JP2014134566A - カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ用露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光位置調整用マークが遮光性の高い上層用感光性樹脂層覆われたカラーフィルタにフォトマスクを位置合わせして露光する。
【解決手段】カラーフィルタ用基板上にブラックマトリクス下層部を露光位置調整用マークを含むパターンに形成し、前記ブラックマトリクス下層部の上にブラックマトリクス上層用感光性樹脂層を形成し、前記上層用感光性樹脂層の露光位置調整用マーク部の表面を、白色干渉計の二光束干渉式対物レンズの高さ毎に、撮像カメラが撮影して得た干渉光強度の画像データを画像処理手段で記憶し、前記画像データの各画素毎に、該画素が記録する干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し前記上層用感光性樹脂層の高さ形状データを算出し、前記高さ形状データから前記露光位置調整用マークの位置を算出し前記カラーフィルタ用基板の位置を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ用カラーフィルタに、ブラックマトリクスを形成し、ブラックマトリクスのカラーフィルタ画素用開口部にＲＧＢ画素材を形成する、カラーフィルタの製造方法及びカラーフィルタ用露光装置に関する。

フラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）等が知られており、これらのディスプレイをカラー化する方法として、画素毎に赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）等からなる着色画素（ＲＧＢ画素材）を順番に繰り返し配列したカラーフィルタを作製し、各画素の明暗を制御して色の変化を表現している。

かかるカラーフィルタにおいては、コントラストや色純度の低下の原因となる、画素毎の隣接面の重なりによる色の濁りや、隣接面からの光の漏れを防止するために、カラーフィルタ用基板にブラックマトリクスが形成されている。そして、ブラックマトリクスのカラーフィルタ画素用開口部に露出したカラーフィルタ用基板の面にＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素及びフォトスペーサーが積層される。これらとカラーフィルタ用基板との密着性が悪いと剥離事故となる。

フラットパネルディスプレイを構成するカラーフィルタは、詳しくは、特許文献１のように、ガラス基板等のカラーフィルタ用基板上に、表示コントラストを高めるために、光を遮蔽するためのブラックマトリクスが形成され、そのブラックマトリクス線パターンが形成する格子の間のカラーフィルタ画素用開口部に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの各着色画素が形成され、その上層に透明導電膜が形成される。

そのブラックマトリクスを構成する材料は、環境問題などから、従来のクロムに替わり黒色顔料を分散させた感光性樹脂を用い、露光マスクでパターン化することによって形成する方法が多く用いられている。

そのカラーフィルタ用基板のブラックマトリクスの上に、ＲＧＢ画素材のパターン形成用の顔料分散樹脂層を形成する。次に、露光用のフォトマスクによりＲＧＢ画素材のパターンを露光する露光装置が、透過光源、反射光源を用いた撮像カメラで、ブラックマトリクスのパターンで形成された露光位置調整用マークを撮影して画像データを取得する。そして、露光装置は、その画像データを元にして、露光用のフォトマスクに対するカラーフィルタ用基板の相対的な位置合わせを行っている。

特開平１１−５２５６４号公報 特開平９−１８９８９９号公報 特開２０１０−８５４３３号公報

近年、フラットパネルディスプレイの高精細化が進み、そのカラーフィルタにおいて、各着色画素同士を仕切るブラックマトリクス線パターンの線幅の細線化が進み、その線幅は１０μｍ以下、特に６μｍ以下が一般的になっている。更に、近年ではブラックマトリクス線パターンに、４μｍ以下の線幅も要求されている。

ブラックマトリクス線パターンの線幅が細線化すると、ブラックマトリクスとカラーフィルタ用基板間の密着性が低下しハガレが発生しやくすくなる。また、ブラックマトリクスの膜厚を厚くすると、露光光がブラックマトリクスの底面にまで到達しないので、ブラックマトリクスのパターンの形状安定性が悪くなるとともに、ブラックマトリクスのカラーフィルタ用基板への密着性が低下する。

しかし、一方で、フラットパネルディスプレイのカラーフィルタの斜め方向の視認性を改善するアプローチの一つとして、カラーフィルター上のＲＧＢ画素材による各着色画素同士を仕切るブラックマトリクス線パターンの最上部の高さを高くする必要がある。すなわち、フラットパネルディスプレイのＴＦＴ基板側から照射するバックライト光の斜め方向の成分が、ＴＦＴ基板側の画素を通過し後でカラーフィルタの隣接する着色画素に入射する問題を解決するために、ブラックマトリクス線パターンの最上部の高さを高くして、その最上部をＴＦＴ基板に近づける必要がある。そのためにブラックマトリクス線パターンの膜厚を厚くする必要がある。

そのため、カラーフィルター用基板上の着色画素同士を仕切るブラックマトリクス線パターンの膜厚が２〜３μｍになっている。しかし、安定的にブラックマトリクス線パターンを形成できるブラックマトリクス線パターンの膜厚は１〜２μｍであるので、膜厚が厚いブラックマトリクス線パターンを形成することが困難であった。

特許文献２では、この問題の解決策として、第１のブラックマトリクス線パターンの上に第２の遮光層を重ねて、遮光性部材を多層化したブラックマトリクスを形成する方法が提案されている。

遮光性部材を多層化したブラックマトリクスを形成するには、下層のブラックマトリクスのパターンを形成した上に、上層のブラックマトリクスの露光用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスにより上層のブラックマトリクスのパターンを形成する。

その場合は、下層のブラックマトリクスのパターンを基準として、上層のブラックマトリクスのパターンが形成される必要がある。その上層のブラックマトリクスのパターンを形成するために、下層のブラックマトリクスのパターンで形成された露光位置調整用マークを基準にして上層のブラックマトリクスの露光用のフォトマスクを位置合わせする必要がある。

その為には、上層のブラックマトリクスのパターンを形成する露光装置が、カラーフィルター用基板上の下層のブラックマトリクスのパターンの露光位置調整用マークを、撮像カメラで撮影して画像データを取得して、その画像データを元にして、上層のブラックマトリクスの露光用のフォトマスクに対するカラーフィルタ用基板の相対的な位置合わせを行う機構が必要である。

しかし、下層のブラックマトリクスのパターン形成後に、再度、遮光性の高い層を形成してその遮光性の高い層に露光して上層のブラックマトリクスのパターンを形成する場合、下層のブラックマトリクスのパターンで形成した露光位置調整用マークが、上層の遮光性の高い層で覆われた状態で露光機に投入される事となる。その場合は、上層の遮光性の高い層によって露光位置調整用マークが隠されるので、露光位置調整用マークの画像を撮影することができない問題がある。

カラーフィルター用基板と上層のブラックマトリクスの露光用のフォトマスクのサイズ
がほぼ等しい場合は、つまり、カラーフィルター用基板１枚あたりの露光回数が、１工程（１層）あたり１回となる場合であれば、露光位置調整用マークの位置をカラーフィルター用基板の外周部に固定することで、上層に形成する遮光性の高い層を、露光位置調整用マークの位置を避けて形成することで、この問題を回避することができる。

しかし、カラーフィルター用基板上で複数回の露光処理を行なう場合、つまりフォトマスクのサイズに対してカラーフィルター用基板のサイズが大きい大型サイズのカラーフィルター用基板の場合には、この回避策は利用できない。すなわち、大型サイズのカラーフィルター用基板の場合は、カラーフィルター用基板外周部にのみ露光位置調整用マークを配置していたのでは、精度良くカラーフィルター用基板とブラックマトリクスの露光用のフォトマスクの位置合わせを行うことが難しい。そのため、図３のように、カラーフィルター用基板のパターンの領域の内部にも露光位置調整用マーク１５を配置する必要があり、その結果、その露光位置調整用マーク１５の上層に遮光性の高いブラックマトリクス上層用感光性樹脂層が形成され、それによって下層の露光位置調整用マークが隠される。そのため、露光位置調整用マークを撮影することができない。

特許文献３では、この問題を解決するために、露光位置調整用マーク部分を正反射照明で撮像カメラで撮影して、露光位置調整用マーク部分の立体形状の傾斜するエッジ部が暗くなることを利用して露光位置調整用マーク部を検出して位置を算出する方法が提案されている。しかし、この技術では、露光位置調整用マーク部分の表面からの反射光が乱反射することで、エッジ部が暗くなる率が少ないので、露光位置調整用マーク部の検出が難しい問題があった。

本発明の課題は、上記の課題を解決することにあり、すなわち、露光位置調整用マークが遮光性の高い材料で覆われた場合においても、高精度で露光位置調整用マークの位置を検出し露光位置制御を行なうカラーフィルタの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、カラーフィルタ用基板上にブラックマトリクスを形成するカラーフィルタの製造方法であって、カラーフィルタ用基板上にブラックマトリクス下層部を露光位置調整用マークを含むパターンに形成する工程と、前記ブラックマトリクス下層部の上にブラックマトリクス上層用感光性樹脂層を形成する工程と、前記上層用感光性樹脂層の露光位置調整用マーク部の表面を、白色干渉計の二光束干渉式対物レンズの高さ毎に、撮像カメラが撮影して干渉光強度の画像データを得る工程と、前記画像データを画像処理手段で記憶する工程と、前記画像データの各画素毎に、該画素が記録する干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し前記上層用感光性樹脂層の高さ形状データを算出する工程と、前記高さ形状データから前記露光位置調整用マークの位置を算出する工程と、前記カラーフィルタ用基板の位置を調整する工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、このようにして得た高さ形状データから露光位置調整用マークの位置を算出することで、遮光性の高いブラックマトリクス上層用感光性樹脂層で覆われた露光位置調整用マークの位置を確実に測定できる。

また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記露光位置調整用マークの位置を算出する工程が、前記高さ形状データから高さの測定点の高さデータを抽出しカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する処理を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、このように、上層用感光性樹脂層の表面の異なる測定位置の高さのずれから
カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出することで、カラーフィルタ用基板の面の傾きを確実に補正できる。

また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記干渉光強度の画像データを得る工程が、前記露光位置調整用マーク部の近くの測定点Ｂと該露光位置調整用マーク部から離れた位置の測定点Ｃとを含む領域を前記撮像カメラの１画面で撮影し、前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する処理が、前記１画面の画像データで作成した高さ形状データから前記測定点Ｂと前記測定点Ｃの高さを抽出し前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、これにより、１箇所の露光位置調整用マーク部の画面を撮影するだけで、効率良くカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量が算出できる。

また、本発明は、遮光性の高い上層用感光性樹脂層で覆われた露光位置調整用マークを検出しカラーフィルタ用基板とフォトマスクの相対位置を調整しフォトマスクのパターンを前記上層用感光性樹脂層に露光するカラーフィルタ用露光装置であって、前記カラーフィルタ用基板を設置するＸＹテーブルと、前記露光位置調整用マークを覆う前記上層用感光性樹脂層の表面を観察する高さが可変な二光束干渉式対物レンズを有する白色干渉計と、前記二光束干渉式対物レンズで観察した干渉光強度の画像データを撮影する撮像カメラと、制御コンピュータを備え、前記制御コンピュータが、前記画像データを前記二光束干渉式対物レンズの高さ毎に記憶する画像処理手段と、前記画像データの各画素毎に、該画素の干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し高さ形状データを算出する高さ形状計算手段と、前記高さ形状データから前記露光位置調整用マークの位置を算出する露光位置調整用マーク位置算出手段と、を有することを特徴とするカラーフィルタ用露光装置である。

また、本発明は、上記のカラーフィルタ用露光装置であって、前記露光位置調整用マーク位置算出手段が、前記高さ形状データから高さの測定点の高さデータを抽出しカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する手段を含むことを特徴とするカラーフィルタ用露光装置である。

また、本発明は、上記のカラーフィルタ用露光装置であって、前記撮像カメラが、前記露光位置調整用マーク部の近くの測定点Ｂと該露光位置調整用マーク部から離れた位置の測定点Ｃとを含む領域を１画面で撮影し、前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する手段が、前記測定点Ｂと前記測定点Ｃの高さデータを抽出し前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出することを特徴とするカラーフィルタ用露光装置である。

本発明によれば、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層の露光位置調整用マーク部の表面を白色干渉計の二光束干渉式対物レンズで観察した干渉光強度の画像データを撮像カメラが撮影し二光束干渉式対物レンズの高さ毎の画像データを画像処理手段で記憶する。そして、画像データの各画素毎に、その画素が記録する干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し上層用感光性樹脂層の高さ形状データを算出する。その高さ形状データから露光位置調整用マークの位置を算出することで、遮光性の高いブラックマトリクス上層用感光性樹脂層で覆われた露光位置調整用マークの位置を確実に測定できる効果がある。

また、本発明によれば、上層用感光性樹脂層の高さ形状データを用いて上層用感光性樹脂層の表面の異なる測定位置の高さのずれからカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を
算出しカラーフィルタ用基板の面の傾きを確実に補正することができる効果がある。

（ａ）本発明の実施形態のカラーフィルタのブラックマトリクス１１０のパターンを示す平面図である。（ｂ）同平面図のブラックマトリクス１１０のパターンのＥ部の断面図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。 （ａ）本発明の実施形態のカラーフィルタのブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンの露光位置調整用マークを示す平面図である。（ｂ）同平面図のブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンのＦ部の露光位置調整用マークの側断面図である。（ｃ）露光位置調整用マークの上にブラックマトリクス上層用感光性樹脂層を形成した基板の側断面図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタ用露光装置の概略を説明する装置構成図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタ用露光装置の制御コンピュータのブロック構成図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタ用露光装置における干渉光強度のピーク位置を求める概念を示す説明図である。（ａ）測定点Ａの干渉光強度のグラフである。（ｂ）測定点Ｂの干渉光強度のグラフである。（ｃ）露光位置調整用マーク部の側断面図である。（ｄ）露光位置調整用マーク部と測定点の位置を示すの平面図である。（ｅ）変形例１における露光位置調整用マーク部と測定点の位置を示す平面図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。 本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す側断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態のカラーフィルタ１００の構成を以下に説明する。本実施形態のカラーフィルタ１００のブラックマトリクス１１０は、図１（ｂ）のように、ブラックマトリクス下層部１１０ａにブラックマトリクス上層部１１０ｂを重ねた２層構成を成す。そのブラックマトリクス１１０は、図１（ａ）のように、カラーフィルタ１００の表示領域部における、幅（Ｗ）が３〜３０μｍ程度のブラックマトリクス線パターン１２と、その表示領域部の周辺に形成した額縁部１３のパターンからなる。ブラックマトリクス線パターン１２の間にはカラーフィルタ画素用開口部１４があり、そのカラーフィルタ画素用開口部１４には、ＲＧＢ画素材１３０を充填した画素部があり、更に、その上に、図８のように、透明電極１４０のパターンを形成してカラーフィルタ１００を仕上げる。

このブラックマトリクス１１０は、図１（ａ）の平面図のように、周囲をカラーフィルタ用基板１２０の余白部１１で囲まれたブラックマトリクス１１０のパターンを設ける。ブラックマトリクス１１０は、例えば幅を５μｍのブラックマトリクス線パターン１２を格子状に形成する。そのブラックマトリクス線パターン１２に囲まれたカラーフィルタ画素用開口部１４には、当初は、カラーフィルタ用基板１２０の面が露出する。そのカラーフィルタ画素用開口部１４の形状を例えば短辺２０μｍ×長辺７０μｍの長方形に形成する。そして、そのカラーフィルタ画素用開口部１４には、図８のように、ＲＧＢ画素材１３０を充填して画素部を形成する。

（カラーフィルタの製造方法）
以下で第１の実施形態によるＬＣＤ用のカラーフィルタ１００の製造方法を、図２と図３の断面図を参照して説明する。

（カラーフィルタ用基板）
先ず、図２（ａ）に示すように、ソーダ石灰ガラス基板、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス基板からなるカラーフィルタ用基板１２０を、規定の寸法で製造する。カラーフィルタ用基板１２０の板厚は０．７ｍｍを中心に０．３５ｍｍ〜１．１ｍｍのものを準備する。

（ブラックマトリクス用感光性樹脂組成物）
次に、そのカラーフィルタ用基板１２０の上面に、先ずブラックマトリクス下層部１１０ａを形成するために黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂組成物を塗布してブラックマトリクス用感光性樹脂層２０を形成する。

黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂組成物は、バインダ樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散剤を用いて分散させ、この分散液に、エチレン性不飽和二重結合を分子内に少なくとも１個有する化合物と、光重合開始剤と、チオール基に対してα位および／またはβ位の炭素で分岐した構造を有するチオール化合物と、溶剤を添加して高感度の感光性樹脂組成物を調整する。

この黒色のブラックマトリクス用感光性樹脂組成物を塗布して形成したブラックマトリクス用感光性樹脂層２０は、そのバインダ樹脂が光重合、又は熱重合、或は光重合及び熱重合を経て、三次元架橋されて、膜強度が優れ且つ高遮光性のブラックマトリクス下層部１１０ａを得ることができる。

（工程１：ブラックマトリクス下層用感光性樹脂層の形成工程）
カラーフィルタ用基板１２０上にブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンを露光・現像処理により形成する手段として、まず、図２（ｂ）のように、カラーフィルタ用基板１２０上に、黒色の感光性樹脂組成物をスピンナー法、バーコート法、ロールコート法、カーテンコート法等を用いて均一に塗布し、乾燥して、例えば０．８μｍの厚さのブラックマトリクス用感光性樹脂層２０を形成する。

乾燥は風乾、減圧乾燥、あるいはホットプレート、オーブンなどによる加熱乾燥によって行う。加熱によって乾燥するときは、１００℃以下で行うことが望ましい。この時の温度が高すぎたり、乾燥時間が長すぎると、一部重合あるいは架橋が起こり、未露光部の現像液に対する溶解性が低下し、いわゆる焼きつきを引き起こすことがあるので好ましくない。好ましくは、９０℃で２０分のプリベークを行う。

（工程２：ブラックマトリクス下層パターン露光工程）
次に、図２（ｃ）のように、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２０にブラックマトリクス下層形成用フォトマスク３１０のパターンを投影・露光する。ブラックマトリクス下層形成用フォトマスク３１０は、フォトマスク用透明基板３１１の表面に開口部用遮光パターン３１２が形成されている。その露光により、ブラックマトリクス下層形成用フォトマスク３１０を透過した光が、露光したブラックマトリクス用感光性樹脂層２０の部分に光架橋反応を起こさせる。

詳しくは、ブラックマトリクス下層形成用フォトマスク３１０を、その開口部用遮光パターン３１２の遮光膜がカラーフィルタ１００のブラックマトリクス用感光性樹脂層２０から１００μｍの露光ギャップＨを隔てて対向するように配置し、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いて１００ｍＪ／ｃｍ^２の光密度の紫外線を照射する。

（工程３：加熱処理）
次に、図２（ｄ）のように、カラーフィルタ用基板１２０をホットプレート４００上に
載せ、温度７０℃〜１５０℃、時間１５秒〜５分の加熱処理にて酸の触媒反応を利用して、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２０の、ブラックマトリクス線パターン１２の部分と、カラーフィルタ１００の周辺部の額縁部１３と、露光位置調整用マーク１５のパターンの部分に架橋反応を起こさせる。

（工程４：ブラックマトリクス下層の現像工程）
次に、図２（ｅ）のように、そのブラックマトリクス用感光性樹脂層２０を現像することで、架橋反応していない感光性樹脂部分２１を除去する。それにより、図３（ａ）の平面図のようにカラーフィルタ用基板１２０上にブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンを形成する。

詳しくは、図２（ｅ）のように、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２０にブラックマトリクス下層形成用フォトマスク３１０のパターンを露光したカラーフィルタ用基板１２０の面上にアルカリ現像液３０の層を形成して現像処理を行う。それにより、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２０のうち、架橋反応していない感光性樹脂部分２１を除去する。

現像液３０には、例えば、界面活性剤と、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等の無機アルカリ溶液、トリエチルアミン等のアルキルアミン類、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド等の第４級アンモニウム塩等の混合液が適用できる。

それにより、図２（ｆ）の断面図と図１の平面図のように、カラーフィルタ用基板１２０上に、厚さ１〜２μｍのブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンを形成する。すなわち、ブラックマトリクス線パターン１２と額縁部１３を形成し、ブラックマトリクス線パターン１２に囲まれたカラーフィルタ画素用開口部１４のパターンを形成する。このブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンには、図３（ａ）の平面図と図３（ｂ）の側断面図のように、露光位置調整用マーク１５も形成する。

（工程５：熱処理）
次いで、２００℃で３０分間の熱処理を行ってパターニングされた黒色レジストを硬化させる。

（工程６：ブラックマトリクス上層用の感光性樹脂層２２の形成工程）
次に、図３（ｃ）の側断面図及び図７（ｇ）の側断面図のように、カラーフィルタ用基板１２０のブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンの上に、工程１と同様にして、ブラックマトリクス用感光性樹脂層２０の材料と同じ黒色の感光性樹脂組成物を均一に塗布し乾燥する。それにより、例えば０．８μｍの厚さのブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２を形成する。次に、９０℃で２０分のプリベークを行う。

これにより、図３（ｃ）のように、ブラックマトリクス下層部１１０ａのパターンで形成した露光位置調整用マーク１５の上に、露光位置調整用マーク１５の厚さの段差を有する形にブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２が形成される。これにより、露光位置調整用マーク１５を覆うブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の段差を有する部分の露光位置調整用マーク部１５ａを形成する。

（工程７：ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の位置合わせ工程）
次に、図４のように、カラーフィルタ用基板１２０をカラーフィルタ用露光装置２００のＸＹテーブル２１０上に載置して、ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の位置合わせを行う。

（カラーフィルタ用露光装置）
以下、図４から図６を参照して、カラーフィルタ用露光装置２００を用いて、露光位置調整用マーク部１５ａの高さ形状を測定して、カラーフィルタ用基板１２０とブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０との位置合わせを行う一連の動作について説明する。

カラーフィルタ用露光装置２００は、図４の構成図と図５のブロック図のように、ＸＹテーブル２１０と、白色干渉計２２０と、ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ２３０と、制御コンピュータ２４０と露光用光源（図示せず）を備えている。ここで、カラーフィルタ用露光装置２００には、白色干渉計２２０の替りにレーザー干渉計等を用いることもできる。白色干渉計２２０やその代替として用いるレーザー干渉計等の光の干渉を利用した画面高さ測定装置は、０．５μｍ程度の高さ分解能を持つ画面高さ測定装置が使用できる。

（露光位置調整用マーク部１５ａの高さ形状の測定）
制御コンピュータ２４０が、テーブル駆動制御手段２４６を用いてＸＹテーブル２１０に載置したカラーフィルタ用基板１２０をＸＹ方向に駆動することで、カラーフィルタ用基板１２０の露光位置調整用マーク部１５ａを、カラーフィルタ用露光装置２００の白色干渉計２２０のミラウ型二光束干渉式対物レンズ２２１の直下に移動する。

（白色干渉計）
次に、カラーフィルタ用露光装置２００の白色干渉計２２０が、以下のようにして、露光位置調整用マーク部１５ａの表面のブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の高さ形状を測定し、制御コンピュータ２４０が、その下の露光位置調整用マーク１５の中心位置を算出する。

図４により白色干渉計２２０の構造を説明する。白色干渉計２２０は、白色光を照射する光源となる白色ＬＥＤ等の白色光源２２２と、白色光源２２２の照射方向下流側に設けられたレンズ２２３によって、白色光を平行光に変換する。また、白色干渉計２２０には、レンズ２２３の下流側にハーフミラー２２４を設け、ハーフミラー２２４の下にミラウ型二光束干渉式対物レンズ２２１を有する。

ハーフミラー２２４は、レンズ２２３から出射した白色光を直角に反射させて下のミラウ型二光束干渉式対物レンズ２２１に向ける一方、カラーフィルタ用基板１２０から反射した反射光がミラウ型二光束干渉式対物レンズ２２１を上方向に逆行した光を透過させて撮像カメラ２３０へ導く。撮像カメラ２３０は、カラーフィルタ用基板１２０を二光束干渉式対物レンズ２２１で観察して撮像する。

ここで撮像カメラ２３０は、例えば、露光位置調整用マーク１５の幅を５画素で観察し、縦５００画素、横５００画素で表面を観察する。すなわち、露光位置調整用マーク１５の幅の１００倍くらいの、露光位置調整用マーク１５と比較して十分広い領域を撮影させる。それにより、露光位置調整用マーク１５と比較して十分広い領域のブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の高さを測定できる効果がある。撮像カメラ２３０に、露光位置調整用マーク１５と比較して十分広い領域を撮影させることで、白色干渉計２２０の位置を露光位置調整用マーク１５に対して位置合わせするために必要な精度の条件を緩くでき、その位置合わせを効率化できる効果がある。

ミラウ型二光束干渉式対物レンズ２２１は、高さ形状の測定の際にピエゾＺ軸テーブル２２５によってＺ軸方向（上下方向）に微小距離移動させる。すなわち、ピエゾＺ軸テーブル２２５は、制御コンピュータ２４０がピエゾ駆動制御手段２４１により駆動制御して
上下方向に移動させる。

二光束干渉式対物レンズ２２１は、レンズ２２６で収束させた白色光をその下のカラーフィルタ用基板１２０上の露光位置調整用マーク部１５ａに照射し、その露光位置調整用マーク部１５ａで反射して光路を逆行して下から二光束干渉式対物レンズ２２１に入射した白色光と、以下のようにして参照ミラー２２７で反射させた白色光との、二光束を干渉させてレンズ２２６を通して撮像カメラ２３０に導く。すなわち、参照ミラー２２７で反射させる白色光は、先ず、二光束干渉式対物レンズ２２１がレンズ２２６で収束させて下に向かわせた白色光を対物レンズ下ハーフミラー２２８で上に反射させて参照ミラー２２７に導き、参照ミラー２２７で下に反射させて再度対物レンズ下ハーフミラー２２８で上に反射させてレンズ２２６を通して撮像カメラ２３０へ導く。

すなわち、対物レンズ下ハーフミラー２２８は、参照ミラー２２７で反射した白色光と、露光位置調整用マーク部１５ａで反射した白色光とを再び同一の経路にまとめる。このとき、参照ミラー２２７から対物レンズ下ハーフミラー２２８までの距離ｄ１と、対物レンズ下ハーフミラー２２８から露光位置調整用マーク部１５ａまでの距離ｄ２との距離の差に応じた干渉現象により干渉縞模様を持つ画像が発生する。そのように干渉した白色光を、レンズ２２６を通してその上のハーフミラー２２４を通過させて撮像カメラ２３０に入射させる。

ここで、対物レンズ下ハーフミラー２２８から露光位置調整用マーク部１５ａまでの間にブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０を介在させて露光位置調整用マーク部１５ａの高さを測定しても良い。その場合、露光位置調整用マーク部１５ａの高さを、ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の厚さにより変わる光学的距離を補正して計算する必要があるが、露光位置調整用マーク部１５ａの狭い範囲内だけで１つの露光位置調整用マーク部１５ａだけの高さ形状を測定する場合は、高さの補正値が一定になるので、その高さ補正計算を省略しても実用上支障が無い。

（制御コンピュータ）
図６に制御コンピュータ２４０によるデータ処理のブロック構成図を示す。制御コンピュータ２４０は、白色干渉計２２０のピエゾＺ軸テーブル２２５をピエゾ駆動制御手段２４１で駆動して二光束干渉式対物レンズ２２１の高さを上から下に変える。ピエゾＺ軸テーブル２２５を上から下に移動させる高さの範囲を２０μｍにし、その高さを２５６分割した位置毎に、撮像カメラ２３０でブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の干渉縞模様の画像を撮影する。すなわち、高さを０．０７７５μｍ刻みで分解して、各高さで、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の干渉縞模様の画像を撮像カメラ２３０で撮影することで、以下のようにして高さ形状を測定する。

（画像処理手段）
ピエゾＺ軸テーブル２２５の各高さの移動位置毎に、撮像カメラ２３０で、露光位置調整用マーク部１５ａの、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の白色光の干渉縞模様を撮影する。そして、撮像カメラ２３０は、その白色光の干渉縞模様の画像データを画像処理手段２４２に送信して、画像処理手段２４２で記憶させる。それにより、ピエゾＺ軸テーブル２２５の移動位置の、２５６枚の画像データを画像処理手段２４２が記憶する。

（高さ形状計算手段）
制御コンピュータ２４０の高さ形状計算手段２４３が、画像処理手段２４２が記憶する２５６枚の干渉縞模様を持つ画像データから、図６（ａ）又は図６（ｂ）のようにピエゾＺ軸テーブル２２５の高さを横軸にしたグラフで表わされる、１つの画素毎の干渉光強度
のデータを取り出す。図６（ａ）は、露光位置調整用マーク部１５ａの最上部の測定点Ａに対応する１つの画素の、ピエゾＺ軸テーブル２２５の高さ毎の干渉干渉光強度をあらわす。図６（ｂ）は、露光位置調整用マーク部１５ａの下部の測定点Ｂに対応する１つの画素の、ピエゾＺ軸テーブル２２５の高さ毎の干渉光強度をあらわす。また、図６（ｄ）の平面図で、露光位置調整用マーク部１５ａの測定点ＡとＢの位置をあらわす。

制御コンピュータ２４０の高さ形状計算手段２４３が、図６（ａ）及び図６（ｂ）のような、撮影した画面の各画素毎の、ピエゾＺ軸テーブル２２５の各高さでの干渉光強度のデータから、干渉光強度のピークを与えるピエゾＺ軸テーブル２２５の高さを表面高さデータとして算出する。そして、露光位置調整用マーク部１５ａの画素毎の表面高さデータを集合させて高さ形状データとして記憶する。

（カラーフィルタ用基板の露光位置調整用マークの位置の算出）
制御コンピュータ２４０は、こうして、テーブル駆動制御手段２４６を用いてＸＹテーブル２１０に載置したカラーフィルタ用基板１２０をＸＹ方向に駆動することで、その露光位置調整用マーク部１５ａをカラーフィルタ用露光装置２００の白色干渉計２２０の二光束干渉式対物レンズ２２１の直下に移動する。そして、以上の、高さ形状データを作成する処理を行う。この処理を、例えば、２箇所の露光位置調整用マーク部１５ａについて行い、それらの高さ形状データを作成する。

次に、制御コンピュータ２４０のマーク位置算出手段２４４が、露光位置調整用マーク部１５ａの高さ形状データから、上に突出した部分の輪郭線データを演算する。そして、その輪郭線データの中心位置を露光位置調整用マーク１５の中心位置を算出してマーク位置データとして記憶する。

（カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量の算出）
また、マーク位置算出手段２４４が、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の異なる測定位置の測定点Ｂ同士の高さのずれからカラーフィルタ用基板１２０の高さのずれを算出する。そして、その高さのずれのデータに基づいて、カラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正量を算出する。

本実施形態は、こうして、高さ形状計算手段２４３が、画像処理手段２４２が記憶する２５６枚の画像データから露光位置調整用マーク部１５ａのブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の高さ形状データを作成し、マーク位置算出手段２４４が、その高さ形状データを用いてマーク位置データを算出する。それにより、遮光性の高いブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２で覆われた露光位置調整用マーク１５の位置を確実に測定できる効果がある。

（変形例１）
ここで、マーク位置算出手段２４４がカラーフィルタ用基板１２０の面の傾きを算出する変形例１として、以下のようにすることもできる。すなわち、撮像カメラ２３０が１つの露光位置調整用マーク１５の部分のみを撮影し、制御コンピュータ２４０がその画像データを演算して、位置合わせ制御手段２４５が以下のようにしてカラーフィルタ用基板１２０とブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の相対位置ずれ量を算出しても良い。すなわち、図６（ｅ）のように、撮像カメラ２３０が、露光位置調整用マーク１５の近くの露光位置調整用マーク部１５ａと、その露光位置調整用マーク１５から十分離れた位置の測定点Ｃとを含む領域を１画面で撮影し、その１画面の画像データを画像処理手段２４２が記憶する。そして、高さ形状計算手段２４３が、その画像データから高さ形状データを作成する。

次に、マーク位置算出手段２４４が、その１画面の画像データによる高さ形状データから、露光位置調整用マーク部１５ａの近くの下部の測定点Ｂの高さと、露光位置調整用マーク部１５ａから離れた位置の測定点Ｃの高さのデータを抽出する。そして、測定点Ｂと測定点Ｃの高さに基づいて、カラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正量を算出する。

本変形例１は、このように撮像カメラ２３０が１つの領域のみを撮影し、制御コンピュータ２４０がその画像データを演算してカラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正量を算出するので、１箇所の露光位置調整用マーク部１５ａの画面を撮影するだけで効率的にカラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正量が算出でき、カラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正にかかわる製造コストを低減できる効果がある。

（ＸＹテーブルのＸＹ方向位置合わせ）
次に、制御コンピュータ２４０の位置合わせ制御手段２４５が、マーク位置算出手段２４４が算出した露光位置調整用マーク１５の位置のデータに基づいて、カラーフィルタ用基板１２０上のマーク位置データと、それに対応するブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の露光位置調整用マークとの位置ずれデータを算出する。そして、その位置ずれデータに基づいて、ＸＹテーブル２１０をテーブル駆動制御手段２４６を用いてＸＹ方向に駆動することでカラーフィルタ用基板１２０とブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０とのＸＹ方向の位置合わせを行う。

（ＸＹテーブルの面の傾き補正）
また、位置合わせ制御手段２４５が、マーク位置算出手段２４４が算出したカラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正量のデータに基づいて、カラーフィルタ用基板１２０の面の傾きを調整し、カラーフィルタ１００のブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２上のブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０の露光ギャップＨを、場所によらず１００μｍの間隔を隔てて対向するように平行性の精度を高めるカラーフィルタ用基板１２０の面の傾き補正処理を行う。

このように、本実施形態によれば、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２の表面の高さ形状データを用いて、異なる測定位置の高さのずれからカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出して面の傾きを補正することができる効果がある。

（工程８：第２のブラックマトリクスパターン露光工程）
次に、工程２と同様にして、図７（ｈ）のように、ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０を介してブラックマトリクス上層部１１０ｂのパターンを露光する。

（工程９：加熱処理）
次に、工程３と同様にして、カラーフィルタ用基板１２０をホットプレート４００上に載せた加熱処理にてブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２に架橋反応を起こさせる。

（工程１０：第２のブラックマトリクス現像工程）
次に、工程４と同様にして、ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク３２０のパターンを露光したブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２を現像処理することで、図７（ｉ）のように、ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層２２がパターニングされたブラックマトリクス上層部１１０ｂを形成し、ブラックマトリクスを２層化させる。

（工程１１：熱処理）
次に、工程５と同様にして、２００℃で３０分間の熱処理を行って２層化したブラックマトリクスのブラックマトリクス上層部１１０ｂを硬化させる。

（工程１２：ＲＧＢ画素形成）
次に、図８（ｊ）のように、ブラックマトリクス線パターン１２の間のカラーフィルタ画素用開口部１４に、顔料分散樹脂によって赤色（Ｒ）着色層、緑色（Ｇ）着色層、青色（Ｂ）着色層のＲＧＢ画素材１３０のパターンを、０．５〜３μｍ程度の厚さに形成して画素部を形成する。

（ＲＧＢ画素材の形成用の顔料分散樹脂）
そのＲＧＢ画素材１３０を形成するために用いる顔料分散樹脂の組成は、顔料と、その顔料を分散させる熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂と感光性樹脂から成る透明樹脂の顔料担体と、光重合開始剤と、増感剤と、有機溶剤と、適宜、シランカップリング剤等の密着向上剤とを混合して顔料分散樹脂層を構成する。

この工程１２では、先ず、赤色（Ｒ）のＲ画素のパターンを形成する。これは、フォトプロセス法、例えば、顔料分散樹脂の塗布法による顔料分散樹脂層の形成工程と、その顔料分散樹脂層への前加熱処理（プリベーク処理）と、フォトマスクのパターン転写するパターン露光処理と、顔料分散樹脂層の現像処理と、顔料分散樹脂層のＲ画素への後加熱処理（ポストベーク処理）とによりＲ画素材を形成する。

次に、Ｒ画素材の形成と同様の工程により、緑色（Ｇ）のＧ画素材を形成する。次に、同様の工程により、青色（Ｂ）のＢ画素材を形成する。以上により、カラーフィルタ用基板１２０上にブラックマトリクスのパターン層１３と、そのカラーフィルタ画素用開口部１４に、ＲＧＢ画素材１３０のパターンが形成される。

（工程１３：焼成処理）
こうしてブラックマトリクス下層部１１０ａを形成し、ＲＧＢ画素材１３０のパターンを形成した後、カラーフィルタ用基板１２０に熱処理を施してパターンに形成した材料を硬化させる。熱処理方法としてはコンベクションオーブン、ホットプレート、ハロゲンヒータ、ＩＲオーブンによる加熱等が利用でき、特に限定されるものではない。ここで、焼成条件は、２００〜２５００Ｃで１０分〜６０分間加熱することが好ましい。

（工程１４：透明電極形成）
次に、図８（ｋ）のように、スパッタリング法を用いて、それらのパターンの上にＩＴＯ等の金属酸化物の導電性膜による透明電極１４０のパターンを形成する。

１１・・・余白部
１２・・・ブラックマトリクス線パターン
１３・・・額縁部
１４・・・カラーフィルタ画素用開口部
１５・・・露光位置調整用マーク
１５ａ・・・露光位置調整用マーク部
２０・・・ブラックマトリクス用感光性樹脂層
２１・・・架橋反応していない感光性樹脂部分
２２・・・ブラックマトリクス上層用感光性樹脂層
３０・・・現像液
１００・・・カラーフィルタ
１１０・・・ブラックマトリクス
１１０ａ・・・ブラックマトリクス下層部
１１０ｂ・・・ブラックマトリクス上層部
１２０・・・カラーフィルタ用基板
１３０・・・ＲＧＢ画素材
１４０・・・透明電極
２００・・・カラーフィルタ用露光装置
２１０・・・ＸＹテーブル
２２０・・・白色干渉計
２２１・・・二光束干渉式対物レンズ
２２２・・・白色光源
２２３・・・レンズ
２２４・・・ハーフミラー
２２５・・・ピエゾＺ軸テーブル
２２６・・・レンズ
２２７・・・参照ミラー
２２８・・・対物レンズ下ハーフミラー
２３０・・・撮像カメラ
２４０・・・制御コンピュータ
２４１・・・ピエゾ駆動制御手段
２４２・・・画像処理手段
２４３・・・高さ形状計算手段
２４４・・・マーク位置算出手段
２４５・・・位置合わせ制御手段
２４６・・・テーブル駆動制御手段
３１０・・・ブラックマトリクス下層形成用フォトマスク
３１１・・・フォトマスク用透明基板
３１２・・・開口部用遮光パターン
３２０・・・ブラックマトリクス上層形成用フォトマスク
４００・・・ホットプレート
Ａ・・・露光位置調整用マーク部の露光位置調整用マーク上の測定点
Ｂ・・・露光位置調整用マーク部の下部の測定点
Ｃ・・・露光位置調整用マークから十分離れた位置の測定点
Ｈ・・・露光ギャップ
ｄ１・・・参照ミラーから対物レンズ下ハーフミラーまでの距離
ｄ２・・・対物レンズ下ハーフミラーから露光位置調整用マーク部までの距離

Claims (6)

1. カラーフィルタ用基板上にブラックマトリクスを形成するカラーフィルタの製造方法であって、
   カラーフィルタ用基板上にブラックマトリクス下層部を露光位置調整用マークを含むパターンに形成する工程と、
   前記ブラックマトリクス下層部の上にブラックマトリクス上層用感光性樹脂層を形成する工程と、
   前記上層用感光性樹脂層の露光位置調整用マーク部の表面を、白色干渉計の二光束干渉式対物レンズの高さ毎に、撮像カメラが撮影して干渉光強度の画像データを得る工程と、
   前記画像データを画像処理手段で記憶する工程と、
   前記画像データの各画素毎に、該画素が記録する干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し前記上層用感光性樹脂層の高さ形状データを算出する工程と、
   前記高さ形状データから前記露光位置調整用マークの位置を算出する工程と、
   前記カラーフィルタ用基板の位置を調整する工程を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であって、前記露光位置調整用マークの位置を算出する工程が、前記高さ形状データから高さの測定点の高さデータを抽出しカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する処理を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、前記干渉光強度の画像データを得る工程が、前記露光位置調整用マーク部の近くの測定点Ｂと該露光位置調整用マーク部から離れた位置の測定点Ｃとを含む領域を前記撮像カメラの１画面で撮影し、前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する処理が、前記１画面の画像データで作成した高さ形状データから前記測定点Ｂと前記測定点Ｃの高さを抽出し前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
4. 遮光性の高い上層用感光性樹脂層で覆われた露光位置調整用マークを検出しカラーフィルタ用基板とフォトマスクの相対位置を調整しフォトマスクのパターンを前記上層用感光性樹脂層に露光するカラーフィルタ用露光装置であって、前記カラーフィルタ用基板を設置するＸＹテーブルと、前記露光位置調整用マークを覆う前記上層用感光性樹脂層の表面を観察する高さが可変な二光束干渉式対物レンズを有する白色干渉計と、前記二光束干渉式対物レンズで観察した干渉光強度の画像データを撮影する撮像カメラと、制御コンピュータを備え、前記制御コンピュータが、前記画像データを前記二光束干渉式対物レンズの高さ毎に記憶する画像処理手段と、前記画像データの各画素毎に、該画素の干渉光強度が最大になる二光束干渉式対物レンズの高さを抽出し高さ形状データを算出する高さ形状計算手段と、前記高さ形状データから前記露光位置調整用マークの位置を算出する露光位置調整用マーク位置算出手段と、を有することを特徴とするカラーフィルタ用露光装置。
5. 請求項４記載のカラーフィルタ用露光装置であって、前記露光位置調整用マーク位置算出手段が、前記高さ形状データから高さの測定点の高さデータを抽出しカラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する手段を含むことを特徴とするカラーフィルタ用露光装置。
6. 請求項５記載のカラーフィルタ用露光装置であって、前記撮像カメラが、前記露光位置調整用マーク部の近くの測定点Ｂと該露光位置調整用マーク部から離れた位置の測定点Ｃとを含む領域を１画面で撮影し、前記カラーフィルタ用基板の面の傾き補正量を算出する手段が、前記測定点Ｂと前記測定点Ｃの高さデータを抽出し前記カラーフィルタ用基板の
   面の傾き補正量を算出することを特徴とするカラーフィルタ用露光装置。

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