JP3714946B2 - アライメントマーク付きカラーフィルター - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターに係り、詳しくは遮光層のパターンとレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の各着色画素のパターンとを形成する工程において各着色画素パターンを順次形成する際に用いられる位置合わせ用のアライメントマークを付してなるカラーフィルターに関するものである。

液晶ディスプレイに使用されている一般的なカラーフィルターの構造は図１の断面図に示すようであり、このカラーフィルターは、ガラス、プラスチック等の基板１の上にクロム等の薄膜で遮光層２のパターンを形成した後、その上に複数色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の微細な着色画素３のパターンを順次繰り返し形成し、さらにその上に保護膜４を設けるとともに、透明電極５としてＩＴＯを成膜することにより作製されている。そして、このカラーフィルターにおける着色画素３を形成する方法としては、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法、転写法等があるが、いずれの方法においても遮光層２の形成された基板１上に各着色画素３を順次形成する工程でパターン同士の位置合わせが必要である。そして、この位置合わせを効果的に行う手段して、半導体の分野ではあるが、例えば次の特許文献に従来技術が開示されている。
特開昭６１−６１４１９号公報 特開昭５６−１０９３５０号公報

このうち前者は、第１及び第２の合わせマークを、矩形の４つの頂部を削除した十字形形状のものとその外周を囲む大きさの矩形枠状のものとの組み合わせとし、パターン合わせ作業性を向上させるようにしたものである。また、後者では、複数の同一ターゲットよりなるパターン群が２組相互に対称にウェーハ上に形成されてマスク合わせに利用されている。

従来の技術で述べた位置合わせ方法は、半導体装置の製造工程においては有効ではあるが、これを液晶ディスプレイ用のカラーフィルターにおける遮光層のパターンと各着色画素のパターンとを順次形成する工程でのパターン合わせに利用しようとすると次のような問題点が発生する。

すなわち、前者の方法を利用すると、第１のマークを遮光層と同時にカラーフィルター基板上に形成し、当該マークに対して露光用マスク側に形成した各色用の第２のマークでパターン合わせをする時に、Ｒ，Ｇ，Ｂとも類似したパターンとなるために、形成する色を間違えてしまう可能性がある。さらにカラーフィルター基板の向きを逆にセットした場合は、図２〜５に示す種々のカラーフィルターのパターン配置から分かるように、逆向きになっていることを単にカラーフィルター基板だけからは判定できない。もちろん、検査工程を経ても見間違えてしまう危険性がある。これはマスク基板を逆にセットした場合も同様である。

また、後者の方法を利用すると、ターゲットパターンを遮光層と同時にカラーフィルター基板上に形成し、当該マークに対して露光用マスク側に形成した各色用の合わせマークでパターン合わせをすることになるため、露光用マスクを各色兼用として使用する場合には、当該マスク上に各色に対応したマークを一緒に形成する必要がある。つまり、一緒にすると露光用マスク上に形成する矩形状のマークが１色ごとに左右合わせて１６個となり、３色では４８個のマークが必要となる。これでは繁雑なパターン合わせとなり、間違いを誘う実用的でない構成になってしまう。

ここで、カラーフィルター基板の向きを逆にセットした場合、最初の１枚目のみはアライメントマークを目視確認して位置合わせを行うために、カラーフィルター基板の搬送向きのチェックはできる。しかしながら、カラーフィルター基板はカラーフィルターの製造装置のフィーダに複数枚セットされており、２枚目以降は１枚目の位置合わせに従って順次処理されていき、目視確認による位置合わせは行われないことから、誤って搬送向きを逆にしたカラーフィルター基板がフィーダの中に含まれていると、アライメントマークが小さいこともあり、単にカラーフィルター基板からでは判定できないという問題点が考えられる。特に、カラーフィルターの製造中には目視にてカラーフィルター基板の搬送向きを見ても判定はできない。もちろん検査工程を経ても見間違えてしまう危険性がある。これは両者の方法に共通の問題点と考えてよい。

また、両者の共通の問題点として、カラーフィルター基板を裏返しにセットした場合は、カラーフィルター基板はウェーハと異なり透明であるため、単にカラーフィルター基板だけからでは判定できない。もちろん、検査工程を経ても見間違えてしまう危険性がある。マスク基板を裏返しにセットした場合についても同様のことが言える。

一方、カラーフィルター製造時におけるカラーフィルター基板の搬送向きを示す工夫として、カラーフィルター基板の角を切り取った形状にすることが従来行われているが、この方法では精密に加工仕上げされたガラス基板の表面に切削クズが付着する可能性があり、また当然のことながらガラス基板の角を切り取るための工程を増やす必要があって好ましくない。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カラーフィルター基板に遮光層とＲ，Ｇ，Ｂの各着色画素のパターンを順次形成する際に用いる位置合わせ用のアライメントマークとして、カラーフィルター基板の搬送向きと表裏の誤りを容易にしかも同時にチェックできるアライメントマークを付したカラーフィルターを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のアライメントマーク付きカラーフィルターは、各着色画素のパターンを重ね合わせる時に用いる位置合わせ用のアライメントマークが遮光層の形成時に付されたカラーフィルターにおいて、カラーフィルター基板又はパターン部分の中心線であって基板の進行方向とのなす角度が略９０度である中心線から進行方向の前又は後側にずれた位置でパターン部分の両脇に、各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群と並びが同方向のアライメントマーク群とを２組設けたことを特徴とする。

そして、アライメントマークを「十」状とするのが望ましく、目視によるチェックを容易とするためには各アライメントマークの近傍に各色を識別する記号、例えば各色の頭文字を形成しておくことが望ましい。

本発明のアライメントマーク付きカラーフィルターは、アライメントマーク群が中心線からずれた位置にあることにより、カラーフィルター基板が逆向きで搬送された場合に、カラーフィルター基板とマスク基板のアライメントマークが重ならず、また、カラーフィルター基板が裏返しで搬送された場合に、カラーフィルター基板とマスク基板のアライメントマークの一部が重ならないことから、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターにおける遮光層のパターンと各着色画素のパターンとを順次形成する工程において、基板の搬送向き間違いと表裏の設定間違いを容易にかつ同時にチェックすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明に係るアライメントマーク付きカラーフィルターのイメージを示す上面図を図６に示す。

カラーフィルター基板１０は上面から見て長方形で、この基板１０上の中央に遮光層とＲ，Ｇ，Ｂの各着色画素とで構成されるパターン部分１１を中央に設けて１面付けとしている。パターン部分１１における各着色画素のパターンは、前記した如く図２〜５に示すような種々の配置のものがある。このパターン部分１１は、はじめに遮光層のパターン形成工程を経て、レッドの着色画素パターンの形成工程、グリーンの着色画素パターンの形成工程、ブルーの着色画素パターンの形成工程で形成されていく。そして、このパターン形成工程の位置合わせに利用するアライメントマーク領域１２を遮光層の形成と同時にパターン部分１１の両脇に設ける。この領域１２を、カラーフィルター基板１０又はパターン部分１１の中心線であって、基板の進行方向とのなす角度が略９０度である中心線αから進行方向の前又は後側にずらして形成することによりカラーフィルター基板１０の進行方向を表示する。

図６ではカラーフィルターのパターン部分１１を１面付けとしているが、図７（ａ）に示すようなカラーフィルター基板１０の上下にパターン部分１１を持つ２面付け、さらに図７（ｂ）に示すような４隅寄りにパターン部分１１を持つ４面付け等がある。なお、カラーフィルター基板１０には３２０ｍｍ×３００ｍｍ、４００ｍｍ×３００ｍｍ等があり、厚みも１．１ｍｍのものがある。

次に、本発明に係るアライメントマーク付きカラーフィルターの具体的な一例を図８に示す。

図８のカラーフィルター基板１０は、上面から見て大きさ３５０ｍｍ×３００ｍｍの長方形で厚みは０．７ｍｍであり、材質はガラスである。この基板１０上の中央にパターン部分１１を中央に設けて１面付けとしてあり、カラーフィルター基板１０の中心線とパターン部分１１の中心線（横方向）は同じになっている。なお、各着色画素のパターンは１００μｍ間隔である。そして、このカラーフィルター基板１０には、図示の如く、パターン部分１１の両脇に、各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群と並びが同方向のアライメントマーク群とが２組設けられている。この２組のアライメントマーク群のうち、各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群を示した図９を参照してさらに詳しく説明すると次のようである。

図９のカラーフィルター基板１０では、パターン部分１１の両脇に遮光層と同じ材料のアライメントマークを配置するアライメントマーク領域１２（概ね６ｍｍ×６ｍｍ）が設けられており、これらを縦方向に３分割して第１の領域１２ａ，第２の領域１２ｂ，第３の領域１２ｃ（それぞれ概ね６ｍｍ×２ｍｍ）としている。そして、このアライメントマーク領域１２は、カラーフィルター基板１０及びパターン部分１１の中心線であって、基板１０の進行方向とのなす角度が略９０度である中心線αから進行方向（図の矢印方向）の前側にずらして形成されている。そして、この３分割した各領域１２ａ〜１２ｃに遮光層と同じ材料のアライメントマークを「十」状に形成している。ここでは、第１の領域１２ａの下部にレッド用のアライメントマークを、第２の領域１２ｂの中央にグリーン用のアライメントマークを、第３の領域１２ｃの上部にブルー用のアライメントマークをそれぞれ配置することで、図示の如く各アライメントマークの並びが対称となっている。この「十」状のマークの縦線及び横線の線幅は５０μｍで長さは１．５ｍｍである。そして、これらのマークの近傍に各アライメントマークが何色の着色画素パターンの位置合わせに用いられるマークかを示すためにそれぞれ「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の記号を設けてある。遮光層はブラックマトリクスと呼ばれ、主にクロムにより形成され、前記マーク「十」もクロムにて同時に形成される。このクロム層の厚みは通常０．０５〜０．２０μｍである。

続いて、上記カラーフィルター基板１０に着色画素のパターンを形成する工程にて使用するパターン転写用の露光用マスク基板について説明する。図１０は図９のカラーフィルター基板に対応した露光用マスク基板を示す説明図である。

図１０に示すようにマスク基板２０にはパターン部分２１が上下に渡って設けられており、その両脇にアライメントマーク領域２２が設けられている。そして、アライメントマーク領域２２には、図９のカラーフィルター基板１０上に形成されているアライメントマーク「十」に対応するように「井」状のアライメントマークが形成されている。つまり、３分割したアライメントマーク領域２２の第１の領域２２ａの下部に第１色用としてレッド用のマーク「井」を配置し、第２の領域２２ｂの中央に第２色用としてグリーン用のマーク「井」を配置し、第３の領域２２ｃの上部に第３色用としてブルー用のマーク「井」を配置してある。このマークは線幅５０μｍで、マーク中の閉ループ「□」は縦横それぞれ８００μｍに形成してある。さらに各マーク「井」の近傍にはそれぞれの色に対応した記号「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」を設けてある。これらの記号は位置合わせを行った場合にカラーフィルター基板上の記号と並んで確認できるように形成してもよいし、重なるようにしても構わない。

また、各マーク「井」における閉ループ「□」の縦１辺の長さと横１辺の長さをアライメントの許容値として設定しておくと、カラーフィルター基板１０のマーク「十」の交差部分がこの「□」の中に存在するか否かで位置合わせの良否を確認することができる。許容値は±３０μｍ程度であるが、それ以下が好ましい。このためには線幅をさらに細かくする必要がある。縦と横の許容値においてカラーフィルターによっては異なる許容値がある場合、各マーク「井」の内側の「□」の部分は長方形になる。

このように、マスク基板２０におけるＲ，Ｇ，Ｂの色のマーク「井」とそれぞれの色に対応したカラーフィルター基板１０のマーク「十」とが、それぞれ３分割したアライメントマーク領域１２，２２の第１の領域１２ａ，２２ａの上部と第２の領域１２ｂ，２２ｂの中央部と第３の領域１２ｃ，２２ｃの下部とで、重ね合わさるように形成されるためにＲ，Ｇ，Ｂの色の抜け、入れ替わり等の誤りを容易にチェックでき、目視検査がしやすくなる。さらに、Ｒ，Ｇ，Ｂの色のマーク「井」の近傍にはそれぞれの色に対応した記号「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」を設けることにより目視確認の効率をアップしている。

なお、カラーフィルター基板１０及びマスク基板２０に用いるＲ，Ｇ，Ｂの色のマーク「井」はマーク「□」でもよい。また、これらの色のマーク「井」や「□」の近傍には、それぞれの色に対応した記号「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」に代わる他の記号を利用してもよい。もちろん、この時の記号は目視確認のとき容易に認識できるものであればよいのである。

次に、図１１の工程図により本発明を使用したカラーフィルターの製造方法について説明する。カラーフィルターの製造方法には前記したように染色法、顔料分散法、印刷法、電着法、転写法等があり、本発明のアライメントマーク付きのカラーフィルター基板はこれらの製造方法のすべてに利用できるが、ここでは顔料分散法による製造工程を例にとって説明する。

まず、ステップ１においてガラス基板を洗浄する。次いで、ステップ２においてクロムを成膜した後、ステップ３でクロム薄膜を加工して遮光層のパターンを形成する。この時、併せてアライメントマークを３つ加工する。その形状は「十」であり、３分割したアライメントマーク領域１２の第１の領域１２ａの下部、第２の領域１２ｂの中央、第３の領域１２ｃの上部にそれぞれアライメントマークを配置する。パターン加工そのものは通常の方法である。これにより図８に示したカラーフィルター基板１０においてパターン部分に遮光層のみを形成したものが出来上がる。つまり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各着色画素３で形成されるパターンを除いた基板が出来上がる。

続いて、ステップ４においてレッド（第１色目）の着色レジストを塗布し、ステップ５においてプリベークして溶剤のみを蒸発させる。そして、ステップ６において位置合わせを行った後、ステップ７において露光する。この時、パターン部分１１に第１色目の着色パターンを露光すると同時に、パターン部分１１の両脇に設けたアライメントマーク「井」と記号「Ｒ」は露光しないようにマスク処理する。このマスク処理を行わないと他の着色パターンを形成する時に、精度のよい位置合わせができないからである。

ステップ６の位置合わせについて図１２を用いて説明する。前記カラーフィルター基板１０に対して図１０に示すマスク基板２０をそれぞれのアライメントマークが重なるようにして上方に５０μｍの間隔を空けて重ねる。これらの基板１０，２０はそれぞれ図示しない保持具により支持されている。アライメントマークを監視できるように約２５万画素のエリアセンサを持つＣＣＤカメラ６と２つの光源７，７をアライメントマーク領域１２，２２の上方に設置してある。まずはじめに、カメラ６はアライメントマーク領域１２，２２である６ｍｍ×６ｍｍの面積（１画素あたり１４４μｍ×１４４μｍの面積）を撮影することで概ねの位置合わせを行う。つまり３組分の「十」と「井」のアライメントマークが重なるように各基板１０，２０の保持具を移動調整して両者のアライメントマーク領域１２，２２を重ねる。次に、カメラは１組の「十」と「井」のアライメントマークを撮影することで１画素あたり５μｍ×５μｍの面積を撮影し、保持具を移動調整して精密な位置合わせを行う。さらに高解像度、高精度の位置合わせを行う場合とか線幅やマークの大きさを小さくする場合には、前記エリアセンサの画素数が多いセンサにするか、エリアサンサを複数配置したＣＣＤカメラを利用すればよい。もちろん画像メモリ等もこれらのデータにしたがって増加する必要がある。

続いて、ステップ８においてこれらを現像することで露光されていない不要な領域のパターンを除去する。そして、ステップ９においてポストベークすることで露光されたパターンを固める。

さらに、第２色目としてグリーン、第３色目としてブルーの着色レジストを使用して上記のステップ４からステップ９までを繰り返して行う。ここでは第２色目の形成工程においてアライメントマーク領域の第２の領域の中央に第２色目のマークを配置しており、第３色目の形成工程においてアライメントマーク領域の第３の領域の上部に第３色目のマークを配置している。

ここで、ステップ６で行う位置合わせについて詳しく説明するが、はじめに図２〜５を用いて説明し、次に図１４を用いて説明する。

図２〜５に示した種々のカラーフィルターのパターン配置図から分かるように、図２〜４のパターンではＲ，Ｇ，Ｂの各色は横方向に２着色画素分ずつ且つ大きめに形成したマスク基板を用いることにより１枚の露光用のマスク基板を兼用で使用することができる。また、図５のパターンではＧ用のパターンは兼用ができないので図１３に示すように別途準備する必要があるが、Ｒ，Ｂ用のパターンは縦及び横方向に１着色画素分ずつ大きめに形成したマスク基板を兼用すればよい。このように形成することで露光マスクの数を減らすことができる。

ステップ６の位置合わせについて、まず、各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群について説明する。図１４（ａ），（ｂ）に重ねたアライメントマーク領域の拡大図を示してあり、これは第２色目のＧ用のアライメントマークについて位置合わせをすることの説明用の図である。図１４（ａ）はパターン部分１１の左側アライメントマーク領域であり、図１４（ｂ）は同じく右側アライメントマーク領域である。カラーフィルター基板１０上に形成してある「十」状のアライメントマークのうち第２色目の中央にあるマークに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色兼用の露光用マスク基板２０上に形成してある「井」状のアライメントマークのうち中央にあるマークを合わせる。ここで正常の場合、他の色のアライメントマークは各々±１着色画素分ずつずれることになる。そして、カラーフィルター基板１０の搬送向きを逆に間違えた場合、基板の進行方向とのなす角度が略９０度であるカラーフィルター基板の中心線で逆となるためアライメントマーク「十」（カラーフィルター基板）と「井」（マスク基板）は全く重ならなくなる。これを非常に大きく移動して重ねたとしてもＧ用のアライメントマークだけが重なり、これを交点にしてアライメントマーク領域内では「×」状にマーク群が形成される。この不良発生時のアライメントマーク群の「×」状のイメージとして、図１５（ａ）はパターン部分１１の左側アライメントマーク領域を示しており、図１５（ｂ）は同じく右側アライメントマーク領域を示している。いずれにしてもこれらによりカラーフィルター基板１０の設定が不良であることを認識できるのである。

次いで、各色用のアライメントマークの並びが同方向のアライメントマーク群について説明する。図１６（ａ）はパターン部分１１の左側アライメントマーク領域であり、図１６（ｂ）は同じく右側アライメントマーク領域である。カラーフィルター基板１０上に形成してある「十」状のアライメントマークのうち第２色目の中央にあるマークに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色兼用の露光用マスク基板２０上に形成してある「井」状のアライメントマークのうち中央にあるマークを合わせる。ここで正常の場合、他の色のアライメントマークは各々±１着色画素分ずつずれることになる。そして、カラーフィルター基板１０を裏返しに間違えた場合、Ｇ用のアライメントマーク「十」（カラーフィルター基板）と「井」（マスク基板）だけが重なり、これを交点にしてアライメントマーク領域内では「×」状にマーク群が形成される。この不良発生時のアライメントマーク群の「×」状のイメージとして、図１７（ａ）はパターン部分の左側アライメントマーク領域であり、図１７（ｂ）は同じく右側アライメントマーク領域である。これにより基板の設定が不良であることを認識できるのである。

ここで、図１４及び図１６において左右のアライメントマークのズレ量が異なる時はガラス基板が捻れていることに原因があるため、各基板の保持具の移動調整を行う。もちろん、第１目のＲ、第３色目のＢについても同様である。

３色目の着色を完了した後、ステップ１０において着色画素を覆うようにオーバーコート層を設けて保護膜を形成し、次いでステップ１１において透明導電層を形成する。

一般的なカラーフィルターの構造を示す断面図である。 カラーフィルターにおける各着色画素のパターン配置図である。 同じく別のパターン配置図である。 同じく別のパターン配置図である。 同じく別のパターン配置図である。 本発明の一実施例としてのアライメントマーク付きカラーフィルターのイメージを示す上面図である。 カラーフィルターの面付けの他の例を示す説明図である。 本発明に係るアライメントマーク付きカラーフィルターの具体的な一例を示す上面図である。 各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群を示す説明図である。 図９のカラーフィルター基板に対応した露光用マスク基板を示す説明図である。 カラーフィルターの製造工程を示す図である。 カラーフィルター基板とマスク基板の位置合わせ方法を示す説明図である。 グリーン用パターンの露光用マスク基板を示す説明図である。 各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群の使用説明図である。 各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群を使用した場合における不良発生時のアライメントマークの説明図である。 各色用のアライメントマークの並びが同方向のアライメントマーク群の使用説明図である。 各色用のアライメントマークの並びが同方向のアライメントマーク群を使用した場合における不良発生時のアライメントマークの説明図である。

符号の説明

１０ カラーフィルター基板
１１ パターン部分
１２ アライメントマーク領域
１２ａ 第１の領域
１２ｂ 第２の領域
１２ｃ 第３の領域
α 中心線

Claims (4)

1. 各着色画素のパターンを重ね合わせる時に用いる位置合わせ用のアライメントマークが遮光層の形成時に付されたカラーフィルターにおいて、カラーフィルター基板又はパターン部分の中心線であって基板の進行方向とのなす角度が略９０度である中心線から進行方向の前又は後側にずれた位置でパターン部分の両脇に、各色用のアライメントマークの並びが対称なアライメントマーク群と並びが同方向のアライメントマーク群とを２組設けたことを特徴とするアライメントマーク付きカラーフィルター。
2. アライメントマークを「十」状としたことを特徴とする請求項１に記載のアライメントマーク付きカラーフィルター。
3. 各アライメントマークの近傍に各色を識別する記号を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のアライメントマーク付きカラーフィルター。
4. 各色を識別する記号を各色の頭文字としたことを特徴とする請求項３に記載のアライメントマーク付きカラーフィルター。
   

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