JP2001133619A - カラーフィルターの製造方法およびカラーフィルター製造用フォトマスクおよび露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブラックマトリックスと着色層の間に隙間がで
きたり、着色層同士の重なりが発生したりしないよう
な、良好な品質の液晶表示素子用カラーフィルターを得
ることが可能な液晶表示素子用カラーフィルターの製造
方法およびカラーフィルターの製造に使用されるフォト
マスクを提供する。 【解決手段】アライメントのねらいにオフセットをかけ
て露光することを特徴とするカラーフィルターの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子用カラ
ーフィルターの製造方法およびカラーフィルターの製造
に使用されるフォトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示素子用カラーフィルター
は、光透過性基板上に形成された赤、緑、青の三原色の
着色層を一絵素として多数の絵素から構成されている。
そして、各着色層間には、表示コントラストを高めるた
めに遮光領域（画面上では、一般に黒色に見えることか
ら、ブラックマトリックスと称されている）が設けられ
ている。

【０００３】ブラックマトリックスは、微細にパターン
ニングされた金属薄膜、あるいは遮光剤により黒く着色
された樹脂をパターンニングすることにより形成される
ことが多い。ブラックマトリクスに用いられている金属
薄膜としては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、及びこれらの酸化
物、窒化物との多層膜等があり、また樹脂としては、エ
ポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミドを含
むポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリビニル系樹脂、ゼラチン等染色可能な動物性
タンパク樹脂などの感光性または非感光性の材料が用い
られることが多い。

【０００４】着色層を形成する方法としては、フォトリ
ソグラフィ法を用いて形成した可染媒体を染色する方
法、感光性の顔料分散組成物を用いる方法、非感光性の
顔料分散組成物をエッチングする方法、パターニングし
た電極を利用した電着法などの他に、低コストの製造方
法として印刷法やインクジェット法で着色部分を形成す
る方法がある。一般的には信頼性や加工精度の点から顔
料分散組成物をフォトリソグラフィ法で加工する方法が
用いられている。

【０００５】フォトリソグラフィ法で顔料分散樹脂の着
色層をパターニングする場合、ブラックマトリックスを
基板に加工してから、それに合わせて着色層をパターニ
ングするのが一般的である。この際、ブラックマトリッ
クス基板と着色層用フォトマスクの位置合わせを厳密に
行わなくてはならない。これがずれると、ブラックマト
リックスと着色層の間に隙間ができて色抜けの欠陥とな
る。また、着色層同士の重なりができて表面凹凸が大き
くなり、液晶表示素子の製造工程においてラビング不良
やセルギャップ不良などの欠陥が生じる可能性がある。
通常、基板と着色層パターニング用フォトマスクそれぞ
れに２カ所ずつアライメントマークが形成されており、
露光工程においてこのアライメントマーク同士を合わせ
ることによってブラックマトリックスと着色層の位置合
わせを行っている。また、ブラックマトリックスがない
場合でも、１色目の着色層をブラックマトリックスに見
立てれば、全く同様の議論ができる。これは以下の記載
においても同様であり、本発明にブラックマトリックス
の存在は必須ではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には露
光機の光学系の歪みや基板の歪みなどの影響により、ア
ライメントマーク位置でブラックマトリックスと着色層
がぴったり一致していても、基板全面で一致していると
は限らず、ずれが生じることがある。この影響でブラッ
クマトリックスと着色層の間に隙間ができて色抜けの欠
陥となったり、着色層同士の重なりができて表面凹凸が
大きくなるなどの欠陥が生じていた。この影響はブラッ
クマトリックスの線幅が、例えば２０μｍ以下などの狭
い時に大きくなり、欠陥の発生率が上昇する。

【０００７】本発明の目的は、上記のような問題を解決
し、ブラックマトリックスと着色層の間に隙間ができた
り、着色層同士の重なりが発生したりしないような、良
好な品質の液晶表示素子用カラーフィルターを得ること
が可能な液晶表示素子用カラーフィルターの製造方法お
よびカラーフィルターの製造に使用されるフォトマスク
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
アライメントのねらいにオフセットをかけて露光するこ
とを特徴とするカラーフィルターの製造方法、により達
成することができる。

【０００９】オフセットの値を決定するのに、パターン
加工した基板から読みとることが好ましく、基板の４隅
のパターンから読みとることをがさらに好ましい。

【００１０】ブラックマトリックスがある場合は、オフ
セットの値を基板４隅のブラックマトリックスと着色層
のパターンのずれから読みとることができる。また、基
板の４隅にあらかじめオフセット読みとり専用マークを
配置しておき、オフセットの値を、このマークから読み
とることもできる。オフセット読みとり専用マークはフ
ォトマスクに入れておけばよい。可能であれば、このマ
ークを、有効エリア外の基板４隅に配置することも有効
である。オフセットの値は各加工ロットで変化すること
も考えられるので、各加工ロット毎にオフセット値を算
出し、オフセットをかけて露光することも有効である。
また、３カ所以上でアライメントをとることを特徴とす
る露光装置、好ましくは基板の４隅でアライメントをと
ることを特徴とする露光装置により実現することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図４は、従来のアライメント方法
の説明図である。

【００１２】また、図５は露光時の基板とフォトマスク
を示す断面図である。

【００１３】フォトリソグラフィ法では、基板５とフォ
トマスク６それぞれに図４に示すようなアライメントマ
ークＡ１（図４（ｆ））、Ａ２（図４（ｂ））（基板全
体図（図４（ｄ））が形成されており、露光工程におい
てこのアライメントマーク同士を合わせることによっ
て、２層のパターンの位置合わせを行い露光している。
マーク位置は、図４（ｄ）に示すように基板長辺の中央
に配置するタイプ以外に、短辺の中央に配置するタイプ
や斜めの２カ所に配置するタイプなど露光装置によって
様々である。位置合わせのねらいは、通常、マーク同士
の中心が重なるように設定する。

【００１４】ところが、このような位置合わせを行って
も、露光機の光学系の歪みや基板の歪みなどの影響によ
り図４に示すポイント１（図４（ｇ））、ポイント２
（図４（ｃ））、ポイント３（図４（ｅ））、ポイント
４（図４（ａ））のように２つの層がずれてしまうこと
がある。本発明は、このずれを補正するため、図１に示
すように、アライメントのねらい値を意図的にずらす、
すなわちオフセットをかけることに特徴を持つ。

【００１５】図１は、本発明のアライメント方法の一例
を示す説明図である。

【００１６】数式で表すと、下式のように、Ａ１でのね
らい値（Ｘ１，Ｙ１）からＸ方向にΔＸ１、Ｙ方向にΔ
Ｙ１オフセットをかけて（Ｘ１’，Ｙ１’）（図１
（ｆ））に、Ａ２でのねらい値（Ｘ２，Ｙ２）からＸ方
向にΔＸ２、Ｙ方向にΔＹ２オフセットをかけて、（Ｘ
２’，Ｙ２’）にする（図１（ｂ））。

【００１７】 Ｘ１’＝Ｘ１＋ΔＸ１ Ｙ１’＝Ｙ１＋ΔＹ１ Ｘ２’＝Ｘ２＋ΔＸ２ Ｙ２’＝Ｙ２＋ΔＹ２ パターンが理想の位置からずれる原因としては様々な理
由が考えられるため、ΔＸ１，ΔＹ１，ΔＸ２，ΔＹ２
は実際に加工した基板のブラックマトリックスパターン
と着色層パターンのずれから決定するのが好ましい。パ
ターンのずれを評価する時には、基板全体のずれを考慮
するために、基板の４隅のパターンのずれを評価するの
が好ましい。４隅とは、真に最外部のパターンでなくて
も良く、全体のパターンの歪みが評価できる程度に外部
であれば良い。

【００１８】パターンずれの評価は、絵素の部分で行う
ことができるが、絵素の外側にパターンずれを評価する
ための、オフセット読みとり専用マークを形成して行っ
ても良い。

【００１９】カラーフィルターの作成方法において、最
後に基板の端部を切断して基板サイズをユーザーの希望
サイズにして最終製品とする場合がある。このようなと
きには上記したオフセット読みとり専用マークを、有効
エリアの外、すなわち最終製品になる領域の外部に設置
することが有効である。これはＬＣＤの作成工程に必要
な種々のユーザーマークに干渉させないためである。

【００２０】アライメントオフセット読みとり用基板の
数は１枚でも良いが、枚数を多くした方がオフセット値
の算出精度が高くなるので好ましい。ただし、あまり多
くすると計測に時間がかかるため３〜１０枚程度が適当
である。複数枚を加工した場合は、各基板のΔＸ１，Δ
Ｘ２を算出した後、枚数分の平均値をとって、ΔＸ１，
ΔＸ２として用いれば良い。また、１回のオフセットで
完全ではなかった場合、あらためてアライメントオフセ
ット用基板を作成して行えば良い。このとき、ΔＸ１，
ΔＸ２はオフセットの初期設定値に依存する相対的な値
なので１回目の値は使用できないが、Ｘ１’、Ｘ２’は
露光機に対する絶対的な値なので、１回目の値も平均し
て利用することができる。これは３回目以降も同様であ
り、繰り返すほど精度は高くなる。また、必要なオフセ
ットの値は各加工ロットで変化することも考えられるの
で、各加工ロット毎にオフセット値を算出し、オフセッ
トをかけて露光することも有効である。

【００２１】また、以上のようにアライメントをする際
に基板から読みとったオフセット値でオフセットをかけ
るという方法は、実際の基板の全体で平均的なアライメ
ントを行う、ということと同じである。したがって、露
光装置のアライメント位置を現状の２カ所より多くし
て、できるだけ基板全体を代表するようにすることと同
等である。このような露光装置を用いれば、加工基板か
ら読みとるオフセット値を考慮しなくても、オフセット
をかけたのと同等の効果が得られる。この場合、アライ
メントの位置としては３カ所以上、好ましくは基板４隅
の４カ所が好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、好ましい実施態様を用いて本発明を更
に詳しく説明するが、用いた実施態様によって本発明の
効力はなんら制限されるものでない。 実施例１ （樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３’，４，４’
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、４、４’−ジ
アミノジフェニルエーテル、及び、ビス（３−アミノプ
ロピル）テトラメチルジシロキサンをＮ−メチル−２−
ピロリドンを溶媒として反応させ、ポリイミド前駆体
（ポリアミック酸）溶液を得た。

【００２３】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザ−を用いて、７０００ｒｐｍで３
０分分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペース
トを調整した。

【００２４】 カーボンブラックミルベース カーボンブラック （三菱化成（株）製“ＭＡ１００”） ４．６部 ポリイミド前駆体溶液 ２４．０部 Ｎ−メチル−２−ピロリドン ６１．４部 ガラスビーズ ９０．０部 ガラス基板（コーニング製、“１７３７材”）に上記ブ
ラックペーストをカーテンフローコーターで塗布し、ホ
ットプレートで１３０℃、１０分間乾燥し、黒色の樹脂
塗膜を形成した。ポジ型フォトレジスト（シプレー社
製、“ＳＲＣ−１００”）をリバースロールコーターで
塗布、ホットプレートで１００℃、５分間プリベイク
し、大日本スクリーン（株）製露光機“ＸＧ−５００
０”を用い、フォトマスクを介して１００ｍｊ／ｃｍ²
紫外線照射して露光した後、２．２５％のテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて、フォトレジ
ストの現像と樹脂塗膜のエッチングを同時に行い、パタ
ーンを形成、メチルセロソルブアセテートでレジスト剥
離し、ホットプレートで３００℃、１０分間加熱するこ
とでイミド化させ、ブラックマトリクス層を形成した。
ブラックマトリクス層の膜厚を測定したところ、１．１
５μｍであり、ＯＤ値は３．３であった。 （着色層形成用ペーストの作成）次に、赤、緑、青の顔
料として各々Color index No.65300 Pigment Red 177で
示されるジアントラキノン系顔料、Color index No.742
65 Pigment Green 36 で示されるフタロシアニングリー
ン系顔料、Color index No.74160 Pigment Blue15-4で
示されるフタロシアニンブルー系顔料を用意した。ポリ
イミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散させて、
赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。 （アライメントオフセット読みとり用基板の作成）次
に、樹脂ブラックマトリクス基板上に赤ペーストをカー
テンフローコータで塗布し、ホットプレートで１３０
℃、１０分乾燥、赤色の樹脂塗膜を形成した。この後、
樹脂ブラックマトリックスの加工時と同様にポジ型レジ
ストを塗布し、ホットプレートで１００℃、５分間プリ
ベイクした。その後、樹脂ブラックマトリックス加工時
と同様に露光を行った。このとき、アライメントオフセ
ット設定値：Ｘ１，Ｘ２をチェックしておく。その後、
２．２５％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水
溶液を用いて、フォトレジストの現像と樹脂塗膜のエッ
チングを同時に行い、パターンを形成、メチルセロソル
ブアセテートでレジスト剥離し、ホットプレートで３０
０℃、１０分加熱することでイミド化させ、赤色着色層
を形成した。赤色着色層のブラックマトリクス開口部に
おける膜厚を測定したところ１．６μｍであった。 （アライメントオフセット値の算出）アライメントマー
クは図４に示すように基板上下の中心にある。この場合
のΔＸ１、ΔＹ１、ΔＸ２、ΔＹ２の値を決定する方法
を以下に説明する。基板の４隅の、赤色着色層パターン
と樹脂ブラックマトリクス開口部とのずれ：α(n),β
(n) を下記のように算出した（図２参照、図２はポイン
トn （絵素部）のずれ量算出方法を示す説明図であ
る）。

【００２５】 Ｘ方向：α(n) ＝（ａ(n) −ｂ(n) ）／２ [n=1〜4] Ｙ方向：β(n) ＝（ｃ(n) −ｄ(n) ）／２ [n=1〜4] ｎは図４、図１中の場所を示す。ａ(n),ｂ(n) は測長機
能付き顕微鏡で測定した。これを使用して基板下辺のオ
フセット値：ΔＸ１, ΔＹ１および基板上辺のオフセッ
ト値：ΔＸ２, ΔＹ２を下式によって算出した。

【００２６】 Ｘ方向：ΔＸ１＝（α(1) ＋α(3) ）／２ ΔＸ２＝（α(2) ＋α(4) ）／２ Ｙ方向：ΔＹ１＝（β(1) ＋β(2) ＋β(3) ＋β(4) ）／４ ΔＹ２＝（β(1) ＋β(2) ＋β(3) ＋β(4) ）／４ これを基に、新しいアライメントオフセット値：Ｘ
１’，Ｙ１’，Ｘ２’，Ｙ２’を下式に従って算出し
た。

【００２７】 （着色層の形成）新しいアライメントオフセット値を露
光機に設定した後、アライメントオフセット計測用基板
を作成したときと同様に赤ペースト塗布から３００℃で
のイミド化までの工程を繰り返し、パターン化された赤
の着色層を形成した。アライメントオフセットをかけた
ことによりブラックマトリックスと赤色着色層パターン
の位置ずれがほとんど無い加工ができた。

【００２８】水洗後、樹脂ブラックマトリクス上に赤色
着色層を形成した基板に緑ペーストを塗布し、赤色着色
層の時と同様にアライメントオフセットをかけてパター
ン加工して緑色着色層を形成した。ブラックマトリクス
開口部での膜厚を測定したところ１．６５μｍであっ
た。アライメントオフセットをかけたことによりブラッ
クマトリックスと緑パターンの位置ずれがほとんど無い
加工ができた。

【００２９】さらに、水洗後、樹脂ブラックマトリクス
層上に赤、緑の着色層を形成した基板上に青ペーストを
塗布し、同様にアライメントオフセットをかけてパター
ン加工して青色着色層を形成した。青色着色層のブラッ
クマトリクス開口部における膜厚を測定したところ１．
６μｍであった。アライメントオフセットをかけたこと
によりブラックマトリックスと青パターンの位置ずれが
ほとんど無い加工ができた。 実施例２ 実施例１においてアライメントオフセットを算出するた
めに着色層とブラックマトリックスのずれを計測する時
に、着色層パターンとブラックマトリクス開口部とのず
れではなく、図３に示す基板４隅のオフセット読みとり
専用マークを使用した（図３はオフセット読み取り専用
マークの一例を示す説明図である）。

【００３０】このマークは絵素の外側に位置し、実質的
に図２と同等の役割を果たすマークである。マーク中に
ａ〜ｄの文字パターンをあらかじめ入れておけば、図２
の場合に比べてずれの評価が容易で間違いが無くなる。

【００３１】その結果、ブラックマトリックスと着色層
とのずれがほとんど無いカラーフィルターを加工するこ
とができた。 実施例３ 実施例１において基板４隅にアライメントマークを設け
たパターンで、基板４隅でアライメントを行う露光装置
で加工を行った。アライメントオフセットはかけていな
い。その結果、ブラックマトリックスと着色層のずれが
ほとんど無いカラーフィルターを加工することができ
た。 比較例１ 実施例１においてアライメントオフセットをかけず、そ
の他は全く同一でカラーフィルターの加工を行った。こ
のとき、ブラックマトリクスと着色層のずれが大きく、
一部でブラックマトリックスの窓に色抜けが生じた。ま
た、一部で着色層同士の重なりが発生した。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示素子用カラー
フィルターの製造において、アライメントのねらいにオ
フセットをかけて露光を行ったので、着色層同士が重な
ったり、色抜けが生じたりしない良好な品質の液晶表示
素子用カラーフィルターを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアライメント方法の一例を示す説明図
（平面図）である。

【図２】各ポイントでのずれ量の算出方法の説明図であ
る。

【図３】オフセット読み取り専用のマーク例である。

【図４】従来のアライメント方法の説明図である。

【図５】露光時の基板とフォトマスクの説明図（断面
図）である。

【符号の説明】

Ａ１，Ａ２：アライメントマーク Ｘ１，Ｘ２ ：Ｘ方向のアライメントねらい値 Ｙ１，Ｙ２ ：Ｙ方向のアライメントねらい値 ΔＸ１，ΔＸ２：Ｘ方向アライメントオフセット値 ΔＹ１，ΔＹ２：Ｙ方向アライメントオフセット値 Ｘ１’，Ｘ２’：オフセット後のＸ方向のアライメント
ねらい値 Ｙ１’，Ｙ２’：オフセット後のＹ方向のアライメント
ねらい値 α(n)[n=1 〜4]：ポイントｎにおけるブラックマトリッ
クスと着色層のずれのＸ方向成分 β(n)[n=1 〜4]：ポイントｎにおけるブラックマトリッ
クスと着色層のずれのＹ方向成分 １：ブラックマトリックスパターン（基板） ２：着色層パターン（フォトマスク） ３：ブラックマトリックスアライメントマーク（基板） ４：着色層アライメントマーク（フォトマスク） ５：基板 ６：フォトマスク ａ(n),ｂ(n),ｃ(n) ｄ(n) ：ポイントｎのブラックマト
リックスパターンと着色層のずれ値算出のための計測値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 BA11 BA43 BA45 BA47 BA48 BB02 BB14 BB24 BB42 2H095 BA03 BA07 BB02 BB13 BB15 BB22 BB34 BC05 BC08 BC11 BD04 BD06 BE03 BE07 2H097 CA12 FA01 KA03 KA12 KA13 KA15 KA20 LA12

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アライメントのねらいにオフセットをかけ
   て露光することを特徴とするカラーフィルターの製造方
   法。
2. 【請求項２】オフセットの値を、パターン加工した基板
   から読みとることを特徴とする請求項１記載のカラーフ
   ィルターの製造方法。
3. 【請求項３】オフセットの値を、基板の４隅のパターン
   から読みとることを特徴とする請求項１記載のカラーフ
   ィルターの製造方法。
4. 【請求項４】オフセットの値を、基板の４隅のブラック
   マトリックスと着色層のパターンのずれから読みとるこ
   とを特徴とする請求項１記載のカラーフィルターの製造
   方法。
5. 【請求項５】オフセットの値を、基板の４隅のオフセッ
   ト読みとり専用マークから読みとることを特徴とする請
   求項１記載のカラーフィルターの製造方法。
6. 【請求項６】オフセットの値を、カラーフィルターの有
   効エリア外の基板４隅に配置されたオフセット読みとり
   専用マークから読みとることを特徴とする請求項１記載
   のカラーフィルターの製造方法。
7. 【請求項７】各加工ロット毎にオフセット値を算出する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のカ
   ラーフィルターの製造方法。
8. 【請求項８】オフセット読みとり専用マークを有するこ
   とを特徴とするカラーフィルター製造用フォトマスク。
9. 【請求項９】オフセット読みとり専用マークをカラーフ
   ィルターの有効エリア外に配置したことを特徴とする請
   求項８記載のカラーフィルター製造用フォトマスク。
10. 【請求項１０】３カ所以上でアライメントをとることを
    特徴とするカラーフィルター製造用露光装置。
11. 【請求項１１】基板の４隅でアライメントをとることを
    特徴とするカラーフィルター製造用露光装置。