JP5515163B2 - 露光用マスク及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルやプラズマディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いる露光用マスク及びそれを用いた露光装置に関するものであり、詳しくは、フラッシュランプを用いた近接露光に用いる露光用マスクとその露光装置に関するものである。

液晶パネル用カラーフィルタの製造は、ブラックマトリックスを形成した基板上の全面に着色剤を含有するネガ型感光性組成物を塗布し、近接露光装置を用いて、基板上の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層を形成すべき部分に露光を順に行ってから現像することにより、基板上にブラックマトリックスで隔てられた着色層パターン（以下、単に「絵素部」という。）を有するカラーフィルタが製造されるが、図７（ａ）のように各絵素部外縁とブラックマトリックスとの重なり部分が、盛り上がった状態になると、表面の平坦度が低下する。
そこで、前記盛り上がりを防止する方法として、露光用マスクと被露光体である基板との間隙（以下「プロキシミティギャップ」という。）を調整して、デフォーカス露光をすることにより、前記重なり部分に対する露光量を低減させて該重なり部分を現像により溶解除去され易くして、前記盛り上がり量を低減する方法（特許文献１）や、露光用マスクの露光光の透過部（以下、単に「透光孔）という。」の形状がブラックマトリックスの開口部周縁より数μｍ内側にあるものを用いて、各絵素部をブラックマトリックスの開口部の内側に島状に設ける方法（特許文献２）等が知られている。

特開平９−１５９８１５号公報 特開２００１−３３６１３号公報

しかしながら、デフォーカス露光においては、露光用マスクがその自重で撓むことにより、ププロキシミティギャップを露光領域全面にわたって均一に保つことができず、小さな露光用マスクを複数使用する必要があるが、夫々の露光用マスクについて、プロキシミティギャップを調整せねばならず、その結果、各露光用マスクによって、プロキシミティギャップにバラツキを生じ、各露光用マスク間における前記重なり部分の厚さのバラツキを生じることによって、表面の平坦度に対する新たな問題が生ずるおそれがある。
また、図１０のような露光対象部分にシャープなエッジを必要とするコンタクトホールやスルーホールが混在する場合、デフォーカス露光方式では対応できない。

一方、露光用マスクの透光孔の形状がブラックマトリックスの開口部周縁より数μｍ内側にあるものを用いる方法では、ブラックマトリックスの開口部に対する露光用マスクの位置決めが難しく、ブラックマトリックスの開口部位置のバラツキがあると、前記開口部の内側の適切な位置に各絵素部を島状に設けることが出来ず、いわゆる白抜け部分が発生しカラーフィルタの品質が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ブラックマトリックスと絵素部外縁との重なり部分における盛り上がりを可及的に小さく抑えて、カラーフィルタの表面平坦性を高めると共に、カラーフィルタの精度を向上させることができる露光用マスクを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
即ち、請求項１に係る露光用マスクは、液晶表示装置のカラーフィルタを一定方向に一定速度で搬送しながら、該カラーフィルタのピクセル部分を露光するための、透明基材及び該透明基材の一面に形成された遮光膜と、該遮光膜に形成された露光パターンを有する露光用マスクであって、前記露光パターンは、ピクセルと相似形の複数の透光孔から構成され、複数の透光孔のうち、最小の透光孔の巾及び長さが前記ピクセルの巾及び長さと略同じであり、最も大きな透光孔の巾及び長さが前記ピクセルと該ピクセル周囲のブラックマトリックスの巾を足した巾及び長さと略等しいものであって、前記複数の透光孔が、カラーフィルタの搬送方向に沿って、一直上に、前記カラーフィルタの前記搬送方向のピクセルのピッチと同じピッチで、小さな透光孔から順に配列されており、小さな透光孔より、大きな透光孔の配列数が少ないことを特徴としている。

請求項２に係る近接露光装置は、請求項１記載の露光用マスクと、前記露光用マスクの上方に配設され、該露光用マスクに露光光を間欠照射する露光光源と、前記露光用マスクの下方に配設され、感光性物質を塗布した平板状の被露光体を、前記露光用マスクの方向に一定の速度で搬送する搬送装置と、基準となる位置を撮像する撮像手段と、前記撮像手段からのデータに基づき前記露光光源の間欠照射のタイミングを制御する制御手段と、を備え、前記露光用マスクが、前記ピクセルの巾及び長さと略同じである透光孔が前記被露光体が送られてくる方向側に位置するように取り付けられていることを特徴とする近接露光装置。

本発明によれば、以下の優れた効果を有する。
請求項１、２に係る発明によれば、露光用マスクに露光光を照射することによって、被露光体に対し、前記透光部の配列方向に沿って、複数の相似形の露光光を照射することができる。
したがって、後述のごとく露光用マスクと被露光体を相対的に移動させながら、この露光用マスクに、逐次露光光を照射することによって、略相似形の露光光を被露光体に、重ねて照射することができるため、前記ブラックマトリックスと絵素部外縁との重なり部分に対する露光の光量（以下、単に「露光量」という。）を、前記ブラックマトリックスの開口部内側の絵素部に対する露光量より少なくすることができる。
これによって、前記白抜け部分を生じることなく、前記重なり部分の厚みを薄く、前記ブラックマトリックスの開口部内側の絵素部の膜厚を厚くすることができる。

以下、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る露光用マスク１を示す平面図であり、図２は図１のA−A´線断面の斜視図である。図３は本発明の一実施の形態に係る近接露光装置１０を示す概念図である。
尚、本実施の形態の説明では、カラーフィルタ基板Wの露光の場合について説明するが、ここで使用するカラーフィルタ基板Ｗは、図４に示すように、透明なガラス基板５の一面にＣｒ等からなる不透明膜で構成されたブラックマトリックス（以下、単に「ＢＬ」という。）７と、多数のピクセル８（絵素部形成予定部分）がマトリクス状に形成されたものであって、上面に感光性樹脂として所定のカラーレジストが塗布されているものである。

露光用マスク１は、被露光体であるカラーフィルタ基板Wを所定方向に移動させながら露光を可能とするもので、透明基材２と、遮光膜３と、複数の透光孔４を有している。
透明基材２は、紫外線及び可視光を高効率で透過する透明なガラス基材であり、例えば石英ガラスからなり、図２に示すごとく、透明基材２の一方の面２ａには、遮光膜３が形成されている。

遮光膜３は、露光光を遮光するものであり、不透明な例えばクロミウム（Ｃｒ）の薄膜で形成されており、遮光膜３には露光光を透過する所定形状の透光孔４（４_１〜４_３
）がマトリックス状に複数形成配列された、透光孔４_１の領域、透光孔４_２の領域、透光孔４_３の領域を有している。
即ち、透光孔４（４_１〜４_３
）の配列は、「列」方向（図１のＹ方向の平行な並び）及び「行」方向（図１のＸ方向に平行な並び）に、それぞれ、５行３列、５行２列、５行１列のマトリックス状になっている。
そして、透光孔４_１〜４_３の形状は、互いに略相似形であり、４_１〜４_３の順に大きくなっていく。
透光孔４は、露光用マスク１に対向して搬送されるカラーフィルタ基板Wに露光光を照射可能とし、後述のカラーフィルタ基板W上に形成されたＢＬ７の露光対象のピクセル８上に、透光孔４の形状が露光パターンとして転写されるものである。

また、各透光孔４は、被露光体の搬送方向に直角な方向には、ピクセル８（後述）の３ピッチ間隔（図１のＰ１）で配列されており、被露光体の搬送方向に平行な方向には、ピクセル８と同じピッチ間隔（図１のＰ）で配列されており、透光孔４_１〜４_３の前記「列」数は、順に３、２、１になっている。
これはピクセル８（ＢＬ７の開口部）内の絵素部の膜厚を、その周囲の膜厚より厚くするために、このピクセル８内の絵素部部分への露光光の照射回数を、他の部分への露光光の照射回数より多くするためである。

尚、本実施の形態では、透光孔４_１〜４_３に順に形状が大きくなっているが、これに限らず、透光孔４_１〜４_３に順に小さくなってもよい。
更に、透光孔４は４_１〜４_３の３種類になっているが、これに限らず、少なくとも２種類以上の透光孔４があればよい。
また、各透光孔４_１〜４_３の前記「列」数は、前記カラーレジストの露光性能（例えば、露光光量に対する露光形成される膜厚の量の関係など）と、フラッシュランプ１１ａの１フラッシュあたりの放射光量との関係によって、最適個数が決定される。

前記透光孔４_１の形状（幅４_１ａ及び長さ４_１ｂ）は、図４及び図５のように、ピクセル８の形状（幅Ｗａ及び長さＷｂ）と略一致しており、上記ピクセル８の３ピッチ間隔（図４の各Ｒ、Ｇ、Ｂの絵素の同じ絵素ピッチ）と一致した間隔で形成されている。
本実施の形態では、透光孔４_３は、前記透光孔４_１と相似形（ピクセル８の形状とも相似形）であって、その幅４_３ａ及び長さ４_３ｂがピクセル８の周辺のＢＬ７の幅（ＢＬａ、ＢＬｂ）の分だけ広く形成されており、透光孔４_２は透光孔４_１と透光孔４_３の形状の中間の形状である。

この透光孔４_１〜４_３の露光パターンを順次カラーフィルタ基盤Wのピクセル８に重複して露光することによって、図６（ｂ）のようにピクセル８に対する露光量が分布し、その結果、図６（ｃ）のような前記カラーレジストの膜厚が形成される。その結果、ピクセル８の絵素部の断面は図７（ｂ）のような形状になる。
なお、露光光は、若干の開き角度を有しているため、図６（ｃ）のように、露光光が照射された箇所は緩やかな傾斜を持ったテーパーが形成される。

近接露光装置２は、露光用光源１１と、露光用マスク１と、カラーフィルタ基板Wを搬送する搬送装置１２と、光学的検出手段１３と、これらを制御する制御装置１７と、を備えている。
露光用光源１１は露光光を間欠放射可能な光源（例えば、露光用フラッシュランプ、紫外領域のレーザ光の発振器など）１１ａと、この露光光を間欠放射可能な光源１１ａから放射される光を所定の平行光の束にするための光学系１１ｂと、を備えており、露光用マスク１の上方に配設され、光学系１１ｂが露光用マスク１に対向している。
そして、露光光を間欠放射可能な光源１１ａは制御装置１７に接続されており、後述のようにカラーフィルタ基盤Wが露光用マスク１の下側を通過する際に、ピクセル８の１ピッチ（図１のＰ）ごとに発光されるようになっている。
なお、以下、露光光を間欠放射可能な光源１１ａは簡単のため、露光用フラッシュランプとして記載する。

露光用マスク１は、遮光膜３を形成した面２ａを下にして搬送されるカラーフィルタ基板Ｗの上面に近接対向して配置されており、マスク駆動手段１６によって、Ｙ軸及、Ｚ軸、θ軸、α軸の各軸で露光用マスク１の位置、姿勢の制御が可能になっている。
また、マスク駆動手段１６は制御装置１７に接続されており、露光用マスク１のＸ、Ｙ、Ｚ（図１の紙面に垂直な方向）の各軸およびθ軸（Ｚ軸を中心にした回転）に沿って、露光用マスク１の姿勢を制御できるようになっている。

搬送装置１２は、露光用マスク１の下方に配置されて、ステージ１４と撮像手段１３と搬送手段１５とから構成されている。
ステージ１４は上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引口を有し、図示しない圧縮気体供給装置及び気体吸引装置に接続されて、気体の噴出、吸引のバランスによりカラーフィルタ基盤Wをステージ１４の上に浮上させるようになっており、露光用マスク１に対向する部分は、開口しており、この開口部分１４ａには、露光用マスク１による露光位置の手前側の位置で、カラーフィルタ基板Wを下側から撮像するための撮像手段１３が、カラーフィルタ基盤Wに向かって設けられている。

搬送手段１５は、カラーフィルタ基盤Wの一部（カラーフィルタ基盤Wの搬送方向に平行な縁の一方）を図示しない把持手段で把持した状態で、カラーフィルタ基盤Wを所定の方向（図３の矢印イの方向）にステージ１４上を搬送できるようになっており、更に、カラーフィルタ基板Wの前記矢印イの方向における位置を検出するカラーフィルタ位置センサ（図示せず）を備えている。

また、撮像手段１３は、前記搬送方向（図３の矢印イの方向）に直角な方向に多数の受光素子１３ａを一列に配列したラインセンサ（図８）であって、カラーフィルタ基盤Wを下側からピクセル８を含む所定の範囲を撮像し、図９に示すようにピクセル８の前記矢印イの方向に直交するライン８ａおよび前記矢印イの方向に平行なライン８ｂを検出するためのものである。
そして、撮像手段（以下、単に「ラインセンサ」という。）１３は、前記一列に配列された多数の受光素子のうちの所定の受光素子１３ａ１が、露光用マスク１の透光孔４_１のライン４_１ｂに対応するように、配置されている。

制御装置１７は、露光用光源１１のフラッシュランプ１１ａを駆動するランプ駆動部１８と、マスク駆動手段１６をコントロールするマスクコントロール部１９と、搬送手段１５をコンロールする搬送コントローラ部２０と、画像処理部２１と、これらを制御する制御部２２とから構成されている。そして、制御部２２には、前記カラーフィルタ位置センサと外部入力手段２３が接続されている。

画像処理部２１は、ラインセンサ１３によって撮像されたカラーフィルタ基板Ｗの画像データを処理して得られた輝度データからピクセル８の矢印イの方向に直角なライン８ａおよびピクセル８の矢印イの方向のライン８ｂを検出し、その結果を制御部２２に送るものである。

制御部２２は、画像処理部２１からライン８ａのデータ信号と前記カラーフィルタ位置センサからの位置信号に基づいて、露光対象のピクセル８のライン８ａを特定し、その特定ライン８ａが検出されたフィルタ基板Ｗの前記搬送方向（図３の矢印イの方向）位置（前記カラーフィルタ位置センサによって検出される）から、所定の距離（予め測定してあるラインセンサ１３と露光用マスク１の透光孔４_１とのＸ軸方向距離）Ｌ（図８）をフィルタ基板Ｗが搬送された時にランプ駆動部１８にフラッシュランプ１１ａの発光信号を送り、フラッシュランプ１１ａを発光させる。
尚、前記特定ライン８ａとは、ピクセル８の１ピッチごとの検出されるライン８ａである。

また、制御部２２は、画像処理部２１からライン８ｂのデータ信号に基づいて、マスクコントロール部１９に信号を送り、マスク駆動手段１６によって露光用マスク１のＹ軸及びθ軸（図１）方向の位置姿勢を調整し、常に露光用マスク１の透光孔４_１のライン４_１ｂとピクセル８のライン８ｂが重なるようにしている。
外部入力手段２３は、制御部２２に対し、フラッシュランプ１１ａの光の強度を調整する他、１つの透光孔４（例えば、透光孔４_１）を通して、同じピクセル８に照射される露光光のフラッシュ回数の設定を外部から入力可能にするものである。

次に、上記のように構成された近接露光装置の露光動作について、図１０及び図１〜図９、図１１を用いて説明する。
まず、ステップ１において、外部入力手段２３から、露光光の強度、１つの透光孔４（例えば、透光孔４_１）を通して、同じピクセル８に照射される露光光のフラッシュ回数の設定を入力された後、カラーフィルタ基板Ｗが搬送装置１２の所定位置にセットされる。

次に、ステップ２において、カラーフィルタ基板Ｗが所定の速度で図２の矢印イの方向に搬送され、ステージ１４の開口部１４ａにおいて、ラインセンサ１３によって、カラーフィルタ基盤Ｗの下側から、ＢＬ７が撮像され、その撮像された画像データが画像処理部２１を経て制御部２２に送られる。

次に、ステップ３において、制御部２２で、露光対象のピクセル８のライン８ａの特定が行われると共に、ライン８ｂがラインセンサ１３の特定の受光素子１３ａ１で検出されているか否かの判断がなされ、ライン８ｂが特定の受光素子１３ａ１以外の受光素子１３ａで検出された場合は、特定の受光素子１３ａ１と実際にライン８ｂを検出した受光素子１３ａの間の受光素子数に基づいて、透光孔４_１のライン４ｂと、ピクセル８のライン８ｂのズレ量が算出される。

次にステップ４において、透光孔４_１のライン４ｂと、ピクセル８のライン８ｂのズレ量が所定の範囲（ブラックマトリックスの遮光部分の太さによって範囲が異なる）内になるように、制御部２２からマスクコントロール部１９に信号が送られ、それ基づいてマスク駆動手段１６が作動されて、透光孔４_１のライン４ｂが、ピクセル８のライン８ｂが常に重なるように露光用マスク１が駆動される。

次に、ステップ５において、前記特定されたライン８ａの検出位置が前記カラーフィルタ位置センサからの位置データによって検出されて、この検出位置から、カラーフィルタ基板Ｗが、搬送装置１２上を前記予め測定されているラインセンサ１３と露光用マスク１の距離Ｌ（図８）搬送された時点に、フラッシュランプ１１ａが発光される。なお、露光用マスク１が前記Ｘ軸方向の距離Ｌを搬送されたか否かは、前記カラーフィルタ位置センサの位置データから判断される。

次に、ステップ６において、１ピッチ後のピクセル８のライン８ａが特定され、その位置から前記距離Ｌをカラーフィルタ基板Ｗが搬送された時点に、フラッシュランプ１１ａが発光される。
次に、ステップ７で、上記ステップ６が繰り返されて、所定の露光対象の全てのピクセル８が露光されてから露光作業が終了する。

なお、上記実施形態においては、露光用マスク１の透光孔４内には遮光部が存在しないものについて説明しているが、その他の実施の形態として、図１１のように、透光孔４Ａ内に遮光部４Ｂを設けたものでもよい。以下、図１１の露光用マスク１Ａについて説明する。
図１１の各透光孔４Ａ_１〜４Ａ_３の遮光部４Ｂの形状は同一であって、透光孔４Ａ_１〜４Ａ_３を同じ向きで、且つ図心が一致するように重ねた場合に前記各遮光部４Ｂが夫々同じ位置に重なるような各透光孔４Ａ_１〜４Ａ_３の位置に設けられている。

その結果、露光用マスク１に替えて露光用マスク１Ａを前述の近接露光装置１０に適用することによって、図１２（ｂ）のようにピクセル８に対する露光量が分布し、その結果、図１２（ｃ）のような前記カラーレジストの膜厚が形成される。
即ち、絵素部外縁は緩やかな傾斜を持ったテーパーが形成される一方、遮光部４Ｂの周囲は急勾配のエッジが形成される。
そのため、絵素部内にコンタクトホールを有するカラーフィルタ基板のように、緩やかな傾斜部分と急な傾斜部分が混在する被露光体を露光することができる。

以上、被露光体がカラーフィルタ基板Wの場合について説明したが、本発明はこれに限られず、被露光体の露光対象領域に露光量を調整することにより、露光生成される膜厚を傾斜形成する被露光体であってもよい。
また、カラーフィルタ基板Wを搬送しながら露光作業を行う場合について説明したが、これに限られず、ステージ１４に載置されて静止したカラーフィルタ基板Wに対して、露光用マスク１又は１Ａを移動させながら露光を行ってもよい。
更に、カラーフィルタ基板Ｗを連続搬送しながら露光を実行する場合について説明したが、これに限られず、ピクセル８の１ピッチずつのステップ送りにして露光を行ってもよい。

本発明に係る露光用マスクの一実施の形態を説明するための平面図 図１の露光用マスクの概略断面斜視図 本発明に係る近接露光装置の一実施の形態を説明するための概念図 被露光体の平面をあらわす概念図 透光孔の大小関係とピクセルの関係を説明するための概念図 透光孔と露光量、膜厚の関係を説明する説明図 カラーフィルタのピクセル部分断面を示す概念図であって、（ａ）は従来例をを示し、（ｂ）は本発明による例を示すものである。 撮像手段と露光用マスクの透光孔の位置関係を示す説明図 撮像手段の受光素子とカラーフィルタ基板のピクセルとの位置関係を示す説明図 本発明に係る近接露光装置の作用を説明するためのフロー図 本発明に係る露光用マスクの他の実施の形態を説明するための平面図 図１１の露光用マスクを用いた場合の露光量、膜厚の関係を説明する説明図

符号の説明

１： 露光用マスク
２： 透明基板
３： 遮光膜
４： 投光孔
５： 遮光膜
６： ガラス基板
７： ブラックマトリックス
８： ピクセル
１０： 近接露光装置
１１： 露光光源
１２： 搬送装置
１３： ラインセンサ
１４： ステージ
１５： 搬送手段
１６： マスク駆動手段
１７： 制御装置
２１： 画像処理部

Claims (2)

1. 液晶表示装置のカラーフィルタを一定方向に一定速度で搬送しながら、該カラーフィルタのピクセル部分を露光するための、透明基材及び該透明基材の一面に形成された遮光膜と、該遮光膜に形成された露光パターンを有する露光用マスクであって、
   前記露光パターンは、ピクセルと相似形の複数の透光孔から構成され、
   複数の透光孔のうち、最小の透光孔の巾及び長さが前記ピクセルの巾及び長さと略同じであり、最も大きな透光孔の巾及び長さが前記ピクセルと該ピクセル周囲のブラックマトリックスの巾を足した巾及び長さと略等しいものであって、
   前記複数の透光孔が、カラーフィルタの搬送方向に沿って、一直上に、前記カラーフィルタの前記搬送方向のピクセルのピッチと同じピッチで、小さな透光孔から順に配列されており、
   小さな透光孔より、大きな透光孔の配列数が少ないことを特徴とする露光用マスク。
   
2. 請求項１記載の露光用マスクと、
   前記露光用マスクの上方に配設され、該露光用マスクに露光光を間欠照射する露光光源と、
   前記露光用マスクの下方に配設され、感光性物質を塗布した平板状の被露光体を、前記露光用マスクの方向に一定の速度で搬送する搬送装置と、
   基準となる位置を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段からのデータに基づき前記露光光源の間欠照射のタイミングを制御する制御手段と、を備え、
   前記露光用マスクが、ピクセルの巾及び長さと略同じである透光孔が前記被露光体が送られてくる方向側に位置するように取り付けられていることを特徴とする近接露光装置。