JP2016009055A - 表示装置基板作製用フォトマスク及びその製造方法、及び表示装置基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置基板の製造に用いる、感光性樹脂組成物からの昇華物の影響の少ないフォトマスク、また、フォトマスクの製造方法、表示装置基板の製造方法を提供する。【解決手段】表示装置基板に高さの異なる構造物を、生産数によらず安定した特性（高さ、サイズ）で形成するため、複数の第２開口部の表面が、屈折率１．４〜１．８であるフォトマスクを提供する。さらに、これによりスペーサなど高さの異なる構造物を生産数によらず安定して製造できる表示装置用基板の製造方法を提供できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、表示装置基板作製用フォトマスク、及び表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法、また、それを用いた表示装置基板の製造方法に関わる。特に、カラーフィルタなどの表示装置基板にスペーサなど高さの異なる構造物を形成する工程において、その構造物の高さや平面視での大きさの変化の少ない表示装置基板を作製するためのフォトマスクに関わる。

近年、液晶表示装置の方式は、大型化、高精細化、高速応答化、広視野角などの高画質化にあわせて、画素の横方向（基板の平面方向）に液晶駆動用の電界が印加されるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が主流となっている。垂直配向の液晶表示装置としては、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、また、ＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式が用いられている。

液晶表示装置は一般的に、ガラス基板上の各画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を形成した画素電極基板と、画素パターンを配列した着色透明画素を有するカラーフィルタ基板を、所定の間隔（セルギャップ）を設けて対向させて貼り合わせ、液晶を封入することにより構成されるが、セルギャップが均一に保持されていない場合、面内で液晶層の厚みの差が生じ、液晶の旋光特性差による着色や部分的な色ムラという表示不具合が起こる。

そのため、液晶にスペーサと称する直径２μｍから１０μｍの樹脂、ガラス、アルミナ等からなる粒子あるいは棒状体を多数混合し、セルギャップ保持を図っている。しかし、スペーサは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサが入っていると、黒色表示時にスペーサを介しての光漏れや、スペーサ近傍の液晶分子の配列が乱されることによる光漏れに起因するコントラスト低下といった問題が生じる。

このような問題を解決する技術として、例えば、感光性樹脂組成物を用い、部分的なパターン露光、現像というフォトリソグラフィ法により、カラーフィルタ基板画素間の遮光性膜上に固定スペーサを形成する方法が特許文献１、２に提案されている。固定スペーサは、フォトスペーサ、あるいは、柱状（ポスト）スペーサなどとも呼ばれる。以下の記載では、フォトリソグラフィにより形成された固定スペーサを単にスペーサと略称する。スペーサは、高さの高いメインスペーサと高さの低いサブスペーサで形成されることが多い。

メインスペーサは液晶表示装置において液晶のセルギャップ規制を目的とし、サブスペーサはこの液晶パネルに機械的な圧力がかかったときの変形防止の目的で形成される。メインスペーサとサブスペーサは、平面視の大きさを異ならせた設計仕様で形成されることが多く、感光性樹脂組成物により選択的に位置決めされて形成される複数のスペーサを、カラーフィルタ基板上にフォトリソグラフィ法を用いて規則的に配して形成する。高さの異なるスペーサに関わる技術は、特許文献３に記載されている。

カラーフィルタの遮光性膜上に形成されるスペーサやカラーフィルタのパターン（複数色の着色画素）は、近時高精細化が進んでいる。この高精細化対応のため、メインスペーサやサブスペーサなど高さの異なる構造物の形成にあたっては、それぞれの高さに合わせ
て異なった透過率をもつフォトマスク、すなわちハーフトーン（半透過）部を有するフォトマスクが用いられることが多くなっている。

たとえば、メインスペーサより高さの低いサブスペーサを形成するための従来のフォトマスク（図１２に示す）では、フォトマスクのメインスペーサを形成するマスクパターン開口部１２の透過率よりサブスペーサを形成するマスクパターン開口部１２の透過率が低く設定され、このサブスペーサのパターン開口部１２には酸化クロムやモリブデンシリコン系の半透過膜が露出されている。

フォトマスクに用いる透明基板としては、低膨張ガラス、石英、合成石英等の透明基板が利用される。透明基板は、例えば、１辺が４００ｍｍ以上の大型基板である。マザーガラスとも呼称されるこの液晶表示装置基板は、コストダウンのため大型化の傾向にあり、第８世代のガラス基板では、たとえば、ミラープロジェクション露光方式では８５０ｍｍ×１４００ｍｍの大型透明基板、レンズプロジェクション露光方式では１２２０ｍｍ×１４００ｍｍの大型透明基板を用いている。これら大型の透明基板の厚みは、１０ｍｍ、さらには１５ｍｍ以上と厚みも増大している。

特開平１０−４８６３６号公報 特開平８−２６２４８４号公報 特開平９−２５８１９２号公報

吉田貞史著、「（応用物理光学選書３）薄膜」、初版、培風館、１９９０年６月、ｐ．１６６

しかしながら、前述のスペーサの製造工程では、生産数量に伴う露光回数増により、サブスペーサの高さ、サイズが変化する現象が見られている。フォトマスクを介して感光性樹脂組成物を露光する際、数十〜数百μmのギャップを設けているため両者は直接は接触しないが、露光を数百〜数千回繰り返すと、スペーサの製造工程で用いる感光性樹脂組成物から昇華物が発生し、フォトマスクの膜面に付着する現象が確認されるようになる。接触せずに汚れが付着することから、この汚れを昇華物汚れと呼んでいる。

フォトマスクに昇華物汚れが付着するとフォトマスクを通過して感光性樹脂組成物に照射される光量に変化が起こり、スペーサパターンの高さやサイズに変化が現れるようになる。特に、ハーフトーン（半透過）膜を用いて作製するサブスペーサに対して影響が大きく、サブスペーサの高さ、サイズが露光を繰り返すごとに変わっていく現象がみられる。

カラーフィルタの生産においてスペーサの高さなどの特性値が変化する事は、液晶表示装置作製時の液晶封入量マージンや貼り合わせ後の押圧耐性に不具合が生じる原因となるため、定期的にフォトマスクを洗浄し昇華物を洗い落とす必要があるが、マスク洗浄の工程が生産ラインの時間稼動率や生産量を圧迫する事が問題となっている。

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたもので、感光性樹脂組成物が塗布された基板を用いてカラーフィルタなどの表示装置基板を製造する工程において、フォトマスク表面に昇華物が付着した場合でも、スペーサなどの高さの異なる構造物の高さや大きさへの影響が少ない表示装置作製用フォトマスク、その製造方法、その表示装置基板作製用フォトマスクを用いてカラーフィルタなどの表示装置基板にスペーサなどの高さの異なる構造物を製造する方法を提供する。

上述の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、透明基板と、前記透明基板の一の面に、少なくとも遮光膜のパターンと透過率調整層のパターンと透明膜とを具備し、前記遮光膜のパターンによって複数の第１開口部と複数の第２開口部とが区分されており、空気を１００％のレファレンスとして、入射光に対する前記第１開口部の透過率が８５〜９５％であり、前記第２開口部の透過率が１０〜４５％であり、かつ、前記第２開口部の表面の屈折率が、１．４〜１．８であることを特徴とする表示装置基板作製用フォトマスクとしたものである。

請求項２に記載の本発明は、前記第２開口部には、前記一の面上に、前記透過率調整層と前記透明膜とをこの順で具備することを特徴とする表示装置基板作製用フォトマスクとしたものである。

請求項３に前記透明膜が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムから一つ選択される材料、またはそれらの化合物からなることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置基板作製用フォトマスクとしたものである。

請求項４に記載の本発明は、前記透過率調整層が、モリブデンシリサイド窒化物、モリブデンシリサイド酸化窒化物、酸化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化シリコンから一つ選択される材料、またはそれらの化合物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクとしたものである。

請求項５に記載の本発明は、前記透明膜は、少なくとも前記遮光膜のパターン、前記透過率調整層のパターン、および前記第１開口部を覆うように成膜されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクとしたものである。

請求項６に記載の本発明は、少なくとも、透明基板の一の面に透過率調整層のパターンを具備し、前記透明基板の他方の面に遮光膜のパターンを具備しており、前記遮光膜のパターンによって複数の第１開口部と複数の第２開口部とが区分されており、入射光に対する前記第１開口部の透過率が８５〜９５％であり、前記第２開口部の透過率が１０〜４５％であり、かつ、前記第１開口部と前記第２開口部の表面の屈折率が、１．４〜１．８であることを特徴とする表示装置作製用フォトマスクとしたものである。

請求項７に記載の本発明は、前記透明基板の一の面に、少なくとも前記透過率調整層と、前記透明膜と、前記遮光性膜の層を成膜して後、前記第１開口部と前記第２開口部を区分する前記遮光膜のパターンを形成するための第１のフォトリソグラフィの工程と、前記遮光性膜の層をエッチングする工程と、前記第１開口部を形成するために、前記第１開口部となる領域以外の前記遮光膜の領域を覆うレジストパターンを形成する第２のフォトリソグラフィの工程と、前記透明膜の層と前記透過率調整層を前記透明基板の表面が露出するまでエッチングする工程とを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法としたものである。

請求項８に記載の本発明は、前記透過率調整層の成膜に先立って、エッチングストッパー層を成膜することを特徴とする請求項７に記載の表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法としたものである。

請求項９に記載の本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクを用いて、表示装置基板上に高さの異なる構造物を形成することを特徴とする表示装置基板の製造方法としたものである。

高さの異なる構造物には、スペーサ以外に、カラーフィルタなどが例示できる。カラー
フィルタは、それぞれの着色画素で透過率調整の観点から、厚み（高さ）を変えて形成されることがある。

本発明に関わるフォトマスクを用いることによって、感光性樹脂組成物あるいは感光性着色組成物を基板上に塗布し、周知のフォトリソグラフィの手法により行うカラーフィルタなどの表示装置基板の生産において、フォトマスクに昇華物が付着してもハーフトーン部の透過率の変化が小さく、実用上高さや大きさの変化がないスペーサなどの構造物を製造できる。生産途中にフォトマスクに付着した昇華物などの汚れを洗い落とす必要が無くなるため生産ラインの時間稼動率や生産量を向上させる事ができる。

本発明の実施例１に示すフォトマスクの部分断面図である。 本発明の実施例２に示すフォトマスクの部分断面図である。 本発明の実施例３に示すフォトマスクの部分断面図である。 本発明の実施例４に示すフォトマスクの部分断面図である。 本発明の実施例５に示すフォトマスクの部分断面図である。 本発明の実施例１に示すフォトマスクと、従来例のフォトマスクの各々の第２開口部に昇華物が堆積していったときの透過率の変化を計算した特性図である。 本発明の実施例７に関わるフォトマスクと、もうひとつの従来例のフォトマスクの各々の第２開口部に昇華物が堆積していったときの透過率の変化を計算した特性図である。 本発明の実施例８に関わるフォトマスクの第２開口部に昇華物が堆積していったときの透過率の変化を計算した特性図である。 本発明の実施例９に関わるフォトマスクの第２開口部に昇華物が堆積していったときの透過率の変化を計算した特性図である。 カラーフィルタである表示装置基板の部分断面図である。 本発明に関わるフォトマスクを用いたときの、高さの異なる構造物の生産数に伴う変化の例を示す測定図である。 従来のフォトマスクの部分断面図である。 従来のフォトマスクを用いたときの、高さの異なる構造物の生産数に伴う変化の例を示す測定図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

本発明者らは、露光工程中にフォトマスクに付着する昇華物は、未反応のラジカル開始剤、未反応の開始剤に含まれる硫酸アンモニウム、未反応モノマー、含フッ素界面活性剤、及び感光性着色組成物の塗布液に含まれることのある一部の染料などであることを見出している。当然ながら、表示装置基板の生産数が増えるに従い、フォトマスク上の昇華物は、その膜厚を厚くする。本発明者らは、これらの昇華物の屈折率は、ほぼ１．４〜１．６の範囲であることに着目し、本発明を成すに到った。

本発明のフォトマスクの構造はいずれも、透明基板と、前記透明基板のいずれかの面に遮光膜と透過率調整層とを具備し、前記遮光膜を備える面側は、複数の第１開口部と複数の第２開口部とを前記遮光膜にて区分する構成を持っており、入射光に対する前記第１開口部の透過率が８５〜９５％であり、前記複数の第２開口部の透過率が１０〜４５％であり、かつ少なくとも前記第２開口部の表面が、屈折率１．４〜１．８の透明膜である、という共通点を持つ。

透過率調整層が具備される第２開口部の透過率は、１０％未満であれば、サブスペーサなどの高さの低い構造物であっても、その再現性が低下する。透過率調整層は、これを構成する膜の組成の製造時の安定性や信頼性から、その透過率の上限はほぼ４５％となる。また、高さの高いメインスペーサなどの構造物と、高さの低い構造物の高さの差を確保すために、第１開口部の透過率の下限を８５％とすることが好ましい。第１開口部と第２開口部との透過率差が４０％前後あれば、それぞれ高さの異なる構造物を安定して加工できる。第１開口部の上限値である９５％は、この上限を超えても良いが、透過率アップのための光干渉膜（反射防止膜）など付加的な機能膜を形成する必要があり、コスト高となる。それぞれ開口部の透過率は、構造物の高さや、構造物の大きさで開口の大きさや透過率を調整できる。

具体的な各種の構造については各実施例の中で記述することとし、まず本発明のフォトマスクを構成する各部位の材料について逐次記述する。

本発明のフォトマスクに用いることのできる透明基板としては、低膨張ガラス、石英、合成石英等の透明基板が例示でき、従来のフォトマスクで使用される基板が利用できる。これら基板の屈折率は、例えば露光波長３６５ｎｍに対して、約１．４８である。

本発明のフォトマスクの遮光膜の形成に用いることのできる材料は、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの高融点金属が例示できる。スパッタリングのターゲットとして入手しやすいクロムは、遮光膜の形成に望ましい金属材料である。遮光膜を形成する金属材料の膜厚は、５０ｎｍ〜２００ｎｍ、あるいは２００ｎｍより厚い膜厚とすることができる。なお、フォトマスクの遮光膜のパターン上に酸化クロム、酸化窒化クロムが反射防止膜として積層されていても良い。すなわち、従来のフォトマスクの遮光膜の形成に使用されている材料、構造が利用できる。

本発明の透過率調整層を形成する材料は、酸化インジウム系金属酸化物、酸化クロム、酸化窒化クロム、あるいはモリブデンシリコン系の半透過膜、シリコンの酸化窒化物などが適用できる。酸化インジウム系金属酸化物の代表的な材料には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と呼称される導電性酸化物が挙げられる。モリブデンシリコン系には、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉ_２、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＣＯＮなどが例示できる。後述するフォトマスクの製造工程で、遮光膜を形成する材料、たとえば、クロム（Ｃｒ）とのドライエッチングでの選択性の観点から、透過率調整層の形成には、モリブデンシリサイド窒化物（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などを適用することが好ましい。透過率調整層の組成や膜厚は、目的とする透過率となるよう、成膜条件により種々調整できる。モリブデンシリコン系やクロム系の透過率調整膜の屈折率は、約２．０〜２．６の範囲にあり、その透過率は、例えば１０〜４５％の範囲とすることができる。透過率は、空気を１００％のレファレンスとしている。

本発明の透明膜を形成する材料は、屈折率が１．４〜１．８の範囲にある透明膜であればよいが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムから一つ選択される材料、またはそれらの化合物が特に好ましい。また、本発明は、透明基板である石英の表面を透明膜として用いる構成も含む。

後述するフォトマスクの製造工程で、ドライエッチングを用いる場合、透過率調整層の膜付けに先立って、エッチングストッパー層を成膜することができる。エッチングストッパー層に適用できる材料は、アルミニウム、マグネシウム、チタン、クロム、ジルコニウ
ム、インジウム、タングステン、スズ、ハフニウムなどの金属の酸化物、酸化窒化物などが例示できる。エッチングストッパー層の膜厚は、１〜２０ｎｍの範囲内の薄膜でよい。エッチングストッパーの、より好ましい膜厚範囲は、１〜９ｎｍである。透明基板上のエッチングストッパーの膜厚は、薄いほどエッチングストッパーの屈折率の影響がなくなり、その実効的な屈折率は、透明基板の屈折率に近づいていく。

以下、図１〜図５に示す構造の部分断面図にて、発明のフォトマスクの実施例を説明する。なお、以下で記載する成膜に用いる装置は、例えば、スパッタリング装置、あるいはＣＶＤ装置である。

実施例１では、図１に部分断面図を示す本発明に関わる表示装置基板作製用フォトマスクについて説明する。合成石英からなる透明基板９上に、透明基板９に近い側から、透過率調整層５、透明膜４、遮光膜３がこの順で積層され、メインスペーサに相当する第１開口部１、サブスペーサに相当する第２開口部２が形成されている。第１開口部１を、第２開口部の二酸化ケイ素と実質同じ成分である石英とするためドライエッチング工程で深堀を行って深堀部分７を設け、透明基板９の表面を露出させている。従って、第１開口部１、第２開口部２いずれの表面も屈折率約１．４８の二酸化ケイ素となっている。尚、図１では、確実に透明基板９の表面を露出させるために、透明基板９を深堀した構造を示している。ただし、ドライエッチングを、透過率調整層５と透明基板９との界面で停止させ、深堀部分７を設けない構成も、本発明は含む。

実施例１の本発明に関わるフォトマスクを作製工程順に説明する。まず、モリブデンシリサイド基材のスパッタリングターゲットを用い、アルゴン、酸素、窒素を導入ガスとして約１３０ｎｍの膜厚で成膜し、モリブデンシリサイド酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）膜からなる透過率調整層とした。この透過率調整層の、光の波長３６５ｎｍにおける、入射光に対する透過率は約２０％であった。透過率調整層５の透過率は、スパッタリングターゲットにおけるＭｏとＳｉの組成比、その成膜時に導入するアルゴン、酸素、窒素の導入量、及びガス圧、スパッタ電源の出力、基板温度などの成膜条件で所望の透過率に調整できる。

次に、シリコン基材のスパッタリングターゲットを用い、アルゴン、酸素を導入ガスとして膜厚約２１０ｎｍの膜厚で成膜し、本発明における透明膜としての二酸化ケイ素層を形成した。スパッタリングターゲットであるシリコン基材には、若干の導電性を付与するため、ホウ素やリンを微量添加しても良い。

続いて、クロム基材のスパッタリングターゲットを用い、アルゴンを導入ガスとして遮光膜のパターンとなる遮光膜を約１００ｎｍの膜厚で成膜した。導入ガスには、必要に応じ酸素を添加してもよい。遮光膜の表面には酸化クロムが形成されることが望ましい。

次に、第１のフォトリソグラフィの工程について説明する。
この遮光膜上にスピンコート法等により電子線レジストを塗布形成し、電子ビーム描画装置にてパターン描画、現像処理を行って電子線レジストのパターン形成を行った。遮光膜上に形成した電子線レジストのパターンをマスクとして専用のエッチング液にて遮光膜をエッチング後、電子線レジストを剥離液で除去して、遮光膜のパターンを形成した。尚、パターンの描画は、電子ビームでなく、紫外光などの光で露光しても良い。

次に、第２のフォトリソグラフィの工程について説明する。
前記遮光膜のパターンを形成した上に、複数の第２開口部となる部分を覆うよう、膜厚の
厚い電子線レジストのパターンを、電子線描画により形成した。換言すれば、この厚い電子線レジストのパターンは、複数の第１開口部となる部分のみの開口パターンが形成されている。

次に、エッチングの工程を説明する。
ドライエッチング装置を用いて、複数の第１開口部となる部分の表面の二酸化ケイ素層と、その下部にある透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）を連続してエッチングした。ドライエッチングのガスは、フルオロカーボン類、たとえばＣＦ_４、Ｃ_３Ｆ_８などを用いることができるが、ここではＣＦ_４を用いた。ＣＦ_４などのエッチングガスは、クロムと、二酸化ケイ層やＭｏＳｉＯＮとの選択性が高く、クロムで構成される遮光膜のパターンに大きな影響を与えずに二酸化ケイ素やＭｏＳｉＯＮをエッチングできる。二酸化ケイ素とＭｏＳｉＯＮのエッチングは、エッチング時間の管理で行うことができる。厚い電子線レジストは、ドライエッチング時にあわせて除去される。

実施例２では、図２に部分断面図を示す本発明に関わる表示装置作製用フォトマスクについて説明する。合成石英である透明基板９上に、透明基板９に近い側から、エッチングストッパー６、透過率調整層５、透明膜４、遮光膜３がこの順で積層され、メインスペーサに相当する第１開口部１、サブスペーサに相当する第２開口部２が形成されている。

本実施例では、まず、合成石英である透明基板上に、約４ｎｍの酸化アルミニウムを成膜した。この酸化アルミニウム層は、フルオロカーボン類のガスに対するエッチングレートが小さいため、ドライエッチングでのエッチングストッパーの役目を持つ。あわせて、後述の透過率調整層をドライエッチングする工程で、アルミニウムを検出することでエッチングの終点管理を行うことができる。

次に、シリコン基材のスパッタリングターゲットを用い、アルゴン、酸素、窒素を導入ガスとして膜厚約１４０ｎｍの膜厚で成膜し、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜からなる透過率調整層とした。この透過率調整層の、光の波長３６５ｎｍでの透過率は約３５％であった。ＳｉＯＮ膜からなる透過率調整層は、各々原子百分率においてケイ素を３５〜４５％、酸素を１〜６０％、窒素を５〜６０％含む範囲内で目的とする透過率となるよう、成膜時の導入ガス流量や透明基板の温度などの成膜条件を調整した。スパッタリングターゲットであるシリコン基材には、若干の導電性を付与するため、ホウ素やリンを微量添加しても良い。

続けて、実施例１と同じ成膜条件、膜厚で、本発明における透明膜としての二酸化ケイ素、およびクロム系の遮光膜を成膜した。さらに、実施例１と同じ方法で、電子線レジストのパターン形成、遮光膜のパターン形成、遮光膜パターン上の電子線レジストのパターン形成を行った。

引き続き、ドライエッチング装置を用いて、実施例１と同様の方法で、複数の第１開口部となる部分の表面の二酸化ケイ素層と、その下部にある透過率調整層（ＳｉＯＮ）を連続してエッチングを行ったが、本実施例の構造では、酸化アルミニウムからなるエッチングストッパーを有しているので、ドライエッチング時にエッチングストッパーに含まれるアルミニウムを検出することでドライエッチングを終了させることができた。

実施例３では、図３に部分断面図を示す本発明に関わる表示装置作製用フォトマスクについて説明する。透明基板９上に、透明基板９に近い側から、遮光膜３、透過率調整層５、透明膜４がこの順で積層され、メインスペーサに相当する第１開口部１、サブスペーサに相当する第２開口部２が形成されている。

本実施例のフォトマスクは、図３のように、エッチングストッパーを省いた構成とし、透明膜４は、遮光膜３、透過率調整層５をそれぞれフォトリソグラフィ、エッチング工程を行った後に成膜、積層しているので、第１開口部１、第２開口部２ともに、最表面が透明膜４となる。

遮光膜３はクロム系、透過率調整層５は、モリブデンシリサイド窒化物（ＭｏＳｉＮ）、透明膜４は二酸化ケイ素で形成した。

実施例４では、図４に部分断面図を示す本発明に関わる表示装置基板作製用フォトマスクについて説明する。透明基板９上に、透明基板９に近い側から、透過率調整層５、遮光膜３、透明膜４がこの順で積層され、メインスペーサに相当する第１開口部１、サブスペーサに相当する第２開口部２が形成されている。

本実施例のフォトマスクは、図４のように、エッチングストッパーを省いた構成とし、透明膜４は、透過率調整層５、遮光膜３をそれぞれフォトリソグラフィ、エッチング工程を行った後に成膜、積層しているので、第１開口部１、第２開口部２ともに、最表面が透明性膜４となる。

透過率調整層５は酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、遮光膜３はクロム系、透明膜４は二酸化ケイ素で形成した。

実施例５では、図５に部分断面図を示す本発明に関わる表示装置作製用フォトマスクについて説明する。透明基板９上の片面（裏面）に透過率調整層５が形成され、遮光膜３が他方の面（フォトマスクの膜面）に形成されている。第１開口部、第２開口部の表面は、合成石英（二酸化ケイ素）である。

遮光膜３はクロム系で形成し、透過率調整層は酸化クロムで形成した。

実施例６〜９では、多層膜光学シミュレーション（非特許文献１参照）により本発明の妥当性を検証した結果を示す。計算時の露光波長は３６５ｎｍであり、このとき使用した光学定数（屈折率、消衰係数）を表１に示す。

表１に、計算に使用した材料の光学定数（屈折率、消衰係数）を示す。

図６は、図１２のように、合成石英基板の上に透過率調整層（ここではＭｏＳｉＯＮ）のみが形成された従来のフォトマスクと、本発明のように透過率調整層の上にさらに透明性膜（ここではＳｉＯ_２）を形成したフォトマスクに、屈折率１．５の昇華物が付着していったときの第２開口部の透過率の変化を計算して比較したものである。第２開口部の透過率は２０％を目標としたので、ＭｏＳｉＯＮの膜厚は実施例１と同じ約１３０ｎｍとなった。

図６から分かるように、透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）１３０ｎｍのみが形成された従来のフォトマスクでは、屈折率１．５の昇華物が５０ｎｍ付着していくあいだに、薄膜干渉による一種の反射防止効果によって、透過率が初期の２０％から約４％上昇している。これに対し、透過率調整層の上にさらにＳｉＯ_２膜を形成した本発明のフォトマスクでは、昇華物膜厚に対する透過率の変化が、途中で極小値を通る結果、平坦な形状になり、変化範囲は約１．５％以内に留まっている。

透過率の変化が極小値となるときの透明膜の最小膜厚は、露光波長、透明膜の屈折率、その上下に存在する材料の光学定数、膜厚によって決まり、ここではＳｉＯ_２膜の膜厚が約９１ｎｍのとき極小値となった。また、極小値は透明膜の膜厚に対して周期的に現れ、具体的には、
極小値となる膜厚の周期＝露光波長／（透明性膜の屈折率×２）
となる。ここでは９１ｎｍのときに最初の極小値となるので、次に極小値となるＳｉＯ_２膜の膜厚は、
９１＋３６５／（１．４８×２）＝２１４ｎｍ
となる。実施例１で、ＳｉＯ_２膜厚を約２１０ｎｍとしたのはこの理由による。また、図６の本発明のフォトマスクの計算で、ＭｏＳｉＯＮ膜厚を１３０ｎｍでなく、１３２ｎｍとしているのは、平均の透過率が目標の２０％となるよう、微調整した結果による。尚、平坦な形状という条件であれば、極小値ではなく、極大値を通る範囲を使うこともできる。極大値となる透明膜の膜厚は、極小値となる膜厚の丁度中間の値である。

図７は、図６と同様に、合成石英基板の上に透過率調整層（ここではＣｒ_２Ｏ_３）のみが形成された従来のフォトマスクと、本発明のように透過率調整層の上にさらに透明膜（ここではＳｉＯ_２）を形成したフォトマスクに、屈折率１．５の昇華物が付着していったときの第２開口部の透過率の変化を計算して比較したものである。Ｃｒ_２Ｏ_３の膜厚は、実施例６同様透過率＝２０％を目標とした結果、約１６８ｎｍとなった。

図７から分かるように、透過率調整層（Ｃｒ_２Ｏ_３）１６８ｎｍのみが形成された従来のフォトマスクでは、屈折率１．５の昇華物が５０ｎｍ付着していくあいだに、透過率が初期の２０％から約５％上昇している。これに対し、透過率調整層の上にさらにＳｉＯ_２膜を１００ｎｍ厚形成した本発明のフォトマスクでは、昇華物膜厚に対する透過率の変化が、途中で極小値を通る結果、平坦な形状になり、変化範囲は約１．５％以内に留まることが分かる。

図８は、別の本発明のフォトマスクの場合で、合成石英基板の上の透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）の上にさらに透明膜（ここではＭｇＯ）を形成したフォトマスクに、昇華物が付着していったときの第２開口部の透過率の変化を計算したものである。ＭｏＳｉＯＮの膜厚は、実施例６、７同様、透過率＝２０％を目標として決定した。

図８から分かるように、透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）の上にさらにＭｇＯ膜を６６ｎｍ厚形成した本発明のフォトマスクでは、屈折率１．５の昇華物が５０ｎｍ付着していっても、透過率の変化が、途中で極小値を通る結果、平坦な形状になり、変化範囲は約１．５％以内に留まっている。

図９は、別の本発明のフォトマスクの場合で、合成石英基板の上の透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）の上にさらに透明膜（ここではＡｌ_２Ｏ_３）を形成したフォトマスクに、昇華
物が付着していったときの第２開口部の透過率の変化を計算したものである。ＭｏＳｉＯＮの膜厚は、実施例６、７、８同様、透過率＝２０％を目標として決定した。

図９から分かるように、透過率調整層（ＭｏＳｉＯＮ）の上にさらにＡｌ_２Ｏ_３膜を６１ｎｍ厚形成した本発明のフォトマスクでは、屈折率１．５の昇華物が５０ｎｍ付着していっても、透過率の変化が、途中で極小値を通る結果、平坦な形状になり、変化範囲は約１．５％以内に留まっている。

昇華物の屈折率はほぼ１．４〜１．６であるので、昇華物に接する第１開口部と前記第２開口部の表面の屈折率を、１．４〜１．８とすれば、透過率の変化を小さくすることができることを、実施例６〜９のようにシミュレーションで確認することができる。

以下、本発明の請求項９に記載の表示装置用基板の製造方法の実施例を、図１０を用いて説明する。公知の方法で形成したブラックマトリックス（遮光部）１６、複数色の着色画素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、保護層２３を形成したガラス基板２９上に、スペーサ用感光性透明組成物を膜厚が３．５μｍになるようにスピンコートした後、減圧乾燥し、９０℃で３分間乾燥させた。

その後、実施例１に記載のフォトマスクを用い、超高圧水銀灯を光源とする露光装置にて露光を行った。外観で判別できるように、第１開口部１（メインスペーサ２１のパターン）の開口部形状は正方形、第２開口部２（サブスペーサ２２のパターン）の開口部形状は八角形とした。露光量は１００ｍＪ/ｃｍ^２とし、フォトマスクと基板との距離（露光ギャップ）を１００μｍとした。その後、アルカリ現像液にてスペーサ用感光性組成物膜の未露光部を完全に洗い流すために必要な時間現像し、２３０℃で３０分間加熱することでカラーフィルタである表示装置用基板２０を作製した。

さらに同じ工程で表示装置用基板を連続して２０００枚作製し、１００枚毎にメインスペーサ２１、サブスペーサ２２の高さとサイズを測定した。なお、ここでサイズとは、平面視のスペーサの大きさである。

図１１（ａ）に当実施例のカラーフィルタ作製枚数によるメインスペーサ２１、サブスペーサ２２の高さの推移を、図１１（ｂ）にメインスペーサ２１、サブスペーサ２２のサイズの推移を示した。本発明に関わるフォトマスクを使用した本実施例では、カラーフィルタを連続して２０００枚作製してもメインスペーサ２１、サブスペーサ２２ともに高さとサイズは変動せずほぼ一定である。
＜比較例＞
比較例に用いる露光前の表示装置用基板および露光装置は、実施例１０と同じものを用いたが、フォトマスクは図１２に示す従来のフォトマスクを用いた。遮光性膜１３はクロム系であり、透過率調整層１５は酸化クロムである。第１開口部１１の表面は二酸化ケイ素である合成石英であるが、第２開口部１２の表面は酸化クロムである。
図１３（ａ）、（ｂ）に本比較例でのカラーフィルタ作製枚数によるメインスペーサ、サブスペーサの高さとサイズの推移を示す。従来のマスクを使用した本比較例では、カラーフィルタ作製枚数に伴いサブスペーサの高さが高くなり、平面視のサイズが大きくなり、変化が顕著である。

カラーフィルタを２０００枚作製した後の実施例１０、および比較例のフォトマスク表面を確認した結果、どちらも同程度の昇華物汚れの付着が見られたことから、本発明に関わるフォトマスクを使用することで、昇華物汚れが付着しても形成するスペーサ高さやサイズへの影響が無いカラーフィルタ、あるいは表示装置用基板の製造方法を提供できるこ
とが分かった。

本発明は、表示装置基板作製用フォトマスク、及び表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法、また、それを用いた表示装置基板の製造方法に関わり、特にカラーフィルタなどの表示装置基板にスペーサなど高さの異なる構造物を形成する工程において、その構造物の高さや太さの変化が少なく、生産ラインの時間稼動率や生産量を向上させる事ができる表示装置基板作製用フォトマスクを提供する。

１、１１ ・・・ 第１開口部
２、１２ ・・・ 第２開口部
３、１３ ・・・ 遮光膜
４ ・・・ 透明膜
５、１５ ・・・ 透過率調整層
６ ・・・ エッチングストッパー
７ ・・・ 透明基板の深堀部分
９、１９、２９・・・透明基板
１６ ・・・ ブラックマトリクス
２０ ・・・ 表示装置基板（カラーフィルタ）
２１ ・・・ メインスペーサ
２２ ・・・ サブスペーサ
２３ ・・・ 保護層

Claims (9)

1. 透明基板と、前記透明基板の一の面に、少なくとも遮光膜のパターンと透過率調整層のパターンと透明膜と複数の第１開口部と複数の第２開口部とを具備し、前記第１開口部と前記第２開口部は前記遮光膜のパターンによって区分され、入射光に対して空気を１００％のレファレンスとして、前記第１開口部の透過率が８５〜９５％であり、前記第２開口部の透過率が１０〜４５％であり、かつ、前記第２開口部の表面の屈折率が、１．４〜１．８であることを特徴とする表示装置基板作製用フォトマスク。
2. 前記第２開口部には、前記一の面上に、前記透過率調整層と前記透明膜とをこの順で具備することを特徴とする請求項１に記載の表示装置基板作製用フォトマスク。
3. 前記透明膜が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムから一つ選択される材料、またはそれらの化合物からなることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置基板作製用フォトマスク。
4. 前記透過率調整層が、モリブデンシリサイド窒化物、モリブデンシリサイド酸化窒化物、酸化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化シリコンから一つ選択される材料、またはそれらの化合物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスク。
5. 前記透明膜は、少なくとも前記遮光膜のパターン、前記透過率調整層のパターン、および前記第１開口部を覆うように成膜されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスク。
6. 少なくとも、透明基板の一の面に透過率調整層のパターンを具備し、前記透明基板の他方の面に遮光膜のパターンを具備しており、前記遮光膜のパターンによって複数の第１開口部と複数の第２開口部とが区分されており、入射光に対して空気を１００％のレファレンスとして、前記第１開口部の透過率が８５〜９５％であり、前記第２開口部の透過率が１０〜４５％であり、かつ、前記第１開口部と前記第２開口部の表面の屈折率が、１．４〜１．８であることを特徴とする表示装置基板作製用フォトマスク。
7. 前記透明基板の一の面に、少なくとも前記透過率調整層と、前記透明膜と、前記遮光膜の層を成膜して後、前記第１開口部と前記第２開口部を区分する前記遮光膜のパターンを形成するための第１のフォトリソグラフィの工程と、前記遮光膜の層をエッチングする工程と、前記第１開口部を形成するために、前記第１開口部となる領域以外の前記遮光膜の領域を覆うレジストパターンを形成する第２のフォトリソグラフィの工程と、前記透明膜の層と前記透過率調整層を前記透明基板の表面が露出するまでエッチングする工程とを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法。
8. 前記透過率調整層の成膜に先立って、エッチングストッパー層を成膜することを特徴とする請求項７に記載の表示装置基板作製用フォトマスクの製造方法。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置基板作製用フォトマスクを用いて、表示装置基板上に高さの異なる構造物を形成することを特徴とする表示装置基板の製造方法。