JP2015025944A - バイナリーマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイナリーマスクの静電気によるパターン破壊を簡易に且つ確実に防止する遮光パターン構成とその製造方法を提供すること。【解決手段】フォトリソ法を用いて、透明基板上に遮光性金属からなるタッチセンサー用電極を形成する際に使用するバイナリーマスク１であって、開口部３を透過する露光光の照射でネガ型感光性レジストが解像する解像限界以上の線幅を有する開口部３と、前記開口部３の中に、遮光部２同士を連結する解像限界以下の線幅を有する第二の遮光部４と、を備えたことを特徴とするバイナリーマスク１である。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量型タッチパネルのセンサーになる金属配線を、透明基板上に、フォトリソ法で製造する際に使用するフォトマスクの遮光パターンの形状及びパターンの製造方法に関する。

スマートフォンや液晶テレビの表示画面上に搭載されるタッチ式の入力媒体である静電容量型タッチパネルは、透明基板の一方の面上にマトリックス状に電極を配設したものである。電極材料としては、ＩＴＯ，ＺｎＯ等の透明電極材料あるいは銅、アルミニウム等の遮光性の金属材料が用いられる。金属材料は透明材料に比べて抵抗が低く高感度であるが透過率が落ちるためできるだけ細線にしなければならず、また分解能に応じた密度に配線を敷設する必要がある。

透明基板上に微細な金属パターンを形成するにはフォトリソグラフィ法（以下、単にフォトリソ）が用いられる。フォトリソ工程は、金属薄膜層の上に感光性レジストを塗布する工程、所望のパターンを有するフォトマスクを用いて感光性レジストを感光させる露光工程、感光性レジストの不要部分を除去して開口部を形成する現像工程、開口部に露出した金属薄膜層を溶出するエッチング工程、感光性レジストの剥離工程などからなる。

従来は、タッチパネルの電極形成用のフォトマスクは遮光層にカゼイン等の乳剤を使ったエマルジョンマスクを使用してきたが、エマルジョンマスクは、遮光パターンの形状精度がライン幅±１．０μｍ程度である。より高い視認性、透過率が求められる銅を金属配線に使用したフィルムタイプのタッチパネルでは、銅の線幅を３．０±１．０μｍ程度にする必要がある。この程度の線幅になると、マスク自体のパターン精度はライン幅±０．５μｍが必要で、前述の精度しかないエマルジョンマスクでは対応が難しい。このため高精度なフォトマスクとしては、遮光層に金属クロムを使うフォトマスク（以下、バイナリーマスクあるいは単にマスクと記すことがある。）がある。

このようなフォトマスクは、先ず、ガラス基板の片面の全面にクロム膜と酸化クロム膜をこの順に積層して遮光膜を形成し、その後、酸化クロム膜の表面に感光性レジストを塗布して紫外線露光や電子線露光法などによりパターニングし、次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして使用して遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成し、その後レジストパターンを除去して製造される。

近年、タッチパネルについても液晶部分の小型化などに伴い配線の微細化が要求され、フォトマスクについても遮光膜パターンの微細化が進んでいる。しかしながら、ガラス基板は電気的絶縁性が高く静電気が発生しやすいという性質を有する。そのため、フォトマスクが帯電していたり、ガラス基板からなる被露光用ワークが帯電していたりすると、例えば、近接露光装置を使用し、フォトマスクと被露光用ワークの間を所定の間隔（プロキシミティーギャップ）を保って露光する際、遮光膜と遮光膜の角部間や遮光膜とワークとの間でスパークし、遮光膜が静電破壊されるという問題がある。

静電破壊対策としては、除電装置を用いて反対電荷で中和することや、クロム膜を透明電極層で被覆して遮光膜を等電位にすることが行われるが、設備と工程数が増えてコストアップになるという問題がある。

あるいは余分な膜による紫外線の吸収など感光能力の低下につながるという問題がある
（特許文献１、特許文献２）。別の対策としては、解像限界以下のダミーパターンで孤立した遮光膜パターンを連結する技術が開示されている（特許文献３）。ガラス基板の外縁に設けられたダミーパターンが、被露光基板に転写されると切断除去する必要があり、多面付けで製造する場合、生産効率、面付け効率が低下するという問題がある。

特開２００２―１８９２８６号公報 特開２００８―２４１９２１号公報 特開２００３―２４８２９４号公報

そこで本発明は、バイナリーマスクの静電気によるパターン破壊を簡易にかつ確実に防止する遮光パターンの構成とその製造方法を提供することを目的とした。
当該マスクは、タッチパネルの銅配線形成用のマスクである。

上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、フォトリソ法を用いて、透明基板上に遮光性金属からなるタッチセンサー用電極を形成する際に使用するバイナリーマスクであって、
開口部を透過する露光光の照射でネガ型感光性レジストが解像する解像限界以上の線幅を有する開口部と、
前記開口部の中に、遮光部同士を連結する解像限界以下の線幅を有する第二の遮光部と、を備えたことを特徴とするバイナリーマスクとしたものである。

請求項２に記載の発明は、フォトリソ法を用いて、透明基板上に遮光性金属からなるタッチセンサー用電極を形成する際に使用するバイナリーマスクであって、
遮光部に露光光が遮光されて未照射でポジ型感光性レジストが解像する解像限界以上の線幅を有する遮光部と、
開口部の中に、前記遮光部同士を連結する解像限界以下の線幅を有する第二の遮光部と、を備えたことを特徴とするバイナリーマスクとしたものである。

請求項３に記載の発明は、露光光の光源が高圧水銀ランプの場合、前記解像限界以上の線幅が５μｍ以上で、解像限界以下の線幅が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイナリーマスクとしたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項３に記載のバイナリーマスクの製造方法であって、解像限界以下の線幅を有する遮光部をフォトリソ法で製造するに当たり、前記遮光部に対応する部分のネガ型感光性レジストの露光に近接場光を用いることを特徴とするバイナリーマスクの製造方法としたものである。

本発明によって、バイナリーマスクの遮光膜パターンの静電気による破損を防止することができるため、高価なバイナリーマスクを長期間使用することができる。
したがって、このバイナリーマスクを用いて高精度の銅配線パターンを有するフィルム状タッチパネルを安価に製造できる。
このタッチパネルを備える表示装置は、センサー部分が高感度で、表示部が明るく高い視認性を有するという効果がある。

高圧水銀灯を光源とする露光光（ｇ線）については、解像限界以下のパターンの線幅が２μｍ程度以下であれば、ネガ型ポジ型感光性レジストのいずれでも感光性レジストが解像しないか仮に解像しても現像工程で溶出してしまい、レジスト下層の金属層がパターンとして残存することがない。したがって、センサー性能、視認性に影響を与えない。５μｍ以上の線幅であれば感光性レジストは十分な硬度を有し所望の金属パターンが形成される。

波長がλの露光光は、最良でλ／２程度の解像度しか有しないが、波長λの光に伴う近接場光はこれより短い実効波長を有する光として振舞う。その結果同じ波長であっても感光性レジストの感光範囲が狭くなり細いレジストパターンが形成できる。これをバイナリーマスク製造の露光光に使うと、導通用のクロム遮光部はより細く形成することが可能である。したがって、露光しても感光性レジストがパターンとして残らない可能性、すなわち完全に除去される可能性が増すという効果がある。

本発明になるバイナリーマスクのパターン構成を説明する上面視の図である。（ａ）ネガ型感光性レジスト用、（ｂ）ポジ型感光性レジスト用。 バイナリーマスクの遮光パターンの一例を示す図面である。（ａ）ポジ型レジスト用、（ｂ）ネガ型レジスト用。 金属配線を用いるタッチセンサーの配線配置の一例（マトリックス配置）を示す模式図である。

以下、本発明を、図面を用いて説明する。
本発明は、静電容量型タッチパネルに係るが、タッチパネルは、図３に示すように透明基板５あるいは透明フィルム上にストライプ状の銅配線６をＸＹマトリックス状に交差するように配設したものである。銅配線６は、線幅ｄが概ね３〜１０μｍで厚みが７，８μｍの銅配線６が１５０〜５００μｍ程度のピッチｐでＸ方向とＹ方向に配置されている。マトリックスの交点で上下の銅配線６同士が接触しないように絶縁層７で隔てられている必要があるが、ｘ、ｙ方向のピッチｐは同じである必要はなく銅配線６は折れ曲がってもよい。基板あるいはフィルム５が薄ければ、基板の表裏にストライプ状に銅配線６を敷設することもできる。

銅配線パターンは、密着露光もしくは近接露光法によるフォトリソ法で製造される。本発明は、その際に使用する一括露光型バイナリーマスクのクロムからなる遮光パターンの配置形態に係る。バイナリーマスク自体も微細なクロムパターンをフォトリソ法で形成する必要があるが、クロム（マスク）パターンについては露光用マスクを使えないため径の細いビーム光もしくは電子ビームを直接感光性レジストに照射する直描法が使われる。

いずれのフォトリソ工程においても、露光面積がウエハーに比べると格段に大きいため感光性レジストの露光に使用できる光は、高圧水銀ランプを光源とするｇ線（λ＝４３６ｎｍ）もしくはｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、あるいはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ），ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）光等の光である。
波長λの光の理論上の解像限界Δは、概ねΔ＝λ／（２×ＮＡ）程度で、これより狭い領域は露光しても感光したとは言えない。ＮＡはレンズの開口数である。

ところで、バイナリーマスクは、一般に、ソーダライムガラスや石英ガラスや低膨張ガラスなどからなる透明基板の片面にクロム膜と酸化クロム膜をこの順に積層した後、フォトリソ法により所定の遮光膜パターンを形成したものである。

透明基板としては石英ガラスからなる基板が主に使用されているが、石英ガラスはナトリウムの析出がないこと、光透過率が大きいこと、熱膨張係数が小さいこと、耐水性・耐酸性・耐アルカリ性など化学的安定性に優れること、比重が小さいことやヤング率が小さいことなど機械的特性に優れるなどの利点を有するが、ウエハーサイズより大きなバイナリーマスクには、価格の面からソーダライムガラスが使われる。

遮光膜としてクロム膜の表面に酸化クロム膜を積層したものを使用するのは、クロム膜は遮光性に優れるので膜厚を薄くできること、エッチング性がよいことなどの利点を有するからである。クロム膜の表面に酸化クロム膜を積層するのは、遮光性を高めるために光学濃度を高める（約２．８以上）ためや、クロム膜は光の反射率が大きいので反射率を下げるためや、更に分光波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）での反射率に均一性とフラット性をもたせるためである。

次に、図３に示すような金属細線の線幅ｄに比べてピッチｐが十分に長いストライプ配置の銅配線をフォトリソ法で形成する際に必要なバイナリーマスクの遮光パターンの一例を図２に示した。（ａ）はポジ型感光性レジスト用で、（ｂ）はネガレジスト用であるが、互いに反転関係にあるパターン配置である。図中の黒い部分２が遮光部（クロム）で遮光部２に挟まれた部分が、露光光が通過する開口部３である。

図３の絶縁層７を形成するにもフォトマスクが必要である。このマスクは、図示はしないが一辺が配線幅程度の四角形の遮光部もしくは開口部が２次元周期的に分布する形態である。

上述のマスクを、レジストを塗布した厚みが１５μｍ程度の銅箔付きＰＥＴフィルム（被露光基板）に密着して搭載し、密着露光法で一括露光する。マスクを基板から１５０μｍ程度はなして設置して、マスク上から一括露光する近接露光法も使用できる。露光光は、光源を高圧水銀灯とするｇ線（λ＝０．４３６μｍ）であるが露光スペクトルには分布がある。ｇ線の波長に比べるとマスクのパターンは広いとみなせるので、条件を選べばマスクパターンがそのままレジストに転写されると見なしてよい。露光光に波長の分布があれば境界がぼける。

そこで本発明における解像の意味をポジ型、ネガ型について説明する。
ポジ型感光性レジストは、露光光に照射された部分３の溶解性が増してアルカリ現像液に溶出し、遮光部２で遮光された未露光領域のレジストがそのままパターンとして残るタイプである。したがって、遮光部２の線幅ｄが解像限界以上であるとは、遮光部２直下のレジスト領域が溶解せずにほぼ同じ幅（形状）で残る線幅という意味である。これ以下の線幅では、遮光部エッジの回折光の影響でパターンが崩れるかほとんど残らないという線幅である。

ネガ型レジストは、開口部３を通過した露光光に照射された部分が重合化して現像液に不溶になりパターンとして残るタイプである。したがって、開口部３が解像限界以上の線幅を有するとは、この線幅であれば開口部形状がそのまま転写されたレジスト領域がパターンとして残り、これ以下の線幅では光量不足等でパターンとしては実質的に残らないという線幅である。

解像限界以下の線幅の遮光部とは、図２（ａ）のポジ型では、黒で示す遮光部２の線幅ｄに比べて狭い線幅という意味であって、上記に述べたことからレジストパターンは残らない線幅である。ネガ型では、同図（ｂ）の白線（開口部３）の線幅に比べて狭い線幅という意味であって、この場合もレジストパターンは残らない。

しかしながら、図２に示すような単純な遮光部の構成では、不均一な帯電又は放電によって金属クロム層の破損が生じる。

そこで本発明は、遮光部２を、図1に示すような解像限界以下の線幅を有する遮光部４（第二の遮光部）で連結して、遮光部２が帯電しても全体が同じ電位を呈するようにしたものである。この第二の遮光部４は、隣接する通常の遮光部２を最低1本の第二の遮光部４で結べばよく、その位置はどこでも構わない（マスクにはパターンとして存在するが、被露光レジストには何の影響も与えないから）。

透明フィルム上の銅配線は、線幅が３〜１０μｍで厚みが５μｍ、ストライプピッチｐが２００μｍ程度である。線幅が最小の３μｍの銅遮光部を形成する場合、概ね５μｍ幅のレジスト膜が必要である。銅箔のエッチング時にサイドエッチングにより細る傾向があるからである。ネガレジストを使って５μｍ幅のレジストパターンを得るには、マスク上では幅が５μｍの開口部が必要である。この程度の幅の開口部に図１（ｂ）で示す第二の遮光部を形成するが、この遮光部の線幅は最大で２μｍ程度に抑える必要がある。２μｍであればネガレジストは光量不足で十分硬化せず現像時に消失してパターンと残ることがない。

ガラス基板上のクロム層（クロム層と酸化クロム層の積層膜で厚みが０．１６μｍ程度）に線幅が２μｍの開口部を有するバイナリーマスクが必要であるが、このためにＫｒＦエキシマレーザー光あるいはｉ線を用いてスポット的にレジストを直描していくことで実現できる。

一般に波長がλの露光光は、原理的に径がλ^２／４のビームにしか絞れないからこれより狭い部分を感光させるのは困難である。しかしながら、この解像限界以下のレジストパターンを得る別の手段は、近接場光あるいは表面プラズモンを利用することである。径がｄの微細孔の透過率は（ｄ／λ）^４に比例するから径がサブミクロンになると極めて低くなるが、クロム、銀、金、アルミ箔中の微細孔の光透過にはプラズモンが関与するため透過率が向上し、波長が３６５ｎｍのｉ線で径が５０ｎｍのレジストパターンが得られている。

一方近接場光は、光ファイバーの先端に前記金属からなる径が１００ｎｍ程度の微小な開口部を形成し、この開口部から漏れ出る光である（ＮＳＯＭ；Near Field Scanning Optical Microscope）。近接場光が漏れ出るプローブで、レジストの第二の遮光部に該当する部位を照射していけば５０ｎｍ程度の線幅で露光が可能である。単一光源で露光が難しい場合は前記手段が適用可能である。

１、バイナリーマスク（フォトマスク）
２、遮光部
３、開口部
４、第二の遮光部
５、透明フィルム（又は透明基板）
６、銅配線
７、絶縁層
１０、タッチパネル
ｄ、マスク上の銅配線の幅
ｐ、マスク上の銅配線のピッチ

Claims (4)

1. フォトリソ法を用いて、透明基板上に遮光性金属からなるタッチセンサー用電極を形成する際に使用するバイナリーマスクであって、
   開口部を透過する露光光の照射でネガ型感光性レジストが解像する解像限界以上の線幅を有する開口部と、
   前記開口部の中に、遮光部同士を連結する解像限界以下の線幅を有する第二の遮光部と、を備えたことを特徴とするバイナリーマスク。
2. フォトリソ法を用いて、透明基板上に遮光性金属からなるタッチセンサー用電極を形成する際に使用するバイナリーマスクであって、
   遮光部に露光光が遮光されて未照射でポジ型感光性レジストが解像する解像限界以上の線幅を有する遮光部と、
   開口部の中に、前記遮光部同士を連結する解像限界以下の線幅を有する第二の遮光部と、を備えたことを特徴とするバイナリーマスク。
3. 露光光の光源が高圧水銀ランプであって、前記解像限界以上の線幅が５μｍ以上で、解像限界以下の線幅が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイナリーマスク。
4. 請求項１又は請求項３に記載のバイナリーマスクの製造方法であって、解像限界以下の線幅を有する遮光部をフォトリソ法で製造するに当たり、前記遮光部に対応する部分のネガ型感光性レジストの露光に近接場光を用いることを特徴とするバイナリーマスクの製造方法。

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