JP2007072371A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短冊状のフォトマスクに対して照射する露光光の利用効率を向上する。
【解決手段】 カラーフィルタ基板１１を上面１３ａに載置するステージ１３と、前記ステージ１３の上方に配設され、該ステージ１３の上面に平行に短冊状のフォトマスク５を保持可能としたマスクステージ６と、前記マスクステージ６に保持された前記フォトマスク５に対して露光光を照射する光源２と、を備え、前記光源２から放射された露光光を前記フォトマスク５を介して前記カラーフィルタ基板１１上に照射して所定位置に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、前記光源２とマスクステージ６との間の光路上に、前記光源２から放射された露光光の光束の断面形状を前記短冊状のフォトマスク５の形状に合わせて整形するシリンドリカルレンズ１４を配設したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被露光体に対してフォトマスクを介して露光光を照射して露光パターンを形成する露光装置に関し、詳しくは、短冊状のフォトマスクに対して照射する露光光の利用効率を向上しようとする露光装置に係るものである。

従来の露光装置は、図７に示すように露光光学系１が紫外線照射用の例えば超高圧水銀ランプからなる光源２と、光源２からの照射光を集光する凹面鏡３と、凹面鏡３の焦点近傍に配置され露光面上の光線Ｌの輝度分布を均一にする円柱状のオプティカルインテグレータ４と、オプティカルインテグレータ４とフォトマスク５を保持するマスクステージ６との間に配置され入射する露光光を平行な光束として露光面に導く曲面ミラー７と、光路を反転する一組の平面ミラー８，８とによって構成されており、光源２から照射され、曲面ミラー７で光線Ｌが互いに平行な光束とされた露光光がマスクステージ６に保持されたフォトマスク５に対して垂直に照射するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。なお、同図において、符号９は被露光体を上面に載置するワークステージを示し、符号１０は被露光体であり、例えばカラーフィルタ基板を示し、符号１１は、露光光の光路を開閉制御する露光制御用シャッターを示している。
特開２００４−３４７８８３号公報（第７図）

しかし、このような従来の露光装置においては、曲面ミラー７から射出する光束１２の断面形状は、図８に示すように円形となるため、例えばフォトマスク５が短冊状に形成されたものである場合には、同図において斜線を付して示す部分の光線Ｌが露光に寄与せず無駄に消費されて、短冊状のフォトマスク５に対して照射する露光光の利用効率が低かった。したがって、披露光体を照射する露光光のエネルギー密度が低くて露光処理時間が長くなり、タクトが低いという問題点を有していた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、短冊状のフォトマスクに対して照射する露光光の利用効率を向上しようとする露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による露光装置は、被露光体を上面に載置するステージと、前記ステージの上方に配設され、該ステージの上面に平行に短冊状のフォトマスクを保持可能としたマスクステージと、前記マスクステージに保持されたフォトマスクに対して露光光を照射する光源と、を備え、前記光源から放射された露光光を前記フォトマスクを介して前記被露光体上に照射して所定位置に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、前記光源とマスクステージとの間の光路上に、前記光源から放射された露光光の光束の断面形状を前記短冊状のフォトマスクの形状に合わせて整形する光束断面形状整形手段を配設したものである。

このような構成により、光源で露光光を放射し、光束断面形状整形手段で光源から放射された露光光の光束の断面形状を短冊状のフォトマスクの形状に合わせて整形し、該整形された露光光をマスクステージに保持されたフォトマスクに照射し、さらに該露光光を上記フォトマスクを介してステージの上面に載置された被露光体上に照射して所定位置に所定の露光パターンを形成する。

また、前記光束断面形状整形手段は、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状のビームを形成するシリンドリカルレンズである。これにより、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状のビームを形成するシリンドリカルレンズで光束の断面形状を整形する。

さらに、前記光束断面形状整形手段は、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状の複数のビームを形成するフライアイレンズである。これにより、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状の複数のビームを形成するフライアイレンズで光束の断面形状を整形する。

そして、前記光源と光束断面形状整形手段との間の光路上には、前記フォトマスクに対して照射する露光光の輝度分布を均一にするカライドスコープが配設されたものである。これにより、光源と光束断面形状整形手段との間の光路上に配設されたカライドスコープでフォトマスクに対して照射する露光光の輝度分布を均一にする。

また、前記光束断面形状整形手段とマスクステージとの間の光路上には、入射する露光光を平行光として射出する集光レンズが配設されたものである。これにより、光束断面形状整形手段とマスクステージとの間の光路上に配設された集光レンズで入射する露光光を平行光として射出する。

さらに、前記ステージは、その上面に載置された被露光体に露光光を照射して露光が行なわれているときに、前記被露光体を前記短冊状のフォトマスクの面に平行でその長手方向と直交する方向に搬送するものである。これにより、ステージでその上面に載置された被露光体に露光光を照射して露光が行なわれているときに、被露光体を短冊状のフォトマスクの面に平行でその長手方向と直交する方向に搬送する。

そして、前記短冊状のフォトマスクは、その長手方向に沿って複数のマスクパターンを一列に並べて配置したものである。長手方向に沿って複数のマスクパターンを一列に並べて配置した短冊状のフォトマスクで所定の露光パターンを形成する。

請求項１に係る発明によれば、露光光を短冊状のフォトマスク上に集めることができるので、短冊状のフォトマスクに対して照射する露光光の利用効率を向上することができる。したがって、被露光体に照射する露光光のエネルギー密度を増すことができる。これにより、被露光体の露光処理時間が短くなり、タクトを上げることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、露光光の光束の断面形状を１軸方向に絞って容易に扁平状に整形することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、露光光の光束の断面形状を１軸方向に絞って容易に扁平状に整形することができる。また、フォトマスクに対する露光光の均一照射を可能とすることができる。

そして、請求項４に係る発明によれば、フォトマスクに対して露光光を均一に照射することができる。したがって、被露光体を均一に露光することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、特に、フォトマスクの長手軸に沿った方向の光線を互いに平行にすることができる。したがって、短冊状のフォトマスクの長手方向に沿って形成された露光パターンの解像力を向上することができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、被露光体を搬送しながら露光パターンを形成することができる。したがって、露光処理時間をより短縮することができる。

そして、請求項７に係る発明によれば、短冊状のフォトマスクの長手方向に沿って複数の露光パターンを形成することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による露光装置の第１の実施形態を示す正面図であり、図２は図１の要部を示す側面図である。この露光装置は、被露光体に対してフォトマスクを介して露光光を照射して露光パターンを形成するもので、ステージ１３と、マスクステージ６と、光源２と、シリンドリカルレンズ１４と、カライドスコープ１５と、コンデンサレンズ１６とからなる。なお、ここでは、露光装置がフォトマスクと被露光体とを近接させて露光する近接露光装置である場合について説明し、また被露光体がカラーフィルタ基板である場合について説明する。

上記ステージ１３は、所定のカラーレジストを塗布したカラーフィルタ基板１０を上面１３ａに載置するものであり、上面１３ａに載置された上記カラーフィルタ基板１０に露光光を照射して露光が行なわれているときに、搬送手段２７によって駆動されて、上記カラーフィルタ基板１０を後述する短冊状のフォトマスク５の面に平行でその長手方向と直交する方向（図１に示す矢印Ａ方向）に一定の速度で搬送するようになっている。

なお、上記カラーフィルタ基板１０には、図３に示すように、露光領域２８に画素に対応して多数のピクセル１７を設けたブラックマトリクス１８が形成されている。そして、上記多数のピクセル１７のうち、図３において左端部のピクセル１７ａの左上端隅部が後述するフォトマスク５の基準位置Ｓ２（図４参照）と位置合わせするための基準位置Ｓ１として予め設定されている。

上記ステージ１３の上方には、近接してマスクステージ６が配設されている。このマスクステージ６は、上記ステージ１３の上面１３ａに平行に短冊状のフォトマスク５を保持可能としたものであり、ステージ１３の上面１３ａと平行な面内にて矢印Ａ方向と直交する方向に移動することができ、また上記フォトマスク５の中心を中心軸として回転（θ）することができるようになっている（図４参照）。

ここで、上記短冊状のフォトマスク５は、図４に示すようにその長手方向に沿って、矢印Ａで示す搬送方向に長い矩形状の複数のマスクパターン１９を一列に並べて配置したものであり、図２に示すように透明なガラス基板２０上に被着された例えばＣｒの不透明膜２１をエッチングして形成され、上記マスクパターン１９が形成された面を下にして上記マスクステージ６に保持されるようになっている。そして、例えば上記複数のマスクパターン１９のうち、図４に示す左端部のマスクパターン１９ａの左縁部が上記カラーフィルタ基板１０の基準位置Ｓ１と位置合わせするための基準位置Ｓ２として予め設定されている。

上記マスクステージ６に保持されたフォトマスク５に対して露光光を照射可能に光源２が設けられている。この光源２は、紫外線を放射するものであり、例えば超高圧水銀ランプ、キセノンランプや紫外線発光レーザ等である。そして、凹面鏡３で反射された露光光の放射方向前方には、凸レンズ２２を配置して露光光を集光できるようになっている。

上記光源２とマスクステージ６との間の光路上には、シリンドリカルレンズ１４が配設されている。このシリンドリカルレンズ１４は、光線が互いに平行な入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状のビームを形成するものであり、円柱をその中心軸に平行な面で分割したような形状を有しており、光源２から放射された露光光の光束１２の横断面（以下、単に「断面」と記載する）形状を短冊状のフォトマスク５の形状に合わせて整形するものであり、例えば、図４に示すように円形（同図に破線で示す）から楕円形（同図に実線で示す）に整形する光束断面形状整形手段となるものである。そして、同図に示すように、整形された断面楕円形の光束１２の長軸が上記短冊状のフォトマスク５の長手方向の中心軸と略合致するように、その円柱の中心軸をフォトマスク５の上記中心軸に略合致させて配置されている。

上記光源２とシリンドリカルレンズ１４との間の光路上には、カライドスコープ１５が配設されている。このカライドスコープ１５は、フォトマスク５に対して照射する露光光の輝度分布を均一にするものであり、所定の長さに形成され、その中心軸に平行な側面を多面に形成してそれぞれ反射面としたものである。そして、その光源２側の端部１５ａを上記凸レンズ２２の焦点に略一致させ、シリンドリカルレンズ１４側の端部１５ｂを後述するコンデンサレンズ１６の焦点に略一致させている。

上記シリンドリカルレンズ１４とマスクステージ６との間の光路上には、コンデンサレンズ１６が配設されている。このコンデンサレンズ１６は、それに入射する露光光の光線Ｌを互いに平行な平行光として射出するものであり、集光レンズである。これにより、コンデンサレンズ１６から射出した露光光は、フォトマスク５を垂直に照射する。そして、上記露光光は、上記フォトマスク５を垂直方向に通過してカラーフィルタ基板１０のカラーレジストを垂直に露光する。したがって、カラーフィルタ基板１０上に形成された露光パターン２３（図３参照）の解像力が向上して、露光パターン２３が鮮鋭に形成されるようになる。

次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。
先ず、カラーレジストが塗布されたカラーフィルタ基板１０をステージ１３上に載置した状態で、搬送手段２７によってステージ１３が一定速度で移動されて上記カラーフィルタ基板１０を図１に矢印Ａで示す方向に搬送する。

このとき、図示省略の撮像カメラによって撮像されたカラーフィルタ基板１０のブラックマトリクス１８のピクセル１７の像に基づいてマスクステージ６が制御されて、上記ステージ１３の上面と平行な面内にて図１に示す矢印Ａ方向と直交する方向に移動され、また上記フォトマスク５の中心を中心軸として回転（θ）されて、カラーフィルタ基板１０に予め設定された基準位置Ｓ１（図３参照）に対してマスクステージ６上に保持されたフォトマスク５の基準位置Ｓ２（図４参照）が位置決めされる。

同時に、光源２が点灯されて光源２から露光光が放射され、該露光光によってマスクステージ６に保持されたフォトマスク５が照射される。そして、フォトマスク５上に形成されたマスクパターン１９が搬送手段２７によって図１に示す矢印Ａ方向に搬送されているカラーフィルタ基板１０上に転写される。これにより、図３に示すように、カラーフィルタ基板１０上には、ブラックマトリクス１８の所定のピクセル１７上にストライプ状の露光パターン２３が形成されることとなる。

この場合、光源２から放射された露光光は、凹面鏡３で前方に反射され、光源２の前方に設けられた凸レンズ２２でその焦点に集光される。集光された露光光は、カライドスコープ１５の光源２側の端部１５ａに入射する。そして、このカライドスコープ１５の長手方向の中心軸に平行な側面１５ｃで多重反射して混合されてシリンドリカルレンズ１４側の端部１５ｂから射出する。

カライドスコープ１５を射出した露光光は、シリンドリカルレンズ１４に入射する。このとき、カライドスコープ１５を射出した露光光のうち、図１に示すようにシリンドリカルレンズ１４の面内１４ａにてその円柱の中心軸と直交する方向（同図において、左右方向）に放射した光線Ｌは、絞られるように内側に屈折されて上記シリンドリカルレンズ１４を射出する。

一方、カライドスコープ１５を射出した露光光のうち、図２に示すようにシリンドリカルレンズ１４の面内１４ａにてその円柱の中心軸に沿った方向（同図において、左右方向）に放射した光線Ｌは、放射角度を変えることなくシリンドリカルレンズ１４を射出する。したがって、図４に破線で示すように、カライドスコープ１５を射出した断面多角形（同図にはおいては、円形で示す）の光束１２の露光光は、同図に実線で示すようにシリンドリカルレンズ１４によってその円柱の中心軸に平行な軸を長軸とし、該中心軸と直交する軸を短軸とする扁平な形状（同図においては、楕円で示す）の光束１２に整形される。

このようにして、光束１２の断面形状が例えば円形から楕円形に整形された露光光は、コンデンサレンズ１６に入射する。この場合、断面楕円形の長軸に沿った方向の光線Ｌ、即ち上記シリンドリカルレンズ１４の円柱の中心軸に沿った方向に放射した光線Ｌは、図２に示すようにコンデンサレンズ１６によってその光軸に平行な平行光とされて射出する。一方、断面楕円形の短軸に沿った方向の光線Ｌは、図１に示すようにコンデンサレンズ１６によってさらに絞られてその光軸側に集まるように射出する。

ここで、上記シリンドリカルレンズ１４がその円柱の中心軸をマスクステージ６に保持された短冊状のフォトマスク５の長手方向の中心軸に略合致させて配置されているので、コンデンサレンズ１６を射出した断面楕円形の露光光は、図４に示すように、その長軸を短冊状のフォトマスク５の長手方向の中心軸に合致させた状態でフォトマスク５を照射することとなる。この場合、光源２から放射した露光光は、フォトマスク５上に集められ、フォトマスク５を照射する露光光のエネルギー密度が向上する。その後、断面楕円形の露光光の長軸に沿った方向の光線Ｌは、上記フォトマスク５を垂直に通過し、カラーフィルタ基板１０上のカラーレジストを垂直に露光する。したがって、カラーフィルタ基板１０上に形成される露光パターン２３のうち、短冊状のフォトマスク５の長手方向に沿った解像力が向上し、図３に示す矢印Ａと直交する方向の露光パターン２３の縁部２３ａ，２３ｂが鮮鋭となる。

一方、断面楕円形の露光光の短軸に沿った方向の光線Ｌは、上記フォトマスク５を斜めに通過してフォトマスク５の下側に回りこみ、カラーフィルタ基板１０上のカラーレジストを斜め方向に露光する。したがって、カラーフィルタ基板１０上に形成される露光パターン２３のうち、短冊状のフォトマスク５の長手方向と直交する方向の解像力が低下し、図３に示す矢印Ａ方向の露光パターン２３の縁部２３ｃ，２３ｄがぼける。しかし、この場合、上記露光パターン２３は、図３に示すように矢印Ａ方向に延びるストライプ状を有するものであり、露光パターン２３の矢印Ａ方向の縁部２３ｃ，２３ｄのぼけは、隣接する異なる色のカラーフィルタになんら影響を及ぼすものでない。したがって、上記露光パターン２３の矢印Ａ方向の縁部２３ｃ，２３ｄのぼけは許容される。

なお、以上の説明においては、カライドスコープ１５から放射する露光光の光束断面形状が円形の場合について述べたが、これに限られず、カライドスコープ１５の断面形状を方形状に形成して放射する露光光の光束断面形状を略方形状としてもよい。また、カライドスコープ１５に替えてライトパイプを使用してもよい。

図５は、本発明による露光装置の第２の実施形態を示す正面図である。この露光装置は、光源２とマスクステージ６との間の光路上に、光束断面形状整形手段として光線が互いに平行な入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状の複数のビームを形成するフライアイレンズ２４を配設したものであり、該フライアイレンズ２４とマスクステージ６との間の光路上に配設したコンデンサレンズ１６とあいまって短冊状のフォトマスク５上に露光光を集めると同時に輝度分布を均一にできるようになっている。したがって、第２の実施形態においては、第１の実施形態において備えたカライドスコープ１５を省略することができる。

上記フライアイレンズ２４の具体的構成例は、図６（ａ）に示すように、コンデンサレンズ１６側の端面２４ｂに微小な凸面状のシリンドリカルレンズ２５ａを同図（ｃ）に破線で示すようにその円柱の中心軸をＸＹ平面におけるＹ軸に平行としてＸ軸方向に例えば四つ並べて配置した第１のシリンドリカルレンズアレイ２５を形成し、同図（ｂ）に示すように光源２側の端面２４ａに微小な凹面状のシリンドリカルレンズ２６ａを同図（ｃ）に実線で示すようにその円柱の中心軸をＸ軸に平行としてＹ軸方向に例えば四つ並べて配置した第２のシリンドリカルレンズアレイ２６を形成したものである。

次に、Ｘ軸及びＹ軸に沿った方向の光線の進路について説明する。フライアイレンズ２４の光源２側の端面２４ａに入射した露光光の光線Ｌのうち、図６（ｃ）に示すＸ軸方向に放射して第２のシリンドリカルレンズアレイ２６に入射した光線Ｌは、上記第２のシリンドリカルレンズアレイ２６で屈折されることなくことなく（実際には、若干外側に広がるように屈折されて）コンデンサレンズ１６側の端面２４ｂに形成された第１のシリンドリカルレンズアレイ２５に入射する。そして、この光線Ｌは、上記第１のシリンドリカルレンズアレイ２５によって絞られるように内側に大きく屈折されてコンデンサレンズ１６側の端面２４ｂからフライアイレンズ２４を射出する。

一方、フライアイレンズ２４の光源２側の端面２４ａに入射した露光光の光線Ｌのうち、図６（ｃ）に示すＹ軸方向に放射して第２のシリンドリカルレンズアレイ２６に入射した光線Ｌは、上記第２のシリンドリカルレンズアレイ２６で大きく広がるように屈折されてさらに外側に広がってコンデンサレンズ１６側の端面２４ｂに形成された第１のシリンドリカルレンズアレイ２５に入射する。そして、この光線Ｌは、上記第１のシリンドリカルレンズアレイ２５によって屈折されることなく（実際には、若干内側に絞られるように屈折されて）コンデンサレンズ１６側の端面２４ｂからフライアイレンズ２４を射出する。したがって、上記フライアイレンズ２４から射出する露光光の光束の断面形状は、同図（ｃ）に示すＹ軸方向を長軸とし、Ｘ軸方向を短軸とする扁平な形状となる。また、上記第１のシリンドリカルレンズアレイ２５の各微小なシリンドリカルレンズ２５ａを射出した露光光は、フォトマスク５上で互いに重ね合わされてフォトマスク５に照射するので、フォトマスク５上の露光光の輝度分布が均一になる。

なお、上記実施形態においては、露光装置がフォトマスク５と被露光体とを近接させて露光する近接露光装置である場合について説明したが、これに限られず、短冊状のフォトマスク５を使用する如何なる露光装置にも適用することができる。また、以上の説明においては、被露光体がカラーフィルタ基板１０である場合について述べたが、ストライプ状の露光パターン２３が形成されるものであれば、如何なる基板であってもよい。

本発明による露光装置の第１の実施形態を示す正面図である。 図１の要部を示す側面図である。 上記露光装置に使用されるカラーフィルタ基板を示す平面図である。 上記露光装置において、短冊状のフォトマスクに対する断面楕円形の露光光の照射状態を示す説明図である。 本発明による露光装置の第２の実施形態を示す正面図である。 上記第２の実施形態に使用されるフライアイレンズの一構成例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は平面図である。 従来の露光装置を示す正面図である。 従来の露光装置において、短冊状のフォトマスクに対する断面円形の露光光の照射状態を示す説明図である。

符号の説明

２…光源
５…フォトマスク
６…マスクステージ
１０…カラーフィルタ基板（被露光体）
１２…光束
１３…ステージ
１３ａ…ステージの上面
１４…シリンドリカルレンズ（光束断面形状整形手段）
１５…カライドスコープ
１６…コンデンサレンズ（集光レンズ）
１９…マスクパターン
２３…露光パターン
２４…フライアイレンズ（光束断面形状整形手段）
Ｌ…光線

Claims (7)

1. 被露光体を上面に載置するステージと、
   前記ステージの上方に配設され、該ステージの上面に平行に短冊状のフォトマスクを保持可能としたマスクステージと、
   前記マスクステージに保持されたフォトマスクに対して露光光を放射する光源と、
   を備え、前記光源から放射された露光光を前記フォトマスクを介して前記被露光体上に照射して所定位置に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、
   前記光源とマスクステージとの間の光路上に、前記光源から放射された露光光の光束の断面形状を前記短冊状のフォトマスクの形状に合わせて整形する光束断面形状整形手段を配設したことを特徴とする露光装置。
2. 前記光束断面形状整形手段は、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状のビームを形成するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記光束断面形状整形手段は、入射光に対して１軸方向にのみ屈折作用をして焦点位置で線状の複数のビームを形成するフライアイレンズであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記光源と光束断面形状整形手段との間の光路上には、前記フォトマスクに対して照射する露光光の輝度分布を均一にするカライドスコープが配設されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記光束断面形状整形手段とマスクステージとの間の光路上には、入射する露光光を平行光として射出する集光レンズが配設されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記ステージは、その上面に載置された被露光体に露光光を照射して露光が行なわれているときに、前記被露光体を前記短冊状のフォトマスクの面に平行でその長手方向と直交する方向に搬送するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記短冊状のフォトマスクは、その長手方向に沿って複数のマスクパターンを一列に並べて配置したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の露光装置。

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