JP3539355B2

JP3539355B2 - Ni-W based sputtering target for black matrix

Info

Publication number: JP3539355B2
Application number: JP2000163967A
Authority: JP
Inventors: 正和遠北; 宏幸渡辺
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP2001342561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング法によって薄膜を形成する際に用いられるスパッタリングターゲット、特にブラックマトリクス用のＮｉ−Ｗ系スパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学分野やマイクロエレクトロニクス分野では、スパッタリング等により基材上に薄膜を形成した各種の薄膜部材が使用されている。その一つに、液晶表示装置やプラズマディスプレイ等の表示装置に用いられるカラーフィルター用のブラックマトリクスがある。
【０００３】
即ち、液晶表示装置やプラズマディスプレイにおいては、光源からの光の透過によりカラー表示を可能とするカラーフィルターが使用されている。このカラーフィルターは、透明なガラス基板上に着色層や透明保護層等を形成したものであり、コントラストの向上や混色の防止を目的として、ブラックマトリックスと呼ばれる遮光膜が設けられている。
【０００４】
このブラックマトリックスを製造するには、ガラス基板上に金属をスパッタリングして薄膜を形成させた後、その金属薄膜上にフォトレジストを塗布し、露光と現像を行い、金属薄膜をエッチングするフォトリソグラフィー法によって、所定のパターンを形成する方法が一般的である。カラーフィルターを作製する場合には、このブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、フォトリソグラフィー法によって着色樹脂からなる所定パターンの着色層を設け、更に透明保護層等を形成すればよい。
【０００５】
かかるブラックマトリクスに要求される特性として、光源からの光のうち必要のない部分を遮断する遮光性や、表示画像のコントラストを良好に保つために反射率が低いこと等の光学的特性と共に、耐食性及びレジスト濡れ性がある。即ち、ブラックマトリクスには、その製造上からフォトレジストの濡れ性が必要であり、また後にフォトリソグラフィー法で着色層を形成する際にアルカリや酸性溶液に触れるため、ある程度の耐食性が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような光学的及び化学的特性がブラックマトリックスに要求されるため、従来からブラックマトリックスの薄膜としてはクロム（Ｃｒ）が使用されていた。即ち、クロムからなるスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行った後、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行って、ガラス基板上にＣｒ薄膜を備えたブラックマトリックスが形成されてきた。
【０００７】
クロムは、反射率が低く且つ遮光性に優れているなど、ブラックマトリックスとして良好な光学的特性を備えている。しかし、ブラックマトリックスをはじめとする薄膜部材において、その薄膜にクロムを使用すると、パターニング工程でのエッチング処理時に六価クロムイオンが発生するため、環境汚染の原因となるという大きな問題があった。
【０００８】
そのため、最近では、クロムの代替品としてニッケル（Ｎｉ）−銅（Ｃｕ）系合金が提案されているが、クロムに比べて耐食性が低下するため、後にフォトリソグラフィー法で着色層等を使用する場合に問題があった。また、ニッケル−銅系合金の組成の最適化により耐食性を改善したとしても、フォトレジストの濡れ性が悪いため、所定形状のパターン形成が難しい等の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、環境汚染の原因となるクロムを含んでおらず、耐食性に優れると同時にレジスト濡れ性にも優れた薄膜を形成することができる、ブラックマトリックス用のスパッタリングターゲットを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するブラックマトリックス用スパッタリングターゲットは、Ｗを５〜３０重量％、Ａｌ若しくはＡｌとＴｉを０.１〜１０重量％含み、残部が実質的にＮｉであるＮｉ基合金からなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のブラックマトリックス用スパッタリングターゲットは、ニッケル（Ｎｉ）をベースとし、タングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）を含有するか、若しくはタングステン（Ｗ）とアルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）を含有するＮｉ基合金からなり、クロム（Ｃｒ）を全く含有しない。これら構成元素のうちＮｉは、カラーフィルター用のブラックマトリックスに要求される光学的特性を得るために必要であると共に、基本的な耐食性を確保するために必要な元素である。
【００１２】
また、Ｗは薄膜の基本的な耐食性を更に向上させる働きがあり、その含有量は５〜３０重量％の範囲とする。即ち、Ｗの含有量が５重量％未満では、耐食性が従来のＮｉ−Ｃｕ系合金と同等以下となる。Ｗの含有量を増加させると共に薄膜の耐食性は向上するが、３０重量％を超えるとＮｉ基合金の加工性が悪くなり、その加工工程で鋳造後に熱間鍛造や冷間圧延などを施すと割れが生じるため、スパッタリングターゲットとして加工することが困難となってしまう。
【００１３】
ＡｌとＴｉは共に薄膜のレジスト濡れ性を向上させる作用がある。Ａｌは単独で添加しても良く、ＡｌとＴｉを同時に添加することもできる。即ち、本発明のスパッタリングターゲットを構成するＮｉ基合金は、Ｗ−Ａｌ−Ｎｉ合金、若しくはＷ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｎｉ合金のいずれかとなる。
【００１４】
本発明に係わるＮｉ基合金においては、Ｗ−Ａｌ−Ｎｉ合金の場合におけるＡｌの含有量、並びにＷ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｎｉ合金の場合におけるＡｌ＋Ｔｉの含有量は、０.１〜１０重量％の範囲とする。この含有量が０.１重量％未満の場合には、得られる薄膜のレジスト濡れ性が不十分なため、フォトリソグラフィー法によって薄膜上に所定形状のパターンを形成することが難しくなる。一方、この含有量が１０重量％を超えると、Ｎｉ基合金の加工性が悪くなり、熱間鍛造や冷間圧延などの加工工程で割れが生じ、スパッタリングターゲットとしての加工が困難となる。
【００１５】
このような組成を有するＮｉ基合金からなる本発明のスパッタリングターゲットを用いることで、通常のスパッタリングによって、ガラス基板などの基材上に薄膜を形成することができる。更にこれをフォトリソグラフィー法によりパターニングすれば、カラーフィルター用のブラックマトリックスを作製することができる。
【００１６】
特に、本発明のスパッタリングターゲットはＣｒを含んでいないので、成膜した薄膜をパターニングする際のエッチング処理時に六価クロムイオンが発生せず、環境を汚染する心配がない。また、得られた薄膜はレジスト濡れ性に優れているため、フォトリソグラフィー法により所定形状のレジストパターンを正確に且つ容易に形成できる。更に、耐食性にも優れているので、薄膜上に更にエッチングなどによりパターニングを施すことが容易であり、この薄膜からなるブラックマトリックス上にカラーフィルター用の着色層などを支障なく形成することができる。
【００１７】
【実施例】
スパッタリングターゲット用の金属原料として、金属Ｎｉ（電解ニッケル、純度９９．９９重量％）、金属Ｗ（純度９９．９９重量％）、金属Ｃｕ（電解銅、純度９９．９９重量％）、金属Ａｌ（Ａｌ地金、純度９９％以上）、金属Ｔｉ（チタン地金、ＪＩＳ２種）を用意し、総量が約１００ｋｇとなるように、下記表１の各組成に調合した。また、比較試料４として、従来のＣｕ−Ｎｉ系ターゲットの代表的な組成のものも準備した。
【００１８】
【表１】
試料１：５重量％Ｗ−１重量％Ａｌ−残部Ｎｉ
試料２：２０重量％Ｗ−７重量％Ａｌ−残部Ｎｉ
試料３：５重量％Ｗ−０ . ５重量％Ａｌ−０ . ５重量％Ｔｉ−残部Ｎｉ
試料４：１０重量％Ｗ−３ . ５重量％Ａｌ−３ . ５重量％Ｔｉ−残部Ｎｉ
比較試料１：４重量％Ｗ−０.０５重量％Ａｌ−残部Ｎｉ
比較試料２：４重量％Ｗ−０.０５重量％Ｔｉ−残部Ｎｉ
比較試料３：２０重量％Ｗ−０.０５重量％（Ａｌ＋Ｔｉ）−残部Ｎｉ
比較試料４：３０重量％Ｃｕ−残部Ｎｉ
【００１９】
上記の試料ごとに、各原料を、高周波溶解炉で溶解し、金型を用いて鋳造した後、熱間鍛造、冷間圧延、熱処理を施した。その後、それぞれ直径６インチ×厚さ５ｍｍの形状に切りだし、銅製のバッキングプレートにメタルボンディングして、上記各組成を有するスパッタリングターゲットを得た。次に、これらのスパッタリングターゲットを用いて、２０×２０×５ｍｍのガラス基板上に、スパッタリング法によりそれぞれ厚み０．５μｍの薄膜を形成した。
【００２０】
得られた各試料の薄膜について、その耐食性及びレジスト濡れ性を評価した結果を下記表２に示した。即ち、耐食性については、水酸化ナトリウム水溶液（濃度１５％、温度８０℃）に６０分間浸漬して、変色の有無を目視確認し、表２に変色がない試料は○及び変色が生じた試料は×で表示した。また、レジスト濡れ性に関しては、薄膜の接触角を測定して表２に示したが、接触角が小さい方が濡れ性は良好である。この結果より、本発明の試料１〜６の各薄膜は、耐食性及びレジスト濡れ性に優れていることが分る。
【００２１】
【表２】

【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、環境汚染の原因となるＣｒを含まず、レジスト濡れ性及び耐食性に優れた薄膜を形成できるブラックマトリックス用スパッタリングターゲットを提供することができる。このスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることにより、レジスト濡れ性及び耐食性に優れた薄膜を形成でき、この薄膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングすることによって、カラーフィルター用のブラックマトリックスとすることができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target used for forming a thin film by a sputtering method, particularly to a Ni-W based sputtering target for a black matrix.
[0002]
[Prior art]
In the field of optics and microelectronics, various thin film members having a thin film formed on a substrate by sputtering or the like are used. One of them is a black matrix for a color filter used in a display device such as a liquid crystal display device or a plasma display.
[0003]
That is, in a liquid crystal display device or a plasma display, a color filter that enables color display by transmitting light from a light source is used. This color filter is formed by forming a colored layer, a transparent protective layer, and the like on a transparent glass substrate, and is provided with a light shielding film called a black matrix for the purpose of improving contrast and preventing color mixing.
[0004]
To produce this black matrix, a metal film is sputtered on a glass substrate to form a thin film, and then a photoresist is applied to the thin metal film, exposed and developed, and the photolithographic method is used to etch the thin metal film. Is generally used to form a predetermined pattern. When a color filter is manufactured, a colored layer of a predetermined pattern made of a colored resin may be provided by a photolithography method on a glass substrate on which the black matrix is formed, and a transparent protective layer or the like may be further formed.
[0005]
The characteristics required for such a black matrix include a light-shielding property that blocks unnecessary portions of light from a light source, and an optical property such as a low reflectance in order to maintain a good contrast of a displayed image, and a corrosion resistance. And resist wettability. That is, the black matrix requires wettability of a photoresist from the manufacturing point of view, and is exposed to an alkali or an acidic solution when a colored layer is formed later by a photolithography method, so that a certain degree of corrosion resistance is required.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since such optical and chemical properties are required for the black matrix, chromium (Cr) has been conventionally used as a thin film of the black matrix. That is, after performing sputtering using a sputtering target made of chromium, patterning is performed by photolithography, and a black matrix having a Cr thin film has been formed on a glass substrate.
[0007]
Chromium has good optical characteristics as a black matrix, such as low reflectance and excellent light-shielding properties. However, when chromium is used in a thin film of a thin film member such as a black matrix, hexavalent chromium ions are generated during an etching process in a patterning process, which causes a serious problem of causing environmental pollution.
[0008]
Therefore, a nickel (Ni) -copper (Cu) alloy has recently been proposed as a substitute for chromium. However, the corrosion resistance is lower than that of chromium. Had a problem. Further, even if the corrosion resistance is improved by optimizing the composition of the nickel-copper alloy, there is a problem that it is difficult to form a pattern having a predetermined shape due to poor wettability of the photoresist.
[0009]
In view of such conventional circumstances, the present invention does not contain chromium, which causes environmental pollution, and can form a thin film having excellent corrosion resistance and excellent resist wettability. It is an object to provide a sputtering target.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a sputtering target for a black matrix provided by the present invention contains 5 to 30% by weight of W , 0.1 to 10% by weight of Al or Al and Ti , and the balance is substantially Ni. It is characterized by being made of a Ni-based alloy.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The black matrix sputtering target of the present invention is based on nickel (Ni ) and contains tungsten (W) and aluminum (Al) or contains tungsten (W), aluminum (Al) and titanium (Ti) . It is made of a Ni-based alloy and contains no chromium (Cr). Among these constituent elements, Ni is an element necessary for obtaining optical characteristics required for a black matrix for a color filter and also for ensuring basic corrosion resistance.
[0012]
Further, W has a function of further improving the basic corrosion resistance of the thin film, and its content is in the range of 5 to 30% by weight. That is, when the W content is less than 5% by weight, the corrosion resistance is equal to or less than that of the conventional Ni-Cu alloy. The corrosion resistance of the thin film is improved as the content of W is increased. However, when the content exceeds 30% by weight, the workability of the Ni-based alloy is deteriorated. Therefore, it becomes difficult to process as a sputtering target.
[0013]
Both Al and Ti have the effect of improving the resist wettability of the thin film . Al may be added alone, or Al and Ti may be added simultaneously. That is, the Ni-based alloy constituting the sputtering target of the present invention is either a W-Al-Ni alloy or a W-Al-Ti-Ni alloy .
[0014]
In the Ni-based alloy according to the present invention, the content of Al in the case of the W-Al-Ni alloy and the content of Al + Ti in the case of the W-Al-Ti-Ni alloy are 0.1 to 10% by weight. Range. When the content is less than 0.1% by weight, it is difficult to form a pattern having a predetermined shape on the thin film by photolithography because the obtained thin film has insufficient resist wettability. On the other hand, when the content exceeds 10% by weight, the workability of the Ni-based alloy is deteriorated, cracks occur in working steps such as hot forging and cold rolling, and working as a sputtering target becomes difficult.
[0015]
By using the sputtering target of the present invention made of a Ni-based alloy having such a composition, a thin film can be formed on a base material such as a glass substrate by ordinary sputtering. If this is further patterned by photolithography, a black matrix for a color filter can be produced.
[0016]
In particular, since the sputtering target of the present invention does not contain Cr, hexavalent chromium ions are not generated at the time of etching when patterning the formed thin film, and there is no fear of polluting the environment. In addition, since the obtained thin film has excellent resist wettability, a resist pattern having a predetermined shape can be accurately and easily formed by photolithography. Furthermore, since it is excellent in corrosion resistance, it is easy to pattern the thin film further by etching or the like, and a colored layer for a color filter or the like can be formed on the black matrix made of the thin film without any trouble.
[0017]
【Example】
As metal raw materials for the sputtering target, metal Ni (electrolytic nickel, purity 99.99% by weight), metal W (purity 99.99% by weight), metal Cu (electrolytic copper, purity 99.99% by weight), metal Al ( Al ingots, purity 99% or more) and metal Tis (titanium ingots, JIS 2 types) were prepared and blended with each composition shown in Table 1 below so that the total amount was about 100 kg. In addition, a comparative sample 4 having a typical composition of a conventional Cu—Ni-based target was also prepared.
[0018]
[Table 1]
Sample 1: 5 wt% W-1 wt% Al-balance Ni
Sample 2: 20 wt% W-7 wt% Al-balance Ni
Sample 3:.. 5 wt% W-0 5 wt% Al-0 5 wt% Ti- balance Ni
Samples 4:10 wt% W-3. 5 wt% Al-3. 5 wt% Ti- balance Ni
Comparative sample 1: 4% by weight W-0.05% by weight Al-balance Ni
Comparative Sample 2: 4 wt% W-0.05 wt% Ti-balance Ni
Comparative sample 3: 20% by weight W-0.05% by weight (Al + Ti) -balance Ni
Comparative sample 4: 30% by weight Cu-balance Ni
[0019]
For each of the above samples, each raw material was melted in a high-frequency melting furnace, cast using a mold, and then subjected to hot forging, cold rolling, and heat treatment. Thereafter, each was cut into a shape having a diameter of 6 inches and a thickness of 5 mm, and metal-bonded to a copper backing plate to obtain a sputtering target having each of the above compositions. Next, a thin film having a thickness of 0.5 μm was formed on each of 20 × 20 × 5 mm glass substrates by a sputtering method using these sputtering targets.
[0020]
Table 2 below shows the results of evaluating the corrosion resistance and resist wettability of the thin films of the obtained samples. That is, regarding the corrosion resistance, the sample was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide (concentration 15%, temperature 80 ° C.) for 60 minutes, and the presence or absence of discoloration was visually checked. Indicated by ×. Regarding the resist wettability, the contact angle of the thin film was measured and is shown in Table 2. The smaller the contact angle, the better the wettability. The results show that the thin films of Samples 1 to 6 of the present invention are excellent in corrosion resistance and resist wettability.
[0021]
[Table 2]

[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a black matrix sputtering target capable of forming a thin film having excellent resist wettability and corrosion resistance without containing Cr which causes environmental pollution. By performing sputtering using this sputtering target, a thin film having excellent resist wettability and corrosion resistance can be formed. By patterning this thin film by photolithography, a black matrix for a color filter can be obtained.

Claims

A Ni-W based sputtering target for a black matrix comprising 5 to 30% by weight of W, 0.1 to 10% by weight of Al or Al and Ti, and a balance of substantially Ni. .