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JP4887958B2 - Photo mask - Google Patents

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JP4887958B2 JP2006204418A JP2006204418A JP4887958B2 JP 4887958 B2 JP4887958 B2 JP 4887958B2 JP 2006204418 A JP2006204418 A JP 2006204418A JP 2006204418 A JP2006204418 A JP 2006204418A JP 4887958 B2 JP4887958 B2 JP 4887958B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
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Description

本発明は、配向制御用突起が設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造に用いるフォトマスクに関するものであり、特に、配向制御用突起を形成する際にポジ型フォトレジストを用い、近接露光で露光を行っても、微細な配向制御用突起を形成することのできるフォトマスク、カラーフィルタ、及び液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a photomask used for manufacturing a color filter for a liquid crystal display device provided with alignment control protrusions. In particular, a positive photoresist is used for forming alignment control protrusions, and proximity exposure is performed. The present invention relates to a photomask, a color filter, and a liquid crystal display device that can form fine alignment control protrusions even after exposure.

図4は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図5は、図4に示すカラーフィルタのX−X’線における断面図である。図4、及び図5に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ(4)は、ガラス基板(40)上にブラックマトリックス(41)、着色画素(42)、及び透明導電膜(43)が順次に形成されたものである。図4、及び図5はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素(42)は12個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角17インチの画面に数百μm程度の着色画素が多数個配列されている。   FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of a color filter used in the liquid crystal display device. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of the color filter shown in FIG. 4. As shown in FIGS. 4 and 5, the color filter (4) used in the liquid crystal display device has a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) on a glass substrate (40). Are formed sequentially. 4 and 5 schematically show a color filter, and 12 colored pixels (42) are represented. In an actual color filter, for example, several hundreds are displayed on a 17-inch diagonal screen. A large number of colored pixels of about μm are arranged.

液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。ブラックマトリックス(41)は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素(42)は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜(43)は、透明な電極として設けられたものである。   As a method for manufacturing a color filter having the above structure used in many liquid crystal display devices, a black matrix is first formed on a glass substrate to form a black matrix substrate, and then the black matrix on the black matrix substrate is used. A method is widely used in which a colored pixel is formed by aligning with the pattern, and a transparent conductive film is aligned and formed. The black matrix (41) is a matrix having light shielding properties, the colored pixels (42) have, for example, red, green, and blue filter functions, and the transparent conductive film (43) is transparent. Provided as a simple electrode.

ブラックマトリックス(41)は、着色画素(42)間のマトリックス部(41A)と、着色画素(42)が形成された領域(表示部)の周辺部を囲む額縁部(41B)とで構成されている。ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。   The black matrix (41) is composed of a matrix portion (41A) between the colored pixels (42) and a frame portion (41B) surrounding the peripheral portion of the region (display portion) where the colored pixels (42) are formed. Yes. The black matrix determines the position of the colored pixels of the color filter, makes the size uniform, and shields unwanted light when used in a display device, making the image of the display device uniform and uniform. In addition, it has a function of making an image with improved contrast.

このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板(40)上にブラックマトリックスの材料としてのクロム(Cr)、酸化クロム(CrOx)などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Cr、CrOxなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス(41)を形成するといった方法がとられている。或いは、ガラス基板(40)上に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス(41)を形成するといった方法がとられている。   In manufacturing the black matrix substrate, a metal or a metal compound such as chromium (Cr) or chromium oxide (CrOx) as a black matrix material is formed into a thin film on a glass substrate (40). For example, an etching resist pattern is formed on the thin film using, for example, a positive photoresist, and then the exposed portion of the formed metal thin film is etched and the etching resist pattern is stripped, and Cr, CrOx, etc. A method of forming a black matrix (41) made of a metal thin film is employed. Alternatively, the black matrix (41) is formed on the glass substrate (40) by photolithography using a black photosensitive resin for forming a black matrix.

また、着色画素(42)の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。また、透明導電膜(43)の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。   In addition, the colored pixels (42) are formed by providing a coating film on the black matrix substrate using, for example, a negative photoresist in which a pigment or other pigment is dispersed, and exposing and developing the coating film. A method of forming colored pixels is used. The transparent conductive film (43) is formed on the black matrix substrate on which the colored pixels are formed by, for example, forming a transparent conductive film by sputtering using ITO (Indium Tin Oxide). .

図4、及び図5に示すカラーフィルタ(4)は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーTV、ノート型PCなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して種々な機能が付加されるようになった。   The color filter (4) shown in FIGS. 4 and 5 has a basic function as a color filter used in a liquid crystal display device. The liquid crystal display device incorporates such a color filter to realize full color display, and its application range is dramatically expanded, and many products using liquid crystal display devices such as liquid crystal color TVs and notebook PCs are created. It was done. With the development and practical use of various liquid crystal display devices, various functions have been added to the color filters used in the liquid crystal display devices in addition to the above basic functions.

例えば、配向分割機能。従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。しかし、TN型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、コントラストが低下し表示品質が悪化する。コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。   For example, orientation division function. In conventional liquid crystal display devices, in order to uniformly align the liquid crystal molecules, polyimide is applied in advance on the transparent conductive film provided on both substrates sandwiching the liquid crystal, and the surface is uniformly rubbed. Process it. However, in TN type liquid crystal, it is difficult in principle to obtain a wide viewing angle, and the contrast is lowered and the display quality is deteriorated. There was a problem that the viewing angle with good contrast was narrow.

このような問題を解決する一技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように制御し視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置(MVA(Multi−domain Vertical Alignment)−LCDが開発された。   As a technique for solving such a problem, an alignment-divided vertical alignment type liquid crystal display device having a wide viewing angle by controlling the alignment direction of liquid crystal molecules in one pixel to be a plurality of directions instead of one direction ( MVA (Multi-domain Vertical Alignment) -LCD has been developed.

図7は、このようなMVA−LCDの断面を模式的に示した説明図である。図7に示すように、MVA−LCD(80)は、液晶分子(21)を介して配向制御用突起(22a)、(22b)が設けられたTFT基板(20)と、配向制御用突起(23)が設けられたカラーフィルタ(8)とを配置した構造であるが、配向制御用突起(22a)、(22b)及び配向制御用突起(23)は一画素内で互い違いの位置に設けられている。   FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a cross section of such an MVA-LCD. As shown in FIG. 7, the MVA-LCD (80) includes a TFT substrate (20) provided with alignment control protrusions (22a) and (22b) via liquid crystal molecules (21), and an alignment control protrusion ( 23), the alignment control protrusions (22a) and (22b) and the alignment control protrusion (23) are provided at alternate positions in one pixel. ing.

図7に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御用突起(22a)〜配向制御用突起(23)間の液晶分子(27)は、図中左斜めに傾斜し、配向制御用突起(23)〜配向制御用突起(22b)間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわち、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。   As shown by the white thick arrow in FIG. 7, in the state at the time of voltage application, the liquid crystal molecules (27) between the alignment control protrusions (22a) to the alignment control protrusions (23) in the pixel are diagonally to the left in the figure. The liquid crystal molecules between the alignment control protrusion (23) and the alignment control protrusion (22b) are inclined obliquely to the right. That is, the alignment of the liquid crystal molecules is controlled by providing protrusions instead of the rubbing treatment.

図8(a)、(b)は、MVA−LCDに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例は、平面形状が円形の配向制御用突起(23A)が形成されたカラーフィルタ(8A)である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の傾斜方向が多方向となる。
また、図9(a)、(b)は、別な例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。図9(a)、(b)に示すように、この別な例は、平面形状がストライプ状の配向制御用リブ(23B)であり、一画素内で90°屈曲させた配向制御用リブ(23B)が形成されたカラーフィルタ(8B)である。このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、一画素内で液晶分子の傾斜方向が4方向となる。
FIGS. 8A and 8B are an enlarged plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a color filter used in the MVA-LCD. In this example, the color filter (8A) is formed with an alignment control protrusion (23A) having a circular planar shape. In a liquid crystal display device using such a color filter, the tilt directions of liquid crystal molecules are multidirectional within one pixel.
FIGS. 9A and 9B are a plan view and a cross-sectional view showing an enlarged view of one pixel of another example. As shown in FIGS. 9A and 9B, another example is an alignment control rib (23B) having a stripe shape in a planar shape, and an alignment control rib (90B bent within one pixel ( 23B) is a color filter (8B). In a liquid crystal display device using such a color filter, the inclination directions of liquid crystal molecules are four directions in one pixel.

平面形状が円形の配向制御用突起(23A)の幅(W3)は15μm程度、高さ(H3)は1.4μm程度である。また、平面形状がストライプ状の配向制御用リブ(23B)のA−A’線での断面形状は、例えば、三角形、かまぼこ状であり、その幅(W4)、高さ(H4)は、配向制御用突起(23A)の各々と同程度である。これらは、透明なフォトレジストを用いて形成される。   The orientation control projection (23A) having a circular planar shape has a width (W3) of about 15 μm and a height (H3) of about 1.4 μm. The cross-sectional shape of the alignment control rib (23B) having a stripe shape in a plane shape taken along the line AA ′ is, for example, a triangle or a kamaboko shape, and its width (W4) and height (H4) are the orientation. It is about the same as each of the control protrusions (23A). These are formed using a transparent photoresist.

配向制御用突起は画素内に設けられるので、図8に示す配向制御用突起(23A)、或いは図9に示す配向制御用リブ(23B)が設けられたカラーフィルタは、設けられた配向制御用突起の総面積に準じて光の透過率が低下する。すなわち、配向制御用突起が設けられたカラーフィルタを用いた液晶表示装置には、その分の輝度(透過率)の低下がもた
らされる。従って、液晶表示装置の輝度(透過率)を更に向上させるために、配向制御用突起に関しては、画素内の液晶の配向を正常に行う高さが保たれ、且つ極力狭い幅であることが要求されている。
Since the alignment control protrusion is provided in the pixel, the color filter provided with the alignment control protrusion (23A) shown in FIG. 8 or the alignment control rib (23B) shown in FIG. 9 is provided for the alignment control. The light transmittance decreases according to the total area of the protrusions. That is, in the liquid crystal display device using the color filter provided with the alignment control protrusion, the luminance (transmittance) is reduced accordingly. Therefore, in order to further improve the luminance (transmittance) of the liquid crystal display device, the alignment control protrusions are required to have a height that allows normal alignment of the liquid crystal in the pixel and be as narrow as possible. Has been.

配向制御用突起の形成には、例えば、ポジ型フォトレジストであるノボラック系感光性樹脂が広く用いられているが、ノボラック系感光性樹脂を用い露光、現像、ベーキングを施して形成した配向制御用突起には色付きが生じるので、特に配慮が必要である。   For example, a novolak photosensitive resin, which is a positive photoresist, is widely used to form the alignment control protrusions. However, the alignment control protrusion formed by exposure, development, and baking using a novolak photosensitive resin is used. Since the protrusions are colored, special consideration is required.

上記カラーフィルタを構成するブラックマトリックス、着色画素、及び配向制御用突起(23A、23B)をフォトリソグラフィ法によりパターンとして形成する際のパターン露光には、ガラス基板(40)のサイズと略同程度のサイズのフォトマスクを用いて露光する方法が広く採用されている。カラーフィルタの画面全体を1回の露光で一括して行う、所謂、一括露光法である。この露光法では、フォトレジスト層が設けられたガラス基板の上方に、近接露光のギャップを介してフォトマスクが配置され、パターンが形成されたフォトマスクは、その膜面を下方、すなわち、ガラス基板の塗布膜に対向させる近接露光が広く採用されている。   The pattern exposure when forming the black matrix, the colored pixels, and the alignment control protrusions (23A, 23B) constituting the color filter as a pattern by a photolithography method is approximately the same as the size of the glass substrate (40). A method of performing exposure using a photomask of a size is widely adopted. This is a so-called batch exposure method in which the entire screen of the color filter is collectively performed by one exposure. In this exposure method, a photomask is disposed above a glass substrate on which a photoresist layer is provided via a proximity exposure gap, and the photomask on which a pattern is formed has a film surface below, that is, a glass substrate. Proximity exposure for facing the coating film is widely adopted.

図6は、液晶表示装置用カラーフィルタの製造における近接露光の一例を説明する断面図である。図6に示すように、ブラックマトリックス(41)、着色画素(42)、及び透明導電膜(43)が順次に形成されたガラス基板(40)上にフォトレジスト層(60)が形成され、その上方には近接露光のギャップ(G)を設けてフォトマスク(PM)が配置されている。フォトマスク(PM)は、フォトスペーサー、及び配向制御用突起(23A)或いは配向制御用リブ(23B)の形成に対応したパターンが形成されている。フォトマスクの膜面(51)はフォトレジスト層(60)に対向している。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of proximity exposure in manufacturing a color filter for a liquid crystal display device. As shown in FIG. 6, a photoresist layer (60) is formed on a glass substrate (40) on which a black matrix (41), a colored pixel (42), and a transparent conductive film (43) are sequentially formed. A photomask (PM) is disposed above the gap (G) for proximity exposure. The photomask (PM) has a pattern corresponding to the formation of the photospacer and the alignment control protrusion (23A) or the alignment control rib (23B). The film surface (51) of the photomask faces the photoresist layer (60).

このようなギャップ(G)を設けた近接露光によって、均一なパターンを形成する際には、露光装置における露光強度の面内バラツキ、露光光のディグリネーション(平行度)、ギャップ(G)の面内バラツキなどが重要な要素となってくる。また、このようなギャップ(G)を設けた近接露光法によって、パターンを形成する際には、露光光の回折の影響を受けるので、形成できるパターンの幅には制約が伴う。   When a uniform pattern is formed by proximity exposure provided with such a gap (G), in-plane variation of exposure intensity in the exposure apparatus, exposure light degree (parallelism), gap (G) In-plane variation is an important factor. Further, when a pattern is formed by the proximity exposure method provided with such a gap (G), it is affected by the diffraction of exposure light, so that the width of the pattern that can be formed is restricted.

図6において、フォトマスク(PM)の上方からの露光光(L)は、フォトマスク(PM)の光透過部を経て透明なフォトレジスト層(60)に照射されるが、近接露光のギャップ(G)が充分にあると、照射される光は、光透過部の下方のフォトレジスト層(60)部分のみでなく、照射される光の回折により、照射される光はフォトマスクの遮光部の下方のフォトレジスト層(60)部分にも達し、例えば、用いたフォトレジストがポジ型フォトレジストである際には、現像液に可溶なものへと光分解される。   In FIG. 6, the exposure light (L) from above the photomask (PM) is irradiated to the transparent photoresist layer (60) through the light transmission part of the photomask (PM). If there is sufficient G), the irradiated light is not only in the photoresist layer (60) portion below the light transmitting portion, but also due to the diffraction of the irradiated light, the irradiated light is not in the light shielding portion of the photomask. For example, when the used photoresist is a positive type photoresist, it reaches the lower photoresist layer (60) and is photodecomposed into a soluble material in the developer.

この回折される光は、幅の大きなフォトスペーサー(73)に対応した、幅の大きな遮光部の下方では少なく、幅の小さな配向制御用突起(23A)に対応した、幅の小さな遮光部の下方では多くなる。図6中に示す点線は、照射される光の回折によって光分解されない、すなわち、現像処理後にフォトスペーサー及び配向制御用突起として形成される部分に対応したフォトレジスト層(60)の部分を表している。   The diffracted light is less below the light-shielding portion having a large width corresponding to the photo spacer (73) having a large width, and below the light-shielding portion having a small width corresponding to the small alignment control protrusion (23A). Then increase. The dotted line shown in FIG. 6 represents a portion of the photoresist layer (60) corresponding to a portion that is not photodegraded by diffraction of irradiated light, that is, formed as a photospacer and alignment control protrusion after development processing. Yes.

このように、ギャップ(G)を設けた近接露光によって、パターンを形成する際には、露光光の回折の影響を受けるので、形成できるパターンの幅には制約が伴う。配向制御用突起の幅が狭くなると、配向制御用突起の形成に対応したフォトマスク上の遮光部の幅とギャップ(G)の幅の関係にて、所望する高さ(膜厚)を有する配向制御用突起が得られないことがある。また、配向制御用突起の中央部での膜厚の減少が大きくて凹みが生ずることがある。また、配向制御用突起の幅が狭くなると、剥離が生じ易くなる。ポジ型フォ
トレジストを用いた場合、ギャップ(G)の幅が100μm程度で得られる配向制御用突起(23A)の幅(W3)は12μm程度、高さ(H3)は1.4μm程度が限度である。
特開2000−267079号公報 特許第3255107号公報 特開2002−82426号公報 特開2000−298209号公報
As described above, when the pattern is formed by the proximity exposure provided with the gap (G), it is affected by the diffraction of the exposure light, so that the width of the pattern that can be formed is restricted. When the width of the alignment control protrusion becomes narrower, the alignment has a desired height (film thickness) in accordance with the relationship between the width of the light shielding portion on the photomask corresponding to the formation of the alignment control protrusion and the width of the gap (G). The control protrusion may not be obtained. In addition, the film thickness at the center portion of the alignment control protrusion is greatly reduced, and a dent may occur. In addition, when the width of the alignment control protrusion is narrowed, peeling is likely to occur. When a positive photoresist is used, the width (W3) of the alignment control projection (23A) obtained with a gap (G) width of about 100 μm is limited to about 12 μm, and the height (H3) is limited to about 1.4 μm. is there.
JP 2000-267079 A Japanese Patent No. 3255107 JP 2002-82426 A JP 2000-298209 A

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、画素内に配向制御用突起が設けられた液晶表示装置用カラーフィルタの製造に用いるフォトマスクにおいて、配向制御用突起を形成する際にポジ型フォトレジストを用い、近接露光で露光を行っても、幅12μm以下、高さ1.4μm以下の配向制御用突起を形成することのできるフォトマスクを提供することを課題とするものである。また、上記フォトマスクを用いて製造したカラーフィルタ、及びこのカラーフィルタを備えた液晶表示装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. When forming alignment control protrusions in a photomask used for manufacturing a color filter for a liquid crystal display device in which alignment control protrusions are provided in pixels. It is an object of the present invention to provide a photomask that can form alignment control protrusions having a width of 12 μm or less and a height of 1.4 μm or less even when a positive photoresist is used for the exposure and proximity exposure is performed. is there. It is another object of the present invention to provide a color filter manufactured using the photomask and a liquid crystal display device including the color filter.

これにより、現状より狭い幅の配向制御用突起を容易に形成することができ、例えば、携帯端末用などの小型、高精細な液晶表示装置に用いるカラーフィルタを提供することが可能となる。また、配向制御用突起が設けられたカラーフィルタを用いた液晶表示装置において、輝度(透過率)を容易に向上させるこのができる。   Thereby, it is possible to easily form alignment control protrusions having a narrower width than the current state, and for example, it is possible to provide a color filter used for a small-sized and high-definition liquid crystal display device for a portable terminal or the like. In addition, in a liquid crystal display device using a color filter provided with alignment control protrusions, the luminance (transmittance) can be easily improved.

本発明は、近接露光法を用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型フォトレジストを用いて設けた感光性組成物層に所望形状の配向制御用突起を形成する際に使用するフォトマスクにおいて、該感光性組成物層に配向制御用突起を形成するための単位の遮光パター
ンとして、フォトマスクの光透過領域中に、一辺の寸法が3.0μm〜5.0μmの多角形状の4個の遮光部が市松模様に配列され、その配列の中心部に幅が3.0μm〜5.0μmの光透過部を有する遮光パターンを形成したことを特徴とするフォトマスクである。
The present invention relates to a photomask used for forming an alignment control protrusion having a desired shape on a photosensitive composition layer provided using a positive photoresist by a photolithography method using a proximity exposure method. As a light-shielding pattern of a unit for forming alignment control protrusions on the conductive composition layer, four light-shielding portions having a polygonal shape with a side dimension of 3.0 μm to 5.0 μm are provided in the light transmission region of the photomask. The photomask is characterized in that a light shielding pattern having a light transmission portion with a width of 3.0 μm to 5.0 μm is formed at the center of the arrangement in a checkered pattern .

また、本発明は、近接露光法を用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型フォトレジストを用いて設けた感光性組成物層に所望形状の配向制御用突起を形成する際に使用するフォトマスクにおいて、該感光性組成物層に配向制御用突起を形成するための単位の遮光パターンとして、フォトマスクの光透過領域中に、一辺の寸法が3.0μm〜5.0μmの多角形状の遮光部が市松模様に一対角線方向に繰り返し配列され、その配列の中心部に幅が3.0μm〜5.0μmの光透過部を有する遮光パターンを形成したことを特徴とするフォトマスクである。 Further, the present invention provides a photomask used when forming alignment control protrusions having a desired shape on a photosensitive composition layer provided using a positive photoresist by a photolithography method using a proximity exposure method. As a light-shielding pattern of a unit for forming alignment control protrusions on the photosensitive composition layer, a polygonal light-shielding part having a side dimension of 3.0 μm to 5.0 μm is checkered in the light transmission region of the photomask. The photomask is characterized in that a light-shielding pattern having a light transmission portion with a width of 3.0 μm to 5.0 μm is formed at the center of the array, which is repeatedly arranged in a diagonal direction in a pattern .

本発明は、近接露光法を用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型フォトレジストを用いて設けた感光性組成物層に所望形状の配向制御用突起を形成する際に使用するフォトマスクにおいて、該感光性組成物層に配向制御用突起を形成するための単位の遮光パターンとして、フォトマスクの光透過領域中に、多角形状の遮光部が複数個配列され、その配列の中心部に解像限界以下の光透過部を有する遮光パターンを形成したフォトマスクであるので、ポジ型フォトレジストを用い、近接露光で露光を行っても、幅12μm以下、高さ1.4μm以下の円形状、多角形状、楕円形状、または十字パターン形状の配向制御用突起を形成することのできるフォトマスクとなる。   The present invention relates to a photomask used for forming an alignment control protrusion having a desired shape on a photosensitive composition layer provided using a positive photoresist by a photolithography method using a proximity exposure method. A plurality of polygonal light-shielding portions are arranged in the light transmission region of the photomask as a unit light-shielding pattern for forming alignment control protrusions on the composition layer, and the resolution is below the resolution limit at the center of the arrangement. Since a photomask having a light-shielding pattern having a light transmissive portion is formed using a positive photoresist and exposed by proximity exposure, a circular shape having a width of 12 μm or less and a height of 1.4 μm or less, a polygonal shape, The photomask is capable of forming an elliptical or cross pattern alignment control protrusion.

上記により、現状より狭い幅の配向制御用突起を容易に形成することができ、例えば、携帯端末用などの小型、高精細な液晶表示装置に用いるカラーフィルタを供することが可能となる。また、配向制御用突起が設けられたカラーフィルタを用いた液晶表示装置において、輝度(透過率)を容易に向上させることができる。   As described above, it is possible to easily form the alignment control protrusion having a narrower width than the current state, and it is possible to provide a color filter used for a small-sized and high-definition liquid crystal display device for portable terminals, for example. Further, in a liquid crystal display device using a color filter provided with alignment control protrusions, luminance (transmittance) can be easily improved.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1(a)は、本発明によるフォトマスクの一実施例の遮光パターンの一部を拡大して示す平面図である。このフォトマスクは、配向制御用突起を形成するためのものであり、配向制御用突起を形成するフォトレジストとしてポジ型フォトレジストを用いた際のものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1A is an enlarged plan view showing a part of a light shielding pattern of an embodiment of a photomask according to the present invention. This photomask is used to form alignment control protrusions, and is a positive resist used as a photoresist for forming alignment control protrusions.

また、このフォトマスクは、フォトマスクと基板上に設けられたフォトレジスト層との間にギャップを設けた近接露光法にて用いられるものである。そのギャップは形成するパターンの大きさ等によって異なるものであるが、通常100μm〜200μmの範囲内とされる。図1(a)に示すように、フォトマスクの光透過領域(52)中に、正方形の4個の遮光部(53)が市松模様に配列され、配列の中心部に光透過部(55)を有する遮光パターン(54)が設けられている。   The photomask is used in a proximity exposure method in which a gap is provided between the photomask and a photoresist layer provided on the substrate. The gap varies depending on the size of the pattern to be formed, but is usually in the range of 100 μm to 200 μm. As shown in FIG. 1A, four light shielding portions (53) having a square shape are arranged in a checkered pattern in the light transmission region (52) of the photomask, and the light transmission portion (55) is arranged at the center of the arrangement. A light-shielding pattern (54) is provided.

図1(a)は、多角形が正方形の例である。正方形の一辺(a)の寸法は3.0μm〜5.0μmであり、光透過部(55)の幅(b)は3.0μm〜5.0μmであり、遮光パターン(54)の外形寸法(c)は15μm以下のものである。一辺又は幅が3.0μm〜5.0μmの遮光部又は光透過部は、上記近接露光法では解像限界以下となる。   FIG. 1A shows an example in which a polygon is a square. The dimension of one side (a) of the square is 3.0 μm to 5.0 μm, the width (b) of the light transmission part (55) is 3.0 μm to 5.0 μm, and the outer dimensions ( c) is 15 μm or less. A light-shielding portion or light transmission portion having a side or width of 3.0 μm to 5.0 μm is below the resolution limit in the proximity exposure method.

図1(a)に示す、本発明によるフォトマスクにおいては、上方から照射された光のうち、遮光パターン(54)の外周端で下方に回り込んだ光と、中心部の光透過部(55)からの光が干渉し、フォトレジスト層面の中心部では光強度が弱まることがある。すなわち、この光強度が弱まるフォトレジスト層面の中心部の光分解は少なく、現像処理によって配向制御用突起が形成されることになる。   In the photomask according to the present invention shown in FIG. 1A, of the light irradiated from above, the light sneaking down at the outer peripheral edge of the light shielding pattern (54) and the light transmitting part (55 at the center). ) May interfere, and the light intensity may be weakened at the center of the photoresist layer surface. That is, there is little photodecomposition at the center of the photoresist layer surface where the light intensity is weakened, and the alignment control projections are formed by the development process.

本発明者は、フォトレジスト層面での光強度と、使用する遮光パターン(54)の形状の関係についてシミュレーションを行った結果、具体的には、遮光部(53)の一辺が5.0μm以下において、光透過部(55)の幅が3.0μm〜5.0μmであると、微細な配向制御用突起が形成されることを見出した。図1(b)は、ガラス基板(40)上に、着色画素(42)、透明導電膜(43)が形成された、該透明導電膜(43)上の配向制御用突起(56)の平面図である。
遮光部(53)の一辺が3.0μmより小さいと、それ自体小さすぎて干渉の効果が少なく微細な配向制御用突起が形成されない。また、その一辺が5.0μmより大きいと、その遮光部(53)によって囲まれる光透過部(55)自体を解像してしまい、断面形状がかまぼこ状突起とならず、環状の突起となってしまう。
The inventor conducted a simulation on the relationship between the light intensity on the surface of the photoresist layer and the shape of the light shielding pattern (54) to be used. As a result, specifically, when one side of the light shielding portion (53) is 5.0 μm or less, It has been found that fine alignment control protrusions are formed when the width of the light transmission part (55) is 3.0 μm to 5.0 μm. FIG. 1B shows a plane of orientation control protrusions (56) on a transparent conductive film (43) in which a colored pixel (42) and a transparent conductive film (43) are formed on a glass substrate (40). FIG.
If one side of the light-shielding portion (53) is smaller than 3.0 μm, it is too small per se, and the effect of interference is small and a fine alignment control protrusion is not formed. On the other hand, if the one side is larger than 5.0 μm, the light transmission part (55) itself surrounded by the light shielding part (53) is resolved, and the cross-sectional shape does not become a semi-cylindrical protrusion but an annular protrusion. End up.

図1(c)は、透明導電膜(43)上に形成された配向制御用突起(56)の断面図である。形成される配向制御用突起(56)の高さ(H1)は1.4μm以下で、その幅(W1)は12μm以下となる。形成できる幅の最小値は、おおむね4〜5μmである。   FIG. 1C is a cross-sectional view of the alignment control protrusion 56 formed on the transparent conductive film 43. The height (H1) of the formed alignment control protrusion (56) is 1.4 μm or less, and its width (W1) is 12 μm or less. The minimum width that can be formed is about 4 to 5 μm.

また、図2(a)に示すフォトマスクは、フォトマスクの光透過領域(57)の中の遮光パターン(58)が、図1(a)に示す遮光パターン(54)と配列、サイズともに同一である。しかし、透明導電膜(43)上に塗布されるポジ型フォトレジストの膜厚を、図1(b)において、配向制御用突起(56)を形成する際に塗布したポジ型フォトレジストの膜厚より厚くしたものである。これにより、近接露光法による光干渉作用と現像後に残存するレジスト膜が多くなり、図2(b)に示すような、×形(もしくは十文字形)の配向制御用突起(61)を形成することができる。   In the photomask shown in FIG. 2A, the light shielding pattern (58) in the light transmission region (57) of the photomask is the same in arrangement and size as the light shielding pattern (54) shown in FIG. It is. However, the film thickness of the positive photoresist applied on the transparent conductive film (43) is the same as the film thickness of the positive photoresist applied when forming the alignment control protrusions (56) in FIG. It is thicker. As a result, the light interference effect by the proximity exposure method and the resist film remaining after development increase, and the X-shaped (or cross-shaped) alignment control protrusion (61) as shown in FIG. 2B is formed. Can do.

また、図3(a)に示すフォトマスクは、フォトマスクの光透過領域(59)中に、図1(a)に示した、遮光部(53)が市松模様に配列する遮光パターン(60)を、一方向、この例では遮光部(53)の一対角線の方向に繰り返した配列の市松模様としたものである。このようなフォトマスクを用いた際には、光の干渉作用により、図3(b)に示すように、楕円形状の配向制御用突起(62)を形成することができる。   In addition, the photomask shown in FIG. 3A has a light shielding pattern (60) in which the light shielding portions (53) shown in FIG. 1 (a) are arranged in a checkered pattern in the light transmission region (59) of the photomask. Is a checkered pattern of an array repeated in one direction, in this example, the direction of the diagonal line of the light shielding portion (53). When such a photomask is used, an elliptical alignment control protrusion (62) can be formed by the interference of light as shown in FIG. 3 (b).

下記に実施例により具体的に本発明を説明する。   The present invention will be specifically described below with reference to examples.

<実施例1>
〔ポジ型フォトレジストの組成〕
配向制御用突起の形成に用いるポジ型フォトレジストの組成を下記に示す。
・樹脂:クレゾールノボラックエポキシ樹脂 12wt%
・感光剤:ジアゾナフトキノン(DNQ) 14wt%
・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(PGMAC)
73.95wt%
〔フォトマスク〕
配向制御用突起を形成する遮光パターンとして、図1(a)に示す遮光パターンにおいて、一辺が4.0μmの正方形の4個の遮光部(53)が市松模様に配列され、遮光パターン(54)の中心部の光透過部(55)の幅は4.0μmであり、遮光パターン(54)の外形寸法は12μmのものを用いた。この光透過部(55)の幅は近接露光法では解像限界以下である。
<Example 1>
[Positive photoresist composition]
The composition of the positive photoresist used for forming the alignment control protrusion is shown below.
・ Resin: Cresol novolac epoxy resin 12wt%
Photosensitizer: diazonaphthoquinone (DNQ) 14 wt%
・ Solvent: Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMAC)
73.95 wt%
[Photomask]
As the light-shielding pattern for forming the alignment control protrusion, in the light-shielding pattern shown in FIG. 1A, four light-shielding portions (53) having a square side of 4.0 μm are arranged in a checkered pattern, and the light-shielding pattern (54). The width of the light transmission part (55) at the center of the light-transmitting part is 4.0 μm, and the light shielding pattern (54) has an outer dimension of 12 μm. The width of the light transmission part (55) is below the resolution limit in the proximity exposure method.

〔配向制御用突起の形成〕
ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、及び透明導電膜を順次に形成し、この透明導電膜上に上記組成のポジ型フォトレジストを塗布して膜厚2.0μmのフォトレジスト層を設けた。
近接露光のギャップを100μmとし、上記フォトマスクを介した露光を100mJ/cm2 与え、現像、ベーキングを施し配向制御用突起を形成した。得られた配向制御用突起は高さ(膜厚)(H1)1.3μm、幅(W1)7.0μmを有し、平面形状が正方形、断面形状がかまぼこ状の良好な配向制御用突起であった。
[Formation of orientation control protrusions]
A black matrix, a colored pixel, and a transparent conductive film were sequentially formed on a glass substrate, and a positive photoresist having the above composition was coated on the transparent conductive film to provide a 2.0 μm-thick photoresist layer.
The proximity exposure gap was set to 100 μm, exposure through the photomask was applied to 100 mJ / cm 2 , development and baking were performed to form alignment control protrusions. The obtained alignment control protrusion has a height (film thickness) (H1) of 1.3 μm, a width (W1) of 7.0 μm, a planar shape is a square, and the cross-sectional shape is a good alignment control protrusion. there were.

<実施例2>
実施例1と同様のポジ型フォトレジストを用い、フォトマスクとして、市松模様の遮光部(53)が正方形で、その一辺は4.0μmで、遮光パターン(58)の中心部に形成した光透過部(55)の幅は4.0μmであって、遮光パターン(58)の外形の寸法が12μmののものを用いた。光透過部(55)の幅は近接露光法では解像限界以下である。
<Example 2>
The same positive photoresist as in Example 1 was used, and as a photomask, the checkered light-shielding portion (53) was square, its one side was 4.0 μm, and light transmission formed in the central portion of the light-shielding pattern (58). The part (55) had a width of 4.0 μm and the light shielding pattern (58) had an outer dimension of 12 μm. The width of the light transmission part (55) is below the resolution limit in the proximity exposure method.

〔配向制御用突起の形成〕
実施例1と異なり、膜厚3.0μmのポジ型フォトレジスト層に対して。近接露光のギャップを100μmとし、上記フォトマスクを介した露光を150mJ/cm2 与え、現像、ベーキングを施し配向制御用突起(61)を形成した。得られた配向制御用突起(61)は高さ(膜厚)1.3μmで、平面形状が十字形となった。十字形のくびれ部分の外径は7.0μmであり、十字形の翼部分の外径は11.0μmである。断面形状は、かまぼこ状の良好な配向制御用突起であった(図2参照)。
[Formation of orientation control protrusions]
Unlike Example 1, for a positive photoresist layer having a thickness of 3.0 μm. The proximity exposure gap was set to 100 μm, exposure through the photomask was applied at 150 mJ / cm 2, development and baking were performed to form alignment control projections (61). The obtained alignment control protrusion (61) had a height (film thickness) of 1.3 μm and a planar shape of a cross. The outer diameter of the cruciform constriction is 7.0 μm, and the outer diameter of the cruciform wing is 11.0 μm. The cross-sectional shape was a kamaboko-shaped projection for good orientation control (see FIG. 2).

<実施例3>
実施例1と同様のポジ型フォトレジストを用い、フォトマスクとして、市松模様の遮光部は正方形で、その一辺は4.0μmであり、遮光パターン(60)の中心部に形成した光透過部の幅は4.0μmであって、遮光パターン(60)の外形の寸法が12μmのものを用いた。遮光パターン(60)は、一方向、すなわち図3(a)に示すように、遮光部の一対角線上に2回繰り返した市松模様としたものである。近接露光法では解像限界以下である。
<Example 3>
A positive photoresist similar to that in Example 1 was used, and as a photomask, the checkered light-shielding portion was square and one side thereof was 4.0 μm. The light-transmitting portion formed at the center of the light-shielding pattern (60) A width of 4.0 μm and a light shielding pattern (60) having an outer dimension of 12 μm were used. The light shielding pattern (60) is a checkered pattern that is repeated twice in one direction, that is, on a diagonal line of the light shielding portion, as shown in FIG. In the proximity exposure method, it is below the resolution limit.

〔配向制御用突起の形成〕
実施例1と同様にして、膜厚2.0μmのポジ型フォトレジスト層に対して。近接露光のギャップを100μmとし、上記フォトマスクを介した露光を100mJ/cm2 与え、現像、ベーキングを施し配向制御用突起(62)を形成した。得られた配向制御用突起(62)は高さ(膜厚)1.3μm、を有し、平面形状が楕円形で、楕円の短径が8μmであり、断面形状がかまぼこ状の良好な配向制御用突起であった。
[Formation of orientation control protrusions]
In the same manner as in Example 1, for a positive photoresist layer having a thickness of 2.0 μm. The proximity exposure gap was set to 100 μm, exposure through the photomask was applied to 100 mJ / cm 2 , development and baking were performed to form alignment control protrusions (62). The obtained alignment control protrusion (62) has a height (film thickness) of 1.3 μm, a planar shape of an ellipse, a minor axis of the ellipse of 8 μm, and a good cross-sectional shape of a kamaboko shape. It was a control protrusion.

(a)は、本発明によるフォトマスクの一実施例の遮光パターンの一部を拡大して示す平面図である。(b)は、透明導電膜上の形成された配向制御用突起の平面図である。(c)は、透明導電膜上に形成された配向制御用突起の断面図である。(A) is a top view which expands and shows a part of light-shielding pattern of one Example of the photomask by this invention. (B) is a top view of the alignment control protrusion formed on the transparent conductive film. (C) is sectional drawing of the protrusion for orientation control formed on the transparent conductive film. (a)は、図1(a)に示すフォトマスクと同一のフォトマスクである。(b)は、塗布したポジ型フォトレジストの膜厚を厚くして形成した配向制御用突起の平面形状である。(A) is the same photomask as the photomask shown to Fig.1 (a). (B) is the planar shape of the alignment control protrusion formed by increasing the thickness of the applied positive photoresist. (a)は、遮光部が市松模様に配列する遮光パターンを一対角線の方向に繰り返した配列したものである。(b)は、(a)のフォトマスクを用いて形成した配向制御用突起の平面形状である。(A) arranges the light-shielding pattern which the light-shielding part arranges in a checkered pattern in the direction of a diagonal line. (B) is a planar shape of the alignment control protrusion formed using the photomask of (a). 液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically an example of the color filter used for a liquid crystal display device. 図4に示すカラーフィルタのX−X’線における断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of the color filter illustrated in FIG. 4. 近接露光の一例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining an example of proximity | contact exposure. MVA−LCDの断面を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the cross section of MVA-LCD typically. (a)は、MVA−LCDに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図である。(b)は、MVA−LCDに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す断面図である。(A) is a top view which expands and shows one pixel of an example of the color filter used for MVA-LCD. FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view illustrating one pixel of an example of a color filter used in an MVA-LCD. (a)は、別な例の一画素を拡大して示す平面図である。(b)は、別な例の一画素を拡大して示す断面図である。(A) is a top view which expands and shows one pixel of another example. (B) is sectional drawing which expands and shows one pixel of another example.

符号の説明Explanation of symbols

4、8A、8B・・・カラーフィルタ
20・・・TFT基板
21・・・液晶分子
22a、22b、23、56、61、62・・・配向制御用突起
23A、83B・・・配向制御用突起(リブ)
27・・・液晶分子
40・・・ガラス基板
41・・・ブラックマトリックス
41A・・・マトリックス部
41B・・・額縁部
42・・・着色画素
43・・・透明導電膜
50・・・フォトマスクの基板
51・・・フォトマスクの膜面
52、57、59・・・フォトマスクの光透過領域
53・・・遮光部
54、58、60・・・遮光パターン
55・・・光透過部
60・・・フォトレジスト層
73・・・フォトスペーサー
80・・・MVA−LCD
G・・・近接露光のギャップ
H1、H3、H4・・・配向制御用突起(リブ)の高さ
L・・・露光光
PM・・・フォトマスク
W1、W3、W4・・・配向制御用突起(リブ)の幅
4, 8A, 8B ... Color filter 20 ... TFT substrate 21 ... Liquid crystal molecules 22a, 22b, 23, 56, 61, 62 ... Alignment control protrusions 23A, 83B ... Alignment control protrusions (rib)
27 ... Liquid crystal molecule 40 ... Glass substrate 41 ... Black matrix 41A ... Matrix part 41B ... Frame part 42 ... Colored pixel 43 ... Transparent conductive film 50 ... Photomask Substrate 51... Photomask film surfaces 52, 57, 59... Photomask light transmission region 53..., Light shielding portions 54, 58, 60. -Photoresist layer 73 ... Photo spacer 80 ... MVA-LCD
G: Proximity exposure gaps H1, H3, H4 ... Height of alignment control protrusions (ribs) L ... Exposure light PM ... Photomasks W1, W3, W4 ... Alignment control protrusions (Rib) width

Claims (2)

近接露光法を用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型フォトレジストを用いて設けた感光性組成物層に所望形状の配向制御用突起を形成する際に使用するフォトマスクにおいて、該感光性組成物層に配向制御用突起を形成するための単位の遮光パターンとして、フォトマスクの光透過領域中に、一辺の寸法が3.0μm〜5.0μmの多角形状の4個の遮光部が市松模様に配列され、その配列の中心部に幅が3.0μm〜5.0μmの光透過部を有する遮光パターンを形成したことを特徴とするフォトマスク。   In a photomask used for forming alignment control protrusions having a desired shape on a photosensitive composition layer provided using a positive photoresist by a photolithography method using a proximity exposure method, the photosensitive composition layer As a light-shielding pattern of units for forming alignment control protrusions on the surface, four polygonal light-shielding portions having a side dimension of 3.0 μm to 5.0 μm are arranged in a checkered pattern in the light transmission region of the photomask. And a light-shielding pattern having a light transmission part with a width of 3.0 μm to 5.0 μm at the center of the array. 近接露光法を用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型フォトレジストを用いて設けた感光性組成物層に所望形状の配向制御用突起を形成する際に使用するフォトマスクにおいて、該感光性組成物層に配向制御用突起を形成するための単位の遮光パターンとして、フォトマスクの光透過領域中に、一辺の寸法が3.0μm〜5.0μmの多角形状の遮光部が市松模様に一対角線方向に繰り返し配列され、その配列の中心部に幅が3.0μm〜5.0μmの光透過部を有する遮光パターンを形成したことを特徴とするフォトマスク。   In a photomask used for forming alignment control protrusions having a desired shape on a photosensitive composition layer provided using a positive photoresist by a photolithography method using a proximity exposure method, the photosensitive composition layer As a unit light-shielding pattern for forming alignment control protrusions, a polygonal light-shielding portion with a side dimension of 3.0 μm to 5.0 μm in a checkered pattern in a diagonal direction in the light transmission region of the photomask A photomask characterized in that a light-shielding pattern having a light transmission part with a width of 3.0 μm to 5.0 μm is formed at the center of the array repeatedly.
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