JP2004246025A

JP2004246025A - 露光方法及び露光装置

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Publication number: JP2004246025A
Application number: JP2003035017A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Watanabe; 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP4542314B2

Abstract

【課題】効率的にフォトマスクを位置決め可能な露光方法を提供する。
【解決手段】ステージ２とフォトマスク４とを相対移動させてＣＦ基板１００の露光領域１００ａ…１００ａを露光する露光方法において、ＣＦ基板上にアライメントマーク５０を形成する工程と、露光領域１００ａ…１００ａに露光した際のフォトマスク４に対するステージ２の位置を各領域毎に測定し、アライメントマーク５０に対して位置決めされた状態のフォトマスク４を基準として、露光領域１００ａ…１００ａに露光した際のステージ２の相対位置を取得する工程と、アライメントマーク５０を検出してフォトマスク４を位置決めし、そのときのフォトマスク４を基準として、取得した相対位置が再現されるように、フォトマスク４に対するステージ２の位置を測定しつつステージ２とフォトマスク４とを相対移動させる工程とを備える。
【選択図】図１

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】
一般に、カラーフィルター等の複数層のパターンが形成される基板に対して露光を行う場合、基板のアライメントマークとフォトマスクのアライメントマークとを一致させることにより、既に形成されたパターンとこれから露光するフォトマスクとの位置合わせが行われる。
【０００３】
また、大型の基板にパターニングする方法として、基板と、基板よりも面積の小さいフォトマスクとを相対移動させて、基板上の複数の領域に順次マスクパターンを露光するものが知られている（特許文献１参照）。このような露光方法において、基板に複数層のパターンを形成する場合には、各領域のそれぞれに対応して設けられたアライメントマークにフォトマスクのアライメントマークを順次一致させることにより、既に形成されたパターンとフォトマスクとの位置合わせが行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４７０２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、露光する領域を切り替える毎にアライメントマークに基づく位置合わせを行うと、複数の領域に対して露光を行うのに長い時間がかかる。さらに、各層に対して露光するたびにアライメントマークに基づく位置合わせがなされると、位置合わせに要する時間が累積され、作業時間が膨大なものとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、効率的にフォトマスクを位置決め可能な露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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。
【０００８】
本発明の露光方法は、基板（１００）が載置されたステージ（２）とフォトマスク（４）とを相対移動させて前記基板の複数の領域（１００ａ…１００ａ）のそれぞれに一層分のマスクパターンを露光する工程を含み、前記露光する工程を同一基板に対してフォトマスクを取り替えながら複数回実行して複数層分のマスクパターンを露光する露光方法において、前記基板上に位置認識用マーク（５０）を形成する工程と、前記複数の領域に露光した際のフォトマスクに対する前記ステージの位置を各領域毎に測定し、前記位置認識用マークに対して位置決めされた状態のフォトマスクを基準として、前記複数の領域に露光した際の前記ステージの相対位置を取得する工程と、前記位置認識用マークを検出して前記フォトマスクを位置決めし、そのときのフォトマスクを基準として、前記取得した相対位置が再現されるように、フォトマスクに対する前記ステージの位置を測定しつつ前記ステージとフォトマスクとを相対移動させる工程とを備えることにより、上述した課題を解決する。
【０００９】
本発明の露光方法によれば、位置認識用マークに対して所定の位置関係に置かれた状態のフォトマスクを基準として、複数の領域に露光した際のステージの相対位置を各領域毎に取得するから、位置認識用マークに対する各領域の相対位置がフォトマスクに対する各領域毎のステージの相対位置として間接的に把握される。そして、その後の層に対する露光においては、位置認識用マークを検出してフォトマスクを位置決めし、フォトマスクに対する各領域毎のステージの相対位置を再現するから、フォトマスクのマスクパターンを既に形成されたパターンに正確に重ね合わせて露光することができる。しかも、位置認識用マークの検出は１回だけでよいから、各領域全てに設けられたアライメントマークを順次検出して位置決めを行っていた従来技術に比較して、効率的にフォトマスクの位置決めが行われる。
【００１０】
なお、位置認識用マークは、複数の領域のうちのいずれかの領域に位置合わせするためのアライメントマークとして設けてもよいし、複数の領域のアライメントマークとは別に設けてもよい。位置認識用マークを形成する工程は、相対位置を取得する工程の前に実行してもよいし、相対位置を取得する工程と並行して実行してもよい。相対位置を取得する工程の前に実行する場合には、例えば、相対位置を取得する工程で露光される層の前の層に位置認識用マークを形成し、相対位置を取得する工程ではその位置認識用マークを検出して、フォトマスクを位置決め状態とすればよい。相対位置を取得する工程と並行して実行する場合には、例えば、相対位置を取得する工程で露光される層に対して位置認識用マークのパターンを露光する。このとき、その露光時のフォトマスクの位置を位置認識用マークに対して位置決めした状態のフォトマスクの位置として利用してよい。取得した相対位置の再現において、相対位置を取得してから再現するまでの工程における基板の変形等を考慮して、取得した相対位置を補正し、その補正後の相対位置を再現するようにしてもよい。
【００１１】
本発明の露光方法において、前記位置認識用マークは、前記複数の領域のうちいずれかの領域にフォトマスクを位置合わせするためのアライメントマーク（５０）であってもよい。この場合、いずれかの領域に対して露光可能な位置にフォトマスクを位置決めした状態がフォトマスクを位置認識用マークに対して位置決めした状態となるから、フォトマスクを位置決めする回数が減り、より効率的にフォトマスクの位置決めをすることができる。
【００１２】
本発明の露光方法において、前記基板はカラーフィルタ基板（１００）であり、ブラックマトリクスのパターンを露光するのと同時に前記位置認識用マークのパターンを露光してもよい。この場合、ブラックマトリクスの層に対して露光を行うフォトマスクに、位置認識用マークのマスクパターンを設けるだけで位置認識用マークを基板に設けることができる。
【００１３】
本発明の露光方法において、前記位置認識用マークは前記基板の外周部に設けられ、前記ステージには前記基板の外周部を前記ステージ側から照明する照明手段（２ａ）が設けられていてもよい。この場合、位置認識用マークを照明手段により照明することにより、位置認識用マークの画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。さらに、照明手段は、ステージの外周部に設けられることから、ステージ表面のうち露光領域に位置する部分は従来の構成のままでよい。従って、例えば平坦なステージ表面や基板のステージへの吸着力が従来通り確保される。
【００１４】
本発明の露光装置（１）は、基板（１００）が載置されたステージ（２）と露光すべき層に対応するフォトマスク（４）とを相対移動させて前記基板の複数の領域（１００ａ…１００ａ）のそれぞれに一層分のマスクパターンを露光する露光装置において、前記複数の領域に露光した際のフォトマスクに対する前記ステージの位置を各領域毎に測定し、基板上の所定の位置認識用マーク（５０）に対して位置決めされた状態のフォトマスクを基準として、前記複数の領域に露光した際の前記ステージの相対位置を取得する手段（６、９）と、前記位置認識用マークを検出して前記フォトマスクを位置決めし、そのときのフォトマスクを基準として、前記取得した相対位置が再現されるように、フォトマスクに対する前記ステージの位置を測定しつつ前記ステージとフォトマスクとを相対移動させる手段（３、５、７、９）とを備えることにより、上述した課題を解決する。
【００１５】
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可能である。
【００１６】
本発明の露光装置において、前記ステージの外周部には前記ステージに載置された基板を前記ステージ側から照明する照明手段が設けられていてもよい。この場合、上述した本発明の露光方法の好ましい態様を実現可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用した露光装置１の構成を示す側面図である。露光装置１は、カラーフィルタ用のＣＦ基板１００に対して露光を行う装置として構成されている。
【００１８】
ＣＦ基板１００は、例えばガラス基板で構成され、ガラス基板の表面には顔料を分散した感光性樹脂やレジストが薄膜状に成膜されている。ＣＦ基板１００は、例えば厚さ１ｍｍ、面積４ｍ^２に形成されている。１枚のＣＦ基板１００からは、６枚のカラーフィルターが取り出される。このため、図５（ａ）にも示すように、ＣＦ基板１００上の６つの露光領域１００ａ…１００ａに対して露光装置１により露光が行われる。
【００１９】
図１の露光装置１は、ＣＦ基板１００を載置するステージ２と、ステージ２をＸ軸方向及びＹ軸方向（図５（ａ）参照）に駆動する駆動装置３と、ステージ２の上方に配置されたフォトマスク４と、フォトマスク４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に駆動する駆動装置５と、ステージ２とフォトマスク４との相対位置を測定するための測定装置６と、フォトマスク４の上方からステージ２上を撮像するカメラ７、７と、フォトマスク４の上方に配置された光源８と、制御装置９とを備えている。
【００２０】
フォトマスク４は、ブラックマトリクス（ＢＭ）、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の各層に対応して装着される。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すようにフォトマスク４は、一つの露光領域１００ａを覆う大きさを有している。図５（ａ）に示すようにブラックマトリクス用のフォトマスク４は、露光領域１００ａの外側にアライメントマーク５０…５０をパターニングするためのマスクパターン５１…５１を備えている。図５（ｂ）に示すように、Ｒ層用のフォトマスク４には、外周側にアライメントマーク５２…５２が設けられている。Ｇ、Ｂ用のフォトマスク４もＲ層用のフォトマスク４と同様にアライメントマーク５２…５２が設けられている。図１のカメラ７、７はアライメントマーク５２、５２を撮像可能な位置に設けられ、撮像した画像に基づく映像信号を制御装置９に出力する。駆動装置３及び駆動装置５は、例えば電動モータとして構成され、制御装置９によって制御される。図２（ａ）にも示すように、ステージ２の外周部にはステージ側からＣＦ基板１００を照明する照明装置２ａがステージ２の各辺に亘って設けられている。
【００２１】
図２（ａ）は測定装置６の構成を示す平面図である。測定装置６は、レーザー干渉計２０と、光学系２１と、ステージ２の２辺のそれぞれに亘って延びるフラットミラー２２、２２と、フォトマスク４の周辺の３つの測定地点ｘ１、ｘ２、ｙ１に設けられたレトロリフレクター２３…２３とを備えている。
【００２２】
図２（ｂ）は、１つの測定地点について測定装置６を拡大して示す側面図である。フォトマスク４の近傍には、レトロリフレクター２３を取り付けるための取付部２４が設けられている。取付部２４は、露光装置１の本体（不図示）に固定して設けられた支持部材２５と、支持部材２５に対して左右にスライド可能に取り付けられた軸部２６と、軸部２６の周囲に取り付けられたコイルばね２７とを備える。コイルばね２７は支持部材２５と、軸部２６のフランジ部２６ａとの間に取り付けられており、軸部２６の端部２６ｂをフォトマスク４の端部に押し付けている。軸部２６においてフォトマスク４の反対側の端部２６ｃには、レトロリフレクター２３が取り付けられている。
【００２３】
フラットミラー２２は、平面状の反射面を有し、垂直に入射したレーザー光Ｌを反対方向へ反射する。レトロリフレクター２３は、多面鏡を反射面に有し、反射面に入射したレーザー光Ｌを入射方向と逆方向へ反射する。光学系２１には、例えば、レーザー干渉計２０とフラットミラー２２との間に設けられたハーフミラー２８と、ハーフミラー２８とレトロリフレクター２３との間に設けられた反射ミラー２９とが含まれている。従って、レーザー干渉計２０からのレーザー光Ｌはハーフミラー２８により２分割され、一方はフラットミラー２２へ、他方は反射ミラー２９を介してレトロリフレクター２３に入射する。そして、フラットミラー２２及びレトロリフレクター２３によって反射されたレーザー光Ｌは、同一経路を反対方向へ進み、レーザー干渉計２０へ入射する。
【００２４】
レーザー干渉計２０は、フラットミラー２２からの反射光とレトロリフレクター２３からの反射光との干渉に基づいて、フラットミラー２２とレトロリフレクター２３との相対距離を測定する。なお、レーザー干渉計２０は、フラットミラー２２からの反射光に基づいてフラットミラー２２までの距離を、レトロリフレクター２３からの反射光に基づいてレトロリフレクター２３までの距離をそれぞれ測定し、その測定結果から両者の相対距離を測定するものでもよい。また、フォトマスクのアライメント動作における移動量や位置はリニアスケールなど他の測定手段を適用しても良い。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、レーザー干渉計２０は、点ｘ１及び点ｘ２のＹ方向、点ｙ１のＸ方向について、ステージ２とフォトマスク４との相対位置を測定する。Ｙ方向の相対位置は点ｘ１及び点ｘ２の２点において測定されるから、両者の相対位置の差からθ方向の相対位置も特定可能である。なお、３箇所の測定地点に対応してレーザー干渉計２０を３台設けて測定してもよい。
【００２６】
上記の構成を有する露光装置を用いた本発明の露光方法の手順を説明する。図３は制御装置９が実行するＢＭ露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、ブラックマトリクス層となる薄膜が成膜され、その上にレジストが塗布されたＣＦ基板１００がステージ２に載置されたときに開始される。
【００２７】
まず、制御装置９は、ブラックマトリクス用のフォトマスク４の下方に露光領域１００ａ…１００ａのいずれか一つ（例えば図５（ａ）の（１）の露光領域１００ａ）が位置するように、駆動装置３及び駆動装置５の動作を制御する（ステップＳ１）。この制御は、例えば、制御装置９に予め記録されている露光領域１００ａ…１００ａの設計上の位置に基づいて行われる。次に光源８を駆動して露光を行う（ステップＳ２）。この露光では、図５（ａ）に示すように、ブラックマトリクスのパターンに加えて、マスクパターン５１もブラックマトリクス層に露光される。また、制御装置９は、露光の際に測定装置６の計測したフォトマスク４に対するステージ２の相対位置を記録する（ステップＳ３）。ステップＳ４では、全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したか否か判定し、終了していないと判定した場合は、ステップＳ１及びＳ２を繰り返し、（２）から（６）までの露光領域に対してブラックマトリクス用のフォトマスク４を介した露光を順次行う。
【００２８】
図４は、制御装置９が実行する２層目以降露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば、ブラックマトリクス層の後の層（例えばＲ層）となるレジストが塗布されたＣＦ基板１００がステージ２に載置されたときに開始される。なお、この処理が実行される間、照明装置２ａは点灯されている。
【００２９】
まず、制御装置９は、Ｒ層用に装着されたフォトマスク４の下方に露光領域１００ａ…１００ａのうちいずれか一つ（例えば図５（ｂ）の（１）の露光領域）を位置させるように、駆動装置３及び駆動装置５の動作を制御する（ステップＳ２１）。この制御は、例えば、図３のステップＳ１と同様に制御装置９に予め記録されている露光領域１００ａ…１００ａの設計上の位置に基づいて行われる。次に、図５（ｂ）に示すように、カメラ７からの映像信号に基づいて、アライメントマーク５０と、アライメントマーク５２との位置ずれを特定し、その位置ずれに基づいてＲ層用のフォトマスク４と露光領域１００ａとの位置合わせを行う（ステップＳ２２）。そして、光源８を駆動して露光を行うとともに（ステップＳ２３）、測定装置６からの信号に基づいてＲ層用のフォトマスク４に対するステージ２の相対位置を特定する（ステップＳ２４）。
【００３０】
ステップＳ２５では、次の露光領域（例えば（２）の露光領域１００ａ）に対して露光するときのＲ層用のフォトマスク４に対するステージ２の位置を特定するとともに、特定した位置までステージ２とフォトマスク４とを相対移動させて位置決めする。（２）の露光領域１００ａへ露光する際のフォトマスク４に対するステージ２の位置は、図３のＢＭ露光処理において（１）の露光領域を露光してから（２）の露光領域に露光するまでのブラックマトリクス用のフォトマスク４に対するステージ２の移動と同じ量だけＲ層用のフォトマスク４に対してステージ２を移動させるように設定する。すなわち、（１）の露光領域に位置合わせした状態のフォトマスク４を基準として、（２）の露光領域に対して露光した際のステージ２の相対位置を再現するように位置決めする。従って、まず、各露光領域１００ａ毎に測定したステージ２とブラックマトリクス用のフォトマスク４との相対位置（図３のステップＳ３参照）に基づいて、（１）の露光領域１００ａに位置合わせしたときのブラックマトリクス用のフォトマスク４に対するステージ２の位置と、（２）の露光領域１００ａに位置合わせしたときのブラックマトリクス用のフォトマスク４に対するステージ２の位置との相対関係を特定する。次に、その特定した相対関係と、ステップＳ２４で測定したＲ層用のフォトマスク４に対するステージ２の位置とに基づいて、（２）の露光領域１００ａに露光するときのＲ層用のフォトマスク４に対するステージ２の位置を特定する。そして、測定装置６からの信号に基づいてＲ層用のフォトマスク４に対するステージ２の位置を測定しつつ、その特定した位置までＲ層用のフォトマスク４とステージとを相対移動させた後、制御装置９は光源８を駆動して露光を行う（ステップＳ２６）。
【００３１】
ステップＳ２７では全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したか否かを判定し、露光が終了していないと判定した場合は、ステップＳ２５、Ｓ２６を繰り返し、（３）から（６）までの露光領域１００ａに対して順次露光を行う。なお、露光する順序は適宜に設定してよい。
【００３２】
以上のように、露光装置１を用いた露光方法では、露光領域１００ａ…１００ａに露光した際のブラックマトリクス用のフォトマスク４に対するステージ２の相対位置を各領域毎に取得するから、（１）の露光領域１００ａのアライメントマーク５０に対する各露光領域１００ａの相対位置がブラックマトリクス用のフォトマスク４に対する各領域毎のステージ２の相対位置として間接的に把握される。そして、Ｒ層に対する露光においては、（１）の露光領域１００ａのアライメントマーク５０を検出してＲ層用のフォトマスク４を位置決めし、その位置に対する各領域毎のステージ２の相対位置を再現するから、Ｒ層用のフォトマスク４のマスクパターンを既に形成されたブラックマトリクスのパターンに正確に重ね合わせて露光することができる。しかも、アライメントマーク５０の検出は（１）の露光領域１００ａのものを検出するだけでよいから、各露光領域１００ａ全てに設けられたアライメントマークを順次検出して位置決めを行っていた従来技術に比較して、効率的にＲ層用のフォトマスク４の位置決めが行われる。
【００３３】
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。
【００３４】
フォトマスク４に対するステージ２の位置の測定は、ステージとフォトマスクとの相対位置を直接測定するものに限定されない。例えば、フォトマスク４が所定の位置に固定されている場合には、ステージ２の位置のみを計測し、ステージとフォトマスクとの相対位置を間接的に測定してもよい。
【００３５】
照明手段は、ステージ２の外周に亘って設けられるものに限定されない。例えば、ステージ２の外周に点在させて設けてもよいし、２層目以降露光処理で位置合わせされる一つの露光領域１００ａ（図４のステップＳ２２参照）のアライメントマークのみを照明するように、ステージの外周の一部に設けてもよい。また、照明手段は、常時点灯型のものでなくともよく、アライメントマークを撮像する際に点灯するストロボタイプのものでもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、位置認識用マークに対して所定の位置関係に置かれた状態のフォトマスクを基準として、複数の領域に露光した際のステージの相対位置を各領域毎に取得するから、位置認識用マークに対する各領域の相対位置がフォトマスクに対する各領域毎のステージの相対位置として間接的に把握される。そして、その後の層に対する露光においては、位置認識用マークを検出してフォトマスクを位置決めし、フォトマスクに対する各領域毎のステージの相対位置を再現するから、フォトマスクのマスクパターンを既に形成されたパターンに正確に重ね合わせて露光することができる。しかも、位置認識マークの検出は１回だけでよいから、各領域全てに設けられたアライメントマークを順次検出して位置決めを行っていた従来技術に比較して、効率的にフォトマスクの位置決めが行われる。
【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の露光装置の測定装置の構成を示す図。
【図３】図１の露光装置の制御装置が実行するＢＭ露光処理の手順を示すフローチャート。
【図４】図１の露光装置の制御装置が実行する２層目以降露光処理の手順を示すフローチャート。
【図５】図１の露光装置のステージ上の様子を示す平面図。
【符号の説明】
１露光装置
２ステージ
２ａ照明装置
４フォトマスク
６測定装置
９制御装置
５０アライメントマーク
５２アライメントマーク
１００基板

Claims

基板が載置されたステージとフォトマスクとを相対移動させて前記基板の複数の領域のそれぞれに一層分のマスクパターンを露光する工程を含み、前記露光する工程を同一基板に対してフォトマスクを取り替えながら複数回実行して複数層分のマスクパターンを露光する露光方法において、
前記基板上に位置認識用マークを形成する工程と、
前記複数の領域に露光した際のフォトマスクに対する前記ステージの位置を各領域毎に測定し、前記位置認識用マークに対して位置決めされた状態のフォトマスクを基準として、前記複数の領域に露光した際の前記ステージの相対位置を取得する工程と、
前記位置認識用マークを検出して前記フォトマスクを位置決めし、そのときのフォトマスクを基準として、前記取得した相対位置が再現されるように、フォトマスクに対する前記ステージの位置を測定しつつ前記ステージとフォトマスクとを相対移動させる工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
前記位置認識用マークは、前記複数の領域のうちいずれかの領域にフォトマスクを位置合わせするためのアライメントマークであることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
前記基板はカラーフィルタ基板であり、ブラックマトリクスのパターンを露光するのと同時に前記位置認識用マークのパターンを露光することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
前記基板の位置認識用マークは前記基板の外周部に設けられ、前記ステージには前記基板の外周部を前記ステージ側から照明する照明手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
基板が載置されたステージと露光すべき層に対応するフォトマスクとを相対移動させて前記基板の複数の領域のそれぞれに一層分のマスクパターンを露光する露光装置において、
前記複数の領域に露光した際のフォトマスクに対する前記ステージの位置を各領域毎に測定し、基板上の所定の位置認識用マークに対して位置決めされた状態のフォトマスクを基準として、前記複数の領域に露光した際の前記ステージの相対位置を取得する手段と、
前記位置認識用マークを検出して前記フォトマスクを位置決めし、そのときのフォトマスクを基準として、前記取得した相対位置が再現されるように、フォトマスクに対する前記ステージの位置を測定しつつ前記ステージとフォトマスクとを相対移動させる手段と、
を備えることを特徴とする露光装置。
前記ステージの外周部には前記ステージに載置された基板を前記ステージ側から照明する照明手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。