JP4268813B2

JP4268813B2 - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP4268813B2
Application number: JP2003036677A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004246144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタ等の基板に対してマスクパターンを露光する露光装置において、光源部にインテグレーターレンズを設ける技術が知られている。インテグレーターレンズは、複数のマイクロレンズを含む複合レンズとして構成される（特許文献１参照）。そして、各複合レンズから出射した光が重畳されることにより、基板に対して均一な光量分布で露光が行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６５００２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インテグレーターレンズは照射エリアが矩形の場合は矩形のマイクロレンズを２次元に配列し正方形や円形を近似する形状をしており、焦点がぼけると基板に結像される像もその配列形状に応じてぼけ、パターンのエッジの精度が低下していた。
【０００５】
そこで、本発明は、パターンのエッジの精度を向上可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００７】
本発明の露光方法は、光源（２）からの光束（Ｌ）をインテグレーターレンズ（６、３２、３３）を介してフォトマスク（９）に照射して、同色の複数の画素（１００ｂ）が同一の列に配列されたストライプ状のパターンと、ブラックマトリクス（１００ａ）又は柱状スペーサ（１００ｃ）のパターンとを基板（１００）に露光する露光方法において、前記インテグレーターレンズの使用範囲の形状を、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際に、前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とし、かつ前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記長手方向及びその方向と直交する方向の各方向において長さが等しい異方性を有しない形状とするとともに、前記インテグレーターレンズの使用範囲の大きさを、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する場合よりも小さくすることにより、上述した課題を解決する。
【０００８】
インテグレーターレンズに含まれるマイクロレンズを通過する光束は、そのマイクロレンズと光軸との距離が大きくなるほど、焦点がぼけたときに、光軸からそのマイクロレンズの方向へのぼけを大きくする。一方、インテグレーターレンズの使用範囲が狭いと光量が低下する。本発明によれば、インテグレーターレンズの使用範囲の形状をストライプの長手方向に沿って長い形状とすることから、ストライプの幅方向のぼけが小さくなる一方で、十分な光量が確保される。一般に、ストライプ状のパターンは幅方向について高いエッジ精度が要求されるから、ストライプ状のパターンを必要十分な精度で露光しつつ、大光量で効率的に露光することができる。さらに、フォトマスクにゴミが付着していた場合、その像がストライプ方向にボケるため、露光に及ぼすゴミの影響が緩和される。
【０００９】
なお、使用範囲は、光束の重畳に利用される範囲である。従って、例えばインテグレーターレンズの外形そのものを使用範囲としてもよいし、インテグレーターレンズに絞りを設け、その絞りの範囲を使用範囲としてもよい。異方性を有する形状は、長方形等の多角形でもよいし、長円（楕円）でもよい。
【００１０】
本発明の露光方法において、前記インテグレーターレンズ（３２、３３）の断面形状を前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とし、前記使用範囲の形状を前記異方性を有する形状としてもよい。この場合、インテグレーターレンズの形状を異方性を有する形状に形成するだけでよいので、従来の露光装置と同様の構成により、本発明の露光方法が実現される。
【００１１】
本発明の露光方法において、前記インテグレーターレンズ（６）の絞り（５ｂ、３１）の形状を前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とし、前記使用範囲の形状を前記異方性を有する形状としてもよい。この場合、従来のインテグレーターレンズを使用して、本発明の露光方法を実現することができる。なお、絞りは、インテグレーターレンズの入射側、内部、出射側のいずれに設けられてもよい。
【００１６】
本発明の露光装置（１）は、光源（２）からの光束（Ｌ）をインテグレーターレンズ（６）を介してフォトマスク（９）に照射して、同色の複数の画素（１００ｂ）が同一の列に配列されたストライプ状のパターンと、ブラックマトリクス（１００ａ）又は柱状スペーサ（１００ｃ）のパターンとを基板（１００）に露光する露光装置において、前記インテグレーターレンズの使用範囲を規定する絞り装置（５）を備え、前記絞り装置は、前記インテグレーターレンズの使用範囲の形状が、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際に、前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状となる一方で、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記長手方向及びその方向と直交する方向の各方向において長さが等しい異方性を有しない形状となるように、絞りの形状が可変に構成されているとともに、前記インテグレーターレンズの使用範囲の大きさが、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する場合よりも小さくなるように、絞りの大きさが可変に構成されていることにより、上述した課題を解決する。
【００１７】
本発明の露光装置によれば、上述した本発明の露光方法を実現することができる。また、本発明の露光装置によれば、絞りの形状の調整により光量やぼけ量を適宜に調整できる。基板に露光されるパターンがストライプ状の場合に、絞りの形状がストライプに沿った形状となるので、ストライプの幅方向のぼけ量が縮小されるとともに、露光に必要な光量が確保される。また、絞りの大きさが変更されるため、レジストの感度に応じて、光量の確保とぼけ量の縮小とのいずれかを優先させて露光することもできる。
【００１８】
絞り装置は種々のものを利用可能である。例えば、前記絞り装置は、前記絞りを形成する複数の絞り羽根（５ａ・・・５ａ）を備え、前記複数の絞り羽根のうち少なくともいずれか一つは他の絞り羽根（５ａ）に対して移動可能に設けられていてもよい。この場合、絞り羽根間の相対位置の変化により、絞りの形状や大きさが変化する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の露光装置１の構成を示す側面図である。露光装置１は、カラーフィルタ１００にプロキシミティ方式の露光を行う装置として構成されている。カラーフィルタ１００には、例えば、図４に示すように、ブラックマトリクス１００ａと、画素１００ｂ・・・１００ｂと、柱状スペーサ１００ｃ・・・１００ｃと、オーバーコート１００ｄとが形成される。カラーフィルター１００では、同色の画素１００ｂ・・・１００ｂが同一の列に配列され、同色の画素１００ｂ・・・１００ｂによりストライプ状のパターンが形成される。
【００２０】
図１の露光装置１は照明装置２０を備えている。照明装置２０は、光源２と、光源２の光を集光するための楕円鏡３と、光源２及び楕円鏡３からの光束Ｌの方向を変化させるミラー４と、ミラー４からの光束Ｌの断面形状を整形する絞り装置５と、絞り装置５を通過した光束Ｌを均一化するインテグレータレンズ６と、インテグレータレンズ６からの光束Ｌの方向を変化させつつ、光束Ｌを平行光束へと変化させる放物面鏡７とを備えている。
【００２１】
また、露光装置１は、放物面鏡７からの光束Ｌが照射されるフォトマスク９と、カラーフィルタ１００を載置するステージ１０と、ステージ１０を水平方向及び上下方向に駆動する駆動手段１１と、駆動手段１１等の動作を制御する制御装置１２とを備えている。なお、露光装置１はこの他、光束Ｌの光路を開閉するシャッター等の種々の装置を備えるが、本発明の要旨ではないので説明は省略する。
【００２２】
光源２は、例えば超高圧水銀ランプ等のアーク光源を含んで構成されている。楕円鏡３は、例えばガラスに多層膜を蒸着することにより形成され、回転対称な放物面形状の反射面を備えている。光源２は、その中心が楕円鏡３の第１焦点に位置するように配置され、インテグレーターレンズ６は、楕円鏡３の第２焦点付近に配置されている。
【００２３】
インテグレーターレンズ６は、図２（ａ）に示すように、複数のマイクロレンズ６ａ・・・６ａを備えた複合レンズとして構成されている。光束Ｌの進行方向から見て、各マイクロレンズ６ａ・・・６ａは照射エリアの形状（例えば正方形）に形成されている。インテグレーターレンズ６はマイクロレンズ６ａ・・・６ａが２次元に配列され、その外形は円形を近似する形状に形成されている。
【００２４】
絞り装置５は、図２（ｂ）に示すように、Ｌ字状の絞り羽根５ａ、５ａを備えている。絞り羽根５ａ、５ａは、Ｌ字の内側同士を対向させるように配置され、開口部５ｂを形成している。なお、インテグレーターレンズ６の使用範囲は、開口部５ｂを通過した光束Ｌがインテグレーターレンズ６を通過する範囲となる。絞り羽根５ａ、５ａは、インテグレーターレンズ６を通過する光束を精度よく整形する観点から、インテグレーターレンズ６に密着若しくは近接していることが望ましい。
【００２５】
開口部５ｂの形状及び大きさは、図２（ｂ）、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、絞り羽根５ａ、５ａの配置を変更することにより、適宜に設定可能である。これらの図に示すインテグレーターレンズ６では、マイクロレンズ６ａ・・・６ａが正方形をしていることから、開口部５ｂが大きく開かれた方向ほど、使用されるマイクロレンズ６ａ・・・６ａの数が多くなる。
【００２６】
なお、絞り装置５は、作業者の手作業により開口部５ｂの形状等を変更するように構成してもよいし、制御装置１２がモータ等により絞り羽根５ａ、５ａを駆動することにより開口部５ｂの形状等を変更するように構成してもよい。
【００２７】
以上の構成を有する露光装置１における開口部５ｂの設定方法について説明する。
【００２８】
図５（ａ）〜図５（ｂ）は、露光対象の層に応じて開口部５ｂの形状及び大きさが設定される場合を概念的に示している。ブラックマトリクス層や柱状スペーサの層に対して露光が行われる場合、図５（ａ）に示すように、開口部５ｂは比較的小さい正方形に設定される。
【００２９】
ＲＧＢの層（例えばＲの層）に対して露光が行われる場合、図５（ｂ）に示すように、開口部５ｂの形状はＲの画素の配列方向に沿って長い長方形に設定される。このとき、図２（ｂ）に示すように、光束Ｌの直径いっぱいに開口部５ｂが延びるように、長方形の長さが設定されることが望ましい。また、長方形の縦横比は、長さが幅の２〜３倍となる程度が望ましい。
【００３０】
オーバーコートの層など解像力が必要ない層に対して露光が行われる場合、図５（ｃ）に示すように、開口部５ｂの形状は比較的大きな正方形に設定される。
【００３１】
なお、図５（ａ）〜（ｃ）の各図に示すように、上記３つのいずれの設定においても、絞り羽根５ａの内側のエッジと、マイクロレンズ６ａ・・・６ａ間の境界線とが一致するように絞り羽根５ａの位置が設定される。このため、各マイクロレンズ６ａ・・・６ａから出射される各光束の一部が絞り羽根５ａによって欠けるということがなく、光量分布の均一性が向上する。
【００３２】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、カラーフィルタ１００のレジストの感度に応じて、開口部５ｂの大きさが設定されるとともに、プロキシミティギャップの大きさが設定される場合を概念的に示している。レジストの感度が高い場合、図６（ａ）に示すように、開口部５ｂは比較的小さく設定されるとともに、プロキシミティギャップは比較的大きいｓ１に設定される。これに対して、レジストの感度が低い場合は、図６（ｂ）に示すように、開口部５ｂが比較的大きく設定されるとともに、プロキシミティギャップが比較的小さいｓ２に設定される。なお、図６の開口部５ｂの設定方法と、図５にて示した開口部５ｂの設定方法とを組み合わせてよい。
【００３３】
以上に説明したように、露光装置１では、ブラックマトリクス層や柱状スペーサに対して露光する場合には、開口部５ｂが比較的小さく設定されるから、パターンのエッジの精度が向上する。ＲＧＢの層に対して露光する場合には、開口部５ｂがストライプ方向に沿った長方形に設定されるから、ストライプの幅方向についてエッジの精度が向上するとともに、大きな光量が確保される。オーバーコートに露光する場合には、開口部５ｂが比較的大きく設定されるから、大光量で効率的に露光が行われる。
【００３４】
また、露光装置１では、レジストの感度が高い場合には、開口部５ｂが比較的小さく設定されることから、エッジの精度が向上する。レジストの感度が低い場合には、開口部５ｂが比較的大きく設定されて大きな光量が確保される一方で、プロキシミティギャップが小さく設定されることによりエッジの精度が補償される。
【００３５】
図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、絞り装置５は、開口部５ｂの長手方向を９０度変換することができるから、ストライプの方向が図５（ｂ）と９０度異なるカラーフィルタ１００に対しても、ストライプの方向と開口部５ｂの長手方向を一致させることが可能である。
【００３６】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００３７】
マイクロレンズ６ａの形状は正方形に限定されない。露光領域の形状等に応じて適宜な形状としてよい。また、絞り装置５は、Ｌ字の絞り羽根を組み合わせるものに限定されない。開口部５ｂの形状や大きさを変更できればよく、種々の形状の絞り羽根を適宜な枚数で組み合わせてよい。
【００３８】
また、絞りの形状や大きさが固定されていてもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、中央に長方形の開口部３１を有する絞り羽根３０を露光装置１に利用してもよい。この場合、矢印ｙ１で示すように絞り羽根３０を光軸を中心に回転可能に取り付け、長方形の向きを変更可能としてもよいし、絞り羽根３０を取り付け直して長方形の向きを変更してもよい。また、開口部３１と異なる形状又は大きさの開口部を有する他の絞り羽根と絞り羽根３０とを交換することにより、絞りの形状等を変更してもよい。
【００３９】
インテグレータレンズ自体の形状をストライプ状のパターンの方向において長くなる異方性を有するものとし、インテグレーターレンズの使用範囲の形状を異方性を有するものとしてもよい。例えば、図７（ｂ）に示すように、断面形状が長方形のインテグレーターレンズ３２を用いてもよいし、図７（ｃ）に示すように断面形状が楕円（長円）のインテグレーターレンズ３３を用いてもよい。この場合、矢印ｙ２、ｙ３で示すように、インテグレーターレンズ３２、３３を光軸を中心に回転可能に取り付け、長手方向の向きを変更可能としてもよいし、インテグレーターレンズ３２、３３を取り付け直して長手方向の向きを変更してもよい。インテグレーターレンズ３２、３３と、他のインテグレータレンズとを交換することにより、長手方向の向きを変更してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、インテグレーターレンズの使用範囲の形状をストライプの長手方向に沿って長い形状とすることから、ストライプの幅方向のぼけが小さくなる一方で、十分な光量が確保される。一般に、ストライプ状のパターンは幅方向について高いエッジ精度が要求されるから、ストライプ状のパターンを必要十分な精度で露光しつつ、大光量で効率的に露光することができる。さらに、フォトマスクにゴミが付着していた場合、その像がストライプ方向にボケるため、露光に及ぼすゴミの影響が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の構成を示す側面図。
【図２】図１の露光装置のインテグレーターレンズ及び絞り装置を示す図。
【図３】図１の露光装置のインテグレーターレンズ及び絞り装置を示す図。
【図４】図１の露光装置により露光されるカラーフィルターを示す図。
【図５】図１の露光装置の使用状態を概念的に示す図。
【図６】図１の露光装置の使用状態を概念的に示す図。
【図７】図２のインテグレーターレンズ及び絞り装置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１露光装置
２光源
５絞り装置
６インテグレーターレンズ
９フォトマスク
１００基板
Ｌ光束

Claims

光源からの光束をインテグレーターレンズを介してフォトマスクに照射して、同色の複数の画素が同一の列に配列されたストライプ状のパターンと、ブラックマトリクス又は柱状スペーサのパターンとを基板に露光する露光方法において、
前記インテグレーターレンズの使用範囲の形状を、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際に、前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とする一方で、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記長手方向及びその方向と直交する方向の各方向において長さが等しい異方性を有しない形状とするとともに、前記インテグレーターレンズの使用範囲の大きさを、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際よりも小さくすることを特徴とする露光方法。
前記インテグレーターレンズの断面形状を前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とし、前記使用範囲の形状を前記異方性を有する形状とすることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
前記インテグレーターレンズの絞りの形状を前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状とし、前記使用範囲の形状を前記異方性を有する形状とすることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
光源からの光束をインテグレーターレンズを介してフォトマスクに照射して、同色の複数の画素が同一の列に配列されたストライプ状のパターンと、ブラックマトリクス又は柱状スペーサのパターンとを基板に露光する露光装置において、
前記インテグレーターレンズの使用範囲を規定する絞り装置を備え、
前記絞り装置は、前記インテグレーターレンズの使用範囲の形状が、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際に、前記ストライプ状のパターンの長手方向において長くなる異方性を有する形状となる一方で、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記長手方向及びその方向と直交する方向の各方向において長さが等しい異方性を有しない形状となるように、絞りの形状が可変に構成されているとともに、前記インテグレーターレンズの使用範囲の大きさが、前記基板に前記ブラックマトリクス又は前記柱状スペーサのパターンを露光する際に、前記基板に前記ストライプ状のパターンを露光する際よりも小さくなるように、絞りの大きさが可変に構成されていることを特徴とする露光装置。