JP2007094066A - 近接露光装置、及び近接露光方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】感光性レジストの近接露光によるパターン形成において、従来技術の欠点であった形状の複雑化への対応、及び露光面内の均一化を同時に解決すること。
【解決手段】露光装置内にある酸素濃度計と、露光装置内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給系と、露光装置内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給系とを有し、酸素濃度計の測定値により所定の酸素濃度にするべく酸素ガス、窒素ガスの供給量をフィードバックするシステムをもつ近接露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトリソグラフィ分野の現像に関するものであり、特に、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターのブラックマトリクス製造工程に適した露光装置および露光方法に関する。

液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルターは、開口率を決める遮光部（ブラックマトリクス）と、その開口部に微細な赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。そして、その製造工程は、ガラス等の透明基板に感光性レジストを塗布、露光、現像等する工程からなり、各色について同様な工程が繰り返される。その中で、ブラックマトリクス形成工程は開口率を上げるために他色とは違う課題が発生する。以下、ブラックマトリクスの形成工程、及び技術課題について説明する。

ブラックマトリクス形成工程は、ガラス基板を洗浄し、洗浄されたガラス基板上に均一に感光性レジストをスピンナー、ダイコーター等により塗布し、投影露光方式や、近接露光方式（プロキシミティ露光方式）にて露光を行う。その後、自動現像処理装置により現像された後、焼成を行う。

開口率を向上させる為に、ブラックマトリクスの線幅の細線化、及びＴＦＴ部の複雑形状化が進んでおり、投影露光方式においては細線化、複雑形状化への対応は十分に行えるが、近接露光方式においては、光の回折の影響により十分な品質を得られないことが大きな課題であった。

解像力向上、及び形状安定化の為に、感光性レジストの成分、例えば顔料、樹脂、モノマー、開始剤等の見直しによる考察は十分に成されており、また、使用マスクに補助パターンを入れ回折の影響を弱める手法も提案されている（特許文献４参照）。しかし、使用マスクへの補助パターンの設置等による対策では、マスクに対する負荷が大きくなり、大型化の進むカラーフィルター製造に使用するマスクに対しては適さない。

また、開口率の向上により形状の複雑化は益々進み、同時に基板の大型化が進むために、ガラス面内を均一にマスクの補助パターンにそって露光することが困難となっている。
特開２００５−２０２３４５号公報 特開２０００−２４１９９４号公報 特開平０６−２５２０２８号公報 特開２００４−１２７２２号公報

本発明は、感光性レジストの近接露光によるパターン形成において、従来技術の欠点であった形状の複雑化への対応、及び露光面内の均一化を同時に解決することを課題とする。

本発明は、近接露光装置において、露光雰囲気の酸素濃度をコントロールすることにより、酸素阻害により感光性レジスト表面のラジカル重合を抑えることにより解像力を向上させ、尚且つ、均一に複雑形状を解像し得る露光装置、及び露光方式を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、
ＵＶ光源と、露光雰囲気の酸素濃度を一定に保つユニットとを有することを特徴とする近接露光装置である。

請求項２に記載の発明は、
前記ユニットが、前記酸素濃度の２２％〜５０％の範囲内の値の±１％の保つユニットであることを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置である。

請求項３に記載の発明は、
前記ＵＶ光源の露光光の波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の近接露光装置である。

請求項４に記載の発明は、
露光装置内にある酸素濃度計と、該露光装置内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給系と、該露光装置内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給系とを有し、前記酸素濃度計の測定値により所定の酸素濃度にするべく酸素ガス、窒素ガスの供給量をフィードバックするシステムをもつことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接露光装置である。

請求項５に記載の発明は、
基板上の感光性レジストをUV光源により連続的に露光を行う近接露光方法において、その露光雰囲気の酸素濃度を一定に保つことを特徴とする近接露光方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記酸素濃度を、２２％〜５０％の範囲内の値の±１％の保つことを特徴とする請求項５に記載の近接露光方法である。

請求項７に記載の発明は、
前記露光光の露光面での波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍの光であることを特徴とする請求項５あるいは６に記載の近接露光方法である。

請求項８に記載の発明は、
マスク−基板間のギャップが１００μｍ〜３００μmであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の近接露光方法である。

請求項９に記載の発明は、
露光面における照度が３６５ｎｍの波長の光において１００ｍＷ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の近接露光方法である。

請求項１０に記載の発明は、
露光装置内の酸素濃度を測定し、この測定値に基づき、所定の酸素濃度にするべく酸素ガス、窒素ガスを供給することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の近接露光方法である。

本発明は、上記の通りである為、感光性レジストを露光、現像したパターン形状はマスクパターンに近いものとなり解像力の向上、及び複雑形状への対応が近接露光装置および近接露光方法において可能となり、新規のマスクも必要無く開口率の高いブラックマトリクスの作成が可能となる。

以下、本発明について詳細に説明する。本発明の露光装置の概略が図１である。
図１中の（１）は露光機チャンバーを示し、（６）は露光機本体を示す。（２）は酸素濃度計、（３）は酸素濃度フィードバックシステム、（４）は酸素ガス供給系、（５）は窒素ガス供給系である。フィードバックシステム（３）の指令により酸素ガス、窒素ガスの供給量が決まる。

上記酸素濃度の値は、酸素によるラジカル重合阻害により露光表面でのラジカル反応を抑えることにより、そのパターン形状が良好化する範囲であり、尚且つ、従来の感光性レジストの露光感度を低下させない範囲である２２％〜５０％であれば限定されるものではない。なお、酸素濃度は変動しないほうが望ましく、連続的に同形状を得るために、変動幅は±１％であることが望ましい。

露光方式としては、従来の近接露光（プロキシミティ露光）方式を採用しており、その概略図が図２である。高圧水銀ランプ（７）より照射された光は、楕円ミラーｍ１にて集光され、反射ミラーｍ２、インテグレーターレンズ（８）、反射ミラーｍ３、ｍ４により平行光となり、マスク（９）を介して、基板表面（１０）にマスク（９）の像を転写させる。

上記近接露光時の露光面での照度は、従来の感光性レジストの感度低下を起こさない範囲であり、尚且つ、近接露光時の露光時間、すなわち露光表面における、酸素によるラジカル重合阻害の影響が発生する時間を考慮すると、３６５ｎｍにおいて１００ｍＷ／ｃｍ^２以下のものであれば限定されるものではない。

又、上記近接露光時のマスク−基板間のギャップ量が２００μｍにおける、露光面での１４μｍラインアンドスペース部の光強度は図３の様であり、（１１）は実マスクの開口部を示し、（１２）は露光面における光強度シミュレーションの結果である。図３の様にギャップ量を離していくことにより必要部分（マスクパターン開口部）の光強度も弱くなることが確認されている。近接露光においては、マスクパターン開口部（必要部分）の形状と露光面での光強度は同形状でないことが確認されており、その形状差はギャップ量によっても大きく違ってくる。酸素阻害の効果と、必要パターンを得る為に必要な感度を考えるとギャップ量範囲は、１００〜３００μｍの範囲であれば限定されるものではない。

上記近接露光時の露光量は、回折光によるマスク周辺部への露光を、酸素阻害の効果によりラジカル重合を促進させない為に過剰露光を行うことが不可能であり、有効な露光量は感光性レジスト特性によるが、飽和露光量に対して５０％以下であれば限定されるものでは無い。

上記条件において露光される感光性レジストは、レジスト表面においては横方向の重合の広がりが高酸素濃度によるラジカル重合阻害により抑えられる。その後、自動現像装置（パドル方式、スプレー方式、ディップ方式等）により、アルカリ液により現像された感光性レジストはマスク寸法同様のパターンを得ることが出来る。

なお、ＵＶ光源の露光光の波長は、感光性レジストの特性に大きく左右されるが、装置保護及びエネルギー効率を考慮して、２００ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましい。

以下、実施例の説明を行う。

ガラス基板サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス基板に、顔料を分散させた感光性レジストを塗布装置により塗布を行い、本発明に準じた露光装置により、酸素濃度を３５％として露光を行った。

この時、近接露光装置における照度は２０ｍｗ／ｃｍ^２とし、露光量を飽和露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２の感光性レジストに対して８０ｍJ／ｃｍ^２と設定し、マスクと基板とのギャップ量を１５０μｍにて露光を実施した。

同様に酸素濃度コントロールを行わずに（酸素濃度２１％）同条件にて露光を行ったものと同時に、枚葉式自動現像装置にて所定の時間アルカリ溶液にて現像を行った。

酸素濃度コントロールされた基板とされていない基板の解像力を確認したところコントロールされた基板の解像力が向上されていることを確認した。

また、処理された基板の矩形パターンコーナー部を確認したところ、酸素濃度コントロールされた基板のコーナー形状が良好であることを確認した。

図４に、上記条件での比較を示す。６μｍ解像性、コーナーＲ測定、の両方において、酸素濃度３５％のほうが、酸素濃度２１％より優っている結果が得られた。

本発明の露光装置の概略図である。 本発明の露光装置の光源系概略図である。 露光面における１４μｍライン&スペース光強度シミュレーション結果である。 実施例の結果を示す説明図である。

符号の説明

１・・・露光機チャンバー
２・・・酸素濃度計
３・・・フィードバックシステム
４・・・酸素ガス供給系
５・・・窒素ガス供給系
６・・・露光機本体
７・・・高圧水銀ランプ
８・・・インテグレーターレンズ
９・・・マスク
１０・・・基板表面
１１…実マスク開口部
１２…露光面光強度シミュレーション

Claims (10)

1. ＵＶ光源と、露光雰囲気の酸素濃度を一定に保つユニットとを有することを特徴とする近接露光装置。
2. 前記ユニットが、前記酸素濃度の２２％〜５０％の範囲内の値の±１％に保つユニットであることを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
3. 前記ＵＶ光源の露光光の波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の近接露光装置。
4. 露光装置内にある酸素濃度計と、該露光装置内に酸素ガスを供給する酸素ガス供給系と、該露光装置内に窒素ガスを供給する窒素ガス供給系とを有し、前記酸素濃度計の測定値により所定の酸素濃度にするべく酸素ガス、窒素ガスの供給量をフィードバックするシステムをもつことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接露光装置。
5. 基板上の感光性レジストをUV光源により連続的に露光を行う近接露光方法において、その露光雰囲気の酸素濃度を一定に保つことを特徴とする近接露光方法。
6. 前記酸素濃度を、２２％〜５０％の範囲内の値の±１％に保つことを特徴とする請求項５に記載の近接露光方法。
7. 前記露光光の露光面での波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍの光であることを特徴とする請求項５あるいは６に記載の近接露光方法。
8. マスク−基板間のギャップが１００μｍ〜３００μmであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の近接露光方法。
9. 露光面における照度が３６５ｎｍの波長の光において１００ｍＷ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の近接露光方法。
10. 露光装置内の酸素濃度を測定し、この測定値に基づき、所定の酸素濃度にするべく酸素ガス、窒素ガスを供給することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の近接露光方法。

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