JP6282847B2 - フォトマスク及び該フォトマスクを用いた基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィにより、基板上に精細なパターン、特に、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンを形成することができるフォトマスク、及びこのフォトマスクを用いた基板の製造方法に関する。

フォトリソグラフィにより基板上にパターンを形成する技術が広く普及しているが、近年、線幅が１０μｍ以下の精細部分を有するラインパターンを形成することが強く望まれている。
これに関して、表示装置の分野を例にとって説明すれば、近年、液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置、有機ＥＬ表示装置をはじめとする様々な表示装置の実用化が盛んである。この中で、液晶表示装置に用いられるカラー表示の液晶表示素子に用いられるカラーフィルタは、透明基板上に各画素電極に対応する約１μｍの厚みの薄い三原色のフィルタ（赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタ）を有し、各フィルタ間の隙間から入射光が漏れて液晶ディスプレイのコントラストが低下しないように、各フィルタの間に、遮光部分であるブラックマトリクスが配列されたものがある。
このブラックマトリクスは、表示に寄与していない部分、即ち、液晶表示素子のソース配線や、画素電極とソース配線との間の隙間等を全て遮光するものである。ここで、液晶表示を明るくするためには、ブラックマトリクスによる遮光部分をできるだけ少なくすること、即ちブラックマトリクスの線幅を精細化することが望ましい。

従来、下記に示される特許文献１に記載されるように、カラーフィルタのブラックマトリクスは以下の手順で製造されていた。
まず、カラーフィルタ基板上に、ネガ型の感光性材料を配設する。次いで、この感光性材料とは所定の距離をおいてフォトマスクを配置し、該フォトマスクを介して感光性材料の露光を行う。そして、露光後の感光性材料を現像し、露光部分がカラーフィルタのブラックマトリクスとして形成される。

このとき、特に、液晶表示を明るくするため、カラーフィルタのブラックマトリクスの精細化が求められ、具体的には、ブラックマトリクスの幅を２μｍ〜１０μｍの範囲にすることが求められている。そのために、上記フォトマスクにおいて、遮光膜に微細パターンを形成することにより、カラーフィルタ基板上の感光性材料における露光領域の線幅を細くすることが考えられる。

特開２０００−１９９９６７号

しかし、カラーフィルタの製造においては、フォトマスク及び被感光基板の間隔を僅かに設けて光を照射することにより、マスクパターンを基板に転写する近接露光方式を用いて、大面積の基板上の一面に配設された感光性材料を、一括して露光するのが主流になっている。具体的には、水銀ランプ等の光源から波長３６５ｎｍ（ｉ線）〜波長４３６ｎｍ（ｇ線）の露光光を照射して、基板から一定の隙間を介して配置されたフォトマスクを通して露光する。したがって、上記のように、フォトマスクの遮光膜に微細パターンを形成すると、パターンエッジにおける光の回折の影響が大きくなり、感光性材料に対する露光量が減少する。そうすると、光量が感光性材料を感光させるための閾値に達せず、感光性材料の硬化度が低下し、解像性が低下するといった問題がある。

上記の解像性低下という問題に対しては、近接露光ではなく、従来からＬＳＩ製造用の技術として開発されてきた、レンズ投影ステッパー及びミラープロジェクションステッパー（ＭＰＡ：Ｍｉｒｒｏｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ａｌｉｇｎｅｒ）を用いた投影露光を用いることが考えられる。さらには、露光機の開口数（ＮＡ）拡大、露光光の波長（λ）を短波長化する、及び位相シフトマスクの適用が考えられる。しかし、これらの技術を適用することは、莫大な投資と技術開発を必要とし、さらには生産効率も低下するため容易ではない。

また、フォトリソグラフィ工程における露光量を増加するためには、露光機の光源の出力を上げる又は露光時間を増やす必要があり、装置改造等の追加投資や生産効率の低下を招くため、実現が困難である。
なお、露光量を増加させる場合には、感光性材料に対する露光量が増加するに伴い、硬化したブラックマトリクスの線幅が広くなり、ブラックマトリクスの精細化を達成することができないという問題も生じる。
このように、莫大な追加投資を行わず、且つ生産効率を損なわずに、カラーフィルタのブラックマトリクスの線幅を細くすることが望まれている。

以上のように、本発明は、設備投資の増加及び生産効率の低下を抑制しながら、フォトリソグラフィにより、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンを形成することができるフォトマスク、及びこのフォトマスクを用いた基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のフォトマスクの１つの実施態様は、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンと、該ラインパターンを囲繞する周辺領域とを形成するために用いられるフォトマスクであって、遮光部と、前記ラインパターンに対応する半透光部と、前記遮光部及び前記半透光部を囲繞し、前記周辺領域に対応する透光部とを有し、前記半透光部は、前記ラインパターンの前記精細部分よりも幅広であることを特徴とする。

本実施態様によれば、ラインパターンに対応する各々の半透光部の幅が、ラインパターンの各々よりも幅広であることにより、光の回折が生じても感光性材料を感光させるために十分な光量が得られる（つまりコントラストが取れる）領域を用いることができ、且つ半透光膜を用いることによって、ラインパターンが形成される領域に照射する露光光量を調整して、幅２μｍ〜１０μｍの範囲における所望の幅の精細部分を有するラインパターンを形成することができる一方、透光部に十分な露光光量の光を照射して、確実にラインパターンを囲繞する周辺領域を形成することができる。

以上のように、本実施態様によれば、フォトマスクを変更するだけで、半導体分野で用いるような高価な露光装置に変更することなく、従来の生産効率の高い設備を継続して使用することができる。つまり、設備投資の増加及び生産効率の低下を抑制しながら、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンと、該ラインパターンを囲繞する周辺領域とを確実に形成することができる。

本発明のフォトマスクの製造方法のその他の実施態様は、さらに、前記ラインパターンの精細部分の幅をＷｂとし、前記半透光部の幅をＷｓとするとき、前記Ｗｂ及びＷｓが；１．２ ≦ Ｗｓ／Ｗｂ ≦ ３ の関係を満たすことを特徴とする。

本実施態様によれば、半透光部の幅寸法が、ラインパターンの精細部分の幅寸法の１．２倍以上３倍以内の範囲にあれば、上記のような作用効果を確実に奏することができる。

本発明のフォトマスクの製造方法のその他の実施態様は、さらに、上記フォトマスクが、近接露光に用いられることを特徴とする。

本実施形態によれば、十分な露光光量が得られる（コントラストが取れる）領域において露光するので、近接露光ギャップが変動した場合であっても、ラインパターンの線幅のバラツキを抑えることができる。

本発明のフォトマスクの製造方法のその他の実施態様は、さらに、前記遮光部が互いに間隔をおいてマトリックス状に配列され、隣接する前記遮光部の間の領域に前記半透光部が形成されていることを特徴とする。

本実施態様のような、遮光部が間隔をおいてマトリックス状に配列され、隣接する遮光部の間の領域に半透光部が形成されているフォトマスクを用いることによって、精細部分を有するラインパターンが格子状に配列されたパターンを形成することができ、表示装置を始めとする幅広い技術分野で適用することができる。

本発明のフォトマスクの製造方法のその他の実施態様は、さらに、前記ラインパターンがブラックマトリクスであることを特徴とする。

本実施態様によれば、産業界で強く望まれている、幅２μｍ〜１０μｍの精細化されたブラックマトリクスを提供することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法の１つの実施態様は、カラーフィルタ基板上に配設された感光性材料を露光した後に現像処理することにより、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するブラックマトリクスと、該ブラックマトリクスを囲繞する周辺領域とを形成するカラーフィルタの製造方法であって、マスク基板上に設けた遮光膜及び半透光膜を各々パターニングすることにより、遮光部と、前記ブラックマトリクスに対応する半透光部と、前記遮光部及び前記半透光部を囲繞し、前記周辺領域に対応する透光部とからなる転写パターンが設けられ、前記半透光部が、前記ブラックマトリクスの前記精細部分よりも幅広であるフォトマスクに対して、露光光を照射して前記感光性材料を露光する工程と、露光後の前記感光性材料を現像して前記ブラックマトリクスを形成する工程と、を備えることを特徴とする。

本実施態様によれば、フォトマスクの半透光部がブラックマトリクスの精細部分よりも幅広であることにより、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するブラックマトリッス、及びブラックマトリックスを囲繞する周辺領域を有するカラーフィルタを確実に形成することができる。

本発明のフォトマスクにより、設備投資の増加及び生産効率の低下を抑制しながら、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンと、該ラインパターンを囲繞する周辺領域とを確実に形成することができ、さらに、該フォトマスクを用いた本発明の製造方法により、設備投資の増加及び生産効率の低下を抑制しながら、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するブラックマトリックスと、該ブラックマトリックスを囲繞する周辺領域とを有するカラーフィルタを確実に製造することができる。

フォトマスクの転写パターンを上方から見た図である。 図１のフォトマスクをＸ−Ｘ’線で切断した（ａ）断面図、（ｂ）該断面図の部分拡大図、及び（ｃ）このフォトマスクを用いて、近接露光によりカラーフィルタ基板上に形成されるブラックマトリクスを示す断面図である。 本発明のフォトマスクの製造方法の具体例を示す図である。 近接露光用の露光装置の概略構成を示す図である。 本発明のフォトマスクによる効果を検証するために行ったシミュレーション結果を示す図である。 液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の一例を示す図である。

本発明は、フォトリソグラフィにより、基板上に精細なパターン、特に、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンを形成するためのフォトマスク、及びこのフォトマスクを用いた基板の製造方法に関するものである。本発明に係るフォトマスクを用いて製造された基板は、液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置、有機ＥＬ表示装置をはじめとする各種表示装置や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に関連する各種機器等に適用可能である。
その中で、以下の説明においては、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板に適用した場合を例にとって、本発明を説明する。

本発明のフォトマスクの１つの実施形態は、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板である被露光基板の一面に配設されたネガ型の感光性材料を用いて、近接露光により、現像後に２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するブラックマトリクスを形成するためのフォトマスクである。
ここで、近接露光は、フォトマスクと被転写体とを接触させる密着露光に比べ、マスクが汚れないという利点があり、また、レンズ投影ステッパー方式、ミラープロジェクションステッパー方式等を用いる縮小投影露光に比べ、高額な光学系が不要であるため、装置コストを低減することができるという利点がある。本実施形態におけるフォトマスクは、近接露光に使用されるものであって、カラーフィルタのブラックマトリクスを微細に形成することができる。

液晶表示装置用のカラーフィルタ形成用基板では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素に対応して、透明基板上に、各画素電極に対応する厚みが約１μｍの薄い赤フィルタ、緑フィルタ、及び青フィルタが設けられている。各フィルタ間には、各フィルタの隙間から入射光が漏れて液晶ディスプレイのコントラストが低下しないように、ブラックマトリクスが配列される。
図６は、液晶表示装置用のカラーフィルタ基板の一例であって、カラーフィルタ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びブラックマトリクスＢＭから構成される画素部ＧＳと、画素部を囲繞する周辺領域ＢＷとを備える。これらの構成は、後述の図１に示すフォトマスクを用いることによって、カラーフィルタ基板上に形成することができる。

図６に示すように、ブラックマトリクスＢＭは、互いに間隔をおいて縦方向において平行に伸びる第１ライン部Ｌ１の各々と、互いに間隔をおいて横方向において平行に伸びる第２ライン部Ｌ２の各々とが交差するよう配列され、全体として複数のラインが格子状に交差するように形成されている。ブラックマトリクスＢＭの周辺には、該ブラックマトリクスＢＭを囲繞する周辺領域ＢＷが形成される。本実施形態においては、ブラックマトリクスＢＭを構成する第１ライン部Ｌ１の線幅は２μｍ〜１０μｍであり、第２ライン部Ｌ２の線幅は８μｍ〜３０μｍである。

次に、図１に、本発明のフォトマスクの１つの実施形態を示す。図１は、フォトマスクの転写パターンを上方から見た図であり、フォトマスクの一部の領域を示している。図２は、図１のフォトマスクをＸ−Ｘ’線で切断した（ａ）断面図、（ｂ）該断面図の部分拡大図、及び（ｃ）このフォトマスクを用いて、近接露光により、カラーフィルタ基板上に形成されるブラックマトリクスを示す断面図である。図３は、本発明のフォトマスクの製造方法の具体例を示す図である。図４は、近接露光用の露光装置の概略構成を示す図である。図５は、本発明のフォトマスクによる効果を検証するために行ったシミュレーション結果を示す図である。

図１に示すように、本実施形態におけるフォトマスクは、遮光部Ｓと、半透光部Ｈと、透光部Ｑとからなる転写パターンが設けられた、３階調のフォトマスクである。フォトマスクは、マスク基板上Ｑｚに設けた遮光膜及び半透光膜を各々パターニングすることにより、露光光を透過しない遮光部Ｓと、露光光を一部透過させるライン状の半透光部Ｈと、遮光部Ｓ及び半透光部Ｈを囲繞し、露光光を実質的に全て透過させる環状の透光部Ｑとからなる転写パターンＴが設けられている。半透光部Ｈは上記ブラックマトリクスＢＭに対応する。環状の透光部Ｑは、半透光部Ｈよりも格段に幅広に形成され、上記周辺領域ＢＷに対応する。以下、フォトマスクの転写パターンについて説明する。

図１に示すように、本発明のフォトマスクは、各々矩形状に形成されて、間隔をあけてマトリックス配列された遮光部Ｓと、該遮光部Ｓの各々の間に、その隙間を埋めるように格子状に配列された半透光部Ｈの各々と、遮光部Ｓ及び半透光部Ｈを囲繞する環状の透光部Ｑとを有する。環状の透光部Ｑは、半透光部Ｈの各々よりも幅広に形成されている。
図１に示すフォトマスクでは、縦方向と横方向とで半透光部Ｈの幅が異なっている。即ち、図１に示すように、半透光部Ｈの各々は、ブラックマトリクスＢＭの第１ライン部Ｌ１に対応する第１半透光部Ｈ１の各々と、ブラックマトリクスＢＭの第２ライン部Ｌ２に対応する第２半透光部Ｈ２の各々とで構成される。第１半透光部Ｈ１及び第２半透光部Ｈ２の各々は互いに直交し、第２半透光部Ｈ２の各々が、第１半透光部Ｈ１の各々よりも幅広に形成されている。さらに、図２に示すように、第１半透光部Ｈ１は、ブラックマトリクスＢＭの第１ライン部Ｌ１よりも幅広である。図示しないが、第２半透光部Ｈ２は、ブラックマトリクスＢＭの第2ライン部Ｌ２よりも幅広である。かかる本発明のフォトマスクは、縦方向と横方向とで線幅が異なるブラックマトリクスを製造する場合に有効である。

本発明のフォトマスクの実施形態についてさらに説明する。図２（ａ）に示すように、マスク基板Ｑｚ上には、マスク基板Ｑｚに密接した遮光膜がパターニングされることにより、矩形状に形成された遮光部Ｓの各々と開口Ｋの各々とが交互に配列され、開口Ｋの各々に対応してパターニングされた半透光膜が設けられて、第１半透光部Ｈ１（半透光部Ｈ）が形成されている。遮光部Ｓ及び半透光部Ｈの外側には、遮光膜及び半透光膜が除去されてマスク基板表面が露出されることにより、透光部Ｑが形成されている。
遮光部Ｓは、図２に示すように、マスク基板Ｑｚ上に遮光膜のみが形成されていても良いし、図示されていないが、マスク基板Ｑｚ上に遮光膜及び半透光膜が積層されていても良い。尚、図２に示す例では、開口Ｋの各々に対応するように半透光膜をパターニングしているが、必ずしも、このようにパターニングする必要はない。即ち、図３（ｆ）に示すように、半透光膜の透光部に対応する領域のみが除去されるよう、半透光膜をパターニングすることもできる。

フォトマスクの第１半透光部Ｈ１部分を拡大した図２（ｂ）、及び対応するカラーフィルタ基板に形成されるブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１を拡大した図２（ｃ）に示すように、第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓは、カラーフィルタ基板に形成されるブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１の幅Ｗｂよりも広い。
フォトマスクの開口部を通過する露光光は、図５のグラフに示すように、光の回折の影響により、開口の端部に近づくにつれて光強度（光量）が低下する。よって、もし、第1半透光部Ｈ１の幅（開口Ｋの幅）を、形成するブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１の幅Ｗｂと同じ寸法にした場合、開口Ｋの端部近傍では光の回折の影響が大きくなり、感光性材料に対する露光量が減少する。よって、開口Ｋの端部近傍における光量が、感光性材料を感光させるための閾値に達せず、感光性材料の硬化度が低下し、形成されるブラックマトリックスの幅はＷｂより小さくなる。

一方、本実施形態のように、第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓが、形成されるブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１の幅Ｗｂよりも広い、つまり、上記の感光性材料が十分に感光しない領域の分以上に開口Ｋの幅を広げれば、光の回折が生じても感光性材料を感光させるために十分な光量が得られる領域（つまり中央寄りの領域）を用いて露光することができる。さらに、半透光膜を用いることによって、ブラックマトリックスが形成される領域に照射する露光光量を適切に調整して、幅２μｍ〜１０μｍの範囲における所望の幅の第１ライン部ＢＭ１を有するブラックマトリックスを形成することができる。つまり、半透光膜の光の透過率を適切に選択することによって、感光性材料が十分感光する部分の幅寸法を調整して、所望の幅の第１ライン部ＢＭ１を形成することができる。

その一方、ブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１に対応する領域への露光光量を調整するだけであれば、例えば、光源の出力を落としたりフィルタを設けたりして、フォトマスクに入射する光量を落とすことも可能である。しかし、その場合には、透光部Ｑへの感光光量が、感光性材料を感光させるための閾値に達せず、周辺領域ＢＷが適切に形成されない問題が生じる。よって、半透光膜を用いることによって、はじめて、幅２μｍ〜１０μｍの幅の第１ライン部ＢＭ１及び周辺領域ＢＷの両方を確実に形成することができる。
なお、第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓが後述の範囲内であると、回折の効果により露光光の強度が強くなる場合がある。このような場合には半透光部においても露光光強度が十分に得られるため第１ライン部ＢＭ１及び周辺領域ＢＷともに適切に硬化させることができる。
本実施形態のように、十分な露光光量が得られる（コントラストが取れる）領域において露光する場合には、フォトマスクとカラーフィルタ基板との間の間隔が変動した場合であっても、ブラックマトリックスの線幅のバラツキを抑えることができるという作用項を有する。この点については、図５を用いて後述する。

第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓ及びブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１の幅Ｗｂについて、さらに詳細に述べると、Ｗｓ、Ｗｂは以下の式（１）の関係を満たすことが好ましい。
式（１） ； １．２ ≦ Ｗｓ／Ｗｂ ≦ ３
上記式（１）を満たすことにより、光の回折が生じても十分な感光光量が得られる（コントラストが取れる）領域を用いて露光することができ、且つ半透光膜を用いることによって、カラーフィルタ基板に照射する光量を適切に調整して、幅２μｍ〜１０μｍの範囲における所望の幅の第１ライン部ＢＭ１を形成することができる。さらに、半透光膜を用いて第１ライン部ＢＭ１が形成される領域に照射する光量を調整するので、第１ライン部ＢＭ１を確実に形成するとともに、透光部Ｑに十分な光量を照射して、確実に画素部ＧＳを囲繞する周辺領域ＢＷを形成することができる。

一方、Ｗｓ／Ｗｂの値が１．２を下回る場合は、光の回折の影響で、予定していたブラックマトリックスの第１ライン部ＢＭ１の幅寸法が取れない虞がある。また、フォトマスクに入射した露光量よりも開口Ｋを通過する光量が低下しているところに、さらに半透光膜の透過率分だけ透過光量が減少するため、実プロセスにおいて、露光量（露光時間）の増加による生産効率の低下といったデメリットがある。
一方、Ｗｓ／Ｗｂの値が３を超える場合は、開口Ｋを半透過状態にしても、空間像の元々の幅が広くなりすぎるため、ブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１を形成することが困難になる。

その他の数値例を挙げると、第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓ及びブラックマトリクスの第１ライン部ＢＭ１の幅Ｗｂについては、カラーフィルタ基板上に形成されるブラックマトリクスＢＭの第１ライン部Ｌ１の幅Ｗｂは、２μｍ〜１０μｍなので、第１半透光部Ｈ１の幅Ｗｓは２．４μｍ〜３０μｍとなる。
また、半透光膜の露光光を透過させる透過率としては、３０〜７０％の範囲が好ましく、４０〜６０％の範囲がさらに好ましい。フォトマスクとカラーフィルタ基板との間の距離としては、４０μｍ〜３００μｍの範囲に調整することが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍの範囲に調整することがさらに好ましい。

本実施形態のフォトマスクを構成する、マスク基板、半透光膜、遮光膜について詳細に説明する。マスク基板としては、例えば、合成石英、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等の、露光光に対して透明な基板を用いることができる。本発明のフォトマスクで使用する露光光は、波長３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に亘り、ブロードなスペクトルを持つ連続光である。

半透光膜は、金属と珪素を含む金属シリサイドを原料とするものであり、例えば、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）や、これらの酸化物、窒化物、酸窒化物等の膜である。本実施形態において、半透光膜は、遮光膜上に積層されたモリブデンシリサイドの膜である。半透光膜は、ＭｏＳｉ膜、ＭｏＳｉ_２膜、ＭｏＳｉ_４膜であることが好ましいが、ＭｏＳｉＯ膜、ＭｏＳｉＮ膜、ＭｏＳｉＯＮ膜等であっても良い。
遮光膜は、例えば金属シリサイドに対してエッチング選択性を有するクロム（Ｃｒ）系の材料により、基板上に形成される。遮光膜は、例えば、ＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、ＣｒＣＯ膜、ＣｒＯ膜、ＣｒＯＮ膜、又はこれらの積層膜である。

図３には、図１に示すフォトマスクの製造方法の一例を示す。
図３（ａ）に示すように、マスク基板Ｑｚ上に、遮光膜ｓｍ及び感光性材料膜ｋｍ１をこの順に形成する。感光性材料は、遮光膜をパターニングするためのエッチングマスクとなるレジストであり、例えば、ポジ型のレジストを使用することができる。ここでは、ポジ型レジストを使用した場合について説明する。

感光性材料膜ｋｍ１において、開口を形成すべき箇所に電子ビーム又はレーザー光を照射して露光を行った後に、感光性材料膜を現像液に浸漬して、電子ビーム又はレーザー光が照射された部分の感光性材料膜を溶解することにより、図３（ｂ）に示すように、半透光部及び透光部に相当する部分を除去し、感光性材料膜にパターンｋｍ１’を形成する。
そして、図３（ｃ）に示すように、上記感光性材料膜のパターンｋｍ１’をマスクとして使用し、遮光膜を、例えばエッチングにより除去すると共に不要になった感光性材料膜を剥離することにより、遮光膜に開口を形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、パターニングされた遮光膜Ｓ上に半透光膜ｈｍ、感光性材料膜ｋｍ２をこの順に形成する。

次いで、透光部Ｑに対応する感光性材料膜のみが除去されるように、電子ビームないしはレーザー光による露光及び現像を行って、図３（ｅ）に示すように、感光性材料膜にパターンｋｍ２’を形成する。ここでは、半透光膜の透光部Ｑに対応する領域のみが除去されるようパターニングしているが、図２に示すように、開口の各々に対応するように半透光膜をパターニングしてもよい。
その後、図３（ｆ）に示すように、該感光性材料膜のパターンｋｍ２’をマスクとして用いて、半透光膜をエッチングするとともに、不要となった感光性材料膜を剥離する。
このようにして、基板に密着した遮光膜がパターニングされてなる、露光光を遮光する遮光部Ｓの各々と、遮光膜のパターニングにより形成された開口の各々を覆う半透光膜が設けられた半透光部Ｈと、マスク基板表面が露出した透光部Ｑと、からなる転写パターンが形成される。
尚、図３（ｆ）に示す工程終了後のパターニングされた半透光膜については、遮光膜と重なった部分の半透光膜はそのまま残しても良いし（図３（ｆ）の状態）、アライメントエラーのマージン分を除いて除去しても良い（図２に示す形態）。

本発明のフォトマスクは、図４に示す近接露光用の露光装置を用いて、液晶表示素子のカラーフィルタ基板上に塗布されたネガ型の感光性材料に対して、近接露光を行うことにより、露光されたネガ型の感光性材料が硬化して、図２（ｃ）及び図６に示すブラックマトリクスが形成される。
図４に示す露光装置１０は、波長３００ｎｍ〜４５０ｎｍの紫外線を含む光を放射する超高圧水銀ランプ等の放電ランプと、集光鏡と、ミラーと、各種レンズ等から構成された光源ユニット２０を備えている。そして、放電ランプが放射する紫外光を含む光は、上記の光学部材を介して、光源ユニット２０から出射される。露光装置１０は、さらに、フォトマスクＭが載置・固定されるマスクステージ３０、カラーフィルタ基板等のワーク（被転写体）ＷＫが固定されるワークステージ４０、マスクとワークの間のギャップを調整するギャップ調整機構５０、及びワークを位置調整するＸＹＺθステージ６０を備えている。

本発明のフォトマスクを介して、カラーフィルタ基板上にブラックマトリクスを形成するカラーフィルタの製造方法について説明する。本発明のカラーフィルタの製造方法は、カラーフィルタ基板上に塗布されたネガ型の感光性材料に対して露光を行い、感光性材料を感光させて硬化させた後に現像することにより、図６に示すブラックマトリクスを形成する。
まず、図４に示す露光装置１０に本発明のフォトマスクＭを搭載し、フォトマスクＭと被転写体であるカラーフィルタ基板ＷＫとの間のギャップＧを、４０μｍ〜３００μｍの範囲に、好ましくは１００μｍ〜１５０μｍの範囲に調整する。次いで、カラーフィルタ基板上に、スリットコート等の手段により感光性材料を塗布する。

ここで、感光性材料は、ネガ型の感光性材料であり、以下のものを使用することができる。
本発明におけるネガ型感光材料としては、顔料やカーボン、金属粒子等を分散した感光性樹脂が考えられる。既に顔料分散法によるパターニングとして公知なものであり、詳細な説明は省く。簡略に説明すれば、上記感光材料としては、着色剤と、反応性官能基を有するモノマーとを含有するもの、又はポリマーと、露光によりこれらを重合させる光重合開始剤と、溶剤とを含有するものが好ましい。その他、分散剤、界面活性剤などの添加物を含んでもよい。着色剤としては、顔料、カーボン粒子、金属粒子などを用いる。

図４に示す露光装置を用いて、カラーフィルタ基板上に塗布された感光性材料に対して、図１に示す本発明のフォトマスクを介して、フォトマスクのマスク基板側から露光光を照射して近接露光を行う。露光光は、フォトマスクにおける半透光部を介してカラーフィルタ基板に塗布された感光性材料に照射され、感光性材料の露光光照射領域を硬化させる。次いで、感光性材料を現像し、図２（ｃ）、６に示すように、カラーフィルタ基板上にブラックマトリクスを形成する。

（本発明のフォトマスクに係るシミュレーションの結果）
次に、本発明のその他の効果を検証するため、下記に示すようなシミュレーションを行った。図５に、シミュレーションの結果を示す。シミュレーションの条件は下記のとおりである。
＜実施例：本発明のフォトマスク＞
・半透光部の幅；１１．０μｍ
・半透光膜の透過率；６０％
ここで、半透光部の幅とは、図２のＷｓで示す半透光膜が設けられた開口の幅を意味する。
＜比較例：従来のバイナリフォトマスク＞
・透光部の幅；６．０μｍ
・半透光膜無
ここで、バイナリフォトマスクとは、マスク基板上の遮光膜をパターニングして、マスク基板上に遮光部と透光部を形成した２階調のフォトマスクを意味する。
＜実施例と比較例の共通事項＞
・露光光の波長；波長３１３ｎｍと波長３６５ｎｍの混合
・近接露光ギャップ；７５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１５０μｍ、１７５μｍ、
２００μｍ、２２５μｍの７通り
ここで、近接露光ギャップとは、フォトマスクの転写パターンと被加工物との距離を意味する。

図５は、実施例及び比較例の各々について、近接露光ギャップを、７５μｍ〜２２５μｍの上記７通りに変化させたときの、透過光の光強度分布を示す。図５のシミュレーション結果に基いて、近接露光ギャップが８５μｍ〜１１５μｍ（近接露光ギャップ１００μｍを中心として±１５％）の範囲において、実施例及び比較例の各々について、光強度の変化割合（グラフにおける傾き）を算出したところ、実施例のフォトマスクにおける光強度の変化割合は８．３％であり、比較例のフォトマスクにおける光強度の変化割合は２８．２％であった。即ち、実施例のフォトマスクは、比較例のフォトマスクに比べ、近接露光のギャップが変化した場合において、光強度変化割合が小さいことが分かる。

このように、カラーフィルタ基板上に形成するブラックマトリクスの第１ライン部よりも幅広であり、且つ露光光を一部透過させる半透光部を有する本発明のフォトマスクを使用したカラーフィルタの製造方法は、近接露光を行う場合に特に有効である。つまり、本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記のように近接露光ギャップが様々に変化した場合であっても、感光性材料に照射される光強度の変化割合が小さい。よって、近接露光ギャップが様々に変化した場合であっても、感光性材料に対する光強度の変化が少ないため、カラーフィルタ基板上に形成されるブラックマトリクスの第１ライン部の線幅のばらつきを抑制することができる。

１０ 露光装置
２０ 光源ユニット
３０ マスクステージ
４０ ワークステージ
５０ ギャップ調整機構
６０ ＸＹＺθステージ

Claims (6)

1. 線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するラインパターンと、該ラインパターンを囲繞する周辺領域とを形成するために用いられるフォトマスクであって、
   遮光部と、前記ラインパターンに対応する半透光部と、前記遮光部及び前記半透光部を囲繞し、前記周辺領域に対応する透光部とを有し、
   前記半透光部は、前記遮光部の間を埋めるように配設された透過率が３０〜７０％の範囲である特性を有する膜により構成され、当該膜が配設された前記遮光部の間の形状が前記ラインパターンの線幅方向において、前記ラインパターンの前記精細部分よりも幅広であることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記ラインパターンの精細部分の幅をＷｂとし、前記半透光部の幅をＷｓとするとき、前記Ｗｂ及びＷｓが；
   １．２ ≦ Ｗｓ／Ｗｂ ≦ ３
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 近接露光に用いられることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスク。
4. 前記遮光部が互いに間隔をおいてマトリックス状に配列され、隣接する前記遮光部の間の領域に前記半透光部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のフォトマスク。
5. 前記ラインパターンがブラックマトリクスであることを特徴とする請求項１乃至４に記載のフォトマスク。
6. カラーフィルタ基板上に配設された感光性材料を露光した後に現像処理することにより、線幅２μｍ〜１０μｍの精細部分を有するブラックマトリクスと、該ブラックマトリクスを囲繞する周辺領域とを形成するカラーフィルタの製造方法であって、
   マスク基板上に設けた遮光膜及び半透光膜を各々パターニングすることにより、遮光部と、前記ブラックマトリクスに対応する半透光部と、前記遮光部及び前記半透光部を囲繞し、前記周辺領域に対応する透光部とからなる転写パターンが設けられ、前記半透光部が、前記遮光部の間を埋めるように配設された透過率が３０〜７０％の範囲である特性を有する前記半透光膜により構成され、当該半透光膜が配設された前記遮光部の間の形状が前記ブラックマトリクスの線幅方向において、前記ブラックマトリクスの前記精細部分よりも幅広であるフォトマスクに対して、露光光を照射して前記感光性材料を露光する工程と、
   露光後の前記感光性材料を現像して前記ブラックマトリクスを形成する工程と、
   を備えることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。