JP2000214308A

JP2000214308A - ブラックマトリックス薄膜、多層ブラックマトリックス、カラ―フィルタ基板、ブラックマトリックス薄膜形成用タ―ゲットおよび基板の製造方法

Info

Publication number: JP2000214308A
Application number: JP11015104A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takagi; 悟高木; Arinori Aoshima; 有紀青嶋; Takeshi Kuboi; 健久保井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: AGC Inc; Proterial Ltd
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】クロムに代えることのできる優れた光学特性
及び要求される耐食性を兼ね備えたブラックマトリック
ス薄膜を提供する。【解決手段】Ｎｂの含有量が１〜３５重量％であり、
残部が実質的にＭｏであるブラックマトリックス用薄膜
である。またこれにＢを０．０００１〜１重量％含有す
ることができる。この薄膜はその組成の一部分がそれら
の窒化物、酸化物、炭化物あるいは酸窒化物とすること
ができる。この薄膜を形成するのに使用するターゲット
は得るべき薄膜と同一組成のものを使用することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、液晶やプラズマデ
ィスプレイなどの表示装置に用いられる遮光膜に必要と
される光学特性、耐食性、特定のエッチング液のエッチ
ング加工性を満たすブラックマトリックス薄膜、これを
用いたカラーフィルタ基板、ブラックマトリックス薄膜
形成用ターゲット、及びこのターゲットを用いて形成す
るブラックマトリックス薄膜を付けた基板の製造方法に
関する。【０００２】【従来の技術】液晶やプラズマディスプレイなどでは、
光源からの光を赤、青、緑の色材を透過させることによ
り、カラー表示を可能とする部材をカラーフィルターと
呼ぶ。このカラーフィルターにある遮光膜は、一般的に
ブラックマトリックスと呼ばれており、コントラストの
向上や色材の混色防止を目的としてガラス基板の上など
に成膜される。【０００３】ブラックマトリックスの特性で最も重要な
特性は光学特性であり、光学特性としては遮光率が高い
ことと、反射率の低いことである。混色を防止するため
には、光源からの必要のない光を十分に遮光することが
必要である。この遮光率は透過光の減衰量を示す光学濃
度（ＯＤ）＝−ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ₀）で表すことができ
る。Ｉは透過光の強度、Ｉ₀は入射光の強度である。こ
の光学濃度の数値が高いほど光を遮蔽している。【０００４】また、表示側（観察者側）で反射率が高い
と外部からの光が反射されて、反射光が表示画像のコン
トラストを低下させるので反射率を低くすることが必要
である。反射率は例えば特定波長の光を薄膜に特定角度
を持って入射させ、反射する光を測定することで評価す
ることができる。【０００５】ブラックマトリックスはスパッタリング法
で成膜を行い、フォトリソグラフィ法によりパターニン
グする製造方法が従来から採られている。【０００６】このように形成したブラックマトリックス
の上に色材膜からなるカラーフィルタが形成される。こ
の工程では、例えばブラックマトリックスが形成されて
いるガラス基板上に、感光性の着色樹脂をスピン塗布
し、マスクを介して露光し、現像により着色樹脂をパタ
ーニングして、アルカリ水溶液などを用いてエッチング
加工を行い着色樹脂をパターニングする。カラーフィル
タの場合は、赤、緑、青（ＲＧＢ）の３種類の色材膜を
形成する必要があるので、上の工程を３回繰り返す。更
に保護膜を塗布し、最後にＩＴＯ透明電極を形成してカ
ラーフィルタの完成となる。【０００７】上述した製造方法はフォトリソグラフィ法
であり、種々のカラーフィルタ製造方法が提案されてい
るなかの１つである。しかし、多くの製造方法では、ブ
ラックマトリックスをエッチング加工で形成するため、
ブラックマトリックス材には使用するエッチング液に対
してはエッチング性が要求される。かつ、色材膜の形成
や手直しなどを行う際に、ブラックマトリックスがアル
カリ性溶液、酸性溶液、温水などと接触するので、ブラ
ックマトリックスにはある程度の耐食性が製造上の面か
ら要求される。【０００８】ブラックマトリックス材としては、特開平
８−２２０３２６号公報に記載されているように、化学
組成的には金属クロム、酸化クロム、モリブデン、カー
ボンなどが用いられているが、金属クロム及び酸化クロ
ムは遮光性、成膜性、エッチング加工性などから好適で
あるとされている。【０００９】【発明が解決しようとする課題】すなわちＣｒ膜は、反
射率が低く、かつ光を透過しにくい膜となり、ブラック
マトリックスとしては非常に良い光学特性を有する。ま
た、Ｃｒは上述した色材膜を形成する際などに使用され
る腐食性溶液に対して優れた耐食性をも合わせ持ってい
る。しかし、一方で昨今の環境問題への関心の高まりか
ら、Ｃｒに代わり得るブラックマトリックスの実用化が
望まれている。【００１０】このような背景から、ＮｉＣｕ合金などが
開発され、これらの光学特性が優れていることは既に広
く知られている。しかし、ＮｉＣｕ合金では耐酸性が低
く、上述したカラーフィルタの製造工程で腐食されてし
まい、光学濃度が低くなるという問題を生じる。【００１１】また、特開平９−２４３８０１号公報に
は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、ＴａおよびＮｂの１
種以上からなるブラックマトリックスが提案されてい
る。しかし、これで検討されているのは、主にＮｉ系合
金やＦｅ系合金である。これらのＮｉやＦｅ系は、本発
明者の検討によると、ブラックマトリックス膜に必要と
されるエッチング性と耐食性を十分に両立できない。ま
た、ＭｏＮｂ系についての詳細な検討がなく、ブラック
マトリックスに必要なエッチング性や耐食性などを両立
するためのＮｂ含有量について議論もされていない。こ
のためにアルカリ性水溶液で腐食されてしまい歩留まり
が低くなることやエッチング速度が遅くなり生産性が低
いといった問題などを生じていた。【００１２】よって、これを解決するために、新しいブ
ラックマトリックスの開発が望まれていた。【００１３】そこで、本発明はＣｒに代えることの出来
る優れた光学特性及び製造するために要求される耐食
性、エッチング加工性を兼ね備えたブラックマトリック
ス薄膜を提供することを目的とする。【００１４】また、本発明は、上記のブラックマトリッ
クス薄膜を用いたカラーフィルタ基板を提供することを
目的とする。【００１５】また、本発明はＣｒを含有せずに、優れた
光学特性、耐食性及びエッチング加工性を兼ね備えたブ
ラックマトリックス用薄膜を形成するためのターゲット
を提供することも目的とする。【００１６】更にまた、本発明は上記のターゲットを用
いたブラックマトリックス薄膜を付けた基板の製造方法
を提供することも目的としている。【００１７】【課題を解決するための手段】本発明者は上記の問題に
鑑み、種々の検討を行った。その結果、ＭｏＮｂあるい
はＭｏＮｂＢ系という従来十分に検討されていない合金
の薄膜、あるいはその炭化物、酸化物、窒化物及びそれ
らの組み合わせで、ＣｒあるいはＣｒの炭化物、酸化
物、窒化物及びそれらの組み合わせと同等の光学特性と
腐食液に対する耐食性と特定のエッチング液に対するエ
ッチング加工性を併せ持ったブラックマトリックス薄膜
が得られることを見出した。【００１８】すなわち、含有する金属元素の重量割合で
Ｎｂが１〜３５重量％であり、残部が実質的にＭｏであ
るブラックマトリックス薄膜、あるいは、このブラック
マトリックス薄膜の一部又は全部が酸化物、窒化物、炭
化物のいずれか１種もしくは２種以上の化合物として存
在するブラックマトリックス薄膜によって、上述した特
性が満足されることを見出した。【００１９】好ましいＮｂ含有量としては１〜２０重量
％である。このＮｂ含有量では、これまでＣｒのエッチ
ング加工に使用されてきたエッチング液をそのまま用い
ても、非常に速いエッチング速度が得られる。【００２０】上述したＭｏＮｂ系ブラックマトリックス
薄膜に、金属元素としてＢを０．０００１〜１重量％の
範囲で含有することによって、エッチング性を向上する
ことが可能である。【００２１】ブラックマトリックス薄膜が、実質的に２
層以上の多層構造をなし、この多層構造は反射を防止す
べき光の入射側を低反射層として、その次に低反射層よ
りも光透過率の低い膜で高遮光性層を構成し、それらの
多層構造の内少なくとも１層が、含有する金属元素の重
量割合でＮｂが１〜３５重量％であり、残部が実質的に
Ｍｏの組成の薄膜である多層ブラックマトリックス薄
膜、または、Ｎｂが１〜３５重量％であり、残部が実質
的にＭｏの金属元素組成を有し、これら金属元素が酸化
物、窒化物あるいは酸窒化物として存在する多層ブラッ
クマトリックス薄膜、さらにまたこのＭｏＮｂ系薄膜に
Ｂを０．０００１〜１重量％添加した薄膜を用いた２層
以上の多層ブラックマトリックスを用いることによっ
て、反射率を著しく低減することなどの光学特性向上が
可能となる。【００２２】上述してきたＭｏＮｂ系ブラックマトリッ
クス薄膜を用いて、低反射を必要とする層から第１層目
は酸化物、窒化物、あるいは酸窒化物から成り、第２層
目を金属膜あるいは炭化物とした多層ブラックマトリッ
クスは、種々の膜の組み合わせの中で経済性と光学的特
性の品質のバランスを良くして生産を可能とする。【００２３】また、低反射を必要とする層から第１層目
は酸化物、窒化物、あるいは酸窒化物から成り、第２層
目は炭化物あるいは窒化物から成り、第３層目は金属か
ら成る積層構造をしている多層ブラックマトリックス
は、最高レベルの光学的特性を最も低いコストで得るこ
とが可能になる。【００２４】さらに、本発明は、上記ブラックマトリッ
クス薄膜を付けた基板上にカラーフィルタ膜を形成して
なるカラーフィルタ基板も提案する。【００２５】また更に、Ｎｂが１〜３５重量％であり、
残部が実質的にＭｏであるブラックマトリックス用薄膜
を形成するためのターゲットと、Ｎｂが１〜３５重量％
であり、Ｂが０．０００１〜１重量％の範囲で含有し、
残部が実質的にＭｏであるブラックマトリックス用薄膜
を形成するためのターゲットをも提案する。【００２６】最後に、本発明は、上記ターゲットを用い
て、不活性ガス、酸素、窒素、もしくは炭素を含有する
ガスあるいはこれらの混合ガス中で、基板上にスパッタ
リングして薄膜を形成するブラックマトリックス薄膜ま
たは多層ブラックマトリックスを付けた基板の製造方法
も提案する。【００２７】【発明の実施の形態】本発明の重要な特徴は、エッチン
グ加工の際などに環境に有害な物質の発生がないブラッ
クマトリックスとしてＭｏＮｂ系あるいはＭｏＮｂＢ系
薄膜が光学特性、耐食性及びエッチング加工性に優れて
いることを見出したことである。【００２８】純Ｍｏの薄膜では、光学特性やエッチング
加工性は満たすが、耐食性が低く、カラーフィルタの製
造が大変に困難になる。しかし、本発明であるＭｏＮｂ
系あるいはＭｏＮｂＢ系薄膜にすることによって、光学
特性やエッチング性を損なうことなく耐食性を向上でき
る。【００２９】含有する金属元素の重量割合でＮｂの含有
量を１重量％以上としたのは、これ未満では耐食性向上
の効果が認められないからである。一方、Ｎｂの含有量
を３５重量％以下としたのは、これを超えると耐食性が
非常に高くなり、一般的なウエットエッチングではエッ
チング加工が困難となるためである。【００３０】ここで、困難とは、エッチング速度の低下
にともなう生産性の低下あるいは耐食性が高いためにエ
ッチングが不可能になることである。もう１つは、２層
以上に積層した場合に、膜厚方向にエッチングされるよ
りも、２層の境界面がエッチング液によって腐食される
ので、膜が剥がれることである。【００３１】なお、本発明で金属元素の割合を重量％で
示しているのは、特に断らない限り含有する金属元素の
重量割合を示している。たとえば、酸化物の場合には、
酸素元素は無視して、組成中の金属元素のみの合量を１
００重量％とした時の各金属元素の含有割合を示す。【００３２】純Ｎｂは純Ｍｏよりも酸とアルカリの両方
に対して耐食性が高いので、Ｎｂ含有量の増加に伴い耐
食性が高くなると考えている。また、ＮｂはＭｏに平衡
状態では完全に固溶されるので、組織が２相になること
などがない。このために、Ｎｂ含有量の増加に伴い徐々
に耐食性が向上し、微妙な耐食性の変化が可能になると
思われる。これによって、耐食性とエッチング加工性が
両立する化学組成が存在すると思われる。【００３３】ＭｏＮｂの合金に、Ｂを添加することによ
って、エッチング速度を速くすることが可能となり、エ
ッチング加工の生産性が向上する。ここでＢの含有量の
下限を０．０００１重量％としたのは、これ未満である
とエッチング速度向上の効果が顕著でないためである。
一方、Ｂ含有量の上限を１重量％としたのは、これを超
えて含有させると耐食性が低くなるためである。【００３４】Ｂを添加することによって、エッチング速
度が向上できるメカニズムは以下のように考えている。
Ｂは原子半径が小さいのでＭｏＮｂ合金の結晶粒内に進
入し、格子を歪ませることによって、ＭｏＮｂ結晶の結
合を弱めるので、エッチング速度を向上させる効果があ
ると思われる。【００３５】これらＭｏＮｂ系、あるいはＭｏＮｂＢ系
はブラックマトリックスとしての光学的な特性も十分に
満たしており、１００ｎｍの膜厚で、光学濃度は４以
上、反射率は７０％以下となる。【００３６】この遮光膜としての特性は、ＭｏＮｂ系あ
るいはＭｏＮｂＢ系合金ターゲットを炭素含有ガス中で
成膜した場合などに得られるＭｏＮｂ系あるいはＭｏＮ
ｂＢ系炭化物でも、特に良好な遮光膜としての特性が得
られる。【００３７】ただし、炭化物は金属膜と全く同等の光学
特性ではない。炭化物は金属膜より遮光性が低いが、反
射率が低いという特徴がある。よって、これらの炭化物
を十分に遮光性が得られる膜厚まで成膜することによ
り、金属膜単層よりも低反射、同等の遮光性を持ったブ
ラックマトリックスを得ることが出来る。この炭化物単
層膜の特徴は、多層膜よりも低コストで生産でき、金属
単層膜と多層膜の中間的な光学特性が得られる利点であ
る。【００３８】詳細は後述するが、さらに炭化物を多層膜
の１つの層としたブラックマトリックスを形成すると、
非常に光学特性の良いブラックマトリックスになる。【００３９】また、スパッタリング時のガスの炭素量を
変化させる事によって、ＭｏＮｂ系あるいはＭｏＮｂＢ
系の炭化物の光学特性を変化させることができる。すな
わち、ガスの炭素含有量を高くして行くのにともなっ
て、反射率が低くなり、かつ遮光性が低下する。【００４０】また、ＭｏＮｂ系あるいはＭｏＮｂＢ系合
金ターゲットを、酸素、窒素、または酸窒素の混合ガス
中でスパッタリングを行う事によって得られるＭｏＮｂ
あるいはＭｏＮｂＢの元素組成を有した酸化物、窒化
物、酸窒化物は、Ｍｏ合金薄膜、ＭｏＮｂＢ合金薄膜、
およびこれらの炭化物薄膜よりも透過率が高い。【００４１】酸素は最も透過率の高い膜を得ることがで
きる。窒化物は酸化物と炭化物の中間的な透過率の膜を
得る事ができる。また、酸窒化物は酸化膜と窒化膜の中
間的な透過率の膜を得ることが出来る。【００４２】さらに、スパッタリング時のガスの酸素、
窒素、酸窒素量を変化させる事によって、ＭｏＮｂ系あ
るいはＭｏＮｂＢ系の酸化物、窒化物、酸窒化物の透過
率を変化させることもできる。すなわち、酸素、窒素、
または酸窒素のガス成分を高くすると透過率が高くな
る。【００４３】また、炭素、酸素、窒素含有ガスを混合し
てスパッタすることによって、炭化物、酸化物、窒化物
を２種類以上含む膜を製造することによって、光学特性
を制御できる。【００４４】これらの膜を多層構造にすることによっ
て、ブラックマトリックスの光学特性向上がはかられ
る。【００４５】この際の膜構造は、反射を防止したい面に
透過率の高い膜を成膜し、次にこの膜よりも透過率の低
い膜を成膜した構造にすることによって、単層膜よりも
光学特性の向上をはかることができる。【００４６】効果の顕著な光学特性の制御方法は、金
属、炭化物、酸化物、窒化物及びこれらの複合物を成膜
する際のガスの元素や組成を制御することによって、透
過率の高い酸化物、窒化物及びこれらの複合物のいずれ
か１種類以上の膜を成膜し、続いて、これらの膜よりも
透過率の低い金属、炭化物、酸化物、窒化物及びこれら
の複合物のいずれか１種類以上の膜を成膜といった２層
以上の多層構造にすることである。【００４７】さらに、ＭｏＮｂあるいはＭｏＮｂＢの元
素組成の透過率の高い酸化物、窒化物あるいは酸窒化
物、特には酸化物を、反射率をより低くしたい面に積層
し、次に第１層目よりも遮光性の高いＭｏＮｂあるいは
ＭｏＮｂＢ合金、それらの合金の窒化物、それらの合金
の酸化物、それらの合金の炭化物の何れか、あるいはこ
れらの混合物を積層した構造にすることによって、２層
構造では最も光学特性が優れる。【００４８】３層構造としては、低反射にしたい面から
順に、第１層目を酸化物、窒化物あるいは酸窒化物、第
２層目を炭化物あるいは窒化物、第３層目を金属の３層
構造にすることによって、最高水準に光学特性が向上す
る。【００４９】もちろん、両側で低反射を得たい場合は、
高遮光性層の両側に低反射層を設けた多層膜構造にする
ことによって、容易に製造が可能である。【００５０】また、多層膜のある層のみに本発明である
ＭｏＮｂ系合金あるいはＭｏＮｂ系の酸化物、窒化物、
炭化物およびこれらの複合物として、他の層には公知の
化学組成の膜を使用することも可能である。例えば、Ｓ
ｉＯ₂膜を低反射層として、ＭｏＮｂ系合金膜を高遮光
性層とすることである。【００５１】まとめると、ＭｏＮｂあるいはＭｏＮｂＢ
系の金属、炭化物、酸化物、窒化物、これらの複合物の
ブラックマトリックス薄膜、およびこれらを多層に組み
合わせた多層ブラックマトリックス、あるいは必要な部
分のみに酸化などをさせたブラックマトリックス薄膜に
よって、反射率や透過率を制御した人が見やすいカラー
フィルタとするができる。【００５２】上述した本発明のＭｏＮｂ系とＭｏＮｂＢ
系の金属、炭化物、酸化物、窒化物及びこれらの複合物
の薄膜は、特定のエッチング液に対するエッチング速度
も速く、カラーフィルタの生産性に優れている。【００５３】特に、Ｎｂの含有量が１〜２０重量％の範
囲においては、従来から用いられているＣｒエッチャン
ト（Ｃｅ（ＮＨ₄）₂（ＮＯ₃）₆＋ＨＣｌＯ₄＋Ｈ₂
Ｏ）に可溶であり、従来のＣｒ系薄膜のエッチング設備
を変更することなく、エッチングを行うことが可能であ
る。【００５４】特に、Ｎｂ１〜２０重量％の含有量では、
エッチング速度が速く、生産性が高い。【００５５】さらに、本発明は、このＭｏＮｂあるいは
ＭｏＮｂＢ系薄膜を製造するために必要となるＭｏＮｂ
あるいはＭｏＮｂＢ合金ターゲットも含む。ターゲット
の製造方法としては、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂの各粉末あるいは
これらの合金粉末を用いて粉末焼結する方法、または電
子ビーム溶解やプラズマ溶解によって鋼塊を得てこれを
塑性加工して所定の形状に加工する方法などがある。【００５６】スパッタ条件を選ぶことによって、ＭｏＮ
ｂあるいはＭｏＮｂＢ合金薄膜では一般には膜で得よう
としている化学組成のターゲットを用いて、不活性ガス
中でスパッタリングを行うことによって、その化学組成
の膜を得ることができる。【００５７】また、ブラックマトリックス薄膜が窒素、
酸素あるいは炭素を含有して、窒化物、酸化物、炭化物
あるいは酸窒化物とする場合には、スパッタリングガス
の不活性ガスの中に酸素ガス（Ｏ₂）、窒素ガス
（Ｎ₂）、窒素を含有するガス（亜酸化窒素Ｎ₂Ｏ、二
酸化窒素ＮＯ₂、アンモニアガスＮＨ₃）、炭素を含有
するガス（二酸化炭素ＣＯ₂、一酸化炭素ＣＯ、メタン
ＣＨ₄など）などを一種あるいは二種以上混合して適当
量添加してスパッタリングすることができる。あるい
は、ターゲットの中に酸化物、窒化物、炭化物などを含
有させておいて、スパッタリングして、酸化物、窒化
物、炭化物などを含有する薄膜とすることができる。【００５８】本発明のブラックマトリックス薄膜を付け
た基板は、カラーフィルタの遮光膜、ネガ型表示素子の
遮光膜、ＴＦＴ等の能動素子の遮光膜として用いられ
る。カラーフィルタの遮光膜として用いる場合には、通
常ブラックマトリックス薄膜を付けた基板を準備し、こ
れに公知のカラーフィルタ製造方法でカラーフィルタを
形成すればよい。このカラーフィルタの製造方法として
は、顔料分散法、印刷法、電着法、インクジェット法等
の製造方法がある。【００５９】このブラックマトリックスとカラーフィル
タは一部が重なるように形成されていてもよいし、ぴっ
たり密接するようにされていてもよい。カラーフィルタ
としては、通常はＲＧＢ３色のカラーフィルタが配置さ
れるが、これに限定されない。【００６０】液晶表示素子に用いる場合には、カラーフ
ィルタ上に必要に応じてカラーフィルタ層の凹凸をなら
すためまたは絶縁性を確保するための絶縁層を形成す
る。この絶縁層は、具体的には、アクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリアミド等の
樹脂が使用されるが、無くてもよい。さらにこの層の上
に、必要に応じて電極との接合性を向上するため等の目
的でＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴｉＯ₂等の無機物の膜を形成
してもよい。【００６１】電極は、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ
Ｏ₂）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の透明電極が一般に使用さ
れるが、反射型素子等で反射性電極を用いてもよい。さ
らに、液晶表示素子として使用する場合には、この電極
と絶縁層上に通常ポリイミド、ポリアミド等の配向膜を
塗布乾燥し、ラビング等により配向処理を施す。液晶表
示素子の場合には、このようにして形成したカラーフィ
ルタ基板と別途製造した電極付き基板とを電極面が相対
向するように配置して、その間に液晶層を挟持する。【００６２】この電極間に挟持される液晶層としては、
通常のツイステッドネマチック（ＴＮ）型液晶表示素子
やＳＴＮ型液晶表示素子等用にはネマチック液晶が用い
られる。この他、２色性色素を用いたゲストホスト液
晶、コレステリック液晶、強誘電性液晶等の液体状液晶
の他、固体状の高分子液晶や、樹脂マトリックス中に液
晶が分散している分散型液晶も使用できる。【００６３】上記の説明では、液晶表示素子に用いる例
を説明したが、本発明のブラックマトリックス薄膜付き
の基板は、他の遮光膜付きの素子、特に表示素子、たと
えばＰＤＰ、ＥＬＤ、エレクトロクロミック表示素子
（ＥＣＤ）等のフラットパネルディスプレイにも適応し
うる。【００６４】【実施例】発明の実施例を以下に示す。【００６５】ターゲットは、純Ｎｂ、純Ｍｏ、純Ｂの各
粉末を用いて、粉末焼結法で作製した。【００６６】そして、表２に示す化学組成のターゲット
得て、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて、
コーニング社製＃７０５９ガラス基板に、約１００ｎｍ
の膜厚の薄膜を成膜した試料で評価を行った。その際
は、Ａｒガスを用いて、０．５Ｐａの圧力でスパッタリ
ングを行った。表１には得られた膜の組成を示す。表３
に光学特性、表４に耐食性とエッチング性の評価結果を
示す。ここで、光学特性は６００ｎｍの波長で行った。
反射率は、５度の入射角で測定した。また、光学濃度は
光を膜に入射させ、透過光を測定することで評価した。【００６７】【表１】【００６８】【表２】【００６９】【表３】【００７０】【表４】【００７１】耐食性の評価方法としては、アルカリ溶液
として５ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液と酸性溶液と
しては５ｗｔ％の塩酸水溶液を用いて、それぞれの水溶
液に常温で３０分間浸漬して、浸漬前後での光学濃度の
変化量で評価した。【００７２】光学濃度は膜厚と材質に依存するので、耐
食試験の前後で光学濃度の変化は薄膜の厚み変化あるい
はごく表層の化学的な変質によって変化するため、耐食
性の評価として使用できるからである。【００７３】エッチング性試験は、Ｃｒエッチャント
（Ｃｅ（ＮＨ₄）₂（ＮＯ₃）₆＋ＨＣｌＯ₄＋Ｈ
₂Ｏ）に浸漬し、一定時間毎に膜が完全になくなってい
るかどうかを観察した。表４には、膜が溶失していた時
間を示し、３００秒以内で膜が無くならなかった化学組
成系には「膜残り」と示している。【００７４】表１と表２を比較するとわかるように、膜
とターゲットの組成はほぼ同じ化学組成の薄膜を得るこ
とが出来たことが判る。よって、膜の化学組成の制御
は、ターゲットの化学組成によってほぼ制御が可能なこ
とがわかる。【００７５】また、表１に示した化学組成の薄膜の光学
的特性を表３に示す。この表から、ＭｏＮｂあるいはＭ
ｏＮｂＢ系の合金薄膜は全て、反射率が７０％以下、光
学濃度が４．４以上と非常に良い特性を有している。よ
って、ブラックマトリックスとしての光学特性は優れて
いることがわかる。【００７６】表４に耐食試験の結果を示す。しかし、塩
酸や水酸化ナトリウム水溶液による耐食性試験では、本
発明の範囲外であるＮｂが１重量％未満のＮｏ．１、
２、３およびＢ含有量が１．０重量％以上のＮｏ．１８
では、光学濃度が０．３近く変化しており、カラーフィ
ルタを製造する際に問題となる。【００７７】表４にエッチング性の評価結果も示す。Ｎ
ｂの含有量が３５重量％以下であるＮｏ．１〜１３、Ｎ
ｏ１６〜１９では５分( ３００秒) 以内に膜がＣｒエッ
チャント溶液によって、溶解されている。【００７８】特に、Ｎｂの含有量が２０重量％以下であ
るＮｏ．１〜１０とＮｏ．１６〜１７ではＣｒエッチャ
ントで２分( １２０秒) 以内に膜がなくなっており、優
れたエッチング速度を有していることがわかる。【００７９】また、Ｎｏ．１０と１７、１２と１８、１
３と１９から、Ｎｂの含有量がほぼ同じでもＢを含有量
している方が速く膜がなくなっている。この事からＢを
添加することによりエッチング速度が改善されることが
わかる。【００８０】ブラックマトリックスの総合評価として優
れている組成は、備考に本発明としているＮｏ．４〜１
３、１６、１７、１９である。【００８１】【表５】【００８２】多層膜にした際の光学的特性を表５に示
す。ただし、反射率は第１層目側で測定を行っている。【００８３】また、ここでターゲットとして表示してい
るＭｏ１５ＮｂはＭｏ−１５．１Ｎｂ［重量％］、Ｍｏ
ＮｂＢはＭｏ−１９．１Ｎｂ−０．００３５Ｂ［重量
％］、Ｍｏ４５ＮｂはＭｏ−４５．２Ｎｂ［重量％］、
Ｍｏは純Ｍｏの各々ターゲットを用いて成膜を行った薄
膜について評価をした。ただし、Ｍｏ４５Ｎｂと純Ｍｏ
は比較用である。【００８４】成膜する際に、金属膜はＡｒガスのみで、
酸化物は酸素とＡｒの混合ガス、窒化物は窒素とＡｒの
混合ガス、炭化物はメタンとＡｒの混合ガスのそれぞれ
の雰囲気中で、スパッタリングを行った。それぞれの混
合比は、Ａｒ：酸素＝９：１、Ａｒ：窒素＝９：１、Ａ
ｒ：メタン＝９：１であり、ガス圧は０．５Ｐａであっ
た。【００８５】表５でＭｏ単層膜の試料Ｊと比較するとわ
かるように、Ａ〜Ｇのように多層にすることによって光
学的特性が著しく向上する。特に、Ｍｏ単層膜では５５
％であった反射率は低くなり、２層構造のＡ、Ｂ、Ｆお
よび３層構造のＥでは５％以下、３層構造のＣ、Ｄ、
Ｇ、Ｈでは３％以下になっている。また、Ａ、Ｂ、Ｆの
２層構造の光学濃度は５以上、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈの３
層構造では５．９以上となっており、光学濃度の向上も
確認できる。よって、多層構造にすることによって、明
らかに光学特性が向上している。【００８６】また、表５のＮｏ．Ａ〜Ｈ、Ｊの薄膜は全
てＣｒエッチャントに３００秒以内に可溶であった。し
かし、Ｎｏ．Ｉでは３００秒浸漬では膜が残った。しか
も酸化物と金属層の間で、部分的に剥がれが発生し、エ
ッチング加工の精度が得られなかった。【００８７】【発明の効果】従来からブラックマトリックスとして用
いられているＣｒに代えて、本発明のＭｏＮｂ、ＭｏＮ
ｂＢ系合金を使用して薄膜として、そのエッチング加工
を行うことにより、六価クロムの発生なく液晶用カラー
フィルタなどの生産が可能になる。このことは、近年懸
念されている環境問題を解決するために重要である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青嶋有紀神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者久保井健島根県安来市安来町2107番地２日立金属株式会社冶金研究所内Ｆターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA26 2H048 BA11 BA53 BB14 BB23 BB26 BB28 2H091 FA02Y FA35Y FA37X FB08 FB13 FC01 FC02 FC26 FD06 LA01 LA12 2K009 AA06 BB02 CC02 CC03 CC14 DD04 4K029 BA21 BA50 BA55 BA58 BB02 BC01 BC07 BD00 CA05 CA06 DC04

Claims

【特許請求の範囲】【請求項1 】含有する金属元素の重量割合でＮｂが１
〜３５重量％であり、残部が実質的にＭｏである薄膜で
あることを特徴とするブラックマトリックス薄膜。【請求項２】金属元素として重量比で、Ｍｏ：Ｎｂ＝
６５〜９９：３５〜１であり、かつＭｏもしくはＮｂの
一部又は全部が酸化物、窒化物、炭化物のいずれか１種
もしくは２種以上の化合物として存在することを特徴と
するブラックマトリックス薄膜。【請求項３】金属元素としてＢを０．０００１〜１重
量％の範囲で含有することを特徴とする請求項１〜２の
いずれか記載のブラックマトリックス薄膜。【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のブラッ
クマトリックス薄膜が複数層積層したことを特徴とする
多層ブラックマトリックス。【請求項５】ブラックマトリックス薄膜が、実質的に
２層以上積層された構造をなし、この多層構造は反射を
防止すべき光の入射側を低反射層として、その次に低反
射層よりも光透過率の低い膜で高遮光性層を有し、それ
らの多層構造の内少なくとも１層が請求項１〜３のいず
れかに記載の組成の薄膜であることを特徴とする多層ブ
ラックマトリックス。【請求項６】前記低反射層の少なくとも１層は、含有
する金属元素の重量割合でＮｂが１〜３５重量％であ
り、残部が実質的にＭｏの金属元素組成を有し、これら
金属元素が酸化物、窒化物あるいは酸窒化物として存在
する層であることを特徴とする請求項５に記載の多層ブ
ラックマトリックス。【請求項７】低反射を必要とする層から第１層目は酸
化物、窒化物、あるいは酸窒化物から成り、第２層目を
金属膜あるいは炭化物とすることを特徴とする請求項４
〜６のいずれかに記載の多層ブラックマトリックス。【請求項８】低反射を必要とする層から第１層目は酸
化物、窒化物、あるいは酸窒化物から成り、第２層目は
炭化物あるいは窒化物から成り、第３層目は金属から成
る積層構造を特徴とする請求項４〜６のいずれか記載の
多層ブラックマトリックス。【請求項９】請求項１〜８のいずれか記載のブラック
マトリックス薄膜あるいは多層ブラックマトリックスを
付けた基板上にカラーフィルタ膜を形成してなることを
特徴とするカラーフィルタ基板。【請求項１０】Ｎｂが１〜３５重量％であり、残部が
実質的にＭｏであることを特徴とするブラックマトリッ
クス薄膜形成用ターゲット。【請求項１１】Ｎｂが１〜３５重量％であり、Ｂが
０．０００１〜１重量％の範囲で含有し、残部が実質的
にＭｏであることを特徴とするブラックマトリックス薄
膜形成用ターゲット。【請求項１２】請求項１０あるいは１１に記載のター
ゲットを用いて、不活性ガス、酸素、窒素、もしくは炭
素を含有するガスあるいはこれらの混合ガス中で、基板
上にスパッタリングして薄膜を形成することを特徴とす
るブラックマトリックス薄膜を付けた基板の製造方法。