JP5709495B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液晶表示装置を構成するカラーフィルタ基板を露光するための露光装置に関する。

近年の液晶表示装置の大型化に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタも大型化している。カラーフィルタの製造工程では、フォトリソグラフィ法によって着色層をパターニングするが、大型の露光マスクは非常に高価であるため、カラーフィルタの製造コストが高くなるという問題がある。そこで、カラーフィルタ基板の表示画素領域の大きさより小さなフォトマスクを露光ヘッドに装着した露光機を用い、基板を搬送しながら、露光対象となる基板全面に対して繰り返し露光を行う方式（以下「小型マスク連続露光方式」という）がある。小型マスク連続露光方式では、例えば、基板を搬送しながら、点滅式光源から光を照射することで、基板上にフォトマスクの開口パターンが繰り返し転写される。

小型マスク連続露光では、基板を一方向に搬送しながら露光を行う。従って、基板搬送方向における開口パターンが形成される領域（以下、「開口パターン形成領域」という）の長さを短く設計できる。従って、フォトマスク上に、サイズやピッチの異なる２種類以上の開口パターン形成領域を搬送方向に並べることができる。これによって、カラーフィルタの品種ごとにフォトマスクの領域を変えて露光を行い、フォトマスクを効率的に用い、フォトマスクの枚数を削減している。

また、点滅式光源を用いて、光の点滅に合わせてフォトマスクの開口パターンを搬送中の基板に転写する場合には、光を高周波数で点滅させ、かつ、１回の点灯で高エネルギーの光を照射する必要がある。そのため、光源にはレーザー光が用いられることがある。但し、レーザー光の強度は、光軸中心に近いほど高くなるガウシアン分布となっている。そこで、フライアイレンズを用いて、照射領域におけるレーザー光の照度分布を均一にしている。また、露光時には、光源からの光を有効に用いるために、光源からの光が照射される領域が開口パターン形成領域に対して略相似形となるよう、露光装置の光学系が設計されている。

特開２００６−２９２９５５号公報

図４は、従来の露光装置に用いられるフライアイレンズの正面図であり、図５は、従来のフォトマスクの一例を示す平面図である。尚、以降の図では、基板搬送方向をＹ軸正方向とする。

フライアイレンズ１０６は、行列状に並べられた複数の単レンズ１６１からなる。フライアイレンズ１０６に入射されるレーザー光は、中心に近づくほど光の強度が高くなる同心円の強度分布を有する。そして、各々の単レンズ１６１から出射される光は、互いに重ね合わされ、フォトマスク１０３上の開口パターンに照射される。各単レンズ１６１からの出射光が照射されるフォトマスク１３０上の領域を照射領域１４０という。

図５に示すフォトマスク１０３には、一例として、Ｘ軸方向の長さ（以下、「幅」という）が２１５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さ（以下、「縦の長さ」という）が６０ｍｍに設計された開口パターン形成領域１３２ａ及び１３２ｂが設けられている。このように、開口パターン形成領域の縦の長さを幅より小さくすることで、フォトマスク１０３上に、２種類の開口パターン形成領域１３２ａ及び１３２ｂをＹ軸方向に並べている。ここで、上述したように、照射領域１４０は、開口パターン形成領域１３２ａ及び１３２ｂと略相似形に設計される。従って、図４に示すように、照射領域１４０に光を出射する各単レンズ１６１は、幅が縦の長さの３倍となるように設計されている。そのため、正方形のフライアイレンズ１０６に対する単レンズの分割数は４×１２となり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで単レンズ１６１の数が異なる。この場合、以下に述べるような問題がある。

図６は、照射領域と照度分布との関係を示すグラフ図であり、より詳細には、フォトマスクの開口パターンを通過した光の照度が基板上でどのような局所的分布を示すかをシミュレーションした結果を示す。尚、照度分布は、Ｘ軸方向（実線で示す）及びＹ軸方向（破線で示す）の各々の結果を示している。また、シミュレーション条件として、開口パターンの形状を、対向する１辺の間隔が３０μｍである正八角形に設定し、基板とフォトマスクとの間隔を２００μｍに設定し、光のコリメーション半角を±１．８度に設定した。尚、フライアイレンズ１０６から出射された光は、光の照射領域全体では、照度分布が均一であるが、局所的には、照度が変化している。

照射光のコリメーション角の影響により、開口パターンを通過した照射領域の幅及び縦の長さ（約０．０４４ｍｍ）は、開口パターンの対向する一対の辺の間隔（０．０３ｍｍ）に比べて大きくなっている。そして、光の照度は、照射領域の中央部分では略均一であるが、両側の端部では、各々、外側に向かって減衰する。ここで、Ｙ軸方向の照度分布の減衰は滑らかであるのに対して、Ｘ軸方向の照度分布は階段状に減衰する。これは、Ｘ軸方向に並ぶ単レンズの数が少なくなるにつれて、Ｘ軸方向に隣接する単レンズからの出射光の照射領域同士の位置ズレが大きくなり、照度の減衰の連続性が失われることに起因する。

開口パターンを透過した光が図６のように階段状の照度分布を示す場合、フォトマスクの開口パターンの形状が基板上のレジストに相似形で転写されないという問題がある。具体的に説明すると、レジストは、所定の光照射量（レジスト感度）以上の光が照射された場合に、現像時に溶解することなく、露光パターンを形成することができる。例えば、図５の１点鎖線で示すラインが、レジスト感度が得られる照度である場合は、１点鎖線と照度分布線とが交差する箇所の照射領域の位置が露光パターンの端縁となる。従って、現像後に形成される露光パターンは、幅と、縦の長さとにズレ１０８ａが生じる（幅＞縦の長さ）。一方、２点差線で示すラインがレジスト感度が得られる照度である場合は、露光パターンの幅と縦の長さとにズレ１０８ｂが生じる（縦の長さ＞幅）。このように、Ｘ軸方向とＹ軸方向との照度分布の減衰の仕方の違いに起因して、フォトマスクの開口パターンの幅と縦の長さとの比率と、露光パターンの幅と縦の長さとの比率とが変わってしまう。

それ故に、本発明では、小型マスク連続露光において、フォトマスク上の画素形成用パターンを透過した光の照度分布が、基板の搬送方向と、搬送方向に直交する方向とで略同じとなる露光を実現できる露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板を搬送方向に搬送しながら、前記基板上に繰り返し露光を行う露光装置に関する。露光装置は、光源と、光源と基板との間に配置されるフォトマスクと、光源から出射された光の照度分布を一様にしてフォトマスク上に照射するフライアイレンズとを備える。フライアイレンズは、矩形状の単レンズが行列方向にマトリクス状に配列されたものである。フォトマスク上には、単レンズからの出射光が照射される照射領域が形成され、搬送方向に直交する方向における照射領域の長さが、搬送方向における照射領域の長さの１〜１．５倍であり、フライアイレンズの縦方向の単レンズの数と、横方向の単レンズの数との比率が、１〜１．５倍である。

本発明によると、小型マスク連続露光において、フォトマスクの画素形成用パターンを透過した光の局所的な照度分布を、基板の搬送方向と、搬送方向に直交する方向とで略同じにすることができるので、フォトマスクの画素形成用パターンの形状を歪ませることなくレジストに転写できる。

本発明の実施形態に係る露光装置の平面図 図１に示す露光装置の側面図 フライアイレンズの平面図 従来のフライアイレンズの平面図 従来のフォトマスクの一例を示す平面図 照射領域と照度分布との関係を示すグラフ図

（実施形態）
図１は、本実施形態の露光装置の平面図であり、図２は、図１に示す露光装置の側面図である。尚、以下の図においては、基板の搬送方向をＹ軸正方向とする。

本実施形態に係る露光装置１は、基板７を搬送しながら、基板７上の複数の露光領域（右上がりハッチング部）にドット状の着色パターンを繰り返し露光する。露光装置１は、搬送装置２と、フォトマスク３と、光源４と、ビームエキスパンダ５と、フライアイレンズ６とを備える。

搬送装置２は、基板７をＹ軸正方向に一定速度で搬送する。また、基板７には、フォトリソグラフィ法等によって、遮光層として機能するブラックマトリックスが予め形成されている。ブラックマトリクスで区画された画素領域の外側には、周辺ダミーパターン及びアライメントマークが形成されている。更に、基板７の表面には、着色パターンを形成するためのレジストが塗布されている。

フォトマスク３は、光源４と基板７との間に配置されている。また、図１に示すように、フォトマスク３は、Ｘ軸方向に６枚ずつ、２行に配置されている。一方の行に配置されるフォトマスク３の間を、他の列に配置されるフォトマスク３が補完している。更に、フォトマスク３の各々には、着色パターンを露光するための複数の開口パターン３１が開口パターン形成領域３２（右上がりハッチングで示す矩形状の領域）に形成されている。尚、図１の各フォトマスク３において、Ｙ軸方向に一つの開口パターン３１のみ示しているが、開口パターン３１は、Ｙ軸方向に並ぶ複数のドット状の開口により形成される場合もある。

光源４には、所定の間隔で点滅するレーザー光（例えば、ＹＡＧレーザー）が用いられる。尚、光源４から照射される光の強度はガウシアン分布に従い、光軸中心に近づくほど光の強度が高くなる。光源４から出射された光は、ビームエキスパンダ５で光径が拡大され、フライアイレンズ６（フライアイレンズ６の詳細については後述する）に入射する。フライアイレンズ６で照度分布が均一にされた光は、フォトマスク３に入射する。フォトマスク３に入射した光は、開口パターン形成領域３２に設けられた開口パターン３１を通過し、基板７上の露光領域４１に照射される。

次に、図３を用いて、フライアイレンズ６の詳細について説明する。

フライアイレンズ６は、略正方形であり、８×１２の行列状に並べた複数の単レンズ６１からなる。単レンズ６１のＸ軸方向の長さ（以下、「幅」という）は、Ｙ軸方向の長さ（以下、「縦の長さ」という）の１〜１．５倍である。

フライアイレンズ６が正方形であれば、単レンズ６１の形状を正方形に近づけることで、Ｘ軸方向の単レンズ６１の数を増やすことができる。これによって、開口パターンを通過した光のＸ軸方向の照度分布の減衰の仕方は、図６のシミュレーション結果（実線）と比べてよりなだらかになる。

尚、図１に示すフォトマスク３の幅が予め決まっており、照射領域４０の幅は一定値に維持する必要があるので、単レンズ６１の幅が、縦の長さの１倍未満になると、照射領域４０の縦の長さが大きくなってしまい、好ましくない。この場合、照射領域４０の面積が増大し、露光に要求される光の照射強度が得られない虞がある。逆に、単レンズ６１の幅が縦の長さの１．５倍を超えると、Ｘ軸方向における単レンズの数が減少するので、図６に示したシミュレーション結果と同様に、フォトマスク３を透過した光の照度分布が顕著な階段状となる。この場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向の照度分布との差が大きくなるため、開口パターンのエッジによって規定される着色層の外周縁の位置がずれ、フォトマスク３の開口パターンが歪んで転写されてしまう。

また、照射領域４０に出射される光を有効に用いるために、フォトマスク３上の開口パターン形成領域３２は、照射領域４０と略相似形となるように設計される。一例として、基板７上に照射される領域４１のＸ軸方向の長さが２１５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが１５０ｍｍとなるように、フォトマスク開口パターン形成領域３２の大きさが設計される。本実施形態では、フォトマスク上に複数の開口パターン形成領域を設ける代わりに、縦の長さを大きくした開口パターン形成領域を一つ設けることで、開口パターンを透過した局所的な光の照度分布を均一にすることができるという利点を有する。

以上に述べた露光装置１を用いて、基板７をＹ軸正方向に一定速度で搬送しながら、光源４を点滅させ、フォトマスク３の開口パターン３１をＹ軸方向に繰り返し転写し、基板７上にドット状の着色パターンを形成する。上述したように、露光装置１においては、開口パターンを通過して基板上に照射される光のＸ軸方向の照度分布とＹ軸方向の照度分布とが略同じである。従って、開口パターン３１と相似形となるように着色パターンを形成することができる。

尚、本実施形態に係る露光装置では、点滅式光源を用いて、ドット形状の着色パターンを形成しているが、光源の種類は特に限定されない。例えば、常灯式光源を用いて、フォトマスクのストライプ状の開口パターンを、Ｙ軸方向に連続して転写することで、ストライプ状の着色パターンを形成しても良い。

また、本実施形態に係る露光装置では、光源、ビームエキスパンダ、及びフライアイレンズを基板に対して垂直な方向に並べて配置しているが、これらの配置は、特に限定されない。例えば、光軸上に設けた複数のミラーやプリズムによって、光を任意の角度で複数回反射させ、当該反射させた光の光軸に対して適切な向きにビームエキスパンダ、フライアイレンズを夫々配置しても良い。

また、本実施形態に係る露光装置では、フライアイレンズから出射した光は直接フォトマスク上に照射されるが、特にこのような光学系を備えることに限定されない。例えば、フライアイレンズとフォトマスクとの間に、更にレンズ等を設けた光学系を用いても良い。

本発明は、例えば、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板を露光するための露光装置に用いることができる。

１ 露光装置
２ 搬送装置
３ フォトマスク
３１ 開口パターン
３２ 開口パターン形成領域
４ 光源
４０ 照射領域
４１ 露光領域
５ ビームエキスパンダ
６ フライアイレンズ
６１ 単レンズ
７ 基板

Claims (1)

1. 基板を搬送方向に搬送しながら、前記基板上に繰り返し露光を行う露光装置であって、
   光源と、
   前記光源と前記基板との間に配置されるフォトマスクと、
   前記光源から出射された光の照度分布を一様にして前記フォトマスク上に照射するフライアイレンズとを備え、
   前記フライアイレンズは、矩形状の単レンズが行列方向にマトリクス状に配列されたものであり、
   前記フォトマスク上には、前記単レンズからの出射光が照射される照射領域が形成され、前記搬送方向に直交する方向における前記照射領域の長さが、前記搬送方向における前記照射領域の長さの１〜１．５倍であり、
   前記フライアイレンズの縦方向の単レンズの数と、横方向の単レンズの数との比率が、１〜１．５倍である、露光装置。

Images