TWI395053B

TWI395053B - 灰階罩幕及灰階罩幕毛胚

Info

Publication number: TWI395053B
Application number: TW099103293A
Authority: TW
Inventors: Masaru Mitsui; Michiaki Sano
Original assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2013-05-01
Also published as: KR20120042809A; KR101269364B1; KR20060095522A; JP2011090344A; TW201027235A; TW200639576A; JP5201762B2; KR20090128354A

Description

灰階罩幕及灰階罩幕毛胚

本發明有關於液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display：以下稱為LCD)等之製造時所使用之灰階罩幕之製造方法及灰階罩幕，暨灰階罩幕毛胚。

在先前技術之LCD之領域，提案有削減製造時所需要之光罩片數之方法。亦即，薄膜電晶體液晶顯示裝置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display：以下稱為TFT-LCD)，當與CRT(陰極射線管)比較時，成為容易薄型化，和降低消耗電力為其優點，所以現在急速朝向商品化進行。TFT-LCD所具有之概略構成是使TFT基板構建成在排列成為短陣狀之各個像素，排列有TFT，與各個像素對應地，使排列有紅、綠和藍之像素圖案之彩色過濾器重疊在其下，其間包夾有液晶。在TFT-LCD製造步驟數較多，即使只是TFT基板就要使用5-6片之光罩進行製作。在此種狀況之下，提案有使用4片之光罩進行TFT基板之製造之方法(例如下面所述之非專利文獻1)。

該方法使用具有遮光部、透光部，和半透光部(灰階部)之光罩(以下稱為灰階罩幕)，用來使所用之罩幕片數減少。

圖3和圖4(圖4是圖3之製造步驟之連續圖)表示使用有灰階罩幕之TFT基板之製造步驟之一實例。

在玻璃基板1上形成閘電極用金屬膜，使用光罩，利用光刻處理形成閘電極2。然後，形成閘絕緣膜3，第1半導體膜4(a-Si)，第2半導體膜5(N⁺ a-Si)，源極汲極用金屬膜6，和正型光抗蝕劑膜7(圖3(1))。其次，使用具有遮光部11，透光部12和半透光部13之灰階罩幕10，對正型光抗蝕劑膜7進行曝光、顯像，用來覆蓋在TFT通道部和源極汲極形成區域，及資料線形成區域，和通道部形成區域以比源極汲極區域薄之方式形成第1抗蝕劑圖案7a(圖3(2))。其次，以第1抗蝕劑圖案7a作為罩幕，對源極汲極金屬膜6，和第2、第1半導體膜5、4進行蝕刻(圖3(3))。其次，利用氧將通道部形成區域之薄的抗蝕劑膜以灰化除去，用來形成第2抗蝕劑圖案7b(圖4(1))。然後，以第2抗蝕劑圖案7b作為罩幕，對源極汲極用金屬膜6進行蝕刻，用來形成源極/汲極6a、6b，其次對第2半導體膜5進行蝕刻(圖4(2))，最後將殘留之第2抗蝕劑圖案7b剝離(圖4(3))。

此處所使用之灰階罩幕習知者是以微細圖案形成半透光部之構成，例如如圖5所示，具有與源極/汲極對應之遮光部11a、11b，透光部12，和與通道部對應之半透光部(灰階部)13，半透光部13是形成有遮光圖案13a之區域，由使用灰階罩幕之LCD用曝光機解像限度以下之微細圖案構成。遮光部11a、11b和遮光圖案13a均是由鉻或鉻化合物等之相同材料構成，通常形成相同厚度之膜。使用灰階罩幕之LCD用曝光機之解像限度，在步進式曝光機為大約3μm，在平面鏡投影方式之曝光機為大約4μm。因此，例如，在圖5之半透光部13，透過部13b之空間幅度成為未滿3μm，遮光圖案13a之線幅度成為曝光機之解像限度以下之未滿3μm。

但是，上述之微細圖案型之半透光部，在灰階部份之設計時，實質上用來具有遮光部和透光部之中間之半色調效應之微細圖案，選擇線和空間型，或點(網點)型，或其他之圖案者，另外，在線和空間型之情況，必需考慮線幅成為何種程度，光透過之部份和遮光之部份之比率為何，全體之透過率以何種程度設計等，考慮非常多事情進行設計。另外，在罩幕製造時，線幅之中心值之管理和罩幕內之線幅之變動管理和非常難之生產技術被要求著。

因此先前技術提案有使欲半色調曝光之部份成為半透過性之半色調膜(半透光膜)之方法。使用該半色調膜可以進行使半色調部份之曝光量減少之半色調曝光。經由變更成為半色調膜，在設計時可以只檢討全體之透過率需要何種程度，在罩幕亦可以只選擇是否有半色調膜之膜種和膜厚用來進行罩幕之生產。因此，在罩幕製造時可以只進行半色調膜之膜厚控制，管理比較容易。另外，假如是半色調膜時，因為利用光刻步驟可以容易地進行圖案製作，所以即使是複雜之圖案形狀亦可以製作。

先前技術所提案之半色調膜型之灰階罩幕之製造方法成為如下所述之方法。在此處舉圖6所示之LCD基板用之圖案100作為一實例進行說明。圖案100之構成包含有：由圖案101a、101b構成之遮光部圖案101，在該遮光部101a、101b間之半透光部圖案103；和形成在該等圖案之周圍之透光部圖案102。

首先，準備在透明基板上依序形成有半透光膜和遮光膜之罩幕毛胚，在該罩幕毛胚上形成抗蝕劑膜。其次，進行圖案描繪和顯像，用來在與上述圖案100之遮光部圖案101和半透光部圖案103之對應區域，形成抗蝕劑圖案。其次，利用適當之方法進行蝕刻，藉以將未形成有上述抗蝕劑圖案之與透光部圖案102對應之區域之遮光膜和其下層之半透光膜除去，形成如圖7(1)所示之圖案。亦即，形成透光部202，同時形成與上述圖案100之遮光部和半透光部對應之區域之遮光圖案201。除去殘留之抗蝕劑圖案之後，再度在基板上形成抗蝕劑膜，進行圖案描繪和顯像，這時在與上述圖案100之遮光部圖案101對應之區域形成抗蝕劑圖案。其次，利用適當之蝕刻，只除去不形成抗蝕劑圖案之半透光部之區域之遮光膜。利用此種方式形成圖7(2)所示之與上述圖案100對應之圖案。亦即，利用半透光膜之圖案203形成半透光部，同時形成遮光部之圖案201a、201b。

另外，在下列專利文獻1中，所揭示之構成是利用上述之第2次之光刻步驟，以蝕刻只除去半透光部之區域之遮光膜時，為著防止下層之半透光膜之膜減小，在罩幕毛胚之透明電極上之半透光膜和遮光膜之間設置蝕刻阻擋膜。

(專利文獻1)日本專利特開2002-189281號公報

(非專利文獻1)「月刊FPD智慧(FPD Intelligence)」，1999年5月，p31-35

但是，當依照此種先前技術之灰階罩幕之製造方法時，於遮光膜和半透光膜例如主成分使用相同材料(例如鉻和鉻化合物等)之情況，因為遮光膜和半透光膜之蝕刻特性近似，所以利用上述之第2次之光刻步驟，使用蝕刻只除去半透光部之區域之遮光膜時，很難判斷蝕刻之結束點，當蝕刻不足時會在半透光膜上殘留遮光膜，當蝕刻過度時會發生半透光膜之膜減小，任何一方均有不能獲得所希望之半透光性之問題。因此，需要選擇遮光膜和半透光膜至少蝕刻特性不同之材料之組合，材料選擇之範圍被限制。另外，即使依照此種方式選擇對遮光膜和半透光膜之蝕刻特性不同之材料之組合時，亦不能完全防止上述之半透光膜之膜減小。

在此種情況，如上述專利文獻1所記載之方式，在所使用之罩幕毛胚之透明基板上之半透光膜和遮光膜之間，經由設置蝕刻阻擋膜，即使半透光部區域之遮光膜之蝕刻有稍微進行過度之情況，亦可以防止下層之半透光膜之膜減小。但是，所使用之罩幕毛胚之層構成需要成為半透光膜，蝕刻阻擋膜及遮光膜之3層，需要以3個階段成膜，迫使製造成本升高。另外，因為全體之膜厚變厚，所以寬高比(圖案尺寸和高度之比)變大，其結果是遮光部之圖案形狀或圖案精確變劣，和蝕刻時間變長為其問題。另外，在遮光膜之蝕刻後，當除去殘留之蝕刻阻擋膜時，仍然會產生底層之半透光膜之膜減小之問題。假如使用即使殘留蝕刻阻擋膜亦不會影響半透光膜之透過率之材料時，亦可以不除去而是使其殘留，但是蝕刻阻擋膜之材料和膜厚會受到限制。

可以解決此種問題之灰階罩幕，可以使用本申請人先前提案之灰階罩幕，由設在透明基板上之遮光膜和成膜在其上之半透光膜，用來形成遮光部，半透光部由在半透光部露出對應之區域之成膜在透明基板上之半透光膜形成(日本專利特願2004-65115)。

該灰階罩幕可以以下列之方式製造(參照圖8)。

首先，在玻璃基板等之透明基板21上，例如使用以鉻(Cr)作為主成分之材料形成遮光膜22，在形成有遮光膜22之罩幕毛胚20之上，形成電子射線用之正型抗蝕劑膜，進行指定之圖案描繪和顯像，用來形成抗蝕劑圖案23c(參照圖8(a)、(b))。該抗蝕劑圖案23c在形成半透光部之區域(圖8所示之B之區域)除去抗蝕劑，在形成遮光部之區域(圖8所示之A之區域)和形成透光部之區域(圖8所示之C之區域)使抗蝕劑殘留。

其次，以所形成之抗蝕劑圖案23c作為罩幕，對遮光膜22進行蝕刻，形成遮光部及透光部所對應的遮光膜圖案22b(參照圖8(c))。在對應半透光部之區域(B區域)，透過上述遮光膜22之蝕刻，使底層之透明基板21為露出之狀態。殘留之抗蝕劑圖案23c利用氧之灰化或使用濃硫酸等進行除去(參照圖8(d))。

其次，在以此方式獲得之在透明基板21上具有遮光膜圖案22b之基板上之整面，成膜半透光膜24(參照圖8(e))。利用此種方式，在與半透光部對應之區域，在露出之透明基板21上直接成膜半透光膜24藉以形成半透光部。

其次，再度在整面形成上述正型抗蝕劑膜，進行第2次之描繪。在描繪後使其顯像，在透光部(C區域)除去抗蝕劑，在遮光部和半透光部殘留抗蝕劑，用來形成抗蝕劑圖案23d(參照圖8(f))。

其次，以所形成之抗蝕劑圖案23d作為罩幕，利用蝕刻除去成為透光部之C區域之半透光膜24和遮光膜22b。利用此種方式，遮光部畫成透光部，形成遮光部(A區域)和透光部(C區域)(參照圖8(g))。殘留之抗蝕劑圖案23d使用氧灰化等進行除去(參照圖8(h))。

利用以上之方式可以完成上述灰階罩幕40。

依照此種方式，因為半透光膜是在與半透光部對應區域露出之透明基板上，直接成膜半透光膜，所以在先前技術形成半透光部之情況時，不需要利用蝕刻只除去上層之遮光膜使下層之半透光膜露出，因此遮光膜和半透光膜可以以蝕刻特性相同或近似之膜材料一起形成，膜材料之選擇範圍變大。因此，可以不需要先前技術設在遮光膜和半透光膜之間設置之蝕刻阻擋膜，可以使全體之膜厚變薄，可以使寬高比變小。

但是，在實際實施上述製造方法之情況時，會有下面所述之問題。亦即，在遮光膜和半透光膜之膜材料之蝕刻特性成為相同或近似之情況時，在上述之圖8(g)之步驟，成為透光部之C區域之半透光膜24和遮光膜22b之蝕刻，可以使用相同之蝕刻氣體(乾式蝕刻)或相同之蝕刻液(濕式蝕刻)，一次地或連續地進行處理，但是實際上，在上層之半透明膜24被蝕刻，然後下層之遮光膜22b被蝕刻之期間，進行側面露出之半透光膜(成為半透光部之B區域)之側蝕刻(圖10之D所示之損壞部份)，其結果是會使半透光部之圖案形狀劣化為其問題。

要防止此種半透光膜之側蝕刻時，可以考慮不依照上述方法之利用第1次之蝕刻，蝕刻形成半透光部之區域，利用第2次之蝕刻，蝕刻形成透光部之區域，而是利用第1次之蝕刻，蝕刻形成半透光部和透光部之區域，利用第2次之蝕刻，蝕刻形成透光部之區域，利用以下之方法可以製造同樣之灰階罩幕(參照圖9)。

首先，在玻璃基板等之透明基板21上，使用例如以鉻(Cr)作為主成分之材料，形成遮光膜22，在形成有遮光膜22之罩幕毛胚20之上，形成正型抗蝕劑膜，進行指定之圖案描繪和顯像，形成抗蝕劑圖案23a(參照圖9(a)、(b))。該抗蝕劑圖案23a使形成半透光部之區域(圖9所示之B之區域)和形成透光部之區域(圖9所示C之區域)露出，只在形成遮光部之區域(圖9所示之A之區域)殘留抗蝕劑。

其次，以該抗蝕劑圖案23a作為罩幕，對遮光膜22進行蝕刻，用來形成與遮光部對應之遮光膜圖案22a(參照圖9(c))。在與半透光部和透光部對應之區域，利用上述遮光膜22之蝕刻使底層之透明基板21成為露出狀態。殘留之抗蝕劑圖案23a利用氧氣之灰化或使用濃硫酸等進行除去(參照圖9(d))。

其次，在以上述方式獲得之在透明基板21上具有遮光膜圖案22a之基板上之整面，成膜半透光膜24(參照圖9(e))。

再度在整面形成上述正型抗蝕劑膜，進行第2次描繪。描繪後使其顯像，使透光部(C區域)露出，在遮光部和半透光部殘留抗蝕劑，用來形成抗蝕劑圖案23b(參照圖9(f))。

其次，以所形成之抗蝕劑圖案23b作為罩幕，利用蝕刻除去成為透光部之C區域之半透光膜24(參照圖9(g))。使用氧灰化等除去殘留之抗蝕劑圖案23b(參照圖9(h))。

利用以上之方式完成上述灰階罩幕30。

在使用圖9所示之方法之情況時，在第2次之蝕刻可以只對半透光膜進行蝕刻，不需要如上述圖8所示之方法之在第2次蝕刻依照半透光膜，遮光膜之順序對兩方進行蝕刻。

但是，當使用圖9所示之方法之情況，在遮光膜和半透光膜之蝕刻特性相同或近似時，在對透光部之對應區域之半透光膜24進行蝕刻之步驟(圖9(g))，實際上使鄰接之剖面露出進行遮光膜22a之側蝕刻，如圖11中之D所示會使剖面形狀劣化。

因此，本發明之目的是消除先前技術之問題，提供圖案形狀和剖面形狀良好之半色調膜型之灰階罩幕及其製造方法。

為著解決上述之問題，本發明具有以下之構成。

(構成1)

一種灰階罩幕之製造方法，用來製造具有由遮光部、透光部和半透光部構成之圖案之灰階罩幕，其特徵在於所具備之步驟包含有：在形成於透明基板上之遮光膜之上，形成第1抗蝕劑圖案，藉以形成遮光部；以上述第1抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述遮光膜進行蝕刻，形成遮光膜圖案，將殘留之第1抗蝕劑圖案剝離；在上述遮光膜圖案上形成半透光膜，在其上形成第2抗蝕劑圖案，藉以形成透光部；和以上述第2抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述半透光膜進行蝕刻，形成半透光膜圖案，將殘留之第2抗蝕劑圖案剝離；構成上述半透光膜之材料，對將供上述半透光膜蝕刻用之蝕刻劑，其蝕刻率為比構成上述遮光膜的材料還要大。

(構成2)

如構成1之灰階罩幕之製造方法，其特徵在於上述遮光膜由以鉻(Cr)作為主成分之材料構成，上述半透光膜由含有鉻(Cr)和氮(N)之材料構成。

(構成3)

如構成1或2中之灰階罩幕之製造方法，其特徵在於對於在形成上述半透光膜圖案時之蝕刻中，半透光膜對遮光膜之蝕刻選擇比(半透光膜之蝕刻率/透光膜之蝕刻率)為2以上。

(構成4)

如構成1或2中之灰階罩幕之製造方法，其特徵在於供上述半透光膜圖案形成用之蝕刻所使用之蝕刻液，和供遮光膜圖案形成用之蝕刻所使用之蝕刻液，使用同種之蝕刻液但濃度不同者。

(構成5)

一種灰階罩幕，使用構成1或2中之灰階罩幕之製造方法而獲得，其特徵在於：具有形成在透明基板上之遮光膜圖案，和形成在其上之半透光膜圖案，上述遮光部至少由上述遮光膜圖案之遮光膜形成，上述半透光部由形成在上述半透光膜圖案之上述遮光膜圖案之基板露出部之半透光膜形成。

(構成6)

一種灰階罩幕毛胚，用在構成1或2中之灰階罩幕之製造方法，其特徵在於：在透明基板上具有遮光膜圖案，和形成在該遮光膜圖案上之半透光膜，構成上述半透光膜之材料，對將供上述半透光膜蝕刻用之蝕刻劑，其蝕刻率為比構成上述遮光膜的材料還要大。

依照申請專利範圍第1項時，提供灰階罩幕之製造方法，所具備之步驟包含有：在形成於透明基板上之遮光膜之上，形成第1抗蝕劑圖案，藉以形成遮光部；以上述第1抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述遮光膜進行蝕刻，形成遮光膜圖案，將殘留之第1抗蝕劑圖案剝離；在上述遮光膜圖案上形成半透光膜，在其上形成第2抗蝕劑圖案，藉以形成透光部；和以上述第2抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述半透光膜進行蝕刻，形成半透光膜圖案，將殘留之第2抗蝕劑圖案剝離；因為構成半透光膜之材料，對將供半透光膜蝕刻用之蝕刻劑，其蝕刻率為比構成上述遮光膜的材料還要大，所以在上述半透光膜之蝕刻時，可以抑制剖面所露出的遮光膜之側蝕刻之進行，其結果是可以獲得不只平面所看的圖案形狀良好而且剖面形狀亦良好之灰階罩幕。另外，使用該灰階罩幕製造之LCD等可以得特性良好且高可靠度之優點。

依照申請專利範圍第2項之發明時，上述遮光膜利用以鉻(Cr)作為主成分之材料，上述半透光膜利用含有鉻(Cr)和氮(N)之材料，對於供半透光膜蝕刻用之蝕刻劑，半透光膜之蝕刻率大於遮光膜，在上述半透光膜之蝕刻時，可以抑制剖面露出的遮光膜之側蝕刻之進行，可以獲得圖案形狀和剖面形狀良好的灰階罩幕。

依照申請專利範圍第3項之發明時，經對於在形成上述半透光膜圖案時之蝕刻中，半透光膜對遮光膜之蝕刻選擇比(半透光膜之蝕刻率/遮光膜之蝕刻率)成為2以上，可以特別適合抑制上述半透光膜之蝕刻時之剖面露出的遮光膜之側蝕刻之進行，所以可以獲得圖案形狀和剖面形狀良好之灰階罩幕。

依照申請專利範圍第4項之發明時，供上述半透光膜圖案形成用之蝕刻所使用之蝕刻液，和供遮光膜圖案形成用之蝕刻所使用之蝕刻液，經由使用同種之蝕刻液但濃度不同者，可以容易地調整遮光膜和半透光膜之各個之蝕刻率，使蝕刻控制效率變為良好。

依照申請專利範圍第5項之發明時，利用本發明所獲得之灰階罩幕具有形成在透明基板上之遮光膜圖案，和形成在其上之半透光膜圖案，上述遮光部至少由上述遮光膜圖案之遮光膜形成，上述半透光部由形成在上述半透光膜圖案之上述遮光膜圖案之基板露出部的半透光膜形成，所以可以獲得圖案形狀和剖面形狀良好優點，除此之外，不需要先前技術之形成半透光部時之利用蝕刻只除去上層之遮光膜，使下層之半透光膜露出，不需要先前技術之設在遮光膜和半透光膜之間之蝕刻阻擋膜，可以使全體之膜厚變薄，可以使寬高比減小，於是能提高全體之圖案精確度。

依照申請專利範圍第6項之發明是一種灰階罩幕毛胚，適於使用在本發明之灰階罩幕之製造方法，在透明基板上具有遮光膜圖案，和形成在該遮光膜圖案上之半透光膜，構成半透光膜之材料，對將供半透光膜之蝕刻用之蝕刻劑，其蝕刻率為其構成上述遮光膜的材料還要大。

下面利用實施形態說明本發明。

本發明之灰階罩幕之製造方法是具有由遮光部，透光部和半透光部構成之圖案之灰階罩幕之製造方法，所具有之步驟包含有：在形成於透明基板上之遮光膜之上，形成第1抗蝕劑圖案藉以形成遮光部；以上述第1抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述遮光膜進行蝕刻，用來形成遮光膜圖案，將殘留之第1抗蝕劑圖案剝離；在上述遮光膜圖案上形成半透光膜，在其上形成第2抗蝕劑圖案，藉以形成透光部；以上述第2抗蝕劑圖案作為罩幕，對上述半透光膜進行蝕刻用來形成半透光膜圖案，將殘留之第2抗蝕劑圖案剝離。實質上，可以使用上述之圖9所示之製造方法。因此，再度參照圖9說明本發明。

在本發明中，使用在透明基板21上形成有遮光膜22之罩幕毛胚20(參照圖9(a))。在本發明中，遮光膜22之材料使用鉻(Cr)單體，或考慮到蝕刻特性或對基板之附著力時亦可以使用在鉻含有從氮、碳、氟、氧等選擇之一種或二種以上之元素者。另外，亦可以使用成分不同之膜之疊層膜，或在膜厚方向變化成分之成分梯度膜。另外，遮光膜一般使用在表面或表面/背面具有氧化鉻等之防止反射膜者。另外，遮光膜22之膜厚成為對使用罩幕時之曝光之光具有充分之光學濃度之膜厚。例如，在曝光之光為i線之情況時，最好使具有防止反射膜之遮光膜成為80~110nm程度。

透明基板21使用例如石英基板，但是亦可以使用碱石灰玻璃，無碱玻璃等。透明基板21之大小依照罩幕之使用目的而異，例如對於LSI製造用者使用通常之4~8吋方形者，在LCD用大型基板之情況使用短邊為300mm以上者，例如330mm×450mm~1400mm×1600mm者。

上述罩幕毛胚20可以經由在透明基板21上形成遮光膜22而獲得，其成膜方法。可以適當地選擇蒸著法、濺散法、CVD(化學氣相成長)法等之適於膜種之方法。

在該罩幕毛胚20上之整面，例如形成雷射描繪用之正型抗蝕劑膜，進行指定之圖案描繪和顯像，使形成半透光部之區域(圖9之B區域)和形成透光部之區域(圖9之C區域)露出，只在形成遮光部之區域(圖9之A區域)，殘留有抗蝕劑之抗蝕劑圖案23a(參照圖9(b))。

其次，以該抗蝕劑圖案23a作為罩幕，對遮光膜22進行蝕刻，在形成遮光部之區域，形成對應之遮光膜圖案22a(參照圖9(c))。在與半透光部和透光部對應之區域，利用上述遮光膜22之蝕刻，使底層之透明基板21成為露出之狀態。另外，在遮光膜22之蝕刻時，使用濕式蝕刻，尤其製造大型之液晶裝置製造用之光罩時，有利於成本方面。在遮光膜22之濕式蝕刻時，可以使用通常鉻系薄膜之濕式蝕刻所使用硝酸鈰銨系之蝕刻液。

殘留之抗蝕劑圖案23a使用氧氣灰化，或使用濃硫酸等進行除去(參照圖9(d))。

其次，在以上述方式獲得之透明基板21上，於具有遮光膜圖案22a之基板上之整面，成膜半透光膜24(參照圖9(e))。在本發明中，構成半透光膜24之材料，當與構成上述遮光膜22之材料比較時，對於蝕刻半透光膜24用之蝕刻劑(例如進行濕式蝕刻用之蝕刻液)成為蝕刻率較大之材料。此種半透光膜24之材料，使用在鉻(Cr)添加元素對鉻之蝕刻液使蝕刻率變大(變快)之材料，因為可以適當地調整半透光膜24之蝕刻率，所以較好提升。使蝕刻率變大(變快)之添加元素有氮、氧(另外，氧由於添加方法之不同有時具有使蝕刻率變小(變慢)之作用)等。但是，由於含有氧，膜之結晶顆粒變大，膜應力亦變大，所以利用含有氮用來調整半透光膜之蝕刻率成為較好之一方。在半透光膜使用含有鉻和氮之材料之情況時，鉻和氮之比率最好是在原子比成為Cr：N=50：50~10：90。

另外，半透光膜24最好使用可以利用與上述遮光膜22同種之蝕刻液進行蝕刻之材料。

對於半透光膜24之成膜方法，與上述之遮光膜22之情況同樣地，可以適當地選擇蒸著法、濺散法、CVD(化學氣相成長法)等適於膜種之方法。另外，對於半透光膜24之膜厚，沒有特別之限制，可以以獲得所希望之半透光性之方式，以最佳之膜厚形成也可。另外，在考慮到透過率，蝕刻特性，對遮光膜圖案上之成膜特性、膜應力、膜厚分布等之情況時，適於在通常之30~250之範圍。半透過膜24，在薄膜，例如對曝光之光之i線(365nm)透光部之透過率成為100%之情況時，獲得透過率20~60%程度之半透光性，在形成二種之膜厚之抗蝕劑圖案之情況時，一般設定在40~60%程度，但是半透過膜之透過率不一定要限定在此種方式。半透光部之透過性要設定在何種程度是依照罩幕之使用目的之設計上之問題。半透光膜24之透過率可以利用膜厚和成分(例如氮含量)進行調整。

其次，再在整面形成上述正型抗蝕劑膜，進行第2次之描繪。描繪後使其顯像，使透光部(C區域)曝光，在遮光部和半透光部殘留抗蝕劑，藉以形成抗蝕劑圖案23b(參照圖9(f))。

其次，以所形成之抗蝕劑圖案23b作為罩幕，利用蝕刻除去成為透光部之C區域之半透光膜24(參照圖9(g))。對於半透光膜24之蝕刻亦可以使用濕式蝕刻，在製造尤其是大型之液晶裝置製造用之光罩，有利於成本方面。在半透光膜24之濕式蝕刻時，與上述遮光膜22同樣地，可以使用通常鉻系薄膜之濕式蝕刻所使用之硝酸鈰銨系之蝕刻液。另外，因為利用上述遮光膜22和半透光膜24調整各個之蝕刻率使蝕刻控制效率成為較好，所以亦可以使用同種之蝕刻液但濃度互不相同者。例如，在半透光膜之材料使用於鉻中含有氮者之情況，當供蝕刻遮光膜用之蝕刻液直接使用其濃度時，半透光膜之蝕刻率太快，所以蝕刻控制效率不良，於是最好使用將遮光膜之蝕刻液適當稀釋者。

在本發明中，對於半透光膜24之蝕刻，特好是使半透光膜24對遮光膜22之蝕刻選擇比(半透光膜24之蝕刻率/遮光膜22之蝕刻率)成為2以上。更好是使上述選擇比成為4以下。

殘留之抗蝕劑圖案23b使用氧灰化等除去(參照圖9(h))。

依照上述之方式，利用本發明可以完成灰階罩幕。

在本發明中，構成半透光膜之材料，當與構成遮光膜之材料比較時，對於供蝕刻半透光膜用之蝕刻劑，作為蝕刻率較大之材料，所以當對與上述透光部對應之區域(C區域)之半透光膜24進行蝕刻時(圖9(g))，可以抑制鄰接之遮光部之剖面露出之遮光膜22a之側蝕刻之進行，其結果是可以獲得不只平面看之圖案形狀良好而且剖面形狀亦良好之灰階罩幕。

另外，在本實施形態中，所示之實例是使用正型之抗蝕劑之情況，但是亦可以使用負型抗蝕劑。在此種情況只需要使描繪資料反轉，實施步驟可以與上述者完全相同。

(實施例)

以下舉具體之實施例進行說明。

透明基板使用石英基板，大小為LCD用大型基板大小之330mm×450mm×10mm。

遮光膜之材料使用鉻單體，在透明基板上，以對i線(365nm)可以獲得充分之遮光性之膜厚進行濺散成膜。濺散氣體為Ar 100%。

半透光膜之材料使用含有鉻和氮之材料，在形成有遮光膜圖案之基板上，利用濺散成膜形成。這時，濺散氣體使用Ar和氮(N₂ )之混合氣體，其混合比(體積比)為Ar：N₂ =0：100、20：80、40：60之3種，膜厚成為灰階罩幕之要求特性之一實例之i線之透過率在40~50%之範圍之膜厚，分別成膜為74nm、76nm、78nm。其結果是對於任一膜厚均可以獲得43%附近之透過率。另外，對於膜成分，在濺散氣體成分為Ar：N2=40：60之情況時，Cr：N=大約40：60(原子%比)，在Ar：N₂ =20：80之情況時，Cr：N=大約20：80(原子%比)，Ar：N₂ =0：100之情況時，Cr：N=大約10：90(原子%比)。

使用上述之材料，依照上述之圖9所示之製造步驟，製造灰階罩幕。另外，在遮光膜之蝕刻時，使用硝酸鈰銨系蝕刻液，在半透光膜之蝕刻時，使用以蒸餾水適當稀釋與遮光膜同樣的蝕刻液者。

圖1之圖形表示半透光膜之蝕刻液分別使用2%、4%、6%、9%之稀釋液之情況時之各個濃度之半透光膜之蝕刻率，和膜厚為5nm和20nm之情況時之蝕刻時間之關係。另外，圖1所示之值是上述3種之膜成分之於半透光膜中平均值。

如圖1所示，因為蝕刻液之濃度越低，蝕刻率變成越小，所以可以使蝕刻時間在適當之範圍變長，可以選擇稀釋濃度用來成為蝕刻控制效率良好之蝕刻時間(例如20秒~2分鐘程度)。另外，半透光膜和遮光膜之蝕刻選擇比利用該蝕刻液之稀釋成為不會有大影響。

另外，圖2是使用上述各稀釋液之情況時之半透光膜和遮光膜之平均蝕刻選擇比(半透光膜之蝕刻率(nm/sec)/遮光膜之蝕刻率(nm/sec))，就各個半透光膜之成分(橫軸表示濺散氣體成分)所描繪者。

由圖2之結果可以明白，當半透光膜之成膜所使用之濺散氣體中之N₂ 為60原子%以上時，上述之蝕刻選擇比成為2以上。

另外，當對本實施例所獲得之灰階罩幕之圖案之剖面形狀進行剖面TEM觀察，可以獲得剖面形狀良好者。

另外，圖12是在上述實施例中，對於濺散氣體成分為Ar：N₂ =0：100之膜，和氧化鉻膜，測定為透過率譜之結果之圖形。由該圖形，氮化鉻膜之透過率之波長相關性小於氧化鉻線，即使當使用LCD用曝光裝置所使用之描繪光線(亦包含g線、h線、i線等)之情況，也可以以更均一之遮光，對各個之波長進行曝光。

1．．．玻璃基板

2．．．閘電極

3．．．閘絕緣膜

4．．．第一半導體膜(a-Si)

5．．．第二半導體膜(N⁺ a-Si)

6．．．源極汲極用金屬膜

6a．．．源極

6b．．．汲極

7．．．正型光抗蝕劑膜

7a．．．第1抗蝕劑圖案

7b．．．第2抗蝕劑圖案

10、30、40．．．灰階罩幕

11．．．遮光部

11a．．．遮光部

11b．．．遮光部

12．．．透光部

13．．．半透光部

13a．．．遮光圖案

13b．．．透光部

20．．．罩幕毛胚

21．．．透明基板

22．．．遮光膜

22a．．．遮光膜圖案

23a~23d．．．抗蝕劑圖案

24．．．半透光膜

24a．．．半透光膜圖案

100．．．罩幕圖案

101．．．遮光部圖案

101a、101b．．．圖案

102．．．透光部圖案

103．．．半透光部圖案

201．．．遮光圖案

201a、201b．．．圖案

202．．．透光部

203．．．圖案

D．．．損壞部分

圖1表示半透光膜之蝕刻所使用之蝕刻液濃度，與半透光膜之蝕刻率和半透光膜之膜厚為5nm、20nm之情況時之蝕刻時間之關係。

圖2表示半透光膜之濺散成膜時之濺散氣體成分，與半透光膜之蝕刻時之半透光膜對遮光膜之蝕刻選擇比之關係。

圖3(1)~(3)是概略剖面圖，用來表示使用有灰階罩幕之TFT基板之製造步驟。

圖4(1)~(3)是概略剖面圖，用來表示使用有灰階罩幕之TFT基板之製造步驟(圖3之製造步驟之連續)。

圖5表示微細圖案型之灰階罩幕之一實例。

圖6表示灰階圖案之一實例。

圖7(1)、(2)是罩幕圖案平面圖，用來說明先前技術之灰階罩幕之製造方法。

圖8(a)~(h)是剖面圖，用來表示灰階罩幕之製造步驟之一實例。

圖9(a)~(h)是剖面圖，用來表示灰階罩幕之製造步驟之另一實例。

圖10是剖面圖，用來說明在圖8所示之灰階罩幕之製造步驟中所發生之問題。

圖11是剖面圖，用來說明在圖9所示之灰階罩幕之製造步驟中所發生之問題。

圖12之圖形表示氮化鉻膜和氧化鉻膜之波長與透過率之關係。

20．．．罩幕毛胚

21．．．透明基板

22．．．遮光膜

22a．．．遮光膜圖案

23a．．．抗蝕劑圖案

23b．．．抗蝕劑圖案

24．．．半透光膜

24a．．．半透光膜圖案

30．．．灰階罩幕

Claims

一種灰階罩幕，係具有形成於透明基板上之遮光膜圖案，與形成在其上之半透光膜圖案；遮光部至少藉上述遮光膜圖案的遮光膜而形成；半透光部，藉由形成於上述半透光膜圖案的上述遮光膜圖案的基板露出部之半透光膜所形成者；其特徵在於：上述半透光膜在從i線至g線之曝光波長區域中，透過率變化為1.5%以下。
如申請專利範圍第1項之灰階罩幕，其中，構成上述遮光膜之材料係以鉻為主成分，且構成上述半透光膜之材料含有鉻與氮，其Cr：N的原子比為50：50~10：90。
如申請專利範圍第2項之灰階罩幕，其中，構成上述半透光膜之材料為鉻與氮，其Cr：N的原子比為40：60~10：90。
如申請專利範圍第1至3項中任一項之灰階罩幕，其中，上述透光部的透過率設定為100%之情況下，半透光部的透過率為20~60%。
一種灰階罩幕毛胚，係用來製造具有由遮光部、透光部和半透光部構成之圖案之灰階罩幕者，在透明基板上具有用以形成遮光部之遮光膜圖案，與形成於該遮光膜圖案上之半透光膜，且，上述半透光膜在從i線至g線之曝光波長區域中，透過率變化為1.5%以下。
如申請專利範圍第5項之灰階罩幕毛胚，其中，相較於構成上述遮光膜的材料，構成上述半透光膜之材料為：對供上述半透光膜蝕刻用之蝕刻劑的蝕刻率較大，且蝕刻率比在2以上之材料。