−ｄｅｃｏｍｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｂｌｅａｔｉｏｎ、あるいは、単にアブレーションとも言う）を起こす。

前記所定のレーザ光として、酸素による吸収を無視できる非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光を用いることにより、転写のために特別な真空系を配設する必要はなく、大気中で転写の作業を行うことが可能で、作業をし易いものとしている。
非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光としては、波長３５１ｎｍのＸｅＦｅエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザが挙げられる。
この場合、最大で３００Ｈｚ程度であるが、真空紫外線（例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ）より扱いは容易である。
また、非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光としては、波長３５１ｎｍのＸｅＦｅエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザがあるが、特に、アブレーション効果の強い波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザが好ましい。

また、ＩＴＯ膜としては、低温（常温〜１４０℃の範囲の温度）で成膜された、アモルファス状態のものを用いることにより、形成するＩＴＯパターンのビリツキを少ないものとできる。
尚、ビリツキの発生が少なくするという加工性の面からは、アニール前、アモルファス状態のＩＴＯ膜が好ましく、ＩＴＯ膜の加工後、密着性の面からアニール処理を行うのが好ましい。

加工用基板が液晶表示装置用のカラーフィルタ基板である場合にも適用ができ、特に、基板側から順次、着色層、オーバーコート層、ＩＴＯ膜を積層した積層構造で、オーバーコート層が有機材料からなるカラーフィルタ基板を加工用基板とする場合には、ＩＴＯの除去の際、例え、その下のオーバーコート層に少しのダメージが生じたとしても着色層への影響はなく、品質的に問題なくＩＴＯ膜の除去を行うことができる。
そして、更に、前記所定のレーザ光として、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用い、カラーフィルタ基板におけるオーバーコート層として、エポキシ樹脂、あるいは、カルド樹脂、ポリイミド樹脂層のいずれか１を用い、好ましくは、熱硬化型のエポキシ樹脂あるいは紫外線硬化型カルド樹脂を用い、前記所定のレーザ光の照射条件として、１２０〜１８０ｍＪ／ｃｍ² の強度のパルスにて照射するものであることにより、ＩＴＯ膜下の有機材層他にダメージを与えることなく、ＩＴＯ膜の剥離して除去することを可能にしている。 尚、ＩＴＯ膜としては、その機能、加工性、密着性の等の面から厚さ１５００Å程度のものが一般には使用される。

選択照射作業としては、具体的には、前記所定のレーザ光に透明な基板の一面に、所定形状の開口を設けた遮光膜を形成し、その所定形状の開口領域において前記レーザ光を通過させ、非開口領域において前記レーザ光を遮光する転写用マスクに対し、その転写するパターン領域全体に、均一な状態の前記所定のレーザ光を入射して、該転写用マスクの開口から出射したレーザ光を、等倍投影して、あるいは、縮小投影して、前記加工基板のＩＴＯ膜面上に、前記転写用マスクの前記所定のパターン領域を転写する、転写方式を採る形態が挙げられる。
従来の方法のように製版工程を伴うＩＴＯ開口パターンの形成ではなく、作業を容易にし、作業性の良いものとしている。
これらの場合、全ての形成するパターンに対し、均一性の良い状態でレーザの照射を行うことを可能とし、照射条件を制御し易いものとしており、結果、前記転写する作業は、前記所定のレーザ光として、ＩＴＯ膜に対してアブレーション効果を有し、ＩＴＯ膜およびのＩＴＯ下の有機材層に対して低発熱の短波長の紫外線レーザを用い、ＩＴＯ膜を剥離除去でき、ＩＴＯ膜の下のＩＴＯ膜以外のものに損傷等の品質的なダメージを与えないレーザ光の照射条件にて、行うことを容易に可能にしている。
更にまた、転写用マスクの絵柄を縮小投影する場合には、加工用基板に精度の良い加工を可能にしている。
尚、転写用マスクとしては、金属板に開口を設けたメタルマスクも知られているが、エキシマレーザ光に透明な基板の一面に該エキシマレーザ光に遮光性の遮光膜を形成し、該遮光膜に開口を設けた、転写用マスクが、開口の加工精度からも転写精度の面では好ましい。
この転写用マスクの場合、フォトマスクレベルでパターンの微細化と高い精度で転写用マスクを加工することができる。
例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用いる場合には、レーザ光に透明な基板としては、石英基板を挙げることができる。

更に、上記転写方式を採る形態において、前記加工用基板を、ＩＴＯ膜側を上にしてＸ−Ｙ移動ステージ上に載置し、決められたステージ位置にて、前記転写する作業を１回、あるいは、転写位置を変えて２回以上行うレーザ光照射作業を、ステージ位置を変えて繰り返して行う、ステップアンドリピート方式を採る形態のものが挙げられる。
この場合、形成するパターンの絵柄によっては、例えば繰り返しパターンがつながったような絵柄の場合には、大サイズ領域に渡るパターン形成を可能にしている。
例えば、大サイズのカラーフィルタ基板における、複数配向分割、いわゆるマルチドメイン化の、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードを実現するために、ＩＴＯ膜にスリット開口を設ける、ＩＴＯ膜へのパターン形成を行う場合には、特に有効である。

本発明は、上記のように、基板の一面上に、基板側から順に、有機材層、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている加工用基板に対し、そのＩＴＯ膜に、所定のレーザ光を所定形状に選択的に照射することにより、ＩＴＯ膜を前記所定形状に抜きパターンとしてパターンニングするＩＴＯ膜のパターンニング方法の提供を可能とした。
これにより、具体的には、生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決して、基板の一面上に、基板側から順に、着色層、オーバーコート層（平坦化層）、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている、複数配向分割型（ＭＶＡモード）用の液晶表示装置用のカラーフィルタ基板に対し、該カラーフィルタ基板のＩＴＯ膜に、所定のレーザ光を所定形状に選択的に照射することにより、ＩＴＯ膜を前記所定形状に抜きパターンとしてパターンニングするＩＴＯ膜のパターンニング方法の提供を可能とした。
同時に、このようなパターニング方法によりＩＴＯ膜を抜きパターンとして有機材層上に形成した、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の提供を可能とした。
特に、このようなカラーフィルタ基板で大サイズのものの提供を可能とした。
更にまた、このようなカラーフィルタ基板の提供を用いた液晶表示装置の提供を可能とした。

本発明の実施の形態例を挙げ、図に基づいて説明する
図１（ａ）は本発明のＩＴＯ膜のパターンニング方法の実施の形態の第１の例の工程面図で、図１（ｂ）〜図１（ｄ）は、図１（ａ）のＡ１部のパターニングにおける状態を示した断面図で、図２はパターニングのビリツキを説明するための図で、図２（ａ）は設計パターンの形状、図２（ｂ）は、アニール後のＩＴＯ膜へのパターニング状態を示したもので、図３は転写用マスクを用いたエキシマレーザ光の露光とエキシマレーザ光によるアブレーションを説明するための図である。
図１〜図３において、１１０は液晶用カラーフィルタ基板、１１１は透明基板、１１２はブラックマトリクス、１１３は着色層、１１３ａは第１の着色層、１１３ｂは第２の着色層、１１３ｃは第３の着色層、１１４はオーバーコート層（ＯＣ層、あるいは、平坦化層とも言う）、１２０はＩＴＯ膜、１２５はＩＴＯ開口、１２５ａはＩＴＯの凹部、１３０はエキシマレーザ光（２４８ｎｍ波長のＫｒＦエキシマレーザ光）、１４０は剥離部、２１０は設計パターン、２１１は線状パターン、２１２は孤立四角状パターン、２２０はＩＴＯ膜パターン、２２１は線状ＩＴＯ膜パターン、２２２は孤立四角状ＩＴＯ膜パターン、２２５はビリツキ、３１０は転写用マスク、３１１は遮光領域、３１２は開口、３２０はエキシマレーザ光、３３０は加工用素材、３３１は加工領域、３３１ａは結合分解状態、３３２は加工された凹部、３３５は飛散物である。

本発明のＩＴＯ膜のパターンニング方法の実施の形態の１例を、図１に基づいて説明する。
本例のＩＴＯ膜のパターンニング方法は、図１（ａ）に示すように、透明基板１１１側から順次、着色層１１３、オーバーコート層１１４、ＩＴＯ膜１２０を積層した積層構造の液晶用カラーフィルタ基板１１０をその加工用基板とし、液晶用カラーフィルタ基板１１０の加工対象とするＩＴＯ膜１２０に対してのみ選択的に非熱的な光分解反応であるアブレーションを起し、ＩＴＯ膜１２０およびＩＴＯ膜１２０下の、基板側から順次、着色層１１３、オーバーコート層（平坦化層）１１４を積層した積層構造の各層に対して、低発熱の波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光１３０を用い、ＩＴＯ膜１２０の下のＩＴＯ膜１２０以外のものに損傷等の品質的なダメージを与えないレーザ光の照射条件にて、前記加工用基板のＩＴＯ膜に対して前記レーザ光を選択的に照射し、照射領域において、ＩＴＯ膜を有機材層からなるオーバーコート層１１４との境界から剥離して除去し、抜きパターンをＩＴＯ膜１２０に形成するものである。
そして、本例は、液晶用カラーフィルタ基板１１０に対し、そのＩＴＯ膜１２０の所定形状領域に、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を選択的に照射することにより、ＩＴＯ膜１２０の所定形状領域を抜きパターンとして形成するＩＴＯ膜のパターンニング方法で、ここでは、酸素による吸収を無視できる非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光の中でアブレーション作用の面で優れた波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を用いている。

液晶用カラーフィルタ基板１１０のＩＴＯ膜１２０は、低温（常温〜１４０℃の範囲の温度）で成膜され、アモルファス状態のもので、その機能、加工性、密着性の等の面から厚さ１５００Å程度のものが使用される。
尚、ＩＴＯ膜の抜きパターンのビリツキについては、図２（ａ）に示す設計パターンに対応してレーザ光の照射がＩＴＯ膜上に行われた場合、本例の場合は、ほぼ図２（ａ）に示す設計形状にＩＴＯ膜１２０は形成されるが、例えば、アモルファス状態でないＩＴＯＩＴＯ膜の場合には、同じ条件下で、図２（ｂ）に示すようなビリツキがはっきりとみられる。
また、ＫｒＦエキシマレーザ光によるＩＴＯ膜１２０の加工後に、アニール処理を行うが、これによりオーバーコート層（平坦化層）１１４との密着性が上がる。
本例では、液晶用カラーフィルタ基板１１０のオーバーコート層１１４として、熱硬化
型のエポキシ樹脂を用いたが、加工性やその機能面の要求を満たせばこれに限定はされない。
例えば、他には、カルド樹脂、ポリイミド樹脂層等が挙げられる。
本例においては、レーザ光の照射条件として、１２０〜１４０ｍＪ／ｃｍ2 の強度のパルスを用いて照射を行うが、１２０〜１８０ｍＪ／ｃｍ2 の強度のパルスの場合、ＩＴＯ膜下の有機材層他にダメージを与えることなく、ＩＴＯ膜の剥離して除去することを可能である。
図示していない吸引手段により、アブレーション飛散物（図３の３３５参照）やＩＴＯ
飛散物を吸引しながら照射する。

ここで、転写用マスクを用いたエキシマレーザ光の露光方法とエキシマレーザ光によるアブレーションを、図３に基づいて、簡単に、説明しておく。
エキシマレーザ光を加工用素材の所定形状領域に照射する方法としては、図３（ａ）に示すように、転写用マスク３１０に均一なエキシマレーザ３２０光を照射して、所望の形状に加工された開口３１２を通過した所定形状のレーザ光束を加工用素材３３０へ照射する方法が、従来から知られている。
エキシマレーザ３２０光の照射により、加工領域３３１にエネルギー吸収が起こる。
次いで、加工領域３３１におけるエネルギー吸収により結合分解が起こり（図３（ｂ））、次いで、加工用素材を突発的に飛散するアブレーションを起こし、これにより、加工用素材３３０に凹部３３２を形成する。（図３（ｃ））
尚、先にも述べたように、エキシマレーザの発振波長は紫外光領域にあり、かつ、ｎｓｅｃオーダーのパルス幅の大きなエネルギー密度を持つため、種々の物質に対し非熱的な光分解反応（Ｐｈｏｔｏ−ｄｅｃｏｍｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｂｌｅａｔｉｏｎ、あるいは、単にアブレーションとも言う）を起こす。
また、先にも述べたが、転写用マスクとしては、金属板に開口を設けたメタルマスクも知られているが、エキシマレーザ光に透明な基板の一面に該エキシマレーザ光に遮光性の遮光膜を形成し、該遮光膜に開口を設けたものが、その加工精度からも転写精度の面では好ましい。

次に、本例のＩＴＯ膜のパターニング方法について、更に、図１（ａ）のＡ１を拡大して示した図１（ｂ）〜図１（ｄ）を基に説明する。
本例は剥離してＩＴＯ膜を除去する形態を採るもので、アブレーション作用と剥離現象とを利用してＩＴＯ膜の剥離を行うため、ＩＴＯ膜以外への品質的なダメージを全く無く、あるいは極めて少なくして、ＩＴＯ膜の除去を行う。
図１（ｂ）に示すように、所定の領域に選択的に照射が行われると、図３に示すアブレーション作用でＩＴＯ膜１２０は、凹部１２５ａを形成するが、本例では、熱硬化型のエポキシ樹脂からなるオーバーコート層１１４層上にＩＴＯ膜１２０が積層された構造で、オーバーコート層１１４層とＩＴＯ膜１２０との境界でＩＴＯ膜の剥離が進行しながら、アブレーション作用が進む。
そして、図１（ｃ）に示すように、剥離部１４０を大きくしながらアブレーションによる凹部１２５ａの形成は進み、凹部１２５ａでのＩＴＯ残膜の厚さは薄くなり、これより、若干のアブレーションが進んだ時点で、ＩＴＯ残膜の剥離してＩＴＯ膜の除去を完了する。 (図１（ｄ））
本例では、ＩＴＯ膜１２０の下地であるオーバーコート層１１４層へのダメージという面から、剥離を伴った状態で、アブレーション作用を停止する。
尚、加工される抜きパターンのビリツキ品質の面では、剥離がない状態の方が好ましいが、ＩＴＯ膜１２０とオーバーコート層１１４層との境界においては、剥離の進行はどうしても起こるようである。
本例においては、この剥離が起こるということを利用したもので、アブレーション作用によりオーバーコート層１１４層へのダメージを発生させないように、剥離を伴った状態で、アブレーション作用を停止するものである。
そのため、ここでは、必要に応じて、図示していない吸引手段により、アブレーション飛散物（図３の３３５参照）やＩＴＯ飛散物を吸引する。

エキシマレーザ光の選択的な照射方法としては、図３に記載のような転写用マスクを用いる転写方式形態の照射方法の他に、画像データに基づきラスター走査し、且つ、レーザビームをオンオフ制御して、所望の領域を照射する走査方式の形態の照射方法も採ることができる。
転写用方式の形態の照射方法においても、転写用マスクの絵柄を等倍で転写する方式や縮小投影して転写する方式、これらとステップアンドリピート方式との組み合わせ等、種々の態が適用できる。
また、走査方式の形態の照射方法もレーザを走査するヘッドを複数もつものや、ステップアンドリピート方式との組み合わせ等種々の形態が適用できる。

本例のＩＴＯ膜のパターニング方法は、大サイズのカラーフィルタ基板における、複数配向分割、いわゆるマルチドメイン化の、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎ）モードを実現するために、ＩＴＯ膜にスリット開口を設ける、ＩＴＯ膜へのパターン形成を行う場合には、特に有効である。
結果、カラーフィルタ基板の生産性の面、品質面、製造の費用の増加の面の問題を解決して、液晶表示装置を提供できるものとしている。

図１（ａ）は本発明のＩＴＯ膜のパターンニング方法の実施の形態の第１の例の工程面図で、図１（ｂ）〜図１（ｄ）は、図１（ａ）のＡ１部のパターニングにおける状態を示した断面図である。 図２はパターニングのビリツキを説明するための図で、図２（ａ）は設計パターンの形状、図２（ｂ）は、アニール後のＩＴＯ膜へのパターニング状態を示したものである。 転写用マスクを用いたエキシマレーザ光の露光とエキシマレーザ光によるアブレーションを説明するための図である。

符号の説明

１１０ 液晶用カラーフィルタ基板
１１１ 透明基板
１１２ ブラックマトリクス
１１３ 着色層
１１３ａ 第１の着色層
１１３ｂ 第２の着色層
１１３ｃ 第３の着色層
１１４ オーバーコート層（ＯＣ層、あるいは、平坦化層とも言う）
１２０ ＩＴＯ膜
１２５ ＩＴＯ開口
１２５ａ ＩＴＯの凹部
１３０ エキシマレーザ光（２４８ｎｍ波長のＫｒＦエキシマレーザ光）
１４０ 剥離部、
２１０ 設計パターン
２１１ 線状パターン
２１２ 孤立四角状パターン
２２０ ＩＴＯ膜パターン
２２１ 線状ＩＴＯ膜パターン
２２２ 孤立四角状ＩＴＯ膜パターン
２２５ ビリツキ
３１０ 転写用マスク
３１１ 遮光領域
３１２ 開口
３２０ エキシマレーザ光
３３０ 加工用素材
３３１ 加工領域
３３１ａ 結合分解状態
３３２ 加工された凹部
３３５ 飛散物

Claims (9)

1. 基板の一面上に、基板側から順に、有機材層、ＩＴＯ膜を積層し、ＩＴＯ膜を表面層としている加工用基板に対し、ＩＴＯ膜の所定形状領域に所定のレーザ光を選択的に照射することにより、前記ＩＴＯ膜の所定形状領域を抜きパターンとして形成するＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記所定のレーザ光として、加工用基板の加工対象とするＩＴＯ膜に対して非熱的な光分解反応であるアブレーションを起し、ＩＴＯ膜およびＩＴＯ膜下の有機材層に対して低発熱の紫外線波長のエキシマレーザ光を用い、ＩＴＯ膜の下のＩＴＯ膜以外のものに損傷等の品質的なダメージを与えないレーザ光の照射条件にて、前記加工用基板のＩＴＯ膜に対して前記レーザ光を選択的に照射し、照射領域において、ＩＴＯ膜を除去し、抜きパターンをＩＴＯ膜に形成するものであり、前記所定のレーザ光として、酸素による吸収を無視できる非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光を用いるもので、該非真空紫外線領域の波長のエキシマレーザ光が、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
2. 請求項１に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、ＩＴＯ膜の除去は、ＩＴＯ膜を有機材層との境界から剥離して除去するものであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
3. 請求項１ないし２のいずれか１項に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、吸引手段により、アブレーションにより発生する飛散物や剥離されたＩＴＯ膜を吸引しながら除去を行うものであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、ＩＴＯ膜は、低温（常温〜１４０℃の範囲の温度）で成膜された、アモルファス状態のものであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記加工用基板は液晶表示装置用のカラーフィルタ基板であることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
6. 請求項５に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記液晶表示装置用のカラーフィルタ基板は、基板側から順次、着色層、オーバーコート層（平坦化層）、ＩＴＯ膜を積層した積層構造で、オーバーコート層（平坦化層）が有機材料からなることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
7. 請求項６に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記所定のレーザ光として、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用い、前記カラーフィルタ基板におけるオーバーコート層（平坦化層）として、エポキシ樹脂、あるいは、カルド樹脂、ポリイミド樹脂層のいずれか１を用い、前記所定のレーザ光の照射条件として、１２０〜１８０ｍＪ／ｃｍ² の強度のパルスにて照射するものであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記選択照射作業は、前記所定のレーザ光に透明な基板の一面に、所定形状の開口を設けた遮光膜を形成し、その所定形状の開口領域において前記レーザ光を通過させ、非開口領域において前記レーザ光を遮光する転写用マスクに対し、その転写するパターン領域全体に、均一な状態の前記所定のレーザ光を入射して、該転写用マスクの開口から出射したレーザ光を、縮小投影して、前記加工基板のＩＴＯ膜面上に、前記転写用マスクの前記所定のパターン領域を縮小転写する、転写方式を採るものであることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。
9. 請求項８に記載のＩＴＯ膜のパターンニング方法であって、前記加工用基板を、ＩＴ
   Ｏ膜側を上にしてＸ−Ｙ移動ステージ上に載置し、決められたステージ位置にて、前記転写する作業を１回、あるいは、転写位置を変えて２回以上行うレーザ光照射作業を、ステージ位置を変えて繰り返して行う、ステップアンドリピート方式を採ることを特徴とするＩＴＯ膜のパターンニング方法。

Images