JP2002189280A - グレートーンマスク及びその製造方法 - Google Patents

グレートーンマスク及びその製造方法

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JP2002189280A
JP2002189280A JP2000386050A JP2000386050A JP2002189280A JP 2002189280 A JP2002189280 A JP 2002189280A JP 2000386050 A JP2000386050 A JP 2000386050A JP 2000386050 A JP2000386050 A JP 2000386050A JP 2002189280 A JP2002189280 A JP 2002189280A
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Shigenori Notsude
重徳 野津手
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Hoya Corp
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過率制御膜の膜厚の均一性が高いグレート
ーンマスクを容易に得ることができる製造方法等を提供
する。 【解決手段】 例えば、透明基板11上に、透過率制御
膜12(CrO等)、透過率低減膜13(Cr等)、レ
ジスト膜14を順次形成し、透光部を形成すべき部分
(エリアC)上のレジストを除去してこの部分上の透過
率低減膜13及び透過率制御膜12を除去して透光部を
形成し、次いで、グレートーン部を形成すべき部分(エ
リアA)上のレジストを除去してこの部分上の透過率低
減膜13を除去してグレートーン部を形成して、グレー
トーンマスクを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、グレートーンマス
ク及びその製造方法等に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大型LCD用マスクの分野におい
て、グレートーンマスクを用いてマスク枚数を削減する
試みがなされている(例えば月刊FPD Intelligenc
e,1999年5月)。ここで、グレートーンマスクは、例え
ば、図5(1)に示すように、遮光部1と、透光部2
と、グレートーン部3とを有する。グレートーン部3
は、グレートーンマスクを使用する大型LCD用露光機
の解像限界以下の微細遮光パターン3aを形成した領域
であって、この領域を透過する光の透過量を低減しこの
領域による照射量を低減してフォトレジストの膜厚を選
択的に変えることを目的として形成される。遮光部1と
微細遮光パターン3aはともにクロムやクロム化合物等
の同じ材料からなる同じ厚さの膜から通常形成されてい
る。透光部2と微細透光部3bはともに、透明基板上に
おいて遮光膜等が形成されていない透明基板の部分であ
る。グレートーンマスクを使用する大型LCD用露光機
の解像限界は、ステッパ方式の露光機で約3μm、ミラ
ープロジェクション方式の露光機で約4μmである。こ
のため、例えば、図5(1)でグレートーン部における
微細透光部3bのスペース幅を3μm未満、露光機の解
像限界以下の微細遮光パターン3aのライン幅を3μm
未満とする。上記大型LCD用露光機で露光した場合、
グレートーン部3を通過した露光光は全体として露光量
が足りなくなるため、このグレートーン部3を介して露
光したポジ型フォトレジストは膜厚が薄くなるだけで基
板上に残る。つまり、レジストは露光量の違いによって
通常の遮光部1に対応する部分とグレートーン部3に対
応する部分で現像液に対する溶解性に差ができるため、
現像後のレジスト形状は、図5(2)に示すように、通
常の遮光部1に対応する部分1’が例えば約1.3μ
m、グレートーン部3に対応する部分3’が例えば約
0.3μm、透光部2に対応する部分はレジストが残存
しない部分2’となる。そして、レジストが残存しない
部分2’で被加工基板の第1のエッチングを行い、グレ
ートーン部3に対応する薄い部分3’のレジストをアッ
シング等によって除去しこの部分で第2のエッチングを
行うことによって、1枚のマスクで従来のマスク2枚分
の工程を行い、マスク枚数を削減する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したグレートーン
マスクにおいて、グレートーンマスクを使用する大型L
CD用露光機の解像限界の微細パターンにてグレートー
ン部を形成するには、理想的には、例えば微細ライン&
スペースパターンは2μm前後のピッチ(約半分の1μ
m前後が微細透光部)となり、±0.2μm程度の精度
で微細パターンを加工する必要があるが、現在のLCD
用大型マスクの精度からみれば、非常に厳しい精度であ
る。また、現状の大型マスク自動欠陥検査装置では、2
μmピッチパターンの欠陥検出(特にパターンのエッジ
についての欠陥検出)は非常に困難であり、また、±
0.2μm程度の精度で微細パターンの検査を行うこと
も非常に困難である。さらに、グレートーン部を微細パ
ターンで構成しているため、データ作成におけるデ−タ
容量が膨大になり、描画機および描画機に付随するデー
タ変換(フォーマット変換)機の能力を超えるような場
合、描画できない可能性がある。詳しくは、例えば図6
(2)に示すグレートーン部3のデータは、図6(1)
に示す遮光部1及び透光部2のデータとは重ならないよ
うに遮光部及び透光部を避けてデータを作成しなくては
ならず、データの作成が複雑になり、しかもグレートー
ン部3のデータは遮光部及び透光部のデータに沿った複
雑な形状を示しているため、グレートーン部のデータ容
量は、膨大なものとなり、図6(3)に示す合成データ
の容量も膨大なものとなる。
【0004】一方、透明基板上に設けたクロム単層膜の
膜厚を部分的に変化させ、膜厚の厚い部分を遮光部と
し、中間膜厚の部分をグレートーン部とし、膜厚のゼロ
の部分を透光部としたグレートーンマスクが知られてい
る。しかし、クロム膜は透過率が低い(遮光性が高い)
ことから透過率0%を得る膜厚が薄いため、中間膜厚の
部分について中間の所定透過率が得られる膜厚となるよ
うにハーフエッチングすることは難しい。そこで、透明
基板上に設けたクロム化合物単層膜の膜厚を部分的に変
化させたグレートーンマスクが提案されている(特開平
7−49410号公報)。この場合、クロム化合物単層
膜は透過率0%を得る膜厚が4000オンク゛ストローム程度と
厚いため、中間膜厚の部分について中間の所定透過率が
得られる膜厚となるようにハーフエッチングすることは
クロム単層膜の場合に比べ容易となる。しかし、この方
法は、膜厚が厚すぎるため、アスペクト比(パターン寸
法と高さの比)が高くその結果遮光部のパターン形状や
パターン精度が悪くなり、またエッチング時間も長くな
る。
【0005】本発明は、上述した問題点を解消したグレ
ートーンマスク及びその製造方法等の提供を目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を有
する。
【0007】(構成1) 遮光部と、透光部と、露光光
の一部を透過するグレートーン部とを有するグレートー
ンマスクにおいて、前記遮光部を構成する膜が、透明基
板側から主にグレートーン部における透過率を制御する
透過率制御膜と遮光部における透過率を低減する透過率
低減膜とにより少なくとも構成されており、前記透過率
制御膜と前記透過率低減膜とが同一の金属を含む膜から
なり、前記グレートーン部が、前記遮光部を構成する膜
がその厚さ方向に一部除去されてなることを特徴とする
グレートーンマスク。
【0008】(構成2) 前記透過率制御膜が、前記透
過率低減膜のエッチングレートに比べて同等又は遅い材
料であることを特徴とする構成1記載のグレートーンマ
スク。
【0009】(構成3) 前記透過率制御膜がクロム化
合物からなり、前記透過率低減膜がクロムからなること
を特徴とする構成2記載のグレートーンマスク。
【0010】(構成4) 前記透過率低減膜上に反射防
止膜を有することを特徴とする構成1〜3のいずれかに
記載のグレートーンマスク。
【0011】(構成5) 構成1〜4のいずれかに記載
のグレートーンマスクの製造方法において、透明基板上
に、少なくとも透過率制御膜、透過率低減膜が順次形成
されたマスクブランクを準備する工程と、前記ブランク
上にレジスト膜を形成する工程と、透光部を形成する部
分に対してレジストが完全に感光される露光量で、また
グレートーン部を形成する部分に対してレジストが完全
に感光される露光量より少ない露光量でレジスト膜を露
光する工程と、現像処理を行い、遮光部を形成する部分
とグレートーン部を形成する部分とでレジストの残膜値
が異なるようなレジストパターンを形成する工程と、前
記レジストパターンをマスクとして透過率低減膜、透過
率制御膜をエッチングして透光部を形成する工程と、前
記グレートーン部上に残存するレジストパターンのみを
除去する工程と、前工程で残存したレジストパターンを
マスクとして透過率低減膜及び透過率制御膜の積層膜の
少なくとも一部を除去する工程と、さらに残存したレジ
ストパターンを剥離する工程と、を含むことを特徴とす
るグレートーンマスクの製造方法。
【0012】(構成6) 構成1〜4のいずれかに記載
のグレートーンマスクを製造するためのグレートーンマ
スクブランクであって、透明基板上に、透明基板側から
主にグレートーン部における透過率を制御する透過率制
御膜と遮光部における透過率を低減する透過率低減膜と
を少なくとも有し、前記透過率制御膜と前記透過率低減
膜とが同一の金属を含む膜からなり、かつ、前記透過率
制御膜と前記透過率低減膜とで遮光膜を構成することを
特徴とするグレートーンマスクブランク。
【0013】(構成7) グレートーンマスクがLCD
用マスク又はPDP用マスクであることを特徴とする構
成1〜4のいずれかに記載のグレートーンマスク。
【0014】
【作用】構成1によれば、遮光部を構成する膜を、透過
率制御膜とこの透過率制御膜より光透過率が低い透過率
低減膜との2層構造とすることによって、膜厚を透過率
低減膜単層膜(例えば従来のクロム単層膜)に比べて厚
く、透過率制御膜単層膜(例えば従来のクロム化合物単
層膜)に比べて薄くすることができるため、ハーフエッ
チングによるグレートーン部の膜厚制御が可能であり、
かつ、エッチング時間の短縮が図れると共に、アスペク
ト比が低くその結果遮光部のパターン形状やパターン精
度が良好となる。なお、遮光部を構成する透過率低減膜
と過率制御膜の積層膜が厚さ方向に一部除去されてなる
グレートーン部は、透過率低減膜を除去した態様の他、
透過率低減膜を厚さ方向に一部除去した態様や、透過率
低減膜に加え透過率制御膜を厚さ方向に一部除去した態
様が含まれる。
【0015】構成2によれば、透過率制御膜が、透過率
低減膜のエッチングレートに比べて同等又は遅い材料で
あることによって、エッチングにより透過率低減膜を除
去する際に、透過率制御膜までエッチングされるのを低
減でき、したがって、透過率制御膜の膜厚の均一性が高
いグレートーンマスクを容易に得ることができる。構成
2では、透過率制御膜を、透過率を制御した薄い金属層
(例えば、クロム化合物、MoSi、Si、W、Al)
で構成し、透過率低減膜を、遮光性が高く薄い膜(例え
ば、クロム、Si、W、Al)で構成することが好まし
い。また、互いに付着性の良好な組み合わせが好まし
い。
【0016】構成3によれば、透過率制御膜がクロム化
合物(特に酸化クロム)からなることによって、透過率
を制御した均一な膜厚の透過率制御膜が得られやすく、
また透過率低減膜がクロムからなることことによって、
透過率低減膜を薄く構成できる。上記構成2及び3にお
いてクロム化合物としては、酸化クロム(CrOx)、
窒化クロム(CrNx)、酸窒化クロム(CrOxN
y)、フッ化クロム(CrFx)や、これらの膜に炭素や
水素を含むものが挙げられる。
【0017】構成4によれば、透過率低減膜上に反射防
止膜を設けたマスクブランクを用いることによって、こ
のマスクブランクをエッチング加工するだけで、反射防
止層を有するグレートーンマスクが得られる。
【0018】構成5によれば、各領域について露光量に
応じてレジスト膜厚を異ならしめることによって、後工
程でレジストプロセス(レジスト塗布、描画(露光)、
現像)が不要となる。
【0019】構成6によれば、このマスクブランクを用
いると、各層の膜の除去工程と、レジストの減膜処理工
程だけで、グレートーンマスクを製造できる。また、遮
光部のパターン形状やパターン精度に優れ、グレートー
ン部(半透過膜)の透過特性の均一性等に優れた高品質
のグレートーンマスクが得られる。
【0020】構成7によれば、LCD用グレートーンマ
スクブランクの場合、基板サイズが大きく膜厚の均一性
を確保するのが難しいため、単層膜を中間の膜厚にハー
フエッチングする方法ではマスクブランクにおける膜厚
のばらつきを考慮するとハーフエッチングによる膜厚制
御を厳密に行わなければならず(具体的にはハーフエッ
チングによるエッチング量の面内ばらつきをほぼゼロに
抑える必要がある)、実際上はこのような厳密な膜厚制
御は困難であることから、このような方法は実用性に難
がある。これに対し、本発明のグレートーンマスクの製
造方法は、このような問題がなく、したがって、本発明
は、LCD(液晶表示装置)用の大型グレートーンマス
ク(カラーフィルタや薄膜トランジスタ(TFT)作製
用など)やPDP(プラズマディスプレイパネル)用の
大型グレートーンマスク等を実用化する上で必要不可欠
である。
【0021】なお、上記本発明のグレートーンマスク及
びその製造方法によれば、以下の効果が得られる。グレ
ートーンマスクを使用する大型LCD用露光機の解像限
界の微細パターンにてグレートーン部を形成する必要が
ないので、グレートーン部における微細パターンの加工
精度の問題が生じ得ない。グレートーン部を透過率制御
膜の膜厚で制御することにより、検出波形が安定するた
め、微細パターンにてグレートーン部を形成する場合に
比べ、欠陥険出が容易である。予め、透過率を制御した
透過率制御膜を使用しているため、透過率の制御が容易
である。遮光部及び透光部のパターン形状が複雑であっ
ても、グレートーン部(半透過部)は露光量を調節して
グレートーン部全面に一様に描画する(いわゆるべた露
光する)ので、グレートーン部の描画データ量は、微細
パターンからなるグレートーン部を描画する場合に比
べ、少なくなり、描画が容易となる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。遮光部、透光部及びグレートーン部の全て
のパターンデータを組み込んだ場合の合成データが、図
1(1)に示すように、遮光部1及び透光部2(例えば
TFTのアモルファスシリコンパターン)と、その周辺
に形成されるグレートーン部3(半透過部)で構成され
た場合を例にとる。この場合、図1(2)に示す遮光部
1及び透光部2のデータと、図1(3)に示すグレート
ーン部3のデータに分離する。そして、透光部2をレジ
ストが完全に除去できる露光量(100%)で描画した
後、グレートーン部3をレジストが完全に感光される露
光量の約半分の露光量で描画することにより図1(1)
に示すパターンの描画を行うことができる。図1(1)
に示す描画パターンであれば、グレートーン部3に解像
限界以下の微細パターンを形成する必要がなく、グレー
トーン部に微細パターンを形成する場合のデータ容量の
問題は解決される。なお、透光部2とグレートーン部3
の描画の順序については順不同であり、どららが先でも
構わない。上記図1(1)に示す描画パターンを、レジ
スト上(ポジレジストでの描画例)に描画した際の、露
光量の分布は、図2に示すようになる。つまり、透光部
2の露光量は100%、グレートーン部3の露光量は5
0%、遮光部1の露光量は0%(露光されない)とな
る。
【0023】次に、グレートーンマスクの製造手順につ
いて説明する。図3はグレートーンマスクの製造手順を
示す部分断面図であり、図2のI−I線断面を示す。
【0024】まず、図3(1)に示すように、透明基板
11上に、透過率制御膜12、透過率低減膜13及びノ
ボラック系ポジレジスト膜14を順次形成した基板に対
して、図2に示す露光分布で描画を行った場合、エリア
Bは未露光となり、エリアAは露光・現像後の膜厚がエ
リアBの残膜値の約半分になるように描画の際の露光量
を調節する。エリアCはレジストパターニングに不足し
ないだけの露光量を与える。この際の描画方法は、レー
ザ描画機で、露光量100%の光量にてエリアCの描画
を行なった後、露光量50%程度の光量で工リアAの描
画を行なう。エリアA、Cの描画順序についてはどらら
が先でも構わない。
【0025】次に、図3(2)に示すように、ウエット
処理にて膜厚差を有するようにレジスト膜14を加工
(現像・減膜処理)する。この際、レジストの膜厚は、
エリアAで工リアBの約半分程度となり、エリアCでは
完全に除去された状態となる。なお、ウエット処理は、
例えば、無機アルカリ(例えばKOH、濃度0.63N)も
しくは有機アルカリ(例えばTMAH、濃度2.3%)な
どの現像液にて処理を行う。
【0026】次に、図3(3)に示すように、レジスト
を完全に除去したエリアCに露出する透過率低減膜13
及び透過率制御膜12をウエットエッチングもしくはド
ライエッチングにて完全に除去する。
【0027】次に、図3(4)に示すように、ドライ処
理(例えばO2アッシング)によりエリアAのレジスト
を完全に除去する。この結果、エリアB(遮光部)のレ
ジスト膜厚は当初の約半分になる。
【0028】次に、図3(5)に示すように、エリアA
の透過率低減膜13をウエットエッチングもしくはドラ
イエッチングにて除去し、グレートーン部を形成する。
この際、エリアAの透過率制御膜は、透過率低減膜より
エッチングレートが遅い材料を選択すれば、透過率制御
膜のエッチングを抑えることができるため、所定の膜厚
で透過率制御された透過率制御膜からなるグレートーン
部を得ることが可能である。
【0029】次に、図3(6)に示すように、残ったレ
ジストを有機アルカリもしくはドライ処理(O2アッシ
ング)にて除去することによって、エリアBに遮光部、
エリアAにグレートーン部、エリアCに透光部がそれぞ
れ形成されたグレートーンマスクが得られる。
【0030】なお、上記実施の形態において、グレート
ーンマスクを作製するためのマスクブランクは、例え
ば、石英基板などの透明基板上に、CrO等の透過率を
制御した厚さの透過率制御膜をスパッタ法等により成膜
し、Cr等の遮光性を有する厚さの透過率低減膜をスパ
ッタ法等により成膜し、この透過率低減膜上にレジスト
を5000〜10000オンク゛ストロームの範囲で塗布して作
製する。この際、透過率低減膜と透過率制御膜とを合わ
せた光学濃度は3.0以上とする。透過率制御膜の厚さ
は、透過率制御膜の透過率が20%〜50%となるよう
な膜厚とする。例として、透過率制御膜にCrOを用い
た場合には、透過率制御膜の膜厚が650〜1400オン
ク゛ストロームの範囲(図4)になるようにする。そしてその
上の透過率低減膜にCrを用いた場合には、Cr透過率
低減膜の膜厚は500オンク゛ストローム以上になるようにす
る。また、透過率制御膜と透過率低減膜とを合わせた遮
光膜の厚さは1400〜2000オンク゛ストロームとすること
が好ましい。1400オンク゛ストロームより薄いとハーフエッ
チングによる膜厚制御性が悪化し、2000オンク゛ストローム
を超えるとパターン形状やパターン精度が悪化する。
【0031】なお、本発明は上述した実施の形態等に限
定されるものではない。例えば、マスクブランクの段階
において、透過率低減膜上に反射防止層を設けることが
できる。この場合、透過率低減膜と反射防止膜は通常同
時にエッチングできるので工程増は生じない。反射防止
層は、例えば酸化クロム(CrOx)、窒化クロム(C
rNx)、酸窒化クロム(CrOxNy)などで形成でき
る。また、ウエット処理の替わりにドライエッチング又
はドライ処理を行うことができ、ドライエッチング又は
ドライ処理の替わりにウエット処理を行うこともでき
る。また、レーザ描画機による露光に限定されず、他の
露光装置を用いても良い。グレートーン部の光照射量
は、所定の膜厚のフォトレジストを十分に感光されるの
に必要な光照射量の50%に限定されない。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、透
過率制御膜等からなるグレートーン部の膜厚の均一性が
高いグレートーンマスクを容易に得ることができる。ま
た、透過率低減膜をクロム等の遮光性が高く薄い膜で構
成できるので、エッチング時間の短縮が図れるととも
に、アスペクト比が低くその結果遮光部のパターン形状
やパターン精度が良好となる。特に、本発明は、LCD
用大型グレートーンマスク等を実用化する上で必要不可
欠である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかる描画データを説
明するための図であり、図1(1)は全てのパターンデ
ータを組み込んだ場合の合成データ、図1(2)は遮光
部及び透光部の描画データ、図1(3)はグレートーン
部の描画データ、をそれぞれ示す。
【図2】描画後の光照射量の分布を示す図である。
【図3】本発明の一実施の形態にかかるグレートーンマ
スクの製造手順を示す部分断面図である。
【図4】CrO透過率制御膜の膜厚と透過率の関係を示
す図である。
【図5】グレートーンマスクを説明するための図であ
り、(1)は部分平面図、(2)は部分断面図である。
【図6】従来の描画データを説明するための図であり、
図6(1)は遮光部及び透光部の描画データ、図6
(2)はグレートーン部の描画データ、図6(3)は全
てのパターンデータを組み込んだ場合の合成データ、を
それぞれ示す。
【符号の説明】
1 遮光部 2 透光部 3 グレートーン部 3a 微細遮光パターン 3b 微細透光部 11 透明基板 12 透過率制御膜 13 透過率低減膜 14 レジスト膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遮光部と、透光部と、露光光の一部を透
    過するグレートーン部とを有するグレートーンマスクに
    おいて、 前記遮光部を構成する膜が、透明基板側から主にグレー
    トーン部における透過率を制御する透過率制御膜と遮光
    部における透過率を低減する透過率低減膜とにより少な
    くとも構成されており、前記透過率制御膜と前記透過率
    低減膜とが同一の金属を含む膜からなり、前記グレート
    ーン部が、前記遮光部を構成する膜がその厚さ方向に一
    部除去されてなることを特徴とするグレートーンマス
    ク。
  2. 【請求項2】 前記透過率制御膜が、前記透過率低減膜
    のエッチングレートに比べて同等又は遅い材料であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のグレートーンマスク。
  3. 【請求項3】 前記透過率制御膜がクロム化合物からな
    り、前記透過率低減膜がクロムからなることを特徴とす
    る請求項2記載のグレートーンマスク。
  4. 【請求項4】 前記透過率低減膜上に反射防止膜を有す
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のグ
    レートーンマスク。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のグレー
    トーンマスクの製造方法において、 透明基板上に、少なくとも透過率制御膜、透過率低減膜
    が順次形成されたマスクブランクを準備する工程と、 前記ブランク上にレジスト膜を形成する工程と、 透光部を形成する部分に対してレジストが完全に感光さ
    れる露光量で、またグレートーン部を形成する部分に対
    してレジストが完全に感光される露光量より少ない露光
    量でレジスト膜を露光する工程と、 現像処理を行い、遮光部を形成する部分とグレートーン
    部を形成する部分とでレジストの残膜値が異なるような
    レジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして透過率低減膜、透
    過率制御膜をエッチングして透光部を形成する工程と、 前記グレートーン部上に残存するレジストパターンのみ
    を除去する工程と、 前工程で残存したレジストパターンをマスクとして透過
    率低減膜及び透過率制御膜の積層膜の少なくとも一部を
    除去する工程と、 さらに残存したレジストパターンを剥離する工程と、を
    含むことを特徴とするグレートーンマスクの製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜4のいずれかに記載のグレー
    トーンマスクを製造するためのグレートーンマスクブラ
    ンクであって、 透明基板上に、透明基板側から主にグレートーン部にお
    ける透過率を制御する透過率制御膜と遮光部における透
    過率を低減する透過率低減膜とを少なくとも有し、前記
    透過率制御膜と前記透過率低減膜とが同一の金属を含む
    膜からなり、かつ、前記透過率制御膜と前記透過率低減
    膜とで遮光膜を構成することを特徴とするグレートーン
    マスクブランク。
  7. 【請求項7】 グレートーンマスクがLCD用マスク又
    はPDP用マスクであることを特徴とする請求項1〜4
    のいずれかに記載のグレートーンマスク。
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