JP5262265B2 - 基板露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトマスク上方から光を照射し、フォトマスクを通過した光にてフォトマスクと対向する被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置に関するものであり、特にフォトマスクの自重による撓みを軽減するための、撓み補正機構を有する基板露光装置に関する。

従来の基板露光装置は、感光性樹脂などからなる感光膜を表面に形成したガラスやプラスチックなどの基板（以下、被露光基板と記す）を上面に保持する露光ステージと、被露光基板の上方からパターン露光を行うために所定のパターンを有するフォトマスクを被露光基板と対向させて被露光基板の上面に保持するマスクホルダとを備える。パターン露光時にフォトマスクと被露光基板とを密着させる露光機もあるが、密着露光の場合、フォトマスクと被露光基板との間に入り込んだ異物などによりフォトマスクや被露光基板に傷が発生しやすい。そのため、パターン露光の際に、フォトマスクとガラス基板との間に所定の微小間隔（プロキシミティギャップ）をあけて、フォトマスク上方から光を照射して被露光基板にパターン露光を行う近接露光式の基板露光装置（プロキシミティ式露光機）が使用されるようになっている。

しかし、近接式の基板露光装置の場合、フォトマスクの下方に隙間が有るため、パターン露光時にフォトマスクの自重によりフォトマスクに撓みが生じやすい。近年、特にサイズが大型化した液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板を、着色感光性樹脂を用い、パターン露光、現像という一連のフォトリソ法を用いて製造するにあたっては、使用するフォトマスクも大型化している。フォトマスクが大型化した場合、当然のことながらフォトマスクの自重も重くなり、近接露光時のフォトマスクの撓みも大きくなってきている。近接露光時に、フォトマスクと被露光基板との間の距離（ギャップ）が部位によりバラツいた場合、パターン露光、現像で被露光基板に形成されるパターンの線幅や膜厚にバラツキを生じることになる。

被露光基板が液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板であった場合、パターン露光、現像で形成されたＣＦ基板内のＣＦ画素に線幅、膜厚のバラツキがあった場合、ＣＦ基板を組み込んだ液晶表示装置は、色のバラツキを生じるなど所望する表示性能を発揮できなくなる。そのため、パターン露光時に、フォトマスクとＣＦ基板間のギャップのばらつきを低減させる必要がある。近接露光時に被露光基板とフォトマスクとのギャップにバラツキが生じる原因の一つにフォトマスクの自重による撓みがあるため、フォトマスクの自重による撓みを軽減するため、特許文献１に開示されているように、両側２辺を保持するマスクホルダと、このマスクホルダに保持されるフォトマスクの両側の2辺の縁部を上方から押圧する機構を有する基板露光装置が提案されている。

ここで、撓み補正機構としては、当初、特許文献１で開示されているように、マスクの外側の連結部材の上面に所定の間隔で設けられた複数の押さえ部材のベアリング状の樹脂からなる先端部でマスクの縁を押さえ、連結部材全体を下降させることで先端部にてマスクの縁部を押圧し、梃の原理でマスクの中央部を持ち上げて、撓みと相殺して全体として略平らになる様にしていた。

また、近年では、基板の大型化に伴うマスクの大型化、画素の高精細化に伴って撓み補正への要求が厳しくなり、また補正用の押さえ部材の耐久性を増すために、超高分子量ポリエチレン（ＵＰＥ）を接触部位とした補正バーでマスクの縁部を上から荷重をかける形
で押圧する基板露光装置が用いられるようになっている。
特開２００１−１０９１６０号公報

しかしながら、上記した従来の撓み補正機構では、マスクの押さえ部材が一体化して連結部材に固定されている。あるいは補正バーのマスクとの接触部位が一体物であるため、各接触部位での荷重調整ができない。そのため、大型化したフォトマスクを、上述した梃の原理でマスクの中央部を持ち上げて、撓みを相殺する手法では、撓みを無くすことが困難になってきている。また、基板露光装置にセットするフォトマスクは１種類では無く、パターン露光を行う被露光基板の種類が変わった場合に、その都度、異なる露光用パターンや基板サイズ、基板厚みを有するフォトマスクを基板露光装置にセットしなければならない。例えば、フォトマスクの表面に形成するパターンの形状、形成する部位、形成密度によっては、フォトマスク上の各部位で撓み量が変わることも有りえる。このため、フォトマスクの種類が変わった場合、各々のフォトマスクの撓み特性は同一ではなく、各々のフォトマスクは、それぞれ異なった撓み特性を有することになる。従来の撓み補正機構を有する基板露光機では、異なった撓み特性を有する各種のフォトマスクをセットした場合、一体化した補正バーで撓み補正を行おうとしても、各々のフォトマスクに平坦性を持たせることは不可能であった。また、連結部材や補正バーフレームの変形などによる影響を受け、マスクの縁部全体で均一に荷重できていないのが現状である。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、撓み補正バーの接触部位の機構を改良することにより、撓み補正時に接触部位ごとの荷重調整、及び荷重分布を改善させ、被露光基板とフォトマスクとの近接露光時のギャップのバラツキを低減させ、それにより被露光基板に形成されるパターンの線幅、膜厚バラツキの低減を図ることを可能とする基板露光装置の提供を目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、感光膜を形成した被露光基板を上面に保持する露光ステージと、前記被露光基板の上方からパターン露光を行うため平面視矩形状のフォトマスクを前記被露光基板に対向させて前記被露光基板の上面に保持するマスクホルダとを備え、前記フォトマスクと被露光基板との間に所定の微小間隔をあけて、前記フォトマスク上方から光を照射して前記被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置であって、前記マスクホルダは前記フォトマスクの両側２辺を保持し、フォトマスクの自重による撓みを軽減するため、前記マスクホルダに保持されるフォトマスクの両側の２辺の縁部を各々上方から押圧する２本の撓み補正バーを有し、前記撓み補正バーは、円柱状の支柱部分と、前記支柱部分が挿入される中空部を有する複数の円筒状の荷重部分とからなり、前記荷重部分の位置は支柱部分に沿って移動可能とし、前記荷重部分は外径の異なる複数種類が用意されており、外径の異なる荷重部分を支柱部分に混在して配置することを特徴とする基板露光装置である。

さらに、本発明の請求項２に係る発明は、前記荷重部分の中空部と前記支柱部分の外周とが螺合配置されており、前記荷重部分または前記支柱部分の少なくとも一方を回転させることにより、荷重部分の位置を支柱部分に沿って移動させることを特徴とする請求項１記載の基板露光装置である。

上記のように、本発明の基板露光装置では、フォトマスクの撓み補正を行う撓み補正バーの荷重部が一体物ではなく複数の荷重部に分割されており、また荷重部の位置を撓み補正バーの支柱に沿って任意に調整することができる。さらに、外径の異なる複数種類が用意されていることで、例えば、補正バーのフレームに反りなどの変形が見られる場合、変形量を相殺するように荷重部位の径を選定することで、撓み補正バーの全領域で荷重調整ができ、荷重分布の改善が可能となる。その結果、面内ギャップバラツキを低減させることができ、それによりパターン露光、現像後に得られる感光膜パターンの線幅、膜厚等の品質バラツキを低減することができる。

また、荷重部分と支柱部分とを螺合配置とし、荷重部分または支柱部分の少なくとも一方を回転させることで、荷重部分の位置を支柱部分に沿って移動させるようにしたことで、容易に荷重部分の位置を変えることができ、また、荷重位置の微妙な位置の調整も可能になる。

以下、本発明に係る基板露光装置の実施形態の一例を、液晶表示装置用ＣＦ（カラーフィルタ）基板を例に取り、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の基板露光装置の要部を説明する概略図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）はフォトマスク１の短辺方向から見た側面図である。すなわち、感光性樹脂などからなる感光膜を表面に形成したガラス基板５を上面に保持する露光ステージ６と、ガラス基板５の上方からパターン露光行うため平面視矩形状のフォトマスク１を通常長手方向の２辺の両端で保持し、ガラス基板５の上方でガラス基板５と対向させるマスクホルダ２とを備え、フォトマスク１とガラス基板５との間に所定の微小間隔の露光ギャップ７をあけて、フォトマスク１の上方に位置する光源（図示せず）から平行光を照射して、ガラス基板５にパターン露光を行う基板露光装置である。

ここで本発明の基板露光装置では、フォトマスク１の自重による撓みを軽減するための撓み補正機構として、フォトマスク１の両側２辺を各々保持するマスクホルダ２と、このマスクホルダ２に保持されるフォトマスク１の両側の縁部を各々上方から押圧する２本の撓み補正バー３を有している。なお、本実施例ではフォトマスクの寸法は長辺方向が９６０ｍｍ、短辺方向が８００ｍｍとしたが、フォトマスクの寸法は、これより大きくても構わない。

また、図２（ａ）は、従来の撓み補正バー３を示す図である。撓み補正バー３は、補正バー保持用フレーム１０にて、その両端が保持されている。補正バー保持用フレーム１０は、図示しない加圧手段と連結しており、加圧手段で発生した圧力は、補正バー保持用フレーム１０を介して撓み補正バー３に伝えられる。撓み補正バー３とガラス基板５とが接触した状態で撓み補正バー３に加えられた圧力はガラス基板５への押圧となり、前述した梃の原理でマスクの中央部を持ち上げて、フォトマスクの自重による撓みを相殺する。

従来の撓み補正バー３の基板と接触する接触荷重部は、例えば、図２（ｂ）に示すように、鉄やステンレスなどの強度を有する棒状部材の外周にＵＰＥ（超高分子量ポリエチレン）材を形成した直径１１．０ｍｍの丸棒が使用されている。この、従来の補正バーでは、前述したように接触荷重部が一体物であるため、補正バー全体で基板に均一に荷重できていないのが現状である。

次に、本発明の基板露光装置の特徴である、支柱部５０と、支柱部５０にはめ込む、支柱部５０より径が大きい複数の荷重部４０とを有する、撓み補正バー３の一例の概略図を
図３に示す。図３（ａ）は、撓み補正バー３の全体の概略図、図３（ｂ）は、撓み補正バー３の両端部の荷重部４０の概略図、図３（ｃ）は、撓み補正バー３の中間領域の荷重部分４０の概略図である。ここで図３に示す撓み補正バー３では、支柱部５０の両端部及び両端部に挟まれた領域に各々接触荷重部４０を配置している。本実施例では、撓み補正を行う撓み補正バー３の有効部分の長さを８２０ｍｍとしている。フォトマスクの自重による撓みを、押し圧を掛けて補正するため、フォトマスクの両側２辺の端部に各々接触する荷重部分４０は長さ４０ｍｍとした。また、荷重部分４０は外径１１．０ｍｍと外径１１．５ｍｍの2種類を用意しており、図３（ｂ）は、支柱部５０の両端部に外径１１．５ｍｍの荷重部分４０を配置した例を、図３（ｃ）は、支柱部５０の中間領域に外径１１．０ｍｍと外径１１．５ｍｍの荷重部分４０とを適宜配置した例を示している。

また、各荷重部分４０は、支柱部５０をはめ込む各々同一径の中空部を有するＵＰＥ（超高分子量ポリエチレン）からなる円筒状であり、中空部の壁表面には各々雌ネジ形状の加工を行っている。なお、各荷重部分４０は強度を持たせるため、支柱部５０の外側表面と接する部位を金属製とし、その外側にＵＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を設けた、２層構造としても構わない。荷重部４０の中空部にはめ込む支柱部５０は有効部の長さが８２０ｍｍの丸棒で、材質はＳＵＳ３０４からなり、その外径表面には、荷重部分４０の中空部表面に施した雌ネジ形状に対応する雄ネジ加工が施されている。なお、パターン露光時に露光光が表面で反射し、反射した光による不要な露光が行われるのを防止するため、支柱部５０の表面には、例えば黒色のＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）などで黒色処理を施すのが好ましい。

ここで、本発明の基板露光装置に係る撓み補正バー３は、図２に示した従来の撓み補正バーと同様に、その両端部５１が補正バー保持用フレーム１０に保持される。補正バー保持用フレーム１０は、図示しない加圧手段と連結しており、加圧手段で発生した圧力は、補正バー保持用フレーム１０を介して撓み補正バー３に伝えられる。撓み補正バー３とガラス基板５とが接触する状態では、撓み補正バー３に加えられた圧力はガラス基板５への押圧となり、前述した梃の原理でマスクの中央部を持ち上げて、フォトマスクの自重による撓みを相殺する。そのため、撓み補正バー３を構成する支柱部分５０は、その両端部５１を含め、圧力が掛かった際に、変形しないよう十分な強度を持たせることが必要である。補正バー保持用フレーム１０に保持される両端部５１は、支柱部分５０と一体化した、長さ６ｍｍ、直径４ｍｍの丸棒状の突出部としている。

表面を雄ネジ状に加工した支柱部５０を回転することにより、中空部表面を雌ネジ状に加工した荷重部４０を支柱部５０上で移動させ、支柱部５０上の任意の位置に荷重部４０を置くことが可能となる。また、異なった外径を有する荷重部への交換や、損傷した荷重部を新規な荷重部に交換することも容易に可能となる。なお、支柱部５０表面を雌ネジ形状とし、荷重部４０の内壁を雄ネジ形状としても良く、また、荷重部４０を移動させるにあたっては、支柱部５０を回転させることなく、荷重部４０を回転することで荷重部４０を移動させてもよく、または、荷重部４０と支柱部５０とを各々回転することで、荷重部４０を移動させてもよい。

荷重部分４０が支柱部５０上で移動しないよう、荷重部分４０を固定させるには、平座金５２を介してナット５３で荷重部分４０の両端に締め付けを行う。なお、パターン露光時に露光光が不要に表面反射し、パターン露光に支障をきたすことを防止するため、平座金５２及びナット５３の表面に黒色処理を施すのが望ましい。

荷重部分は同一外径とする必要はなく、撓み補正バーの任意の箇所に、外径の異なる加重部分を配置して構わない。本発明の基板露光装置では、支柱部上に配置する荷重部分の数、その位置、及び使用する荷重部の外径を適宜選択して組み合わせることで、フォトマ
スクの種類によらず、フォトマスクの自重によるフォトマスクの撓みを補正し、フォトマスクを平坦に保持することが可能になる。ちなみに、図１の例では、撓み補正バー３の中央部領域に、端部領域より外径の大きい荷重部４０を配置した例を、示している。

前述したように、露光装置にセットするフォトマスクの種類によって、フォトマスクの自重によりフォトマスクに生じる撓みの形態（撓み量、撓みが生じる部位など）は異なる。

本発明の基板露光装置では、フォトマスクの種類によらず、また、フォトマスクの種類を変えてセットした場合でも、フォトマスクの自重によるフォトマスクの撓みを補正し、フォトマスクを平坦に保持することが可能になる。

例えば、ＡのフォトマスクとＢのフォトマスクとが各々平坦となる撓み補正バーの条件（例えば、Ａのフォトマスク及びＢのフォトマスクの自重による撓みをそれぞれ押し圧により補正し、平坦とできる条件、すなわち、配置する荷重部４０の数、その位置、及び配置する荷重部４０の外径）を各フォトマスク毎に予め測定し記録しておく。

ここで、Ａのフォトマスクを使用して被露光基板へのパターン露光を行った後に、Ｂのフォトマスクを使用して異なる仕様の露光基板へのパターン露光を行う場合がある。その場合、Ｂのフォトマスクを基板露光機にセットした際、予め測定しておいた条件に従って、荷重部４０の外径を選択し、荷重部４０を支柱部５０に配置すれば、Ｂのフォトマスクの平坦性は容易に得られるようになる。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

＜評価条件＞
基本的な露光条件として、以下の条件を設定した。
フォトマスク ： ギャップ測定用マスク、寸法６８０×８８０ｍｍ
測定基板 ： 素カラス、寸法６８０×８８０ｍｍ、厚み０．６ｍｍ
設定露光ギャップ ： １００μｍ
次いで、被露光基板と接触し、フォトマスクの撓みを補正する撓み補正バーの構成を、図４（ａ）（条件１）、（ｂ）（条件２）、（ｃ）（条件３）に示すように、下記したように設定した。なお、撓み補正バーを構成する荷重部を下記のように設定した以外は、前述した図１に示す構造の基板露光装置とした。
（条件１）
本発明の基板露光装置との比較のため、撓み補正バーを構成し、フォトマスクの両長辺に各々接触する各荷重部（図４（ａ）中の、1辺側、及び他辺側）を、従来と同じに，端から端まで同一径とした丸棒状（直径１１．０ｍｍのＵＰＥ製）とた。
（条件２）
フォトマスクの両長辺の端部に各々接触させる撓み補正バーを、支柱部と荷重部とで構成した。また、荷重部は全て、長さを４０ｍｍで、外径を１１．０ｍｍとした。荷重部は９００ｍｍ長の支柱部の両端を含め７箇所に配置した。
（条件３）
フォトマスクの両長辺の端部に各々接触させる撓み補正バーを、支柱部と荷重部とで構成した。荷重部は、長さを４０ｍｍとし、９００ｍｍ長の支柱部の両端を含め７箇所に配置した。但し、（条件３）においては、被露光基板の1辺側（図４（ｃ）に示す、1辺側）と接する撓み補正バーの中央領域の３箇所の荷重部分（図４（ｃ）の、破線による円内の荷重部分）の外径を１１．０５ｍｍとし、当該1辺のその他の部位、及び、他方の辺（図４（ｃ）に示す、他方の辺側）と接する荷重部分の外径を１１．０ｍｍとした。

＜荷重分布確認＞
上記設定した評価条件にて、マスクの両辺（1辺側及び他方の辺側）の縁部と撓み補正バーとの間に感圧紙をセットし、フォトマスクに掛かる圧力分布を、感圧紙の濃度の濃い、薄いで確認した。なお、使用した感圧紙は、富士プレスケール極低圧用（富士フィルム（株）製、圧力範囲：０．２〜０．６ＭＰａ）であり、図５にその結果の写真を示す。図５中、濃度の濃い領域が荷重の強い領域で０．６ＭＰａ以上、濃度の薄い領域が荷重の弱い領域で０．２〜０．６ＭＰａ、押された跡の無い領域は、０．２ＭＰａ未満で荷重されていない領域を示す。

その結果、（条件１）では、補正バーのほぼ全領域にて、荷重部と被露光基板との接触が行われている。しかし、荷重部から加えられる押圧の跡が点線状になっていた。また、（条件２）では、感圧紙には接触した７つの荷重部すべての押し跡が残っており、（条件１）よりも濃く発色していた。次に、（条件３）では、1辺側の中央の３箇所を５０μｍ径を大きくした荷重部分を用いたが、押し圧の強さは（条件２）の同部位とほぼ同等で、径を大きくした部位より外側の押し圧が弱くなっていた。

＜面内露光ギャップ分布評価＞
次に、上記（条件１）から（条件３）の撓み補正バーでフォトマスクに押し圧を加えた状態で、対向する被露光基板とフォトマスクとの距離（ギャップ）の測定を行った。なお、ギャップの測定は、フォトマスク内の２５箇所のポイントにおいて行ったもので、図６に、ギャップの実測データを示す。

その結果、（条件１）では、1辺側の中央付近のギャップ値が小さく、フォトマスクの短辺側のギャップ値が大きい状態となっていた。ギャップのバラツキは５６μｍであった。

それに対して本発明に係る撓み補正バーとした（条件２）では、1辺側中央付近のギャップ値が増加し、フォトマスクの短辺側のギャップ値が低減した。しかし、（条件１）と同様の傾向はまだ残っていたが、（条件２）でのギャップのバラツキは３２μｍと減少していた。

また、上記した（条件３）では、１辺側中央部のギャップ値をさらに増加させようと1辺側の中央３箇所の荷重部分の外径を０．０５ｍｍ大きくしたが、ギャップ値はほとんど変わらず、感圧紙でも押し圧にほとんど変化は見られなかった。しかし、フォトマスクの短辺側のギャップ値はさらに低減し、この場所では感圧紙での押し圧も（条件２）よりも弱くなっていた。その結果、（条件３）でのギャップのバラツキは２４μｍと小さくなっていた。すなわち、荷重部分の径を部分的に変えたことで、荷重分布及びギャップのバラツキを変えることが可能となったもので、従来の例を示す（条件１）ではギャップのバラツキが５６μｍだったものが、（条件３）では２４μｍに低減させることができた。

なお、上述した実施例では、荷重部は支持部の両端から均等の距離にて配置したが、荷重部の位置は、ギャップのバラツキが減少するよう、適宜移動させて構わない。

また、撓み補正バーの長さ、荷重部分の長さ、荷重部分の外径、配置する荷重部分の個数、荷重部分の配置場所は、フォトマスクの種類に応じて、適宜設定しても構わないことは言うまでも無い。

本発明に係る基板露光装置の撓み補正機構を説明する概略図。 従来の撓み補正バー及び接触荷重部を示す説明図。 本発明に係る基板露光装置の撓み補正バーの一例の概略図。 本発明の実施例の撓み補正バーの接触荷重部の条件を示す説明図。 本発明の実施例の撓み補正バーでの、感圧紙の荷重分布を示す説明図。 本発明の実施例の面内露光ギャップの測定データの説明図。

符号の説明

１・・・フォトマスク ２・・・マスクホルダ ３・・・撓み補正バー
４、３０・・・荷重部 ５・・・ガラス基板 ６・・・露光ステージ
４０・・・荷重部分 ５０・・・支柱部分 ５１・・・両端部
５２・・・座金 ５３・・・ナット １０・・・保持用フレーム

Claims (2)

1. 感光膜を形成した被露光基板を上面に保持する露光ステージと、前記被露光基板の上方からパターン露光を行うため平面視矩形状のフォトマスクを前記被露光基板に対向させて前記被露光基板の上面に保持するマスクホルダとを備え、前記フォトマスクと被露光基板との間に所定の微小間隔をあけて、前記フォトマスク上方から光を照射して前記被露光基板にパターン露光を行う基板露光装置であって、前記マスクホルダは前記フォトマスクの両側２辺を保持し、フォトマスクの自重による撓みを軽減するため、前記マスクホルダに保持されるフォトマスクの両側の２辺の縁部を各々上方から押圧する撓み補正バーを有し、前記撓み補正バーは、円柱状の支柱部分と、前記支柱部分が挿入される中空部を有する複数の円筒状の荷重部分とからなり、前記荷重部分の位置は支柱部分に沿って移動可能とし、
   前記荷重部分は外径の異なる複数種類が用意されており、外径の異なる荷重部分を支柱部分に混在して配置することを特徴とする基板露光装置。
2. 前記荷重部分の中空部と前記支柱部分の外周とが螺合配置されており、前記荷重部分または前記支柱部分の少なくとも一方を回転させることにより、荷重部分の位置を支柱部分に沿って移動させることを特徴とする請求項１記載の基板露光装置。