JPH0749410A

JPH0749410A - 階調マスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0749410A
Application number: JP19596293A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakamura; 中村洋之; Naoya Hayashi; 直也林
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】正確に、効率的に、かつ、安価に製造するこ
とができる透過率が段階的に変化する階調マスク。【構成】透過率が実質的に０％と１００％を含む３段
階以上に空間的に段階的に変化する階調マスクであっ
て、透明基板１１上にクロム化合物１２を透過率が０％
になる膜厚で均一に成膜する工程と、所定部分領域ｃの
クロム化合物膜１２をエッチングにより除去する工程
と、残ったクロム化合物膜の所定部分領域ｂの膜厚を中
間の所定透過率になる膜厚にエッチングする工程とを含
む製造方法により作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過率が段階的に変化
する階調マスク及びその製造方法に関し、特に、カラー
フィルター製造に用いられる階調マスク及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、カラー液晶表示装置等のカラーフ
ィルターの製造方法として、透過率が段階的に変化する
階調マスクを用いて露光回数を減らし、歩留りを向上さ
せる方法が提案されている（特開平５−１１１０６
号）。

【０００３】この方法の概略を図４の工程図を参照にし
て説明する。図４の方法は、予め基板上にフィルター着
色画素間の色の滲みを防止するブラックマトリックスを
設けておく例であるが、同図（ａ）に示したように、ガ
ラス基板１の表面にＩＴＯ等の透明導電膜２を設け、そ
の上にブラックマトリックス３をリソグラフィー技術等
を用いて形成し、その上にフォトレジスト膜４を形成す
る。次いで、同図（ｂ）に示すように、作製するカラー
フィルターの着色画素の寸法配置に対応して透過率が異
なる階調マスク５を、ブラックマトリックス３に整列さ
せて上記基板１に密着又は近接させ、階調マスク５側か
ら均一な露光光６を照射して、フォトレジスト膜４を露
光する。階調マスク５は、例えば、作製するカラーフィ
ルターの赤色の画素に対応する部分ａの透過率は０％で
あり、緑色の画素に対応する部分ｂの透過率は１０％で
あり、青色に対応する部分ｃの透過率は１００％のもの
である。このような階調マスク５を介して一様露光する
と、部分ａに対応するレジスト部分は何ら露光されず、
部分ｂに対応するレジスト部分は幾分露光され、部分ｃ
に対応するレジスト部分は充分に露光される。したがっ
て、フォトレジスト膜４には着色画素位置に応じて露光
量が異なることになる。このようなフォトレジスト膜４
を、同図（ｃ）に示すように、例えば露光量の最も少な
い部分のみを除去する濃度の現像液を用いて現像する
と、階調マスク５の部分ａに対応するレジスト部分のみ
が除去され、その部分の透明導電膜２が露出する。この
状態で、同図（ｄ）に示すように、透明導電膜２に電圧
を印加して電気泳動によりレジスト開口部分の透明導電
膜２露出部に赤色電着膜Ｒを成膜する。次いで、同図
（ｅ）に示すように、フォトレジスト膜４の中間の露光
量部分を除去する濃度の現像液を用いて、階調マスク５
の部分ｂに対応するレジスト部分のみを除去し、同図
（ｆ）に示すように、透明導電膜２に電圧を印加して電
気泳動によりレジスト開口部分で透明導電膜２露出部に
緑色電着膜Ｇを成膜する。同図（ｇ）、（ｈ）におい
て、同様にして、階調マスク５の部分ｃに対応する部分
のブラックマトリックス３がない部分に青色電着膜Ｂを
成膜することにより、同図（ｈ）に示したようなカラー
フィルターが完成する。なお、透過率の階調を４段階に
して、ブラックマトリックス３も同様に製造することも
可能である。

【０００４】従来、このような段階的な中間の透過率を
有する階調マスクを作製するには、例えば真空蒸着法が
用いられるが、上記のようなカラーフィルター作製用の
階調マスクは各領域が５０μｍ程度以下の寸法を有する
場合もあるので、このような微細で正確な形状寸法を有
するものを効率よく、安価に作製することは容易ではな
かった。

【０００５】また、従来の透過率の低いクロム膜では、
元々膜厚が薄いため、エッチングによるグレートーンの
透過率制御（クロム膜厚制御）が難しかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、正確に、効率的に、かつ、安価に製造することがで
きる透過率が段階的に変化する階調マスク及びその製造
方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の階調マスクは、透過率が実質的に０％と１００％を
含む３段階以上に空間的に段階的に変化する階調マスク
において、透過率の段階的な調整が透明基板上に設けた
均一なクロム化合物の膜厚変化によって行われているこ
とを特徴とするものである。

【０００８】この場合、クロム化合物は、クロム酸化
物、クロム窒化物、クロム酸化窒化物、クロム酸化窒化
炭化物の何れかであることが望ましい。

【０００９】なお、この階調マスクは、複数の着色画素
からなるカラーフィルター製造用に用いるのに適してい
る。

【００１０】また、本発明の階調マスクの製造方法は、
透過率が実質的に０％と１００％を含む３段階以上に空
間的に段階的に変化する階調マスクの製造方法におい
て、少なくとも、透明基板上にクロム化合物を透過率が
０％になる膜厚で均一に成膜する工程と、所定部分領域
のクロム化合物膜をエッチングにより除去する工程と、
残ったクロム化合物膜の所定部分領域の膜厚を中間の所
定透過率になる膜厚にエッチングする工程とを含むこと
を特徴する方法である。

【００１１】この場合、クロム化合物は、クロム酸化
物、クロム窒化物、クロム酸化窒化物、クロム酸化窒化
炭化物の何れかであることが望ましい。

【００１２】

【作用】本発明においては、階調マスクの透過率の段階
的な調整を透明基板上に設けた均一なクロム化合物の膜
厚変化によって行うので、各透過率領域が微細であって
も、リソグラフィー技術を利用して正確に、効率的に、
かつ、安価に製造することができ、特に、複数の着色画
素からなるカラーフィルター製造用に適したものであ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の階調マスクとその製造方法を
実施例に基づいて説明する。本発明の階調マスクの基本
原理は、半透明膜を形成できるＣｒＯ_x、ＣｒＮ_x、Ｃ
ｒＯ_xＮ_y、ＣｒＯ_xＮ_yＣ_z等のクロム化合物を透過
率調整膜として用い、その膜厚をリソグラフィー技術を
利用して段階的に変えて透過率を段階的に変化させるこ
とにある。

【００１４】図１は、本発明に基づく階調マスクの第１
実施例の製造工程を説明するための図であり、同図
（ａ）に示すように、透明基板１１上に、膜厚が所定以
上になると透過率が０％になるＣｒＯ_x、ＣｒＮ_x、Ｃ
ｒＯ_xＮ_y、ＣｒＯ_xＮ_yＣ_z等のクロム化合物の膜１
２を透過率が０％になるように成膜する。そして、その
上に電子線レジスト又はフォトレジスト１３を成膜し、
レジスト１３上の透過率を１００％にする部分ｃ（同図
（ｅ）参照）に電子線、レーザー光又はその他の光によ
る露光１４を行う。

【００１５】次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト
１３を現像して露光部分を溶解し、そのレジストパター
ンをマスクとして露出したクロム化合物の膜１２部分を
ドライエッチング又はウエットエッチングにより完全に
除去する。

【００１６】残ったレジストを剥離し、次に、同図
（ｃ）に示すように、再度新たに電子線レジスト又はフ
ォトレジスト１５を成膜し、レジスト１５上の透過率を
１００％にする部分ｃと中間透過率にする部分ｂ（同図
（ｅ）参照）に電子線、レーザー光又はその他の光によ
る露光１６を行う。なお、この際の露光部分を中間透過
率にする部分ｂのみにしてもよい。

【００１７】次に、同図（ｄ）に示すように、レジスト
１５を現像して露光部分を溶解し、そのレジストパター
ンをマスクとして露出したクロム化合物の膜１２部分を
ドライエッチング又はウエットエッチングにより、全部
は除去しないで、今度は中間の厚さまでエッチングす
る。

【００１８】最後に、残ったレジストを剥離して、同図
（ｅ）に示すような階調マスクが完成する。この階調マ
スクの最初にエッチングした部分ｃは、クロム化合物の
膜１２が残っていないので透過率は１００％となり、次
にエッチングした部分ｂは、クロム化合物の膜１２が中
間の厚さであるので透過率は例えば１０％の半透過状態
になる。さらに、何らエッチングしなかった部分ａは、
クロム化合物の膜１２が完全に残っているので透過率は
０％の遮光状態である。

【００１９】このようにして、透過率が空間的に１００
％、中間の任意の状態、０％と３段階で段階的に変化す
る階調マスクを製造することができるが、レジスト成
膜、パターニング、エッチングの工程をさらに１回以上
加えることにより、中間の透過率を２段以上含む階調マ
スクも製造できる。

【００２０】図２は、第２実施例の製造工程を説明する
ための図であり、同図（ａ）に示すように、透明基板１
１上に、膜厚が所定以上になると透過率が０％になるＣ
ｒＯ_x、ＣｒＮ_x、ＣｒＯ_xＮ_y、ＣｒＯ_xＮ_yＣ_z等
のクロム化合物の膜１２を透過率が０％になるように成
膜する。そして、その上に電子線レジスト又はフォトレ
ジスト１３を成膜し、レジスト１３上の透過率を１００
％にする部分ｃと中間透過率にする部分ｂ（同図（ｅ）
参照）に電子線、レーザー光又はその他の光による露光
１７を行う。ただし、この場合は、部分ｃにはより強い
露光量の露光１８を、また、部分ｂにはより弱い露光量
の露光１９を同時に行う。

【００２１】次に、同図（ｂ）に示すように、レジスト
１３のより強い露光量部分を完全に除去する濃度の現像
液で現像するか、現像時間をより強い露光量部分を完全
に除去する時間に選んで現像し、部分ｃに対応する位置
のみのレジスト１３を完全に除去して、そのレジストパ
ターンをマスクとして露出したクロム化合物の膜１２部
分をドライエッチング又はウエットエッチングにより完
全に除去する。

【００２２】次に、同図（ｃ）に示すように、レジスト
１３のより弱い露光量部分を完全に除去する濃度の現像
で現像するか、さらに現像を続けて、部分ｂに対応する
位置のレジスト１３を完全に除去する。

【００２３】次に、同図（ｄ）に示すように、残ったレ
ジストパターンをマスクとして新たに露出したクロム化
合物の膜１２部分をドライエッチング又はウエットエッ
チングにより、全部は除去しないで、今度は中間の厚さ
までエッチングする。

【００２４】最後に、残ったレジストを剥離して、同図
（ｅ）に示すような階調マスクが完成する。この階調マ
スクの最初にエッチングした部分ｃは、クロム化合物の
膜１２が残っていないので透過率は１００％となり、次
にエッチングした部分ｂは、クロム化合物の膜１２が中
間の厚さであるので透過率は例えば１０％の半透過状態
になる。さらに、何らエッチングしなかった部分ａは、
クロム化合物の膜１２が完全に残っているので透過率は
０％の遮光状態である。

【００２５】以上のようにして、透過率が空間的に１０
０％、中間の任意の状態、０％と３段階で段階的に変化
する階調マスクを製造することができるが、この実施例
においては、露光量分布を３段階以上に増やし、それに
応じて現像、エッチングの工程を加えることにより、中
間の透過率を２段以上含む階調マスクも製造できる。

【００２６】本発明の製造方法によれば、階調マスクの
各透過率領域をリソグラフィーの技術によりパターニン
グ及びエッチングして作製するので、液晶表示装置用の
カラーフィルターの着色画素に対応して各領域の寸法が
極めて微細であっても、図４に示したようなカラーフィ
ルター製造に用いる階調マスクを正確に、効率的に、か
つ、安価に製造することができる。

【００２７】以下、本発明の階調マスクの製造方法の具
体的な１実施例について説明する。高純度合成石英上に
スパッタリング法で、以下に示す条件でクロム化合物膜
を成膜し、その膜厚と透過率の関係を調べた。水銀灯ｉ
線波長（３６５ｎｍ）についての膜厚と透過率の関係は
図３に示す通りであった。

【００２８】成膜装置：プレーナー型ＤＣマグ
ネトロンスパッター装置ターゲット：金属クロムガス及び流量：炭酸ガス７０ｓｃｃｍ＋窒素ガス３
０ｓｃｃｍスパッター圧力：３ミリトールスパッター電流：６アンペア次に、このクロム化合物膜のクロム、酸素、窒素、炭素
の組成比をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で調べたとこ
ろ、クロムの原子数を１として、酸素は２．５、窒素は
０．１、炭素は０．４であった。

【００２９】そこで、高純度合成石英上に上記の条件で
クロム化合物膜を４００ｎｍの膜厚で成膜し、次いで、
次のエッチング条件で、図１（ｅ）の部分ｃはクロム化
合物膜を全てエッチングし、部分ｂは膜厚が１４０ｎｍ
になるようにリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）
した。

【００３０】圧力：０．３３Ｔｏｒｒ（４４Ｐａ）ガス及び流量：ＣＨ₂Ｃｌ₂ガス４４ｓｃｃｍ＋酸
素ガス４４ｓｃｃｍＲＦ出力：２４０Ｗエッチング速度：２８．７ｎｍ／ｍｉｎ．得られた階調マスクのクロム化合物膜が除去された部分
ｃの波長３６５ｎｍの光の透過率は１００％、膜厚が１
４０ｎｍにエッチングされた部分ｂの透過率はおよそ１
０％、クロム化合物膜をエッチングしなかった部分の透
過率は０％であり、目的とする階調マスクが得られた。

【００３１】なお、ＣｒＯ_xＮ_yＣ_zの組成比について
は、上記の値は単なる１実施例であり、ｘ＝１〜３、ｙ
＝０．０５〜２．５、ｚ＝０．００５以上の範囲で良好
に使用できる。また、ＣｒＯ_xＮ_yＣ_zの代わりに、Ｃ
ｒＯ_x、ＣｒＮ_x、ＣｒＯ_xＮ_y、ＣｒＣｌ_x等のクロ
ム化合物を用いることもできる。クロム化合物の代わり
に、所定の膜厚以上に成膜した場合に透過率が０％にな
る化合物を用いてもよい。さらに、クロム化合物のエッ
チングのためのリソグラフィー工程は、図１の方法に限
定されるものではなく、種々の変形が可能である。ま
た、本発明による階調マスクは、図４のカラーフィルタ
ーの製造用のみならず、他の用途に用いることもでき
る。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の階調マスク及びその製造方法によると、階調マスクの
透過率の段階的な調整を透明基板上に設けた均一なクロ
ム化合物の膜厚変化によって行うので、各透過率領域が
微細であっても、リソグラフィー技術を利用して正確
に、効率的に、かつ、安価に製造することができ、特
に、複数の着色画素からなるカラーフィルター製造用に
適したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく階調マスクの第１実施例の製造
工程を説明するための図である。

【図２】階調マスクの第２実施例の製造工程を説明する
ための図である。

【図３】クロム化合物膜の膜厚と透過率の関係を示す図
である。

【図４】階調マスクを用いたカラーフィルター製造方法
の概略の工程を示す図である。

【符号の説明】

１１…透明基板１２…クロム化合物膜１３、１６…レジスト１４、１７…露光１５…レジスト１８…強い露光１９…弱い露光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過率が実質的に０％と１００％を含む
３段階以上に空間的に段階的に変化する階調マスクにお
いて、透過率の段階的な調整が透明基板上に設けた均一
なクロム化合物の膜厚変化によって行われていることを
特徴とする階調マスク。
【請求項２】前記クロム化合物がクロム酸化物、クロ
ム窒化物、クロム酸化窒化物、クロム酸化窒化炭化物の
何れかであることを特徴とする請求項１記載の階調マス
ク。
【請求項３】複数の着色画素からなるカラーフィルタ
ー製造用に用いられることを特徴とする請求項１又は２
記載の階調マスク。
【請求項４】透過率が実質的に０％と１００％を含む
３段階以上に空間的に段階的に変化する階調マスクの製
造方法において、少なくとも、透明基板上にクロム化合
物を透過率が０％になる膜厚で均一に成膜する工程と、
所定部分領域のクロム化合物膜をエッチングにより除去
する工程と、残ったクロム化合物膜の所定部分領域の膜
厚を中間の所定透過率になる膜厚にエッチングする工程
とを含むことを特徴する階調マスクの製造方法。
【請求項５】前記クロム化合物がクロム酸化物、クロ
ム窒化物、クロム酸化窒化物、クロム酸化窒化炭化物の
何れかであることを特徴とする請求項４記載の階調マス
クの製造方法。