JP5668745B2 - Gradation mask - Google Patents

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

本発明は、表示装置等の製造過程において、ハーフトーン露光に好適に用いられる階調マスクに関するものである。   The present invention relates to a gradation mask suitably used for halftone exposure in the manufacturing process of a display device or the like.

液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置のリソグラフィー工程数を減らすパターン形成方法に関しては、例えばリフロー法またはアッシング法が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。また、上記の特許文献には、露光光の解像限界以下の微小スリットを有するフォトマスク(スリットマスク)、および露光光に対して階調を有するフォトマスク(階調マスク)が開示されている。   For example, a reflow method or an ashing method is disclosed as a pattern forming method for reducing the number of lithography steps of a display device such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In addition, the above-mentioned patent document discloses a photomask (slit mask) having a minute slit below the resolution limit of exposure light and a photomask (gradation mask) having a gradation with respect to the exposure light. .

スリットマスクでは、露光光を実質的に遮光するクロム膜などの一般的な遮光膜を用い、遮光膜に露光機の解像限界以下の微細なスリットを配置する(例えば特許文献3参照)。このマスクのスリットは、解像限界以下のサイズであるため、それ自身はレジスト上に結像せずに、周囲の非開口部領域も含めたエリアに、サイズに応じた露光光を透過する。このため、スリットマスクは、スリットが形成された領域と、その周囲を含めたエリアに、あたかも半透明膜があるかのように機能する。
しかしながら、このスリットは解像限界以下である必要があるため、当然のことながら、マスクの本体パターンよりも小さな寸法に仕上げる必要があり、マスク製造に対して大きな負荷となってしまうという問題があった。さらに、広い領域を半透明にするためには、多くのスリットを配置する必要があるため、パターンデータ容量が増え、パターン形成工程や、パターンの欠陥検査工程に対する負荷の増大という問題も生じ、製造・検査時間の増大、マスク製造コストの上昇につながってしまうという問題があった。
In the slit mask, a general light shielding film such as a chromium film that substantially shields exposure light is used, and a fine slit below the resolution limit of the exposure machine is disposed in the light shielding film (see, for example, Patent Document 3). Since the slit of the mask has a size not larger than the resolution limit, the mask itself does not form an image on the resist, and the exposure light according to the size is transmitted to the area including the surrounding non-opening region. For this reason, the slit mask functions as if a translucent film exists in the area where the slit is formed and the area including the periphery of the area.
However, since this slit needs to be below the resolution limit, it is natural that the slit needs to be finished to a size smaller than the mask main body pattern, resulting in a large burden on mask manufacturing. It was. Furthermore, in order to make a wide area semi-transparent, it is necessary to arrange many slits, so that the pattern data capacity increases, and there arises a problem that the load on the pattern formation process and the pattern defect inspection process also increases. -There was a problem that the inspection time was increased and the mask manufacturing cost was increased.

一方、階調マスクは、露光光を実質的に遮光する遮光膜と、露光光を所望の透過率で透過する半透明膜とを用い、光を透過する透過領域と、光を透過しない遮光領域と、透過する光の量が調整された半透明領域とを有することにより、階調を出すマスクである(例えば特許文献4参照)。このマスクを作製するためには、透明基板上に半透明膜と遮光膜とが積層された専用のマスクブランクを使用し、マスクパターン製版を行う。この階調マスクは、スリットマスクのように微細なスリットを配置する必要がない点で有利である。   On the other hand, the gradation mask uses a light-shielding film that substantially shields exposure light and a translucent film that transmits exposure light at a desired transmittance, and a light-transmissive area that does not transmit light. And a semi-transparent region in which the amount of transmitted light is adjusted (see, for example, Patent Document 4). In order to produce this mask, a mask pattern is made using a dedicated mask blank in which a translucent film and a light shielding film are laminated on a transparent substrate. This gradation mask is advantageous in that it is not necessary to arrange fine slits unlike the slit mask.

階調マスクでは、透過率の異なる領域によって透過光の量を制御することにより、現像後のレジストの膜厚を2段階に制御することができる。例えば、階調マスクを用いて一括露光することにより、液晶表示装置用カラーフィルタにおける柱状スペーサおよび液晶配向機能突起を同時に形成することが可能となる(例えば特許文献5参照)。
特許文献5に記載の階調マスクは、透過率が300nmで5%以下、380nmで45%以上であり、露光光の短波長域(300nm〜350nm程度)をカットし、長波長域(350nm〜450nm程度)のみを利用するというものである。しかしながら、長波長域のみを利用する場合、短波長域を利用する場合と比較してエネルギーが低いため、硬化速度が遅く、露光に時間がかかるという問題がある。
In a gradation mask, the resist film thickness after development can be controlled in two stages by controlling the amount of transmitted light according to regions having different transmittances. For example, it is possible to simultaneously form columnar spacers and liquid crystal alignment function protrusions in a color filter for a liquid crystal display device by performing batch exposure using a gradation mask (see, for example, Patent Document 5).
The gradation mask described in Patent Document 5 has a transmittance of 5% or less at 300 nm and 45% or more at 380 nm, cuts a short wavelength range (about 300 nm to 350 nm) of exposure light, and a long wavelength range (350 nm to 350 nm). Only about 450 nm). However, when only the long wavelength region is used, the energy is lower than when the short wavelength region is used, so that there is a problem that the curing speed is slow and the exposure takes time.

また、特許文献4および特許文献5では、階調マスクの半透明膜として、酸化クロム膜、窒化クロム膜、酸化窒化クロム膜、フッ化クロム膜、酸化インジウム錫膜、TiおよびWを含む酸化膜、TiおよびMoを含む酸化膜などが用いられている。このように半透明膜には、金属の酸化物や窒化物などの膜を用いるのが主流である。一方、半透明膜として金属膜を用いた例は報告されていない。   In Patent Documents 4 and 5, as a semi-transparent film of a gradation mask, a chromium oxide film, a chromium nitride film, a chromium oxynitride film, a chromium fluoride film, an indium tin oxide film, and an oxide film containing Ti and W An oxide film containing Ti and Mo is used. As described above, it is a mainstream to use a film made of a metal oxide or nitride as the translucent film. On the other hand, no example using a metal film as a translucent film has been reported.

特許第3415602号公報Japanese Patent No. 3415602 特開2000−66240公報JP 2000-66240 A 特開2002−196474公報JP 2002-196474 A 特開2002−189280公報JP 2002-189280 A 特開2005−84366公報JP-A-2005-84366

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、表示装置の製造工程の簡略化を図るとともに、パターンの形成に有利な階調マスクを提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide a gray scale mask that is advantageous for forming a pattern while simplifying the manufacturing process of a display device.

本発明は、上記目的を達成するために、透明基板と、遮光膜と、透過率調整機能を有する半透明膜とが順不同に積層され、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域と、上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域と、上記透明基板上に上記遮光膜および上記半透明膜のいずれも設けられていない透過領域とを有し、上記半透明膜が金属膜であることを特徴とする階調マスクを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a light shielding region in which a transparent substrate, a light shielding film, and a translucent film having a transmittance adjusting function are stacked in random order, and the light shielding film is provided on the transparent substrate. A translucent region in which only the translucent film is provided on the transparent substrate, and a transmissive region in which neither the light-shielding film nor the translucent film is provided on the transparent substrate, Provided is a gradation mask characterized in that the transparent film is a metal film.

一般に、金属は自由電子を介して結合しているため、光吸収を起こすバンドギャップが存在しない。そのため、特徴的な吸収がなく、紫外光領域から可視光領域において透過率が一定の範囲になる場合が多い。これに対し、金属酸化物は吸収係数が比較的小さく、長波長(紫外・可視領域)になるほど吸収係数がほぼゼロに近づくため、波長が長くなるほど透過率が高くなる場合が多い。また、金属窒化物や金属炭化物も、金属酸化物と同様の傾向を示す。したがって、半透明膜として金属膜を用いることにより、所望の透過率特性を有する半透明膜を備える階調マスクを得ることができる。
このような階調マスクでは、露光光の長波長域も短波長域も有効に利用することができるので、露光時間の短縮化が可能である。また、例えばネガ型レジストを用いてパターンを形成する場合には、透過領域および半透明領域の透過率比を、透過領域および半透明領域の露光後のレジストの膜厚比とみなすことができ、レジストの膜厚制御が容易である。
In general, since metals are bonded via free electrons, there is no band gap that causes light absorption. Therefore, there is no characteristic absorption, and the transmittance is often in a certain range from the ultraviolet light region to the visible light region. In contrast, a metal oxide has a relatively small absorption coefficient, and the absorption coefficient approaches zero as the wavelength becomes longer (ultraviolet / visible region). Therefore, the longer the wavelength, the higher the transmittance. Metal nitrides and metal carbides also show the same tendency as metal oxides. Therefore, by using a metal film as the translucent film, a gradation mask including a translucent film having desired transmittance characteristics can be obtained.
In such a gradation mask, both the long wavelength region and the short wavelength region of the exposure light can be used effectively, so that the exposure time can be shortened. For example, when forming a pattern using a negative resist, the transmittance ratio of the transmissive region and the semi-transparent region can be regarded as the film thickness ratio of the resist after exposure of the transmissive region and the semi-transparent region, Resist film thickness can be easily controlled.

上記発明においては、上記半透明膜および上記遮光膜がクロム膜であることが好ましい。半透明膜および遮光膜がクロム膜であれば、階調マスクを作製する際に、半透明膜および遮光膜を同一のエッチャントを用いて同時にパターニングすることができるからである。また、クロム膜は、機械的強度に優れており、さらには退光性がなく安定しているため、長時間の使用に耐えうる階調マスクとすることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said semi-transparent film | membrane and the said light shielding film are chromium films. This is because when the semi-transparent film and the light-shielding film are chromium films, the semi-transparent film and the light-shielding film can be simultaneously patterned using the same etchant when the gradation mask is manufactured. In addition, the chromium film is excellent in mechanical strength, and is stable without light-retarding, so that it can be a gradation mask that can withstand long-time use.

さらに本発明は、上述した階調マスクが表示装置の製造に用いられることを特徴とする表示装置製造用階調マスクを提供する。
本発明の表示装置製造用階調マスクは、上述した階調マスクを用いたものであるので、表示装置の製造工程の簡略化が可能であり、またパターン形成時の露光時間の短縮化が可能である。
Furthermore, the present invention provides a gradation mask for manufacturing a display device, wherein the above-described gradation mask is used for manufacturing a display device.
Since the gradation mask for manufacturing a display device according to the present invention uses the above-described gradation mask, the manufacturing process of the display device can be simplified, and the exposure time during pattern formation can be shortened. It is.

本発明においては、半透明膜として金属膜を用いることにより、所望の透過率特性を有する半透明膜を備える階調マスクを得ることができる。このような階調マスクを用いた一括露光により、高さや形状の異なるパターンを同時に形成することができ、製造工程の簡略化が可能である。また、本発明の階調マスクを用いることにより、露光光の短波長域もレジストの硬化反応に利用することができ、露光時間の短縮化が図れるという効果を奏する。   In the present invention, a gradation mask including a translucent film having a desired transmittance characteristic can be obtained by using a metal film as the translucent film. Patterns with different heights and shapes can be simultaneously formed by batch exposure using such a gradation mask, and the manufacturing process can be simplified. Further, by using the gradation mask of the present invention, the short wavelength region of the exposure light can be used for the resist curing reaction, and the exposure time can be shortened.

本発明の階調マスクの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the gradation mask of this invention. 本発明の階調マスクを用いて液晶表示装置におけるスペーサを形成する例を示す工程図である。It is process drawing which shows the example which forms the spacer in a liquid crystal display device using the gradation mask of this invention. 本発明における半透明膜の分光スペクトルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the spectrum of the semi-transparent film | membrane in this invention. 本発明の階調マスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the gradation mask of this invention. 本発明の階調マスクの他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the gradation mask of this invention. 図4のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 本発明の階調マスクを用いて形成された液晶表示装置におけるスペーサおよび配向制御用突起の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the spacer and protrusion for alignment control in the liquid crystal display device formed using the gradation mask of this invention. 図5のB−B線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B in FIG. 5. 本発明の階調マスクを用いて形成された液晶表示装置におけるスペーサおよびオーバーコート層の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the spacer and overcoat layer in the liquid crystal display device formed using the gradation mask of this invention. 本発明の階調マスクの製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the gradation mask of this invention. 本発明の階調マスクの製造方法の他の例を示す工程図である。It is process drawing which shows the other example of the manufacturing method of the gradation mask of this invention. 本発明の階調マスクを用いて薄膜トランジスタを作製する例を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating an example of manufacturing a thin film transistor using the gradation mask of the present invention. 実施例1および比較例1における半透明膜の分光スペクトルを示すグラフである。6 is a graph showing spectral spectra of semi-transparent films in Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明の階調マスクおよび表示装置製造用階調マスクについて詳細に説明する。   Hereinafter, the gradation mask and the gradation mask for manufacturing a display device of the present invention will be described in detail.

A.階調マスク
本発明の階調マスクは、透明基板と、遮光膜と、透過率調整機能を有する半透明膜とが順不同に積層され、上記透明基板上に上記遮光膜が設けられた遮光領域と、上記透明基板上に上記半透明膜のみが設けられた半透明領域と、上記透明基板上に上記遮光膜および上記半透明膜のいずれも設けられていない透過領域とを有し、上記半透明膜が金属膜であることを特徴とするものである。
A. Gradation mask The gradation mask of the present invention comprises a light shielding region in which a transparent substrate, a light shielding film, and a translucent film having a transmittance adjusting function are stacked in random order, and the light shielding film is provided on the transparent substrate. A translucent region in which only the semitransparent film is provided on the transparent substrate, and a transmissive region in which neither the light-shielding film nor the semitransparent film is provided on the transparent substrate, and the semitransparent The film is a metal film.

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概略断面図である。図1に例示するように、階調マスク1は、透明基板2上に半透明膜3および遮光膜4がこの順に積層されたものである。この半透明膜3は透過率調整機能を有している。また、遮光膜4は実質的に露光光を透過しないものである。階調マスク1では、透明基板2上に半透明膜3および遮光膜4がパターン状に形成されており、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上に半透明膜3および遮光膜4のいずれも設けられていない透過領域13とが混在している。
The gradation mask of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the gradation mask of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the gradation mask 1 is obtained by laminating a translucent film 3 and a light shielding film 4 in this order on a transparent substrate 2. This translucent film 3 has a transmittance adjusting function. The light shielding film 4 does not substantially transmit exposure light. In the gradation mask 1, the translucent film 3 and the light shielding film 4 are formed in a pattern on the transparent substrate 2, and the light shielding region 11 in which the light shielding film 4 is provided on the transparent substrate 2 and the transparent substrate 2. A semi-transparent region 12 in which only the semi-transparent film 3 is provided and a transmissive region 13 in which neither the semi-transparent film 3 nor the light-shielding film 4 is provided on the transparent substrate 2 are mixed.

次に、図1に示す階調マスク1を用いて液晶表示装置におけるスペーサを形成する方法の一例を図2に示す。階調マスク1においては、透過領域13では透明基板2を露光光15が透過し、半透明領域12では透明基板2および半透明膜3を露光光15が透過する。透過領域13からは通常の波長の露光光が照射されるため、ほぼマスクパターン形状に応じたパターンが形成される。一方、半透明領域12から照射される露光光は、半透明膜3が透過率調整を行っているため、波長に応じて所定の透過率で透過する。したがって、透過領域13と半透明領域12とで同じ露光量でパターン露光した場合、透過領域13では露光前のレジスト厚に相当する高さのスペーサ16aが形成され、半透明領域12ではスペーサ16aの高さよりも低いスペーサ16bが形成される。このように、本発明の階調マスクを利用した一括露光により、1枚の階調マスクで高さの異なるパターンを同時に得ることができる。   Next, an example of a method of forming a spacer in a liquid crystal display device using the gradation mask 1 shown in FIG. 1 is shown in FIG. In the gradation mask 1, the exposure light 15 is transmitted through the transparent substrate 2 in the transmission region 13, and the exposure light 15 is transmitted through the transparent substrate 2 and the semitransparent film 3 in the semitransparent region 12. Since exposure light having a normal wavelength is irradiated from the transmission region 13, a pattern almost corresponding to the mask pattern shape is formed. On the other hand, the exposure light irradiated from the semi-transparent region 12 is transmitted with a predetermined transmittance according to the wavelength because the translucent film 3 is adjusting the transmittance. Therefore, when pattern exposure is performed with the same exposure amount in the transmissive region 13 and the semi-transparent region 12, the spacer 16a having a height corresponding to the resist thickness before exposure is formed in the transmissive region 13, and in the semi-transparent region 12, the spacer 16a A spacer 16b lower than the height is formed. In this way, patterns with different heights can be obtained simultaneously with a single gradation mask by batch exposure using the gradation mask of the present invention.

一般に、金属は自由電子を介して結合しているため、光吸収を起こすバンドギャップが存在しない。そのため、特徴的な吸収がなく、紫外光領域から可視光領域において透過率が一定の範囲になる場合が多い。図3に、本発明における半透明膜の分光スペクトルの一例を示す。図3に例示するように、半透明膜は、波長250nm〜600nmにおける透過率が一定の範囲となっている。すなわち、半透明膜の透過率は、波長によらずほぼ一定である。したがって、半透明膜として金属膜を用いることにより、所望の透過率特性を有する半透明膜を備える階調マスクを得ることができる。   In general, since metals are bonded via free electrons, there is no band gap that causes light absorption. Therefore, there is no characteristic absorption, and the transmittance is often in a certain range from the ultraviolet light region to the visible light region. FIG. 3 shows an example of a spectral spectrum of the translucent film in the present invention. As illustrated in FIG. 3, the translucent film has a transmittance in a certain range at a wavelength of 250 nm to 600 nm. That is, the transmissivity of the translucent film is substantially constant regardless of the wavelength. Therefore, by using a metal film as the translucent film, a gradation mask including a translucent film having desired transmittance characteristics can be obtained.

このような透過率特性を有する半透明膜が設けられた半透明領域では、露光光の長波長域(350nm〜450nm程度)だけでなく、短波長域(300nm〜350nm程度)も所定の透過率で透過するので、短波長域もレジストの硬化反応に利用される。   In a translucent region provided with a translucent film having such transmittance characteristics, not only the long wavelength region (about 350 nm to 450 nm) of exposure light but also the short wavelength region (about 300 nm to 350 nm) has a predetermined transmittance. Therefore, the short wavelength region is also used for the resist curing reaction.

短波長域の光は、エネルギーが高く、硬化速度が速いという利点があり、上述したように短波長域の光も有効に利用することにより、露光時間を短縮することが可能である。また、短波長域での露光は、レジストが表面から硬化する傾向にあるので、レジスト内部からの不純物の拡散を抑えることができる。さらに、長波長域での露光は、深部まで光が到達してレジストを硬化させる傾向にあるため、上記のような高さの異なるパターンを形成するのに有効である。したがって、本発明の階調マスクでは、広い波長域を有効に活用でき、パターンの形成に有利である。   Light in the short wavelength region has the advantages of high energy and fast curing speed, and the exposure time can be shortened by effectively using the light in the short wavelength region as described above. Moreover, since exposure in a short wavelength region tends to harden the resist from the surface, diffusion of impurities from the inside of the resist can be suppressed. Furthermore, exposure in a long wavelength region is effective in forming patterns having different heights as described above, because light tends to reach the deep part to cure the resist. Therefore, the gradation mask of the present invention can effectively use a wide wavelength range, which is advantageous for pattern formation.

また一般に、露光装置は種類等によって得られる発光スペクトル(波長範囲、ピーク波長、ピーク強度比、ピーク半値幅など)が異なる。このため、目的とするパターンを形成するために適切な露光量となるように、使用する露光装置に応じて階調マスクの透過率を設計する必要がある。
本発明における半透明膜は、金属膜であるので、紫外光領域から可視光領域における透過率が一定の範囲となる傾向があり、露光波長域全体において透過率が一定の範囲内となる。このため、例えば露光装置に高圧水銀ランプを用いた場合、例えば図3においては300nmにおける透過率が39%、365nm(I線)における透過率が37%、436nm(G線)における透過率が35%となり、波長域全体(250nm〜600nm)において透過率が一定の範囲内(33%〜40%程度)となる。したがって、図2に例示するようにネガ型レジストを用いた場合は、半透明膜の各波長における透過率(%):透過率100(%)≒半透明領域の平均透過率:透過領域の平均透過率≒半透明領域の露光後のレジスト厚:透過領域の露光後のレジスト厚、とみなすことができる。すなわち、ある波長における透過率を調整することにより、露光波長域全体において透過率を所定の範囲内に調整することができ、露光後のレジスト厚を制御することができる。このように、本発明の階調マスクでは、レジストの膜厚制御が容易であり、種々のレジスト厚を容易に設計することができる。
In general, the exposure apparatus has different emission spectra (wavelength range, peak wavelength, peak intensity ratio, peak half width, etc.) depending on the type. For this reason, it is necessary to design the transmittance of the gradation mask in accordance with the exposure apparatus to be used so that the exposure amount is appropriate for forming the target pattern.
Since the translucent film in the present invention is a metal film, the transmittance from the ultraviolet light region to the visible light region tends to be in a certain range, and the transmittance is within a certain range in the entire exposure wavelength region. Therefore, for example, when a high-pressure mercury lamp is used in the exposure apparatus, for example, in FIG. 3, the transmittance at 300 nm is 39%, the transmittance at 365 nm (I line) is 37%, and the transmittance at 436 nm (G line) is 35. %, And the transmittance is within a certain range (about 33% to 40%) in the entire wavelength range (250 nm to 600 nm). Therefore, when a negative resist is used as illustrated in FIG. 2, the transmissivity (%) at each wavelength of the translucent film: transmissivity 100 (%) ≈the average transmissivity of the translucent area: the average of the transmissible area Transmittance≈resist thickness after exposure of semi-transparent area: resist thickness after exposure of transmission area. That is, by adjusting the transmittance at a certain wavelength, the transmittance can be adjusted within a predetermined range over the entire exposure wavelength range, and the resist thickness after exposure can be controlled. Thus, in the gradation mask of the present invention, the resist film thickness can be easily controlled, and various resist thicknesses can be easily designed.

一方、例えば金属酸化物膜は、一般的に波長が長くなるにつれて透過率が高くなるような透過率特性を示す。このような金属酸化物膜では、図3に例示する半透明膜と同様に365nm(I線)における透過率が37%であっても、300nmにおける透過率が27%、436nm(G線)における透過率が例えば48%となる、というように、ある波長における透過率を調整しても、露光波長域全体において透過率は一定の範囲内とはならない。レジストの膜厚は、いずれの波長がレジストの硬化反応に大きく寄与するかにより異なってくるので、半透明膜として金属酸化物膜を有する階調マスクでは、レジストの膜厚制御が困難である。   On the other hand, for example, a metal oxide film generally exhibits transmittance characteristics such that transmittance increases as the wavelength increases. In such a metal oxide film, the transmittance at 300 nm is 27% at 436 nm (G line) even though the transmittance at 365 nm (I line) is 37% as in the semitransparent film illustrated in FIG. Even if the transmittance at a certain wavelength is adjusted, for example, the transmittance is 48%, the transmittance does not fall within a certain range over the entire exposure wavelength region. Since the film thickness of the resist varies depending on which wavelength greatly contributes to the curing reaction of the resist, it is difficult to control the film thickness of the resist with a gradation mask having a metal oxide film as a translucent film.

さらに、本発明における半透明膜は、上述したように露光波長域全体において透過率が一定の範囲となる傾向があり、各波長間での透過率比がおおよそ同じになるので、本発明の階調マスクは、露光装置を選ばないという利点を有する。例えば図3に示すように、半透明膜の300nm、365nm(I線)、405nm(H線)、436nm(G線)における各透過率が35%〜40%の範囲内である場合、各波長の透過率比はおおよそ1:1:1:1となる。この場合、例えばI線、H線、G線の強度比が異なる露光装置があるとすると、各波長間での透過率比がおおよそ同じになるので、いずれの露光装置を使用しても、透過領域における露光量に対する半透明領域における露光量は35%〜40%の範囲内となる。このように、本発明の階調マスクでは、露光装置の発光スペクトル(波長範囲、ピーク波長、ピーク強度比、ピーク半値幅など)の差異によらず、適用することが可能である。   Further, as described above, the translucent film in the present invention tends to have a constant transmittance over the entire exposure wavelength range, and the transmittance ratio between the wavelengths is approximately the same. The tone mask has an advantage that an exposure apparatus is not selected. For example, as shown in FIG. 3, when each transmissivity of the translucent film at 300 nm, 365 nm (I line), 405 nm (H line), and 436 nm (G line) is in the range of 35% to 40%, The transmittance ratio is approximately 1: 1: 1: 1. In this case, for example, if there is an exposure apparatus with different intensity ratios of I-line, H-line, and G-line, the transmittance ratio between the wavelengths is approximately the same. The exposure amount in the semi-transparent region with respect to the exposure amount in the region is in the range of 35% to 40%. Thus, the gradation mask of the present invention can be applied regardless of the difference in the emission spectrum of the exposure apparatus (wavelength range, peak wavelength, peak intensity ratio, peak half width, etc.).

一方、例えば上述した金属酸化物膜では、一般的に波長が長くなるにつれて透過率が高くなるような透過率特性を示すので、各波長間での透過率比が異なるものとなる。例えば金属酸化物膜の300nm、365nm(I線)、405nm(H線)、436nm(G線)における各透過率が10%、20%、35%、40%である場合、各波長の透過率比は1:2:3.5:4となる。この場合、例えばI線、H線、G線の強度比が異なる露光装置があるとすると、各波長間での透過率比が異なるので、使用する露光装置によって、透過領域における露光量に対する半透明領域における露光量が異なってしまう。したがって、半透明膜としてこのような金属酸化物膜を有する階調マスクでは、使用する露光装置に応じて適切な露光量となるように各波長での透過率を設計しなければならない。
このように、本発明の階調マスクは、露光装置によらずに適用することができる点においても、有利である。
On the other hand, for example, the above-described metal oxide film generally exhibits transmittance characteristics such that the transmittance increases as the wavelength becomes longer, and thus the transmittance ratio between the wavelengths is different. For example, when each transmittance of a metal oxide film at 300 nm, 365 nm (I line), 405 nm (H line), and 436 nm (G line) is 10%, 20%, 35%, and 40%, the transmittance of each wavelength The ratio is 1: 2: 3.5: 4. In this case, for example, if there is an exposure apparatus with different intensity ratios of I-line, H-line, and G-line, the transmissivity ratio between each wavelength is different. The amount of exposure in the area is different. Therefore, in a gradation mask having such a metal oxide film as a semi-transparent film, the transmittance at each wavelength must be designed so that an appropriate exposure amount is obtained according to the exposure apparatus to be used.
Thus, the gradation mask of the present invention is also advantageous in that it can be applied without depending on the exposure apparatus.

また、本発明の階調マスクは、透明基板と、遮光膜と、半透明膜とが順不同に積層されたものである。例えば図1に示すように透明基板2、半透明膜3、遮光膜4の順に積層された階調マスク1を作製する場合には、透明基板上に半透明膜を成膜し、レーザ光などで半透明膜のパターン描画を行い、この描画時に遮光膜のパターニング時に位置合せに使用するアライメントマークを複数個描画配置することができる。
一般に、金属は反射率が比較的高く、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などは反射率が比較的低い。このため、半透明膜が金属膜である場合には、アライメントマークの検出が容易であるという利点を有する。すなわち、2回目のマスクパターン製版において位置合わせが容易となる。
以下、本発明の階調マスクの各構成について説明する。
In the gradation mask of the present invention, a transparent substrate, a light shielding film, and a semitransparent film are laminated in any order. For example, as shown in FIG. 1, when the gradation mask 1 in which the transparent substrate 2, the semi-transparent film 3, and the light-shielding film 4 are laminated in this order is produced, a semi-transparent film is formed on the transparent substrate and laser light or the like is formed. The pattern of the semi-transparent film can be drawn by the above, and a plurality of alignment marks used for alignment can be drawn and arranged at the time of patterning the light shielding film.
In general, metals have a relatively high reflectance, and metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like have a relatively low reflectance. For this reason, when the translucent film is a metal film, there is an advantage that the detection of the alignment mark is easy. That is, the alignment becomes easy in the second mask pattern plate making.
Hereinafter, each configuration of the gradation mask of the present invention will be described.

1.半透明膜
本発明に用いられる半透明膜は、金属膜であり、透過率調整機能を有するものである。
金属膜としては、透過率調整機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、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、ニッケル等の膜が挙げられる。これらの金属膜は、透過率調整機能を有していれば、微量の酸素や窒素等を含んでいてもよい。
半透明膜および遮光膜を同一エッチング設備、工程でパターニングし得るという利点から、半透明膜は、遮光膜と同系の材料、すなわち同種の金属を含む材料からなる膜であることが好ましい。後述するように遮光膜がクロム系膜であることが好ましいことから、半透明膜はクロム膜であることが好ましい。クロム膜は、機械的強度に優れており、さらには退光性がなく安定しているため、本発明の階調マスクは長時間の使用に耐えうるものとなるという利点を有する。
このクロム膜は、上述したように微量の酸素や窒素等を含んでいてもよく、この場合には、膜中のクロム含有量が80%以上であることが好ましく、特に95%以上であることが好ましい。後述する好適な透過率特性を満足する半透明膜とすることができるからである。
1. Translucent film The translucent film used in the present invention is a metal film and has a transmittance adjusting function.
The metal film is not particularly limited as long as it has a transmittance adjusting function, and examples thereof include films of chromium, molybdenum silicide, tantalum, aluminum, silicon, nickel, and the like. These metal films may contain a trace amount of oxygen, nitrogen, or the like as long as they have a transmittance adjusting function.
From the advantage that the semi-transparent film and the light-shielding film can be patterned by the same etching equipment and process, the semi-transparent film is preferably a film made of a material similar to the light-shielding film, that is, a material containing the same kind of metal. As will be described later, since the light shielding film is preferably a chromium film, the translucent film is preferably a chromium film. Since the chromium film is excellent in mechanical strength and is stable without light-retarding, the gradation mask of the present invention has an advantage that it can withstand long-time use.
As described above, this chromium film may contain a small amount of oxygen, nitrogen, etc. In this case, the chromium content in the film is preferably 80% or more, particularly 95% or more. Is preferred. This is because a translucent film satisfying suitable transmittance characteristics described later can be obtained.

また、金属膜として、モリブデンシリサイド膜、タンタル膜も好ましく用いられる。このタンタル膜は、上記のクロム膜と同様に、微量の酸素や窒素を含んでいてもよい。   As the metal film, a molybdenum silicide film and a tantalum film are also preferably used. This tantalum film may contain a very small amount of oxygen or nitrogen, like the chromium film.

本発明における半透明膜は、紫外光領域から可視光領域において透過率が一定の範囲内であることが好ましい。具体的には、半透明膜の波長300nm〜450nmの範囲内における透過率分布が7%以下であることが好ましく、特に5%以下であることが好ましい。例えば露光装置に高圧水銀ランプを用いた場合、発光スペクトルの端部がおおよそ300nmであり、I線の波長が365nm、H線の波長が405nm、G線の波長が436nmであることから、各波長を含む300nm〜450nmの範囲内における透過率分布が上記範囲であれば、露光光の長波長域(350nm〜450nm程度)も短波長域(300nm〜350nm程度)もほぼ一定の透過率で半透明膜を透過するので、上述した理由からパターンの形成に有利であり、またレジストの膜厚制御が容易となる。一方、300nm〜450nmの範囲内における透過率分布が上記範囲を超えると、露光波長域全体において透過率が一定の範囲にならない場合があり、レジストの膜厚制御が困難となるおそれがある。   The translucent film in the present invention preferably has a transmittance within a certain range from the ultraviolet light region to the visible light region. Specifically, the transmittance distribution in the wavelength range of 300 nm to 450 nm of the translucent film is preferably 7% or less, and particularly preferably 5% or less. For example, when a high-pressure mercury lamp is used for the exposure apparatus, the end of the emission spectrum is approximately 300 nm, the wavelength of I-line is 365 nm, the wavelength of H-line is 405 nm, and the wavelength of G-line is 436 nm. If the transmittance distribution within the range of 300 nm to 450 nm including the above is within the above range, both the long wavelength range (about 350 nm to 450 nm) and the short wavelength range (about 300 nm to 350 nm) of the exposure light are translucent with almost constant transmittance. Since it passes through the film, it is advantageous for pattern formation for the reasons described above, and the resist film thickness can be easily controlled. On the other hand, if the transmittance distribution in the range of 300 nm to 450 nm exceeds the above range, the transmittance may not be in a certain range over the entire exposure wavelength range, which may make it difficult to control the resist film thickness.

なお、透過率分布は、300nm〜450nmにおける最大透過率(Tmax)と最小透過率(Tmin)との差を、300nm〜450nmにおける平均透過率(Tav)を2倍した値で割った値に、100を乗じた値である。(透過率分布=(Tmax−Tmin)/(2Tav)×100)
また、透過率の測定方法としては、階調マスクに使用する透明基板の透過率をリファレンス(100%)として、半透明膜の透過率を測定する方法を採用することができる。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。上記の最大透過率および最小透過率は、300nm〜450nmにおける透過率のうち最大値および最小値であり、上記の平均透過率は、300nm〜450nmにおける透過率を平均した値である。
The transmittance distribution was obtained by dividing the difference between the maximum transmittance (T max ) and the minimum transmittance (T min ) at 300 nm to 450 nm by the value obtained by doubling the average transmittance (T av ) at 300 nm to 450 nm. It is a value obtained by multiplying the value by 100. (Transmissivity distribution = (T max −T min ) / (2T av ) × 100)
As a method for measuring the transmittance, a method of measuring the transmittance of the semitransparent film using the transmittance of the transparent substrate used for the gradation mask as a reference (100%) can be employed. As the apparatus, an ultraviolet / visible spectrophotometer (for example, Hitachi U-4000) or an apparatus having a photodiode array as a detector (for example, Otsuka Electronics MCPD) can be used. The maximum transmittance and the minimum transmittance are the maximum value and the minimum value among the transmittances at 300 nm to 450 nm, and the average transmittance is a value obtained by averaging the transmittances at 300 nm to 450 nm.

ここで、露光装置として一般に広く使用されているのは水銀ランプであり、水銀ランプの発光スペクトルではおおよそ300nm〜450nmの範囲内に主要なピークが存在することから、本発明においては300nm〜450nmの範囲内における透過率分布が所定の範囲であることが好ましいとした。   Here, a mercury lamp that is generally widely used as an exposure apparatus is a mercury lamp, and in the emission spectrum of the mercury lamp, a main peak exists in a range of approximately 300 nm to 450 nm. The transmittance distribution within the range is preferably within a predetermined range.

また、半透明膜の波長250nm〜600nmにおける透過率分布は、20%以下であることが好ましく、より好ましくは10%以下である。一般に、液晶表示装置などの表示装置の製造工程において、パターン形成での露光条件として露光波長域を250nm〜600nmの範囲内で設定することが多いため、250nm〜600nmにおける透過率分布が上記範囲であれば、広い波長域を有効に利用することができ、パターンの形成に有利となり、またレジストの膜厚制御が容易となるからである。
なお、透過率分布の算出方法については、上述した通りである。
Moreover, it is preferable that the transmittance | permeability distribution in wavelength 250nm -600nm of a semi-transparent film | membrane is 20% or less, More preferably, it is 10% or less. In general, in the manufacturing process of a display device such as a liquid crystal display device, the exposure wavelength range is often set within the range of 250 nm to 600 nm as the exposure condition for pattern formation, so the transmittance distribution at 250 nm to 600 nm is within the above range. This is because a wide wavelength range can be used effectively, which is advantageous for pattern formation, and the resist film thickness can be easily controlled.
The method for calculating the transmittance distribution is as described above.

さらに、半透明膜の波長300nmでの透過率は、半透明膜の膜厚および階調マスクの用途によって異なるものではあるが、10%〜70%の範囲内であることが好ましい。上述したように、例えば露光装置に高圧水銀ランプを用いた場合、発光スペクトルの端部がおおよそ300nmであることから、波長300nmでの透過率が上記範囲であれば、レジストの硬化反応に短波長域の光をより確実に利用することができるからである。
中でも、本発明の階調マスクを利用して、例えば高さの異なるスペーサを形成する場合において、各パターンの高さの差を3μm以上とする場合は、300nmでの透過率が10%〜30%の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは10%〜20%の範囲内である。また、各パターンの高さの差を3μm以下とする場合には、300nmでの透過率が30%〜70%の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは30%〜50%の範囲内である。
なお、透過率の測定方法については、上述した通りである。
Further, the transmissivity of the translucent film at a wavelength of 300 nm varies depending on the film thickness of the translucent film and the application of the gradation mask, but is preferably in the range of 10% to 70%. As described above, for example, when a high-pressure mercury lamp is used in the exposure apparatus, since the end of the emission spectrum is approximately 300 nm, if the transmittance at a wavelength of 300 nm is in the above range, the resist curing reaction has a short wavelength. This is because the light in the region can be used more reliably.
In particular, in the case where spacers having different heights are formed using the gradation mask of the present invention, for example, when the difference in height of each pattern is 3 μm or more, the transmittance at 300 nm is 10% to 30%. % Is preferably in the range of 10% to 20%. Further, when the difference in height of each pattern is 3 μm or less, the transmittance at 300 nm is preferably in the range of 30% to 70%, more preferably in the range of 30% to 50%. is there.
The method for measuring the transmittance is as described above.

また、半透明膜の波長250nm〜600nmにおける平均透過率は、10%〜60%の範囲内であることが好ましい。平均透過率が上記範囲未満では、本発明の階調マスクを用いたパターン形成において、半透明領域と遮光領域との透過率の差が出にくくなる場合があり、また平均透過率が上記範囲を超えると、半透明領域と透過領域との透過率の差が出にくくなる場合があるからである。   Moreover, it is preferable that the average transmittance | permeability in wavelength 250nm -600nm of a translucent film | membrane is in the range of 10%-60%. If the average transmittance is less than the above range, in the pattern formation using the gradation mask of the present invention, the difference in transmittance between the semi-transparent region and the light shielding region may be difficult to occur, and the average transmittance is within the above range. This is because if it exceeds, it may be difficult to produce a difference in transmittance between the translucent region and the transmissive region.

半透明膜は、単層であってもよく、複数の層で構成されていてもよい。半透明膜が複数の層で構成されている場合は、少なくとも一つの層が上述した透過率特性を有していることが好ましい。また、他の層は上述した透過率特性を有していてもよく、上述した透過率特性とは異なる透過率特性を有していてもよい。この場合、多階調の階調マスクを得ることができる。   The translucent film may be a single layer or may be composed of a plurality of layers. When the translucent film is composed of a plurality of layers, it is preferable that at least one layer has the above-described transmittance characteristics. Further, the other layer may have the above-described transmittance characteristics, or may have a transmittance characteristic different from the above-described transmittance characteristics. In this case, a multi-tone gradation mask can be obtained.

半透明膜の膜厚としては、上述した透過率特性を満たす膜厚であることが好ましく、クロム膜の場合は5nm〜20nm程度とすることができる。半透明膜の透過率は膜厚により変わるので、膜厚を制御することで所望の透過率とすることができる。また、半透明膜が酸素や窒素等を含む場合は、その透過率は組成により変わるので、膜厚と組成とを同時にコントロールすることで所望の透過率を実現できる。   The film thickness of the translucent film is preferably a film thickness that satisfies the above-described transmittance characteristics. In the case of a chromium film, the film thickness can be about 5 nm to 20 nm. Since the transmissivity of the translucent film varies depending on the film thickness, the desired transmissivity can be obtained by controlling the film thickness. Further, when the translucent film contains oxygen, nitrogen, or the like, the transmittance varies depending on the composition, so that the desired transmittance can be realized by simultaneously controlling the film thickness and the composition.

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。   As a method for forming the translucent film, for example, a physical vapor deposition method (PVD) such as a sputtering method, an ion plating method, or a vacuum vapor deposition method is used.

2.遮光膜
本発明に用いられる遮光膜は、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。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が好ましく用いられ、特にクロム膜が好適である。クロム系膜は、最も使用実績があり、コスト、品質の点で好ましいからである。また、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。
2. Light-shielding film The light-shielding film used in the present invention substantially does not transmit exposure light, and preferably has an average transmittance of 0.1% or less at the exposure wavelength. As such a light shielding film, a light shielding film generally used for a photomask can be used. For example, a metal film such as chromium, molybdenum silicide, tantalum, aluminum, silicon, or chromium oxide, chromium nitride, chromium oxynitride And films of oxides and nitrides of metals such as silicon oxide and silicon oxynitride. Among them, as the light shielding film, a chromium-based film such as chromium, chromium oxide, chromium nitride, chromium oxynitride is preferably used, and a chromium film is particularly preferable. This is because the chromium-based film has the most proven track record and is preferable in terms of cost and quality. The chromium-based film may be a single layer or may be a laminate of two or more layers.

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。   Further, the light shielding film may have a low reflection function. Since the low reflection function can prevent irregular reflection of exposure light, a clearer pattern can be formed. In order to add a low reflection function to the light shielding film, for example, a chromium compound such as chromium oxide for preventing reflection of exposure light may be contained on the surface of the light shielding film. In this case, the light shielding film may be formed by an inclined interface in which the content component gradually changes toward the surface.

遮光膜の膜厚としては、特に限定されるものではなく、例えばクロム膜の場合には50nm〜150nm程度とすることができる。   The thickness of the light shielding film is not particularly limited, and for example, in the case of a chromium film, it can be about 50 nm to 150 nm.

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。   As a method for forming the light shielding film, for example, a physical vapor deposition method (PVD) such as a sputtering method, an ion plating method, or a vacuum vapor deposition method is used.

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。
3. Transparent substrate The substrate generally used for a photomask can be used for the transparent substrate used for this invention. For example, optically polished low expansion glass such as borosilicate glass and aluminoborosilicate glass, quartz glass, synthetic quartz glass, Pyrex (registered trademark) glass, soda lime glass, white sapphire and other non-flexible transparent rigid materials Alternatively, a flexible transparent material having flexibility such as a transparent resin film and an optical resin film can be used. Among them, quartz glass is a material having a small coefficient of thermal expansion, and is excellent in dimensional stability and characteristics in high-temperature heat treatment.

4.遮光領域、半透明領域、および透過領域
本発明における遮光領域は、透明基板上に遮光膜が設けられた領域である。遮光領域では、透明基板上に少なくとも遮光膜が形成されていればよく、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。
4). Light-shielding region, translucent region, and transmissive region The light-shielding region in the present invention is a region where a light-shielding film is provided on a transparent substrate. In the light shielding region, it is sufficient that at least the light shielding film is formed on the transparent substrate, and the light shielding film and the semitransparent film may be formed on the transparent substrate.

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のみが設けられた領域である。半透明領域では、透明基板上に半透明膜のみが形成されており、遮光膜は形成されていない。半透明膜が複数の層で構成されている場合は、階調マスクが、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。   Moreover, the semi-transparent area | region in this invention is an area | region where only the semi-transparent film | membrane was provided on the transparent substrate. In the semi-transparent region, only the semi-transparent film is formed on the transparent substrate, and no light shielding film is formed. When the semi-transparent film is composed of a plurality of layers, the gradation mask may have a plurality of types of semi-transparent regions having different transmittance characteristics. In this case, a multi-tone mask can be obtained.

さらに、本発明における透過領域は、透明基板上に遮光膜および半透明膜のいずれも設けられていない領域である。すなわち、透過領域は、透明基板のみを有する。   Furthermore, the transmission region in the present invention is a region where neither a light-shielding film nor a translucent film is provided on the transparent substrate. That is, the transmissive region has only a transparent substrate.

遮光領域、半透明領域、および透過領域の形状としては、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調整される。例えば図4に示すように階調マスク1が、屈曲部を有する線形状の半透明領域12と円形状の透過領域13とを有し、その他の領域が遮光領域11である場合や、図5に示すように階調マスク1が、L字形状の遮光領域11と円形状の透過領域13とを有し、その他の領域が半透明領域12である場合など、遮光領域、半透明領域、および透過領域の形状は、種々の形状とすることができる。   The shapes of the light-shielding region, translucent region, and transmissive region are not particularly limited, and are appropriately adjusted according to the use of the gradation mask of the present invention. For example, as shown in FIG. 4, the gradation mask 1 has a linear translucent region 12 having a bent portion and a circular transmissive region 13, and the other region is a light shielding region 11, or FIG. As shown in FIG. 5, the gradation mask 1 has an L-shaped light-shielding region 11 and a circular transmission region 13, and the other region is a semi-transparent region 12. The shape of the transmission region can be various shapes.

本発明の階調マスクは、透明基板と、遮光膜と、半透明膜とが順不同に積層されたものである。図4に例示する階調マスクの層構成としては、例えば図6(a)に示すように透明基板2、遮光膜4、半透明膜3の順に積層されていてもよく、図6(b)に示すように透明基板2、半透明膜3、遮光膜4の順に積層されていてもよく、図6(c)に示すように半透明膜3、透明基板2、遮光膜4の順に積層されていてもよい。なお、図6(a)〜(c)は、図4のA−A線断面図である。この場合、遮光領域11では透明基板上2に遮光膜4および半透明膜3が設けられ、半透明領域12では透明基板2上に半透明膜3が設けられており、透過領域13は透明基板2のみを有する。このような階調マスクを用いてパターンを形成した場合には、例えば図7に示すように高さおよび形状の異なるスペーサ18aおよび配向制御用突起18bを同時に形成することができる。   In the gradation mask of the present invention, a transparent substrate, a light shielding film, and a semi-transparent film are laminated in any order. As a layer structure of the gradation mask illustrated in FIG. 4, for example, as shown in FIG. 6A, the transparent substrate 2, the light shielding film 4, and the semi-transparent film 3 may be laminated in this order. As shown in FIG. 6, the transparent substrate 2, the semitransparent film 3, and the light shielding film 4 may be laminated in this order, and as shown in FIG. 6C, the semitransparent film 3, the transparent substrate 2, and the light shielding film 4 are laminated in this order. It may be. 6A to 6C are cross-sectional views taken along line AA in FIG. In this case, the light shielding region 11 is provided with the light shielding film 4 and the semitransparent film 3 on the transparent substrate 2, the semitransparent region 12 is provided with the semitransparent film 3 on the transparent substrate 2, and the transmission region 13 is the transparent substrate. Has only two. When a pattern is formed using such a gradation mask, for example, as shown in FIG. 7, spacers 18a and alignment control protrusions 18b having different heights and shapes can be formed simultaneously.

また、図5に例示する階調マスクの層構成としても、例えば図8(a)に示すように透明基板2、遮光膜4、半透明膜3の順に積層されていてもよく、図8(b)に示すように透明基板2、半透明膜3、遮光膜4の順に積層されていてもよく、図8(c)に示すように半透明膜3、透明基板2、遮光膜4の順に積層されていてもよい。なお、図8(a)〜(c)は、図5のB−B線断面図である。この場合、遮光領域11では透明基板上2に遮光膜4および半透明膜3が設けられ、半透明領域12では透明基板2上に半透明膜3が設けられており、透過領域13は透明基板2のみを有する。このような階調マスクを用いてパターンを形成した場合には、例えば図9に示すようにスペーサ19aおよびオーバーコート層19bを同時に形成することができる。   5 may be laminated in the order of the transparent substrate 2, the light shielding film 4, and the semi-transparent film 3, as shown in FIG. 8A, for example. As shown in b), the transparent substrate 2, the semitransparent film 3, and the light shielding film 4 may be laminated in this order, and as shown in FIG. 8C, the semitransparent film 3, the transparent substrate 2, and the light shielding film 4 are arranged in this order. It may be laminated. 8A to 8C are cross-sectional views taken along line BB in FIG. In this case, the light shielding region 11 is provided with the light shielding film 4 and the semitransparent film 3 on the transparent substrate 2, the semitransparent region 12 is provided with the semitransparent film 3 on the transparent substrate 2, and the transmission region 13 is the transparent substrate. Has only two. When a pattern is formed using such a gradation mask, for example, as shown in FIG. 9, a spacer 19a and an overcoat layer 19b can be formed simultaneously.

本発明における半透明膜および遮光膜は、上記の遮光領域、半透明領域、および透過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。   The semitransparent film and the light shielding film in the present invention are formed in a pattern on the transparent substrate according to the shapes of the light shielding region, the semitransparent region, and the transmission region.

5.低反射層
本発明においては、遮光膜上に低反射層が形成されていてもよい。低反射層を設けることにより、本発明の階調マスクの使用時において、ハレーションを防止することができる。
低反射層としては、例えば酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム等の膜が挙げられる。遮光膜がクロム系膜である場合、これらの膜は遮光膜のエッチング時に同時にエッチングすることが可能である。
例えば図6(a)に示すように透明基板2、遮光膜4、半透明膜3の順に積層されている場合、低反射層は遮光膜と半透明膜の間に形成される。また、図6(b)に示すように透明基板2、半透明膜3、遮光膜4の順に積層されている場合、および図6(c)に示すように半透明膜3、透明基板2、遮光膜4の順に積層されている場合、低反射層は遮光膜上に形成される。
5. Low reflective layer In the present invention, a low reflective layer may be formed on the light shielding film. By providing the low reflection layer, halation can be prevented when the gradation mask of the present invention is used.
Examples of the low reflection layer include films of chromium oxide, chromium nitride, chromium oxynitride, and the like. When the light shielding film is a chromium-based film, these films can be etched simultaneously with the etching of the light shielding film.
For example, as shown in FIG. 6A, when the transparent substrate 2, the light shielding film 4, and the semitransparent film 3 are laminated in this order, the low reflection layer is formed between the light shielding film and the semitransparent film. 6B, when the transparent substrate 2, the semi-transparent film 3, and the light-shielding film 4 are laminated in this order, and as shown in FIG. 6C, the semi-transparent film 3, the transparent substrate 2, When the light shielding films 4 are stacked in this order, the low reflection layer is formed on the light shielding film.

6.階調マスク
本発明の階調マスクは、透過率が3段階以上に段階的に変化するものであり、2階調のマスクに限定されるものではなく、後述するようにパターニングを繰り返すことにより、2階調以上の多階調のマスクとすることが可能である。
6). Gradation mask The gradation mask of the present invention is one in which the transmittance changes in three steps or more, and is not limited to a two-gradation mask. By repeating patterning as described later, A multi-tone mask having two or more tones can be obtained.

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。
本発明の階調マスクを用いた一括露光により2種以上のパターンを同時に形成する用途として、具体的には液晶表示装置におけるスペーサおよび配向制御用突起の同時形成、液晶表示装置における高さの異なるスペーサの同時形成、液晶表示装置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、液晶表示装置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、表示装置における半導体素子作製時の厚みの異なるレジストの形成などを挙げることができる。
The gradation mask of the present invention can be used for manufacturing various products manufactured through an exposure process, such as a lithography method. Among these, the effects of the present invention can be utilized to the maximum when used for manufacturing a display device such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, or a plasma display panel, particularly for manufacturing a large display device.
As applications for simultaneously forming two or more patterns by batch exposure using the gradation mask of the present invention, specifically, simultaneous formation of spacers and alignment control protrusions in a liquid crystal display device, and different heights in a liquid crystal display device Simultaneous formation of spacers, simultaneous formation of spacers and overcoat layers in a liquid crystal display device, simultaneous formation of spacers and alignment control protrusions in a color filter for liquid crystal display devices, simultaneous formation of spacers with different heights in a liquid crystal display device color filter, Examples include simultaneous formation of a spacer and an overcoat layer in a color filter of a liquid crystal display device, and formation of resists having different thicknesses when a semiconductor element is manufactured in a display device.

本発明の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。   The size of the gradation mask of the present invention is appropriately adjusted according to the application. For example, when used for manufacturing a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, 300 mm × 400 mm to 1, It can be about 600 mm × 1,800 mm.

7.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としては、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、所望の位置に遮光領域、半透明領域、および透過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が、2つの好ましい態様を挙げることができる。以下、各態様について説明する。
7). Next, a method for manufacturing a gradation mask according to the present invention will be described. As a method for manufacturing a gradation mask according to the present invention, a light-shielding region, a semi-transparent region, and a transmission region can be arranged at desired positions by forming a translucent film and a light-shielding film in a pattern on a transparent substrate. Although it will not specifically limit if it is a method which can be mentioned, Two preferable aspects can be mentioned. Hereinafter, each aspect will be described.

(1)第1の態様
本発明の階調マスクの製造方法の第1の態様は、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、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する半透明膜成膜工程と、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するものである。
(1) 1st aspect The 1st aspect of the manufacturing method of the gradation mask of this invention is the mask blank preparation process which prepares the mask blank which formed the light shielding film on the transparent substrate, and a part of light shielding film. A first patterning step of patterning, a semi-transparent film forming step of forming a semi-transparent film on the entire surface of the transparent substrate on which the patterned light-shielding film is formed, and a second patterning step of patterning the light-shielding film and the semi-transparent film It has.

図10は、本態様の階調マスクの製造方法の一例を示す工程図である。
本態様の階調マスクを作製するには、まず透明基板2上に遮光膜4aを成膜したマスクブランク20を準備する(図10(a)、マスクブランク準備工程)。
次に、遮光膜4a上にレジスト材料を塗布し、塗布後に所定時間ベークし、第1レジスト膜21aを形成する(図10(b))。次に、遮光膜をパターン露光する。この際、半透明領域12と遮光領域11とが接する境界、および半透明領域12と透過領域13とが接する境界を形成するように、半透明領域12は第1レジスト膜21aが除去される露光量で露光し、遮光領域11および透過領域13は第1レジスト膜21aが残存する露光量で露光する。続いて、現像することにより、第1レジストパターン21bを形成する(図10(c))。次に、第1レジストパターン21bより露出している遮光膜4aをエッチングして、遮光膜中間パターン4bを形成し(図10(d))、残存している第1レジストパターン21bを除去する(図10(e))。この遮光膜中間パターン4bでは、後述する第2パターニング工程にて半透明膜と同じ箇所をエッチングする部分はエッチングされずに残存している。なお、図10(b)〜(e)は第1パターニング工程である。
次に、遮光膜中間パターン4bが形成された透明基板2の全面に、半透明膜3aを成膜する(図10(f)、半透明膜成膜工程)。
次に、半透明膜3a上にレジスト材料を塗布し、塗布後に所定時間ベークし、第2レジスト膜22aを形成する(図10(g))。続いて、遮光膜および半透明膜のパターン露光を行う。この際、遮光領域11と透過領域13とが接する境界、および半透明領域12と透過領域13とが接する境界を形成するように、透過領域13は第2レジスト膜22aが除去される露光量で露光し、遮光領域11および半透明領域12は第2レジスト膜22aが残存する露光量で露光する。次に、現像することにより、第2レジストパターン22bを形成する(図10(h))。次に、第2レジストパターン22bより露出している半透明膜3aをエッチングし、続いて、下層の遮光膜中間パターン4bが露出している箇所をさらにエッチングすることにより、半透明膜パターン3bおよび遮光膜パターン4cを形成する(図10(i))。次いで、残存している第2レジストパターン22bを除去し(図10(j))、階調マスクを得ることができる。なお、図10(g)〜(j)は第2パターニング工程である。
FIG. 10 is a process diagram showing an example of a method of manufacturing a gradation mask according to this aspect.
In order to produce the gradation mask of this embodiment, first, a mask blank 20 having a light shielding film 4a formed on the transparent substrate 2 is prepared (FIG. 10A, mask blank preparation step).
Next, a resist material is applied on the light-shielding film 4a and baked for a predetermined time after the application, thereby forming a first resist film 21a (FIG. 10B). Next, the light shielding film is subjected to pattern exposure. At this time, the semi-transparent region 12 is exposed by removing the first resist film 21a so as to form a boundary where the semi-transparent region 12 and the light-shielding region 11 contact each other and a boundary where the semi-transparent region 12 and the transmissive region 13 contact each other. The light shielding region 11 and the transmission region 13 are exposed with an exposure amount at which the first resist film 21a remains. Subsequently, development is performed to form a first resist pattern 21b (FIG. 10C). Next, the light shielding film 4a exposed from the first resist pattern 21b is etched to form the light shielding film intermediate pattern 4b (FIG. 10D), and the remaining first resist pattern 21b is removed (FIG. 10D). FIG. 10 (e)). In the light-shielding film intermediate pattern 4b, a portion where the same portion as the translucent film is etched in a second patterning step described later remains without being etched. In addition, FIG.10 (b)-(e) is a 1st patterning process.
Next, a semitransparent film 3a is formed on the entire surface of the transparent substrate 2 on which the light shielding film intermediate pattern 4b is formed (FIG. 10F, a semitransparent film forming process).
Next, a resist material is applied onto the translucent film 3a, and baked for a predetermined time after the application, thereby forming a second resist film 22a (FIG. 10G). Subsequently, pattern exposure of the light shielding film and the semitransparent film is performed. At this time, the transmissive region 13 has an exposure amount at which the second resist film 22a is removed so as to form a boundary where the light shielding region 11 and the transmissive region 13 are in contact and a boundary where the semitransparent region 12 and the transmissive region 13 are in contact. The light shielding region 11 and the translucent region 12 are exposed with an exposure amount at which the second resist film 22a remains. Next, the second resist pattern 22b is formed by developing (FIG. 10H). Next, the semitransparent film 3a exposed from the second resist pattern 22b is etched, and subsequently, the portion where the lower light shielding film intermediate pattern 4b is exposed is further etched, whereby the semitransparent film pattern 3b and A light shielding film pattern 4c is formed (FIG. 10I). Next, the remaining second resist pattern 22b is removed (FIG. 10J), and a gradation mask can be obtained. In addition, FIG.10 (g)-(j) is a 2nd patterning process.

本態様においては、第1パターニング工程にて遮光膜の一部のみをパターニングし、第2パターニング工程にて遮光膜および半透明膜をパターニングするので、後述する第2の態様のように半透明膜上に形成された遮光膜のみを選択的にエッチングする必要がない。このため、遮光膜および半透明膜に用いる材料が限定されないという利点を有する。例えば、遮光膜および半透明膜に同系の材料、具体的にはクロム膜を用いることができる。また、エッチング選択性が要求されないので、複数のエッチング技術(複数の装置・エッチャントなど)を用いる必要がなく、マスク製造コストを削減することができる。さらに、遮光膜および半透明膜がクロム膜である場合には、従来のバイナリマスクと同様のプロセスで階調マスクを製造することができ、複雑な工程を要しないという利点も有する。   In this aspect, since only a part of the light shielding film is patterned in the first patterning step and the light shielding film and the semitransparent film are patterned in the second patterning step, the semitransparent film as in the second aspect described later. There is no need to selectively etch only the light-shielding film formed thereon. For this reason, it has the advantage that the material used for a light shielding film and a semi-transparent film is not limited. For example, a similar material, specifically, a chromium film can be used for the light-shielding film and the translucent film. Further, since etching selectivity is not required, it is not necessary to use a plurality of etching techniques (a plurality of apparatuses, etchants, etc.), and the mask manufacturing cost can be reduced. Furthermore, when the light shielding film and the semi-transparent film are chromium films, the gradation mask can be manufactured by the same process as the conventional binary mask, and there is an advantage that a complicated process is not required.

また、本態様の階調マスクの製造方法は、上述したように第2パターニング工程において遮光膜および半透明膜のパターニングを一括して行うことから、遮光膜および半透明膜が同系の材料からなる膜である場合に好適である。中でも、遮光膜および半透明膜が金属膜である場合がより好ましく、特にいずれの膜もクロム膜である場合が好ましい。
以下、本態様の階調マスクの製造方法における各工程について説明する。
Moreover, since the light-shielding film and the semi-transparent film are simultaneously patterned in the second patterning step as described above, the method for manufacturing the gradation mask according to this aspect includes the same material for the light-shielding film and the semi-transparent film. It is suitable when it is a film. Especially, the case where a light shielding film and a semi-transparent film are metal films is more preferable, and the case where both films are chromium films is particularly preferable.
Hereafter, each process in the manufacturing method of the gradation mask of this aspect is demonstrated.

(i)マスクブランク準備工程
本態様におけるマスクブランク準備工程は、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工程である。
透明基板上に遮光膜としてクロム膜が形成されたマスクブランクは、一般的に使用されているマスクブランクであり、容易に入手可能である。
(I) Mask blank preparatory process The mask blank preparatory process in this aspect is a process of preparing the mask blank which formed the light shielding film on the transparent substrate.
A mask blank in which a chromium film is formed as a light shielding film on a transparent substrate is a commonly used mask blank and can be easily obtained.

(ii)第1パターニング工程
本態様における第1パターニング工程は、遮光膜の一部をパターニングする工程である。遮光膜のパターニング方法としては特に限定されるものではなく、通常、リソグラフィー法が用いられる。リソグラフィー法を用いる場合、マスクブランクの遮光膜上にレジスト材料を塗布し、ベークを行って第1レジスト膜を形成する。
(Ii) First Patterning Step The first patterning step in this aspect is a step of patterning a part of the light shielding film. The patterning method of the light shielding film is not particularly limited, and a lithography method is usually used. When the lithography method is used, a resist material is applied on the light shielding film of the mask blank and baked to form a first resist film.

第1レジスト膜の材料としては、ポジ型レジスト材料(光照射部分が溶解するもの)およびネガ型レジスト材料(光照射部分が固まるもの)のいずれも用いることができる。ポジ型レジスト材料としては特に限定されるものではなく、例えばノボラック樹脂をベース樹脂とした化学増幅型レジスト等が挙げられる。また、ネガ型レジスト材料としては特に限定されるものではなく、例えば架橋型樹脂をベースとした化学増幅型レジスト、具体的にはポリビニルフェノールに架橋剤を加え、さらに酸発生剤を加えた化学増幅型レジスト等が挙げられる。   As the material of the first resist film, either a positive resist material (one that dissolves the light-irradiated portion) or a negative resist material (one that solidifies the light-irradiated portion) can be used. The positive resist material is not particularly limited, and examples thereof include a chemically amplified resist using a novolac resin as a base resin. The negative resist material is not particularly limited. For example, a chemically amplified resist based on a crosslinkable resin, specifically, a chemical amplification obtained by adding a crosslinking agent to polyvinylphenol and further adding an acid generator. Type resist and the like.

遮光膜のパターン露光では、半透明領域と遮光領域とが接する境界、および半透明領域と透過領域とが接する境界を形成するように、各領域により露光量が異なるようにパターン露光する。この際、半透明領域は第1レジスト膜が除去される露光量で露光し、遮光領域および透過領域は第1レジスト膜が残存する露光量で露光する。   In pattern exposure of the light-shielding film, pattern exposure is performed so that the exposure amount differs in each region so as to form a boundary where the semi-transparent region and the light-shielding region are in contact and a boundary where the semi-transparent region and the transmission region are in contact. At this time, the semi-transparent region is exposed with an exposure amount at which the first resist film is removed, and the light shielding region and the transmissive region are exposed with an exposure amount at which the first resist film remains.

例えば図10(c)は、ポジ型レジスト材料を用いて第1レジスト膜を形成した場合の例であるが、この場合、半透明領域12では第1レジスト膜21aが感光される露光量で露光し、遮光領域11および透過領域13では第1レジスト膜21aを露光しない。
また、図示しないが、第1レジスト膜にネガ型レジスト材料を用いた場合は、半透明領域では露光せず、遮光領域および透過領域で第1レジスト膜が感光される露光量で露光する。
なお、遮光膜および半透明膜の同じ箇所を一括してエッチングするためのパターン露光は、第2パターニング工程で行う。
For example, FIG. 10C shows an example in which the first resist film is formed using a positive resist material. In this case, the semi-transparent region 12 is exposed with an exposure amount at which the first resist film 21a is exposed. However, the first resist film 21 a is not exposed in the light shielding region 11 and the transmissive region 13.
Although not shown, when a negative resist material is used for the first resist film, the semi-transparent region is not exposed, and the first resist film is exposed with an exposure amount that exposes the first resist film in the light shielding region and the transmission region.
Note that pattern exposure for collectively etching the same portion of the light shielding film and the semitransparent film is performed in the second patterning step.

各領域により異なる露光量で露光する方法としては、エネルギー線の露光量を制御する方法や、一定の露光量で重ねて露光する方法等がある。描画方法としては、特に限定されるものではなく、通常のフォトマスク描画に用いられる電子線描画法、もしくはレーザー描画法等を用いることができる。電子線描画法を用いる場合は、露光量を容易に変換することができる。レーザー描画法を用いる場合は、露光量変換に時間がかかるため、露光量を変えずに重ねて露光してもよい。また、液晶表示装置や有機EL表示装置などの表示装置の大型化、製造時の多面付化に伴い、階調マスクも大型化しているため、表示装置用の階調マスクの作製には主にレーザー描画法が適用される。   As a method of performing exposure with different exposure amounts depending on each region, there are a method of controlling the exposure amount of energy rays, a method of performing exposure with a constant exposure amount, and the like. The drawing method is not particularly limited, and an electron beam drawing method or a laser drawing method used for normal photomask drawing can be used. When the electron beam drawing method is used, the exposure amount can be easily converted. When the laser drawing method is used, since it takes time to convert the exposure amount, the exposure may be repeated without changing the exposure amount. In addition, with the increase in the size of display devices such as liquid crystal display devices and organic EL display devices, and the increase in the number of facets at the time of manufacture, the tone masks are also increasing in size. Laser drawing method is applied.

パターン露光後の現像は、一般的な現像方法に従って行うことができる。   Development after pattern exposure can be performed according to a general development method.

遮光膜のエッチング方法としては、例えば硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液等によるウェットエッチング、塩素系ガス等によるドライエッチングのいずれも適用することができる。中でも、ウェットエッチングが好ましい。ウェットエッチングはコストや生産効率の点で有利である。また、ウェットエッチングは化学反応で溶解が進行するため、エッチャントを選択することによりエッチング速度を容易に制御できる点からも好ましい。
遮光膜がクロム系膜である場合には、硝酸セリウム系ウェットエッチャントが好適に用いられる。
また、遮光膜が低反射機能を有する場合は、第1レジスト膜を露光するための露光光の散乱によって、本来露光されるべき領域でない領域が露光されてしまうことを防止することができる。
As a method for etching the light shielding film, for example, wet etching using a ceric ammonium nitrate aqueous solution or the like, or dry etching using a chlorine-based gas or the like can be applied. Among these, wet etching is preferable. Wet etching is advantageous in terms of cost and production efficiency. In addition, since the wet etching is dissolved by a chemical reaction, it is preferable from the viewpoint that the etching rate can be easily controlled by selecting an etchant.
When the light shielding film is a chromium film, a cerium nitrate wet etchant is preferably used.
Further, when the light shielding film has a low reflection function, it is possible to prevent exposure of a region that is not originally exposed due to scattering of exposure light for exposing the first resist film.

第1レジスト膜の除去方法としては特に限定されるものではなく、通常、酸素プラズマ処理による灰化や、有機アルカリ液による洗浄によって行う。   The method for removing the first resist film is not particularly limited, and is usually performed by ashing by oxygen plasma treatment or cleaning with an organic alkaline solution.

本態様においては、第1パターニング工程後に、遮光膜パターンの検査を行う検査工程や、必要に応じて欠陥修正をする修正工程を行ってもよい。遮光膜がクロム膜である場合には、一般的なフォトマスクの検査技術、修正技術を適用することができる。遮光膜パターンの寸法検査、遮光膜パターンの欠陥検査の検査工程や、修正工程を行うことにより、次の工程に欠陥を有する基板が渡るのを防ぎ、良品率が高まり、マスクコスト低減に寄与する。   In this aspect, after the first patterning step, an inspection step for inspecting the light-shielding film pattern and a correction step for correcting defects as necessary may be performed. When the light shielding film is a chromium film, a general photomask inspection technique and correction technique can be applied. By performing the inspection process of the dimension of the light-shielding film pattern, the defect inspection of the light-shielding film pattern, and the correction process, it is possible to prevent a substrate having a defect from passing over to the next process, increase the yield of non-defective products, and contribute to reducing the mask cost .

(iii)半透明膜成膜工程
本態様における半透明膜成膜工程は、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する工程である。なお、半透明膜の成膜方法については、上述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
(Iii) Translucent film forming step The translucent film forming step in this embodiment is a step of forming a translucent film on the entire surface of the transparent substrate on which the patterned light-shielding film is formed. The method for forming the translucent film is the same as described above, and thus the description thereof is omitted here.

(iv)第2パターニング工程
本態様における第2パターニング工程は、遮光膜および半透明膜をパターニングする工程である。遮光膜および半透明膜のパターニング方法としては特に限定されるものではなく、通常、リソグラフィー法が用いられる。リソグラフィー法を用いる場合、遮光膜および半透明膜が形成された透明基板上にレジスト材料を塗布し、ベークを行って第2レジスト膜を形成する。
なお、第2レジスト膜の材料については、上記第1パターニング工程の項に記載した第1レジスト膜の材料と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(Iv) Second Patterning Step The second patterning step in this aspect is a step of patterning the light shielding film and the semitransparent film. The patterning method of the light shielding film and the semitransparent film is not particularly limited, and a lithography method is usually used. When the lithography method is used, a resist material is applied on a transparent substrate on which a light shielding film and a semitransparent film are formed, and baking is performed to form a second resist film.
Note that the material of the second resist film is the same as the material of the first resist film described in the section of the first patterning step, and a description thereof is omitted here.

半透明膜および遮光膜のパターン露光では、遮光領域と透過領域とが接する境界、および半透明領域と透過領域とが接する境界を形成するように、各領域により露光量が異なるようにパターン露光する。この際、透過領域は第2レジスト膜が除去される露光量で露光し、遮光領域および半透明領域は第2レジスト膜が残存する露光量で露光する。   In pattern exposure of the semi-transparent film and the light-shielding film, pattern exposure is performed so that the exposure amount varies depending on each region so as to form a boundary where the light-shielding region and the transmissive region are in contact and a boundary where the semi-transparent region and the transmissive region are in contact with each other. . At this time, the transmissive region is exposed with an exposure amount at which the second resist film is removed, and the light shielding region and the semi-transparent region are exposed with an exposure amount at which the second resist film remains.

例えば図10(h)は、ポジ型レジスト材料を用いて第2レジスト膜を形成した場合の例であるが、この場合、透過領域13では第2レジスト膜22aが感光される露光量で露光し、遮光領域11および半透明領域12では第2レジスト膜22aを露光しない。
また、図示しないが、第2レジスト膜にネガ型レジスト材料を用いた場合は、透過領域では露光せず、遮光領域および半透明領域で第2レジスト膜が感光される露光量で露光する。
For example, FIG. 10H shows an example in which the second resist film is formed using a positive resist material. In this case, the second resist film 22a is exposed with an exposure amount at which the second resist film 22a is exposed in the transmission region 13. The second resist film 22a is not exposed in the light shielding region 11 and the translucent region 12.
Although not shown, when a negative resist material is used for the second resist film, exposure is not performed in the transmissive region, but exposure is performed with an exposure amount at which the second resist film is exposed in the light shielding region and the translucent region.

なお、パターン露光のその他の点、および現像については、上記第1パターニング工程の項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。
本発明において、半透明膜がクロム膜である場合、膜厚は例えば5nm〜20nm程度であり、比較的薄い。このため、半透明膜のエッチング時間を短縮することができる。また、半透明膜および遮光膜のエッチング速度にほとんど差がないので、半透明膜パターンのエッジのビリツキがない(エッジがシャープである)という利点を有する。
Since the other points of pattern exposure and development are the same as those described in the section of the first patterning step, description thereof is omitted here.
In the present invention, when the translucent film is a chromium film, the film thickness is, for example, about 5 nm to 20 nm and is relatively thin. For this reason, the etching time of a semi-transparent film | membrane can be shortened. Further, since there is almost no difference between the etching rates of the semi-transparent film and the light-shielding film, there is an advantage that the semi-transparent film pattern has no edge fluctuation (the edge is sharp).

また、本工程においては、遮光膜および半透明膜の同じ箇所を一括してエッチングする。透過領域では遮光膜と半透明膜とが一括してエッチングされるので、遮光膜パターンの端部および半透明膜パターンの端部の位置が略同一となる。なお、遮光膜および半透明膜のエッチング方法については、上記第1パターニング工程の項に記載した遮光膜のエッチング方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。   In this step, the same portions of the light shielding film and the semitransparent film are etched together. In the transmissive region, the light shielding film and the semitransparent film are etched together, so that the positions of the end portions of the light shielding film pattern and the end portions of the semitransparent film pattern are substantially the same. The light-shielding film and the translucent film are etched by the same method as the light-shielding film etching method described in the first patterning step, and a description thereof is omitted here.

第2レジスト膜の除去方法としては特に限定されるものではなく、通常、酸素プラズマ処理による灰化や、有機アルカリ液による洗浄によって行う。   The method for removing the second resist film is not particularly limited, and is usually performed by ashing by oxygen plasma treatment or cleaning with an organic alkaline solution.

本態様においては、第2パターニング工程後に、遮光パターンおよび半透明膜パターンの検査を行う検査工程や、必要に応じて欠陥修正をする修正工程を行ってもよい。遮光パターンおよび半透明膜パターンの寸法検査、遮光パターンおよび半透明膜パターンの欠陥検査の検査工程や、修正工程を行うことにより、良品率が高まり、マスクコスト低減に寄与する。   In this aspect, after the second patterning step, an inspection step for inspecting the light shielding pattern and the semi-transparent film pattern, and a correction step for correcting defects as necessary may be performed. By performing the inspection process of the light shielding pattern and semi-transparent film pattern dimension inspection, the defect inspection of the light shielding pattern and semi-transparent film pattern, and the correction process, the non-defective product rate is increased and the mask cost is reduced.

(2)第2の態様
本発明の階調マスクの製造方法の第2の態様は、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するものである。
(2) 2nd aspect The 2nd aspect of the manufacturing method of the gradation mask of this invention is the mask blank preparation process which prepares the mask blank by which the semi-transparent film and the light shielding film were laminated | stacked in this order on the transparent substrate, This includes a first patterning step for patterning a part of the semitransparent film and the light shielding film, and a second patterning step for patterning only the light shielding film.

図11は、本態様の階調マスクの製造方法の一例を示す工程図である。
本態様の階調マスクを作製するには、まず透明基板2上に半透明膜3aおよび遮光膜4aがこの順に積層されたマスクブランク20を準備する(図11(a)、マスクブランク準備工程)。
次に、遮光膜4a上にレジスト材料を塗布し、塗布後に所定時間ベークし、第1レジスト膜23aを形成する(図11(b))。次に、半透明膜および遮光膜のパターン露光を行う。この際、遮光領域11と透過領域13とが接する境界、および半透明領域12と透過領域13とが接する境界を形成するように、透過領域13は第1レジスト膜23aが除去される露光量で露光し、遮光領域11および半透明領域12は第1レジスト膜23aが残存する露光量で露光する。続いて、現像することにより、第1レジストパターン23bを形成する(図11(c))。次に、第1レジストパターン23bより露出している透明膜3aおよび遮光膜4aをエッチングして、半透明膜パターン3bおよび遮光膜中間パターン4bを形成し(図11(d))、残存している第1レジストパターン23bを除去する(図11(e))。この遮光膜中間パターン4bでは、後述する第2パターニング工程にて遮光膜のみをエッチングする部分はエッチングされずに残存している。なお、図11(b)〜(e)は第1パターニング工程である。
次に、半透明膜パターン3bおよび遮光膜中間パターン4bが形成された透明基板2上にレジスト材料を塗布し、塗布後に所定時間ベークし、第2レジスト膜24aを形成する(図11(f))。続いて、遮光膜のパターン露光を行う。この際、半透明領域12と遮光領域11とが接する境界、および半透明領域12と透過領域13とが接する境界を形成するように、半透明領域12は第2レジスト膜24aが除去される露光量で露光し、遮光領域11および透過領域13は第2レジスト膜24aが残存する露光量で露光する。次に、現像することにより、第2レジストパターン24bを形成する(図11(g))。次に、第2レジストパターン24bより露出している遮光膜中間パターン4bをエッチングして、遮光膜パターン4cを形成し、(図11(h))、残存している第2レジストパターン24bを除去する(図11(i))。なお、図11(f)〜(i)は第2パターニング工程である。このようにして階調マスクを得ることができる。
FIG. 11 is a process diagram showing an example of a method for manufacturing a gradation mask according to this aspect.
In order to produce the gradation mask of this embodiment, first, a mask blank 20 in which the semitransparent film 3a and the light shielding film 4a are laminated in this order on the transparent substrate 2 is prepared (FIG. 11A, mask blank preparation step). .
Next, a resist material is applied on the light-shielding film 4a and baked for a predetermined time after the application, thereby forming a first resist film 23a (FIG. 11B). Next, pattern exposure of the semitransparent film and the light shielding film is performed. At this time, the transmissive region 13 has an exposure amount at which the first resist film 23a is removed so as to form a boundary where the light shielding region 11 and the transmissive region 13 are in contact and a boundary where the semi-transparent region 12 and the transmissive region 13 are in contact. The light shielding region 11 and the translucent region 12 are exposed with an exposure amount at which the first resist film 23a remains. Subsequently, development is performed to form a first resist pattern 23b (FIG. 11C). Next, the transparent film 3a and the light-shielding film 4a exposed from the first resist pattern 23b are etched to form a semi-transparent film pattern 3b and a light-shielding film intermediate pattern 4b (FIG. 11 (d)). The first resist pattern 23b is removed (FIG. 11E). In the light shielding film intermediate pattern 4b, a portion where only the light shielding film is etched in a second patterning step described later remains without being etched. In addition, FIG.11 (b)-(e) is a 1st patterning process.
Next, a resist material is applied on the transparent substrate 2 on which the semitransparent film pattern 3b and the light-shielding film intermediate pattern 4b are formed, and baked for a predetermined time after the application, thereby forming a second resist film 24a (FIG. 11F). ). Subsequently, pattern exposure of the light shielding film is performed. At this time, the translucent region 12 is exposed by removing the second resist film 24a so as to form a boundary where the translucent region 12 and the light shielding region 11 are in contact and a boundary where the translucent region 12 and the transmissive region 13 are in contact. The light shielding region 11 and the transmission region 13 are exposed with an exposure amount at which the second resist film 24a remains. Next, a second resist pattern 24b is formed by developing (FIG. 11G). Next, the light shielding film intermediate pattern 4b exposed from the second resist pattern 24b is etched to form a light shielding film pattern 4c (FIG. 11H), and the remaining second resist pattern 24b is removed. (FIG. 11 (i)). In addition, FIG.11 (f)-(i) is a 2nd patterning process. In this way, a gradation mask can be obtained.

本態様においては、上記第1の態様のように、具体的には第1パターニング工程および第2パターニング工程の間に半透明膜成膜工程を行うというように、階調マスクの製造工程の途中で半透明膜成膜工程を行う必要がない。このため、半透明膜の成膜時のリスク(欠陥や汚れなど)を低減することができる。また、TAT(Turn Around Time)の短縮化が可能である。   In this aspect, as in the first aspect, specifically, a half-transparent film forming step is performed between the first patterning step and the second patterning step. Thus, it is not necessary to perform a semitransparent film forming step. For this reason, the risk (defect, dirt, etc.) at the time of film-forming of a semi-transparent film | membrane can be reduced. Further, TAT (Turn Around Time) can be shortened.

また、本態様の階調マスクの製造方法は、上述したように第1パターニング工程において遮光膜および半透明膜のパターニングを一括して行うことから、第1の態様と同様に、遮光膜および半透明膜が同系の材料からなる膜である場合に好適である。中でも、第2パターニング工程においてエッチング選択性が要求されることから、遮光膜および半透明膜が、組成が大きく異なる膜である場合がより好ましい。
以下、本態様の階調マスクの製造方法における各工程について説明する。
In addition, since the method for manufacturing the gradation mask according to this aspect performs patterning of the light shielding film and the semitransparent film in the first patterning process as described above, the light shielding film and the semitransparent film are formed similarly to the first aspect. It is suitable when the transparent film is a film made of a similar material. In particular, since etching selectivity is required in the second patterning step, it is more preferable that the light shielding film and the translucent film are films having greatly different compositions.
Hereafter, each process in the manufacturing method of the gradation mask of this aspect is demonstrated.

(i)マスクブランク準備工程
本態様におけるマスクブランク準備工程は、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工程である。なお、透明基板、半透明膜および遮光膜については上述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
(I) Mask Blank Preparation Step The mask blank preparation step in this aspect is a step of preparing a mask blank in which a semitransparent film and a light shielding film are laminated in this order on a transparent substrate. Note that the transparent substrate, the translucent film, and the light shielding film are as described above, and thus description thereof is omitted here.

(ii)第1パターニング工程
本態様における第1パターニング工程は、半透明膜および遮光膜の一部をパターニングする工程である。半透明膜および遮光膜のパターニング方法としては特に限定されるものではなく、通常、リソグラフィー法が用いられる。リソグラフィー法を用いる場合、マスクブランクの遮光膜上にレジスト材料を塗布し、ベークを行って第1レジスト膜を形成する。
(Ii) First Patterning Step The first patterning step in this aspect is a step of patterning a part of the translucent film and the light shielding film. The patterning method of the semitransparent film and the light shielding film is not particularly limited, and a lithography method is usually used. When the lithography method is used, a resist material is applied on the light shielding film of the mask blank and baked to form a first resist film.

半透明膜および遮光膜のパターン露光では、遮光領域と透過領域とが接する境界、および半透明領域と透過領域とが接する境界を形成するように、領域により露光量が異なるようにパターン露光する。この際、透過領域は第1レジスト膜が除去される露光量で露光し、遮光領域および半透明領域は第1レジスト膜が残存する露光量で露光する。   In pattern exposure of the semi-transparent film and the light-shielding film, pattern exposure is performed so that the exposure amount varies depending on the region so as to form a boundary where the light-shielding region and the transmissive region are in contact and a boundary where the semi-transparent region and the transmissive region are in contact. At this time, the transmissive region is exposed with an exposure amount at which the first resist film is removed, and the light shielding region and the semi-transparent region are exposed with an exposure amount at which the first resist film remains.

例えば図11(c)は、ポジ型レジスト材料を用いて第1レジスト膜を形成した場合の例であるが、この場合、透過領域13では第1レジスト膜23aが感光される露光量で露光し、遮光領域11および半透明領域12では第1レジスト膜23aを露光しない。
また、図示しないが、第1レジスト膜にネガ型レジスト材料を用いた場合は、透過領域では露光せず、遮光領域および半透明領域で第1レジスト膜が感光される露光量で露光する。
なお、遮光膜のみをエッチングするためのパターン露光は、第2パターニング工程で行う。
For example, FIG. 11C shows an example in which the first resist film is formed using a positive resist material. In this case, the first resist film 23a is exposed with an exposure amount at which the first resist film 23a is exposed in the transmission region 13. The first resist film 23a is not exposed in the light shielding region 11 and the translucent region 12.
Although not shown, when a negative resist material is used for the first resist film, exposure is not performed in the transmissive region, but exposure is performed with the exposure amount at which the first resist film is exposed in the light shielding region and the semitransparent region.
Note that pattern exposure for etching only the light shielding film is performed in the second patterning step.

なお、第1レジスト膜の材料、半透明膜および遮光膜のパターン露光のその他の点、現像、半透明膜および遮光膜のエッチング方法、第1レジスト膜の除去方法、半透明膜パターンおよび遮光膜パターンの検査工程、ならびに半透明膜パターンおよび遮光膜パターンの修正工程については、上記第1の態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。   The material of the first resist film, the other aspects of the pattern exposure of the semitransparent film and the light shielding film, development, the etching method of the semitransparent film and the light shielding film, the method of removing the first resist film, the semitransparent film pattern and the light shielding film Since the pattern inspection process and the semi-transparent film pattern and light-shielding film pattern correction process are the same as in the first embodiment, description thereof is omitted here.

(iii)第2パターニング工程
本態様における第2パターニング工程は、遮光膜のみをパターニングする工程である。遮光膜のパターニング方法としては特に限定されるものではなく、通常、リソグラフィー法が用いられる。リソグラフィー法を用いる場合、パターニングされた半透明膜および遮光膜の上にレジスト材料を塗布し、ベークを行って第2レジスト膜を形成する。
(Iii) Second Patterning Step The second patterning step in this aspect is a step of patterning only the light shielding film. The patterning method of the light shielding film is not particularly limited, and a lithography method is usually used. When the lithography method is used, a resist material is applied on the patterned translucent film and the light-shielding film and baked to form a second resist film.

遮光膜のパターン露光では、半透明領域と遮光領域とが接する境界、および半透明領域と透過領域とが接する境界を形成するように、領域により露光量が異なるようにパターン露光する。この際、半透明領域は第2レジスト膜が除去される露光量で露光し、遮光領域および透過領域は第2レジスト膜が残存する露光量で露光する。   In pattern exposure of the light shielding film, pattern exposure is performed so that the exposure amount varies depending on the region so as to form a boundary where the semitransparent region and the light shielding region are in contact and a boundary where the semitransparent region and the transmission region are in contact. At this time, the semitransparent region is exposed with an exposure amount at which the second resist film is removed, and the light shielding region and the transmissive region are exposed with an exposure amount with which the second resist film remains.

例えば図11(g)は、ポジ型レジスト材料を用いて第2レジスト膜を形成した場合の例であるが、この場合、半透明領域12では第2レジスト膜24aが感光される露光量で露光し、遮光領域11および透過領域13では第2レジスト膜24aを露光しない。
また、図示しないが、第2レジスト膜にネガ型レジスト材料を用いた場合は、半透明領域では露光せず、遮光領域および透過領域で第2レジスト膜が感光される露光量で露光する。
For example, FIG. 11G shows an example in which the second resist film is formed using a positive resist material. In this case, the semi-transparent region 12 is exposed with an exposure amount at which the second resist film 24a is exposed. However, the second resist film 24 a is not exposed in the light shielding region 11 and the transmission region 13.
Further, although not shown, when a negative resist material is used for the second resist film, the semi-transparent region is not exposed, and the second resist film is exposed with an exposure amount that exposes the second resist film in the light shielding region and the transmission region.

なお、第2レジスト膜の材料、遮光膜のパターン露光、および現像については、上記第1の態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。   Note that the material of the second resist film, the pattern exposure of the light shielding film, and the development are the same as in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

現像後は、遮光膜のエッチングを行う。本態様においては、例えばクロム系膜が種類によってエッチング速度が異なることを利用し、半透明膜にクロム膜、遮光膜にクロム膜以外のクロム系膜を用いて、半透明膜のエッチング速度を遮光膜のエッチング速度より遅くすることができる。半透明膜および遮光膜のエッチング速度に差をつけることで、エッチングの選択性が向上し、上層の遮光膜をエッチングする際に下層の半透明膜も一緒にエッチングされることを防止することができる。このように、半透明膜および遮光膜のエッチング速度を変えることでエッチング選択性を向上させ、階調をより鮮明にすることができる。
また、半透明膜および遮光膜に異種の金属膜を用いて、半透明膜のエッチング速度を遮光膜のエッチング速度より遅くすることもできる。
After the development, the light shielding film is etched. In this embodiment, for example, by utilizing the fact that the etching rate differs depending on the type of chromium-based film, the etching rate of the semi-transparent film is shielded by using a chromium film as the semi-transparent film and a chromium-based film other than the chromium film as the light-shielding film. It can be slower than the etching rate of the film. By making a difference in the etching rate of the semi-transparent film and the light-shielding film, the etching selectivity is improved, and when the upper light-shielding film is etched, the lower semi-transparent film is prevented from being etched together. it can. Thus, by changing the etching rate of the semitransparent film and the light shielding film, the etching selectivity can be improved and the gradation can be made clearer.
Further, by using different kinds of metal films for the semitransparent film and the light shielding film, the etching rate of the semitransparent film can be made slower than the etching rate of the light shielding film.

なお、遮光膜のエッチング方法、第2レジスト膜の除去方法、遮光膜パターンの検査工程、および遮光膜パターンの修正工程については、上記第1の態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。   The light-shielding film etching method, the second resist film removing method, the light-shielding film pattern inspection process, and the light-shielding film pattern correction process are the same as those in the first aspect, and the description thereof is omitted here. To do.

B.表示装置製造用階調マスク
次に、本発明の表示装置製造用階調マスクについて説明する。
本発明の表示装置製造用階調マスクは、上述した階調マスクが表示装置の製造に用いられることを特徴とするものである。
B. Next, a gradation mask for manufacturing a display device according to the present invention will be described.
The gradation mask for manufacturing a display device of the present invention is characterized in that the above-described gradation mask is used for manufacturing a display device.

本発明の表示装置製造用階調マスクを用いて表示装置における部材を形成する方法について図面を参照しながら説明する。
図2は、本発明の表示装置製造用階調マスク1を用いて液晶表示装置における高さの異なるスペーサ16aおよび16bを同時に形成する例である。また、図4および図6に示す表示装置製造用階調マスク1を用いることにより、図7に例示するように液晶表示装置における高さおよび形状の異なるスペーサ18aおよび配向制御用突起18bを同時に形成することができる。さらに、図5および図8に示す表示装置製造用階調マスク1を用いることにより、図9に例示するように液晶表示装置におけるスペーサ19aおよびオーバーコート層19bを同時に形成することができる。このように、本発明の表示装置製造用階調マスクを用いることにより、表示装置における高さや形状の異なる部材を同時に形成することが可能である。
A method for forming a member in a display device using the display device manufacturing gradation mask of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 shows an example in which spacers 16a and 16b having different heights are simultaneously formed in a liquid crystal display device using the display device manufacturing gradation mask 1 of the present invention. Further, by using the display device manufacturing gradation mask 1 shown in FIGS. 4 and 6, the spacers 18a and the alignment control protrusions 18b having different heights and shapes in the liquid crystal display device are simultaneously formed as illustrated in FIG. can do. Further, by using the display device manufacturing gradation mask 1 shown in FIGS. 5 and 8, the spacer 19a and the overcoat layer 19b in the liquid crystal display device can be simultaneously formed as illustrated in FIG. Thus, by using the display device manufacturing gradation mask of the present invention, it is possible to simultaneously form members having different heights and shapes in the display device.

図12は、本発明の表示装置製造用階調マスク1を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を作製する例である。従来では、2層の半透明膜をパターニングする場合、例えばレジスト塗布、露光・現像・エッチング、露光・現像・エッチング、剥離というように2回の露光工程が必要であった。これに対し、本発明の表示装置製造用階調マスクを用いた場合、基板31上に形成された2層の半透明膜32および33をパターニングするには、図12に例示するようにレジスト材料を塗布してレジスト膜34を形成し、光30を照射し(図12(a))、現像し(図12(b))、2層の半透明膜32および33をエッチングし(図12(c))、レジスト膜34をアッシングし(図12(d))、上層の半透明膜33のみをエッチングし(図12(e))、レジスト膜34を剥離すればよい(図12(f))。したがって、本発明の表示装置製造用階調マスクを用いることにより、表示装置における半導体素子の製造工程を簡略化することが可能である。   FIG. 12 shows an example in which a thin film transistor (TFT) is manufactured using the gradation mask 1 for manufacturing a display device of the present invention. Conventionally, when patterning a two-layered translucent film, two exposure processes such as resist coating, exposure / development / etching, exposure / development / etching, and stripping have been required. On the other hand, when the gradation mask for manufacturing a display device of the present invention is used, in order to pattern the two-layered translucent films 32 and 33 formed on the substrate 31, a resist material as illustrated in FIG. Is applied to form a resist film 34, irradiated with light 30 (FIG. 12A), developed (FIG. 12B), and the two-layer translucent films 32 and 33 are etched (FIG. c)), the resist film 34 is ashed (FIG. 12D), only the upper semi-transparent film 33 is etched (FIG. 12E), and the resist film 34 is peeled off (FIG. 12F). ). Therefore, the manufacturing process of the semiconductor element in the display device can be simplified by using the gradation mask for manufacturing the display device of the present invention.

また、本発明の表示装置製造用階調マスクは上述した階調マスクを用いたものであり、露光光の長波長域だけでなく短波長域も硬化反応に利用するので、パターンの形成に有利である。
したがって、本発明の表示装置製造用階調マスクを用いることにより、表示装置の製造工程の簡略化および露光時間の短縮化が可能である。
Further, the gradation mask for manufacturing a display device of the present invention uses the above-described gradation mask, and not only the long wavelength region of exposure light but also the short wavelength region is used for the curing reaction, which is advantageous for pattern formation. It is.
Therefore, by using the display device manufacturing gradation mask of the present invention, the display device manufacturing process can be simplified and the exposure time can be shortened.

本発明の表示装置製造用階調マスクの大きさとしては、通常、300mm×400mm〜1,600mm×1,800mm程度とされる。
なお、表示装置製造用階調マスクのその他の点については、上記「A.階調マスク」の項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。
The size of the gradation mask for manufacturing a display device of the present invention is usually about 300 mm × 400 mm to 1,600 mm × 1,800 mm.
The other points of the gradation mask for manufacturing the display device are the same as those described in the above section “A. Gradation mask”, and thus description thereof is omitted here.

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。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下、本発明について実施例および比較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、遮光膜をエッチングし、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。遮光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。遮光膜のエッチング時間は、60秒であった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[Example 1]
(Production of gradation mask)
A commercially available photoresist (ip-3500, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is placed on a conventional mask blank in which a chromium film (light-shielding film) is formed to a thickness of 100 nm on an optically polished 390 mm × 610 mm synthetic quartz substrate. After coating with a thickness of 600 nm and baking on a hot plate heated to 120 ° C. for 15 minutes, a desired light-shielding film intermediate pattern was drawn with a photomask laser drawing apparatus (LRS11000-TFT3 manufactured by Micronic Co., Ltd.).
Next, development was performed with a dedicated developer (NMD3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) to obtain a resist pattern for a light shielding film.
Next, the resist pattern was used as an etching mask, the light shielding film was etched, and the remaining resist pattern was stripped to obtain a desired light shielding film intermediate pattern. A commercially available cerium nitrate wet etchant (MR-ES manufactured by The Inktec Co., Ltd.) was used for etching the light shielding film. The etching time of the light shielding film was 60 seconds.

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。
<成膜条件>
・ガス流量比 Ar:N=4:1
・パワー:1.3kW
・ガス圧:3.5mTorr
半透明膜の膜厚は10nmとした。半透明膜の分光スペクトルを図13に示す。
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。
Next, the substrate on which the light-shielding film intermediate pattern is formed is subjected to pattern dimension inspection, pattern defect inspection, pattern correction as necessary, and after being washed well, the chromium film (translucent film) is sputtered under the following conditions. To form a film.
<Film formation conditions>
・ Gas flow ratio Ar: N 2 = 4: 1
・ Power: 1.3kW
・ Gas pressure: 3.5mTorr
The film thickness of the semitransparent film was 10 nm. A spectral spectrum of the semitransparent film is shown in FIG.
Next, a commercially available photoresist (ip-3500 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was again applied on the semitransparent film at a thickness of 600 nm and baked on a hot plate heated to 120 ° C. for 15 minutes.
Subsequently, an image to be a translucent film pattern was drawn again with a laser drawing device (LRS11000-TFT3 manufactured by Micronic Co., Ltd.) and developed with a dedicated developer (NMD3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) to obtain a resist pattern.
Next, using the resist pattern as a mask, the semitransparent film and the light shielding film were etched with a commercially available cerium nitrate wet etchant (MR-ES manufactured by The Inktec Co., Ltd.) to obtain a semitransparent film pattern and a light shielding film pattern. Etching was performed on the translucent film and the light shielding film.
Finally, the remaining resist was peeled off, and after undergoing inspection processes such as pattern dimension inspection and pattern defect inspection, pattern correction was performed as necessary to obtain a gradation mask.

(階調マスクを用いたパターンの形成)
大きさが100mm×100mm、厚みが0.7mmのガラス基板を準備し、このガラス基板上にネガ型感光性樹脂組成物(JSR製 オプトマーNN850)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:100mJ/cm(I線換算)
・露光ギャップ:150μm
(Pattern formation using gradation mask)
A glass substrate having a size of 100 mm × 100 mm and a thickness of 0.7 mm was prepared. A negative photosensitive resin composition (Optomer NN850 manufactured by JSR) was applied onto the glass substrate by spin coating, and dried under reduced pressure. Pre-baked at 3 ° C. for 3 minutes. Then, it exposed on the following conditions through said gradation mask.
<Exposure conditions>
・ Exposure amount: 100 mJ / cm 2 (I-line conversion)
・ Exposure gap: 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、凸形状の2種のパターンを形成した。   Next, development was performed using an aqueous potassium hydroxide solution, and then heat treatment was performed at 230 ° C. for 30 minutes to form two types of convex patterns.

[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)をスパッタリング法にて成膜した。酸化窒化炭化クロム膜の膜厚は35nmとした。この酸化窒化炭化クロム膜の分光スペクトルを図13に示す。
[Comparative Example 1]
(Production of gradation mask)
A gradation mask was produced in the same manner as in Example 1 except that a semitransparent film was formed as described below.
The substrate on which the light-shielding film intermediate pattern is formed is subjected to pattern dimension inspection, pattern defect inspection, pattern correction as necessary, and after cleaning, a chromium oxynitride carbide film (translucent film) is formed by sputtering. did. The film thickness of the chromium oxynitride chromium carbide film was 35 nm. The spectrum of this chromium oxynitride chromium carbide film is shown in FIG.

(階調マスクを用いたパターンの形成)
実施例1と同様にして、凸形状の2種のパターンを形成した。
(Pattern formation using gradation mask)
In the same manner as in Example 1, two types of convex patterns were formed.

[比較例2]
(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、高屈折率層(屈折率:2.5、厚み:29nm、TiO膜)と低屈折率層(屈折率:1.5、厚み:48nmのSiO膜)とを交互に計15層(1層目および15層目は高屈折率層)、スパッタリング法にて成膜した。これにより、波長330nm以下の短波長域をカットする半透明膜を得た。
[Comparative Example 2]
(Production of gradation mask)
A gradation mask was produced in the same manner as in Example 1 except that a semitransparent film was formed as described below.
The substrate on which the light-shielding film intermediate pattern is formed is subjected to pattern dimension inspection, pattern defect inspection, pattern correction as necessary, and after being washed well, a high refractive index layer (refractive index: 2.5, thickness: 29 nm, TiO 2 2 layers) and low refractive index layers (refractive index: 1.5, thickness: 48 nm SiO 2 film) alternately for a total of 15 layers (the first and 15th layers are high refractive index layers), by sputtering A film was formed. Thereby, the semi-transparent film | membrane which cuts the short wavelength range of wavelength 330nm or less was obtained.

(階調マスクを用いたパターンの形成)
実施例1と同様にして、凸形状の2種のパターンを形成した。
(Pattern formation using gradation mask)
In the same manner as in Example 1, two types of convex patterns were formed.

[評価]
実施例1、比較例1,2の階調マスクを用いて形成されたパターン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。
[Evaluation]
The cross-sectional shape of the pattern formed using the gradation masks of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was observed with a scanning electron microscope, and the dimensions were measured.

Figure 0005668745
Figure 0005668745

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、高さの異なるセル保持用カラムスペーサを所望通りの寸法にて形成することができた。   By using the gradation mask of Example 1 for the exposure process, cell holding column spacers having different heights could be formed with desired dimensions.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tone mask 2 ... Transparent substrate 3 ... Semi-transparent film 4 ... Light-shielding film 11 ... Light-shielding area 12 ... Semi-transparent area 13 ... Transmission area

Claims (1)

透明基板と、遮光膜と、透過率調整機能を有する半透明膜とが順不同に積層され、前記透明基板上に前記遮光膜が設けられた遮光領域と、前記透明基板上に前記半透明膜のみが設けられた半透明領域と、前記透明基板上に前記遮光膜および前記半透明膜のいずれも設けられていない透過領域とを有し、表示装置の製造に用いられる表示装置製造用階調マスクであって、
前記半透明膜が金属膜であり、
前記表示装置製造用階調マスクは、液晶表示装置におけるスペーサおよび配向制御用突起の同時形成、液晶表示装置における高さの異なるスペーサの同時形成、液晶表示装置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、液晶表示装置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、または、表示装置における半導体素子作製時の厚みの異なるレジストの形成のために用いられるものであり、
前記半透明膜の波長300nmでの透過率が、10%以上、かつ20%以下(20%は除く)の範囲内であり、
前記表示装置製造用階調マスクは、エッチングストッパー膜を有するものではなく、
さらに、前記半透明膜および前記遮光膜がクロム膜であることを特徴とする表示装置製造用階調マスク。
A transparent substrate, a light shielding film, and a translucent film having a transmittance adjusting function are stacked in random order, a light shielding region in which the light shielding film is provided on the transparent substrate, and only the semitransparent film on the transparent substrate And a transmissive region in which neither the light-shielding film nor the semi-transparent film is provided on the transparent substrate, and a gradation mask for manufacturing a display device used for manufacturing a display device Because
The translucent film is a metal film;
The gradation mask for manufacturing the display device is a simultaneous formation of spacers and alignment control protrusions in a liquid crystal display device, a simultaneous formation of spacers having different heights in a liquid crystal display device, a simultaneous formation of spacers and an overcoat layer in a liquid crystal display device, Simultaneous formation of spacers and alignment control protrusions in a color filter for liquid crystal display devices, simultaneous formation of spacers having different heights in a liquid crystal display device color filter, simultaneous formation of spacers and overcoat layers in a liquid crystal display device color filter, or display It is used for the formation of resists with different thicknesses during the production of semiconductor elements in the device,
The transmissivity of the translucent film at a wavelength of 300 nm is in the range of 10% or more and 20% or less (excluding 20%) ,
The display device for producing tone mask, rather than those having an etching stopper film,
Further, the gradation mask for manufacturing a display device , wherein the translucent film and the light shielding film are chromium films .
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