JP4503212B2 - 露光システム、及び該露光システムを応用した液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光システムに関し、特に液晶表示パネルのカラーフィルタを形成するための露光システムと、その形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタフラットパネル表示装置の内、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置（以下ＴＦＴ−ＬＣＤと称する）は、矩形状に配列した薄膜トランジスタに、適宜なコンデンサ、コネクタパッドなどの電子素子を併合させて液晶が祖を駆動するものであって、色彩が鮮やかで豊富なパターンを表示することができる。ＴＦＴ−ＬＣＤは外観が薄く、消費電力が少なく、輻射汚染がないなどの特性を具えるため、例えばノートブックタイプのコンピュータ、もしくはパーソナル・デジィタル・アシスト（ＰＤＡ）などのモバイルタイプの情報産業製品に応用される以外に。デスクトップタイプのコンピュータについても、従来のＣＲＴモニターに取って代わろうとする趨勢にある。
【０００３】
従来のＴＦＴ−ＬＣＤは、下部基板と、該下部基板上にアレイを配列して形成する薄膜トランジスタと、画素電極と、互いに交差する走査線と、データ信号線と、該下部基板上に設けられ、カラーフィルタを具える上部基板と、該上部基板と下部基板の間に充填される液晶材料とによってなる。該上部基板と下部基板と、いずれも透明ガラスによってなる。また、ＴＦＴ−ＬＣＤに使用される素子の内、カラーフィルタのコストは全体の約三分の一を占める。一般にカラーフィルタは、下部基盤にネガタイプのフォトレジスト材料を塗布し、露光、現像の工程を経て作成される。
【０００４】
但し、現在使用されているフォトマスクはサイズが大きすぎるため、フォトマスクの作成にかなりのコストを掛けなければならない。しかも、ＴＦＴ−ＬＣＤの市場競争がますます熾烈になっており、どのメーカーも製造コストを低減して、低価格でユーザーを獲得することを課題として、全力を挙げて研究を重ねている。ここにおいて、フォトマスクのサイズを縮小することは、コスト低減の一つの方法となっている。
【０００５】
図１、２に従来の方法による液晶パネルの露光システムを開示する。図１は従来の液晶パネルのカラーフィルタを形成する露光システムであって、図２は従来の方法によって作成される液晶パネルの溝膜トランジスタ基板露光システムである。図１に開示するように、露光システム１０は固定的な光源１２と、光源１２の下方に設けられるフォトマスク１４と、フォトマスク１４の下方に設けられる基板１６とを含んでなり、フォトマスク１４と基板１６とは、サイズがほぼ同等である。基板１６はガラス基板であって、その上面にブラックマトリックス（図示せず）を形成して、液晶表示装置のコントラストを高め、薄膜トランジスタ素子の遺漏電流の発生を防ぎ、液晶表示装置の斜めの遺漏光線を防ぐ。また、基板１６上にはネガタイプのフォトレジスト層を塗布してブラックマトリクスを被覆する。該ネガタイプのフォトレジストによってカラーフィルタの赤／緑／青色層（以下Ｒ／Ｇ／Ｂ色層と称する）を形成する。
【０００６】
次いで、フォトマスク１４上の所定のパターンを基板１６に移転させるための露光の工程を行う。次に、現像の工程を行い、光源に照射されていないフォトレジスト層を除去し、さらに該露光と現像の工程を複数回繰り返してカラーフィルタ上のＲ／Ｇ／Ｂ色層を基板１６上に形成する。
【０００７】
上述の工程において、光源１４と基板１６は固定されて動かない。このため光源１２がフォトマスク１４全体を長時間に、かつ全面的に照射してフォトマスク１４上の所定パターンが完全に基板１６上の長タイプのフォトレジスト層に移転される。この露光の工程近接式（proximity）露光技術であって、フォトマスク１４と基板１６との間の距離ｇは約１００〜２００μmである。
【０００８】
図２に開示する露光システム２０は、固定的な光源２２と、光源２２の下方に設けられるフォトマスク２４と、フォトマスク２４の下方に設けられる基板２６とを含んでなり、フォトマスク２４のサイズは基板の約四分の一である。また、フォトマスク２４と基板２６との間にはオプティカルシステム２８を設けて、フォトマスク２４を通過する光線を基板２６上に照射させる。前述と同様に基板２６はガラス基板であって、その表面には実際の必要に応じてネガタイプのフォトレジスタ層か、もしくはポジタイプのフォトレジスト層を塗布する、基板２６は４つの液晶パネルのガラス基板を含む。
【０００９】
その工程は、先ず露光の工程を行う。即ち、フォトマスク２４を基板２６上の一露光領域である２６ａ上に位置させて、一定の速度で同時にフォトマスク２４と基板２６を移動させて、フォトマスク２４上の所定のパターンを基板２６上の露光領域２６に移転させる。露光領域２６ａに対する露光が完了した後、基板２６とフォトマスク２４を移動して露光領域２６ｂに合わせて、同様の露光の工程を繰り返し、さらに光源２２によって照射されていないフォトレジスト層を除去する。
【００１０】
ＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程において、移転される所定のパターンの解像度に対する要求は、半導体の製造工程に比して高くはない。よって、上述の二種類の技術はカラーフィルタの作成に広く応用されている。
【００１１】
但し、基板１６と基板２６のサイズは約６２０ｍｍ×７５０ｍｍであって、必要とされるフォトマスクの費用は相対的に高いものとなる。よって、フォトマスクのサイズを効率よく縮小することができれば、ＴＦＴ−ＬＣＤの製造コストを大幅に低減することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、フォトマスクのサイズを効率よく縮小して製造コストを低減することのできる露光システムを提供することを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、さらに前記フォトマスクのサイズを縮小した露光システムを利用して行う液晶パネルのカラーフィルタ形成方法であって、製造コストを低減し、製品の市場における競争力を高めることのできる液晶パネルのカラーフィルタ形成方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ね、光源と、液晶パネルとなる複数の露光領域を有する基板と、所定のパターンを具えるフォトマスクと、該基板を載置して移動させるベース・ステージとによって露光システムを構成して前記課題を解決することに着目し、かかる見地に基づいて本発明の完成に至った。
【００１５】
即ち、該光源とフォトマスクとの間にビームフォーミング・オプティカルシステムを設けて該フォトマスク上に円弧線を描く被照射領域（もしくは矩形の被照射領域）を形成するとともに、該フォトマスクには複数のスリットを配列し、該基板を載置したベース・ステージを移動させて該基板をフォトマスクに対応するように移動し、該基板上の異なる位置の露光領域に当たるそれぞれの液晶パネルにフォトマスクの所定のパターンを移転する。
【００１６】
本発明による露光システムは、一基板に露光を行い、複数の液晶パネルのカラーフィルタを形成するステップ式の露光システムであって、特定の波長の光線を生成するための光源と、該光源の下方に設けられ、所定のパターンを有するフォトマスクと、該フォトマスクの所定のパターンを該基板上の異なる露光領域に移転させるために、該基板を載置して移動させるベース・ステージとを含んでなり、該フォトマスクの所定のパターンを該基板の複数の液晶パネルの一つに移転するときに、該ベース・ステージが該基板を該フォトマスクに対応するように移動させ、該基板上の異なる位置の露光領域に当たるそれぞれの液晶パネルに該フォトマスクのパターンを移転する。
【００１７】
前記露光システムのフォトマスクに形成される所定のパターンが、複数の規則的に配列されたスリットを具える。
【００１８】
前記露光システムの光源が該フォトマスク上に円弧線を描く弓形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、該フォトマスクの長さとほぼ同等である。
【００１９】
前記露光システムの光源が該フォトマスク上に円弧線を描く弓形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、該フォトマスクの幅とほぼ同等である。
【００２０】
前記露光システムの光源が該フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、該フォトマスクの長さとほぼ同等である。
【００２１】
前記露光システムの光源が該フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、該フォトマスクの幅とほぼ同等である。
【００２２】
前記露光システムの基板が、さらにネガタイプのフォトレジスタ層を含む。
【００２３】
前記露光システムのフォトレスト層が赤色フォトレジストと、緑色ファとレジストと、青色フォトレジストである。
【００２４】
また、本発明による液晶パネルのカラーフィルタを形成する方法は、ステップ式の露光システムを利用して複数の液晶パネルのカラーフィルタを形成する方法であって、特定の波長の光線を照射する光源を設け、所定のパターンを有するフォトマスクを該光源の下方に設け、少なくとも１以上の露光領域を具え、かつ該露光領域が複数の液晶パネルの一つとなる基板を設け、該基板を移動させるベース・ステージを設け、露光を行い、該露光領域を露光する工程を含んでなり、該露光領域を露光するときに、該ベース・ステージが該フォトマスクに対応して該基板を移動させて、該フォトマスクに形成した所定のパターンを該基板の異なる位置の露光領域にそれぞれ移転する。
【００２５】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、フォトマスクに形成される所定のパターンは複数の規則的に配列されたスリットを具える。
【００２６】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、光源が該フォトマスク上に円弧線を描く弓形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、該フォトマスクの長さとほぼ同等である。
【００２７】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、光源が該フォトマスク上に円弧線を描く弓形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、該フォトマスクの幅とほぼ同等である。
【００２８】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、光源が該フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、該フォトマスクの長さとほぼ同等である。
【００２９】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、光源が該フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、該被照射領域は、該基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、該フォトマスクの幅とほぼ同等である。
【００３０】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、記基板が、さらにネガタイプのフォトレジスタ層を含む。
【００３１】
前記液晶パネルのカラーフィルタ形成方法において、フォトレスト層が赤色フォトレジストと、緑色フォトレジストと、青色フォトレジストである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明は、フォトマスクのコストを大幅に低減できる露光システムと、該露光システムを応用した液晶パネルのカラーフィルタの形成方法に関し、光源と、液晶パネルとなる複数の露光領域を有する基板と、所定のパターンを具え、かつ複数のスリットを配列したフォトマスクと、該基板を載置して移動させるベース・ステージとによって露光システムを構成する。
【００３３】
かかる露光システムの構造と特徴、及び液晶カラーフィルタの形成方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示に基づいて以下に説明する。
【００３４】
【実施例】
図３に、本発明による露光システムの好ましい実施例を開示する。図示によれば、露光システム３０は特定の波長の光線を照射する光源３１と、光源３１の下方に設けられるフォトマスク３２と、該フォトマスク上に形成され、円弧線を描く弓形の被照射領域３３と、フォトマスク３２の下方に設けられるオプティカルシステム３４とを含んでなり、フォトマスク３２には複数のスリット３２ａを規則的に配列して形成する。オプティカルシステム３４は、台形ミラー３４ａと、凹面鏡３４ｂと、該台形ミラーと凹面鏡３４ｂとの間に設けられる凸面鏡３４ｃとによってなる。
【００３５】
また、露光システム３０は、さらにベース・ステージ３５とベース・ステージ３５上に載置される基板３６とを含み、ベース・ステージ３６によって基板３６を載置して移動させて、逐一所定のパターンを移転するステップ式の露光システムを構成する。
【００３６】
また、光源３１とフォトマスク３２との間には、光源３１の照射する光線を弓形光束３３ａに転換してフォトマスク３２上の被照射領域３２に投射するためのビームフォーミング・オプティカルシステム（図示せず）を設ける。
【００３７】
被照射領域３２は、基板３６の移動方向に直交する線上の左右両端の距離を該フォトマスク３２の長さとほぼ同等にし、基板３６の移動方向に平行する線上の前後両端の距離をフォトマスク３２の幅とほぼ同等にする。
【００３８】
本実施例の他の形態として、ビームフォーミング・オプティカルシステム（図示せず）が、光源３１の照射する光線を矩形束に転換してもよい。この場合、該矩形の被照射領域は、基板３６の移動方向に直交する線上の左右両端の距離をフォトマスク３２の長さとほぼ同等にし、基板３６の移動方向に平行する線上の前後両端の距離をフォトマスク３６の幅とほぼ同等にする。
【００３９】
露光の工程を行う場合、光源３１とフォトマスク３２のいずれもが固定されて動かないようにし、ベース・ステージ３５の移動によって該ベース・ステージ上の基板３６を移動させて、フォトマスク３２上のパターンを基板３８上に逐一移転させる。
【００４０】
以下に、本発明による露光システムによって行う露光の工程を説明する。
【００４１】
図４に、図３におけるステップ式の露光システムの表示を簡略化し、拡大した説明図を開示する。図示によれば、基板３６上には４面の液晶パネルに当たる露光領域３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを設け、その表面にはブラックマトリクス（図示せず）を形成し、かつネガタイプのフォトレジストを塗布する。
【００４２】
先ず、露光の工程を行う。先にベース・ステージ３５によって基板３６を移動し、基板３６上の露光領域３６ａをフォトマスク３２及び被照射領域３３下方の適宜な位置に移動させる。次いで、ベース・ステージ３５を所定の速度で図示の矢印Ａの方向に移動させてフォトマスク３２上の所定のパターンを露光領域３６ａ上のネガタイプのフォトレジスト層に移転する。フォトマスク３２上の所定のパターンとネガタイプのフォトレジスト層上に移転したパターンの大きさの比例は一対一である。
【００４３】
露光領域３６ａの露光が完了した後、基板３６をさらに矢印Ａの方向に移動させて、フォトマスク３２上の所定のパターンを露光領域３６ｂ上のネガタイプのフォトレスト層に移転する。
【００４４】
露光領域３５ａ、３６ａの露光が完了した後、基板３６を移動して、基板３６上の露光領域３６ｃをフォトマスク３２及び被照射領域３３の下方の適宜な位置に移動させて、フォトマスク３２上の所定のパターンを露光領域３６ｃ及び３６ｄ上のネガタイプのフォトレジスト層に移転する。
【００４５】
次いで、基板３６を矢印Ａの方向に移動して露光領域３６ｃ、３６ｄ上のネガタイプのフォトレジスト層に所定のパターンを移転させる。
【００４６】
露光領域３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを露光する順序は、必ずしも上述の順でなければならいことはなく、適宜に変更してもよい。即ち、本発明露光の工程は、ベース・ステージ３５によって基板３６を移動して露光の工程を行うことを主な特徴とする。
【００４７】
図示において、フォトマスク３２の幅をＷで、長さをＬでそれぞれ表示する。また、被露光領域の幅をＷ’で、長さをＬ’でそれぞれ表示する。さらに、基板３６の幅をＷ”で、長さをＬ”で、開口の幅をｔでそれぞれ表示する。以上のサイズに関して、本実施例における好ましい数値を挙げると、フォトマスクは幅Ｗが約１５０ｍｍ、長さＬが約３９０ｍｍであって、被露光領域は幅Ｗ’が約９５ｍｍ、長さＬ’が約３３０mm、開口の幅ｔが約１４mmである。また、基板３６は、幅W”が約７５０mmで、長さＬ”が約６２０ｍｍである。即ち、フォトマスク３２のサイズは基板３６の約十分の一であって、従来の技術におけるフォトマスクのサイズに比して、かなり縮小される。
【００４８】
次いで、現像の工程を行い、基板３６上の照射されていないフォトレジスト層を除去し、前述のフォトレジスト層の塗布、露光、及び現像の工程を複数回繰り返してカラーフィルタのＲ／Ｇ／Ｂ色層を露光領域３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに設けた４面の液晶パネルのガラス基板上に形成する。
【００４９】
また、基板３６の周辺領域３６ｅは光線の照射を避けるべき領域のため、別途遮蔽手段（図示せず）をフォトマスク３２と基板３６との間に設けて、周辺領域３６ｅ上のネガタイプのフォトレスト層が照射されないようにする。
【００５０】
図５は、図４におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図示において矢印で表示するカラーフィルタのＲ／Ｇ／Ｂ色層の端縁部Ｃは、後続のフィルム貼着の工程においてフィルム貼着を容易に貼着するために、一般に傾斜面を形成して輪郭を描く。よって、フォトマスク３２上の所定のパターンのスリットは、図６に開示する形状にしてもよい。
【００５１】
また、本発明における露光の工程は、ベース・ステージ３５を固定して、光源３１、フォトマスク３２が移動できるようにして、フォトマスク３２の所定のパターンを基板３６に移転してもよい。
【００５２】
以上は本発明の好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【００５３】
【発明の効果】
本発明においては、フォトマスクのサイズをフォトマスク上の被照射領域とほぼ同等のサイズに縮小し、フォトマスクと光源を固定して、ベース・ステージによって基板を移動させるか、もしくは基板を固定してフォトマスクと光源を移動させて、フォトマスクのパターンを基板に移転させる。よって、フォトマスクのサイズが従来の技術に比して約十分の一に縮小することができる。このため、本発明による露光システム、及び該露光システムを応用して製造されるカラーフィルタは、フォトマスクのコストを大幅に低減しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶パネルの露光システムを表わす説明図である。
【図２】従来の液晶パネルの他の露光システムを表わす説明図である。
【図３】本発明によるステップ式露光システムを表わす説明図である。
【図４】図３に開示する露光システムの開示を簡略にした拡大図である。
【図５】図４に開示するＢ−Ｂ線の断面図である。
【図６】フォトマスクの所定のパターンに形成するスリットの形状を表わす説明図である。
【符号の説明】
３０ 露光システム
３１ 光源
３２ フォトマスク
３６ 基板
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ 露光領域
３４ オプティカルシステム
３２ａ スリット
３３ 被照射領域
３３ａ 弓形光束
３４ａ 台形ミラー
３４ｂ 凹面鏡
３４ｃ 凸面鏡
３５ ベース・ステージ
３６ｅ 周辺領域

Claims (10)

1. 基板に露光を行い、複数の液晶パネルのカラーフィルタを形成するステップ式の露光システムであって、
   特定の波長の光線を生成するための光源と、
   前記光源の下方に設けられ、所定のパターンを有するフォトマスクと、
   前記フォトマスクの所定のパターンを前記基板上の異なる露光領域に移転させるために、前記基板を載置して移動させるベース・ステージと、
   を含み、
   前記フォトマスクの所定のパターンを前記基板の前記複数の液晶パネルの一つに移転するときに、
   前記光源と前記フォトマスクを固定して前記ベース・ステージの移動によって該ベース・ステージ上の前記基板を移動し、或いは、前記ベース・ステージを固定して前記光源と前記フォトマスクを移動し、前記基板上の異なる位置の露光領域に当たるそれぞれの液晶パネルに前記フォトマスクの所定のパターンを移転し、
   前記光源は前記フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、
   前記フォトマスクに形成される所定のパターンは複数の規則的に配列されたスリットを具え、
   前記スリットは、砂時計形である、
   ことを特徴とする露光システム。
2. 前記矩形の被照射領域は、前記基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、前記フォトマスクの長さとほぼ同等であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
3. 前記矩形の被照射領域は、前記基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、前記フォトマスクの幅とほぼ同等であることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
4. 前記基板は、さらにネガタイプのフォトレジスタ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
5. 前記フォトレジスタ層が赤色フォトレジストと、緑色フォトレジストと、青色フォトレジストであることを特徴とする請求項４に記載の露光システム。
6. ステップ式の露光システムを利用して複数の液晶パネルのカラーフィルタを形成する方法であって、
   特定の波長の光線を生成する光源を設け、
   所定のパターンを有するフォトマスクを前記光源の下方に設け、
   少なくとも１以上の露光領域を具え、かつ該露光領域が複数の液晶パネルの一つとなる基板を設け、
   前記基板を移動させるベース・ステージを設け、
   露光を行い、前記露光領域を露光する工程を含み、
   前記露光領域を露光するときに、前記光源と前記フォトマスクを固定して前記ベース・ステージの移動によって該ベース・ステージ上の前記基板を移動し、或いは、前記ベース・ステージを固定して前記光源と前記フォトマスクを移動し、前記フォトマスクに形成した所定のパターンを前記基板の異なる位置の露光領域にそれぞれ移転し、
   前記光源は前記フォトマスク上に矩形の被照射領域を形成し、
   前記フォトマスクに形成される所定のパターンは複数の規則的に配列されたスリットを具え、
   前記スリットは、砂時計形である、
   ことを特徴とする液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。
7. 前記矩形の被照射領域は、前記基板の移動方向に直交する線上の左右両端の距離が、前記フォトマスクの長さとほぼ同等であることを特徴とする請求項６に記載の液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。
8. 前記矩形の被照射領域は、前記基板の移動方向に平行する線上の前後両端の距離が、前記フォトマスクの幅とほぼ同等であることを特徴とする請求項６に記載の液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。
9. 前記基板は、さらにネガタイプのフォトレジスタ層を含むことを特徴とする請求項６に記載の液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。
10. 前記フォトレジスタ層が赤色フォトレジストと、緑色フォトレジストと、青色フォトレジストであることを特徴とする請求項９に記載の液晶パネルのカラーフィルタ形成方法。

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