JP2010002571A - 基板露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクの自重による撓みを軽減して、被露光基板とフォトマスクとの近接露光時のギャップのバラツキを低減させ、形成されるパターンの線幅、膜厚バラツキの低減を図ることを可能とする基板露光装置を提供する。
【解決手段】露光ステージと、被露光基板の上方からパターン露光を行うため平面視矩形状のフォトマスク（原版）を被露光基板に対向させて被露光基板の上面に水平保持するマスクホルダとを備え、フォトマスクと被露光基板との間に所定の微小間隔をあけて、フォトマスク上方から光を照射して被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置において、マスクホルダは、フォトマスクを真空吸着によって固定する原版支持吸着溝１と、該原版支持吸着溝１の外側においてフォトマスクの縁部を下方から真空吸引して下側に張力を発生させる原版支持吸着溝２とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォトマスク上方から光を照射し、フォトマスクを通過した光にてフォトマスクと対向する被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置に関するものであり、特にフォトマスクの自重による撓みを軽減するための、撓み補正機構を有する基板露光装置に関する。

従来の基板露光装置は、感光性樹脂などからなる感光膜を表面に形成したガラスやプラスチックなどの基板（以下、被露光基板と記す）を上面に保持する露光ステージと、被露光基板の上方からパターン露光を行うために所定のパターンを有するフォトマスクを被露光基板と対向させて被露光基板の上面に保持するマスクホルダとを備える。パターン露光時にフォトマスクと被露光基板とを密着させる露光機もあるが、密着露光の場合、フォトマスクと被露光基板との間に入り込んだ異物などによりフォトマスクや被露光基板に傷が発生しやすい。そのため、パターン露光の際に、フォトマスクとガラス基板との間に所定の微小間隔（プロキシミティギャップ）をあけて、フォトマスク上方から光を照射して被露光基板にパターン露光を行う近接露光式の基板露光装置（プロキシミティ式露光機）が使用されるようになっている。

しかし、近接式の基板露光装置の場合、フォトマスクの下方に隙間が有るため、パターン露光時にフォトマスクの自重によりフォトマスクに撓みが生じやすい。近年、特にサイズが大型化した液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板を、着色感光性樹脂を用い、パターン露光、現像という一連のフォトリソ法を用いて製造するにあたっては、使用するフォトマスクも大型化している。フォトマスクが大型化した場合、当然のことながらフォトマスクの自重も重くなり、近接露光時のフォトマスクの撓みも大きくなってきている。近接露光時に、フォトマスクと被露光基板との間の距離（ギャップ）が部位によりバラツいた場合、パターン露光、現像で被露光基板に形成されるパターンの線幅や膜厚にバラツキを生じることになる。近年では、基板の大型化に伴うマスクの大型化、画素の高精細化に伴って撓み補正への要求が益々厳しくなっている。

被露光基板が液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板であった場合、パターン露光、現像で形成されたＣＦ基板内のＣＦ画素に線幅、膜厚のバラツキがあった場合、ＣＦ基板を組み込んだ液晶表示装置は、色のバラツキを生じるなど所望する表示性能を発揮できなくなる。そのため、パターン露光時に、フォトマスクとＣＦ基板間のギャップのばらつきを低減させる必要がある。近接露光時に被露光基板とフォトマスクとのギャップにバラツキが生じる原因の一つにフォトマスクの自重による撓みがあるため、フォトマスクの自重による撓みを軽減するための装置や、方法が提案されている。

従来の露光機では、図１の概略断面図に示すように、フォトマスク（原版）はマスクホルダ上の原版支持吸着溝で真空固定されている。このような従来の支持機構では、フォトマスクは外縁部分のみで支持されているため、自重によって撓みを生じて、中央部の露光ガップが狭くなる問題があった。特許文献１には、マスクを下方から支える支持部材と、この支持部材の支持点の外側において、マスクに対して上方から所定の圧力を加える重石の押圧手段を備えた露光装置が開示されている。また、特許文献２には、傾斜した角度がレチクル（フォトマスク）のエッジ部分の面取り角度とほぼ等しい保持面を備えた投影露光装置が開示されている。また、特許文献３には、前記特許文献１開示されている技術と同様にしながら、両側２辺を保持するマスクホルダと、このマスクホルダに保持されるフォトマスクの両側の2辺の縁部をマスクの撓み量に応じて上方から可変で押圧する機構を有する基板露光装置が提案されている。ここで、撓み補正機構としては、マスクの外側の連結部材の上面に所定の間隔で設けられた複数の押さえ部材のベアリング状の樹脂からなる先端部でマスクの縁を押さえ、連結部材全体を下降させることで先端部にてマスクの縁部を押圧し、梃の原理でマスクの中央部を持ち上げて、撓みと相殺して全体として略平らになる様にしていた。

しかし、上記した特許文献１〜３で示された技術は、特別な周辺機材が別途必要となり、装置自体が複雑なものとなり、コストも高くつくと言う問題があった。
特開平０９−３０６８３２号公報 特開平１１−１３５４１２号公報 特開２００１−１０９１６０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、構造が単純であり、撓み補正に特別な周辺機材を準備することなく、マスクホルダの支持固定部位を改良することにより、フォトマスクの自重による撓みを軽減して、被露光基板とフォトマスクとの近接露光時のギャップのバラツキを低減させ、それにより被露光基板に形成されるパターンの線幅、膜厚バラツキの低減を図ることを可能とする基板露光装置の提供を課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、感光膜を形成した被露光基板を上面に保持する露光ステージと、前記被露光基板の上方からパターン露光を行うため平面視矩形状のフォトマスク（原版）を前記被露光基板に対向させて前記被露光基板の上面に水平保持するマスクホルダとを備え、前記フォトマスクと被露光基板との間に所定の微小間隔をあけて、前記フォトマスク上方から光を照射して前記被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置において、前記マスクホルダは、前記フォトマスクを真空吸着によって固定する原版支持吸着溝１と、該原版支持吸着溝１の外側において前記フォトマスクの縁部を下方から真空吸引して下側に張力を発生させる原版支持吸着溝２とを備えていることを特徴とする基板露光装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記原版支持吸着溝２は、原版支持吸着溝１の外側から等距離の線上の、フォトマスクの縁部の内側に、分割した任意の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載する基板露光装置である。

上記したように、本発明の基板露光装置では、フォトマスクを吸着保持する原版支持吸着溝が１本（１列）ではなく２本（２列）であるため、原版支持吸着溝１を支点にして、原版支持吸着溝２により、原版中央の撓みを補正するように力が加わるため、フォトマスクの自重による撓みを軽減することができる。

また、使用するフォトマスクに合わせて、原版支持吸着溝２を、原版支持吸着溝１の外側から等距離の線上の、フォトマスクの縁部の内側に、分割した任意の間隔で配置することができるため、例えば、厚みあるいは寸法が異なり撓み量が異なるフォトマスクに合わせて撓み量を相殺するように原版支持吸着溝２の位置を選定・配置したマスクホルダが提供できる。また、マスクホルダのフレームに反りなどの微小な変形が見られる場合、変形によるフォトマスク撓み量を相殺するように原版支持吸着溝２の位置を選定・配置するこ
とで、マスクホルダの全領域での引っ張り力の調整が可能となる。その結果、面内ギャップバラツキを低減させることができ、それによりパターン露光、現像後に得られる感光膜パターンの線幅、膜厚等の品質バラツキを低減することができる。

以下、本発明に係る基板露光装置の実施形態の一例を、液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板を例に取り、図面を参照して説明する。

図２は、本発明の基板露光装置の一例の要部を説明する概略図であり、フォトマスク１０の短辺方向から見た側面図である。すなわち、感光性樹脂などからなる感光膜を表面に形成したガラス基板５０を上面に保持する露光ステージ６０と、ガラス基板５０の上方からパターン露光行うため平面視矩形状のフォトマスク１０を通常長手方向の２辺の両端で保持し、ガラス基板５０の上方でガラス基板５０と対向させるマスクホルダ２０とを備え、フォトマスク１０とガラス基板５０との間に所定の微小間隔の露光ギャップ７０をあけて、フォトマスク１０の上方に位置する光源（図示せず）から平行光を照射して、ガラス基板５０にパターン露光を行う基板露光装置である。

ここで本発明の基板露光装置では、フォトマスク１０の自重による撓みを軽減するための撓み補正機構として、フォトマスク１０の両側２辺を真空吸着によって固定する原版支持吸着溝１と、原版支持吸着溝１の外側においてフォトマスク１０の縁部を下方から真空吸引して下側に張力を発生させる原版支持吸着溝２とを備えている。なお、本実施形態の例ではフォトマスクの寸法は長辺方向が５５０ｍｍ、短辺方向が４５０ｍｍとしたが、フォトマスクの寸法は、これより大きくても構わない。

ここで、本発明の基板露光装置に係る原版支持吸着溝２は、図１に示した従来の原版支持吸着溝１と同様に、図示しない真空吸引装置に連結されたφ２ｍｍの吸引穴で構成されている。真空吸引装置で発生した吸引力は、原版支持吸着溝１でフォトマスク１０を固定するとともに、原版支持吸着溝１の外側に溝の外縁同士の距離が５ｍｍ外側のフォトマスク縁部の内側に配置された原版支持吸着溝２ではフォトマスク１０に下側への引っ張り力として伝えられる。この結果、原版支持吸着溝１を支点とした梃の原理でフォトマスクの中央部を持ち上げて、フォトマスクの自重による撓みを相殺する。なお、真空吸引用の溝の形状および間隔は上記数値に限定されるものではなく、フォトマスクの寸法、厚みおよび形状によって選択できるのは言うまでもない。

原版支持吸着溝２は原版支持吸着溝１と同一形状とする必要はなく、原版支持吸着溝１の外側の等距離の線上に、分割した任意の間隔で配置されていればよい。本発明の基板露光装置では、マスクホルダ２０上に配置する原版支持吸着溝２の数、その位置、及び使用する原版支持吸着溝２の外径を適宜選択して組み合わせることで、フォトマスクの種類によらず、フォトマスクの自重によるフォトマスクの撓みを補正し、フォトマスクを平坦に保持することが可能になる。

前述したように、露光装置にセットするフォトマスクの種類によって、フォトマスクの自重によりフォトマスクに生じる撓みの形態（撓み量、撓みが生じる部位など）は異なる。本発明の基板露光装置では、フォトマスクに最適なマスクホルダをセットできるため、フォトマスクの自重によるフォトマスクの撓みを補正し、フォトマスクを平坦に保持することが可能になる。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

＜評価条件＞
基本的な露光条件として、以下の条件を設定した。
フォトマスク ： ギャップ測定用マスク、寸法４５０×５５０ｍｍ
測定基板 ： 素ガラス、寸法４００×５００ｍｍ、厚み０．６ｍｍ
設定露光ギャップ ： １００μｍ。

＜面内露光ギャップ分布評価＞
次いで、図２で説明した本発明の露光装置を用いて、（条件１）では、マスクホルダの原版支持吸着溝１でフォトマスクを吸着固定し、原版支持吸着溝２をポリエステルフィルムテープでカバーして吸引力をカットし、フォトマスクを原版支持吸着溝１でのみ吸着固定した状態と、（条件２）では、フォトマスクを原版支持吸着溝１で吸着固定し、かつ、フォトマスクの縁部内側を原版支持吸着溝２で吸引した状態で、対向する被露光基板とフォトマスクとの距離（ギャップ）の測定を行った。なお、ギャップの測定は、フォトマスクの中央部分を通過し辺に直角に交わる線上２５箇所のポイントにおいて行った。

その結果、（条件１）では、中央付近のギャップ値が小さく、フォトマスクの辺側のギャップ値が大きい状態となっていた。ギャップのバラツキは３７μｍであった。

それに対して本発明に係る（条件２）では、中央付近のギャップ値が増加し、フォトマスクの辺側のギャップ値がやや低減した。このときのギャップのバラツキは１７μｍと殆ど半減近くに減少していた。

従来の基板露光装置のフォトマスク支持機構を断面で示す概略図。 本発明の基板露光装置の一実施形態を断面で示す概略図。

符号の説明

１・・・原版支持吸着溝１ ２・・・原版支持吸着溝２
１０・・・フォトマスク ２０・・・マスクホルダ ５０・・・ガラス基板
６０・・・露光ステージ ７０・・・露光ギャップ

Claims (2)

1. 感光膜を形成した被露光基板を上面に保持する露光ステージと、前記被露光基板の上方からパターン露光を行うため平面視矩形状のフォトマスク（原版）を前記被露光基板に対向させて前記被露光基板の上面に水平保持するマスクホルダとを備え、前記フォトマスクと被露光基板との間に所定の微小間隔をあけて、前記フォトマスク上方から光を照射して前記被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置において、
   前記マスクホルダは、前記フォトマスクを真空吸着によって固定する原版支持吸着溝１と、原版支持吸着溝１の外側において前記フォトマスクの縁部を下方から真空吸引して下側に張力を発生させる原版支持吸着溝２とを備えていることを特徴とする基板露光装置。
2. 前記原版支持吸着溝２は、原版支持吸着溝１の外側から等距離の線上の、フォトマスクの縁部の内側に、分割した任意の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載する基板露光装置。

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