JP5704525B2 - マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置 - Google Patents

マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置 Download PDF

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Description

本発明は、マイクロレンズを２次元的に配列したマイクロレンズアレイによりマスクパターンを基板上に露光するマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置に関する。
薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等は、ガラス基板上に形成されたレジスト膜等を、数回、重ね合わせ露光して、所定のパターンを形成する。これらの被露光基板は、その膜形成過程で、延び縮みすることがあり、重ね合わせ露光の下層パターンが、製造条件（露光装置特性及び温度条件）により、設計上のピッチと異なってくることがある。このような重ね合わせ露光において、露光位置のピッチの変化が生じると、このピッチの変化は、露光装置側で倍率補正をして、吸収せざるを得なかった。即ち、被露光基板の寸法変動が生じた場合、ピッチがずれた分を、像の倍率を調整することにより、この像を変動後のピッチの基板上の所定位置の中央に配置する必要がある。
一方、近時、マイクロレンズを２次元的に配置したマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置が提案されている（特許文献１）。このスキャン露光装置においては、複数個のマイクロレンズアレイを一方向に配列し、この配列方向に垂直の方向に基板及びマスクを、マイクロレンズアレイ及び露光光源に対して、相対的に移動させることにより、露光光がマスクをスキャンして、マスクの孔に形成された露光パターンを基板上に結像させる。
特開２００７−３８２９
しかしながら、この従来のスキャン露光装置においては、以下に示す問題点がある。通常のレンズを組み合わせて使用した投影光学系を使用した露光装置においては、レンズの間隔を調整する等により、倍率を調整することは容易である。しかし、マイクロレンズの場合は、厚さが例えば４ｍｍの板の中に、８個のレンズを光軸方向に配置することにより、正立等倍像を基板上に結像させるようにしたものであるので、倍率の調整ができない。よって、マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置においては、被露光基板のピッチ変更に対応することができないという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、露光装置特性及び温度条件等の製造条件の変動に起因して、被露光基板の大きさの変動が生じても、マスクパターンの像を所定位置に合わせることができるマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置を提供することを目的とする。
本発明に係るマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置は、露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置とを有し、前記複数個のマイクロレンズアレイは、支持基板上に、前記一方向に垂直の方向に配置されており、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように支持されており、
前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、前記被露光基板に既に形成されている下層パターンのトータルピッチを予め測定しておき、露光パターンのピッチをこの下層パターンのトータルピッチに合わせるように行うことを特徴とする。
又は、前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、露光中に下層パターンと露光パターンとの位置ずれをカメラにより確認し、露光パターンをこの下層パターンに合わせるように行うこともできる。
また、前記マイクロレンズアレイは、その傾斜角度が、前記配置方向に関し徐々に大きくなるか、又は小さくなるように構成することができる。
更に、前記マイクロレンズアレイは、前記一方向に２列に配置され、各マイクロレンズアレイは前記支持基板上で千鳥に配置されていることが好ましい。但し、マイクロレンズアレイは、必ずしも千鳥に配置されている必要はない。
更にまた、例えば、前記マイクロレンズは、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影する。
本発明に係る他のマイクロレンズを使用したスキャン露光装置は、露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置とを有し、前記複数個のマイクロレンズアレイは、支持基板上に、前記一方向に垂直の方向に配置されており、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように支持されており、
前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、前記基板の大きさの変動にも拘わらず、マスクパターンの像が前記基板上の所定位置に一致して重ね合わせ露光されるように行うことを特徴とする。
本件発明によれば、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、複数のマイクロレンズアレイの傾斜角度を相互に異ならせることにより、マイクロレンズを透過した正立等倍率の像の倍率を擬似的に容易に変更することができ、重ね合わせ露光における露光位置の寸法精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る露光装置の１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図である。 このマイクロレンズアレイが複数個配列されている状態を示す斜視図である。 マイクロレンズを示す図である。 （ａ）、（ｂ）はその絞りを示す図である。 マイクロレンズアレイの露光領域を示す図である。 マイクロレンズアレイ同士の関係を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図、図２はこのマイクロレンズアレイが複数個配列されている状態を示す斜視図、図３はマイクロレンズを示す図、図４（ａ）、（ｂ）はその絞りを示す図、図５はマイクロレンズアレイの露光領域を示す図、図６はマイクロレンズアレイ同士の関係を示す図である。
ガラス基板等の被露光基板１の上方に、マイクロレンズ２ａが２次元的に配置されて構成されたマイクロレンズアレイ２が配置され、更に、このマイクロレンズアレイ２の上にマスク３が配置され、マスク３の上方に露光光源４が配置されている。マスク３は透明基板３ａの下面にＣｒ膜３ｂからなる遮光膜が形成されていて、露光光はこのＣｒ膜３ｂに形成された孔を透過してマイクロレンズアレイ２により基板上に収束する。本実施形態においては、例えば、マイクロレンズアレイ２及び露光光源４が固定されていて、基板１及びマスク３が同期して矢印５方向に移動することにより、露光光源４からの露光光がマスク３を透過して基板１上を矢印５方向にスキャンされる。この基板１及びマスク３の移動は、適宜の移動装置の駆動源により駆動される。なお、基板１及びマスク３を固定して、マイクロレンズアレイ２及び露光光源４を移動させることとしてもよい。
図２に示すように、マイクロレンズアレイ２は、支持基板６に、スキャン方向５に垂直の方向に例えば４個ずつ２列に配置されており、これらのマイクロレンズアレイ２は、スキャン方向５にみて、前段の４個のマイクロレンズアレイ２の相互間に、後段の４個のマイクロレンズアレイ２のうち３個が夫々配置され、２列のマイクロレンズアレイ２が千鳥に配列されている。これにより、２列のマイクロレンズアレイ２により、基板１におけるスキャン方向５に垂直の方向の露光領域の全域が露光される。
各マイクロレンズアレイ２の各マイクロレンズ２ａは、４枚８レンズ構成であり、４枚のマイクロレンズアレイ２−１，２−２，２−３，２−４が積層された構造を有する。各マイクロレンズアレイ２−１等は２個のレンズから構成されている。これにより、露光光はマイクロレンズアレイ２−２とマイクロレンズアレイ２−３との間で一旦収束し、更にマイクロレンズアレイ２−４の下方の基板上で結像する。そして、マイクロレンズアレイ２−２とマイクロレンズアレイ２−３との間に６角視野絞り１２が配置され、マイクロレンズアレイ２−３とマイクロレンズアレイ２−４との間に開口絞り１１が配置されている。これらの６角視野絞り１２及び開口絞り１１はマイクロレンズ２ａ毎に設けられており、各マイクロレンズ２ａについて基板上の露光領域を６角に整形している。６角視野絞り１２は、例えば、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に６角形状の開口として形成され、開口絞り１１は、図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に円形の開口として形成されている。６角視野絞り１２は例えば図４（ａ）に示す寸法（ｍｍ）を有する。
そして、各マイクロレンズアレイ２において、マイクロレンズ２ａは図５に示すように配置されている。即ち、マイクロレンズ２ａは、スキャン方向５について、順次、若干横方向にずれて配置されている。６角視野絞り１２は、中央の矩形部分１２ａと、そのスキャン方向５に見て両側の三角形部分１２ｂ、１２ｃとに分かれる。そして、図５に示すように、スキャン方向５に関し、１列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃが、２列目の６角視野絞り１２の左側の三角形部分１２ｂと重なり、１列目の６角絞り１２の左側の三角形部分１２ｂが、３列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃと重なるように、これらのマイクロレンズ２ａが配置されている。このようにして、スキャン方向５に関し、３列のマイクロレンズ２ａが１セットとなって配置される。つまり、４列目のマイクロレンズ２ａは、スキャン方向５に垂直の方向に関し、１列目のマイクロレンズ２ａと同一位置に配置される。このとき、６角視野絞り１２の形状寸法が、図４に示す寸法を有する場合は、図５に示すように、６角形の各角部をスキャン方向５に結ぶ線分（破線）は０．０３ｍｍの等間隔となる。そうすると、三角形部分１２ｂの面積と三角形部分１２ｃの面積とを加算すると、中央の矩形部分１２ａの面積と同一になる。このため、基板１が３列のマイクロレンズ２ａのスキャンを受けると、このスキャン方向５に垂直の方向に関し、その全域で均一な光量の露光を受けたことになる。従って、各マイクロレンズアレイ２は、スキャン方向５に関し、３の整数倍の列のマイクロレンズ２ａが配置されている。
そして、図２に示すように、各マイクロレンズアレイ２は、支持基板６に支持されているが、マイクロレンズアレイ２は支持基板６に対し、スキャン方向５に垂直の方向に傾斜することができるように支持されている。
図６に示すように、各列４枚の合計８枚のマイクロレンズアレイ２は、スキャン方向に垂直の方向に対し、任意の傾斜角度で傾斜することができる。このようなマイクロレンズアレイ２の傾斜駆動は、ピエゾ圧電素子により行うことができる。即ち、ピエゾ圧電素子に電圧を印加すると、その印加電圧に応じてピエゾ圧電素子が変形するので、これを利用してマイクロレンズアレイ２の角度を変更させることができる。なお、図６は図２の前段のマイクロレンズアレイ２と後段のマイクロレンズアレイ２とを交互に示したものであり、スキャン方向５について、前段及び後段のマイクロレンズアレイ２を見たものである。従って、図６は図２の半分のマイクロレンズアレイ２を示している。
次に、上述のごとく構成された本実施形態の露光装置の動作について説明する。図１乃至図３に示すように、露光光源４から露光光がマスク３を介してマイクロレンズアレイ２に入射すると、倒立等倍の像が６角視野絞り１２に結像する。そして、この６角視野絞り１２により、各マイクロレンズ２ａを透過する露光光が、図４（ａ）に示す６角形に整形され、図５に示すように、基板１上に正立等倍像として、投影される。
そして、図２に示すように、８枚のマイクロレンズアレイ２により、基板１のスキャン方向５に垂直の方向の全露光領域が均一光量で露光される。そして、基板１及びマスク３を、スキャン方向５に、マイクロレンズアレイ２に対して走査すると、基板１の全面の露光領域が均一光量で露光される。これにより、マスク３に形成されたマスクパターンが基板１上に結像する。
このとき、薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等のガラス基板に、製造過程で寸法の変化が生じた場合に、重ね露光における露光パターンが下層パターンに対してずれてしまう。そこで，図６に示すように、仮に、被露光基板１の大きさが大きくなった場合、マイクロレンズアレイ２を隣接するマイクロレンズアレイ２に対して傾斜させる。そうすると、図６に示す最も右側のマイクロレンズアレイ２は被露光基板１に平行であり、露光光がマイクロレンズアレイ２に垂直に入射するが、その左隣のマイクロレンズアレイ２は、右端のマイクロレンズアレイ２に対して若干（数度の１／１０００程度）傾斜する。そうすると、このマイクロレンズアレイ２を透過した露光光は、基板１に対して垂直方向から若干傾斜した方向に入射する。このようにして、右のマイクロレンズアレイ２に対して左隣のマイクロレンズアレイ２をより大きく傾斜させていくことにより、最も左側のマイクロレンズアレイ２は垂直方向に対し最も大きく傾斜し、露光光は基板１に対して垂直方向から最も大きく傾斜して入射する。
これにより、各マイクロレンズアレイ２から基板１上に投影されたマスク３のマスクパターン（図中、□で示す）は、各マイクロレンズアレイ２についてａの領域に投影される。この場合に、露光光の傾斜角度は各マイクロレンズアレイ２について異なるが、露光領域ａは、傾斜角度自体が極めて小さいものであるから、各マイクロレンズアレイ２について実質的に同寸である。しかし、隣接するマイクロレンズアレイ２間の間隔ｂ１，ｂ２，ｂ３は、各マイクロレンズアレイ２が基板１に水平の場合の間隔に比して、大きい。このため、マスク３を透過したときの露光光の透過領域は、基板１上において広がり、実質的にレンズ倍率が増大した効果が得られる。これにより、各マスクパターンの像を、伸びた基板の所定の露光領域の中央に結像させることができ、基板の寸法の変動がなかった場合と同様に、所定の露光領域の中央に結像させることができる。
ガラス基板１のスキャン方向５に垂直の方向の寸法が１ｍであり、各マイクロレンズアレイ２の寸法が６０ｍｍである場合、基板１の全領域を露光するためには、１７枚のマイクロレンズアレイ２が必要である。このような大きさの基板１において、製造条件（露光装置特性及び温度条件）により、設計値から６μｍ程度、伸びたり、縮んだりする。このため、マイクロレンズアレイ２を順次少しずつ傾斜させていくことにより、各マイクロレンズアレイが水平の場合に比して、各マイクロレンズアレイ２間の間隔を０．３７５（６／１６＝０．３７５）μｍだけ増加させることによって、投影露光の露光領域の倍率を擬似的に上げることができ、基板１の寸法の変動を吸収することができる。このように、隣接するマイクロレンズアレイ２に対して０．３７５μｍだけ間隔を修正すれば良いので、この程度の間隔変更であれば、マイクロレンズアレイ２を傾斜させる角度は極めて小さくて足りる。
このようにして、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、その投影像の倍率を容易に変更することができ、重ね合わせ露光における寸法精度を向上させることができる。
なお、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように、例えば、圧電素子を介して、支持基板に支持されており、このマイクロレンズアレイの傾斜角度は、上記実施形態では、前記配置方向に関し、徐々に大きくなるように設定されたが、このマイクロレンズアレイの傾斜角度は、逆に徐々に小さくなるように設定してもよい。この場合は、被露光基板の大きさが縮小した場合に、マイクロレンズアレイからの露光光の位置を大きさ変動後の基板に合わせることができる。
また、上述のようにして、本発明によれば、重ね合わせ露光において、基板の寸法の変動が生じても、その露光位置を下層の露光パターンに高精度で合わせることができるようになるが、具体的には、予め下層パターンのトータルピッチを測定しておき、露光パターンのピッチをこのトータルピッチに合わせるように、各マイクロレンズの傾斜角度を調整し、パターン投影位置を微調整することとしてもよいし、また、下層パターンのピッチは予め測定せず、露光装置内で、露光中に下層パターンと露光パターンとの位置ずれをカメラにより確認し、その結果に基づいて、各マイクロレンズの傾斜角度の調整をリアルタイムに行ってもよい。なお、トータルピッチとは、スキャン方向５に垂直の方向における両端部のパターン間の距離である。
また、露光光は、パルスレーザ光又は水銀ランプ等の連続光等、種々のものを使用することができる。
１：基板
２：マイクロレンズアレイ
２ａ：マイクロレンズ
２−１〜２−４：（構成）マイクロレンズアレイ
３：マスク
３ａ：透明基板
３ｂ：Ｃｒ膜
４：露光光源
５：スキャン方向
６：支持基板
１１：開口絞り
１２：６角視野絞り
１２ａ：矩形部分
１２ｂ、１２ｃ：三角形部分

Claims (6)

  1. 露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置とを有し、前記複数個のマイクロレンズアレイは、支持基板上に、前記一方向に垂直の方向に配置されており、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように支持されており、
    前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、前記被露光基板に既に形成されている下層パターンのトータルピッチを予め測定しておき、露光パターンのピッチをこの下層パターンのトータルピッチに合わせるように行うことを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  2. 露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置とを有し、前記複数個のマイクロレンズアレイは、支持基板上に、前記一方向に垂直の方向に配置されており、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように支持されており、
    前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、露光中に下層パターンと露光パターンとの位置ずれをカメラにより確認し、露光パターンをこの下層パターンに合わせるように行うことを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  3. 露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが２次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置とを有し、前記複数個のマイクロレンズアレイは、支持基板上に、前記一方向に垂直の方向に配置されており、各マイクロレンズアレイは、前記支持基板に対してその配置方向に関し被露光基板に平行の方向から傾斜することができるように支持されており、
    前記マイクロレンズアレイの傾斜角度の調整は、前記基板の大きさの変動にも拘わらず、マスクパターンの像が前記基板上の所定位置に一致して重ね合わせ露光されるように行うことを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  4. 前記マイクロレンズアレイは、その傾斜角度が、前記配置方向に関し徐々に大きくなるか、又は小さくなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  5. 前記マイクロレンズアレイは、前記一方向に２列に配置され、各マイクロレンズアレイは前記支持基板上で千鳥に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  6. 前記マイクロレンズは、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
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