JP2003173015A - グレートーンマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定のグレートーンパターンを少なくとも一
部に有しているグレートーンマスクについて、所定のグ
レートーンパターンの寸法精度を満たすことができるグ
レートーンマスクの製造方法を提供する。 【解決手段】 グレートーンマスクの製造過程で基板に
塗布されるレジスト膜厚の面内分布を±１％以下に抑え
る。これにより、例えば図５に示す所定のグレートーン
パターン３０を少なくとも一部に有しているグレートー
ンマスクについて、所定のグレートーンパターンの寸法
精度を満たすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遮光部と透光部と
の中間の透過量を得るためのグレートーン部を有するグ
レートーンマスクの製造方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型ＬＣＤ（液晶表示装置）用マ
スクの分野において、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の製
造工程においてグレートーンマスクを用いてマスク枚数
を削減する試み（省ＰＥＰ化と称される）がなされてい
る（月刊ＦＰＤ Intelligence，1999年5月）。ここで、
グレートーンマスクは、図８（１）に示すように、遮光
部１と、透光部２と、グレートーン部３とを有する。グ
レートーン部３は、グレートーンマスクを使用する大型
ＬＣＤ用露光機の解像限界以下のパターン寸法を有する
微細遮光パターン３ａを配列した領域であって、この領
域を透過する光の透過量すなわちこの領域による照射量
を一様に低減してこの領域に対応する被転写基板上のフ
ォトレジストの膜厚を他の領域に対し選択的かつ一様に
変えることを目的として形成される。遮光部１と微細遮
光パターン３ａはともにＣｒやクロム化合物等の同じ材
料からなる同じ厚さの膜から通常形成されている。グレ
ートーンマスクを使用する大型ＬＣＤ用露光機の解像限
界は、ステッパ方式の露光機で約３μｍ、ミラープロジ
ェクション方式の露光機で約４μｍである。このため、
例えば、図８（１）でグレートーン部における微細透光
部３ｂのスペース幅を３μｍ未満、露光機の解像限界以
下のパターン寸法を有する微細遮光パターン３ａのライ
ン幅を３μｍ未満とする。上記大型ＬＣＤ用露光機で露
光した場合、グレートーン部３を通過した露光光は全体
として露光量が足りなくなるため、このグレートーン部
３を介して露光したポジ型フォトレジストは膜厚が薄く
なるだけで基板上に残る（このような現象を、グレート
ーン効果と称する）。つまり、レジストは露光量の違い
によって通常の遮光部１に対応する部分とグレートーン
部３に対応する部分で現像液に対する溶解性に差ができ
るため、現像後のレジスト形状は、図８（２）に示すよ
うに、通常の遮光部１に対応する部分１１が例えば約
１．３μｍ、グレートーン部３に対応する部分１３（薄
いレジスト領域）が例えば約０．３μｍ、透光部２に対
応する部分はレジストのない部分１２となる。そして、
レジストのない部分１２で被加工基板の第１のエッチン
グを行い、グレートーン部３に対応する薄い部分１３の
レジストをアッシング等によって除去しこの部分で第２
のエッチングを行うことによって、１枚のマスクで従来
のマスク２枚分の工程を行い、マスク枚数を削減する。

【０００３】上述したグレートーンマスクのようなタイ
プのグレートーンマスクは、ガラス基板上にクロムやク
ロム化合物等からなる遮光膜を形成し、その上に、最も
一般的にはスピンコート法によりレジスト膜を形成した
後、グレートーンパターンデータを含む描画データを描
画してレジスト膜を現像してレジストパターンを形成
し、前記レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッ
チングし、レジストパターンを剥離することにより製造
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したグレートーン
マスクにおいては、グレートーン部における光の透過量
の制御をグレートーンパターンのパターン寸法によって
制御しているため、グレートーンパターンの寸法制御が
厳しく要求される。即ち、基板面内におけるグレートー
ンパターンの線幅寸法にばらつきがでてしまうと、グレ
ートーン領域の面内における透過率のばらつきが生じて
しまう。このような、パターン寸法の面内ばらつきを防
止する方法の一つとして膜厚の面内ばらつきが低いレジ
スト膜を用いてグレートーンパターンを形成することが
考えられる。しかしながら、従来最も一般的に用いられ
ているスピンコート法によるレジストの塗布は、回転に
伴う基板周縁部のレジスト膜の盛り上がりが避けられ
ず、この周縁部の盛り上がりの影響等によりレジスト膜
厚の面内ばらつきの低減に限界があるという問題点があ
った。特に、一辺が３３０ｍｍ以上の大型基板を用いる
必要のある表示装置用のグレートーンマスクを製造する
場合、大面積に亘り均一なレジスト膜厚を形成するのは
困難であった。本発明は上記問題点を鑑みてなされたも
のであり、面内におけるパターン寸法のばらつきを低減
したグレートーンマスクを製造する方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解消すべく鋭意研究開発を行った結果、所定のグレート
ーンパターンの寸法精度（面内ばらつき）を満たすため
には、レジスト膜の少なくともグレートーン部を形成す
る領域内のレジスト膜厚の面内分布を±１％未満に抑え
る必要があることを見い出した。そして、レジスト膜厚
の面内分布を±１％未満に抑えることによって、寸法精
度の面内ばらつきが２０％程度改善され、グレートーン
部における透過率のばらつきを低減でき、その結果、グ
レートーンマスクを用いたパターン転写プロセスの歩留
まりの向上を著しく改善でき、グレートーンマスクを用
いたパターン転写プロセスの実用性を顕著に高めること
ができることを見い出した。なお、レジスト膜厚の面内
分布とは、１つのマスク内のレジスト膜厚を複数点測定
したときの最大膜厚をＴmax、最小膜厚をＴmin、平均膜
厚をＴAverageとしたとき、面内分布（％）＝（Ｔmax−
Ｔmin）／（ＴAverage×２）×１００で定義される。ま
た、本発明においては、レジスト膜厚の測定エリアは、
グレートーン部が形成される領域であり、表示装置製造
用のグレートーンマスクのように、グレートーン部を含
む画素パターンを多数含むグレートーンマスクの場合
は、測定エリアは画素エリア（画素パターンが形成され
るエリア）とし、画素エリア以外の領域にもグレートー
ン部を含む場合は、その領域も含む領域とする。

【０００６】本発明は以下の構成を有する。 （構成１） 遮光部と、透光部と、マスクを使用する露
光機の解像限界以下のパターン寸法を有する遮光パター
ンを形成した領域であってこの領域を透過する露光光の
透過量を低減させるグレートーン部とを有するグレート
ーンマスクの製造方法であって、グレートーンマスクの
製造過程で基板に塗布されるレジスト膜のグレートーン
部が形成される領域内のレジスト膜厚の面内分布を±１
％以下に抑えることを特徴とするグレートーンマスクの
製造方法。

【０００７】（構成２） 前記レジスト膜が、下向きに
保持した基板に対し、毛管状のノズルにより毛細管現象
を用いて上昇したレジスト液をノズル先端を基板上で走
査させることによって塗布されたものであることを特徴
とする構成１記載のグレートーンマスクの製造方法。

【０００８】（構成３） 構成１又は２に記載の製造方
法によって得られた表示装置製造用グレートーンマスク
マスク。

【０００９】（構成４） 構成３に記載のグレートーン
マスクを用いたパターン転写方法。

【００１０】

【作用】上記構成１によれば、レジスト膜厚の面内分布
を±１％以下に抑えることによって、所定のグレートー
ンパターンを少なくとも一部に有しているグレートーン
マスクについて、所定のグレートーンパターンの寸法精
度（面内ばらつき）を満たすことができ、透過率分布の
少ない所定のグレートーンパターンを少なくとも一部に
有しているグレートーンマスクを実現できる。そして、
レジスト膜厚の面内分布を±１％以下に抑えることによ
って、寸法精度の面内ばらつきが２０％程度改善され、
グレートーンマスクを用いてレジスト上にパターン転写
を行った場合グレートーン部についてその領域全体にお
いてレジスト膜厚のばらつきが顕著に改善されるので、
グレートーンマスクを用いたパターン転写プロセスの歩
留まりの向上を著しく改善でき、グレートーンマスクを
用いたパターン転写プロセスの実用性を顕著に高めるこ
とができる。なお、上記レジスト膜厚の面内分布は、±
０．８％以下に抑えることがより好ましく、±０．５％
以下に抑えることがさらに好ましい。

【００１１】上記構成２によれば、レジストコーターの
主流であるスピンコーターではなく、下向きに保持した
基板に対し、毛細管状のノズルにより毛細管現象を用い
て上昇したレジスト液をノズル先端を基板上で走査させ
ることによって塗布させる方式の装置を用いたことによ
り、基板の周縁部にレジスト膜の盛り上がりは形成され
ず、大型の基板であっても再現性良く高歩留まりで基板
上の広範囲におけるレジスト膜厚の両内分布を±１％未
満に抑えることができるため、寸法精度（面内ばらつ
き）が小さいグレートーン部を有するグレートーンマス
クを高歩留まりで製造することが可能である。即ち本発
明においては、ＣＡＰコーターは、毛細管現象及び表面
張力を応用利用した塗布形式を採用するものであれば、
適用可能である。ＣＡＰコーターの原理は、毛管状間隙
を備えたノズルの下部をレジストに浸すと、毛細管現象
によって毛管状間隙内をレジストが上昇し、ノズルの先
端から表面張力によってレジストが突出する。ノズルの
先端近傍で、基板の塗布面を下に向けてゆっくりと移動
させることによって、レジストが塗布される。この種の
装置を開示したものとしては、例えば、特開平６−３４
３９０８号公報に記載された装置や、特開平８−２２４
５２８号公報に記載された装置などがある。

【００１２】上記構成３、４によれば、露光機の解像限
界以下の微細パターンを形成するタイプのグレートーン
マスクは、半透過膜を使用するタイプのグレートーンマ
スク比べ、安価であるので、本発明のグレートーンマス
ク（構成３）及びパターン転写方法（構成４）は、ＬＣ
Ｄ（液晶表示装置）製造用の大型グレートーンマスク
（カラーフィルタや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）作製用
など）やＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）製造用
等の表示装置製造用の大型グレートーンマスク等の安価
な製造方法を実用化する上で必要不可欠である。

【００１３】

【実施例】以下、実施例について説明する。

【００１４】実施例１ 精密研磨されたガラス基板（サイズ３９０×６１０ｍ
ｍ、厚さ６ｍｍ）上に、Ｃｒ膜を１０００オンク゛ストロームの
厚さで成膜し、このＣｒ膜上にＣＡＰコーター（ヒラノ
テクシード社製：Ｃａｐコーター）を用いてレジストを
塗布した。この装置は、図７に示されるような装置であ
り、レジスト液によって満たされた液槽の内部に毛細管
状隙間を備えたノズルを沈めておき、ノズルを上昇させ
ることによって、主表面を下方に向けたフォトマスクブ
ランクの主表面近傍に位置させ、毛細管状隙間から毛細
管現象を利用してノズルの先端に上昇したレジスト液を
フォトマスクブランクの主表面に接液しながら基板を走
行させて、フォトマスクブランク主表面にレジスト膜を
塗布させるものである。基板上の画素エリア３６０×５
８０ｍｍ内全域に均等に配した５×５＝２５ポイントに
おいて、レジスト膜厚を測定した結果を図１に示す。レ
ジスト膜厚の面内分布は、±１％以下であった。次に、
レジストに対してグレートーンパターンを含む画素パタ
ーンの描画（露光）を行い、レジストを現像し、Ｃｒ膜
のエッチングを行い、レジストを剥離して、ＬＣＤ用
（ＴＦＴ製造用）グレイトーンマスクを製造した。尚、
グレートーンパターンは、図５に示すパターンを用い
た。図５は遮光部（遮光パターン）１間のグレートーン
領域３にグレートーンパターン３０を形成した場合であ
る。基板上の画素エリア３６０×５８０ｍｍ内に均等に
配した５×５＝２５ポイントに配置されたパターン３０
の寸法（線幅）をＣＤ測定機で測定した結果を図２に示
す。その結果、設計値寸法Ｄに対し、最大値Ｄmax−最
小値Ｄmin（＝レンジ）は、設計値寸法Ｄの１２％程度
であり、パターン寸法精度（ＣＤ）の面内ばらつきはレ
ンジで１２％程度であった。また、図５に示すパターン
は、すべてのポイントにおいて、パターンのすべての部
分が、きれいに解像されていた。

【００１５】比較例１ 精密研磨されたガラス基板（サイズ３９０×６１０ｍ
ｍ、厚さ６ｍｍ）上に、Ｃｒ膜を１０００オンク゛ストロームの
厚さで成膜し、このＣｒ膜上にスピンコーターを用いて
レジストを塗布した。基板上の画素エリア３６０×５８
０ｍｍ内全域に均等に配した５×５＝２５ポイントにお
いて、レジスト膜厚を測定した結果を図３に示す。レジ
スト膜厚の面内分布は、±２％であった。また、図３か
ら、基板の中心部の膜厚が薄く、外周部にかけて徐々に
膜厚が厚くなっていく傾向が見られた。また、回転塗布
（回転の作用）に起因して、基板の四隅のコーナー部分
の膜厚が厚くなる、フリンジと呼ばれる現象が見られ
た。次に、レジストに対して実施例１と同様のグレート
ーンパターンを含む画素パターンの描画（露光）を行
い、レジストを現像し、Ｃｒ膜のエッチングを行い、レ
ジストを剥離して、ＬＣＤ用グレイトーンマスクを製造
した。基板上の画素エリア内に均等に配した５×５＝２
５ポイントに配置されたパターン３０の寸法（線幅）を
ＣＤ測定機で測定した結果を図４に示す。その結果、設
計値寸法Ｄに対し、最大値Ｄmax−最小値Ｄmin（＝レン
ジ）は、設計値寸法Ｄの１５％程度であり、パターン寸
法精度（ＣＤ）の面内ばらつきはレンジで１５％程度で
あった。また、図５に示すパターンは、すべてのポイン
トにおいて、パターンのすべての部分が、きれいに解像
されていなかった。

【００１６】実施例２及び比較例２ 図５に示すパターンの替わりに、図８に示す微細ライン
＆スペースパターンからなるグレートーンパターンを基
板上のグレートーン部が形成される領域３１０×５１０
ｍｍ内に均等に配した５×５＝２５ポイントに配置した
こと以外は実施例１及び比較例１と同様にして、微細ラ
イン＆スペースパターンの寸法をＣＤ測定機で測定し
た。その結果、実施例２では、比較例２に比べ、グレー
トーン部の領域全体において寸法精度の面内ばらつきが
２０％程度改善され、グレートーンマスクを用いたパタ
ーン転写プロセスの歩留まりの向上を著しく改善でき、
グレートーンマスクを用いたパターン転写プロセスの実
用性を顕著に高めることができた。

【００１７】なお、本発明は上述した実施の形態等に限
定されるものではない。例えば、レジストの種類、レジ
ストの膜厚、等は適宜選択できる。また、遮光膜はＣｒ
に限定されず、公知の遮光膜材料を適宜選択使用でき
る。また、本発明で言う所定のグレートーンパターン
は、図５に示すパターンに限定されない。例えば、図５
に示すパターンの替わりに、図６に示す所定のグレート
ーンパターン３０を遮光部（遮光パターン）１間に形成
する場合にも、実施例１と同様の効果が得られた。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ジスト膜厚の面内分布を±１％以下に抑えることによっ
て、所定のグレートーンパターンの寸法精度を満たすこ
とができ、所定のグレートーンパターンを少なくとも一
部に有しているグレートーンマスクを実現できる。そし
て、レジスト膜厚の面内分布を±１％以下に抑えること
によって、寸法精度の面内ばらつきが２０％程度改善さ
れ、グレートーンマスクを用いてレジスト上にパターン
転写を行った場合グレートーン部についてその領域全体
においてレジスト膜厚のばらつきが顕著に改善されるの
で、グレートーンマスクを用いたパターン転写プロセス
の歩留まりの向上を著しく改善でき、グレートーンマス
クを用いたパターン転写プロセスの実用性を顕著に高め
ることができる。また、露光機の解像限界以下の微細パ
ターンを形成するタイプのグレートーンマスクは、半透
過膜を使用するタイプのグレートーンマスク比べ、安価
であるので、本発明のグレートーンマスク及びパターン
転写方法は、安価なＬＣＤ転写プロセス及び製造方法を
実用化する上で必要不可欠である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるレジスト膜厚測定結
果を示す図である。

【図２】本発明の一実施例におけるグレートーンパター
ンの寸法測定結果を示す図である。

【図３】比較例におけるレジスト膜厚測定結果を示す図
である。

【図４】比較例におけるグレートーンパターンの寸法測
定結果を示す図である。

【図５】本発明の所定のグレートーンパターンの一例を
示す図である。

【図６】本発明の所定のグレートーンパターンの他の例
を示す図である。

【図７】実施例で用いたレジスト塗布装置の模式図であ
る。

【図８】グレートーンマスクを説明するための図であ
り、（１）は部分平面図、（２）は部分断面図である。

【符号の説明】

１、１’遮光部 ２ 透光部 ３ グレートーン部 ３ａ微細遮光パターン ３ｂ 微細透光部 １１遮光部に対応するレジストパターン １２透光部に対応するレジストのない部分 １３グレートーン部に対応する薄いレジスト領域 ３０所定のグレートーンパターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遮光部と、透光部と、マスクを使用する
   露光機の解像限界以下のパターン寸法を有する遮光パタ
   ーンを形成した領域であってこの領域を透過する露光光
   の透過量を低減させるグレートーン部とを有するグレー
   トーンマスクの製造方法であって、 グレートーンマスクの製造過程で基板に塗布されるレジ
   スト膜のグレートーン部が形成される領域内のレジスト
   膜厚の面内分布を±１％以下に抑えることを特徴とする
   グレートーンマスクの製造方法。
2. 【請求項２】 前記レジスト膜が、下向きに保持した基
   板に対し、毛管状のノズルにより毛細管現象を用いて上
   昇したレジスト液をノズル先端を基板上で走査させるこ
   とによって塗布されたものであることを特徴とする請求
   項１記載のグレートーンマスクの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の製造方法によっ
   て得られた表示装置製造用グレートーンマスクマスク。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のグレートーンマスクを
   用いたパターン転写方法。