JP2014146012A - パターン形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームの走査領域内の照度分布を均一にし、形成されるパターンの形状を均一とし、描画パターン間の差異を低減し描画品質を向上させるパターン形成方法と装置を提供する。
【解決手段】光ビーム照射装置２０のＤＭＤ２８は、複数のミラーを直交する二方向に配列して構成されており、ＤＭＤ駆動回路２Ａにより光ビーム照射装置から照射される光ビームを基板１上に照射する。レーザー光源ユニット２１からの光ビームを光ファイバー２２で導入し、レンズアレイ部２４で分割し、コンデンサレンズ２５を介してＤＭＤに入射することで、ＤＭＤに入射される光ビームの照度分布を均一化する。レンズアレイ部は、アレイ状に配置されているレンズエレメント間の境界部の形状が境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されているため、境界部を通過する光ビームは一箇所に集光されなくなり、ＤＭＤの使用領域内において均一な照度となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、特定の波長の光によって重合や硬化などの化学反応を起こす樹脂材の塗布された基材へ光ビームを照射し、光ビームにより基材を走査して、基材に所定のパターンを描画するパターン形成方法及び装置に関する。

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基材やカラーフィルタ基材、プラズマディスプレイパネル用基材、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基材等の製造は、露光装置を用いて、フォトリソグラフィ技術により基材上にパターンを描画形成して行われる。露光装置としては、従来、レンズ又は鏡を用いてマスクのパターンを基材上に投影するプロジェクション方式と、マスクと基材との間に微小な間隙（プロキシミティギャップ）を設けてマスクのパターンを基材へ転写するプロキシミティ方式がある。

近年、フォトレジストが塗布された基材へ光ビームを照射し、光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを描画する露光装置が開発されている。光ビームにより基材を走査して、基材にパターンを直接描画するため、高価なマスクが不要となる。また、描画データ及び走査のプログラムを変更することにより、さまざまな種類の表示用パネル基材に対応することができる。このような露光装置として、例えば、特許文献１〜３に記載のものがある。

特開２００３−３３２２２１号公報 特開２００５−３５３９２７号公報 特開２００７−２１９０１１号公報

光ビームにより基材にパターンを描画する際、光ビームの変調には、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等の空間的光変調器が用いられる。ＤＭＤは、光ビームを反射する複数の微小なミラーを直交する二方向に配列して構成され、各ミラーの角度を変更することにより、基材へ照射する光ビームを変調する。現在市販されているＤＭＤは、各ミラーの寸法が１０〜１５［μｍ］角程度であり、隣接するミラー間には１［μｍ］程度の隙間が設けられている。ＤＭＤを光ビームによる基材の走査方向と平行に配置すると、各ミラーの配列方向（直交する二方向）が基材の走査方向と平行及び垂直になるので、隣接するミラー間の間隙と基材とが相対的に平行に移動し、この間隙に対応する箇所ではパターンの描画ができない。そのため、ＤＭＤは、特許文献１に記載のように光ビームによる基材の走査方向に対して所定角度傾けて使用されている。また、走査方向に対してＤＭＤを傾けることにより、特許文献２，３に記載のように２次元に空間変調された光により高解像度で高速に適切なパターンを描画することができる。

ＤＭＤにより変調された光ビームは、光ビーム照射装置の照射光学系を含むヘッド部から、基材へ照射される。そのため、光ビーム照射装置の照射光学系から空間的変調器に照射される光ビームの照度分布により、基材に照射される光ビームの照度分布が変化し、光ビームによる基材の走査領域内において、形成されるパターンの形状に差異が生じる。これらの多くは、変化量が微小であり、形成されるパターンの寸法精度に対しての影響は少ない。しかしながら、人間の目で見た場合には、これらの微小な差異が複雑な光学現象を介して濃淡などが不揃いとなるムラとなって映り、結果として製品の品質が低下する。特に、複数回の光ビームによる走査をした場合、各走査領域の境界部は光ビームの照度分布の変化に連続性が無くなるため、ムラを視認し易くなる。

一般的に、光ビームの照度分布の均一化には、フライアイレンズ等のレンズアレイを複数枚使用する。レンズアレイによる光ビームの必要分割数は、レンズアレイに入射する光ビームの照度分布により決定される。しかしながら、レンズアレイに入射する光ビームの光束径は実用上有限であり、分割数を増やす必要がある場合は、レンズアレイを構成する各レンズエレメントのサイズをより小さくする必要がある。小型のレンズアレイとして、近年フォトリソグラフィ等により製作されたマイクロレンズアレイがあるが、レンズエレメント間の形状によっては照度分布が悪化する可能性がある。

本発明は、上述の点に鑑みなされたものであり、光ビームの走査領域内の照度分布を均一にし、形成されるパターンの形状を均一とし、描画パターン間の差異を低減し描画品質を向上することのできるパターン形成方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係るパターン形成方法の第１の特徴は、二方向に配列された複数のミラー群を描画データに基づいて駆動する空間的光変調器を用いて光ビームを変調し、樹脂膜の塗布された基材を保持するステージ手段を相対的に走査方向に移動させながら前記光ビームを照射することによって前記基材の前記樹脂膜に前記描画データに基づいたパターンを形成するパターン形成方法であって、アレイ状に配置された複数のレンズエレメント間の境界部の形状が前記境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されたレンズアレイを、前記光ビームを照射する光学系の光路内に１以上設けることによって前記空間的変調器へ照射される光ビームの照度分布を均一化させたことにある。
これは、空間的光変調器により変調された光ビームを照射する照射光学系の光路内に、複数のレンズエレメント間の境界部の形状が境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されたレンズアレイを１以上設けるようにしたものである。この照射光学系においては、光源となるレーザダイオードからの光ビームを光ファイバーによって導入し、コリメート後にレンズアレイへ入射する。レンズアレイへ入射した光ビームは、通過するレンズアレイの枚数に分割され、分割された数の光原点として後段のコンデンサレンズにより再度合成され、空間的光変調器に照射される。このとき、この発明では、レンズアレイの複数のレンズエレメント間の境界部が平面とはなっておらず、複数のレンズエレメント間の境界部の形状が境界部を通過する光ビームをランダムに拡散することで、通過する光ビームはレンズエレメントの有効範囲外（境界部）で、光ビームがランダムに散乱するようになる。これによって、空間的変調器は均一な照度分布の光ビームを入射することができるようになる。

本発明に係るパターン形成方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のパターン形成方法において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が前記レンズエレメントの曲率半径よりも小さく、連続的に変化している曲率半径の円弧状を成していることにある。この発明は、レンズエレメント間の境界部の形状を円弧状とすることによって、この部分を通過する光ビームが円弧状の境界部に従ってランダムに拡散するようになるので、これによってレンズアレイ通過後の光ビームの照度分布を均一化することができる。

本発明に係るパターン形成方法の第３の特徴は、前記第１の特徴に記載のパターン形成方法において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が連続的に変化する鋸歯状又は三角形状を成していることにある。これは、各レンズエレメント間の境界部の形状を連続的に変化する鋸歯状又は三角形状としたものである。これによって、レンズエレメントの曲率半径の有効領域以外の部分の形状が安定しなくなり、境界部を通過する光ビームがランダムに拡散するようになるので、これによってレンズアレイ通過後の光ビームの照度分布を均一化することができる。

本発明に係るパターン形成方法の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載のパターン形成方法において、前記レンズアレイが円筒形状レンズエレメントの複数配置によって構成され、前記円筒形状レンズエレメントの長手方向が互いに直交するように組み合わせた２枚の前記レンズアレイを前記光路内に１以上設けることにある。これは、円筒形状のレンズエレメントの長手方向を互いに直交するように組み合わせることによって構成された２枚のレンズアレイの組を光路内に１以上設け、光ビームの照度分布を均一化するようにしたものである。

本発明に係るパターン形成装置の第１の特徴は、二方向に配列された複数のミラー群を描画データに基づいて駆動する空間的光変調器を用いて光ビームを変調し、樹脂膜の塗布された基材を保持するステージ手段を相対的に走査方向に移動させながら前記光ビームを照射することによって前記基材の前記樹脂膜に前記描画データに基づいたパターンを形成するパターン形成装置であって、アレイ状に配置された複数のレンズエレメント間の境界部の形状が前記境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されたレンズアレイを、前記光ビームを照射する光学系の光路内に１以上設けることによって前記空間的変調器へ照射される光ビームの照度分布を均一化させたことにある。これは、前記パターン形成方法の第１の特徴に記載のものを実現したパターン形成装置の発明である。

本発明に係るパターン形成装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のパターン形成装置において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が前記レンズエレメントの曲率半径よりも小さく、連続的に変化している曲率半径の円弧状を成していることにある。これは、前記パターン形成方法の第２の特徴に記載のものを実現したパターン形成装置の発明である。

本発明に係るパターン形成装置の第３の特徴は、前記第１の特徴に記載のパターン形成装置において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が連続的に変化する鋸歯状又は三角形状を成していることにある。これは、前記パターン形成方法の第３の特徴に記載のものを実現したパターン形成装置の発明である。

本発明に係るパターン形成装置の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載のパターン形成装置において、前記レンズアレイが円筒形状レンズエレメントの複数配置によって構成され、前記円筒形状レンズエレメントの長手方向が互いに直交するように組み合わせた２枚の前記レンズアレイを前記光路内に１以上設けることにある。これは、前記パターン形成方法の第４の特徴に記載のものを実現したパターン形成装置の発明である。

本発明によれば、光ビームの走査領域内の照度分布を均一にし、形成されるパターンの形状を均一とし、描画パターン間の差異を低減し描画品質を向上することができるという効果がある。

本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による露光装置の側面図である。 本発明の一実施の形態による露光装置の正面図である。 光ビーム照射装置の概略構成を示す図である。 光ビーム照射装置の照射光学系の概略構成を示す図である。 各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイを光ビームが通過する様子を示す図である。 各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイにて構成されたレンズアレイを図５の照射光学系に応用した場合の光ビームの通過の様子を示す図である。 レンズアレイを構成する各レンズエレメント間の境界部に平面が存在する場合のＤＭＤ位置における照度分布光学シミュレーション結果及び実測値を示す図である。 プレス成形にて製作されたレンズアレイを光ビームが通過する様子を示す図である。 プレス成形にて製作されたレンズアレイの変形例に対して光ビームが通過する様子を示す図である。 図９及び図１０に示すようなプレス成形にて製作されたレンズアレイで構成されるレンズアレイ部を使用し、ＤＭＤの位置において照度分布を実測した結果を示す図である。 光ビームに係る基板の走査を説明する１番目の図である。 光ビームに係る基板の走査を説明する２番目の図である。 光ビームに係る基板の走査を説明する３番目の図である。 光ビームに係る基板の走査を説明する４番目の図である。 液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。 液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。この実施の形態では、パターン形成装置の一例として露光装置を例に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す露光装置の側面図、図３は、図２に示す露光装置の正面図である。露光装置は、ベース３、Ｘガイド４、Ｘステージ５、Ｙガイド６、Ｙステージ７、θステージ８、チャック１０、ゲート１１、光ビーム照射装置２０、リニアスケール３１，３３、エンコーダ３２，３４、レーザー測長システム制御装置４０、ステージ駆動回路６０、及び主制御装置７０を含んで構成されている。なお、図２及び図３では、レーザー測長システムのレーザー光源４１、レーザー測長システム制御装置４０、ステージ駆動回路６０、及び主制御装置７０を省略している。露光装置は、これらの他に、基材としての基板１をチャック１０へ搬入し、また基板１をチャック１０から搬出する基板搬送ロボット、装置内の温度管理を行う温度制御ユニット等を備えているが、これらの図示も省略している。なお、図１〜図３における実施の形態では、Ｘ方向及びＹ方向は例示であって、これらのＸ方向とＹ方向とを互いに入れ替えてもよいことは言うまでもない。

図１〜図３に示すように、チャック１０は、基板１の受け渡しを行う受け渡し位置にある。受け渡し位置において、図示しない基板搬送ロボットにより基板１がチャック１０へ搬入され、また図示しない基板搬送ロボットにより基板１がチャック１０から搬出される。チャック１０は、基板１の裏面を真空吸着して支持する。基板１の表面には、フォトレジストなどの紫外線硬化樹脂である樹脂膜が塗布されている。

基板１の露光を行う露光位置の上空に、ベース３を跨ぐようにゲート１１が設けられている。ゲート１１には、複数の光ビーム照射装置２０が搭載されている。なお、この実施の形態は、８つの光ビーム照射装置２０を用いた露光装置の例を示しているが、光ビーム照射装置の数はこれに限らず、１つ又は２つ以上の光ビーム照射装置を用いた露光装置に適用される。

図４は、光ビーム照射装置の概略構成を示す図である。光ビーム照射装置２０は、レーザー光源ユニット２１、光ファイバー２２、コリメータレンズ２３、レンズアレイ部２４、コンデンサレンズ２５、ミラー２６、プリズム２７、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）２８、投影レンズ２９、及びＤＭＤ駆動回路２Ａを含んで構成されている。光ファイバー２２は、レーザー光源ユニット２１から発生された紫外線光ビームを、照射位置におけるコリメータレンズ２３まで導入する。光ファイバー２２から射出された光ビームは、コリメータレンズ２３によってコリメートされ、レンズアレイ部２４に入射される。

レンズアレイ部２４によって照度分布の均一化された光ビームは、コンデンサレンズ２５、ミラー２６及びプリズム２７を介して、ＤＭＤ２８へ照射される。ＤＭＤ２８は、光ビームを反射する複数の微小なミラーを直交する二方向に配列して構成された空間的光変調器であり、各ミラーの角度を変更して光ビームを変調する。ＤＭＤ２８により変調された光ビームは、プリズム２７を介して投影レンズ２９を含むヘッド部２０ａに導入され、基板１の表面に照射される。ＤＭＤ駆動回路２Ａは、主制御装置７０から供給される描画データに基づいて、ＤＭＤ２８の各ミラーの角度を変更する。なお、図４において、プリズム２７の詳細については、特開２０１０−２７３０４２号にて出願済の技術である。

図１〜図３に示すように、チャック１０は、θステージ８の上側に搭載されている。θステージ８の下側にはＸステージ５及びＹステージ７が設けられている。Ｘステージ５は、ベース３の上面に設けられた４本のＬＭガイドからなるＸガイド４上に搭載され、Ｘガイド４に沿ってＸ方向へ移動するようになっている。Ｙステージ７は、Ｘステージ５の上面に設けられた２本のＬＭガイドからなるＹガイド６上に搭載され、Ｙガイド６に沿ってＹ方向へ移動するようになっている。θステージ８は、Ｙステージ７上に搭載され、チャック１０をθ方向へ回転制御している。Ｘステージ５、Ｙステージ７及びθステージ８には、ボールねじ及びモータや、リニアモータ等の図示しない駆動機構がそれぞれ設けられており、各駆動機構は、図１のステージ駆動回路６０によって駆動制御されている。

θステージ８がチャック１０をθ方向へ回転することによって、チャック１０に搭載された基板１は、それぞれの直交する二辺がＸ方向及びＹ方向へ合致するように回転制御される。Ｘステージ５は、Ｘ方向へ移動することによって、チャック１０を受け渡し位置と露光位置との間で移動させる。露光位置において、Ｘステージ５がＸ方向へ移動することによって、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射される光ビームが、基板１の表面をＸ方向へ走査することになる。また、Ｙステージ７がＹ方向へ移動することによって、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射される光ビームのＸ方向の操作領域がＹ方向へ移動することになる。図１に示すように、主制御装置７０は、ステージ駆動回路６０に制御信号を出力し、ステージ駆動回路６０を制御することによって、θステージ８のθ方向の回転量及び回転位置、Ｘステージ５のＸ方向の移動量及び移動位置、及びＹステージ７のＹ方向の移動量及び移動位置の制御を行なう。

なお、この実施の形態では、チャック１０はＸステージ５と共にＸ方向へ移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームを用いた基板１の走査が行なわれているが、光ビーム照射装置２０を移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームを用いた基板１の走査が行なわれるようにしてもよい。また、チャック１０及び光ビーム照射装置２０の両方をＸ方向に移動するようにしてもよい。同様に、チャック１０はＹステージ７と共にＹ方向へ移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームを用いた基板１の走査領域が変更されるようにしているが、光ビーム照射装置２０を移動することによって、光ビーム照射装置２０からの光ビームを用いた基板１の走査領域の変更が行なわれるようにしてもよい。この場合も同様に、チャック１０及び光ビーム照射装置２０の両方をＹ方向へ移動するようにしてもよい。

図１〜図３に示すように、ベース３の側縁部上には、Ｘ方向へ伸びるリニアスケール３１が設置されている。リニアスケール３１は、Ｘステージ５のＸ方向への移動量を検出するためのエンコーダ３２用の目盛を備えている。また、Ｘステージ５の側縁部上には、Ｙ方向へ伸びるリニアスケール３３が設置されている。リニアスケール３３は、Ｙステージ７のＹ方向への移動量を検出するためのエンコーダ３４用の目盛を備えている。

図１〜図３に示すように、Ｘステージ５の一側面には、リニアスケール３１の目盛に対向して、エンコーダ３２が取り付けられている。エンコーダ３２は、リニアスケール３１の目盛を検出し、その検出パルス信号を主制御装置７０へ出力する。Ｙステージ７の一側面には、リニアスケール３３の目盛に対向して、エンコーダ３４が取り付けられている。エンコーダ３４は、リニアスケール３３の目盛を検出し、その検出パルス信号を主制御装置７０へ出力する。主制御装置７０は、エンコーダ３２，３４からのパルス信号をカウントして、Ｘステージ５のＸ方向及びＹステージ７のＹ方向の移動量を検出し、その位置を特定する。

図５は、図４における光ビーム照射装置の照射光学系の概略構成を示す図である。図５（Ａ）は、照射光学系の側面を、図５（Ｂ）は照射光学系の中のレンズアレイのみの上面をそれぞれ示す。図中のＤＭＤ２８は、ミラー２６及びプリズム２７を省略した設計上のＤＭＤ２８の位置を示している。レーザー光源ユニット２１から発生された光ビームは、光ファイバー２２を介して照射光学系へ導入される。導入された光ビームは、コリメータレンズ２３によりコリメートされ、レンズアレイ部２４へ入射する。レンズアレイ部２４は、円筒形状のレンズエレメントとなるため、ＤＭＤ２８の使用領域の縦横比に合わせて曲率を決定し、各々２枚を１組としてそれぞれ直交するように配置してある。この実施の形態では、レンズアレイ２４ａ，２４ｂとの組み合わせたものと、レンズアレイ２４ｃ，２４ｄとの組み合わせたもので構成されている。レンズアレイ２４ａ，２４ｃとレンズアレイ２４ｂ，２４ｄとは、円筒形状のレンズエレメントの長手方向が互いに直交するように配置されている。レンズアレイ部２４を構成する各レンズアレイ２４ａ〜２４ｄは、プレス成形にて製作されたものである。この実施の形態では、レンズアレイ部２４にシリンドリカルレンズアレイを採用しているが、レンズエレメント形状が球面であるフライアイレンズエレメント形状としても良い。

レンズアレイがフォトリソグラフィ等により作成されている場合、その製法上の制約からレンズアレイを構成する各レンズエレメント間の境界部に平面部が存在する場合がある。図６は、各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイを光ビームが通過する様子を示す図である。図６に示すように、各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイの配列ピッチＰに対して、設計されたレンズエレメントの曲率半径Ｒの有効領域Ｒｄ以外の部分では、光ビームが設計上で期待する屈折をすることなく、さらに平面部では直進するようになる。図７は、各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイにて構成されたレンズアレイを図５の照射光学系に応用した場合の光ビームの通過の様子を示す図である。なお、図７において、図５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略する。図７において、図５と異なる点は、レンズアレイ部３５が図６に示した各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイ３５ａ〜３５ｄで構成されている点である。図７に示すように、レンズアレイ部３５の各レンズアレイ３５ａ〜３５ｄの平面部を直進通過した光ビームは、後段のコンデンサレンズ２５に入射し、ＤＭＤ２８の位置において光軸付近に集光されるようになる。

図８は、レンズアレイを構成する各レンズエレメント間の境界部に平面が存在する場合のＤＭＤ位置における照度分布光学シミュレーション結果及び実測値を示す図である。図８（Ａ）は、照度分布光学シミュレーション結果を示し、図８（Ｂ）は、実測値を示す。図８（Ａ）に示す照度分布光学シミュレーションでは、便宜上、ＤＭＤ２８の長手方向の使用領域を１９．６［ｍｍ］と設定している。図８に示すように、各レンズアレイを構成する各レンズエレメント間の平面部を通過し、コンデンサレンズ２５によって集光された光ビームは、ＤＭＤ２８の位置において、光軸付近に集光されていることが理解できる。照度分布のグラフ両端部は、境界部で散乱した光ビームがコンデンサレンズ２５に入射し集光されるため、結果として周囲よりも照度が高くなっているが、設計上でＤＭＤ２８の使用範囲外となる様に設定されている。また、図８（Ｂ）に示すように、実際に各レンズエレメント間の境界部に平面部の存在するレンズアレイ３５ａ〜３５ｄで構成されるシリンドリカルのレンズアレイ部３５を使用してその照度分布を実測した場合、照度分布光学シミュレーションと同様の結果が得られている。

図９は、プレス成形にて製作されたレンズアレイを光ビームが通過する様子を示す図である。プレス成形にてレンズアレイ２４ａを製作することによって、金型のエッジ部の形状に応じて各レンズエレメント間の境界部の形状を連続的に変化させることができる。従って、図９に示すように、レンズアレイ２４ａの各レンズエレメントの配列ピッチＰに対して、レンズエレメントの曲率半径Ｒの有効領域Ｒｄ以外の部分の形状が安定しなくなる。これはプレス成形の製法上、境界部に平面部の存在する可能性は少なくなるからである。すなわち、レンズアレイ２４ａの各レンズエレメント間の境界部の形状が上述の曲率半径Ｒよりも小さく、連続的に変化している曲率半径の円弧状を成している。従って、この境界部では、通過する光ビームがこの円弧状に従ってランダムに拡散するようになる。そして、後段のコンデンサレンズ２５に入射した場合でも、図７に示すように一箇所に集光されることがなくなり、照度分布に与える影響を少なくすることが可能となる。

図１０は、プレス成形にて製作されたレンズアレイの変形例に対して光ビームが通過する様子を示す図である。図１０のレンズアレイ２４ｅが図９のものと異なる点は、金型のエッジ部の形状に応じて各レンズエレメント間の境界部の形状を図示のように連続的に変化する鋸歯状又は三角形状に変化させた点である。従って、図１０に示すように、レンズアレイ２４ｅの各レンズエレメントの配列ピッチＰに対して、レンズエレメントの曲率半径Ｒの有効領域Ｒｄ以外の部分の形状が安定しなくなる。この境界部では、通過する光ビームが図示のようにランダムに拡散するようになる。その結果、後段のコンデンサレンズ２５に入射した場合でも、図７に示すように一箇所に集光されることがなくなり、照度分布に対する影響を少なくすることが可能となる。なお、図１０では、各レンズエレメント間の境界部の形状が先端の鋭角に尖った連続的に変化する鋸歯状又は三角形状に形成された場合を示しているが、プレス成形の製法上、鋸歯状又は三角形状の各先端部及び窪み部が丸くアール状となることもあるが、十分に同様の効果を達成することが可能である。

図１１は、図９及び図１０に示すようなプレス成形にて製作されたレンズアレイ２４ａ〜２４ｄで構成されるレンズアレイ部２４を使用し、ＤＭＤ２８の位置において照度分布を実測した結果を示す図である。ＤＭＤ２８の使用領域の範囲内において、上述のレンズアレイ３５ａ〜３５ｄで構成されるレンズアレイ部３５よりも照度分布のばらつきが少なくなり、良好な結果となっていることが分かる。フォトリソグラフィ製法等の複雑な工程を必要としないプレス成形にて製作されたレンズアレイを使用することで、コスト面からも有利となる。

上述のような、パターン形成装置を露光装置に用いることにより、ＤＭＤに照射される光ビームの照度分布を均一にすることが可能となり、その結果、光ビームによる基板の走査領域内において、形成されるパターンの形状を均一にすることが可能となり、描画品質が向上するので、高品質な表示用パネル基板を製造することができるようになる。

図１２〜図１５は、光ビームに係る基板の走査を説明する図である。図１２〜図１５は、８つの光ビーム照射装置２０からの８本の光ビームにより、基板１のＸ方向の走査を４回行って、基板１全体を走査する例を示している。図１２〜図１５においては、各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａが破線で示されている。各光ビーム照射装置２０のヘッド部２０ａから照射された光ビームは、Ｙ方向にバンド幅Ｗを有し、Ｘステージ５のＸ方向への移動によって、基板１を矢印で示す方向へ走査する。

図１２は、１回目の走査を示し、Ｘ方向への１回目の走査により、図１２に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。１回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基板１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１３は、２回目の走査を示し、Ｘ方向への２回目の走査により、図１３に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。２回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基板１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１４は、３回目の走査を示し、Ｘ方向への３回目の走査により、図１４に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われる。３回目の走査が終了すると、Ｙステージ７のＹ方向への移動により、基板１がＹ方向へバンド幅Ｗと同じ距離だけ移動される。図１５は、４回目の走査を示し、Ｘ方向への４回目の走査により、図１５に灰色で示す走査領域でパターンの描画が行われ、基板１全体の走査が終了する。

複数の光ビーム照射装置２０からの複数の光ビームにより基板１の走査を並行して行うことにより、基板１全体の走査に掛かる時間を短くすることができ、タクトタイムを短縮することができる。なお、図１２〜図１５では、基板１のＸ方向の走査を４回行って、基板１全体を走査する例を示したが、走査の回数はこれに限らず、基板１のＸ方向の走査を３回以下又は５回以上行って、基板１全体を走査してもよい。

以上説明した実施の形態によれば、光ビーム照射装置による光ビームの走査領域内の照度分布を均一にすることが可能となり、走査領域内に形成されるパターンの形状の差異が低減されることによって、より描画品質を向上させることができる。さらに、光ビームによる走査領域内に形成されるパターン形状の差異が低減することにより、複数回の光ビームによる走査をした場合でも、隣接する走査領域の境界部におけるパターンの差異が低減され、高品質なパターンを描画することができ、高品質な表示用パネル基板を製造することができるという効果がある。

例えば、図１６は、液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。薄膜形成工程（ステップＳ１９１）では、スパッタ法やプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法等により、基板上に液晶駆動用の透明電極となる導電体膜や絶縁体膜等の薄膜を形成する。レジスト塗布工程（ステップＳ１９２）では、ロール塗布法等によりフォトレジストを塗布して、薄膜形成工程（ステップＳ１９１）で形成した薄膜上にフォトレジスト膜を形成する。露光工程（ステップＳ１９３）では、露光装置を用いて、フォトレジスト膜にパターンを形成する。現像工程（ステップＳ１９４）では、シャワー現像法等により現像液をフォトレジスト膜上に供給して、フォトレジスト膜の不要部分を除去する。エッチング工程（ステップＳ１９５）では、ウエットエッチングにより、薄膜形成工程（ステップＳ１９１）で形成した薄膜の内、フォトレジスト膜でマスクされていない部分を除去する。剥離工程（ステップＳ１９６）では、エッチング工程（ステップＳ１９５）でのマスクの役目を終えたフォトレジスト膜を、剥離液によって剥離する。これらの各工程の前又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。これらの工程を数回繰り返して、基板上にＴＦＴアレイが形成される。

また、図１７は、液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。ブラックマトリクス形成工程（ステップＳ２０１）では、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、剥離等の処理により、基板上にブラックマトリクスを形成する。着色パターン形成工程（ステップＳ２０２）では、染色法や顔料分散法等により、基板上に着色パターンを形成する。この工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色パターンについて繰り返す。保護膜形成工程（ステップＳ２０３）では、着色パターンの上に保護膜を形成し、透明電極膜形成工程（ステップＳ２０４）では、保護膜の上に透明電極膜を形成する。これらの各工程の前、途中又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。

図１６に示したＴＦＴ基板の製造工程では、露光工程（ステップＳ１９３）において、図１７に示したカラーフィルタ基板の製造工程では、ブラックマトリクス形成工程（ステップＳ２０１）及び着色パターン形成工程（ステップＳ２０２）の露光処理において、本発明の露光装置又は露光方法を適用することができる。

なお、上述の実施の形態では、レンズアレイをプレス成形にて製作する場合について説明したが、特開２０１１−５３４４１号公報に記載のような、レンズアレイの各レンズエレメントをフォトリソグラフィ技術にて形成し、各レンズエレメント間の境界部の形状として、各レンズエレメントの曲率よりも曲率が大きくなるようなレンズアレイを用いてもよい。上述の実施の形態では、円筒状のレンズエレメントにてレンズアレイを構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、レンズエレメントとして屈折率分布型レンズを用いたものでもよい。

上述の実施の形態では、紫外線硬化樹脂の塗布された基板としてＴＦＴ基板やカラーフィルタ基板を例に説明したが、これ以外に光硬化樹脂の塗布された基板上に、光ビームを空間的光変調器を用いて変調照射することによって光硬化樹脂に所定のパターンを描画するものに適用することが可能である。

なお、本明細書中において、基材とは、その表面又は内部にパターンが形成されるものであって、板状（通常基板と呼ばれるもの）やフィルム状のものを含む概念である。また、特定の波長の光によって重合や硬化などの化学反応を起こす樹脂とは、フォトレジストなどの紫外線硬化樹脂、スクリーン印刷等の製版に使用される樹脂、ホログラフィーの記録媒体用樹脂、ラピッドプロトタイピングの樹脂などの感光性樹脂を含むものである。

この実施の形態に係るパターン形成方法及び装置は、印刷（プリンタブル）技術によってフレキシブル基板などに、表示回路あるいは電子部品を作成するプリンタブルエレクトロニクス分野で使用される印刷技術によって基材（基板、フィルムなどの樹脂性のものを含む）に印刷用の版（マスク）をパターンニングする技術分野に応用可能である。また、画像データに応じて変調された光を感光層上に結像させて、該感光層を露光し、パッケージ基材を含むプリント配線基材分野あるいは半導体分野における高精細な永久パターン（保護膜、層間絶縁膜、及びソルダーレジストパターン）を効率よく形成するパターン形成装置にも応用可能である。このような印刷技術で作成される回路としては、例えば、電子ペーパ、電子看板、プリンタブルＴＦＴなどがある。

この実施の形態に係るパターン形成方法は、特定の波長の光によって重合や硬化などの化学反応を起こす樹脂を用いた基材の表面改質の分野にも応用可能である。また、半導体のＳｉ貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ、ＴＳＶ）のチップ間の（リペア）配線などのパターンを形成する分野にも応用可能である。
さらに、これ以外にも、印刷の版を作成する装置、輪転機の版作成装置、リソグラフやプリポート等のステンシル印刷又は孔版印刷装置などにも応用可能である。スクリーン印刷等の製版装置、半導体装置のリペア方法及び装置、パッケージ基材を含むプリント配線基材製造装置、フラットパネルディスプレイやプリント基材などの微細な電極パターン、あるいは露光用マスクのパターン作成装置にも応用可能である。
基材には、ウエハ、プリント基材、フラットパネルディスプレイ、マスク、レチクルなど、さらには雑誌、新聞、本の複写に用いられる板型、これらをフィルム状にしたものなどが含まれる。

１…基板
１０…チャック
１１…ゲート
２０…光ビーム照射装置
２０ａ…ヘッド部
２１…レーザー光源ユニット
２２…光ファイバー
２３…コリメータレンズ
２４…レンズアレイ部
２４ａ〜２４ｅ…レンズアレイ
２５…コンデンサレンズ
２６…ミラー
２７…プリズム
２８…ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）
２９…投影レンズ
２Ａ…ＤＭＤ駆動回路
２ａ…露光領域
３…ベース
３１，３３…リニアスケール
３２，３４…エンコーダ
３５…レンズアレイ部
３５ａ〜３５ｄ…レンズアレイ
４…Ｘガイド
４０…レーザー測長システム制御装置
４１…レーザー光源
５…Ｘステージ
６…Ｙガイド
６０…ステージ駆動回路
７…Ｙステージ
７０…主制御装置
８…θステージ

Claims (8)

1. 二方向に配列された複数のミラー群を描画データに基づいて駆動する空間的光変調器を用いて光ビームを変調し、樹脂膜の塗布された基材を保持するステージ手段を相対的に走査方向に移動させながら前記光ビームを照射することによって前記基材の前記樹脂膜に前記描画データに基づいたパターンを形成するパターン形成方法であって、
   アレイ状に配置された複数のレンズエレメント間の境界部の形状が前記境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されたレンズアレイを、前記光ビームを照射する光学系の光路内に１以上設けることによって前記空間的変調器へ照射される光ビームの照度分布を均一化させたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が前記レンズエレメントの曲率半径よりも小さく、連続的に変化している曲率半径の円弧状を成していることを特徴とするパターン形成方法。
3. 請求項１に記載のパターン形成方法において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が連続的に変化する鋸歯状又は三角形状を成していることを特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項１、２又は３に記載のパターン形成方法において、前記レンズアレイが円筒形状レンズエレメントの複数配置によって構成され、前記円筒形状レンズエレメントの長手方向が互いに直交するように組み合わせた２枚の前記レンズアレイを前記光路内に１以上設けることを特徴とするパターン形成方法。
5. 二方向に配列された複数のミラー群を描画データに基づいて駆動する空間的光変調器を用いて光ビームを変調し、樹脂膜の塗布された基材を保持するステージ手段を相対的に走査方向に移動させながら前記光ビームを照射することによって前記基材の前記樹脂膜に前記描画データに基づいたパターンを形成するパターン形成装置であって、
   アレイ状に配置された複数のレンズエレメント間の境界部の形状が前記境界部を通過する光ビームをランダムに拡散するような形状にて構成されたレンズアレイを、前記光ビームを照射する光学系の光路内に１以上設けることによって前記空間的変調器へ照射される光ビームの照度分布を均一化させたことを特徴とするパターン形成装置。
6. 請求項５に記載のパターン形成装置において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が前記レンズエレメントの曲率半径よりも小さく、連続的に変化している曲率半径の円弧状を成していることを特徴とするパターン形成装置。
7. 請求項５に記載のパターン形成装置において、前記レンズエレメント間の境界部の形状が連続的に変化する鋸歯状又は三角形状を成していることを特徴とするパターン形成装置。
8. 請求項５、６又は７に記載のパターン形成装置において、前記レンズアレイが円筒形状レンズエレメントの複数配置によって構成され、前記円筒形状レンズエレメントの長手方向が互いに直交するように組み合わせた２枚の前記レンズアレイを前記光路内に１以上設けることを特徴とするパターン形成装置。

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