JP3285167B2 - 階調マスク - Google Patents

階調マスク

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JP3285167B2 JP19596393A JP19596393A JP3285167B2 JP 3285167 B2 JP3285167 B2 JP 3285167B2 JP 19596393 A JP19596393 A JP 19596393A JP 19596393 A JP19596393 A JP 19596393A JP 3285167 B2 JP3285167 B2 JP 3285167B2
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中村洋之
直也 林
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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3の工程図を参照にし
て説明する。図3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、少なくとも透過率が実質的に0%の領域が、
0%と100%以外の所定の透過率を有し、位相差が実
質的に使用波長の半波長又はその奇数倍になる半透明膜
を透明基板上に微細な繰り返しパターン状に設けてなる
ものであり、透過率が0%と100%以外の1つの中間
の値の領域が、前記半透明膜を透明基板上全面に設けて
なるものであることを特徴とするものである。
【0008】この場合、微細な繰り返しパターンの繰り
返しピッチが2μm以下であることが望ましい。
【0009】
【0010】また、半透明膜をクロム化合物から構成す
ることができる。
【0011】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。
【0012】
【作用】本発明においては、少なくとも透過率が実質的
に0%の領域が、0%と100%以外の所定の透過率を
有し、位相差が実質的に使用波長の半波長又はその奇数
倍になる半透明膜を透明基板上に微細な繰り返しパター
ン状に設けてなるものであり、透過率が0%と100%
以外の1つの中間の値の領域が、前記半透明膜を透明基
板上全面に設けてなるものであるので、各透過率領域が
微細であっても、この半透明膜を成膜し、リソグラフィ
ー技術等を利用してこの膜をパターニングするだけで、
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
に適したものとなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の階調マスクを実施例に基づい
て説明する。本発明の階調マスクの基本原理は、半透明
で、しかもその膜が光の位相をシフトさせる作用を有す
る膜を用いて、透過率が実質的に0%の部分と中間の透
過率の部分を形成することにより、空間的に透過率が段
階的に変化する階調マスクを構成することにある。この
ような、半透明で光の位相シフト作用を有する膜の材料
としては、例えば、CrOx 、CrNx 、CrO
x y 、CrOx y z 等のクロム化合物を用いるこ
とができる。
【0014】図1は、本発明に基づく階調マスクの1実
施例の断面図(a)と平面図(b)であり、透明基板1
1上の領域b上には全面に半透明膜12が設けられ、領
域c上にはこのような半透明膜12は配置されていな
い。そして、領域a上には、例えば市松模様状に半透明
膜12が設けられており、その繰り返しピッチをpとす
る。
【0015】半透明膜12は、厚さdで使用波長λでの
屈折率nの半透明材料からなり、その膜厚dと屈折率n
は、Nを1又は奇数として、下記の式(1)を満足する
ように設けられている。
【0016】 (π−π/3)×N≦2π・d(n−1)/λ≦(π+π/3)×N ・・・(1) すなわち、半透明膜12を設けた部分と設けない部分の
位相差がほぼ半波長又はその奇数倍になるようになって
いる。
【0017】また、半透明膜12の透過率は、その厚さ
dにおいて、0%と100%の間の中間の値、例えば1
0%に設定されている。
【0018】このように、半透明膜12は位相差がほぼ
180°又はその奇数倍になっており、しかも、透過率
が所定の値になっている。この両者を同時に所定の値に
するには、例えばCrOx 、CrNx 、CrOx y
CrOx y z 等のクロム化合物の場合、膜12を構
成する材料の組成、組織、構造を変えることにより可能
となる。
【0019】さらに、領域aにおける半透明膜12を設
ける繰り返しピッチpは2μm以下に設定されている。
【0020】本発明の階調マスクは以上のような構成で
あるので、領域bは全面に半透明膜12が設けられてい
るので、透過率は0%と100%の間の中間の値、例え
ば10%であり、領域cは半透明膜12は配置されてい
ないので、透過率はほぼ100%である。これに対し
て、領域aは2μm以下の繰り返しピッチpで市松模様
状に半透明膜12が設けられているので、透過率はほぼ
0%になる。
【0021】この領域aにおいて、透過率がほぼ0%に
なるのは、半透明膜12が配置された位置を通過した光
と、半透明膜12の配置がない位置を通過した光との位
相差がほぼ180°又はその奇数倍になるので、両領域
を通過し、エッジで回折された光が投影面又は像面で実
質的に重なり合い、干渉により相互に打ち消し合うため
である。この繰り返しピッチpがほぼ2μm以下であれ
ば、上記のような現象が起きる。
【0022】領域aの半透明膜12の配置形態として
は、図1(b)に示したような市松模様状である必要は
なく、図2(a)、(b)に例示したような繰り返し模
様状に配置してもよい。
【0023】また、以上においては、半透明膜12を繰
り返し周期pで周期的に配置することにより、透過率が
ほぼ0%の領域aを構成できることを説明したが、半透
明膜12を配置する部分と配置しない部分の面積比を変
えることにより、位相差180°で干渉し合う光の振幅
比を1以外の値にし、0%と100%の間の中間の例え
ば80%の透過率の領域を構成することもできる。した
がって、透過率が実質的に0%と100%を含む4段階
以上のものも構成することができる。
【0024】このような階調マスクを作製するには、リ
ソグラフィーの技術を利用することができる。その一例
を説明すると、膜厚dが前記式(1)を満足し、透過率
が所定の値になる材料、例えばCrOx 、CrNx 、C
rOx y 、CrOx y z 等のクロム化合物を選
び、その膜をその膜厚dで透明基板11上に成膜し、そ
の上に電子線レジスト又はフォトレジストを成膜し、こ
のレジスト膜上の透過率を100%にする領域c及び透
過率を0%にする領域aに、電子線、レーザー光又はそ
の他の光による所定パターンの露光を行い、レジスト膜
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除去し、残った
レジストを剥離することにより、図1に示したような階
調マスクを作製することができる。
【0025】このようなリソグラフィー技術を利用した
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3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。
【0026】以上、本発明の階調マスクを実施例に基づ
いて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定され
ず、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3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。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の階調によると、少なくとも透過率が実質的に0%の領
域が、0%と100%以外の所定の透過率を有し、位相
差が実質的に使用波長の半波長又はその奇数倍になる半
透明膜を透明基板上に微細な繰り返しパターン状に設け
てなるものであり、透過率が0%と100%以外の1つ
の中間の値の領域が、前記半透明膜を透明基板上全面に
設けてなるものであるので、各透過率領域が微細であっ
ても、この半透明膜を成膜し、リソグラフィー技術等を
利用してこの膜をパターニングするだけで、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
のとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく階調マスクの1実施例の断面図
(a)と平面図(b)である。
【図2】透過率0%領域の半透明膜の配置形態の別の例
を示す図である。
【図3】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…半透明膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/20 101 G03F 1/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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、少なくとも透過率が実質的に0%の領域が、0%
    と100%以外の所定の透過率を有し、位相差が実質的
    に使用波長の半波長又はその奇数倍になる半透明膜を透
    明基板上に微細な繰り返しパターン状に設けてなるもの
    であり、透過率が0%と100%以外の1つの中間の値
    の領域が、前記半透明膜を透明基板上全面に設けてなる
    ものであることを特徴とする階調マスク。
  2. 【請求項2】 前記微細な繰り返しパターンの繰り返し
    ピッチが2μm以下であることを特徴とする請求項1記
    載の階調マスク。
  3. 【請求項3】 前記半透明膜がクロム化合物からなるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の階調マスク。
  4. 【請求項4】 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1から3の何れ
    か1項記載の階調マスク。
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