JP5239591B2 - 階調マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの製造過程等において、ハーフトーン露光に好適に用いられる階調マスクおよびそ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。

このような液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの製造効率を向上させる等の目的から、例えば階調マスクを用いて、オーバーコート層とスペーサとを一括して形成する方法、配向制御用突起とスペーサとを一括して形成する方法、半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの反射部に形成される反射部用着色層と透過部に形成される透過部用着色層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１〜５参照）。

上記階調マスクの一例としては、例えば図１２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。

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しかしながら、このような階調マスクを用いて例えばカラーフィルタの各種部材を形成する場合等、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各種部材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ネガ型感光性樹脂を露光しオーバーコート層５１とスペーサ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、オーバーコート層５１の膜厚がスペーサ５２との境界付近で厚膜になり、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、例えば図８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５４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。

さらに、例えば半透過型液晶表示装置用カラーフィルタの反射部に形成される反射部用着色層と透過部に形成される透過部用着色層とを一括して形成した場合、階調マスクの半透明部を利用して形成する反射部用着色層の膜厚が半透明領域と透過領域との境界付近で厚膜または薄膜になり、露光不良パターンが生じてしまうことがある。そのため、反射部側の光路長が均一とならず、透過率が不均一となったり、着色層の色味が変化してしまったりする。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、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い階調マスクおよびそ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、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域および上記透明基板上に上記半透明膜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ことを特徴とする階調マスクを提供する。

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、本発明の階調マスクを用いることにより、目的とするパターン状に感光性樹脂をパターニングすること等が可能となり、各種部材を高精細に形成すること等が可能となる。

また本発明の階調マスクは、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、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。

さらに本発明においては、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。

また、本発明の階調マスクは、上記透明基板上に遮光膜がパターン状に形成され、階調マスクが、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域を有していてもよい。この場合、上記半透明領域が上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた領域となる。

さらに本発明は、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域および上記透明基板上に上記半透明膜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の製造方法であって、上記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を特徴とする階調マスクの製造方法を提供する。

本発明によれば、半透明膜を形成するための材料として、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となる材料を選択するので、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の少ない階調マスクを得ることができる。すなわち、目的とするパターン状に感光性樹脂をパターニングすること等が可能であり、各種部材を高精細に形成すること等が可能な階調マスクを得ることができるのである。

上記発明においては、上記材料が、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以下となる材料であることが好ましい。半透明膜を形成するための材料として、−δ／ｌｎ（Ｔ／１００）が０．４以下となる材料を選択することにより、上述したように、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の少ない階調マスクを得ることができるからである。

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、目的とするパターン状に感光性樹脂をパターニングすること等が可能となるという効果を奏する。

以下、本発明の階調マスクおよびその製造方法について詳細に説明する。

Ａ．階調マスク
まず、本発明の階調マスクについて説明する。
本発明の階調マスクは、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域および上記透明基板上に上記半透明膜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ことを特徴とするものである。

本発明の階調マスクについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の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１１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。
上記階調マスクは、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Ｅ_Ｐ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。

ここで、数式（１）において、ｋ＝２π／λであり、Ｅ_Ｐ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＝Ｅ_Ｐ×Ｅ_Ｐ ^＊ （２）
ここで、数式（２）において、Ｅ_Ｐ ^＊はＥ_Ｐ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：１０％（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）：０．０３ｒａｄまたは２．３４ｒａｄ、透過領域の直径：１５μｍφ、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厚膜になりやすい。
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、オーバーコート層およびスペーサを形成する例である。階調マスクを介してネガ型感光性樹脂に光５０を照射すると、光の位相のずれ等の影響で干渉が生じ、オーバーコート層５１の膜厚がスペーサ５２との境界付近で厚膜になり、露光不良パターンが生じてしまう。このように、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、オーバーコート層およびスペーサを形成する例である。階調マスクを介してネガ型感光性樹脂に光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、所望のパターンにオーバーコート層５１およびスペーサ５２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。

上記の例ではネガ型感光性樹脂を用いたが、ポジ型感光性樹脂を用いた場合についても説明する。
図６は、本発明の階調マスクの他の例を示す模式図であり、図６(a)は図６(b)のＣ−Ｃ線断面図である。図６(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６(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１１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６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７に示す。なお、図７は、図６(b)のＤ−Ｄ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７(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７(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７(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８は、図７(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スペーサを形成する例である。階調マスクを介してポジ型感光性樹脂に光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７(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９は、図７(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スペーサを形成する例である。階調マスクを用いてポジ型感光性樹脂を露光すると、光の干渉による露光不良パターンは発生せず、所望のパターンに配向制御用突起５３およびスペーサ５４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。

このように本発明の階調マスクを用いて露光を行った場合には、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。したがって、本発明の階調マスクを用いることにより、目的とするパターン状に感光性樹脂をパターニングすることができる。これにより、例えばカラーフィルタ等の各種部材を高精細に形成すること等が可能となる。

本発明の階調マスクは、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。

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。

以下、本発明の階調マスクについて、各構成ごとに詳しく説明する。

１．透過領域および半透明領域
本発明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、本発明における半透明領域は、透明基板上に半透明膜が設けられた領域である。後述するように、階調マスクが遮光領域を有する場合には、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となる。

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。

−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。

本発明の階調マスクは、異なる透過率特性をもつ複数種類の半透明領域を有していてもよい。この場合、多階調マスクとすることができる。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ことにより、異なる透過率特性をもつ複数種類の半透明領域を設けることができる。

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、本発明の階調マスクの用途に応じて適宜選択される。例えば、円形、矩形、多角形、線形など、種々の形状が挙げられる。中でも、図１(b)に例示するような透過領域１３が半透明領域１２に囲まれているパターンや、図６(b)に例示するような半透明領域１２が透過領域１３に囲まれているパターンとなる形状が好ましい。

透過領域が半透明領域に囲まれているパターンの場合、特に透過領域の形状が円形、多角形等であることが好ましい。また、半透明領域が透過領域に囲まれているパターンの場合、特に半透明領域の形状が円形、線形等であることが好ましい。

２．半透明膜
本発明に用いられる半透明膜は、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。

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、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。

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。

３．透明基板
本発明に用いられる透明基板は、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。

４．遮光領域および遮光膜
本発明の階調マスクは、透明基板上に遮光膜がパターン状に形成されており、透明基板上に遮光膜が設けられた遮光領域を有していてもよい。

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、図１(a)に例示するように透明基板２／半透明膜３／遮光膜４の順であってもよく、図１０(a)に例示するように透明基板２／遮光膜４／半透明膜３の順であってもよく、図１０(b)に例示するように半透明膜３／透明基板２／遮光膜４の順であってもよい。

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、本発明の階調マスクの用途に応じて適宜選択される。例えば、円形、矩形、多角形、線形など、種々の形状が挙げられる。

また、本発明に用いられる遮光膜は、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。

５．階調マスク
本発明の階調マスクは、上記の半透明領域および透過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、上述したように遮光領域が形成されていてもよく、さらには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、本発明の階調マスクは、リソグラフィー法などのように、露光工程を経て製造される様々な製品の製造に用いることができる。中でも、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイパネル等の表示装置の製造、特に大型の表示装置の製造に用いることにより、本発明の効果を最大限に利用することができる。

具体的には、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよび配向制御用突起の同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよびオーバーコート層の同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおける高さの異なるスペーサの同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおける透過部用着色層および反射部用着色層の同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおけるオーバーコート層およびギャップ調整層の同時形成、有機ＥＬ表示装置または有機ＥＬ表示装置用カラーフィルタにおける白色パターン用オーバーコート層および赤色・緑色・青色パターン用オーバーコート層の同時形成、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）におけるドレイン電極およびチャンネルの同時形成などを挙げることができる。

中でも、本発明の階調マスクを用いてネガ型感光性樹脂を露光する場合には、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよびオーバーコート層の同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおける透過部用着色層および反射部用着色層の同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおけるオーバーコート層およびギャップ調整層の同時形成などに適用することが好ましい。

また、本発明の階調マスクを用いてポジ型感光性樹脂を露光する場合には、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおけるスペーサおよび配向制御用突起の同時形成、液晶表示装置または液晶表示装置用カラーフィルタにおける高さの異なるスペーサの同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおける透過部用着色層および反射部用着色層の同時形成、半透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置用カラーフィルタにおけるオーバーコート層およびギャップ調整層の同時形成などに適用することが好ましい。

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、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の表示装置の製造に用いられる場合には、３００ｍｍ×４００ｍｍ〜１，６００ｍｍ×１，８００ｍｍ程度とすることができる。

本発明の階調マスクを用いる際の露光方式としては、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。

Ｂ．階調マスクの製造方法
次に、本発明の階調マスクの製造方法について説明する。
本発明の階調マスクの製造方法は、透明基板と、上記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、上記透明基板が露出した透過領域および上記透明基板上に上記半透明膜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の製造方法であって、上記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を特徴とするものである。

上記「Ａ．階調マスク」にて説明したように、本発明においては、半透明膜を形成するための材料として、上述した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材料を選択することにより、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、解像性の高い階調マスクを得ることが可能である。

以下、半透明膜成膜工程について説明する。

１．半透明膜成膜工程
本発明における半透明膜成膜工程は、上記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工程である。

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、上記透過領域および上記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、上記「Ａ．階調マスク」に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。

また本発明においては、上記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は、上記「Ａ．階調マスク」に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。

露光不良パターンの発生を抑制するには、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が所定の値以下となるように半透明膜を成膜することが好ましい。
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所定の値以下となるように半透明膜を形成する方法としては、半透明膜の膜厚や半透明膜の材料の屈折率を制御する方法等が挙げられる。

なお、半透明膜については、上記「Ａ．階調マスク」に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。

２．その他の工程
本発明の階調マスクの製造方法は、上記半透明膜成膜工程を有しており、かつ、透明基板上に半透明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および半透明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。

また、透過領域および半透明領域に加えて、遮光領域を有する階調マスクを作製する場合には、本発明の階調マスクの製造方法は、上記半透明膜成膜工程を有しており、かつ、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。

この場合、例えば、本発明の階調マスクの製造方法は、上記半透明膜成膜工程前に、透明基板上に遮光膜を成膜したマスクブランクを準備するマスクブランク準備工程と、遮光膜の一部をパターニングする第１パターニング工程とを有し、上記半透明膜成膜工程にて、パターニングされた遮光膜が形成された透明基板の全面に半透明膜を成膜し、さらに上記半透明膜成膜工程後に、遮光膜および半透明膜をパターニングする第２パターニング工程とを有していてもよい。すなわち、マスクブランク準備工程と、第１パターニング工程と、半透明膜成膜工程と、第２パターニング工程とを有していてもよい。

また例えば、本発明の階調マスクの製造方法は、上記半透明膜成膜工程にて、透明基板上に半透明膜を成膜し、上記半透明膜成膜工程、および、半透明膜上に遮光膜を成膜する遮光膜成膜工程を有し、透明基板上に半透明膜および遮光膜がこの順に積層されたマスクブランクを準備するマスクブランク準備工程と、半透明膜および遮光膜の一部をパターニングする第１パターニング工程と、遮光膜のみをパターニングする第２パターニング工程とを有していてもよい。すなわち、半透明膜成膜工程および遮光膜成膜工程を有するマスクブランク準備工程と、第１パターニング工程と、第２パターニング工程とを有していてもよい。

なお、各工程については、一般的な方法を適用することができる。また、階調マスクの製造方法については、例えば特開２００７−１７８６４９号公報等に詳しく記載されている。
さらに、本発明により製造される階調マスクについては、上記「Ａ．階調マスク」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。

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。
［実施例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。

（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。

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

＜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

＜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

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。

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。

［比較例１］
（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、実施例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）
実施例１と同様にして、カラーフィルタを作製した。

［評価］
実施例１、比較例１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７に示す。
実施例１の階調マスク（図７(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、比較例１の階調マスク（図７(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。

実施例１、比較例１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。

実施例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。

［実施例２］
図１１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１１(a)は図１１(b)のＥ−Ｅ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。

［実施例３］
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を１６ｎｍとし、高さの高いスペーサを形成するための遮光領域と、高さの低い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、実施例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を形成する以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。

［比較例２］
（階調マスクの作製）
半透明膜の膜厚を５２ｎｍとし、高さの高いスペーサを形成するための遮光領域と、高さの低い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、比較例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を形成する以外は、実施例１と同様にしてカラーフィルタを作製した。

［評価］
実施例３、比較例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：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１３に示す。
実施例３の階調マスク（図１３(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、比較例２の階調マスク（図１３(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。

実施例３、比較例２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。

実施例３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。

本発明の階調マスクの一例を示す模式図である。 光強度分布のシミュレーションを説明するための図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 従来の階調マスクの用途の一例を示す概略断面図である。 本発明の階調マスクの用途の一例を示す概略断面図である。 本発明の階調マスクの他の例を示す模式図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。 従来の階調マスクの用途の他の例を示す概略断面図である。 本発明の階調マスクの用途の他の例を示す概略断面図である。 本発明の階調マスクの他の例を示す模式図である。 実施例２における階調マスクを示す模式図である。 従来の階調マスクの一例を示す模式図である。 シミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 透明基板と、前記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、前記透明基板が露出した透過領域および前記透明基板上に前記半透明膜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する階調マスクであって、
   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り、
   前記半透明領域の波長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以下であることを特徴とする階調マスク。
2. 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に記載の階調マスク。
3. 前記透明基板上に遮光膜がパターン状に形成され、前記透明基板上に前記遮光膜が設けられた遮光領域を有し、前記半透明領域が前記透明基板上に前記半透明膜のみが設けられた領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の階調マスク。
4. 透明基板と、前記透明基板上にパターン状に形成された半透明膜とを有し、前記透明基板が露出した透過領域および前記透明基板上に前記半透明膜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する階調マスクの製造方法であって、
   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となる材料を選択し、前記材料を用いて前記半透明膜を成膜する半透明膜成膜工程を有し、
   前記材料が、前記半透明領域の波長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以下となる材料であることを特徴とする階調マスクの製造方法。

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