JP2013097236A - 露光装置とそれを用いるカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクの撓みを撓み補正バーにより矯正する機構を設けた水平置きのプロキシミティ露光装置において、フォトマスク基板の板厚の均一性が良くなかったり、パターン形成面の平面性が良くない場合にも、パターン露光の転写精度を劣化させず、塵埃による製品欠陥を防止できること。
【解決手段】マスクホルダが、フォトマスクの下面側に撓み補正バーとでフォトマスクを挟む二つのホルダ部材を有し、ホルダ部材は、撓み補正バーと対向する二辺の内側寄りの縁部を直接支持するように、ワーク基板に対して平行に対向配置され、フォトマスクを直接支持するホルダ部材が接するべきフォトマスク支持面の平面度の分布に対応して、ホルダ部材の直接支持面側の上端部の平面位置により、上端部の高さを調節できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロキシミティ露光装置とそれを用いてフォトリソグラフィー法により製造するカラーフィルタの製造方法に関する。

液晶表示装置を始めとする平面型表示装置をカラー表示するために使用するカラーフィルタを透明基板上に効率よく製造する技術として、顔料分散タイプの感光性着色透明樹脂材料を基板に塗布、乾燥後、露光、現像、硬化のフォトリソグラフィ法の手法により形成することが従来より行われている。一般にフォトリソグラフィ法では、光照射部分が選択的に硬化または分解する感光性の塗布材料の特性に応じて、選択的に光を透過する遮光パターンを予め形成したフォトマスクを露光装置に設置して、感光性材料を塗布したワーク基板とフォトマスクとの正確な位置合わせにより、選択的に露光する工程が重要である。

前記フォトマスクとしては、平坦で無欠陥であり、高い光透過率を有し、機械的強度に優れ、熱に対して低膨張の合成石英基板またはガラス基板の表面に、金属クロム等の薄膜遮光性パターンを高精度で形成して用いる。フォトマスクを通してパターン露光されるワーク基板としては、大画面の表示装置に使用するカラーフィルタを例にとると、多面付けした大サイズのマザーガラス基板にて大量に製造することが、量産上有利であるため多用される。上記のカラーフィルタの製造工程において、一括露光用の大型のフォトマスクを用いて、フォトマスクとワーク基板との間に７０μｍ〜３００μｍ程度の均一な微小間隔を空けた露光ギャップを設けてパターン露光するプロキシミティ露光が行われる。しかしながら、通常は水平置きのプロキシミティ露光において、大型のフォトマスクは、露光に際して自重による撓みが生じやすいので、露光によりワーク基板に正確にパターン転写することが妨げられる。上記の事態を回避するために、フォトマスクの対向する二辺の縁部の上面の外側寄りの部分から加圧して自重によるフォトマスクの撓みを矯正する「マスク押え部」と称する撓み補正バーを設けることが、特許文献１で提案されている。

一方、前記特許文献１の撓み補正バーによる加圧力が、撓み補正の対象となるフォトマスクに充分に伝達されないという問題があった。このため、露光ギャップの均一性を充分に保てず、パターン露光の転写精度も充分に得られなかった。上記の問題を改良するために、撓み補正バーを分割してフォトマスクの縁部への接触と加圧を各部位毎に制御することにより、撓み補正バーによる加圧力が、撓み補正の対象となるフォトマスクに充分に伝達され、パターン露光の転写精度を高めることができる（特許文献２参照）。

特許第３６２６８８８号公報 特開２００９−２２４５５２号公報

しかしながら、水平置きのプロキシミティ露光において、改良された撓み補正バーによるフォトマスクの矯正を伴うマスク固定の方法をもってしても、フォトマスクの石英基板の板厚の均一性が良くなかったり、フォトマスクのパターン形成面の平面性が良くない場合には、パターン露光の転写精度に不具合が生じる。
図２は、従来の露光装置において、フォトマスクを設置する際の状況を説明するための模式断面図であって、（ａ）撓み補正バーの加圧前、および、（ｂ）撓み補正バーの加圧後
を、撓み補正バーおよびフォトマスクを挟んで撓み補正バーと平行に配置するホルダ部材の長手方向の断面で示す。フォトマスク１を保持するマスクホルダ５が、フォトマスク１を挟んで撓み補正バー６１と反対面の対向する二辺の内側寄りの縁部をフォトマスク下面側から保持するように、ホルダ部材５１を有している。フォトマスク１の基板の板厚の均一性が良くなかったり、パターン形成面の平面性が良くない場合には、例えば図２（ａ）に示すように、フォトマスクの両端部付近のみでホルダ部材に支持され、ホルダ部材に支持されない隙間６４が生じることがある。特に、高価なフォトマスクの合成石英基板を再利用するために基板表面を研磨した再生材に、上記の隙間が生じ易い。再生材への加工に際して、中央部が周辺部より削れ易い傾向があるために、新材に較べて、中央部が凹み、周辺部がツノ状の形状になり易いからである。

上述のように、撓み補正バーの加圧前のフォトマスク設置状態でホルダ部材に支持されない隙間６４が生じるようなフォトマスク１を使用する場合は、撓み補正バー６１を均一にフォトマスク１の背面の縁部に接した状態で加圧力６３を印加しても、図２（ｂ）に示すように、フォトマスク１の矯正変形が複雑に発生する。その結果、ホルダ部材に支持されない隙間６４だけでなく、撓み補正バーによる加圧力が伝達されない隙間６５も生じる。上記の状態においては、図示されないフォトマスクの対向縁部に加える力も合わせて、２箇所の線状に加わる加圧力６３により、三次元の剛体としての歪みを有するフォトマスク１の基板が、複雑な矯正変形を受けると考えられる。その結果、パターン露光における転写精度のバラツキが大きくなり、具体的には、ワーク基板に転写されたパターンの理想格子からのズレ量のバラツキが改善しない。または、トータルピッチのバラツキが、Ｘ方向とＹ方向のいずれも改善しない。

また、上述の例の場合には、撓み補正バー６１に加圧力６３を印加することにより、図２（ａ）の点線円で囲む領域のように、フォトマスクの両端部付近で主にホルダ部材に支持された部分に、初めに強い圧力が加わり、ホルダ部材の限定された接触部分で塵埃を発生する原因となる。例えば、フォトマスクの両端部付近の突起形状の合成石英材料とホルダ部材の上端部の金属または樹脂材料との擦れによるキズが塵埃を生じ、清浄な製造環境を劣化させて、製品の欠陥発生による品質低下を招く。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、フォトマスクの撓みを撓み補正バーにより矯正する機構を設けた水平置きのプロキシミティ露光装置において、フォトマスクの石英基板の板厚の均一性が良くなかったり、フォトマスクパターン形成面の平面性が良くない場合にも、パターン露光の転写精度を劣化させず、塵埃による製品欠陥を防止できる露光装置を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、フォトリソグラフィー法の露光工程に用いられ、上方から露光される平面状のワーク基板を保持する露光チャックと、パターンを露光転写しワーク基板の上方に設けられるフォトマスク、を保持するマスクホルダと、フォトマスクの対向する二辺の縁部の上面側から加圧して自重によるフォトマスクの撓みを補正する撓み補正バーと、を備え、フォトマスクとワーク基板との間に所定の微小間隔で露光ギャップを設けてパターン露光する露光装置であって、マスクホルダが、フォトマスクの下面側に撓み補正バーとでフォトマスクを挟む二つのホルダ部材を有し、ホルダ部材は、撓み補正バーと対向する二辺の内側寄りの縁部を直接支持するように、ワーク基板に対して平行に対向配置され、フォトマスクを直接支持するホルダ部材が接するべきフォトマスク支持面の平面度の分布に対応して、ホルダ部材の直接支持面側の上端部の平面位置により、上端部の高さを調節できるようにしたことを特徴とする露光装置である。

また、請求項２に記載の発明は、ホルダ部材が直接支持面側の上端部を平面位置により細分化した構造を有し、細分化した構造毎にその高さを独立して設定できることを特徴とする請求項１に記載の露光装置である。

また、請求項３に記載の発明は、ホルダ部材の細分化した構造に圧力センサを設け、ホルダ部材がフォトマスクを支持する際の検出圧力を計測して、圧力の大きさに対応して細分化した構造の高さを変えられることを特徴とする請求項２に記載の露光装置である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置を用いて製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。

本発明は、フォトマスクを挟んで撓み補正バーと反対面の対向する二辺の内側寄りの縁部を下面側から直接支持するように設けた二つのホルダ部材が、長手方向に接するべきフォトマスク支持面の平面度の分布に対応して、ホルダ部材の支持面側の上端部の平面位置により、上端部の高さを調節できるようにしたので、
フォトマスクの撓みを撓み補正バーにより矯正する機構を設けた水平置きのプロキシミティ露光装置において、フォトマスク基板の板厚の均一性が良くなかったり、パターン形成面の平面性が良くない場合にも、フォトマスクの縁部下面でのホルダ部材による支持を保ちつつ、撓み補正バーによる均一な加圧により適正な矯正を働かせることができることになり、パターン露光の転写精度を劣化させず、塵埃による製品欠陥を防止できる。特に、大サイズのマザーガラス基板へのカラーフィルタの製造において、高品質な製品を生産する製造方法を提供できる。

本発明の露光装置の主要部を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、露光工程での構成要素の配置を示し、（ｂ）は、（ａ）の点線円内の紙面に垂直な方向に沿う断面の例を示す。 従来の露光装置において、フォトマスクを設置する際の状況を説明するための模式断面図であって、（ａ）撓み補正バーの加圧前、および、（ｂ）撓み補正バーの加圧後を示す。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の露光装置の主要部を説明するための模式断面図であって、（ａ）は、露光工程での構成要素の配置を示し、（ｂ）は、（ａ）の点線円内の紙面に垂直な方向に沿う断面の例を示す。

本発明は、フォトリソグラフィー法の露光工程に用いられ、上方から照明光３により露光される平面状のワーク基板２を保持する露光チャック４と、パターンを露光転写しワーク基板２の上方に設けられるフォトマスク１、を保持するマスクホルダ５と、フォトマスクの対向する二辺の縁部の上面側から加圧して自重によるフォトマスクの撓みを補正する撓み補正バー６１、６２と、を備え、フォトマスク１とワーク基板２との間に所定の微小間隔で露光ギャップ１０を設けてパターン露光する露光装置であって、マスクホルダ５が、フォトマスク１の下面側に撓み補正バー６１、６２とでフォトマスクを挟む二つのホルダ部材５１、５２を有し、ホルダ部材５１、５２は、撓み補正バー６１、６２と対向する二辺の内側寄りの縁部でフォトマスクを直接支持するように、ワーク基板２に対して平行に対向配置され、フォトマスク１を直接支持するホルダ部材５１、５２が接するべきフォトマスク支持面の平面度の分布に対応して、ホルダ部材の直接支持面側の上端部の平面位置により、上端部の高さを調節できるようにしたことを特徴とする露光装置である。

以下、ワーク基板２を液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタとする場合を例として、特に垂直配向ＴＮ液晶を用いたアクティブマトリクスタイプの液晶パネルに使用する例について、具体的に述べる。
カラーフィルタは、通常、透明で平坦なガラス基板上にブラックマトリクスによる遮光パターン、透過光の波長を選択する着色透明画素パターン、および、共通電極としての透明導電膜から構成される。ブラックマトリクスは、金属クロム膜と酸化クロム膜を積層した膜のフォトレジストを用いたエッチング法によりパターン形成できるが、黒色顔料を分散含有した感光性樹脂を直接フォトリソグラフィー法によりパターン形成することが多い。上記いずれの製法であっても、ブラックマトリクスのパターン形成におけるフォトリソグラフィー工程の中で、露光工程がパターン露光の転写精度に関して最も重要な工程である。特に、大型液晶表示装置用に限らず、小型パネルの面付け数を増やして大サイズのマザーガラス基板を用いる場合には、大サイズのフォトマスクからのプロキシミティ露光により一括露光するには、本発明の露光装置を用いることが最適である。

本発明のフォトマスクを用いて露光を行う場合に、光源として高圧水銀灯（図示せず）を用いることが実用的であり、高圧水銀灯が出射する照射光３の主波長は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）であるが、カラーフィルタにおけるブラックマトリクス等の微細パターンを形成するには、ｉ線を最も有効に利用することができる。高圧水銀灯光源からフォトマスク１の背面に垂直に均一で平行な照射光３をブロック矢印に示すように露光し、透明な合成石英等の基板表面に遮光膜によりパターン形成されたフォトマスク１を通して、７０μｍ〜３００μｍ程度の均一な微小間隔で露光ギャップ１０を一定に保ってワーク基板２を照射することができる。

本発明では、フォトマスク１が大サイズで露光設定時に自重による撓みが無視できない場合に、フォトマスクを保持するマスクホルダ５にフォトマスク１を直接支持するホルダ部材５１、５２を有し、フォトマスク１の反対面の縁部にあってホルダ部材より外側寄りに設ける撓み補正バー６１、６２からの加圧力６３により、フォトマスク１の自重による撓みを矯正する。その結果、フォトマスク１の表面に形成した遮光パターンと露光によりパターン転写されるワーク基板２上の転写パターンとの転写精度を改良できる。しかも、本発明は、下記の構成をホルダ部材に追加することにより、フォトマスクの合成石英基板の板厚の均一性が良くなかったり、フォトマスクの遮光パターン形成面の平面性が良くない場合にも、フォトマスクの縁部下面でのホルダ部材による直接支持を保ちつつ、撓み補正バーによる均一な加圧により適正な矯正を働かせることができる。

ホルダ部材５１に関して、図１（ａ）の点線円内の紙面に垂直な方向に沿う断面の例を図１（ｂ）に示すと、ホルダ部材のフォトマスクを直接支持する面側の上端部５１０を、支持されるフォトマスクの面の平面度の分布に対応させて、平面位置により上端部の高さを調節できるようにする。本例では、ホルダ部材が直接支持面側の上端部を平面位置により細分化した構造を有し、細分化した構造毎にその高さを独立して設定できるようにした。ホルダ部材５１は、剛性の高い金属を使用することが望ましいが、ホルダ部材の直接支持面側の上端部５１０は、樹脂製の構造または金属に樹脂コートした構造とすることが好ましい。細分化した構造毎にその高さを独立して設定するには、ホルダ部材の直接支持面側の上端部５１０の個々の部品を、ホルダ部材５１に対応して設けた設置穴に個別に抜き差し可能に製作するとともに、使用するフォトマスク毎に接触状態を調整してビス等で半固定することができる。

さらに、ホルダ部材の細分化した構造に圧力センサを設け、ホルダ部材がフォトマスクを支持する際の検出圧力を計測して、圧力の大きさに対応して細分化した構造の高さを変えるようにすると、高さの調整が容易になるとともに、ホルダ部材の細分化した構造自体
を個別に動かす小型モータと連結することにより、自動で高さの設定をすることが可能となる。

なお、ホルダ部材５１が直接支持面側の上端部５１０を平面位置により細分化した構造を用いる本例の構造とは変えて、ホルダ部材の直接支持面側の上端部に可変形状物質を配置して、フォトマスク１の縁部下面でのホルダ部材による支持を保ちつつ、撓み補正バー６１による均一な加圧により適正な矯正を働かせることも可能である。可変形状物質として、変形後の安定形状を重視すれば、熱による不可逆変形を伴う樹脂等が使用でき、繰り返し使用性を重視すれば、液体に近い物質やゲル状の高い粘性を有する固体様物質を用いることも容易に考えられる。いずれの方法を採用する場合も、ホルダ部材による支持する力と撓み補正バーによる均一な加圧力とのバランスを保って適正な矯正を働かせることが必要であり、フォトマスクのサイズや矯正の程度により、同様の考え方で多様な手段を講じることが可能である。

カラーフィルタの製造工程において、ブラックマトリクスパターン形成後に着色透明画素パターンを形成する。着色透明画素パターンは、上記ワーク基板２上のブラックマトリクスパターン上に感光性の着色透明樹脂を塗布し、ブラックマトリクスパターン形成時の露光工程と同様に露光し、現像後、熱硬化する。通常は、赤色、緑色、青色の３色の配置構成を作るので、上記の工程を３回繰り返す。また、通常はブラックマトリクスパターンと同時に形成する位置合わせ用のマークに対して、カラーフィルタの各色の着色透明画素パターンが正確に位置合わせされることが重要であり、露光工程に関わるパターン位置精度の影響が最終品質に大きく影響するので、着色透明画素パターン形成に使用する露光装置もブラックマトリクスパターン形成に使用する露光装置と同等のものが望ましい。

１・・・・・・フォトマスク
１０・・・・・露光ギャップ
２・・・・・・ワーク基板
３・・・・・・照射光
４・・・・・・露光チャック
５・・・・・・マスクホルダ
５１、５２・・ホルダ部材
５１０・・・・ホルダ部材の直接支持面側の上端部
６１、６２・・撓み補正バー
６３・・・・・加圧力
６４・・・・・ホルダ部材に支持されない隙間
６５・・・・・撓み補正バーによる加圧力が伝達されない隙間

Claims (4)

1. フォトリソグラフィー法の露光工程に用いられ、上方から露光される平面状のワーク基板を保持する露光チャックと、パターンを露光転写しワーク基板の上方に設けられるフォトマスク、を保持するマスクホルダと、フォトマスクの対向する二辺の縁部の上面側から加圧して自重によるフォトマスクの撓みを補正する撓み補正バーと、を備え、フォトマスクとワーク基板との間に所定の微小間隔で露光ギャップを設けてパターン露光する露光装置であって、
   マスクホルダが、フォトマスクの下面側に撓み補正バーとでフォトマスクを挟む二つのホルダ部材を有し、
   ホルダ部材は、撓み補正バーと対向する二辺の内側寄りの縁部を直接支持するように、ワーク基板に対して平行に対向配置され、
   フォトマスクを直接支持するホルダ部材が接するべきフォトマスク支持面の平面度の分布に対応して、ホルダ部材の直接支持面側の上端部の平面位置により、上端部の高さを調節できるようにしたことを特徴とする露光装置。
2. ホルダ部材が直接支持面側の上端部を平面位置により細分化した構造を有し、細分化した構造毎にその高さを独立して設定できることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. ホルダ部材の細分化した構造に圧力センサを設け、ホルダ部材がフォトマスクを支持する際の検出圧力を計測して、圧力の大きさに対応して細分化した構造の高さを変えられることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置を用いて製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。