JP4985308B2

JP4985308B2 - 露光装置、フォトマスクおよび露光方法

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Publication number: JP4985308B2
Application number: JP2007273484A
Authority: JP
Inventors: 恒芳清水; 晃一旭
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-10-22
Also published as: JP2009075529A

Description

本発明は、カラーフィルタを製造するのに適した露光装置などに関する。

近年の液晶ディスプレイ価格の下落に伴い、その構成部品であるカラーフィルタにおいてもコストダウンの要求がますます強まっている。そのための方策として基板サイズを大型化していくことで対応することが進められており、基板サイズの大型化に伴い、マスクサイズも大型化している。しかし、大型のマスクは、たわみによる精度の低下、高い製作コストなどの問題点がある。そこで、小面積のフォトマスクを複数回露光し、大面積の露光領域を得ることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

また、透明基板上に半透過膜と遮光膜を成膜したフォトマスクを用いて、柱状スペーサー、液晶配向機能突起を備えた液晶表示素子用カラーフィルタの製造工程の簡略化を図ることが行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１７８９５号公報特開２００５−８４３６６号公報

しかしながら、カラーフィルタのコストダウンの要求がますます強まっている。また、ムラを生じない均一なカラーフィルタが求められている。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、ムラを生ずることのないカラーフィルタを低コストで製造できる露光装置等を提供することにある。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、透過部と半透過部と不透過部を有する単位マスクを複数有するフォトマスクを備えた複数のヘッドと、前記ヘッドに光を供給する光源と、基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段とを具備し、前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給し、前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光した後、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させ、前記ヘッドによりさらに１列露光することを特徴とする露光装置露光装置である。また、前記フォトマスクの周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいことが好ましい。

フォトマスクを小型化することで、フォトマスク製作コストを削減できる。また、フォトマスクに半透過部を備えることで、一度の露光で複数の機能層を形成可能であり、露光工程の一括化が可能になる。その結果、カラーフィルタ製造コストを削減できる。

第２の発明は、複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいフォトマスクを備えた複数のヘッドと、前記ヘッドに光を供給する光源と、基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、を具備し、前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給し、前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光した後、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させ、前記ヘッドによりさらに１列露光することを特徴とする露光装置である。また、前記単位マスクが、半透過部を有することが好ましい。

周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいフォトマスクは、露光領域を重ねるのに適しており、露光領域の継ぎ目を目立たなくさせることができ、カラーフィルタのムラを生じにくくできる。

第３の発明は、複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部の密度に比べて小さいことを特徴とするフォトマスクである。また、前記単位マスクが、半透過部を有することが好ましい。

第４の発明は、透過部と半透過部と不透過部を有する単位マスクを複数有するフォトマスクを備えた複数のヘッドと、前記ヘッドに光を供給する光源と、基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、を具備する露光装置を用いて、前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給する工程（ａ）と、前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光する工程（ｂ）と、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させる工程（ｃ）と、前記ヘッドによりさらに１列露光する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする露光方法である。また、前記フォトマスクの周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいことが好ましい。

第５の発明は、複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいフォトマスクを備えた複数のヘッドと、前記ヘッドに光を供給する光源と、基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、を具備する露光装置を用いて、前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給する工程（ａ）と、前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光する工程（ｂ）と、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させる工程（ｃ）と、前記ヘッドによりさらに１列露光する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする露光方法である。また、前記単位マスクが、半透過部を有することが好ましい。

本発明により、カラーフィルタの製造コストを削減できる。また、ムラを生じない均一なカラーフィルタを製造することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る、露光装置１を示す図である。
台２３の上に、前後左右に水平移動可能なホルダ２１が設けられており、その上に基板１９が設けられている。ホルダ２１の位置はレーザ測長器１５により測定される。露光装置１には、複数のヘッド３が設けられており、ヘッド３内には、一組のシャッタ５、フォトマスク７、レンズ９が設けられている。露光装置１には、光１３を発生させる光源１１が設けられる。光源１１はヘッド３に接続され、光１３を供給する。

シャッタ５の開閉により、露光のタイミングや露光時間を調整することが可能である。また、レンズ９により、照射面積の大きさを調整可能である。１つのフォトマスク７は１回の露光により形成する照射面積が、基板１９上に必要とする露光面積１７よりも小さいため、複数のフォトマスク７による複数回の露光が必要である。

フォトマスク７には、光１３を１００％透過する材料を用いる。好ましくは石英ガラスである。

図２は、フォトマスク７を示す図である。フォトマスク７は、単位マスク２７が配列したものであり、全体的に単位マスク２７の密度は均一である。図２においては、単位マスク２７は格子状に配置されているが、必要により単位マスク２７の数や配置を変更してよい。

図３（ａ）は、単位マスク２７の構成を示す図である。１つの単位マスク２７がカラーフィルタ２５の１画素分を形成する。単位マスク２７は基板１９にネガ型フォトレジストが塗布されている場合に用いられる。単位マスク２７は、不透過部４３の内部に半透過部４５と、透過部４７とを有している。

透過部４７は、フォトマスク７の材料そのままであり、遮光膜も半透過膜も形成されていない。そのため、光１３は１００％透過する。

半透過部４５は、フォトマスク７の基板上に半透過膜が形成されている。半透過膜は、光１３を約５０％透過する膜であり、酸化インジウムと酸化スズの化合物膜からなるＩＴＯ膜や、チタンとタングステンを含む化合物膜、チタンとモリブデンを含む化合物膜のいずれかであることが好ましい。

不透過部４３は、遮光膜が形成されている。遮光膜は、光１３を透過させない膜であり、クロム膜や、クロム膜の上に酸化クロム膜を形成した膜のいずれかであることが好ましい。

また、半透過部４５は、スリットを設けた遮光膜により構成されていてもよい。

図３（ｂ）は、図３（a）に示す単位マスク２７とカラーフィルタ２５の関係を示す図である。カラーフィルタ２５は、ブラックマトリクス２９、赤色層３１、緑色層３３、青色層３５、透明電極３６、配向用突起３７、スペーサー３９を有し、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式を用いる際に適している。透明電極３６は、液晶に電圧をかけるためのものである。

単位マスク２７の透過部４７は、カラーフィルタ２５上には円柱状のスペーサー３９に対応する。また、単位マスク２７の半透過部４５は、カラーフィルタ２５上に、くの字型に突起が連なった配向用突起３７に対応する。

配向用突起３７は、ＶＡ方式の液晶を分割配向させ、液晶表示装置を広視野角化するものである。

スペーサー３９は、セルギャップの保持を目的とした、柱状のスペーサーである。

次に、図１を用いて露光装置１の動作を説明する。基板１９をホルダ２１にセットし、基板１９をヘッド３の下に移動させる。光源１１から発生した光１３は、ヘッド３内にてシャッタ５、フォトマスク７、レンズ９の順で通過し、基板１９に照射され、基板１９上に塗布された感光体（図示せず）を露光させる。１回の露光で照射される面積は、基板１９の面積よりも小さいため、基板１９を前後左右に移動させ、基板１９全体に光を照射する必要がある。図１においては、複数のヘッド３を左右方向に並べ、基板１９上を前後に往復させることで、基板１９の全面に光１３を照射し、露光領域１７を形成する。

第１の実施形態においては、ヘッド３の位置を固定し、基板１９を移動させることで露光領域１７全面に光１３を照射しているが、基板１９の位置を固定し、ヘッド３を動かしてもよい。

光１３が、パルス光である場合には、シャッタ５を常に開放状態にし、基板１９の移動速度と、フォトマスク７の大きさと、光１３のパルス周期を調整し、露光する。光１３が、パルス光でない場合には、シャッタ５の開閉を繰り返し、露光する。

図４は、第１の実施形態に係る露光装置１によるカラーフィルタ２５を製造するフローチャートを示す図であり、図５は各ステップの後の基板１９に形成された構造を示す図である。図５（ａ）に示すように、基板１９の上に、ブラックマトリクス２９を形成する（ステップ１０１）。図５（ｂ）に示すように、さらに赤色層３１を形成する（ステップ１０２）。図５（ｃ）に示すように、さらに緑色層３３を形成する（ステップ１０３）。図５（ｄ）に示すように、青色層３５を形成する（ステップ１０４）。図５（ｅ）に示すように、透明電極３６を形成する（ステップ１０５）。図５（ｆ）に示すように、配向用突起３７とスペーサー３９を形成する（ステップ１０６）。単位マスク２７が透過部４７と半透過部４５の両方を有するため、ステップ１０６において一括して配向用突起３７とスペーサー３９が形成可能である。

図４に示す各ステップは、いわゆるフォトリソグラフィにより成膜を行う。特に、ステップ１０６では、図１に示す露光装置１を用いる。

即ち、ステップ１０６の露光工程においては、基板１９の上に塗布された感光性樹脂は、光１３により硬化する。半透過部４５を透過した光１３は、強度が半減しており、透過部４７を透過した光１３が硬化させる樹脂量に比べて、硬化させる樹脂量が半減する。そのため、フォトマスク７は半透過部４５と透過部４７の両方を有し、透過部４７に対応するスペーサー３９と、スペーサー３９よりも背の低い配向用突起３７を一工程で形成可能である。半透過部４５の光１３の透過率を大きくすると、形成される機能層は高くなり、透過率を小さくすると形成される機能層は低くなる。

また、図４に示すステップ１０１〜１０５は、図３に示す単位マスク２７を用いず、通常の露光装置を用いる。

図６は、露光装置１を用いて、基板１９の露光領域１７の全面を、どのように露光するかを示す図である。露光装置１には複数のヘッド３が設けられており、一度に複数の照射域４９を得る。照射域４９ａ、４９ｂ、４９ｃはひとつのフォトマスク７により照射される領域で、単位露光部５１ａ、５１ｂ、５１ｃを有している。単位露光部５１は、単位マスク２７に対応しており、液晶ディスプレイの１画素になる。ヘッド３の間隔は開いており、照射域４９ａと４９ｂ、４９ｃを一度に露光する。その後、基板１９上を相対的にヘッド３がＡ方向（縦方向）へ照射域１つ分移動し、露光する。ヘッド３がＡ方向（縦方向）に移動して露光領域１７の端部に達するまで、Ａ方向（縦方向）への移動と露光を繰り返す。その後ヘッド３は照射域１列分を相対的にＢ方向（横方向）に移動し、その後ヘッド３は相対的にＣ方向（縦方向）への移動と照射を繰り返す。最初の照射域に隣接する区域まで到達したら、再度ヘッド３を相対的にＤ方向（横方向）に移動させる。この工程を露光領域１７全面に露光するまで繰り返す。図６においては１往復で照射が完了しているが、照射領域１７や照射域４９の大きさ、ヘッド３の数などにより露光回数は変わる。また、ヘッド３の移動は図６に示すものに限られない。

図７は、図６における照射域４９ａとそれに隣接する照射域４９ｄとの接合域５３を示す図である。

なお、図６の照射域４９ａにおける単位露光部５１ａの数が、図２のフォトマスク７における単位マスク２７の数と異なることや、図６の接合域５３における単位露光部５１ａの数が、図７の接合域５３における単位露光部５１ａの数と異なることは、作図の都合である。

第１の実施形態によれば、フォトマスク７の大きさは露光領域１７に比べて小さいため、フォトマスク７を製作するコストは、露光領域１７と同じ大きさのフォトマスクを製作するコストに比べて小さい。また、配向用突起３７とスペーサー３９を一括して形成可能なため、カラーフィルタ形成工程の簡略化が可能である。

図８は、第２の実施形態に係るフォトマスク５５を示す図である。単位マスク２７が、全面に渡って均等に配置されているフォトマスク７と異なり、フォトマスク５５は中心部に比べて周辺部において単位マスク２８の密度が減少している。なお、単位マスク２８は、透過部４７と不透過部４３を有し、半透過部４５を有しないが、フォトマスク５５には、半透過部４５を有する単位マスク２７を配置してもよい。

フォトマスク５５においては、前後左右の周辺部全体において、単位マスク２８の密度が減少しているが、前後のみまたは左右のみ単位マスク２８の密度を減少させてもよい。

図９は、第２の実施形態に係るフォトマスク５５を用いて、露光領域５７を形成する図である。フォトマスク５５は周辺部の単位マスク２８の密度が少ないため、照射域５９の周辺部において単位露光部６１の密度が小さくなっている。そのため、隣接する照射域５９とオーバーラップするように照射する。
図９における露光の方法は、隣接する照射域５９どうしをオーバーラップさせる点以外は、図６における露光の方法と同様である。

図１０は、第２の実施形態に係る照射域５９ａ、５９ｄ、５９ｅ、５９ｆのオーバーラップした状態を示す図である。照射域５９ａ、５９ｄ、５９ｅ、５９ｆの周辺部は重複し、単位露光部６１ａ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆが混じっている。露光領域５７は、４回の露光により第１の実施形態に係る露光領域１７と同等のパターンを形成している。

第２の実施の形態によれば、図１１に示すとおり、図１０の照射域５９ａと５９ｅの接合域６３において、単位露光部６１ａと６１ｅは、混じっており、継ぎ目ははっきりとは認識できずぼやけている。そのため、照射域５９ａと５９ｅの間隔や、単位露光部６１ａと６１ｅの露光量に誤差を生じても、ムラを目立たなくすることが可能である。

また、第２の実施の形態によれば、フォトマスク５５に、半透過部４５を有する単位マスク２７を用いることで、カラーフィルタ形成工程の簡略化とムラのないカラーフィルタの形成が可能である。

なお、図９の照射域５９における単位露光部６１の数が、図８のフォトマスク５５における単位マスク２８の数と異なることや、接合域６３における単位露光部５１ａの数が、図９と図１０、図１１で異なることは、作図の都合である。

図１２（ａ）は、第３の実施形態に係るカラーフィルタ６５を示す図である。フォトマスク中に、光１３を約１００％透過する透過部と、約８０％透過する半透過部と、約５０％透過する半透過部とを設けることで、光１３の透過率に応じた高さの機能層が形成され、透明電極３６の上に、スペーサー３９と、サブ柱７５と、配向用突起３７とが形成される。ＶＡ方式を用いる際に適したカラーフィルタである。

サブ柱７５とは、スペーサー３９よりも高さが低い柱である。通常はスペーサー３９のみでセルギャップを確保しているが、液晶セルに荷重がかかる際に、スペーサー３９が弾性変形を示す範囲内でサブ柱７５もともに外部加重を受けるようになっており、液晶セルの対荷重特性を向上させることができる。

図１２（ｂ）は、第４の実施形態に係るカラーフィルタ６７を示す図である。フォトマスクには、光１３を約１００％透過する透過部と、約８０％透過する半透過部とが設けられ、透明電極３６の上に、スペーサー３９とサブ柱７５とが形成される。ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式を用いる際に適したカラーフィルタである。

図１２（ｃ）は、第５の実施形態に係るカラーフィルタ６９を示すものである。フォトマスクには、光１３を１００%透過する透過部と、約２５％透過する半透過部が設けられ、半透過部は一画素に相当する大きさである。カラーフィルタ６９にはスペーサー３９とオーバーコート７３が形成される。ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｃｈｉｎｇ）方式を用いる際に適したカラーフィルタである。

オーバーコート７３とは、液晶表示装置の広視野角化に対応するため平坦化、イオンバリアを目的とした保護層である。
図１２（ｃ）においては、オーバーコート７３は、カラーフィルタ６９全体において厚さが均等であるが、単位マスクの半透過部の透過度を部分的に変更することで、カラーフィルタ６９内に数種類の厚みを持つオーバーコート７３を設けてもよい。

図１２（ｄ）は、第６の実施形態に係るカラーフィルタ７１を示すものである。フォトマスクには、光１３を１００％透過する透過部と、８０％透過する半透過部と、２５％透過する半透過部が設けられ、カラーフィルタ７１にはスペーサー３９と、サブ柱７５と、オーバーコート７３が形成される。ＩＰＳ方式を用いる際に適したカラーフィルタである。

図１３は、第７の実施形態に係る単位マスク７７を示す図である。単位マスク７７は基板１９にポジ型フォトレジストが塗布されている場合に、カラーフィルタ２５を形成する際に用いられる。単位マスク７７と単位マスク２７を比べると、不透過部４３の領域と、透過部４７の領域が入れ替わっている。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る露光装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

特に、本発明にかかる露光装置を用いて、カラーフィルタのブラックマトリクス、赤色層、緑色層、青色層を作製することは、当然に本願で開示した技術的思想の範疇内である。

第１の実施形態に係る露光装置を示す図。第１の実施形態に係るフォトマスクを示す図。第１の実施形態に係る単位マスクと、形成するカラーフィルタを示す図。第１の実施形態に係る露光装置のカラーフィルタ形成の流れを示す図。第１の実施形態に係る露光装置のカラーフィルタ形成のステップ別の構造を示す図。第１の実施形態に係る露光装置による露光領域を形成する方法を示す図。第１の実施形態に係る照射域の接合域を示す図。第２の実施形態に係るフォトマスクを示す図。第２の実施形態に係る露光装置による露光領域を形成する方法を示す図。第２の実施形態に係る照射域のオーバーラップを示す図。第２の実施形態に係る照射域の接合域を示す図。（ａ）〜（ｄ）第３〜第６の実施形態に係るカラーフィルタを示す図。第７の実施の形態に係る単位マスクと、形成するカラーフィルタを示す図。

符号の説明

１………露光装置
３………ヘッド
５………シャッタ
７………フォトマスク
９………レンズ
１１………光源
１３………光
１５………レーザ測長器
１７………露光領域
１９………基板
２１………ホルダ
２３………台
２５………カラーフィルタ
２７………単位マスク
２８………単位マスク
２９………ブラックマトリクス
３１………赤色層
３３………緑色層
３５………青色層
３６………透明電極
３７………配向用突起
３９………スペーサー
４３………不透過部
４５………半透過部
４７………透過部
４９………照射域
５１………露光部
５３………接合域
５５………フォトマスク
５７………露光領域
５９………照射域
６１………露光部
６３………接合域
６５………カラーフィルタ
６７………カラーフィルタ
６９………カラーフィルタ
７１………カラーフィルタ
７３………オーバーコート
７５………サブ柱
７７………単位マスク

Claims

透過部と半透過部と不透過部を有する単位マスクを複数有するフォトマスクを備えた複数のヘッドと、
前記ヘッドに光を供給する光源と、
基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、
を具備し、
前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給し、
前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光した後、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させ、前記ヘッドによりさらに１列露光することを特徴とする露光装置。
前記フォトマスクの周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいフォトマスクを備えた複数のヘッドと、
前記ヘッドに光を供給する光源と、
基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、
を具備し、
前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給し、
前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光した後、前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させ、前記ヘッドによりさらに１列露光することを特徴とする露光装置。
前記単位マスクが、半透過部を有することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部の密度に比べて小さいことを特徴とするフォトマスク。
前記単位マスクが、半透過部を有することを特徴とする請求項５記載のフォトマスク。
透過部と半透過部と不透過部を有する単位マスクを複数有するフォトマスクを備えた複数のヘッドと、
前記ヘッドに光を供給する光源と、
基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、
を具備する露光装置を用いて、
前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給する工程（ａ）と、
前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光する工程（ｂ）と、
前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させる工程（ｃ）と、
前記ヘッドによりさらに１列露光する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とする露光方法。
前記フォトマスクの周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいことを特徴とする請求項７記載の露光方法。
複数の単位マスクを有し、周囲の単位マスクのパターン密度が、中心部のパターン密度に比べて小さいフォトマスクを備えた複数のヘッドと、
前記ヘッドに光を供給する光源と、
基板と、前記複数のヘッドを相対的に移動させる移動手段と、
を具備する露光装置を用いて、
前記基板上に前記複数のヘッドを配置し、前記光源から光を供給する工程（ａ）と、
前記移動手段は、前記ヘッドまたは基板を縦方向に移動させつつ、前記基板上に１列分露光する工程（ｂ）と、
前記ヘッドまたは前記基板を１ヘッド分横方向に移動させる工程（ｃ）と、
前記ヘッドによりさらに１列露光する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とする露光方法。
前記単位マスクが、半透過部を有することを特徴とする請求項９記載の露光方法。