JP2011227391A - 液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクス、ハーフトーンマスクおよびハーフトーンマスク製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハーフトーンマスクにおいて製造工程の負荷を減らしてコストダウンが図れ、かつパターンにダメージがない高品質なハーフトーンマスクおよびその製造方法、さらにこれに用いるハーフトーンマスクブランクスを提供すること。
【解決手段】透明基板上に、半透過膜、バリア膜、および一層または二層以上からなる遮光膜をこの順に積層して形成されたハーフトーンマスクブランクスであって、
前記バリア膜がＩＴＯ（酸化インジウムすず）を含む材料を用いることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置の製造において使用されるハーフトーンマスクブランクス、ハーフトーンマスクおよびその製造方法に関する。

従来、液晶表示装置あるいは液晶ディスプレイの製造に用いられるフォトマスクにおいて、遮光部と透過部の他に半透過部（ハーフトーン部）を有するフォトマスクが提案されていた。（非特許文献１参照）

このフォトマスク（以降、マスクと略す）は、一般に半透過型マスクあるいはハーフトーンマスクと呼ばれており、一枚のマスクに複数の異なる透過率を持つパターンを形成するために、透明基板上に遮光膜と所望の透過率を持つ半透過膜をそれぞれ積層した材料を準備する。この積層した状態の材料をハーフトーンマスクブランクスと称する。
さらに、このハーフトーンマスクブランクスにリソグラフィ技術を用いて、前記遮光膜と半透過膜のそれぞれにパターン形成することにより、前記ハーフトーンマスクを得る。

図４は従来のハーフトーンマスクブランクスの層構成を示す断面図である。
このハーフトーンマスクブランクス２０は、ガラス材料からなる透明基板２２の上に、半透過膜２３およびバリア膜２４、遮光膜２５が積層されている。

従来、ハーフトーンマスクブランクスの材料としては、例えば遮光膜２５にはクロム（Ｃｒ）、半透過膜２３には酸化クロム（ＣｒＯ）、バリア膜２４には酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などが用いられている。（特許文献１参照）

ここで、バリア膜２４は遮光膜２５と半透過膜２３との間に存在して、パターン形成工程におけるエッチングストッパー層として働くものである。すなわち、遮光膜２５とは異なるエッチング特性を持つ材料を用いることにより、遮光膜２５をエッチングした際にバリア膜２４はエッチングされない。

従来のハーフトーンマスクの製造工程の概略を、図５を用いて説明する。
図５（ａ）〜（ｈ）は、前記図４に示した従来のハーフトーンマスクブランクス２０を材料として用いて製造するハーフトーンマスクの製造工程を示している。
まず図５（ａ）では、ハーフトーンブランクス２０の上に感光性レジストを塗布した後、１回目の露光及び現像処理を行ってパターニングし、レジストパターン２６ａを形成して、開口部ｑ１を設けている。

続いて図５（ｂ）〜（ｄ）においては、レジストパターン２６ａを保護膜として、遮光膜２５、バリア膜２４、半透過膜２３の順に、それぞれの膜に対して順次エッチング処理が施され、遮光膜パターン２５ａ、バリア膜パターン２４ａ、半透過膜パターン２３ａが形成され、マスクの透過部Ｑ１が形成される。

このときバリア膜２４として用いる酸化シリコンは遮光膜２５および半透過膜２３のようなクロム系の膜とはエッチング特性が異なるので、そのエッチング種に対して互いにエッチングされない。従ってこの場合、透過部Ｑ１が形成されるまでに３回のエッチング処理を要する。

さらに図５（ｅ）では、レジストを除去した後に再度レジストを塗布し、２回目の露光及び現像処理を行ってレジストパターン２７ａを形成して開口部ｑ２を設けており、続いて（ｆ）〜（ｇ）で遮光膜２５、バリア膜２４の順にそれぞれエッチングして、遮光膜パターン２５ｂ、バリア膜パターン２４ｂを形成し、最後に（ｈ）で第２レジストを除去して、ハーフトーンマスク２１を得る。このときマスクの半透過部Ｑ２が形成されるまでに、２回のエッチング処理を要する。

このようにして、開口部Ｑ１が透過部であり、開口部Ｑ２が半透過部であり、他の部分が遮光部Ｑ３に相当するハーフトーンマスク２１ができる。

前記ハーフトーンマスクのパターン形成方法は、一般的に光リソグラフィ技術や電子線リソグラフィ技術などの公知の微細加工技術を用いることができ、その場合、前記ハーフトーンブランクスの表面に感光性レジスト膜を塗布形成して、露光（あるいは描画）、現像、エッチングなどの処理を行ってパターンを形成する。

このようなハーフトーンマスクは、透過部と遮光部の他に半透過部を持つパターンが形成できる。そしてこのハーフトーンマスクを用いて液晶ディスプレイ基板に露光転写することによって、半透過部の露光量は透過部と遮光部の中間の露光量をとることができる。

従来のような遮光部と透過部のみのマスクを用いてこのような中間露光量を持つパターンを被転写物上に形成するためには、二枚のマスクを用いてそれぞれ異なる露光量でそれぞれのパターンを露光する必要があった。これに対して、ハーフトーンマスクの場合は一枚で従来の二枚分の露光工程を行うことができ、したがって工程を短縮できるという利点がある。

さらに、理論的には半透過膜の膜数を増やしてそれぞれ異なる透過率を持つようにすれば、一枚で数種類の透過率を持つ露光が可能となる。

しかしながら、このような構成では、図５および特許文献１にも示されているように、透過部および半透過部のパターンを形成するためには合わせて５回のエッチング工程を経てマスクを作製しなければならず、従来のマスクと比べて工程数が多いため、スループットや製造コストが増大してしまうという問題があった。

また、バリア膜２４の材料にＳｉＯ_２やＳｉＯ、ＳＯＧ（無機系シリコン塗布剤）を用いた場合、遮光層のクロムに対して異なるエッチング特性を持つためエッチングストッパーとして効果はあるが、これをエッチングにより除去するためにフッ酸を用いる必要がある。

フッ酸は強い毒性を持つために人体や環境への影響が大きく、問題がある。また通常のマスク製造工程ではフッ酸を用いていないため、新たに防護装置や廃液処理設備等を備えなければならず、そのための設備コスト負荷も大きい。

ハーフトーンブランクスには、前記バリア膜２４を省略したタイプも提案されている。（特許文献２参照）この例では、Ｃｒからなる遮光膜２５とモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）からなる半透過膜２３とで構成しており、それぞれの膜が異なるエッチング特性を持つことを利用して、半透過膜が前記エッチングストッパー層としても機能することを利用している。

しかし、この構成ではバリア膜がないために、遮光膜をエッチングした際に下層の半透過膜が露出するので、半透過膜表面にエッチングによるダメージが生じ、半透過膜の膜減
りや透過率変化、あるいは表面荒れなどのマスクの品質低下が生じてしまうという問題があった。

特開２００２−１８９２８１号公報 特開２００５−２４７３０号公報

「月刊ＦＰＤ Intelligence」１９９９年５月号

本発明は、上記の課題を鑑み、液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクにおいて製造工程の負荷を減らしてコストダウンが図れ、かつパターンにダメージがない高品質なハーフトーンマスクおよびその製造方法、さらにこれに用いるハーフトーンマスクブランクスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の特徴を備える。

請求項１の発明に係るハーフトーンマスクブランクスは、
透明基板上に、半透過膜、バリア膜、および一層または二層以上からなる遮光膜をこの順に積層して形成されたハーフトーンマスクブランクスであって、
前記バリア膜がＩＴＯ（酸化インジウムすず）を含む材料を用いることを特徴とする。

請求項２の発明に係るハーフトーンマスクブランクスは、
前記半透過膜と遮光膜が同一のエッチング種によりエッチング可能な材料からなり、かつ前記バリア膜は前記エッチング種ではエッチング困難なことを特徴とする。

請求項３の発明に係るハーフトーンマスクブランクスは、
前記半透過膜および遮光膜が、主として同一の遷移金属とケイ素とを含む材料を用いてなることを特徴とする。

請求項４の発明に係るハーフトーンマスクブランクスは、
前記遮光膜を形成する層の少なくとも一層が、酸素、窒素、炭素から選ばれる一種類以上を含有することを特徴とする。

請求項５の発明に係るハーフトーンマスクは、
マスク面内に、遮光部と、半透過部と、透過部とを有し、
さらに前記遮光部が、透明基板上に形成された半透過膜と、バリア膜と、遮光膜を含み、前記半透過部が、透明基板上に形成された半透過膜、または半透過膜およびバリア膜を含むことを特徴とする。

請求項６の発明に係るハーフトーンマスク製造方法は、
（Ａ）請求項１から４のいずれかに記載のハーフトーンマスクブランクス上にレジスト膜を塗布形成する工程と、
（Ｂ）前記レジスト膜に対して透過部を形成する領域を露光し、現像処理を施して第一のレジストパターンを形成する工程と、
（Ｃ）前記第一のレジストパターンをマスクとして露出した遮光膜とバリア膜とを異なる
エッチング種により順次エッチングする工程と、
（Ｄ）前記レジスト膜に対して半透過部を形成する領域を露光し、現像処理を施して第二のレジストパターンを形成する工程と、
（Ｅ）前記第二のレジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜と半透過膜とを同一のエッチング種により同時にエッチングする工程と、
（Ｆ）残存したレジスト膜を除去する工程、を含むことを特徴とする。

請求項７の発明に係るハーフトーンマスク製造方法は、
前記請求項６に記載のハーフトーンマスク製造方法において、
前記（Ｅ）の工程と（Ｆ）の工程の間に、（Ｅ’）露出したバリア膜をエッチングする工程、をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクのバリア膜にＩＴＯを用いたことにより、下層の半透過膜にダメージを与えずにパターン形成でき、さらに従来方法より少ない工数で製造でき、かつ酸またはアルカリ溶液をエッチング剤として使用できるため人体や環境への影響が小さく、廃液処理も容易でコストも低減できる。

本発明のハーフトーンマスクブランクスの構成を示す断面図である。 本発明のハーフトーンマスクの一実施例を示す断面図である。 本発明のハーフトーンマスクの製造工程を示す断面図である。 従来のハーフトーンブランクスの構成を示す断面図である。 従来のハーフトーンマスクの製造工程を示す断面図である。。

以下、本発明に係る液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクスおよびハーフトーンマスクの実施形態を図面に基づいて詳細説明する。

図１は、本発明に係るハーフトーンマスクブランクス１０の構成を示しており、透明基板１２上に、半透過膜１３、バリア膜１４、遮光膜１５がこの順に積層されている。
図２は、本発明に係るハーフトーンマスクの構成を示しており、膜の構成の違いにより、透過部Ｐ１と半透過部Ｐ２と遮光部Ｐ３の三領域に区分される。

以下、本発明のハーフトーンマスクの実施例として、その製造工程を詳細に説明する。
図３（ａ）〜（ｇ）に、ハーフトーンマスクの製造工程の概略を示す。
まず図３（ａ）では、図１に示したハーフトーンブランクス１０の上に感光性レジストを塗布し、一回目の露光描画を行い、現像してレジストパターン１６ａを得た。但しレジストはポジ型感光性レジストを用い、露光部分が現像により溶解して開口パターンを得られるタイプのものを用いた。

レジストパターンの形成方法は公知のリソグラフィ手段を用いてよく、例えば電子線描画装置またはレーザー描画装置を用いてパターンを露光描画した後、現像液に浸漬してレジストパターンを得る。また、前記感光性レジストも公知のポジ型あるいはネガ型マスク製造用レジスト材料を用いてよく、膜厚や露光量等の製造条件は適宜事前テストを行って最適な条件を求めておけばよい。

本実施例では、透明基板１２として低膨張ガラス材料を、ハーフトーンマスクブランクスの遮光膜材料としてＣｒを、バリア膜としてＩＴＯを、半透過膜材料としてＣｒＯ（酸
化クロム）を用いた。

これらの材料は適宜選択すればよく、例えば遮光膜にはＣｒ系材料としてＣｒの窒化物、酸化物、炭化物、あるいは酸化窒化物等、これら化合物を組み合わせた複合物を用いることができる。

遮光膜は、本発明のマスクを露光に用いる際に少なくともその露光波長における光学濃度が所定の値以上となる膜とする。一般には光学濃度（ＯＤ）値が３．０以上であれば充分である。なお、光学濃度は遮光膜の光学吸収係数および膜厚と比例関係にあるので、充分な膜厚と吸収係数を持つように膜材料を成膜することが必要である。

遮光膜材料としては、前記Ｃｒ化合物の他に、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）などの単体、あるいは、それらの遷移金属と、酸素、窒素、および炭素から選ばれる一つ以上の元素を含む遷移金属化合物が挙げられる。さらに、遷移金属とケイ素（Ｓｉ）を含む化合物でもよい。

また半透過膜には、遮光膜と同一のエッチング種によりエッチングできる材料を用いることが好ましい。例えば、遮光膜としてＣｒ化合物を用いた場合は、半透過膜もＣｒ化合物を用いる。

これは、少なくとも同一の金属を用いていれば同一のエッチング種によりエッチング可能なためである。但し、遮光膜と半透過膜とでは要求する透過率特性が異なるので、膜の化合物組成や膜厚などが膜により異なる場合が多いが、基本的には若干エッチング速度が異なる程度であり、エッチングは可能である。

また、異なる金属を用いた化合物であっても同一のエッチング種でエッチング可能なものも多数あるので、その場合も上記と同様に膜材料として用いることができる。

次に、マスクの透過部を形成するための手順に入る。
図３（ｂ）において、開口部ｐ１で露出した遮光膜１５をエッチングし、遮光膜パターン１５ａを得た。エッチング方法はウェットエッチングまたはドライエッチングのどちらでもよいが、本実施例ではウェットエッチングを適用して硝酸セリウム第二アンモニウム溶液を用いた。このエッチング液は無機酸性溶液であるが、ＩＴＯ膜はエッチングされず、ＩＴＯ膜が露出した状態でエッチングを終了する。

この開口部ｐ１は、最終的にこのマスクにおいて透過部を形成する領域であるが、ここではバリア膜を残したままにしておく。この理由は以下の工程にて説明される。

さらに図３（ｃ）において、露出したＩＴＯのバリア膜１４をエッチングし、バリア膜パターン１４ａを得た。エッチングはウェットエッチングまたはドライエッチングのどちらでもよいが、本実施例ではウェットエッチングを適用して水酸化カリウム水溶液を用いた。このエッチング液は無機アルカリ性溶液であるが、クロム化合物の遮光膜および半透過膜はエッチングされず、半透過膜１３が露出した状態でエッチングを終了した。

次に、マスクの半透過部を形成するための手順に入る。
図３（ｄ）では、二回目の露光描画を行い、現像してレジストパターン１６ａが得られ、このとき開口部ｐ２が形成された。二回目の露光描画においては、前記一回目で露光されていない領域を露光する。

続いて図３（ｅ）に示したように、前記レジストを保護膜として、開口部ｐ２で露出した遮光膜１５をエッチングし、遮光膜パターン１５ｂを得た。このとき実際には、前記開口部ｐ１において露出した半透過膜１３も同時にエッチングされ、半透過膜パターン１３ｂが得られた。
これは前述の通り遮光膜および半透過膜の材料がともにＣｒ化合物であるため、同一のエッチング種で遮光膜および半透過膜がエッチングできることによる。

また、遮光膜１５の下層にあるバリア膜１４と半透過膜１３の下にある透明基板１２は、ともにエッチング液の硝酸セリウム第二アンモニウム溶液には不溶でありエッチングされないので、それぞれエッチングストッパー層として機能する。

次の図３（ｆ）では、開口部ｐ２で露出したバリア膜１４を水酸化カリウム水溶液でエッチングし、バリア膜パターン１４ｂを得た。このとき開口部ｐ１で露出した透明基板はエッチングされない。

そして、図３（ｇ）ではレジストパターン１６ｂを除去した。このようにして、透過部Ｐ１、半透過部Ｐ２、および遮光部Ｐ３が形成されたハーフトーンマスク１１が得られた。

以上の製造工程において、合計のエッチング処理の回数は４回となる。前述の図５にて示された従来のハーフトーンマスクの製造工程と比較すると１回分少なく、コストを低減することが可能になる。
またバリア膜のエッチングにフッ酸を用いないため、人体や環境への影響が小さく、廃液処理設備等の設備負荷も少ない。

上記の実施例ではウェットエッチング技術を用いたが、反応性イオンエッチング等のドライエッチング技術を用いてもよい。その場合、例えばクロム化合物は塩素と酸素の混合ガスが反応ガスとして用いられ、一方、ＩＴＯにはフッ素系のガスが用いられる。これにより、ドライエッチングにおいてもバリア膜のエッチングストッパーとしての効果が得られる。このように、材料のエッチング特性に合わせて適宜エッチング種を選択すれば、同様な効果が得られる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、ハーフトーンマスクブランクスを構成する各層の膜厚は適宜選択でき、マスクに要求される透過率などの光学特性、耐薬品性、膜付着強度、パターン加工精度などを勘案して決定することができる。

本発明に係る液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクスおよびハーフトーンマスクによれば、一枚で複数の透過率を持つことにより、液晶表示装置製造の工程が簡略化でき且つマスク製造工程においても工程が簡略化できて環境負荷も小さいという利点があり、ハーフトーンマスク製造において、今後広く用いることが可能となる。

１０・・・ハーフトーンマスクブランクス
１１・・・ハーフトーンマスク
１２・・・透明基板
１３・・・半透過膜
１４・・・バリア膜
１５・・・遮光膜
１５ａ、１５ｂ・・・遮光膜パターン
１６・・・感光性レジスト
１６ａ・・・レジストパターン
２０・・・ハーフトーンマスクブランクス
２１・・・ハーフトーンマスク
２２・・・透明基板
２３・・・半透過膜
２４・・・バリア膜
２５・・・遮光膜
２６ａ・・・レジストパターン
２７ａ・・・レジストパターン
ｐ１、ｐ２、ｑ１、ｑ２・・・レジスト開口部
Ｐ１、Ｑ１・・・透過部
Ｐ２、Ｑ２・・・半透過部
Ｐ３、Ｑ３・・・遮光部

Claims (7)

1. 透明基板上に、半透過膜、バリア膜、および一層または二層以上からなる遮光膜をこの順に積層して形成されたハーフトーンマスクブランクスであって、
   前記バリア膜がＩＴＯ（酸化インジウムすず）を含む材料を用いることを特徴とする、液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクス。
2. 前記半透過膜と遮光膜が同一のエッチング種によりエッチング可能な材料からなり、かつ前記バリア膜は前記エッチング種ではエッチング困難なことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクス。
3. 前記半透過膜および遮光膜が、主として同一の遷移金属とケイ素とを含む材料を用いてなることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクス。
4. 前記遮光膜を形成する層の少なくとも一層が、酸素、窒素、炭素から選ばれる一種類以上を含有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置製造用ハーフトーンマスクブランクス。
5. 前記請求項１から４のいずれかに記載のハーフトーンマスクブランクスを用いて製造されたハーフトーンマスクにおいて、
   マスク面内に、遮光部と、半透過部と、透過部とを有し、
   さらに前記遮光部が、透明基板上に形成された半透過膜と、バリア膜と、遮光膜を含み、前記半透過部が、透明基板上に形成された半透過膜、または半透過膜およびバリア膜を含むことを特徴とする、液晶表示装置製造用ハーフトーンマスク。
6. 請求項５に記載のハーフトーンマスクを製造する方法において、
   （Ａ）請求項１から４のいずれかに記載のハーフトーンマスクブランクス上にレジスト膜を塗布形成する工程と、
   （Ｂ）前記レジスト膜に対して透過部を形成する領域を露光し、現像処理を施して第一のレジストパターンを形成する工程と、
   （Ｃ）前記第一のレジストパターンをマスクとして露出した遮光膜とバリア膜とを異なるエッチング種により順次エッチングする工程と、
   （Ｄ）前記レジスト膜に対して半透過部を形成する領域を露光し、現像処理を施して第二のレジストパターンを形成する工程と、
   （Ｅ）前記第二のレジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜と半透過膜とを同一のエッチング種により同時にエッチングする工程と、
   （Ｆ）残存したレジスト膜を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする、液晶表示装置製造用ハーフトーンマスク製造方法。
7. 請求項６に記載のハーフトーンマスク製造方法において、
   前記（Ｅ）の工程と（Ｆ）の工程の間に、
   （Ｅ’）露出したバリア膜をエッチングする工程、
   をさらに含むことを特徴とする液晶表示装置製造用ハーフトーンマスク製造方法。

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