(57)【要約】【課題】  ブラックマトリックスと着色層との重なり部分における盛り上がりを小さく抑えてカラーフィルタの表面平坦性を高め、カラーフィルタの精度を向上させる。【解決手段】  カラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリックスを形成した透明基板（基板）Ｗ上に着色層を塗布した後、投影露光装置１を用いて投影レンズ４ｂを通してフォトマスク７の開口部７ａのパターンを着色層に露光することにより着色したフィルタを透明基板Ｗ上に形成するにあたり、投影露光装置１が露光光学系４に光均一化手段４ａを備え、光均一化手段４ａを通した露光光を投影レンズ４ｂによって透明基板Ｗに照射して着色層に露光する際に、該投影レンズ４ｂと露光する透明基板Ｗの表面までの距離が投影レンズ４ｂの焦点距離より３５０〜７００μｍだけ短いあるいは長い距離で露光する構成とされている。【選択図】      図１
2007093714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラックマトリックスを形成した基板上に着色層を塗布した後、投影露光装置を用いて投影レンズを通してフォトマスクのパターンを前記着色層に露光することにより着色したフィルタを基板上に形成するカラーフィルタの製造方法において、
前記投影露光装置が露光光学系に光均一化手段を備え、該光均一化手段を通した露光光を投影レンズによって基板に照射して前記着色層に露光する際に、該投影レンズと露光する基板の表面までの距離が投影レンズの焦点距離より短いあるいは長い距離で露光することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記フォトマスクのパターンの開口幅がブラックマトリックスの開口部の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記投影レンズと露光する基板の表面までの距離が投影レンズの焦点距離より短いあるいは長い距離は３５０μｍ〜７００μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやプラズマディスプレイ等に用いられるカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル用カラーフィルタの製造方法において、基板上にパターン形状の着色層を形成した後にその全面にブラックマトリックス用のネガ型感光性組成物を塗布し、または基板上にブラックマトリックスを形成した後にそ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、プロキシミリティ型露光装置を用いて、基板上の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層を形成すべき部分にデフォーカス露光を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を配列形成するカラーフィルタの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１５９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記カラーフィルタの製造方法は、各着色層パターンとブラックマトリックスとの重なり部分が、露光後の現像によって十分に溶解除去されずに盛り上がった状態で残ってしまうのを防ぐために、プロキシミティギャップを通常のプロキシミティ露光装置のものよりかなり大きく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、これにより、表面が凹凸の無い平坦性に優れたカラーフィルタを得ようとするものである。
しかしながら、カラーフィルタの製造方法においては、これに用いるプロキシミティ露光装置が、一括露光方式で大きなフォトマスクを使用しているため、該フォトマスクがその自重で撓むことにより、プロキシミティギャップを露光領域全面にわたって均等に保つことができず、したがって、露光領域によってデフォーカス量が変わり、露光領域全面においてデフォーカス露光を設定通りに適切に行うことができず、また、プロキシミティギャップを大きく取るため、露光光の光線の平行度に誤差がある場合には、フォトマスクの開口部のパターンの基板への転写位置ずれが大きくなり、カラーフィルタの精度が低下するおそれがある。
【０００４】
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着色層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カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
すなわち、請求項１に係るカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリックスを形成した基板上に着色層を塗布した後、投影露光装置を用いて投影レンズを通してフォトマスクのパターンを前記着色層に露光することにより着色したフィルタを基板上に形成するカラーフィルタの製造方法において、
前記投影露光装置が露光光学系に光均一化手段を備え、該光均一化手段を通した露光光を投影レンズによって基板に照射して前記着色層に露光する際に、該投影レンズと露光する基板の表面までの距離が投影レンズの焦点距離より短いあるいは長い距離で露光することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係るカラーフィルタの製造方法は、請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法において、前記フォトマスクのパターンの開口幅がブラックマトリックスの開口部の幅より小さいことを特徴としている。
【０００７】
請求項３に係るカラーフィルタの製造方法は、請求項１または２に記載のカラーフィルタの製造方法において、前記投影レンズと露光する基板の表面までの距離が投影レンズの焦点距離より短いあるいは長い距離が３５０μｍ〜７００μｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るカラーフィルタの製造方法によれば、小さなフォトマスクを使用しその撓みが無い状態で走査方式によって広域の露光領域を露光することができると共に、露光光学系の光均一化手段によってフォトマスクの全面に対して光強度分布を均等にされた露光光を投光することができるので、フォトマスクの開口部を通して投影レンズによって基板上に照射される露光光を、露光領域の全体にわたってデフォーカス量を均等にすることができ、フォトマスクの開口部に対応する基板上の着色層に対するデフォーカス露光の分布状態を適切に形成することができる。
また、投影レンズによってフォトマスクの開口部のパターンを基板上に転写するため、プロキシミティ露光のように露光光の光線の平行度誤差によるフォトマスクのパターンの転写ずれが生じるおそれはなく、フォトマスクの開口部のパターンを基板上に高精度に転写することができる。
したがって、ブラックマトリックスと着色層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。
【０００９】
請求項２に係るカラーフィルタの製造方法によれば、フォトマスクのパターンの開口部の周方向への光の広がりを大きくすることができるので、ブラックマトリックスと着色層との重なり部分における露光光の光強度分布を的確に低減することができて、盛り上がり量を確実に小さく抑えることができる。
【００１０】
請求項３に係るカラーフィルタの製造方法によれば、デフォーカス量を適切に設定することができるので、ブラックマトリックスと着色層との重なり部分における盛り上がり量を制限値内に確実に制御することができて、カラーフィルタの精度を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法について説明する。
初めに、本発明の一実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法を実施する際に使用する投影露光装置１について図１、図２を参照して説明する。
前記投影露光装置１は、上面に載置された透明基板（基板）Ｗを基板駆動手段２の作動によってＹ軸方向ｙとこれに直角なＸ軸方向ｘに移動させる基板ステージ３と、光均一化手段４ａを上側に投影レンズ４ｂを下側に位置させて前記基板ステージ３の上方の露光部５に配置され、基板ステージ３（Ｘ，Ｙ軸を含む平面）に対して垂直な光軸Ｌを有する露光光学系４と、前記光均一化手段４ａと投影レンズ４ｂとの間に配置され、マスクステージ６に支持されたフォトマスク７と、該フォトマスク７の上方に照明光軸を前記露光光学系４の光軸Ｌに一致させて設けられた光源８とを備え、該光源８から前記光均一化手段４ａを経て出射された露光光を、前記フォトマスク７の開口部７ａを通して投影レンズ４ｂによって前記基板Ｗに照射し、前記開口部７ａのパターンを透明基板Ｗ上に転写するようになっている。
【００１２】
前記光均一化手段４ａは、従来周知のように、入射面に照度分布にむらがある光が入射されても出射面から照度分布（光強度分布）が均一化された光が出射されるように構成された光学レンズであって、ロッドレンズ（ロッドインテグレータ）、フライアイレンズ（フライアイ・インテクレータ）、カライドスコープ、光ホモジナイザ等と称されるものが用いられる（特開平５−１２７０８６号公報、特開平７−２７１０５２号公報、特開平１１−１４９０５８号公報、特開２００２−１８４２０６号公報、特開２００５−１４１０３９号公報等参照）。
また、前記投影レンズ４ｂとしては、例えば、特開２００２−１５９８７号公報に記載されているような５つのレンズ群を組合せてなる両側にテレセントリック性の優れた投影レンズを使用することができる。
【００１３】
また、前記フォトマスク７は、前記透明基板Ｗの搬送方向（Ｙ軸方向ｙ）に幅狭でＸ軸方向ｘに長い矩形板状に形成され、Ｘ軸方向ｘに間隔をあけて複数個の矩形の前記開口部７ａが設けられている。前記開口部７ａのパターンの大きさ形状は、図３、図４に示すように、カラーフィルタＣＦの透明基板Ｗ上に形成されたブラックマトリックスＢＭにおける遮光層ＢＭａの中に縦横に配置された遮光層ＢＭａの形成されていない矩形の開口部ＢＭｂ（カラーフィルタの赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの画素（着色層）を形成する部分）の形状に対応させて、Ｘ軸方向ｘにおける幅（開口幅）ｈが前記開口部ＢＭｂの幅（開口幅）Ｈよりやや小さく設定され、Ｙ軸方向ｙにおける長さがｎが開口部ＢＭｂの長さＮと略同一に設定されて矩形に形成されている。
そして、前記フォトマスク７の開口部７ａの相互間隔はカラーフィルタＣＦの同一の画素のＸ軸方向ｘにおける間隔と一致されている。
【００１４】
また、前記光源８は、超高圧水銀灯等のランプからなり、点灯が指令されると点灯して消灯が指令されるまで連続的に照明光を投光し続けるものである。前記基板ステージ３とマスクステージ６の少なくとも一方は、図示しない駆動手段によってＸ軸、Ｙ軸に直角なＺ軸方向ｚ（光軸Ｌに沿う方向）に移動調節可能に設けられており、Ｚ軸方向ｚに固定されている前記投影レンズ４ｂの焦点距離に対して、該投影レンズ４ｂと前記透明基板Ｗの表面との距離を大きくしたり、または小さくしたりして、透明基板Ｗの表面に対する投影レンズ４ｂのデフォーカス量を調整できるようになっている。
【００１５】
次に、前記構成の投影露光装置１を用いてカラーフィルタを製造する際の透明基板Ｗの露光方法について説明する。
ブラックマトリックスＢＭを形成し、該ブラックマトリックスＢＭの上に例えば赤色Ｒの着色層（着色剤）を塗布した透明基板Ｗを基板ステージ３上に載置した後、該基板ステージ３をＸ軸、Ｙ軸方向ｘ，ｙに移動させて、透明基板Ｗの露光開始位置、例えば、ブラックマトリックスＢＭにおける赤色Ｒの着色層に対応する先頭の開口部ＢＭｂが、投影露光装置１の露光部５においてフォトマスク７の開口部７ａの位置に合うように調節する。また、前記基板ステージ３を前記投影レンズ４ｂに対してＺ軸方向ｚに移動させて前記投影レンズ４ｂと透明基板Ｗとの距離を投影レンズ４ｂの焦点距離より所定値（３５０〜７００μｍから選択された一定値）だけ大きくしてデフォーカス量ｆを設定する。
【００１６】
しかる後に、基板ステージ３を駆動手段２によって一定速度でＹ軸方向ｙの一方（図１、図２で左方）に移動させると共に、前記光源８を点灯させると、光源８からの露光光が光均一化手段４ａによってその周辺部まで照度分布を均一にされた後、フォトマスク７の開口部７ａを経て投影レンズ４ｂに入射される。投影レンズ４ｂに入射された露光光は、照度分布を均一に保ったまま出射して透明基板Ｗの表面にデフォーカスの状態で照射される。この露光光の透明基板Ｗへの照射は、前記ブラックマトリックスＢＭにおける赤色Ｒの着色層に対応する終端の開口部ＢＭｂが、投影露光装置１の露光部５においてフォトマスク７の開口部７ａの位置に至ったときに、前記光源８が消灯し、基板ステージ３の移動が停止されて終了される。
【００１７】
前記露光光の透明基板Ｗへの照射により、フォトマスク７のＹ軸方向ｙに１列でＸ軸方向ｘに複数（図示の例で２個）配置された開口部７ａを通した露光光によって、Ｙ軸方向に沿った２条の赤色Ｒの着色層に対応する帯状の露光領域Ａが露光される。各露光領域Ａ，Ａの露光状態は、前記光均一化手段４ａによって複数の開口部７ａを通過する露光光の照度分布が均一であるので、相互間に差異は生じることはなく均等となる。また、前記露光においては、前記フォトマスク７の開口部７ａの幅ｈがブラックマスクＢＭの幅Ｈより小さく形成されているが、露光光がフォトマスク７の開口部７ａを通過した際、回折により開口部７ａの裏側の周辺に広がることにより、そのまま投影レンズ４ｂによって透明基板Ｗに照射されるので、露光光の照度分布は前記開口部７ａの中央の広い範囲が強く、その周辺部が弱くなったデフォーカス露光の分布状態となり、前記ブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭｂに塗布された赤色Ｒの着色層の部分に露光が十分になされ、その開口部ＢＭｂの周辺部の遮光層ＢＭａに塗布された着色層の部分の露光は不十分となる。
【００１８】
したがって、露光後、前記透明基板Ｗを現像処理した場合には、図４に実線で示すように、露光が十分な強度でなされて光硬化が進んだブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭｂに対応して赤色Ｒの着色層が形成され、一方、露光が不十分で光硬化が進まなかった遮光層ＢＭａに重なった赤色Ｒの着色層は殆どの部分が溶解除去されて、僅かに残留した着色層の部分が盛り上がり部分Ｅ１を形成する。この盛り上がり部分Ｅ１の高さ（盛り上がり量）ｔ１は、図４に破線で示すように、投影レンズ４ｂをデフォーカス露光を行わないで着色層を形成した場合における盛り上がり部分Ｅ２の高さｔ２に比べて極めて小さくなり、カラーフィルタの精度（性能）に何ら支障を来すことはなく、実用上許容し得るものである。
【００１９】
なお、赤色Ｒの着色層の形成が終了した後には、前記基板ステージ３をＸ軸方向ｘに着色層の１ピッチ分ずつ移動させて、順次、前記と同様にしてブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭｂ上に塗布した緑色Ｇ、青色Ｂの着色剤に対して露光と現像処理を繰り返して行って、透明基板Ｗ上にブラックマトリックスＢＭの中に赤色Ｒ、緑Ｇ、青着Ｂの各着色層が縦横に整列して形成される。
なお、前記露光光のデフォーカス状態は、前記投影レンズ４ｂと透明基板Ｗとの距離を投影レンズ４ｂの焦点距離より大きくする変わりに、投影レンズ４ｂと透明基板Ｗとの距離を投影レンズ４ｂの焦点距離より前記所定値だけ小さくしてデフォーカス量ｆを設定することにより形成してもよく、いずれによる露光でも同様な作用効果が得られる。
【００２０】
実施例
次に、本発明に係る一実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法について具体的に説明する。
（１）先ず、透明基板Ｗ上の全面にネガ型フォトレジスト（東京応用化学製ＢＫ４６１７）からなるブラックマトリックス層用樹脂をスピナーで塗布した後に、フォトマスクを介して、露光量を２００ｍＪ／ｃｍ２  （波長３６５ｎｍ）で露光光を照射した。そして、現像処理として、水酸化ナトリウム（ＫＯＨ）の１％水溶液に露光光を照射した透明基板を７０秒間浸せきし、しかる後に、２００℃の温度で２０分間ベーキングを行って、矩形状の開口部ＢＭｂを縦横に配置されて格子状の遮光層ＢＭａからなるブラックマトリックスＢＭを透明基板Ｗ上に形成した。
【００２１】
（２）次に、前記ブラックマトリックスＢＭを形成した透明基板Ｗ上の全面にネガ型フォトレジスト（住友化学製Ｍ３０２Ｒ）からなる赤色Ｒの着色用樹脂層（着色層）をスピナーで塗布した後に、前記投影露光装置１を用いて投影レンズ４ｂのデフォーカス量の大きさを種々を変更して、フォトマスク７の開口部７ａを通した露光光を投影レンズ４ｂによって前記着色用樹脂層に照射した。そして、現像処理として水酸化ナトリウムの１．０％水溶液に露光光を照射した透明基板を７０秒間浸せきし、しかる後に、２００℃の温度で２０分間ベーキングを行って、矩形をした赤色Ｒの着色層をブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭｂ内に形成した。
【００２２】
（３）次に、ネガ型フォトレジスト（住友化学製Ｍ３０２Ｇ）、ネガ型フォトレジスト（住友化学製Ｍ３０２Ｂ）からなる緑色Ｇ、青色Ｂの着色用樹脂層を用いて、上記（２）の処理を繰り返して、ブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭａ内に緑色Ｇ、青色Ｂの着色層を形成し、カラーフィルタＣＦを製造した。そして、このカラーフィルタＣＦの上に透明電極を堆積させた。
【００２３】
（４）さらに、得られたカラーフィルタＣＦの格子状のブラックマトリックスＢＭの遮光層ＢＭａに形成された盛り上がり部分Ｅ１を触針式膜厚計を用いて測定した結果を、デフォーカス量ｆと盛り上がり部分の高さ（盛り上がり量）ｔの関係として表１と図５に示す。
これによれば、投影レンズ４ｂのデフォーカス量ｆを３５０〜７００μｍの範囲に設定すると、盛り上がり量ｔ１が０．５μｍ以下となる良好な露光結果が得られ、透明基板Ｗ上に形成された透明電極の剥離現象が生じることがなく、高精度のカラーフィルタを製造し得ることが判明した。前記デフォーカス量ｆが７００μｍより大きくなると、フォトマスク７における開口部７ａのパターンの直進性が悪化し、ブラックマトリックスＢＭ上で着色層と着色層の重なりが発生し、カラーフィルタＣＦが不良となる。
【００２４】
【表１】
2007093714.tif 000003
【００２５】
以上説明したように、実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法は、ブラックマトリックスＢＭを形成した透明基板Ｗ上に赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの着色層を塗布した後、投影露光装置１を用いて投影レンズ４ｂを通してフォトマスク７の開口部７ａのパターンを前記各着色層に露光することにより、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂに着色したフィルタを透明基板Ｗ上に形成するカラーフィルタの製造方法において、前記投影露光装置１が露光光学系４に光均一化手段４ａを備え、該光均一化手段４ａを通した露光光を投影レンズ４ｂによって透明基板Ｗに照射して前記各着色層に露光する際に、該投影レンズ４ｂと露光する透明基板Ｗの表面までの距離が投影レンズ４ｂの焦点距離より短いあるいは長い距離で露光する構成とされている。
【００２６】
したがって、前記実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法によれば、小さなフォトマスク７を使用しその撓みが無い状態で走査方式によって広域の露光領域Ａ，Ａを露光することができると共に、露光光学系４の光均一化手段４ａによってフォトマスク７の全面に対して光強度分布を均等にされた露光光を投光することができるので、フォトマスク７の開口部７ａを通して投影レンズ４ｂによって透明基板Ｗ上に照射される露光光を、露光領域Ａ，Ａの全体にわたってデフォーカス量ｆを均等にすることができ、フォトマスク７の開口部７ａに対応する透明基板Ｗ上の着色層に対するデフォーカス露光の分布状態を適切に形成することができる。
【００２７】
また、投影レンズ４ｂによってフォトマスク７の開口部７ａのパターンを透明基板Ｗ上に転写するため、プロキシミティ露光のように露光光の光線の平行度誤差によるフォトマスク７のパターンの転写ずれが生じるおそれはなく、フォトマスク７の開口部７ａのパターンを透明基板Ｗ上に高精度に転写することができる。
したがって、ブラックマトリックスＢＭと着色層との重なり部分Ｅ１における盛り上がり量ｔ１を可及的に小さく抑えて、カラーフィルタＣＦの表面平坦性を高めると共に、カラーフィルタＣＦの精度を向上させることができる。
【００２８】
また、前記実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法によれば、前記フォトマスク７の開口部７ａの開口幅ｈがブラックマトリックスＢＭの開口部ＢＭｂの開口幅Ｈより小さくした構成とされているので、フォトマスク７の開口部７ａの周方向への光の広がりを大きくすることができるため、ブラックマトリックスＢＭと着色層との重なり部分における露光光の光強度分布が的確にに低減することができ、盛り上がり部分Ｅ１の盛り上がり量ｔ１を確実に小さく抑えることができる。
さらに、前記投影レンズ４ｂと露光する透明基板Ｗの表面までの距離が投影レンズ４ｂの焦点距離より短いあるいは長い距離を３５０μｍ〜７００μｍとした構成とされているので、デフォーカス量を適切に設定することができ、ブラックマトリックスＢＭと着色層との盛り上がり部分Ｅ１における盛り上がり量ｔ１を制限値内に確実に制御することができて、カラーフィルタＣＦの精度を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法を実施する際に使用する投影露光装置の一例を示す断面図である。
【図２】同じく投影露光装置におけるフォトマスクと透明基板との関係を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るカラーフィルタの製造方法によって製造されるカラーフィルタの平面図である。
【図４】図３のイ−イ断面図である。
【図５】デフォーカス量とブラックマトリックス上への着色層の盛り上がり量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  投影露光装置
３  基板ステージ
４  露光光学系
４ａ  光均一化手段
４ｂ  投影レンズ
５  露光部
６  マスクステージ
７  フォトマスク
７ａ、ＢＭｂ  開口部
８  光源
Ａ  露光領域
ＢＭ  ブラックマトリックス
ＢＭａ  遮光層
ＣＦ  カラーフィルタ
Ｌ  光軸
Ｗ  透明基板（基板）
ｆ デフォーカス量
ｔ１  盛り上がり量
【図１】
2007093714.tif 000004
【図２】
2007093714.tif 000005
【図３】
2007093714.tif 000006
【図４】
2007093714.tif 000007
【図５】
2007093714.tif 000008