JP2012058324A - 近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】近接露光装置による露光転写によって、高解像度なパターンを得る事ができる近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法を提供する。
【解決手段】マスクパターンＰは、主開口を有する主パターン部８１と、該主パターン部８１の側方に形成され、現像処理後に解像されない透過性の補助パターン部８３とを備え、主パターン部８１と補助パターン部８３は、位相シフト膜８４によって仕切られる。
【選択図】図４

Description

本発明は、近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法に関し、より詳細には、液晶ディスプレイ装置のＴＦＴアレイ基板やカラーフィルタ基板の露光転写に好適な近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法に関する。

近年、フラットパネルディスプレイ装置には、画素の開口率の向上のため、カラーフィルタ等においても高解像度が要求されてきている。高解像度を得る露光装置としては、ミラープロジェクション露光装置やレンズプロジェクション露光装置があるものの、装置が高価であったり、大型のパネルに対するスループットが低いという問題がある。

一方、マスクと基板とを近接対向させて露光する近接露光装置では、装置自体は比較的安価であるが、露光面での光強度分布は通常、図７に示すように、回折や干渉の影響により滑らかな曲線となる。このため、近接露光装置において、この光強度分布を、図７に示す理想の光強度分布に近づけて、高解像度化を図ることが考案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。特許文献１に記載のマスクでは、カラーフィルタ等のライン状のパターン（以下、「ラインパターン」とも称す。）の開口中に、開口の幅よりも狭く、現像処理後において解像されない遮光性の補助パターンを配置することにより、被露光基板上での光の強度分布を変えて、マスク開口よりも幅の細いラインパターンを作成するようにしている。また、特許文献２に記載のマスクでは、光透過部である開口領域中に、光遮光部である複数の帯状の遮光パターンを設けたフォトマスクを用いて、微細な矩形のスルホールを作成するようにしている。さらに、特許文献３に記載のマスクでは、主開口を有する主パターン部の側方に、遮光部を介して、解像されない所定本数の補助パターンを設けて、補助パターンを透過した光により、干渉の効果を変化させ、細線の形成を図っている。また、必要な露光量は、ギャップが変化してもパターンの線幅が一定となるように決定している。

特開２００７−１４８３００号公報 特開２００７−１７１３３０号公報 特開２００９−１６９２５５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術による解像度は、６μｍ程度が限界であり、さらなる高解像度化を要する基板には不十分な場合があった。また、特許文献３に記載のような干渉効果のみを利用した場合には、大きなコントラストを得る事が難しく、さらに、露光ギャップの変化に対して、露光面強度が過敏に反応するなどの問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、近接露光装置による露光転写によって、高解像度なパターンを得る事ができる近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 基板の表面にパターンを近接露光により転写するため、パターン露光用の光が透過されるマスクパターンを有する近接露光用マスクであって、位相シフト膜を有することを特徴とする近接露光用マスク。
（２） 前記マスクパターンは、主開口を有するライン状の主パターン部と、前記主パターン部の側方に形成され、現像処理後に解像されない透過性でライン状の補助パターン部とを備え、前記主パターン部と前記補助パターン部は、前記位相シフト膜によって仕切られることを特徴とする（１）に記載の近接露光用マスク。
（３） 前記主開口の線幅は、前記基板の表面に露光転写されるパターンの線幅よりも広いことを特徴とする（１）又は（２）に記載の近接露光用マスク。
（４） 前記主パターン部は、前記位相シフト膜又は遮光膜を介して互いに平行な２本の主開口を備え、
前記補助パターン部は、前記２本の主開口の外側と内側の少なくとも片側に配置されることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の近接露光用マスク。
（５） 基板を保持する基板保持部と、
前記基板と対向するように、（１）から（４）のいずれかに記載の近接露光用マスクを保持するマスク保持部と、
前記マスクに向けてパターン露光用の光を照射する照明光学系と、
を有することを特徴とする近接露光装置。
（６） 前記照明光学系は、互いに異なる各波長λをそれぞれ透過する複数のバンドパスフィルタを切り替え可能なフィルタ切替機構を有することを特徴とする（５）に記載の近接露光装置。
（７） 基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向するように、（１）から（４）のいずれかに記載の近接露光用マスクを保持するマスク保持部と、前記マスクに向けてパターン露光用の光を照射する照明光学系と、を有する近接露光装置を用いた近接露光方法であって、
前記照明光学系が前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射し、前記マスクのマスクパターンによって前記基板に前記主パターン部に対向する基板の表面にパターンを露光転写することを特徴とする近接露光方法。
（８） 前記照明光学系に切換え可能に配置された、互いに異なる各波長λをそれぞれ透過する複数のバンドパスフィルタのうちから、前記基板の感光特性に応じた前記波長λを透過する前記バンドパスフィルタを選択することを特徴とする（７）に記載の近接露光方法。

本発明の近接露光用マスク及び近接露光装置ならびに近接露光方法によれば、該マスクが位相シフト膜を有するので、比較的安価な近接露光装置を用いて、高解像度のパターンを基板に形成することができる。

本発明の第１実施形態に係る分割逐次近接露光装置を説明するための一部分解斜視図である。 図１に示す分割逐次近接露光装置の正面図である。 マスクステージの断面図である。 本発明のマスクパターンを備えるマスクと露光転写される基板の模式図である。 本発明の他のマスクパターンを備えるマスクと露光転写される基板の模式図である。 一般的なマスクパターンを有するマスクと、本発明のマスクスパターンを有するマスクを用いて露光した場合の露光面での光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 一般的なマスクパターンを有するマスクを用いて露光した場合の露光面での光の強度分布と、理想の光の強度分布を示すグラフである。

以下、本発明に係る近接露光用マスク、近接露光装置及び近接露光方法を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、一実施形態の分割逐次近接露光装置ＰＥは、マスクＭを保持するマスクステージ１０と、ガラス基板（以下、単に「基板Ｗ」とも称する。）Ｗを保持する基板ステージ２０と、パターン露光用の光を照射する照明光学系７０と、を備えている。

なお、基板Ｗは、マスクＭに対向配置されており、このマスクＭに描かれたマスクパターンを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面側）にレジストが塗布されている。

マスクステージ１０は、中央部に矩形形状の開口１１ａが形成されるマスクステージベース１１と、マスクステージベース１１の開口１１ａにＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動可能に装着されるマスク保持部であるマスク保持枠１２と、マスクステージベース１１の上面に設けられ、マスク保持枠１２をＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動させて、マスクＭの位置を調整するマスク駆動機構１６と、を備える。

マスクステージベース１１は、装置ベース５０上に立設される支柱５１、及び支柱５１の上端部に設けられるＺ軸移動装置５２によりＺ軸方向に移動可能に支持され（図２参照。）、基板ステージ２０の上方に配置される。

図３に示すように、マスクステージベース１１の開口１１ａの周縁部の上面には、平面ベアリング１３が複数箇所配置されており、マスク保持枠１２は、その上端外周縁部に設けられるフランジ１２ａを平面ベアリング１３に載置している。これにより、マスク保持枠１２は、マスクステージベース１１の開口１１ａに所定のすき間を介して挿入されるので、このすき間分だけＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動可能となる。

また、マスク保持枠１２の下面には、マスクＭを保持するチャック部１４が間座１５を介して固定されている。このチャック部１４には、マスクＭのマスクパターンが描かれていない周縁部を吸着するための複数の吸引ノズル１４ａが開設されており、マスクＭは、吸引ノズル１４ａを介して図示しない真空式吸着装置によりチャック部１４に着脱自在に保持される。また、チャック部１４は、マスク保持枠１２と共にマスクステージベース１１に対してＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動可能である。

マスク駆動機構１６は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられる２台のＹ軸方向駆動装置１６ｙと、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられる１台のＸ軸方向駆動装置１６ｘと、を備える。

Ｙ軸方向駆動装置１６ｙは、マスクステージベース１１上に設置され、Ｙ軸方向に伸縮するロッド１６ｂを有する駆動用アクチュエータ（例えば、電動アクチュエータ等）１６ａと、ロッド１６ｂの先端にピン支持機構１６ｃを介して連結されるスライダ１６ｄと、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う辺部に取り付けられ、スライダ１６ｄを移動可能に取り付ける案内レール１６ｅと、を備える。なお、Ｘ軸方向駆動装置１６ｘも、Ｙ軸方向駆動装置１６ｙと同様の構成を有する。

そして、マスク駆動機構１６では、１台のＸ軸方向駆動装置１６ｘを駆動させることによりマスク保持枠１２をＸ軸方向に移動させ、２台のＹ軸方向駆動装置１６ｙを同等に駆動させることによりマスク保持枠１２をＹ軸方向に移動させる。また、２台のＹ軸方向駆動装置１６ｙのどちらか一方を駆動することによりマスク保持枠１２をθ方向に移動（Ｚ軸回りの回転）させる。

さらに、マスクステージベース１１の上面には、図１に示すように、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを測定するギャップセンサ１７と、チャック部１４に保持されるマスクＭの取り付け位置を確認するためのアライメントカメラ１８と、が設けられる。これらギャップセンサ１７及びアライメントカメラ１８は、移動機構１９を介してＸ軸，Ｙ軸方向に移動可能に保持され、マスク保持枠１２内に配置される。

また、マスク保持枠１２上には、図１に示すように、マスクステージベース１１の開口１１ａのＸ軸方向の両端部に、マスクＭの両端部を必要に応じて遮蔽するアパーチャブレード３８が設けられる。このアパーチャブレード３８は、モータ、ボールねじ、及びリニアガイド等からなるアパーチャブレード駆動機構３９によりＸ軸方向に移動可能とされて、マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整する。なお、アパーチャブレード３８は、開口１１ａのＸ軸方向の両端部だけでなく、開口１１ａのＹ軸方向の両端部に同様に設けられている。

基板ステージ２０は、図１及び図２に示すように、基板Ｗを保持する基板保持部２１と、基板保持部２１を装置ベース５０に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動する基板駆動機構２２と、を備える。基板保持部２１は、図示しない真空吸着機構によって基板Ｗを着脱自在に保持する。基板駆動機構２２は、基板保持部２１の下方に、Ｙ軸テーブル２３、Ｙ軸送り機構２４、Ｘ軸テーブル２５、Ｘ軸送り機構２６、及びＺ−チルト調整機構２７と、を備える。

Ｙ軸送り機構２４は、図２に示すように、リニアガイド２８と送り駆動機構２９とを備えて構成され、Ｙ軸テーブル２３の裏面に取り付けられたスライダ３０が、装置ベース５０上に延びる２本の案内レール３１に転動体（図示せず）を介して跨架されると共に、モータ３２とボールねじ装置３３とによってＹ軸テーブル２３を案内レール３１に沿って駆動する。

なお、Ｘ軸送り機構２６もＹ軸送り機構２４と同様の構成を有し、Ｘ軸テーブル２５をＹ軸テーブル２３に対してＸ方向に駆動する。また、Ｚ−チルト調整機構２７は、くさび状の移動体３４，３５と送り駆動機構３６とを組み合わせてなる可動くさび機構をＸ方向の一端側に１台、他端側に２台配置することで構成される。なお、送り駆動機構２９，３６は、モータとボールねじ装置とを組み合わせた構成であってもよく、固定子と可動子とを有するリニアモータであってもよい。また、Ｚ-チルト調整機構２７の設置数は任意で
ある。

これにより、基板駆動機構２２は、基板保持部２１をＸ方向及びＹ方向に送り駆動するとともに、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを微調整するように、基板保持部２１をＺ軸方向に微動且つチルト調整する。

基板保持部２１のＸ方向側部とＹ方向側部にはそれぞれバーミラー６１，６２が取り付けられ、また、装置ベース５０のＹ方向端部とＸ方向端部には、計３台のレーザー干渉計６３，６４，６５が設けられている。これにより、レーザー干渉計６３，６４，６５からレーザー光をバーミラー６１，６２に照射し、バーミラー６１，６２により反射されたレーザー光を受光して、レーザー光とバーミラー６１，６２により反射されたレーザー光との干渉を測定して基板ステージ２０の位置を検出する。

図２に示すように、照明光学系７０は、発光部としての超高圧水銀ランプ７１と、このランプ７１から発生された光に指向性をもたせて射出する反射鏡７２と、を含む光源部７３と、光源部７３から射出された光束が入射されるインテグレータ７４と、インテグレータ７４の出射面から出射された光路の向きを変える平面鏡７５と、コリメーションミラー７６と、光源部７３とインテグレータ７４との間に配置されて照射された光を透過・遮断するように開閉制御する露光制御用シャッター（図示せず）と、互いに異なる各波長λ［ｎｍ］をそれぞれ透過する複数のバンドパスフィルタ７７ａ，７７ｂを備えたフィルタ切替機構７８と、を備える。なお、ランプ７１は単一のランプに限らず、複数個のランプを組み合わせたものであってもよい。また、光源部７３としては、ランプ７１に限らず、レーザー光であってもよい。

このような露光装置ＰＥにおいて、図３に示すように、基板ステージ２０上に載置された基板Ｗと、マスク保持枠１２に保持された、後述するマスクパターンＰを有するマスクＭとが、これらの対向面間のギャップｇを例えば１００〜１５０μｍ程度の隙間に調整されて近接対向配置される。そして、光源部７３からの露光用の光が、バンドパスフィルタ７７ａ，７７ｂを介してインテグレータ７４で集光され、平面鏡７５およびコリメーションミラー７６で反射されて所定のコリメーション角を持った平面光とされてマスクＭに入射する。そして、マスクＭを透過した露光用の光は、基板Ｗの表面に塗布されたポジ型レジスト８０を感光させてマスクＭのマスクパターンＰが基板Ｗに露光転写される。

ここで、本実施形態の近接露光装置ＰＥに使用されるマスクＭは、透光性基板からなり、図４に示すように、ライン状の主開口を有する主パターン部（光透過部）８１と、主パターン部８１の側方に透過性でライン状の補助パターン部（光透過部）８３とを備え、主パターン部８１と補助パターン部８３とが、位相シフト膜８４によって仕切られた位相シフトマスクである。なお、図４中、補助パターン部８３の外側部分は、光を遮光する遮光膜（クロム膜）８２である。

補助パターン部８３は、現像処理後によって解像されない開口であり、主パターン部８１の中心Ｏに対して両側側方に対称に配置される。なお、補助パターン部８３は、主パターン部８１の中心Ｏに対して両側側方にそれぞれ複数対称に配置されてもよい。

また、位相シフト膜８４は、通過する光の位相を１８０°ずらすことにより、光の干渉で劣化していた解像度を改善することができる。また、位相シフト膜８４の厚さｄ［ｎｍ］は、基板Ｗに照射される光の波長をλ［ｎｍ］、位相シフト膜８４の屈折率をｎとしたとき、ｄ＝λ／２（ｎ−１）で与えられるようにすることで、１８０°の位相差が与えられる。位相シフト膜８４は、位相シフト量に応じて干渉度合いを変更することも可能である。さらに、位相シフト膜８４での透過量を変えても干渉度合いを変える事が可能である。

主パターン部８１の線幅Ａは、１５μｍ以下であり、基板Ｗの表面に露光転写されるパターンの線幅よりも広く設定されている。また、位相シフト膜８４の幅Ｂは、主パターン部８１の線幅Ａの２／３以下に設定され、補助パターン部８３の線幅Ｃは、位相シフト膜の幅Ｂの２／３以下に設定される。なお、マスクパターンＰの主パターン部８１と補助パターン部８３の各線幅Ａ，Ｃ及び位相シフト膜８４の幅Ｂは、基板Ｗに照射される光の強度を計算によって求め、各マスクパターンによって得られるライン幅方向の強度分布をシミュレーションによって計算し、現像処理後に得られる基板上のパターンの線幅や細線解像に必要なコントラストが得られているかどうかによって決定される。

さらに、位相シフト膜８４を有するマスクＭは、位相シフトによる解像度を向上させるため、膜厚ｄとの関係で、透過させる光の波長λが予め決まっていることから、基板Ｗの感光特性に応じた波長と対応付けられている。また、照明光学系７０では、切換え可能に配置された複数のバンドパスフィルタ７７ａ，７７ｂのうちから、基板Ｗの感光特性に応じた波長λを透過するバンドパスフィルタ７７ａ，７７ｂを選択する。そして、バンドパスフィルタ７７ａ，７７ｂを透過した波長の光をマスクＭを介して照射し、マスクＭのマスクパターンによって主パターン部８１に対向する基板Ｗの表面にライン状のパターン８５が形成される。

また、マスクＭは、マスクパターンＰが形成されていないマスクＭの周縁部がチャック部１４に吸着されて保持されるので、マスクＭの自重によって撓みが生じ、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップｇは、マスクＭの中心付近で小さく、周縁部で大きくなる傾向があり、マスクＭの各位置でのギャップｇが変化することで得られる強度分布が異なる。

このため、現像処理後にレジストがパターンを形成するために必要な露光量（エネルギー量）は、ギャップが異なる露光領域における各位置で基板上に形成されるパターンの線幅が略一定となるように決定される。従って、エネルギー量は、基板Ｗに塗布されたレジストの感度、及び基板ＷとマスクＭとの対向面間とのギャップとを考慮して、基板Ｗ上に形成されるパターンの線幅が所望の幅となるように決定される。

なお、マスクＭのマスクパターンＰは、上述した形状に限定されるものでなく、主パターン部が、位相シフト膜又は遮光膜を介して互いに平行な２本の主開口を備え、補助パターン部が、２本の主開口の外側と内側の少なくとも片側に配置されてもよい。例えば、図５に示すように、主パターン部８１は、位相シフト膜８４を介して互いに平行な２本の主開口８１ａ，８１ａを備え、補助パターン部８３は、位相シフト膜８４を介して２本の主開口８１ａ，８１ａの外側に配置される。また、補助パターン部８３は、２本の主開口８１ａ，８１ａ間の中心Ｏに対して対称に配置されている。

次に、近接露光装置によるフォトリソグラフィー法で基板Ｗ上に作成されるラインパターンの解像度について、一般的なマスクパターンを有するマスクと、本発明のマスクパターンを有する位相シフトマスクと、を用いた場合についてシミュレーションを行った。一般的なマスクパターンとしては、６μｍの線幅の主パターン部のみを設けたラインパターンであり、本発明の位相シフトマスクとしては、１２μｍの線幅Ａの主パターン部、４μｍの線幅Ｂの位相シフト膜、１μｍの線幅Ｃの補助パターン部を設けたラインパターンである。

この結果、本発明の位相シフトマスクを用いることで、補助パターン部８３と位相シフト膜８４によって、理想の強度分布に近い、大きなコントラストを得る事ができ、干渉により劣化した解像度を大幅に改善されることがわかる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本発明のマスクは、位相シフト膜を有する構成であればよく、マスクパターンが補助パターン部を有しない構成であってもよい。
本発明の近接露光用マスク、近接露光装置及び近接露光方法は、ＴＦＴアレイ基板の作成に適用されてもよく、また、カラーフィルタ基板の作成にも適用可能である。

また、上記実施形態では、本発明のマスクを近接露光装置に適用した例について説明したが、これに限定されず、近接スキャン露光装置にも同様に適用することができ、同様の効果を奏する。近接スキャン露光装置は、マスクＭに近接して浮上・支持されながら、所定方向に搬送される略矩形状の基板Ｗに対して、マスクパターンを形成した複数のマスクＭを介して露光用の光を照射し、基板Ｗにマスクパターンを露光転写するものであり、基板Ｗが複数のマスクＭに対して相対移動しながら露光転写が行われるスキャン露光方式を採用している。

１２ マスク保持枠（マスク保持部）
２１ 基板保持部
７０ 照明光学系
８０ ポジ型レジスト
８１ 主開口（主パターン部）
８２ 遮光膜
８３ 副開口（補助パターン部）
８４ 位相シフト膜
ｇ マスクと基板との対向面間のギャップ
Ｍ マスク
ＰＥ 分割逐次近接露光装置（近接露光装置）
Ｗ ガラス基板（基板）

Claims (8)

1. 基板の表面にパターンを近接露光により転写するため、パターン露光用の光が透過されるマスクパターンを有する近接露光用マスクであって、位相シフト膜を有することを特徴とする近接露光用マスク。
2. 前記マスクパターンは、主開口を有するライン状の主パターン部と、前記主パターン部の側方に形成され、現像処理後に解像されない透過性でライン状の補助パターン部とを備え、前記主パターン部と前記補助パターン部は、前記位相シフト膜によって仕切られることを特徴とする請求項１に記載の近接露光用マスク。
3. 前記主開口の線幅は、前記基板の表面に露光転写されるパターンの線幅よりも広いことを特徴とする請求項１又は２に記載の近接露光用マスク。
4. 前記主パターン部は、前記位相シフト膜又は遮光膜を介して互いに平行な２本の主開口を備え、
   前記補助パターン部は、前記２本の主開口の外側と内側の少なくとも片側に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の近接露光用マスク。
5. 基板を保持する基板保持部と、
   前記基板と対向するように、請求項１から４のいずれか１項に記載の近接露光用マスクを保持するマスク保持部と、
   前記マスクに向けてパターン露光用の光を照射する照明光学系と、
   を有することを特徴とする近接露光装置。
6. 前記照明光学系は、互いに異なる各波長λをそれぞれ透過する複数のバンドパスフィルタを切り替え可能なフィルタ切替機構を有することを特徴とする請求項５に記載の近接露光装置。
7. 基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向するように、請求項１から４のいずれか１項に記載の近接露光用マスクを保持するマスク保持部と、前記マスクに向けてパターン露光用の光を照射する照明光学系と、を有する近接露光装置を用いた近接露光方法であって、
   前記照明光学系が前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射し、前記マスクのマスクパターンによって前記基板に前記主パターン部に対向する基板の表面にパターンを露光転写することを特徴とする近接露光方法。
8. 前記照明光学系に切換え可能に配置された、互いに異なる各波長λをそれぞれ透過する複数のバンドパスフィルタのうちから、前記基板の感光特性に応じた前記波長λを透過する前記バンドパスフィルタを選択することを特徴とする請求項７に記載の近接露光方法。

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