JP3987747B2 - フォトマスク、基準基板および露光機ならびにカラーフィルターの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー撮像素子や液晶表示装置に用いられるカラーフィルターの製造方法に関し、詳しくはフォトマスクを露光機に用いる基準基板に位置合わせする方法(あるいは基準基板を用いて、フォトマスクに基板を位置合わせする方法)にて、それに用いるフォトマスクに関するものである。さらに基準基板および露光機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガラス基板等の透明基板上にブラック遮光膜、赤(R)、緑(G)、青(B)の画素を所定のピッチで規則正しく配列させたカラーフィルターはカラー撮像素子や液晶表示装置等のカラー表示装置に広範に利用されている。従来、これらのブラックの遮光パターンや色画素はフォトリソグラフィー技術を用いて形成されている。
【0003】
遮光パターンについては、表示のコントラストを向上させるものであるが、従来、Cr等の金属膜が主流であった。しかし、最近、製造コストの問題や環境問題に鑑み、樹脂製のブラックに置き換えたものが普及されている。
【0004】
これら樹脂ブラックを始め、顔料分散型のRGBレジスト材料は、通常、ネガ型の紫外線感光性樹脂である。
【0005】
つぎに1色目に樹脂ブラック遮光膜を形成する場合を説明する。
透明基板全面にブラックレジストをスピンコーターやバーコーターもしくはスリットノズルコーター等を用いて塗布し、ついでこの基板を仮乾燥し、露光、現像、ポストベークし、これら一連の工程を経て、樹脂ブラック遮光膜を所定のパターンにて形成する。
【0006】
このようなプロセスにおいて、透明基板上にマトリクスもしくはストライプのブラックパターンを形成すると同時に、2色目以降の他の色画素パターンを形成する際に用いるフォトマスクにおいて、このマスクとの位置合わせに使用するアライメントマーカーも同時に形成する。
【0007】
そして、かかるアライメントマーカーの基板上での位置精度は、その後の2色目以降のRGBの各色画素を形成する際の位置基準に大きく係わる。また、液晶表示装置においては、その液晶パネルの製造工程にて、カラーフィルター以外の他の部材を形成する際のマーカーとしての基準になる。
【0008】
したがって、このアライメントマーカーの位置精度は製品の品質を向上させたり、製造歩留まりを高めるために、非常に重要な工程である。
【0009】
仮に位置精度に劣り、基板に対するパターン位置のズレが発生したり、さらには、その後のプロセスの装置でのマーカー読みとりにおいて、認識エリアを外れた場合には、読み取りできなくなることもあった。
【0010】
以上の例によれば、1色目に樹脂ブラック遮光膜を形成すると同時に、2色目以降の他の色画素パターンを形成する際に用いるフォトマスクにおいて、このマスクとの位置合わせに使用するアライメントマーカーも同時に形成したもので、露光機に用いる基準基板としている。
【0011】
しかし、その基準基板は、それだけのために作製したものを用いてもよい。このような専用の基板であれば、フォトマスクとの位置合わせに使用するアライメントマーカーだけでよい。
【0012】
このように最初の露光時には(ファースト露光と呼ぶ)、露光機に基準基板を用いるが、この基準基板によれば、その基板の基準面(通常、隣り合う2辺)に対するパターンおよびアライメントマーカーの位置精度をあらかじめ測定し、確認したものである。そして、このような基準基板を基準として1色目のフォトマスクセット位置を決定する。あるいは露光機にあらかじめセットしたフォトマスクを基準にして、フォトマスクと位置合わせした基準基板を保持し、そして、露光ステージの位置を決定する。
【0013】
また、かかるファースト露光によれば、露光機内での基準基板の位置は基準面でのピンアライメントもしくはセンサーによる位置決めが行われる。この繰り返し精度は個々の基板の最終的な位置精度を決定する。
【0014】
ところで、ファースト露光では、搬入された露光機内の基準基板を用いて、この基準基板に対し、フォトマスクのセット位置を決定したり、あるいはあらかじめセットしたフォトマスクを用いて、このマスクと位置合わせした基準基板を保持し、露光ステージの位置を決定するが、このようなセッテイングによれば、通常、基準基板はこの基板に対してマスクで焼き付けたパターン位置精度の測定を行い、その修正を繰り返すことによって基準寸法に対し位置精度を高めることで作成される。もしくは生産品の中から基準寸法に対するバラツキが小さいものを選択してもよい。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述したごとく、1色目に樹脂ブラック遮光膜を形成すると同時に、2色目以降の他の色画素パターンを形成する際に用いるフォトマスクにおいて、このマスクとの位置合わせに使用するアライメントマーカーも同時に形成したもので、露光機に用いる基準基板としているが、この基準基板を用いてカラーフィルターを作製すると、フォトリソグラフィーにしたがって露光する工程にて、下記のような課題がある。
【0016】
露光機において、フォトマスクを基準基板に対し位置合せするために、双方ともアライメントマーカーを設けるが、通常、精度の高い位置決めを行なうために、フォトマスクに設けたアライメントマーカーを、たとえば十字状のマーカーにして、他方、基準基板上のアライメントマーカーについても同一の十字状のパターンにして、双方間にて位置合わせする工程がある。
【0017】
この工程によれば、一般的にネガタイプの感光レジストを用いることで、フォトマスクはマーカーの形状に対応して、その部分だけが窓が開いた構造、すなわち光透過性な十字体であり、アライメント用の透過照明下においては、画像上黒地に白い十字が表示される。
【0018】
したがって、この十字の部分だけから透過照明の透過光が認知でき、これにより、CCDカメラを用いて、フォトマスクの上から十字マーカー形状の窓のみを通して、基準基板上の黒い十字マーカーを見つけ出し、これらの双方のマーカーがぴったりと合致する位置まで、フォトマスク(あるいは基準基板)をX、Y、θ方向にずらしている。
【0019】
このようなアライメントマーカーについては、通常、フォトマスクおよび基準基板に対し、それぞれ2箇所の位置に形成し、アライメント動作を行う。
【0020】
しかしながら、かかるマーカーのサイズは、マスクセット位置(あるいは基板を保持している露光ステージ)の可動領域に対し小さすぎ、これにより、マスクの下に配置した基準基板のマーカーが、フォトマスクのマーカーに対し、どの位置に存在するか、すぐには確認できなかった。
【0021】
したがって、マスクの十字窓越しに基準基板の十字マーカーを見つけ出すのは非常に困難な作業となり、マスク(あるいは基板)の位置をX、Y、θ方向に大きく動かしながら試行錯誤し、まずはアライメントマーカーを見つけ出し、その上で、位置合わせしければならず、時間と労力を要していた。なお、落射照明での反射光検出の場合でも煩雑さは同様である。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解消するために、以下のように完成されたものであって、本発明のフォトマスクは、基板上に所定のパターンを形成するカラーフィルターの製法にて、さらに露光機に設置した基準基板に対し位置合せし露光する工程を含むフォトリソグラフィー法に用いるものであり、そして、この基準基板と位置合せするためのマーカーを設けるとともに、このマーカーが基準基板との間にて位置を定める光透過性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて基準基板との間にて位置を探索する光透過性の位置探索部とからなることを特徴とする。
【0023】
本発明の基準基板は、本発明のフォトマスクに対し位置合せするためのマーカーを設けるとともに、このマーカーが、そのフォトマスクとの間にて位置を定める光遮光性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けてフォトマスクとの間にて位置を探索する光遮光性の位置探索部とからなることを特徴とする。
【0024】
本発明の露光機は、かかる本発明の基準基板を用いたことを特徴とする。
【0025】
本発明のカラーフィルターの製造方法は、順次下記(イ)〜(ニ)の各工程を経た後に、この着色樹脂を一部現像除去し、しかる後に硬化せしめることを特徴とする。
(イ)・・・基板上にネガ型着色樹脂を塗布する。
(ロ)・・・露光機に請求項2の基準基板を配設する。
(ハ)・・・前記露光機に請求項1のフォトマスクを前記基準基板と位置合せし配設する。
(ニ)・・・前記露光機にてフォトマスクを通して前記ネガ型着色樹脂に対し露光する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を液晶表示装置に用いるカラーフィルターを例にして図面にて説明する。
【0027】
カラーフィルター用基板の上に樹脂ブラック遮光膜をパターン形成し、この遮光膜パターンを形成した後に、赤(R)、緑(G)、青(B)の順序にて、それぞれの画素を所定のピッチで所定の着色層パターンにて、規則正しく配列させる場合にて例示する。
【0028】
(基準基板)
本例においては、基板上にストライプ状のブラックパターンを形成したものを、露光機に用いる基準基板とする。そして、この基準基板を用いて、樹脂ブラック遮光膜を形成したカラーフィルター用基板を得る。
【0029】
上記のようにストライプ状のブラックパターン形成した基準基板については、下記のように作製する。なお、このブラックパターンは、マトリックスパターンにしてもよい。
【0030】
まず、基板をウェット洗浄し、そして、乾燥させ、このように洗浄した基板の一方主面に黒色のレジストをスピンコーターまたはバーコーターないしはスリットノズルコーター等を用いて全面に塗布する。
【0031】
つぎに、乾燥炉で仮乾燥し、その後、露光機でフォトマスクを介して、所要の部位に対し紫外線を照射する。さらにアルカリ現像液に曝すことで、一部の樹脂が溶解するが、紫外線を照射した部分は不溶化しており、これによって、所定のブラックパターンが形成される。
【0032】
しかる後に、純水でリンスし、その後、焼成炉で硬化させ、ブラックパターンを形成した基準基板が得られる。
【0033】
このように作成した基準基板を図1と図3に示す。
同図Aはこの基板の平面図であり、同図Bはマーカーの要部拡大の平面図である。また、図3は基準基板を露光機に位置決めして設置した場合を示す。
【0034】
5はガラス基板であり、このガラス基板5の上にブラックパターン6が形成されている。このパターン6によれば、ブラック遮光膜を成すようにパターン形成しているが、このパターンの両側に、位置合せ用のアライメントマーカーも同時に形成している。
【0035】
本例によれば、このような基準基板の作製に用いる露光を含む、1色目の形成のための露光を、ファースト露光と呼ぶが、そのためにフォトマスクを用意し、ガラス基板5の上にブラックレジスト樹脂を塗布し、このマスクを通して紫外線で焼きつけ、その後、現像することで得られる。
【0036】
ガラス基板5に対するブラックパターン6やアライメントマーカーの位置関係は、図3に示すごとく、その基板5の基準辺9、9’にて規定され、設計上の公差(±150μm前後)も考慮される。この位置関係は、同図において、距離(x1,y1)と距離(x2,y2)に相当する。
【0037】
また、アライメントマーカーについては、図1Bにて示すように、赤(R)、緑(G)、青(B)の所定の着色層パターンに形成するために、それぞれ黒い十字体が3個配列されている。7Rは赤の着色層の画素パターンの形成において、露光の際に位置合せするマーカーである。同様に7Gは緑の着色層の画素パターンの形成に用いるマーカー、7Bは青の着色層の画素パターンの形成に用いるマーカーである。
【0038】
そして、これらのマーカーの近辺に、樹脂ブラック遮光膜を形成したカラーフィルター用基板を設けるべく、フォトマスクとの関係で、このフォトマスクと位置合せするためのマーカー8を設けている。
【0039】
そして、本発明においては、マーカー8が、その後の工程にて用いるフォトマスクとの間にて、双方間にて位置を精確に定める光遮光性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて、そのフォトマスクとの間にて位置を探索する光遮光性の位置探索部とからなることが特徴である。
【0040】
本例においては、かかる光遮光性の位置規定部は、十字状をなしている。また、光遮光性の位置探索部は、この十字を囲むような枠体をなしている。
【0041】
(フォトマスク)
このフォトマスクは、樹脂ブラック遮光膜を形成したカラーフィルター用基板を作製するに際し用いるフォトマスクである。そして、露光機に設置した上記の基準基板に対し位置合せし、露光する工程に用いる。
【0042】
このフォトマスクを図2に示す。
同図Aはこの基板の平面図であり、同図Bはマーカーの要部拡大の平面図である。
【0043】
1は石英基板であり、この石英基板1の上にCrなどの金属にてパターン膜を形成し、この膜に開口部2がパターン化されている。この開口部2は、遮光膜を所定のパターン(たとえばストライプ状)にて形成するように設けられている。
【0044】
そして、このストライプパターンの両側に、位置合せ用のアライメントマーカーも開口して同時に形成している。
【0045】
また、アライメントマーカーについては、図2Bにて示すように、赤(R)、緑(G)、青(B)の所定の着色層パターンに形成するために、それぞれ黒い十字体が3個開口して配列されている。3Rは赤の着色層の画素パターンの形成にて、露光の際に位置合せするマーカーである。同様に3Gは緑の着色層の画素パターンの形成に用いるマーカー、3Bは青の着色層の画素パターンの形成に用いるマーカーである。
【0046】
そして、これらのマーカーの近辺に、基準基板のマーカー8と位置合せするために、マーカー4を形成している。
【0047】
このマーカー4は、基準基板との間にて位置を定める光透過性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて基準基板との間にて位置を探索する光透過性の位置探索部とからなる。
【0048】
本例においては、かかる光透過性の位置規定部は、十字状をなしている。また、光透過性の位置探索部は、この十字を囲むような枠体をなしている。
【0049】
(カラーフィルターの製造方法)
つぎに本発明のカラーフィルターの製造方法を述べる。
本例によれば、樹脂ブラック遮光膜を形成したカラーフィルター用基板の製造方法を述べる。
【0050】
順次下記(イ)〜(ニ)の各工程を経た後に、この樹脂を一部現像除去し、しかる後に硬化する。
【0051】
前記基準基板によれば、位置合せ用のアライメントマーカーとともに、ブラックストライプパターン6も形成したものであることで、この基準基板を用いて、かかる遮光膜を形成したカラーフィルター用基板を形成する場合でもって説明する。
【0052】
(イ)・・・基板上にネガ型着色樹脂を塗布する。
【0053】
すなわち、カラーフィルター用の基板の上に黒のネガ型樹脂を全面にわたって塗布する。
【0054】
(ロ)・・・前工程にて得られた基準基板を露光機に配設する。
【0055】
図3に示すように、露光機には基準ピン10、10’が設けられ、これら基準ピン10、10’に基準基板が突き当るように配置する。
【0056】
(ハ)・・・前記露光機に前記フォトマスクを基準基板と位置合せし配設する。
【0057】
本発明のフォトマスクを用いて、マーカー4の光透過性位置探索部を通して、基準基板のマーカー8を容易に認識することができる。
【0058】
実際には、図4に示すように認識される。同図の左側は、まさに認識される状態を示し、同図右側によれば、双方のマーカー4、8同士を合致させようとする状態を示す。
【0059】
このようにフォトマスクの下に設けた基準基板のマーカーを容易に見つけ出すことで、つぎにマーカー8の十字状の光遮光性位置規定部と、マーカー4の十字状の光透過性位置規定部とを合致させることで、フォトマスクを基準基板に対し精確に位置合せすることができた。
【0060】
また、完全に重なるように位置の微調整を行うには、CCDリニアセンサーやTVカメラ等を用いて、フォトマスクのマーカーと基準基板のマーカーとを同時にモニターしながら重ね合わせ操作を行う。
【0061】
以上のような作業により、短時間のX、Y、θの位置調整でもってアライメント動作が完了する。
【0062】
(ニ)・・・前記露光機にてフォトマスクを通してネガ型黒色樹脂に対し露光する。
【0063】
しかる後に、現像工程でもって、この着色樹脂を一部エッチング除去し、そして、焼成することで、その樹脂を硬化させ、これにより、ブラックパターンが高い精度に形成される。
【0064】
以上の各プロセスでもって樹脂ブラック遮光膜を形成したカラーフィルター用基板が得られる。
【0065】
つぎに赤(R)、緑(G)、青(B)の順序にて、それぞれの画素を所定のピッチで所定の着色層パターンにて、規則正しく配列形成する。
【0066】
(2色目以降のカラーフィルターの製造方法)
緑(G)の画素を所定のピッチで所定の着色層パターンにて形成するカラーフィルターの製造方法を述べる。
【0067】
順次下記(イ’)〜(ニ’)の各工程を経た後に、この樹脂を一部現像除去し、しかる後に硬化する。
【0068】
前記基準基板によれば、位置合せ用のアライメントマーカーとともに、図1Bにて示すように、赤(R)、緑(G)、青(B)の所定の着色層パターンに形成するためのマーカー7R、7G、7Bも形成したものであることで、この基準基板を用いて緑(G)の着色層を画素形成する場合でもって説明する。
【0069】
(イ’)・・・基板上にネガ型着色樹脂を塗布する。
【0070】
すなわち、カラーフィルター用の基板の上に緑のネガ型樹脂を全面にわたって塗布する。
【0071】
(ロ’)・・・前工程にて得られた基準基板を露光機に配設する。
【0072】
図3に示すように、露光機には基準ピン10、10’が設けられ、これら基準ピン10、10’に基準基板が突き当るように配置する。
【0073】
(ハ’)・・・前記露光機に赤(R)、緑(G)、青(B)の所定の着色層パターンを形成する第2のフォトマスクを基準基板と位置合せし配設する。
【0074】
この工程にて用いる第2のフォトマスクについては、図6に示すようなマーカー11Gを設けたフォトマスクを用る。
【0075】
このような他の位置合せ方法によれば、緑(G)の着色層を画素形成する場合であることから、フォトマスクは基準基板に対し、それぞれの色に対応する左右1対の11Gと7Gのマーカー中心が完全に重なるように位置の微調整(アライメント動作)を行う。
【0076】
すなわち十字マーカー7Gを、中空の正方形状の線状体に対し、位置合わせするが、この中空部aが基準基板との間にて位置を定める光透過性の位置規定部に相当する。さらに中空の正方形状の線状体の周囲に形成した透過性の枠体bが基準基板との間にて位置を探索する光透過性の位置探索部に相当する。
【0077】
同様にCCDリニアセンサーやTVカメラ等を用いて、フォトマスクのマーカーと基準基板のマーカーとを同時にモニターしながら重ね合わせ操作を行う。
【0078】
以上のような作業により、短時間のX、Y、θの位置調整でもってアライメント動作が完了する。
【0079】
一旦、基準基板と第2のフォトマスクとの位置合わせの位置登録が完了すると、緑のネガ型着色樹脂を塗布した基板は露光機の画像認識エリアに入るので、その後は露光機の自動アライメント動作により11Gと7Gのマーカーの中心を±2μm以内の精度でアライメントされ、緑のネガ型着色樹脂基板に対して連続して露光される。
【0080】
(ニ’)・・・前記露光機にてフォトマスクを通して緑のネガ型着色樹脂に対し露光する。
【0081】
しかる後に、現像工程でもって、この着色樹脂を一部現像除去し、そして、焼成することで、その樹脂を硬化させ、これにより、緑(G)の画素が高い精度に形成される。
【0082】
以上のようなプロセスを繰り返すことで、同様に赤(R)の画素、青(B)の画素を位置精度良く形成することができる。
【0083】
そして、液晶表示装置においては、上記の工程を経た後に、つづけて透明な平滑膜をスピンコート等で塗布して焼成し、そして、電極用にITOなどからなる透明導電膜をスパッタリングで成膜する。
【0084】
なお、工程(ハ、ハ’)においては、基準基板に対し、フォトマスクをセットし、その位置を微調整して位置合わせしているが、これに代えて、セットしたフォトマスクを基準として、このフォトマスクと位置合わせした基準基板をもとに基板を保持する露光ステージ位置の基準位置を決定して位置合わせしてもよい。
【0085】
すなわち、露光機にフォトマスクをセットし、このマスク位置を基準にして基準基板を吸着した露光ステージをマスクに位置合わせして(露光ステージに吸着された基準基板とマスクをそれぞれ対応するマーカー同士(たとえば1色目形成ではマーカー8と4、もしくは2色目以降ではマーカー7Gと11G)が完全に重なるようにステージ位置で微調整を行い、ステージの基準位置としての位置決めを完了する)、そして、ステージの基準位置を位置登録することにより、毎回ズレ補正をかけて、フォトマスクとネガ型着色樹脂塗布基板を露光機内で再現よく位置合わせでき、その結果、高い位置精度にてパターンおよびマーカー類を形成できる。
【0086】
参考までに、図5にて従来における1色目の形成における基準基板とフォトマスクとの位置合せを示し、その認識の仕方を示す。
【0087】
同図の左側は、まさに認識される状態を示し、同図右側によれば、双方のマーカー3G、7G同士を合致させようとする状態を示すが、従来によれば、このように双方とも十字体のマーカーを備えた基準基板とフォトマスクとの間にて位置合せを行なっていた。
【0088】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。たとえば、位置規定部は十字状にしたが、これに代えて、音楽符号のシャープ記号のようなものであってもよい。また、位置探索部を枠体にしたが、これに代えて位置規定部の周囲に単なる穴を設けるだけでもよい。
【0089】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明のように、基準基板との間にて位置を定める光透過性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて基準基板との間にて位置を探索する光透過性の位置探索部とからなるマーカーを設けたフォトマスクを用いたり、さらにフォトマスクとの間にて位置を定める光遮光性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けてフォトマスクとの間にて位置を探索する光遮光性の位置探索部とからなるマーカーを設けた基準基板を用いることで、マスクの下側に位置する基準基板のマーカーをフォトマスクの上側より容易にかつ迅速に見つけ出すことができ、製造効率を高め、その結果、低コストなカラーフィルター製品ならびにカラー撮像素子やカラー液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aは基準基板の平面図であり、Bはマーカーの要部拡大の平面図である。
【図2】Aはフォトマスクの平面図であり、Bはマーカーの要部拡大の平面図である。
【図3】基準基板の露光機に位置決めして設置した場合の平面図である。
【図4】本発明に係るフォトマスクと基準基板との位置合せ状態を示す説明図である。
【図5】従来におけるフォトマスクと基準基板との位置合せ状態を示す説明図である。
【図6】本発明の他のフォトマスクの要部平面図である。
【符号の説明】
1、5・・・ガラス基板
2・・・開口部
3R、7R・・・赤の着色層の画素パターンにおける位置合せマーカー
3R、7G・・・緑の着色層の画素パターンにおける位置合せマーカー
3B、7B・・・青の着色層の画素パターンにおける位置合せマーカー
4、8・・・位置合せ用アライメントマーカー
6・・・ブラックマトリクスパターン
9、9’・・・基準基板の基準辺
10、10’・・・基準ピン
Claims (4)
- 基板上に所定のパターンを形成するカラーフィルターの製法にて、さらに露光機に設置した基準基板に対し位置合せし露光する工程を含むフォトリソグラフィー法に用いるフォトマスクであって、前記基準基板と位置合せするためのマーカーを設けるとともに、このマーカーが基準基板との間にて位置を定める光透過性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて基準基板との間にて位置を探索する光透過性の位置探索部とからなるフォトマスク。
- 請求項1のフォトマスクに対し位置合せするためのマーカーを設けるとともに、このマーカーが当該フォトマスクとの間にて位置を定める光遮光性の位置規定部と、この位置規定部の周囲に設けて該フォトマスクとの間にて位置を探索する光遮光性の位置探索部とからなる基準基板。
- 請求項2の基準基板を用いた露光機。
- 順次下記(イ)〜(ニ)の各工程を経た後に、この着色樹脂を一部現像除去し、しかる後に硬化せしめるカラーフィルターの製造方法。
(イ)・・・基板上にネガ型着色樹脂を塗布する。
(ロ)・・・露光機に請求項2の基準基板を配設する。
(ハ)・・・前記露光機に請求項1のフォトマスクを前記基準基板と位置合せし配設する。
(ニ)・・・前記露光機にてフォトマスクを通して前記ネガ型着色樹脂に対し露光する。
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