JP2016004188A

JP2016004188A - 露光マスクおよび一括露光方法

Info

Publication number: JP2016004188A
Application number: JP2014125137A
Authority: JP
Inventors: 次郎堀口; Jiro Horiguchi
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】液晶表示装置用カラーフィルタの製造において、透明導電膜上に２種のフォトスペーサーを、一括で形成することのできる露光マスクを、面内分布悪化、密着性マージン低下すること無しに、ＵＶ照射時間を短縮し、生産効率の向上を可能な露光マスクを提供する。【解決手段】高さの異なる第1フォトスペーサー１１および第２フォトスペーサー１２を一括露光で形成するために、第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーに対応した開口部を持つ露光マスクであって、前記第２フォトスペーサー１２を露光する開口部に、ｉ線透過率９０％以上，短波長（３００〜３４０ｎｍ）透過率１％以下のロングパスフィルター層１またはバンドパスフィルター層２を形成したことを特徴とする露光マスク。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの製造に関するものであり、特に、透明導電膜上に、２種のフォトスペーサーを形成する際に、１工程で２種のフォトスペーサーを形成することのできる露光マスクに関する。

カラーフィルタを用いた液晶表示パネルは、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤画素、緑画素、青画素、更にオーバーコート層、スペーサーが設けられたカラーフィルタと、ＴＦＴ基板とが貼り合わされた構成になっている。

液晶を挟む透明基板とＴＦＴ基板のギャップは数ミクロンであり、ギャップを正確に保つため透明なスペーサーが必要である。

スペーサーとしては，ビーズを用いる方法もあるが、フォトスペーサーをフォトレジストを用い、フォトリソグラフィ法により、例えば、透明基板上に設けられた画素間のブラックマトリックスの位置に、突起部として形成する方法が開発されている。

フォトスペーサーによって基板間のギャップは設定されるが、パネルに通常の荷重が加わった際のフォトスペーサーの変形を少なくし、また、過剰な荷重が加わった際のフォトスペーサーの塑性変形、破壊を防ぐために、フォトスペーサーの密度を高めることが必要になる。

しかし、フォトスペーサーの密度を十分に高くすると塑性変形や破壊は防げるが、パネル内に真空気泡（低温気泡）が発生するといった問題が生じる。

このような，低温気泡の発生を回避し、且つパネルに過剰な荷重が加わった際のフォトスペーサーの塑性変形、破壊を防ぐために、フォトスペーサーの密度を高める技法として、２種のフォトスペーサーを有する液晶表示装置用カラーフィルタが提案されている（特許文献１）。

第一フォトスペーサーは基板間のギャップを設定しており、その高さ（Ｈ）は２μｍ〜５μｍ程度である。

この第一フォトスペーサーは、パネルに荷重が加わると変形し、荷重が取り除かれると復元する。また，温度による液晶の熱膨張及び熱収縮に追従して変形する弾性を有している。

第二フォトスペーサーは、第一フォトスペーサーより高さの低い（ΔＨ）フォトスペーサーである。この第二フォトスペーサーは、パネルに過剰な荷重が加わった際に、その荷重を分散させ第一フォトスペーサーの塑性変形、破壊を防ぐためのものである。

しかしながら，高さの異なる２種のフォトスペーサーを形成しようとすると、フォトスペーサー形成工程を２回行う必要があり工程が煩雑化してしまうため、工程の簡素化が必要となる。

カラーフィルタ上に1工程で高さの異なる第1フォトスペーサーと第２フォトスペーサーを一括で形成するためには、第1フォトスペーサーと第２フォトスペーサーの形成速度差
を付与する必要があり、第２フォトスペーサー部にハーフトーン膜による減光部設けた露光マスクを用いることが提案され、ハーフトーン膜としてＣｒ等の金属薄膜が用いられる（特許文献２）。

図４は、従来のハーフトーンフィルター層３を設けた露光マスクであるハーフトーンマスク８の構成を示しており、紫外および可視領域の透過率が光学ガラスの中で最も優れ合成石英からなるマスク基板４に、フォトスペーサー以外の部分に遮光層５を設け、第1フォトスペーサー１１を形成する部分には何も設けずに、第２フォトスペー１２形成する部分にハーフトーンフィルター層３が設けられている。

光源には水銀灯が用いられ、ｉ線フィルターにより３６５ｎｍの光が照射される。

ハーフトーンフィルター層３を設けたハーフトーンマスク８を用いたフォトスペーサーパターンの形成工程は、他のブラックマトリックスやＲＧＢ画素の形成工程と比較して、露光時間がかかり、生産効率が著しく低いことが問題となっている。

カラーフィルタを形成するブラックマトリックスやＲＧＢ画素のパターン膜厚（高さ）は相当するＵＶ光量を照射することによって形成される。各パターンの生産効率は必要となるＵＶ光量と照射光強度によって求められるＵＶ照射時間に依存する。

第２フォトスペーサー１２部を形成するために、ハーフトーンフィルター層３を用いると、ハーフトーンフィルター層３の透過率が１５〜３５％程度のため、第２フォトスペーサー１２を形成のためのＵＶ照射時間は、ハーフトーンフィルター層３を用いない他のブラックマトリックスやＲＧＢ画素のパターンの３〜７倍となる。

フォトスペーサーを形成するためのＵＶ照射時間を短縮するためには、ハーフトーンフィルター層３の透過率を４０〜５０％へと向上させることと、ｉ線フィルターを持いずに、３００〜３４０ｎｍの短波長領域の光を利用することが考えられるが、３００〜３４０ｎｍの短波長領域の光は、透過性が低いため、密着性低下によるフォトスペーサー剥がれるという問題が発生する。

特開平１０−１２３５３４号公報特開２００９−１５１０７１号公報

液晶表示装置用カラーフィルタの製造において、透明導電膜上に２種のフォトスペーサーを、一括で形成することのできる露光マスクを、面内分布悪化、密着性の低下によるフォトスペーサー剥がれが無く、ＵＶ照射時間を短縮し、生産効率の向上を可能な露光マスクを提供すること。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、高さの異なる第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーを一括露光で形成するために、第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーに対応した開口部を持つ露光マスクであって、
高さの低い前記第２フォトスペーサーを露光する開口部に、ｉ線透過率９０％以上、短波長（３００〜３４０ｎｍ）透過率１％以下のロングパスフィルター層またはバンドパスフィルター層を形成したことを特徴とする露光マスクである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の露光マスクを用いたことを特徴とする一括露光方法である。

高さの異なるフォトスペーサーを一括露光で形成するため露光マスクの、第２フォトスペーサー部を形成する開口部にｉ線透過率９０％以上、短波長（３００〜３４０ｎｍ）透過率が１％以下であるロングパスフィルター層を形成することにより、ハーフトーンフィルター層３を設けた場合と比較して、第２フォトスペーサー１２部のｉ線強度が２〜５倍となるため、ＵＶ照射時間を短縮することが可能となる。第1フォトスペーサー１１部は、３６５ｎｍの光が、３３４ｎｍ、３１５ｎｍと同程度照射されているため、フォトスペーサーの剥がれの問題は生じない。

本発明のロングパスフィルター層を設けた露光マスクの構成を示した断面概念図である。本発明の露光マスクに用いられるロングパスフィルター層、バンドパスフィルター層の透過率分布図である。本発明で用いたロングパスフィルター層の透過率および第1フォトスペーサー部および第２フォトスペーサー部の輝線分布をある。従来のハーフトーンフィルター層を設けた露光マスクの構成を示した断面概念図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明のロングパスフィルター層１を設けた露光マスクであるロングパスフィルターマスク６の構成を示しており、マスク基板４である合成石英基板上に第1フォトスペーサー１１および第２フォトスペーサー１２に対応した開口部を遮光層５により形成し、第２フォトスペーサー１２に対応した開口部にロングパスフィルター層１を設けた構成となっている。

バンドパスフィルターマスク７の場合は、第２フォトスペーサー１２に対応した開口部に、バンドパスフィルター層２を設けた構成となっている。

図２は、本発明に使用するロングパスフィルターマスク６およびバンドパスフィルターマスク７の透過率分布図であり、３５０ｎｍより短波長である３００〜３４０ｎｍの光をカットする働きをする。

＜ロングパスフィルター層、バンドパスフィルター層＞
高屈折率材料と低屈折率材料を交互にコーティングした誘電体多層膜によりバンドパスフィルター層（ロングパスフィルター層）を形成する。高屈折率材料としては、Ｔｉ０_３、Ｔａ_２Ｏ等をあげることができ、低屈折率材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２等をあげることができる。

図３は、本発明で用いたロングパスフィルター透過率、第1フォトスペーサー１１部の輝線分布および第２フォトスペーサー１２部の輝線分布を示しており、1フォトスペーサー１１の形成に、３６５ｎｍ以外の、３５０ｎｍより短波長の３１５ｎｍや３３４ｎｍ輝線が使われるが、第２フォトスペーサー１２の形成には３５０ｎｍより短波長の輝線は使われない。

＜輝線分布差＞
第1フォトスペーサー１１部の３６５ｎｍ（ｉ線）強度を１００とすると、第1フォトスペーサー１１部の３５０ｎｍ以下の、３３４ｎｍは５０、３１５ｎｍは４０であり、バンドパスフィルター層（ロングパスフィルター層）も設けた第２フォトスペーサー１２部の３６５ｎｍ（ｉ線）強度は９０であり、３５０ｎｍ以下の、３３４ｎｍ、３１５ｎｍは１である。

＜実施の形態＞
本発明の、ｉ線フィルターを用いずに、第２フォトスペーサー１２部に、ロングパスフィルター層を設けた場合、フォトスペーサーレジストの感度特性を同一とすると、第1フォトスペーサー１１部の輝線強度を１００とすると、第２フォトスペーサー１２部の輝線強度は４７．３となり、第１フォトスペーサー１１部と第２フォトスペーサー１２部のｉ線強度比は１００：９０となる。

尚、３６５ｎｍ（ｉ線）強度に関しては、バンドパスフィルター層を用いた場合とロングパスフィルター層を用いた場合とは同じであり、同じ露光時間の短縮が可能である。

この時、第1フォトスペーサー１１部に照射される３６５ｎｍの輝線強度は、５２．６３であり、透過性の低い３００〜３４０ｎｍの短波長領域の光を含むが、第２フォトスペーサー１２部の輝線はｉ線のみとなる。

＜比較の形態１＞
ｉ線フィルターを用いずに、第２フォトスペーサー１２部にハーフトーンフィルター層を設けた場合、第1フォトスペーサー１１部の輝線強度を１００で、ハーフトーンフィルター層を設けた場合は、透過率が１５〜３５％程度であるハーフトーンフィルター層の最高透過率のモノを用いても、第２フォトスペーサー１２部の輝線強度は３５となり、１．３５倍の露光量が必要となる。

＜比較の形態２＞
従来の、ｉ線フィルターを用い、第２フォトスペーサー１２部にハーフトーンフィルター層を設けると、ｉ線フィルターを用いることにより、輝線強度は半減するので、第２フォトスペーサー１２部の輝線強度は１７．５となり、３．５倍の露光量が必要となる。

以上のように、高さの異なる第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーを一括露光で形成するために、高さの低い第２フォトスペーサーに対応した開口部に、ハーフトーンフィルター層３の替わりに、ロングパスフィルター層１あるいはバンドパスフィルター層２を用いることにより、従来より行われてるハーフトーンフィルター層を設ける方法に対して、本発明により、１／３の露光時間で製造することが可能となる。

第２フォトスペーサー１２部の輝線分布はｉ線のみであるため、目的の高さを形成する際のｉ線照射量はハーフトーンマスクを用いた場合と同等となりフォトスペーサー剥がれの問題は生じない。

１・・・ロングパスフィルター層
２・・・バンドパスフィルター層
３・・・ハーフトーンフィルター層
４・・・マスク基板
５・・・遮光層
６・・・ロングパスフィルターマスク
７・・・バンドパスフィルターマスク
８・・・ハーフトーンマスク
９・・・液晶基板
１０・・・フォトスペーサーレジスト
１１・・・第1フォトスペーサー
１２・・・第２フォトスペーサー
１３・・・ＵＶ光

Claims

高さの異なる第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーを一括露光で形成するために、第1フォトスペーサーおよび第２フォトスペーサーに対応した開口部を持つ露光マスクであって、
高さの低い前記第２フォトスペーサーを露光する開口部に、ｉ線透過率９０％以上、短波長（３００〜３４０ｎｍ）透過率１％以下のロングパスフィルター層またはバンドパスフィルター層を形成したことを特徴とする露光マスク。
請求項１に記載の露光マスクを用いたことを特徴とする一括露光方法。