JP2014002194A

JP2014002194A - 露光方法

Info

Publication number: JP2014002194A
Application number: JP2012135739A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawahara; 芳博川原
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】フォトマスクを水平置きしたプロキシミティ露光方法において、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ない露光方法を提供すること。
【解決手段】マスク保持機構により水平に保持されるフォトマスクのパターン形成面と、露光ステージ上に水平に載置されるワーク基板の処理面との間に、所定の微小間隔で露光ギャップを設けて、上方のフォトマスク背面からパターン露光する露光方法であって、露光ステージを、ステージベース上に表層ステージを重ねた２層構造とし、表層ステージのワーク基板を載置する面が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大サイズのフォトマスクを用いるプロキシミティ露光方法に関する。

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、従来の露光方法において、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図であって、（ａ）全体平面図、（ｂ）ｙ方向に沿う断面図、および、（ｃ１）ｘ方向に沿う断面図（加圧力印加前）、（ｃ２）ｘ方向に沿う断面図（加圧力印加後）を示す。
図２（ｂ）に示すように、フォトマスク１のパターン形成面ではない側の対向する２辺の縁辺部に設ける撓み補正バー６１、６２と、フォトマスクを挟んでパターン形成面側に設け、各撓み補正バーの平行内側寄りに配置するホルダ部材５１、５２とに印加するフォトマスク方向への加圧力６３、５３により、破線円で示すマスク保持機構５０を働かせて、前述の自重によるフォトマスクの撓みを矯正する。通常はフォトマスクの短辺方向とするｙ方向に沿う撓みは、上記の操作により解消される。しかし、図のフォトマスクの長辺方向であるｘ方向に沿う平面性の歪みは、上記のマスク保持機構５０では解決できない。例えば、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、図２（ｃ１）に示すように、フォトマスクの両端部付近のみで点線円で囲まれた部分がホルダ部材５１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６１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（ｃ２）に示すように、フォトマスク１のｘ方向に沿う縁部で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。しかも、フォトマスクの有効面積の大部分を占める中央部のｘ方向に沿う平面性の歪みは矯正され難い。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。上記のようなｘ方向に沿う複雑な矯正変形を受けないように、加圧力６３を小さくすると、前述のｙ方向に沿う自重によるフォトマスクの撓みすら矯正が不充分になったり、ｘ方向に沿う平面性の歪みが改良されず、縁辺部では、図２（ｃ１）に示す状態がフォトマスクを使用する露光時に残ることになる。しかも、フォトマスクの有効面積の大部分を占める中央部のｘ方向に沿う平面性の歪みは、一般的には縁辺部と類似することが多いが、縁辺部とは異なる状態で残ることもあり、制御が難しい。

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、フォトマスクを水平置きしたプロキシミティ露光方法において、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ない露光方法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、マスク保持機構により水平に保持されるフォトマスクのパターン形成面と、露光ステージ上に水平に載置されるワーク基板の処理面との間に、所定の微小間隔で露光ギャップを設けて、上方のフォトマスク背面からパターン露光する露光方法であって、露光ステージを、ステージベース上に表層ステージを重ねた２層構造とし、表層ステージのワーク基板を載置する面が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなることを特徴とする露光方法である。

また、請求項２に記載の発明は、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布の内、平面の一方向はマスク保持機構により矯正を行い、マスク保持機構により矯正さ
れない他の一方向の平面度分布にのみ対応して、表層ステージの曲面形状を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光方法である。

また、請求項３に記載の発明は、露光ステージの表層ステージを取り替え可能とし、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に応じて、異なる曲面形状の表層ステージを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法である。

また、請求項４に記載の発明は、表層ステージが、ワーク基板を固定させるための吸着用配管とワーク基板の温度調節用の冷却水配管を内蔵し、表層ステージの側面に設けたコネクタにより、前記各配管を外部に接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光方法である。

本発明は、マスク保持機構により水平に保持されるフォトマスクのパターン形成面と、露光ステージ上に水平に載置されるワーク基板の処理面との間に、所定の微小間隔で露光ギャップを設けて、上方のフォトマスク背面からパターン露光する露光方法であって、露光ステージを、ステージベース上に表層ステージを重ねた２層構造とし、表層ステージのワーク基板を載置する面が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなるので、
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ない露光方法を提供することができる。特に、大サイズのフォトマスクを用いるプロキシミティ露光方法において、高品質な製品を生産する製造方法として有用である。

本発明の露光方法を説明するための模式図であって、（ａ）は、露光方法の全体構成を示す斜視図、（ｂ）は、露光ステージの構成を示す斜視図、（ｃ）は、表層ステージの形態を決める方法を示す断面図、（ｄ）は、表層ステージの各種例を示す断面図である。従来の露光方法において、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図であって、（ａ）全体平面図、（ｂ）ｙ方向に沿う断面図、および、（ｃ１）ｘ方向に沿う断面図（加圧力印加前）、（ｃ２）ｘ方向に沿う断面図（加圧力印加後）である。ステージベース４１と表層ステージ４２との接合状態を説明するための模式断面図である。表層ステージ内に設ける配管を外部接続する方法を説明するための模式断面図である。

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、本発明の露光方法を説明するための模式図であって、（ａ）は、露光方法の全体構成を示す斜視図、（ｂ）は、露光ステージの構成を示す斜視図、（ｃ）は、表層ステージのワーク基板を載置する面の曲面形状を決める方法を示す断面図、（ｄ）は、表層ステージの各種例を示す断面図である。

本発明は、マスク保持機構５０により水平に保持されるフォトマスク１のパターン形成面と、露光ステージ４上に水平に載置されるワーク基板２の処理面との間に、所定の微小間隔で露光ギャップ１０を設けて、上方のフォトマスク背面から照射光３によりパターン露光する露光方法であって、露光ステージ４を、ステージベース４１上に表層ステージ４２を重ねた２層構造とし、表層ステージのワーク基板を載置する面４２１が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなることを特徴とする露光方法である。「表層ステージのワーク基板を載置する面４２１が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなる」という意味は、図１（ｃ）に示すように、表層ステージのワーク基板を載置する面４２１を、保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１と平行に対向させられることを指し、ワーク基板を載置した後の露光ギャップを均一にできることを意味する。

特に、保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布が、従来例を示す図２（ｂ）のように、マスク保持機構５０により特定の一方向、従来例では、フォトマスクの短辺方向にあたるｙ方向、に沿って矯正される場合は、該方向はマスク保持機構による矯正で済ませることができ、本発明は、マスク保持機構５０により矯正されない他の一方向であるフォトマスクの長辺方向にあたるｘ方向の平面度分布にのみ対応して、表層ステージ４２の曲面形状を調整することができる。

また、露光ステージ４の表層ステージ４２を取り替え可能とし、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に応じて、異なる曲面形状の表層ステージを用いることができる。保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような表層ステージ４２の曲面形状は、大別して図１（ｄ）に示す３種、すなわち、フラットタイプ（ｄ−１）、凸形状タイプ（ｄ−２）、凹形状タイプ（ｄ−３）があり、表層ステージのワーク基板を載置する面４２１を代表的な形状に加工した表層ステージを予め複数枚用意しておくことができる。上記各タイプの表層ステージは、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布が、順に、フラット、凹面、凸面である場合にそれぞれ対応する。表層ステージは、上記３種類の中にも曲面の曲率の異なる形状が可能である他、さらに、単調な形状ではないタイプも含めて、実際の保持状態のフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布を考慮して、用意することが望ましい。

各種の形状の表層ステージとして、機械加工性、剛性、熱伝導性に優れたステンレス材等の金属材料を用いることができる。また、表層ステージ４２のワーク基板を載置する面４２１には、ガラス基板等のワーク基板２を吸着固定するためのワーク基板固定用穴４２５を適宜設けることが好ましい。ワーク基板の吸着固定により、ワーク基板を載置する面４２１の加工形状と殆ど同様の形状のワーク基板処理面を設けることができ、対向して配置するフォトマスクのパターン形成面１１の平面度分布との対応関係を維持できるので、有効面全体に亘って均一な露光ギャップ１０を保つことができる。

表層ステージ４２を取り替える際に、ステージベース４１を共通として、各表層ステージとステージベースの側面に共通の板をビス留めすることにより、簡単な交換が可能である。図３は、ステージベース４１と表層ステージ４２との接合状態を説明するための模式断面図である。複数の孔を有する表層ステージ固定板４３をステージベース４１と表層ステージ４２との接合部分の断面の所定の位置に配置してその上からビスやボルトにより固定することができる。または、露光ステージの有効領域を外れた端部の複数箇所で、ステージベースと表層ステージとを合わせて挟み込む治具により、固定しても良い。

本発明の露光方法に用いる表層ステージ４２は、露光ステージ４の一部ではあるが、従来の一体型の露光ステージと同様に、ワーク基板を直接固定し、ワーク基板と接触することによる温度制御の機能が求められる。図４は、表層ステージ内に設ける配管を外部接続する方法を説明するための模式断面図である。
表層ステージ４２が、ワーク基板を固定させるための吸着用配管とワーク基板の温度調節用の冷却水配管を内蔵し、表層ステージの側面に設けたコネクタ４２６により、前記各配
管を外部に接続することができる。コネクタから外部に導かれる配管には、真空供給源を接続してワーク基板を吸着する機能を与えたり、冷媒の循環経路上に冷却装置を接続して温度調節機能を与えたりすることができる。

本発明の露光方法により、大サイズのフォトマスクを用いて一括露光により効率的に高精度のプロキシミティ露光を行う応用例を以下に示す。
本発明の露光方法を行う場合に、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場合を例にとると、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を図１（ａ）の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。

カラーフィルタの製造工程に応用する例では、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。

本発明の露光方法において、表層ステージ４２のワーク基板を載置する面４２１の曲面形状を決めるためには、フォトマスクのパターン形成面の平面度分布を三次元座標測定機により計測して、面内各測定点における仮想平面からのずれの方向と大きさから、表層ステージのあるべき曲面形状を割り出す。機械加工により各種の曲面形状を有する表層ステージを予め用意しておき、露光工程でフォトマスクを交換する際に、該当するフォトマスクの平面度分布が変わって、最適な表層ステージが変わる場合には、表層ステージの取り替えを行うことができる。

なお、マスク保持機構による矯正と併用して、本発明の表層ステージの曲面形状を最適化した露光方法を行う場合は、マスク保持機構による矯正を過度に行うことを避けることができる。一般には、図２（ｃ１）の点線円部分のように、フォトマスクが支持された部分に、矯正のための強い圧力が加わり、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。しかし、本発明によれば、表層ステージの曲面形状最適化による露光ギャップの均一化を同時に行うため、矯正による両端部の擦れを最低限に抑制することができる。

１・・・フォトマスク
１０・・・露光ギャップ
１１・・・フォトマスクのパターン形成面
２・・・ワーク基板
３・・・照射光
４・・・露光ステージ
４１・・・ステージベース
４２・・・表層ステージ
４２１・・・表層ステージのワーク基板を載置する面
４２５・・・ワーク基板固定用穴
４２６・・・表層ステージ内配管用コネクタ
４３・・・表層ステージ固定板
５・・・マスクホルダ
５０・・・マスク保持機構
５１、５２・・・ホルダ部材
５３、６３・・・加圧力
６１、６２・・・撓み補正バー
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

マスク保持機構により水平に保持されるフォトマスクのパターン形成面と、露光ステージ上に水平に載置されるワーク基板の処理面との間に、所定の微小間隔で露光ギャップを設けて、上方のフォトマスク背面からパターン露光する露光方法であって、
露光ステージを、ステージベース上に表層ステージを重ねた２層構造とし、表層ステージのワーク基板を載置する面が、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に対応して、露光ギャップを均一に保持するような曲面形状に設けてなることを特徴とする露光方法。
保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布の内、平面の一方向はマスク保持機構により矯正を行い、マスク保持機構により矯正されない他の一方向の平面度分布にのみ対応して、表層ステージの曲面形状を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
露光ステージの表層ステージを取り替え可能とし、保持状態のフォトマスクのパターン形成面の平面度分布に応じて、異なる曲面形状の表層ステージを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
表層ステージが、ワーク基板を固定させるための吸着用配管とワーク基板の温度調節用の冷却水配管を内蔵し、表層ステージの側面に設けたコネクタにより、前記各配管を外部に接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光方法。