JP5169072B2 - 液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高さの異なるスペーサおよび配向制御用突起を形成する、液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法に関するものである。
近年、パーソナルコンピューターの発達、特に携帯用パーソナルコンピューターの発達に伴い、液晶ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要が増加する傾向にある。
垂直配向（ＶＡ）方式等の液晶表示装置においては、液晶分子の配向を制御する配向制御用突起や、基板間のギャップを保持するスペーサが設けられている。また近年、液晶表示装置での低温発泡の発生を抑制し、局所的な荷重に対して耐性を向上させるために、高さの異なるスペーサを設ける試みがなされている。
従来では、配向制御用突起およびスペーサを形成する際には、配向制御用突起およびスペーサの高さや物性等が異なるために、フォトリソグラフィー工程を２回行う必要があった。また、配向制御用突起および高さの異なるスペーサを形成する際には、フォトリソグラフィー工程を３回行う必要があった。しかしながら、これでは生産性が低下するという問題がある。
そこで、カラーフィルタの製造効率を向上させる等の目的から、例えば露光光を所望の透過率で透過する半透明膜のパターンが形成された階調マスクを用いて、配向制御用突起とスペーサとを一括して形成する方法や、高さの異なるスペーサを一括して形成する方法等が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
上記階調マスクとしては、例えば図１４に示すような、透明基板１０２と、透明基板１０２上に形成され、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜１０３と、その半透明膜１０３上に形成された露光光を実質的に遮光する遮光膜１０４とを有するものが挙げられる。このような階調マスクは、透明基板１０２が露出した、光を透過する透過領域１１３と、遮光膜１０４によって実質的に光を透過しない遮光領域１１１と、半透明膜１０３によって透過する光の量が調整された半透明領域１１２とを有し、これらの透過率差によって階調を出すことができる。これにより、配向制御用突起とスペーサとを一括して形成したり、高さの異なるスペーサを一括して形成したりすることが可能となる。
また、カラーフィルタの製造効率を向上させる等の目的から、例えば配向制御用突起、第一フォトスペーサ、およびこの第一フォトスペーサより高さの低い第二フォトスペーサにそれぞれ対応する遮光膜のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、配向制御用突起と高さの異なるスペーサとを一括して形成する方法等が提案されている（例えば特許文献５参照）。
上記フォトマスクは、例えば図１３に示すように、透明基板１０２上に遮光膜１０４がパターン状に形成されており、各遮光膜のパターンの幅が、第一フォトスペーサに対応するパターン１２１＞第二フォトスペーサに対応するパターン１２２＞配向制御用突起に対応するパターン１２３の順に小さくなるものである。このフォトマスクでは、パターンの幅が小さくなるほど回折光が多くなることを利用して、配向制御用突起と高さの異なるスペーサとを一括して形成することが可能となる。
しかしながら、特許文献１〜４に記載の階調マスクを用いて、配向制御用突起およびスペーサ、あるいは、高さの異なるスペーサを同時に形成する場合、半透明領域および透過領域が隣接している領域では、各領域を通過した光の位相のずれによって、干渉波が生じやすくなる。そのため、半透明領域に対応する領域で、目的とするパターンに配向制御用突起やスペーサを形成すること等が困難となる場合があった。
例えば図４に示すように、上記階調マスクを用いて、ポジ型感光性樹脂を露光し配向制御用突起５３とスペーサ（高スペーサ５１，低スペーサ５２）とを一括して形成した場合、光の位相のずれの影響で干渉が生じ、配向制御用突起５３の膜厚が半透明領域と透過領域との境界付近で薄膜になり、露光不良パターンが生じてしまうことがある。そのため、カラーフィルタと液晶駆動側基板とを対向させて液晶表示装置とした際に、上記の露光不良パターンにより液晶の配向不良が生じ、高品質な表示が困難となる。
また、特許文献５に記載のフォトマスクを用いる場合、パターンの幅の差異による光の回折効果だけで、それぞれ高さの異なる配向制御用突起、第一フォトスペーサおよび第二フォトスペーサを形成するため、フォトマスクやカラーフィルタのサイズ等によってはパターンの幅の差を大きくすることが難しく、充分に高さの差をつけられない場合があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、階調マスクの半透明領域および透過領域が隣接している領域で光の干渉による露光不良パターンが生じ難く、容易に充分な高さの差をつけることが可能な液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供することを主目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、上記感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、上記ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する露光・現像工程とを有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、上記階調マスクが、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、上記透過領域および上記半透明領域が隣接するパターンを有し、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を提供する。
本発明によれば、階調マスクが、上記のシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであるので、透過領域および半透明領域が隣接している領域において、回折光の干渉による影響を少ないものとすることができる。したがって、目的とするパターン状に配向制御用突起を形成すること等が可能となる。また、半透明領域では、半透明膜の透過率によって露光後の感光性樹脂層の膜厚を制御することができるので、高スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を比較的大きくすること等が容易に可能である。
上記発明においては、上記階調マスクにおいて、上記遮光領域が、上記高スペーサに対応する第１遮光領域と、上記低スペーサに対応する第２遮光領域とを有し、上記第１遮光領域の幅が上記第２遮光領域の幅よりも大きくてもよい。この場合には、階調マスクの第１遮光領域を利用して高スペーサを形成し、第２遮光領域を利用して低スペーサを形成し、半透明領域を利用して配向制御用突起を形成し、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成することができる。
また上記発明においては、上記階調マスクにおいて、上記半透明領域が、上記低スペーサに対応する第１半透明領域と、上記配向制御用突起に対応する第２半透明領域とを有し、上記第１半透明領域の透過率が上記第２半透明領域の透過率よりも低くてもよい。この場合には、階調マスクの遮光領域を利用して高スペーサを形成し、第１半透明領域を利用して低スペーサを形成し、第２半透明領域を利用して配向制御用突起を形成し、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成することができる。
さらに本発明においては、上記階調マスクが、上記半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率をＴ（％）、上記透過領域を通過した露光光に対する上記半透明領域を通過した露光光の位相の遅れをδ（ｒａｄ）とした場合に、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下であることが好ましい。−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が上記範囲であることにより、上述したように、階調マスクの透過領域および半透明領域が隣接している領域において、光の干渉による影響を少ないものとすることができるからである。
また本発明においては、上記階調マスクにおける上記半透明膜が、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金およびタンタルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。このような半透明膜であれば、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れを、比較的小さくすることができるからである。
さらに本発明は、上述した液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするカラーフィルタを提供する。
本発明においては、各領域を通過した光の位相のずれによる干渉波の影響が少ないものとすることができるとともに、高スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を比較的大きくすることができ、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を高精細に形成することが可能となるという効果を奏する。
以下、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタについて詳細に説明する。
Ａ．液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法
まず、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法について説明する。
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、上記感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、上記ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する露光・現像工程とを有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、上記階調マスクが、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、上記透過領域および上記半透明領域が隣接するパターンを有し、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであることを特徴とするものである。
まず、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法について説明する。
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、上記感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、上記ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する露光・現像工程とを有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、上記階調マスクが、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、上記透過領域および上記半透明領域が隣接するパターンを有し、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであることを特徴とするものである。
なお、高スペーサおよび低スペーサとは、高さの異なるスペーサを意味する。高スペーサは低スペーサよりも高さが高いものである。
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に用いられる階調マスクの一例を示す模式図である。なお、図１(a)は図１(b)のＡ−Ａ線断面図である。図１(a)に例示するように、階調マスク１は、透明基板２上にパターン状に半透明膜３および遮光膜４が形成されたものである。また、図１(b)に例示するように、階調マスク１は、透明基板２上に遮光膜４が設けられた遮光領域１１ａ，１１ｂと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられた半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有しており、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有している。
図１は、本発明に用いられる階調マスクの一例を示す模式図である。なお、図１(a)は図１(b)のＡ−Ａ線断面図である。図１(a)に例示するように、階調マスク１は、透明基板２上にパターン状に半透明膜３および遮光膜４が形成されたものである。また、図１(b)に例示するように、階調マスク１は、透明基板２上に遮光膜４が設けられた遮光領域１１ａ，１１ｂと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられた半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有しており、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有している。
図１に例示する階調マスクは、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものとなる。
シミュレーションでは、一般的なフレネル回折に基づく、下記の数式（１）により、基板上の点Ｐでの光の振幅ＥＰを、対応する階調マスクの開口部（透過領域）の各点からの球面波の積分値として計算により求め、さらに、下記の数式（２）により、点Ｐでの光強度Ｉを、計算により求めることができる。
図２は、下記の数式（１）による基板３１上の点Ｐでの光強度分布の計算を説明するための図であり、階調マスク１の開口部（透過領域１３）の任意の点Ｑと、基板３１上の任意の点Ｐとの位置関係を示した模式図である。図２において、点Ｓは点Ｑを通過した露光光３２が直進した場合の基板３１上の位置である。
図２は、下記の数式（１）による基板３１上の点Ｐでの光強度分布の計算を説明するための図であり、階調マスク１の開口部（透過領域１３）の任意の点Ｑと、基板３１上の任意の点Ｐとの位置関係を示した模式図である。図２において、点Ｓは点Ｑを通過した露光光３２が直進した場合の基板３１上の位置である。
ここで、数式（１）において、ｋ＝２π／λであり、ＥＰは基板上の点Ｐにおける光の振幅、Ａは入射光の強度によって決まる定数、λは入射光の波長、δは線分ＱＳと線分ＱＰのなす角、ｒは点Ｑから点Ｐまでの距離、ｉは虚数単位である。
Ｉ＝ＥＰ×ＥＰ ＊ （２）
ここで、数式（２）において、ＥＰ ＊はＥＰの共役複素数である。
ここで、数式（２）において、ＥＰ ＊はＥＰの共役複素数である。
なお、上記の計算は、階調マスクの開口部（透過領域）および基板上を有限の微小区間に区切り、計算機により行うものとする。
図１に示す階調マスクを用いて、光強度分布をシミュレーションにより求めた結果を図３に示す。なお、図３は、図１(b)のＢ−Ｂ線部分に相当する。シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率：３０％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）：０．０２ｒａｄまたは１．２２ｒａｄ、半透明領域の線幅：１５μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。
図３(a)の場合、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少しており、光強度分布に変曲点をもたない。一方、図３(b)の場合、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少せずに増加する部分がある。
図３(b)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて露光を行うと、光の干渉によって半透明領域に対応する領域の膜厚が透過領域との境界付近で薄膜になりやすい。
図４は、図３(b)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて、配向制御用突起および高さの異なるスペーサ（低スペーサ・高スペーサ）を形成する例である。まず、図４(a)に例示するように、基板２１上に遮光部２２および着色層２３を形成し、着色層２３上に透明電極層２４を形成し、その透明電極層２４上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５を形成する。次いで、図４(b)に例示するように、上記階調マスク１を介してポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５に光５０を照射すると、光の位相のずれ等の影響で干渉が生じ、配向制御用突起５３の膜厚が半透明領域１２と透過領域１３との境界付近で薄膜になり、露光不良パターンが生じてしまう。この場合、実際に得られるパターンとシミュレーション結果とは一致しているといえる。
図４は、図３(b)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて、配向制御用突起および高さの異なるスペーサ（低スペーサ・高スペーサ）を形成する例である。まず、図４(a)に例示するように、基板２１上に遮光部２２および着色層２３を形成し、着色層２３上に透明電極層２４を形成し、その透明電極層２４上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５を形成する。次いで、図４(b)に例示するように、上記階調マスク１を介してポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５に光５０を照射すると、光の位相のずれ等の影響で干渉が生じ、配向制御用突起５３の膜厚が半透明領域１２と透過領域１３との境界付近で薄膜になり、露光不良パターンが生じてしまう。この場合、実際に得られるパターンとシミュレーション結果とは一致しているといえる。
これに対し、図３(a)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて露光を行うと、光の干渉による露光不良パターンの発生を抑制することができる。
図５は、図３(a)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて、配向制御用突起および高さの異なるスペーサ（低スペーサ・高スペーサ）を形成する例である。まず、図５(a)に例示するように、基板２１上に遮光部２２および着色層２３を形成し、着色層２３上に透明電極層２４を形成し、その透明電極層２４上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５を形成する。次いで、図５(b)に例示するように、上記階調マスク１を介してポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５に光５０を照射すると、光の干渉による露光不良パターンは発生せず、図５(c)に例示するように、所望のパターンに高スペーサ５１、低スペーサ５２および配向制御用突起５３を形成することができる。この場合も、実際に得られるパターンとシミュレーション結果とは一致しているといえる。
図５は、図３(a)のような光強度分布を示す階調マスクを用いて、配向制御用突起および高さの異なるスペーサ（低スペーサ・高スペーサ）を形成する例である。まず、図５(a)に例示するように、基板２１上に遮光部２２および着色層２３を形成し、着色層２３上に透明電極層２４を形成し、その透明電極層２４上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５を形成する。次いで、図５(b)に例示するように、上記階調マスク１を介してポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層２５に光５０を照射すると、光の干渉による露光不良パターンは発生せず、図５(c)に例示するように、所望のパターンに高スペーサ５１、低スペーサ５２および配向制御用突起５３を形成することができる。この場合も、実際に得られるパターンとシミュレーション結果とは一致しているといえる。
このように所定の階調マスクを用いた場合には、階調マスクが、上述のシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであるので、干渉による露光不良パターンの発生を抑制することができ、解像性を向上させることが可能である。
本発明においては、ポジ型感光性樹脂を用いるので、階調マスクの遮光領域を利用して高さの最も高い高スペーサを形成し、階調マスクの半透明領域を利用して高さの最も低い配向制御用突起を形成する。
したがって本発明においては、透過領域および半透明領域が隣接する領域で干渉による露光不良パターンの発生を抑制することができることから、目的とするパターン状に感光性樹脂層をパターニングし、配向制御用突起を高精細に形成することが可能となる。
また、半透明領域では、半透明膜が設けられているので、半透明膜の材料や膜厚等を調整することにより、透過率を制御することができる。そのため、半透明領域を所定の透過率に設定することにより、所望の高さの配向制御用突起を形成することが可能である。したがって本発明においては、高スペーサおよび配向制御用突起の高さを調整するために、高スペーサに対応する遮光領域の幅と、配向制御用突起に対応する半透明領域の幅とを考慮する必要がない。一方、従来では、遮光膜のパターン（遮光領域）の幅を調整することによって高スペーサおよび配向制御用突起の高さを制御していたが、フォトマスクやカラーフィルタのサイズ等によって、配向制御用突起に対応する遮光膜のパターン（遮光領域）の幅に対する高スペーサに対応する遮光膜のパターン（遮光領域）の幅が制限されることがあり、高スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を充分につけることが困難であった。これに対して本発明においては、上述したように遮光領域の幅によってではなく、半透明領域の透過率によって配向制御用突起の高さを調整するものであるので、高スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を比較的大きくすることが容易に可能である。
また本発明においては、上述したように、階調マスクの遮光領域を利用して高スペーサを形成し、階調マスクの半透明領域を利用して配向制御用突起を形成するのであるが、低スペーサについては、階調マスクの遮光領域を利用して形成してもよく、階調マスクの半透明領域を利用して形成してもよい。
階調マスクの半透明領域を利用して低スペーサを形成する場合には、例えば図６に示すように、階調マスク１の遮光領域１１を利用して高スペーサ５１を形成し、第１半透明領域１２ａを利用して低スペーサ５２を形成し、第１半透明領域１２ａよりも透過率が高い第２半透明領域１２ｂを利用して配向制御用突起５３を形成することができる。この場合には、上述したように本発明においては、透過領域および半透明領域が隣接する領域で干渉による露光不良パターンの発生を抑制することができることから、目的とするパターン状に感光性樹脂層をパターニングし、配向制御用突起および低スペーサを高精細に形成することが可能となる。また、高スペーサの高さに対して、配向制御用突起および低スペーサの高さを比較的低くすることが容易に可能である。
一方、階調マスクの遮光領域を利用して低スペーサを形成する場合には、例えば図５に示すように、階調マスク１の第１遮光領域１１ａを利用して高スペーサ５１を形成し、第１遮光領域１１ａよりも幅が小さい第２遮光領域１１ｂを利用して低スペーサ５２を形成し、半透明領域１２を利用して配向制御用突起５３を形成することができる。この場合には、高スペーサおよび低スペーサの高さに対して、配向制御用突起の高さを比較的低くすることが容易に可能である。
階調マスクの遮光領域を利用して高スペーサおよび低スペーサを形成する場合の、高スペーサおよび低スペーサの高さの調整について説明する。
図５(b)に例示する階調マスク１は、遮光領域として、高スペーサ５１に対応する第１遮光領域１１ａと、低スペーサ５２に対応する第２遮光領域１１ｂとを有している。図５(c)に示すように、高スペーサの高さｈ１と低スペーサの高さｈ２とはｈ１＞ｈ２の関係にあり、高スペーサの幅ｗ１と低スペーサの幅ｗ２とはｗ１＞ｗ２の関係にある。そして、図５(b)に示すように、階調マスク１の第１遮光領域１１ａの幅ｄ１および第２遮光領域１１ｂの幅ｄ２は、それぞれ高スペーサの幅ｗ１および低スペーサの幅ｗ２に対応し、ｄ１＞ｄ２の関係にある。
図５(b)に例示する階調マスク１は、遮光領域として、高スペーサ５１に対応する第１遮光領域１１ａと、低スペーサ５２に対応する第２遮光領域１１ｂとを有している。図５(c)に示すように、高スペーサの高さｈ１と低スペーサの高さｈ２とはｈ１＞ｈ２の関係にあり、高スペーサの幅ｗ１と低スペーサの幅ｗ２とはｗ１＞ｗ２の関係にある。そして、図５(b)に示すように、階調マスク１の第１遮光領域１１ａの幅ｄ１および第２遮光領域１１ｂの幅ｄ２は、それぞれ高スペーサの幅ｗ１および低スペーサの幅ｗ２に対応し、ｄ１＞ｄ２の関係にある。
図５(b)において、階調マスク１の上方からの光５０は、階調マスク１の透過領域１３を経て感光性樹脂層２５に照射されるが、近接露光のギャップＧが充分に大きいと、照射される光５０は、透過領域１３の下方の感光性樹脂層２５の部分のみでなく、照射される光の回折によって遮光領域１１ａ，１１ｂの下方の感光性樹脂層２５の部分にも達する。そのため、ポジ型感光性樹脂が現像液に可溶なものへと光分解される。
この回折される光は、図５(c)に示すような、幅ｗ１の広い高スペーサ５１に対応した幅ｄ１の大きな第１遮光領域１１ａの下方では少なく、幅ｗ２の狭い低スペーサ５２に対応した幅ｄ２の小さな第２遮光領域１１ｂの下方では多くなる。
したがって、幅ｗ１の広い高スペーサ５１に対応した第１遮光領域１１ａの下方の感光性樹脂層２５の部分では光分解される量が少なく、幅ｗ２の狭い低スペーサ５２に対応した第２遮光領域１１ｂの下方の感光性樹脂層２５の部分では光分解される量が多くなる。このため、図５(c)に例示するように、高さが高く、幅が広い高スペーサと、高さが低く、幅が狭い低スペーサとが同時に得られることになる。
本発明に用いられる階調マスクは、上述したようにシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、かつ、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、光強度分布に変曲点をもたないものである。
シミュレーションにより得られる光強度分布は、露光ギャップ、露光波長、露光方式などに応じて異なるので、シミュレーション条件は、実際に階調マスクを用いる際の露光条件と同様とすればよい。
シミュレーションにより得られる光強度分布は、露光ギャップ、露光波長、露光方式などに応じて異なるので、シミュレーション条件は、実際に階調マスクを用いる際の露光条件と同様とすればよい。
なお、「透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域」とは、透過領域および半透明領域の境界から半透明領域に向けて５μｍ以内の領域、および、透過領域および半透明領域の境界から透過領域に向けて５μｍ以内の領域をいう。
また、「変曲点をもたない」とは、上に凸の状態から上に凹の状態に変わる点、または、上に凹の状態から上に凸の状態に変わる点を有さないことをいう。
透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことは、シミュレーション結果により確認するものとする。この際、階調マスクを通過する前の露光光の相対強度、すなわち透過領域を通過した露光光の相対強度を１としたときに、±０．００１以内の変化は誤差とする。
また、「変曲点をもたない」とは、上に凸の状態から上に凹の状態に変わる点、または、上に凹の状態から上に凸の状態に変わる点を有さないことをいう。
透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことは、シミュレーション結果により確認するものとする。この際、階調マスクを通過する前の露光光の相対強度、すなわち透過領域を通過した露光光の相対強度を１としたときに、±０．００１以内の変化は誤差とする。
以下、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法について、各工程ごとに詳しく説明する。
１．感光性樹脂層形成工程
本発明における感光性樹脂層形成工程は、着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する工程である。
本発明における感光性樹脂層形成工程は、着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する工程である。
本発明に用いられるポジ感光性樹脂としては特に限定されるものではなく、一般的に使用されるものを用いることができる。具体的には、ノボラック樹脂をベース樹脂とした感光性樹脂等が挙げられる。
上記ポジ感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物の塗布方法としては、例えばスピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等を使用することができる。
塗布後の感光性樹脂層の厚みは、形成する高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起に応じて適宜調整される。例えば図５に示すように、最も高い高スペーサ５１の高さに適合するように、感光性樹脂層の厚みが調整される。
上記の感光性樹脂組成物の塗布後は、感光性樹脂層に対して加熱処理（プリベーク）を施してもよい。
本発明に用いられる基板としては、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製１７３７ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式による液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
また、本発明における着色層は、例えば赤色パターン、緑色パターンおよび青色パターンから構成されるものである。着色層は、例えば所望の着色剤を含有する感光性樹脂組成物を使用したフォトリソグラフィー法等により形成することができる。さらに、着色層の形成方法としては、印刷法、電着法、転写法、インクジェット法等の一般的な方法を使用することもできる。
着色層の厚みは、例えば０．５〜３．０μｍの範囲で設定することができる。
着色層の厚みは、例えば０．５〜３．０μｍの範囲で設定することができる。
本発明においては、基板上に遮光部が形成されていてもよい。
遮光部は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等によりクロム等の金属薄膜を形成し、この金属薄膜をパターニングすることにより形成することができる。この場合、遮光部の厚みは、２００〜５０００Å程度とすることができる。
また、遮光部は、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂組成物、アクリル樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物等を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。さらに、遮光部は、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂組成物を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。
遮光部は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等によりクロム等の金属薄膜を形成し、この金属薄膜をパターニングすることにより形成することができる。この場合、遮光部の厚みは、２００〜５０００Å程度とすることができる。
また、遮光部は、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂組成物、アクリル樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物等を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。さらに、遮光部は、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂組成物を用いて樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングすることにより形成することもできる。
また、基板上に透明電極層が形成されていてもよい。
透明電極層の形成材料としては、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、またはその合金等を挙げることができる。
透明電極層の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法を用いることができる。
この透明電極層の厚みは、例えば２００〜５０００Å程度とすることができる。
透明電極層の形成材料としては、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、またはその合金等を挙げることができる。
透明電極層の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法を用いることができる。
この透明電極層の厚みは、例えば２００〜５０００Å程度とすることができる。
２．露光・現像工程
本発明における露光・現像工程は、感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する工程である。
以下、階調マスク、ならびに、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の形成方法について説明する。
本発明における露光・現像工程は、感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する工程である。
以下、階調マスク、ならびに、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の形成方法について説明する。
（１）階調マスク
本発明に用いられる階調マスクは、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、上記透過領域および上記半透明領域が隣接するパターンを有する階調マスクであって、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものである。
以下、階調マスクの各構成について説明する。
本発明に用いられる階調マスクは、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域および上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、上記透過領域および上記半透明領域が隣接するパターンを有する階調マスクであって、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものである。
以下、階調マスクの各構成について説明する。
（ｉ）透過領域および半透明領域
本発明に用いられる階調マスクにおける透過領域は、透明基板が露出した領域である。
また、本発明に用いられる階調マスクにおける半透明領域は、透明基板上に半透明膜のみが設けられた領域である。
本発明に用いられる階調マスクにおける透過領域は、透明基板が露出した領域である。
また、本発明に用いられる階調マスクにおける半透明領域は、透明基板上に半透明膜のみが設けられた領域である。
ここで、光の干渉による露光不良パターンの発生は、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れによるものである。透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れが比較的大きい場合には、光の干渉による露光不良パターンが生じやすく、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れが比較的小さい場合には、光の干渉による露光不良パターン生じにくくなる。
したがって、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れを、干渉波を生じない程度に小さくすることが好ましい。この位相差限界は半透明領域の透過率によって異なる。具体的には、半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率をＴ（％）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れをδ（ｒａｄ）とした場合に、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が、干渉波を生じない程度に小さいことが望ましい。より具体的には、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下であることが好ましい。−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）を上記範囲とすることにより、干渉の影響を小さくし、所望のパターンを形成することができるからである。一方、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が上記範囲を超えると、光の回り込み等による干渉の影響が大きくなり、感光性樹脂を露光した際に、露光不良パターンが生じるおそれがある。
なお、上記各領域を通過した露光光の位相は、商品名ＭＰＭ−１００（レーザーテック社製）により測定することができる。これにより、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れδを求めることができる。
また、半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率Ｔは、階調マスクの透明基板の透過率をリファレンス（１００％）として、半透明領域の透過率を測定することにより算出することができる。透過率を測定する装置としては、紫外・可視分光光度計（例えば日立Ｕ-４０００等）、またはフォトダイオードアレイを検出器としている装置（例えば大塚電子ＭＣＰＤ等）を用いることができる。
また、半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率Ｔは、階調マスクの透明基板の透過率をリファレンス（１００％）として、半透明領域の透過率を測定することにより算出することができる。透過率を測定する装置としては、紫外・可視分光光度計（例えば日立Ｕ-４０００等）、またはフォトダイオードアレイを検出器としている装置（例えば大塚電子ＭＣＰＤ等）を用いることができる。
−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）を上記範囲内とする方法としては、後述するように、半透明膜の材料の屈折率や半透明膜の膜厚を制御する方法等が挙げられる。
本発明に用いられる階調マスクは、異なる透過率特性をもつ２種類の半透明領域（第１半透明領域および第２半透明領域）を有していてもよい。この場合、図６に例示するように、第１半透明領域を利用して低スペーサを形成し、第１半透明領域よりも透過率が高い第２半透明領域を利用して配向制御用突起を形成することができる。
低スペーサに対応する第１半透明領域の透過率および配向制御用突起に対応する第２半透明領域の透過率としては、第１半透明領域の透過率が第２半透明領域の透過率よりも低く、所望の低スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を実現できれば特に限定されるものではない。
なお、第１半透明領域の透過率および第２半透明領域の透過率とは、波長３６５ｎｍでの透過率をいう。上記透過率は、上述の方法により算出することができる。
なお、第１半透明領域の透過率および第２半透明領域の透過率とは、波長３６５ｎｍでの透過率をいう。上記透過率は、上述の方法により算出することができる。
具体的には、第１半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率としては、目的とする低スペーサの高さや使用するポジ型感光性樹脂の種類等に応じて異なるものであり一概には規定できないが、５％〜４０％程度とすることができる。また、第２半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率としては、同様に目的とする配向制御用突起の高さや使用するポジ型感光性樹脂の種類等に応じて異なるものであり一概には規定できないが、２０％〜６０％程度とすることができる。
異なる透過率特性をもつ２種類の半透明領域を設ける方法としては、例えば、後述するように半透明膜を複数層が積層されたものとする方法や、半透明膜の膜厚や半透明膜の材料を調整する方法等が挙げられる。
透過領域および半透明領域の形状としては、透過領域および半透明領域が隣接するパターンとなるものであれば特に限定されるものではなく、目的とする高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の形状に応じて適宜選択される。配向制御用突起に対応する半透明領域の形状としては、例えば、線形、楔形などが挙げられる。また、低スペーサに対応する半透明領域の形状としては、例えば、円形、矩形、多角形などが挙げられる。
（ii）遮光領域
本発明に用いられる階調マスクにおける遮光領域は、透明基板上に遮光膜が設けられた領域である。
本発明に用いられる階調マスクにおける遮光領域は、透明基板上に遮光膜が設けられた領域である。
遮光領域は、透明基板上に遮光膜が形成された領域であればよく、透明基板上に遮光膜のみが形成されていてもよく、透明基板上に遮光膜および半透明膜が形成されていてもよい。透明基板上に遮光膜および半透明膜が形成されている場合、透明基板、遮光膜および半透明膜の積層順としては特に限定されるものではなく、例えば図１(a)に示すように透明基板２／半透明膜３／遮光膜４の順であってもよく、図７に示すように透明基板２／遮光膜４／半透明膜３の順であってもよい。
本発明に用いられる階調マスクは、異なる幅をもつ２種類の遮光領域（第１遮光領域および第２遮光領域）を有していてもよい。この場合、図５に例示するように、第１遮光領域を利用して高スペーサを形成し、第１遮光領域よりも幅の小さい第２遮光領域を利用して低スペーサを形成することができる。
高スペーサに対応する第１遮光領域の幅および低スペーサに対応する第２遮光領域の幅としては、第１遮光領域の幅が第２遮光領域の幅よりも大きく、所望の高スペーサおよび低スペーサの高さの差を実現できれば特に限定されるものではない。具体的には、第１遮光領域の幅としては、目的とする高スペーサの大きさに応じて適宜設定され、１５μｍ〜６０μｍ程度とすることができる。また、第２遮光領域の幅としては、目的とする低スペーサの大きさに応じて適宜設定され、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。
遮光領域の形状としては、透過領域および半透明領域が隣接するパターンとなるものであれば特に限定されるものではなく、目的とする高スペーサおよび低スペーサの形状に応じて適宜選択される。高スペーサおよび低スペーサに対応する遮光領域の形状としては、例えば、円形、矩形、多角形などが挙げられる。
（iii）半透明膜
本発明に用いられる階調マスクにおける半透明膜は、透明基板上にパターン状に形成されるものであり、透過率調整機能を有するものである。
本発明に用いられる階調マスクにおける半透明膜は、透明基板上にパターン状に形成されるものであり、透過率調整機能を有するものである。
上述したように、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れは比較的小さいことが好ましく、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れが所定の値以下となることが好ましい。
このような光の位相差を実現可能な半透明膜の材料としては、例えば、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、コバルト、コバルト合金等の金属が挙げられる。これらの中でも、パターニング性の観点から、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金、タンタルが好ましい。すなわち、半透明膜が、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金およびタンタルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。
このような光の位相差を実現可能な半透明膜の材料としては、例えば、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、コバルト、コバルト合金等の金属が挙げられる。これらの中でも、パターニング性の観点から、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金、タンタルが好ましい。すなわち、半透明膜が、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金およびタンタルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。
半透明領域は、透明基板上に半透明膜のみが設けられた領域であり、透過領域は、透明基板が露出した領域である。したがって、半透明膜の位相差が比較的小さい場合には、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れを比較的小さくすることができる。
この半透明膜の位相差は、半透明膜を構成する材料の屈折率と、半透明膜の膜厚との積で示される。そのため、半透明膜を構成する材料は、屈折率が比較的小さいことが好ましい。
このような屈折率が比較的小さい材料としては、例えば、クロム、タンタル、チタン等の金属、およびこれらの金属を含む化合物などが挙げられる。
このような屈折率が比較的小さい材料としては、例えば、クロム、タンタル、チタン等の金属、およびこれらの金属を含む化合物などが挙げられる。
ここで、半透明膜として金属を一般的な手法により成膜する場合、微量の酸素および窒素が膜中に通常含まれてしまう。本発明の効果を実現するためには、金属を用いて成膜された半透明膜中の金属の含有量は、９７％以上であることが好ましく、中でも９９％以上であることが好ましい。また、金属を用いて成膜された半透明膜中の窒素の含有量は、３％以下であることが好ましく、中でも２％以下であることが好ましい。さらに、金属を用いて成膜された半透明膜中の酸素の含有量は、３％以下であることが好ましく、中でも２％以下であることが好ましい。
また、半透明膜の透過率としては、所望の高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の高さの差を実現できれば特に限定されるものではない。
半透明膜は、単層であってもよく、上述した材料からなる膜が複数層積層されたものであってもよい。なお、半透明膜が上述した材料からなる膜が複数層積層されたものである場合には、膜の積層数としては、通常２層〜３層程度とすることが好ましく、特に２層とすることが位相差の制御等の面から好ましい。
また、半透明膜の透過率はその膜厚により変わるため、半透明膜の膜厚は目的とする透過率に応じて適宜選択される。
半透明膜の成膜方法としては、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。
例えば、スパッタリング法によりクロムを用いて半透明膜を成膜する場合は、Ａｒガス等のキャリアガスを反応装置内に導入し、Ｃｒターゲットを用いた反応性スパッタリング法にて半透明膜を成膜することができる。この際、Ａｒガス等のキャリアガスの他に、窒素ガス等が反応装置内に導入されることがあるが、各ガスの流量の割合を制御することで半透明膜の組成が制御されることから、Ａｒガスの流量を１とすると窒素ガスの流量比は０．２以下であることが好ましい。
例えば、スパッタリング法によりクロムを用いて半透明膜を成膜する場合は、Ａｒガス等のキャリアガスを反応装置内に導入し、Ｃｒターゲットを用いた反応性スパッタリング法にて半透明膜を成膜することができる。この際、Ａｒガス等のキャリアガスの他に、窒素ガス等が反応装置内に導入されることがあるが、各ガスの流量の割合を制御することで半透明膜の組成が制御されることから、Ａｒガスの流量を１とすると窒素ガスの流量比は０．２以下であることが好ましい。
また、半透明膜は、上記半透明領域の形状に応じて、透明基板上にパターン状に形成される。
（iv）遮光膜
本発明に用いられる階調マスクにおける遮光膜は、透明基板上にパターン状に形成されるものである。
遮光膜は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。このような遮光膜としては、一般にフォトマスクに用いられる遮光膜を用いることができ、例えば、クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、チタン等の金属の膜、あるいは、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素等の金属の酸化物や窒化物などの膜が挙げられる。また、ニッケル合金、コバルト合金、ニッケル−コバルト合金、およびこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物などの膜も用いることができる。
本発明に用いられる階調マスクにおける遮光膜は、透明基板上にパターン状に形成されるものである。
遮光膜は、実質的に露光光を透過しないものであり、露光波長における平均透過率が０．１％以下であることが好ましい。このような遮光膜としては、一般にフォトマスクに用いられる遮光膜を用いることができ、例えば、クロム、モリブデンシリサイド、タンタル、アルミニウム、ケイ素、チタン等の金属の膜、あるいは、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素等の金属の酸化物や窒化物などの膜が挙げられる。また、ニッケル合金、コバルト合金、ニッケル−コバルト合金、およびこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物などの膜も用いることができる。
中でも、遮光膜としては、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等のクロム系膜；ニッケルを主成分とするＮｉ−Ｃｕ−ＴｉおよびＮｉ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル合金系膜；コバルトを主成分とするＣｏ−Ｃｕ−ＴｉおよびＣｏ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｔｉ、ならびにこれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のコバルト合金系膜；ニッケルおよびコバルトを主成分とするＮｉ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｔｉ、およびその酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等のニッケル−コバルト合金系膜が好適に用いられる。上記クロム系膜は、単層であってもよく、２層以上が積層されたものであってもよい。
また、遮光膜は、低反射機能を有していてもよい。低反射機能により、露光光の乱反射を防止することができるので、より鮮明なパターンを形成することができる。遮光膜に低反射機能を付加するには、例えば遮光膜表面に露光光の反射を防止する酸化クロム等のクロム化合物を含有させればよい。この場合、遮光膜が、表面に向かって徐々に含有成分が変化する傾斜界面により形成されたものであってもよい。
遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、遮光膜の種類等によって適宜選択される。例えばクロム膜の場合には５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度であることが好ましい。
また、遮光膜の成膜方法としては、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）が用いられる。
遮光膜は、上記遮光領域の形状に応じて、透明基板上にパターン状に形成される。
（ｖ）透明基板
本発明に用いられる階調マスクにおける透明基板は、一般にフォトマスクに用いられる基板を使用することができる。例えば、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等の光学研磨された低膨張ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。中でも、石英ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れている。
本発明に用いられる階調マスクにおける透明基板は、一般にフォトマスクに用いられる基板を使用することができる。例えば、ホウ珪酸ガラス、アルミノホウ珪酸ガラス等の光学研磨された低膨張ガラス、石英ガラス、合成石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ソーダライムガラス、ホワイトサファイアなどの可撓性のない透明なリジット材、あるいは、透明樹脂フィルム、光学用樹脂フィルムなどの可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。中でも、石英ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり、寸法安定性および高温加熱処理における特性に優れている。
（vi）階調マスク
本発明に用いられる階調マスクは、上記の透過領域、半透明領域および遮光領域が形成されているものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて例えばアライメント用の領域等が形成されていてもよい。
本発明に用いられる階調マスクは、上記の透過領域、半透明領域および遮光領域が形成されているものであれば特に限定されるものではなく、必要に応じて例えばアライメント用の領域等が形成されていてもよい。
また、階調マスクの大きさとしては、用途に応じて適宜調整されるが、例えば３００ｍｍ×４００ｍｍ〜１，６００ｍｍ×１，８００ｍｍ程度とすることができる。
本発明に用いられる階調マスクの製造方法は、透明基板上に半透明膜および遮光膜をパターン状に形成することにより、透過領域および半透明領域が隣接するパターンを有するように所定の位置に透過領域、半透明領域、および遮光領域を配置することができる方法であれば特に限定されるものではない。
中でも、階調マスクの製造方法は、半透明膜を形成するための材料として、この階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、上記透過領域および上記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、上記透過領域から上記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものとなる材料を選択し、上記材料を用いて上記半透明膜を成膜する半透明膜成膜工程を有することが好ましい。
なお、階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことについては、上述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
また、半透明膜を形成するための材料として、半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率をＴ（％）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れをδ（ｒａｄ）とした場合に、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下となる材料を選択することが好ましい。
なお、上記半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率をＴ（％）、上記透過領域を通過した露光光に対する上記半透明領域を通過した露光光の位相の遅れをδ（ｒａｄ）とした場合に、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下となることについても、上述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
また、階調マスクの製造方法については、一般的な方法を適用することができ、例えば特開２００７−１７８６４９号公報等に詳しく記載されている。
（２）高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の形成方法
本発明においては、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成することができる。
本発明においては、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成することができる。
本工程においては、まず、感光性樹脂層を階調マスクを介して露光する。露光方式としては、上述したようにシミュレーションを行った場合に、透過領域および半透明領域の境界から所定の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度を単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものとすることができれば、特に限定されるものではなく、例えばプロキシミティ露光方式、ミラープロジェクション露光方式等を挙げることができる。この露光により、照射部分で酸発生反応が生じる。
上記の露光後は、現像が行われる。現像により、感光性樹脂層が部分的に除去される。感光性樹脂としてポジ型感光性樹脂を用いるので、露光により分解した部分が選択的に除去され、その他の部分が残存する。この現像は、一般的な現像方法に従って行うことができる。
また、露光および現像後、形成された高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起に対して加熱処理（ポストベーク）を施してもよい。この加熱処理は、例えば温度１００〜２５０℃、処理時間１０〜６０分程度で適宜設定することができる。
３．その他の工程
本発明においては、感光性樹脂層形成工程前または露光・現像工程後に、カラーフィルタにおける各種部材を形成する工程を必要に応じて行うことができる。
本発明においては、感光性樹脂層形成工程前または露光・現像工程後に、カラーフィルタにおける各種部材を形成する工程を必要に応じて行うことができる。
例えば、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を覆うように配向膜を形成する配向膜形成工程を行うことができる。配向膜は、例えば可溶性ポリイミド、ポリアミック酸タイプポリイミド、変性ポリイミド等の有機化合物を、一般的な印刷法、塗布方法により塗布し、その後、焼成することにより形成することができる。
配向膜の厚みは、５００〜１０００Å程度とすることができる。
配向膜の厚みは、５００〜１０００Å程度とすることができる。
４．用途
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、所定の階調マスクを用いていることから、特に大型の液晶表示装置用のカラーフィルタの製造に適している。
また、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、モノクロの液晶表示装置用の基板の製造に適用することもできる。
本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、所定の階調マスクを用いていることから、特に大型の液晶表示装置用のカラーフィルタの製造に適している。
また、本発明の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法は、モノクロの液晶表示装置用の基板の製造に適用することもできる。
Ｂ．カラーフィルタ
本発明のカラーフィルタは、上述した液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするものである。
本発明のカラーフィルタは、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を有するものであり、この高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を構成するポジ型感光性樹脂が同一であるものである。
また、カラーフィルタのその他の構成としては、一般的なカラーフィルタと同様とすることができる。
本発明のカラーフィルタは、上述した液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするものである。
本発明のカラーフィルタは、ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を有するものであり、この高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を構成するポジ型感光性樹脂が同一であるものである。
また、カラーフィルタのその他の構成としては、一般的なカラーフィルタと同様とすることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
［参考例１］
（階調マスクの作製）
光学研磨された３９０ｍｍ×６１０ｍｍの合成石英基板上にクロム膜（遮光膜）が厚み１００ｎｍで成膜されている常用のマスクブランク上に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製 ｉｐ−３５００）を厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置（マイクロニック社製 ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３）で、所望の遮光膜中間パターンを描画した。
次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製 ＮＭＤ３）で現像し、遮光膜用レジストパターンを得た。
次に、レジストパターンをエッチング用マスクとし、クロム膜をエッチングし、さらに残ったレジストパターンを剥膜することで、所望の遮光膜中間パターンを得た。クロム膜のエッチングには、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製 ＭＲ−ＥＳ）を用いた。クロム膜のエッチング時間は、６０秒であった。
［参考例１］
（階調マスクの作製）
光学研磨された３９０ｍｍ×６１０ｍｍの合成石英基板上にクロム膜（遮光膜）が厚み１００ｎｍで成膜されている常用のマスクブランク上に、市販のフォトレジスト（東京応化工業社製 ｉｐ−３５００）を厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレートで１５分ベークした後、フォトマスク用レーザ描画装置（マイクロニック社製 ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３）で、所望の遮光膜中間パターンを描画した。
次に、専用のデベロッパー（東京応化工業社製 ＮＭＤ３）で現像し、遮光膜用レジストパターンを得た。
次に、レジストパターンをエッチング用マスクとし、クロム膜をエッチングし、さらに残ったレジストパターンを剥膜することで、所望の遮光膜中間パターンを得た。クロム膜のエッチングには、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製 ＭＲ−ＥＳ）を用いた。クロム膜のエッチング時間は、６０秒であった。
次いで、遮光膜中間パターンが形成された基板について、パターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行い、よく洗浄した後、クロム膜（半透明膜）を下記の条件でスパッタリング法にて成膜した。このとき、半透明膜の膜厚は１０ｎｍとした。
＜成膜条件＞
・ガス流量比 Ａｒ：Ｎ2＝５：１
・パワー：１．３ｋＷ
・ガス圧：３．５ｍＴｏｒｒ
次に、半透明膜上に市販のフォトレジスト（東京応化製 ｉｐ−３５００）を再度、厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレート上で１５分ベークした。
続いて半透明膜パターンとなる像を再度、レーザ描画装置（マイクロニック社製 ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３）で描画し、専用デベロッパー（東京応化社製 ＮＭＤ３）で現像し、レジストパターンを得た。
次に、レジストパターンをマスクとして、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製 ＭＲ−ＥＳ）で半透明膜および遮光膜をエッチングし、半透明膜パターンおよび遮光膜パターンを得た。エッチングは半透明膜および遮光膜に対して行った。
最後に残ったレジストを剥膜し、パターン寸法検査、パターン欠陥検査などの検査工程を経て、必要に応じてパターン修正を行い、階調マスクを得た。
＜成膜条件＞
・ガス流量比 Ａｒ：Ｎ2＝５：１
・パワー：１．３ｋＷ
・ガス圧：３．５ｍＴｏｒｒ
次に、半透明膜上に市販のフォトレジスト（東京応化製 ｉｐ−３５００）を再度、厚み６００ｎｍで塗布し、１２０℃に加熱されたホットプレート上で１５分ベークした。
続いて半透明膜パターンとなる像を再度、レーザ描画装置（マイクロニック社製 ＬＲＳ１１０００−ＴＦＴ３）で描画し、専用デベロッパー（東京応化社製 ＮＭＤ３）で現像し、レジストパターンを得た。
次に、レジストパターンをマスクとして、市販の硝酸セリウム系ウェットエッチャント（ザ・インクテック社製 ＭＲ−ＥＳ）で半透明膜および遮光膜をエッチングし、半透明膜パターンおよび遮光膜パターンを得た。エッチングは半透明膜および遮光膜に対して行った。
最後に残ったレジストを剥膜し、パターン寸法検査、パターン欠陥検査などの検査工程を経て、必要に応じてパターン修正を行い、階調マスクを得た。
（カラーフィルタの作製）
基板として、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚みが０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面にスパッタリング法によりクロム薄膜（厚み１０００Å）を形成した。このクロム薄膜上にポジ型感光性レジスト（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、所定のマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとして、クロム薄膜をエッチングして、線幅２０μｍ、ピッチ１００μｍのブラックマトリックスを形成した。
基板として、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚みが０．７ｍｍのガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス）を準備した。この基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面にスパッタリング法によりクロム薄膜（厚み１０００Å）を形成した。このクロム薄膜上にポジ型感光性レジスト（東京応化工業（株）製 ＯＦＰＲ−８００）を塗布し、所定のマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成した。次いで、このレジストパターンをマスクとして、クロム薄膜をエッチングして、線幅２０μｍ、ピッチ１００μｍのブラックマトリックスを形成した。
次に、下記組成の赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を調製した。
＜赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物＞
・赤顔料（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 クロモフタルレッドＡ２Ｂ） ４．８重量部
・黄顔料（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９） １．２重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
・赤顔料（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 クロモフタルレッドＡ２Ｂ） ４．８重量部
・黄顔料（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９） １．２重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
＜緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物＞
・緑顔料（アビシア社製 モナストラルグリーン９Ｙ−Ｃ） ４．２重量部
・黄顔料（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９） １．８重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
・緑顔料（アビシア社製 モナストラルグリーン９Ｙ−Ｃ） ４．２重量部
・黄顔料（ＢＡＳＦ社製 パリオトールイエローＤ１８１９） １．８重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ３．０重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
＜青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物＞
・青顔料（ＢＡＳＦ社製 ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ） ６．０重量部
・顔料誘導体（アビシア社製 ソルスパース５０００） ０．６重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ２．４重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
・青顔料（ＢＡＳＦ社製 ヘリオゲンブルーＬ６７００Ｆ） ６．０重量部
・顔料誘導体（アビシア社製 ソルスパース５０００） ０．６重量部
・分散剤（ビックケミー社製ディスパービック１６１） ２．４重量部
・モノマー（サートマー社製 ＳＲ３９９） ４．０重量部
・ポリマーＩ ５．０重量部
・開始剤（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製 イルガキュア９０７） １．４重量部
・開始剤（２，２´−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，５，４´，５´−テトラフェニル−１，２´−ビイミダゾール） ０．６重量部
・溶剤（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート） ８０．０重量部
なお、上記のポリマーＩは、ベンジルメタクリレート：スチレン：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝１５．６：３７．０：３０．５：１６．９（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１６．９モル％付加したものであり、重量平均分子量は４２５００である。
次いで、ガラス基板上にブラックマトリックスを覆うように赤色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布し、赤色パターン用のフォトマスクを介して、露光、現像して、赤色パターンを形成した。この赤色パターンは、長方形状（１００μｍ×３００μｍ）とした。
その後、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を用いて、同様の操作により、緑色パターン、青色パターンを形成した。これにより、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンが配列された着色層を形成した。
その後、緑色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物、青色パターン用のネガ型感光性樹脂組成物を用いて、同様の操作により、緑色パターン、青色パターンを形成した。これにより、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンが配列された着色層を形成した。
次に、ブラックマトリックス、着色層を覆うように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極層（厚み１５００Å）をスパッタリング法により形成した。
次に、透明電極層上にポジ型感光性樹脂組成物（ロームアンドハース社製ＬＣ１００ＶＬ、固形分量１５％)をスピンコート法により塗布し、減圧乾燥後、１００℃にて３分間プリベークした。その後、上記の階調マスクを介して下記条件にて露光した。
＜露光条件＞
・露光量：５０ｍＪ／ｃｍ2（Ｉ線換算）
・露光ギャップ：１５０μｍ
次いで、水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施し、スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
＜露光条件＞
・露光量：５０ｍＪ／ｃｍ2（Ｉ線換算）
・露光ギャップ：１５０μｍ
次いで、水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施し、スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
［参考例２］
（階調マスクの作製）
下記のように半透明膜を成膜した以外は、参考例１と同様にして階調マスクを作製した。
遮光膜中間パターンが形成された基板について、パターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行い、よく洗浄した後、酸化窒化炭化クロム膜（半透明膜）を下記の条件でスパッタリング法にて成膜した。このとき、酸化窒化炭化クロム膜の膜厚は３３ｎｍとした。
＜成膜条件＞
・ガス流量比 Ａｒ：ＣＯ2：Ｎ2＝１：０．５：０．５
・パワー：１．５ｋＷ
・ガス圧：３ｍＴｏｒｒ
（階調マスクの作製）
下記のように半透明膜を成膜した以外は、参考例１と同様にして階調マスクを作製した。
遮光膜中間パターンが形成された基板について、パターン寸法検査、パターン欠陥検査、必要に応じてパターン修正を行い、よく洗浄した後、酸化窒化炭化クロム膜（半透明膜）を下記の条件でスパッタリング法にて成膜した。このとき、酸化窒化炭化クロム膜の膜厚は３３ｎｍとした。
＜成膜条件＞
・ガス流量比 Ａｒ：ＣＯ2：Ｎ2＝１：０．５：０．５
・パワー：１．５ｋＷ
・ガス圧：３ｍＴｏｒｒ
（カラーフィルタの作製）
参考例１と同様にして、カラーフィルタを作製した。
参考例１と同様にして、カラーフィルタを作製した。
［参考例１，２の評価］
参考例１，２の階調マスクについて、光強度分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率Ｔ：３０％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）δ：０．０２ｒａｄまたは１．２２ｒａｄ、半透明領域の線幅：１５μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。シミュレーション結果を図３に示す。
参考例１の階調マスク（図３(a)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことがわかった。一方、参考例２の階調マスク（図３(b)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少せず、光強度分布に変曲点をもっていた。
参考例１，２の階調マスクについて、光強度分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率Ｔ：３０％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）δ：０．０２ｒａｄまたは１．２２ｒａｄ、半透明領域の線幅：１５μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。シミュレーション結果を図３に示す。
参考例１の階調マスク（図３(a)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことがわかった。一方、参考例２の階調マスク（図３(b)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少せず、光強度分布に変曲点をもっていた。
参考例１，２の階調マスクを用いて形成されたスペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。なお、スペーサの断面形状は截頭円錐となっているものを○とし、配向制御用突起の断面形状はかまぼこ状になっているものを○、突起周辺部に意図しないパターンが残るものを×とした。評価結果を表１に示す。
参考例１の階調マスクを露光プロセスに用いることにより、スペーサおよび配向制御用突起として最適な形状および寸法をもつパターンを形成することができた。
［参考例３］
（階調マスクの作製）
図８に示すような、透明基板２上に半透明膜３が設けられた半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１について、光強度分布をシミュレーションにより求めた。なお、図８(a)は図８(b)のＣ−Ｃ線断面図である。
（階調マスクの作製）
図８に示すような、透明基板２上に半透明膜３が設けられた半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１について、光強度分布をシミュレーションにより求めた。なお、図８(a)は図８(b)のＣ−Ｃ線断面図である。
シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率Ｔ：１０％〜９０％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）δ：０．０１ｒａｄ〜１．２８ｒａｄ、半透明領域の線幅：１５μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。
シミュレーション結果から、光強度分布の形状を評価した。ここで、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないを○とし、それ以外を×とした。光強度分布の形状の評価と、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）の値を表２に示す。
シミュレーションを行った場合に、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下のときには、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことがわかった。
［参考例４］
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を１６ｎｍとし、高スペーサを形成するための遮光領域と、低スペーサを形成するための半透明領域とを有するように、遮光膜および半透明膜をパターン描画した以外は、参考例１と同様にして階調マスクを作製した。
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を１６ｎｍとし、高スペーサを形成するための遮光領域と、低スペーサを形成するための半透明領域とを有するように、遮光膜および半透明膜をパターン描画した以外は、参考例１と同様にして階調マスクを作製した。
（カラーフィルタの作製）
スペーサおよび配向制御用突起を形成するかわりに、上記階調マスクを使用して高さの異なるスペーサ（高スペーサ・低スペーサ）を形成する以外は、参考例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。
スペーサおよび配向制御用突起を形成するかわりに、上記階調マスクを使用して高さの異なるスペーサ（高スペーサ・低スペーサ）を形成する以外は、参考例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。
［参考例５］
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を５２ｎｍとし、高スペーサを形成するための遮光領域と、低スペーサを形成するための半透明領域とを有するように、遮光膜および半透明膜をパターン描画した以外は、参考例２と同様にして階調マスクを作製した。
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を５２ｎｍとし、高スペーサを形成するための遮光領域と、低スペーサを形成するための半透明領域とを有するように、遮光膜および半透明膜をパターン描画した以外は、参考例２と同様にして階調マスクを作製した。
（カラーフィルタの作製）
スペーサおよび配向制御用突起を形成するかわりに、上記階調マスクを使用して高さの異なるスペーサ（高スペーサ・低スペーサ）を形成する以外は、参考例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。
スペーサおよび配向制御用突起を形成するかわりに、上記階調マスクを使用して高さの異なるスペーサ（高スペーサ・低スペーサ）を形成する以外は、参考例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。
［参考例４，５の評価］
参考例４，５の階調マスクについて、光強度分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率Ｔ：１５％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）δ：０．０３ｒａｄまたは１．９３ｒａｄ、半透明領域の直径：３０μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。シミュレーション結果を図９に示す。
参考例４の階調マスク（図９(a)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことがわかった。一方、参考例５の階調マスク（図９(b)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少せず、光強度分布に変曲点をもっていた。
参考例４，５の階調マスクについて、光強度分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーション条件は、露光ギャップ：１５０μｍ、Collimation：１．５°、露光波長：３６５ｎｍ、半透明領域の透過率Ｔ：１５％（３６５ｎｍ）、透過領域を通過した露光光に対する半透明領域を通過した露光光の位相の遅れ（位相差）δ：０．０３ｒａｄまたは１．９３ｒａｄ、半透明領域の直径：３０μｍ、露光方式：プロキシミティ露光方式とした。シミュレーション結果を図９に示す。
参考例４の階調マスク（図９(a)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないことがわかった。一方、参考例５の階調マスク（図９(b)）では、透過領域および半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、透過領域から半透明領域に向けて光強度が単調に減少せず、光強度分布に変曲点をもっていた。
参考例４，５の階調マスクを用いて形成された高さの異なるスペーサの断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。なお、スペーサの断面形状は截頭円錐となっているものを○とし、突起周辺部に意図しないパターンが残るものを×とした。評価結果を表３に示す。
参考例４の階調マスクを用いることにより、高さの異なるスペーサとして最適な形状および寸法をもつパターンを形成することができた。
［実施例１］
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして、図１０に示すような、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、高スペーサに対応する第１遮光領域１１ａと、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、低スペーサに対応する第２遮光領域１１ｂと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、配向制御用突起に対応する半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１を作製した。なお、図１０(a)は図１０(b)のＤ−Ｄ線断面図である。
第１遮光領域の幅（直径）ｄ１は３０μｍ、第２遮光領域の幅（直径）ｄ２は１５μｍ、半透明領域の幅ｄ３は１５μｍとした。また、半透明膜の透過率特性は、波長３６５ｎｍでの透過率が３０％、波長４０６ｎｍでの透過率が３０％、波長４３６ｎｍでの透過率が３０％であった。
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして、図１０に示すような、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、高スペーサに対応する第１遮光領域１１ａと、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、低スペーサに対応する第２遮光領域１１ｂと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、配向制御用突起に対応する半透明領域１２と、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、半透明領域１２と透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１を作製した。なお、図１０(a)は図１０(b)のＤ−Ｄ線断面図である。
第１遮光領域の幅（直径）ｄ１は３０μｍ、第２遮光領域の幅（直径）ｄ２は１５μｍ、半透明領域の幅ｄ３は１５μｍとした。また、半透明膜の透過率特性は、波長３６５ｎｍでの透過率が３０％、波長４０６ｎｍでの透過率が３０％、波長４３６ｎｍでの透過率が３０％であった。
また、この階調マスクについて、参考例１と同様にして光強度分布をシミュレーションにより求めたところ、シミュレーション結果は、参考例１の階調マスクと同様であった。
（カラーフィルタの作製）
参考例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成した。
参考例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成した。
次に、透明電極層上にポジ型感光性樹脂組成物（ロームアンドハース社製ＬＣ１００ＶＬ、固形分量１５％)をスピンコート法により塗布し、減圧乾燥後、１００℃にて３分間プリベークした。その後、上記の階調マスクを介して下記条件にて露光した。
＜露光条件＞
・露光量：５０ｍＪ／ｃｍ2（Ｉ線換算）
・露光ギャップ：１５０μｍ
次いで、水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施し、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。これにより、図１１に示すような、基板２上に遮光部（ブラックマトリックス）２２、着色層（赤色パターン２３Ｒ，緑色パターン２３Ｇ，青色パターン２３Ｂ）および透明電極層２４が形成され、その上に高スペーサ５１、低スペーサ５２および配向制御用突起５３が形成されたカラーフィルタを得た。なお、図１１(a)は図１１(b)のＥ−Ｅ線断面図である。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
＜露光条件＞
・露光量：５０ｍＪ／ｃｍ2（Ｉ線換算）
・露光ギャップ：１５０μｍ
次いで、水酸化カリウム水溶液を用いて現像し、その後、２３０℃、３０分間の加熱処理を施し、高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。これにより、図１１に示すような、基板２上に遮光部（ブラックマトリックス）２２、着色層（赤色パターン２３Ｒ，緑色パターン２３Ｇ，青色パターン２３Ｂ）および透明電極層２４が形成され、その上に高スペーサ５１、低スペーサ５２および配向制御用突起５３が形成されたカラーフィルタを得た。なお、図１１(a)は図１１(b)のＥ−Ｅ線断面図である。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
上記の階調マスクを露光プロセスに用いることにより、高さの異なる２種類のスペーサ（高スペーサおよび低スペーサ）および配向制御用突起を所望の高さで同時に形成することができた。
［実施例２］
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして、図１２に示すような、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、高スペーサに対応する遮光領域１１と、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、低スペーサに対応する第１半透明領域１２ａと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、配向制御用突起に対応する第２半透明領域１２ｂと、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、各半透明領域１２ａ，１２ｂと透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１を作製した。なお、図１２(a)は図１２(b)のＦ−Ｆ線断面図である。
遮光領域の幅（直径）ｄ４は３０μｍ、第１半透明領域の幅（直径）ｄ５は３０μｍ、第２半透明領域の幅ｄ６は１５μｍとした。また、第１半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率は１５％、第２半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率は３０％であった。
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして、図１２に示すような、透明基板２上に遮光膜４が設けられ、高スペーサに対応する遮光領域１１と、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、低スペーサに対応する第１半透明領域１２ａと、透明基板２上に半透明膜３のみが設けられ、配向制御用突起に対応する第２半透明領域１２ｂと、透明基板２が露出した透過領域１３とを有し、各半透明領域１２ａ，１２ｂと透過領域１３とが隣接するパターンを有する階調マスク１を作製した。なお、図１２(a)は図１２(b)のＦ−Ｆ線断面図である。
遮光領域の幅（直径）ｄ４は３０μｍ、第１半透明領域の幅（直径）ｄ５は３０μｍ、第２半透明領域の幅ｄ６は１５μｍとした。また、第１半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率は１５％、第２半透明領域の波長３６５ｎｍでの透過率は３０％であった。
また、この階調マスクについて、参考例４と同様にして光強度分布をシミュレーションにより求めたところ、シミュレーション結果は、参考例４の階調マスクと同様であった。
（カラーフィルタの作製）
実施例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成し、そして高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
実施例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成し、そして高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
上記の階調マスクを露光プロセスに用いることにより、高さの異なる２種類のスペーサ（高スペーサおよび低スペーサ）および配向制御用突起を所望の高さで同時に形成することができた。
［比較例］
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして遮光膜をパターニングし、図１３に示すような、透明基板１０２上に遮光膜１０４が設けられた、高スペーサに対応するパターン１２１と、低スペーサに対応するパターン１２２と、配向制御用突起に対応するパターン１２３とを有する階調マスク１０１を作製した。なお、図１３(a)は図１３(b)のＧ−Ｇ線断面図である。
パターン１２１の幅（直径）ｄ７は３０μｍ、パターン１２２の幅（直径）ｄ８は１５μｍ、パターン１２３の幅ｄ９は７μｍとした。
（階調マスクの作製）
参考例１と同様にして遮光膜をパターニングし、図１３に示すような、透明基板１０２上に遮光膜１０４が設けられた、高スペーサに対応するパターン１２１と、低スペーサに対応するパターン１２２と、配向制御用突起に対応するパターン１２３とを有する階調マスク１０１を作製した。なお、図１３(a)は図１３(b)のＧ−Ｇ線断面図である。
パターン１２１の幅（直径）ｄ７は３０μｍ、パターン１２２の幅（直径）ｄ８は１５μｍ、パターン１２３の幅ｄ９は７μｍとした。
（カラーフィルタの作製）
実施例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成し、そして高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
実施例１と同様にして、基板上にブラックマトリックスおよび着色層を形成し、さらに透明電極層を形成し、そして高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時形成した。
得られた高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起の断面形状を走査型電子顕微鏡にて観察し、寸法を測定した。
上記の階調マスクを露光プロセスに用いた場合には、配向制御用突起が目的とする高さ（1.5μｍ）にできあがらなかった。この場合、線幅を細くすれば、高さが目的とする値に近づくが、線幅が細くなりすぎてしまう。したがって、上記のような階調マスクでは、目的とする高さと線幅を同時に実現できないということがわかる。
また、配向制御用突起は、プロセスのばらつきの影響を受けやすく、高さが1.3〜2.4μｍ、線幅が7〜12μｍであり、大きなばらつきがあった。
また、配向制御用突起は、プロセスのばらつきの影響を受けやすく、高さが1.3〜2.4μｍ、線幅が7〜12μｍであり、大きなばらつきがあった。
１ … 階調マスク
２ … 透明基板
３ … 半透明膜
４ … 遮光膜
１１ … 遮光領域
１２ … 半透明領域
１３ … 透過領域
２１ … 基板
２３ … 着色層
２５ … 感光性樹脂層
５１ … 高スペーサ
５２ … 低スペーサ
５３ … 配向制御用突起
２ … 透明基板
３ … 半透明膜
４ … 遮光膜
１１ … 遮光領域
１２ … 半透明領域
１３ … 透過領域
２１ … 基板
２３ … 着色層
２５ … 感光性樹脂層
５１ … 高スペーサ
５２ … 低スペーサ
５３ … 配向制御用突起
Claims (5)
- 着色層が形成された基板上にポジ型感光性樹脂からなる感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、前記感光性樹脂層を、階調マスクを用いて露光し、現像して、前記ポジ型感光性樹脂からなる高スペーサ、低スペーサおよび配向制御用突起を同時に形成する露光・現像工程とを有する液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法であって、
前記階調マスクが、透明基板と、前記透明基板上にパターン状に形成された遮光膜および半透明膜とを有し、前記透明基板が露出した透過領域、前記透明基板上に前記遮光膜が設けられた遮光領域および前記透明基板上に前記半透明膜のみが設けられた半透明領域を有し、前記透過領域および前記半透明領域が隣接するパターンを有し、
前記階調マスクが、前記半透明領域の露光光の波長３６５ｎｍでの透過率をＴ（％）、前記透過領域を通過した露光光に対する前記半透明領域を通過した露光光の位相の遅れをΔ（ｒａｄ）とした場合に、−Δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下となるように、前記半透明膜の材料の屈折率、および前記半透明膜の膜厚の少なくとも一方を調整されたものであり、
当該階調マスクを用いて露光する際の光強度分布のシミュレーションを行った場合に、前記透過領域および前記半透明領域の境界から５μｍ以内の距離の領域で、前記透過領域から前記半透明領域に向けて光強度が単調に減少し、光強度分布に変曲点をもたないものであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。 - 前記階調マスクにおいて、前記遮光領域が、前記高スペーサに対応する第１遮光領域と、前記低スペーサに対応する第２遮光領域とを有し、前記第１遮光領域の幅が前記第２遮光領域の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
- 前記階調マスクにおいて、前記半透明領域が、前記低スペーサに対応する第１半透明領域と、前記配向制御用突起に対応する第２半透明領域とを有し、前記第１半透明領域の透過率が前記第２半透明領域の透過率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
- 前記階調マスクにおける前記半透明膜が、クロム、チタン、ニッケル、ニッケル合金およびタンタルからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むこと特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
- 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするカラーフィルタ。
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| JP2000181048A (ja) * | 1998-12-16 | 2000-06-30 | Sharp Corp | フォトマスクおよびその製造方法、並びにそれを用いた露光方法 |
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2007
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