JP5526714B2

JP5526714B2 - 基板露光装置

Info

Publication number: JP5526714B2
Application number: JP2009256833A
Authority: JP
Inventors: かおり半澤
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: JP2011102834A

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、フォトマスクと所定の微小間隔をあけて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。

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ると、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）（１０）はマスクホルダ（２０）上の原版支持吸着溝（１）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、中央部の露光ギャップ（７０）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、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。

また、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厳しくなり、また補正用の押さえ部材の耐久性を増すために、例えば、特許文献３で開示されているように、超高分子量ポリエチレンを接触部位とした補正バーでマスクの縁部を上から荷重をかける形で押圧するＣＦ用基板露光装置が用いられている。

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。また、撓み補正バーによってマスク撓みがある程度矯正され、露光ギャップのバラツキは軽減できるが、撓み補正バーの劣化等により、面内の露光ギャップに変化が生じることがある。前記したように、面内の露光ギャップのバラツキが大きくなると、フォトリソ特性（線幅、膜厚）、あるいはパターン転写精度等の品質にマイナスの影響が生じる。また、ＣＦを構成する各層の重ね合わせ精度も悪くなり、オフセット調整に時間がかかり、時間稼動率低下に繋がる。そのため、このバラツキを軽減するために、撓み補正バーの定期的な交換が必要となる等の問題点があった。

特開平０９−３０６８３２号公報特開２００１−１０９１６０号公報特開２００９−２６０１７２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、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、前記露光ステージは、前記フォトマスクと同じ撓み量を有する溶融石英ガラスまたは合成石英ガラスからな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、前記露光ステージは、その２辺を露光ステージ支持具で担持され、前記露光ステージ支持具は可動で、２辺間の担持間隔（スパン）を変化させて、前記露光ステージの撓み量を可変とする機構を具備す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。

本発明の基板露光装置では、露光ステージを、露光用のフォトマスクと同じ撓み量にすることにより、フォトマスクと露光ステージ上に保持された被露光基板との距離（露光ギャップ）を均一とすることが出来る。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が可能となる。

また、本発明の基板露光装置では、露光ステージは２辺を露光ステージ支持具で担持され、その露光ステージ支持具を移動させることで、２辺間の担持間隔（スパン）を変化させて、前記フォトマスクの撓み量に合わせて、前記露光ステージの撓み量を調整する機構を有している。そのため、使用するフォトマスクに合わせて、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露光ステージの撓み量を変更することが可能である。そのため、従来の撓み補正バーでのフォトマスクへの強制的な撓み量の矯正が不要となる。その結果、フォトマスクの傷みが少なく、撓み補正バーの劣化による品質への影響が軽減される。本発明の基板露光装置によれば、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が低減され、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。

従来の基板露光装置での、マスク撓み補正を断面で説明する概略図。本発明の露光装置の一実施形態での要部を示し、フォトマスク撓みと露光ステージ撓みを断面で説明する概略図。

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示し、フォトマスク撓みと露光ステージ撓みを断面で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等の被露光基板（５０）を上面に保持する露光ステージ（６０）と、被露光基板（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、被露光基板（５０）の上方で被露光基板（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）と被露光基板（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、被露光基板（５０）にパターン露光を行う基板露光装置である。

本発明の基板露光装置の露光ステージ（６０）は、使用するフォトマスク（１０）と略同じ撓み量を有する材料で構成される。この露光ステージ（６０）は、例えば、フォトマスク（１０）の２辺に対向する２辺を露光ステージ支持具（８０）で担持される。露光ステージ支持具（８０）の少なくとも一方は可動で、その露光ステージ支持具（８０）を移動させることで、２辺間の担持間隔（スパン）を変化させて、フォトマスク（１０）の撓み量に合わせて、露光ステージ（６０）の撓み量を調整する機構を有している。そのため、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露光ステージの撓み量を変更することが可能である。

本実施形態では、露光ステージにフォトマスクと同じ材質の、厚さ８〜１０ｍｍの溶融石英ガラスまたは合成石英ガラスからなる矩形板状素材が使用できる。この矩形板状素材の撓み量は下記数式（１）により算出することができる。

Ｗ＝ｋ（ρ／Ｅ）（ｌ^４／ｔ^２）・・・数式（１）
ここで、Ｗ：自重撓み量、Ｅ：ヤング［ＧＰａ］、ｋ：定数（熱膨張係数［１０^−７／℃］）、ｌ：担持スパン［ｍｍ］、ρ：密度［ｇ／ｃｍ^３］、ｔ：板厚［ｍｍ］
本発明の基板露光装置を、現行の装置において使用する場合は、フォトマスク保持位置、露光ステージ板厚は一定とし、少なくとも一方の可動な露光ステージ支持具（８０）を移動させることで、２辺間の担持間隔（スパン）ｌを変更することで、フォトマスク（１０）の撓み量に合わせて、露光ステージ（６０）の撓み量を調整する。

本発明の基板露光装置では、通常フォトマスク（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）を備えている。原版支持吸着溝（１）は、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。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。また、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。

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、フォトマスクの撓みをあえて補正せず、露光ステージをフォトマスクと同じように撓ませることで、露光ギャップを安定な領域に収めるものであっる。図では、説明の都合上、撓みを大きく示しているが、フォトマスクおよび露光ステージともに剛性の高い材料を用いているため、本発明の基板露光装置における双方の撓みに伴う露光ギャップのバラツキは極小となる。

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：１０ｍｍ厚合成石英マスク（ヤング率７４ＧＰａ）
寸法４５０×５５０ｍｍ
測定基板：素ガラス、寸法４００×５００ｍｍ、厚み０．６ｍｍ
露光ステージ：寸法４２０×５２０ｍｍ
設定露光ギャップ：１００μｍ。

＜面内露光ギャップ分布評価＞
図１（ａ）に示す、従来の基板露光装置を用いて（条件１）、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、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、本発明の基板露光装置を用いて（条件２）、露光ステージとして１０ｍｍ厚の溶融石英ガラスを用い、担持スパン４１０ｍｍとして、フォトマスクは上記条件（
１）と同様にして、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。ギャップの測定は、同様に、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２）では、中央付近のギャップ値とフォトマスクの辺側のギャップ値のバラツキが少なく、ギャップのバラツキは１２μｍと減少していた。

１・・・原版支持吸着溝１０・・・フォトマスク２０・・・マスクホルダ
５０・・・被露光基板６０・・・露光ステージ７０・・・露光ギャップ
８０・・・露光ステージ支持具

Claims

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、前記露光ステージは、前記フォトマスクと同じ撓み量を有する溶融石英ガラスまたは合成石英ガラスからなることを特徴とする基板露光装置。
前記露光ステージは、その２辺を露光ステージ支持具で担持され、前記露光ステージ支持具は可動で、２辺間の担持間隔（スパン）を変化させて、前記露光ステージの撓み量を可変とする機構を具備することを特徴とする請求項１に記載する基板露光装置。