JPH0274022A - 露光装置およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はパターン形成方法並びにパターン形成装置に関
するものであり、とりわけ大面積基板を対象とした新し
い原理の提案である。

従来の技術 周知のごとく写真食刻技術は、転写したいパターンを仔
するホトマスクと紫外線光源および感光性樹脂を用いる
ことによってなされ、微細加工技術にと一つでは不可欠
な要素技術である。その主たる利用分野は半導体素子製
作工程とプリント基板製作工程である。前者においては
、近年ではμｍもしくはそれ以下の解像力が必要となり
、露光エリアは年々拡大されつつあるが高々８インチ程
度である。従って露光方式も歴史的にみて密着露光、投
影露光、さらには縮小投影露光と、解像力の向上に技術
開発のウェートがおかれてきた。一方後者においては、
それほどの解像力が要求されることは少なく高々数１０
μｍで十分であり、むしろ生産性向上の観点から露光エ
リアの拡大を望む動向の方が主流であった。現時点にお
いてはすでに８０ｃｍ角の露光エリアの実用機が稼働し
ている。

このような状況の下で両者の特長を併せ持つ、すなわち
大面積基板上にμｍオーダの解像力を必要とする工業製
品が誕生した。それは液晶を表示材料とするデイスプレ
ィ素子及び画像表示装置である。これらのデバイスの多
くはマトリクス編成によるドツト表示がなされており、
ドツトが小さければ小さいほど表示画像の解像力が向上
して高品質の画質となるからである。液晶画像表示装置
は自己発光せず裏面光源を必要とするものの、ＣＲＴと
比べると圧倒的に奥行が短く、フラットデイスプレィと
してその将来性を期待されている。

液晶材料および実装技術の進歩に伴い、初めには２イン
チ程度であった液晶画像表示装置がすでに１２インチの
製品として実用に供されている現状である。カラー化は
液晶パネルを構成する２枚の基板の一方に着色された有
機薄膜を内蔵させることによって容易に達成され、ドツ
ト（絵素）毎にスイッチング素子を内蔵させた、いわゆ
るアクティブ型のものではクロストークも少なくがっ高
いコントラスト比が保証されてＣＲＴに匹敵する＋レヒ
シ、ン画像も得られている。

スイッチング素子の性能は材質の物理的性質と加工精度
によって決定され、信号線や走査線などの表示に寄与し
ない部位も主として加工精度で決まり、明るい画像を得
るためには、すなわち開口率を高くとるためには微細加
工に高い精度が必要である。後述するように数μｍ以下
の解像力を宵する露光機は６インチ以上の大きさの基板
に対しては一括露光方式では種々の問題を抱え、大型ス
テッパが生産用製造機器として実用に供されてから数年
も経過していない。

第５図に大型ステッパの一例としてキャノン社製のＭＰ
Ａ−１５００の模式図を示す。この露光機はすでに実績
と定評のある投影露光システム１をステッパ化して露光
エリアの拡大を実現したものであり、有効露光エリア６
インチ角を４分割したホトマスク群２を用い、基板ステ
ージ３をステップ送りして基板４上に４回焼き付けるこ
とにより露光エリアを１２インチ角としている。精密な
ステップ送りを実現するための計測系にレーザ干渉測長
計５と光学スコアミラー６とが用いられている。もちろ
ん−枚のホトマスクを４回焼き付ける多面付も可能であ
る。

発明が解決しようとする課題 大型ステッパとしてはミラー投影方式の他にレンズ投影
方式もあり、また基板ステージをもう少し大きくして露
光エリアを１８インチとした露光機（大日本スクリーン
社販売、ＰＳＧ−４５００）も昭和６４年初頭には出荷
される予定であるが、いずれにせよ大型ステッパには２
−３μｍの解像力を有するとは言え、　（１）一つのマ
スクレベルの焼き付けにさいして複数のレチクルマスク
か、露光機にマスクブラインド機構を必要とする、　（
２）ステップ送りの接ぎ目を回避することが困難である
、　（３）焦点深度が２０−３０μｍと浅く、基板の反
りやうねりに対して厳しい制約がある、（４）露光エリ
アをさらに大きくしようとすると、光学系やステージ送
り機構が更に複雑となったり重量が増して、解像力やス
ルーブツトの低下を招き量産に耐える生産機器となり得
なくなる、といった問題点を有している。

一方、密着方式、ソフトコンタクト方式、そしてプロキ
シミティ方式などの一括露光方式では現状のフインチ角
以上の露光に対しては、まず使用されるホトマスクがシ
ャッタとアパチャとを用いたパターンジェネレータで製
作されるためにＥＢ描画で得られるフインチ以下のホト
マスクと比べてパターン精度が低く１０μｍ程度のもの
しか得られない。つぎに基板が大きくなればなるほど基
板の反りやうねりの影響が避けがたく、ホトマスクと基
板との接触または接近が均一にならず基板内のパターン
精度のばらつきを容認できない。さらには基板とホトマ
スクとの間に侵入するダストや異物によるパターン異常
や転写、加えてホトマスクの損傷といったトラブルが頻
発し、ホトマスクと基板を数１０μｍ程離さざるを得す
、実用的な解像力は数１０μｍ以上になってしまうとい
う問題点を抱えている。

課題を解決するための手段 本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、レーザ光を
高速でＯＮ／ＯＦＦ制御しつつ基板上に走査しながら照
射することによって露光エリアの制約を大幅に緩和する
とともに、レーザ光の波長に応じて感光性媒体として紫
外線感光性樹脂もしくは写真銀塩を用いてそれらを基板
上に選択的に形成するものである。具体的な構成要素と
しては、高速制御を可能ならしめるためにレーザ光源と
して半導体レーザを用い、ＯＮ／ＯＦＦ制御は半導体レ
ーザの通電制御による発光の制御で行なう。

基板上への照射は、主走査には回転ポリゴンミラーを用
い、副走査にはステッピングミラーを用いるか、あるい
はレーザ光源と回転ポリゴンミラーより成る光学系を基
板に対して平行移動させることにより全面走査が実施さ
れる。可視光のレーザ光はＳＨＧ（第２高調波発生）素
子を通過させることにより容易に紫外光のレーザ光に変
換される。

作用 本発明による露光機は、基板上に照射されるパターン形
成のための光線がビーム状で、しかも簡単な光学系と機
構系による走査がビームのＯＮ／ＯＦＦ制御と同期して
なさするので、基板の大型化への対応がきわめて容易で
あるのみならず、ホトマスクが不要となっている。

また、本発明によるパターン形成方法はビームの波長に
よって異なる。高速のＯＮ／ＯＦＦ制御が容易な半導体
レーザの多くは現時点では赤外から可視域の発振しかで
きない。そこで従来の紫外線対応の感光性樹脂に対して
は、ＳＨＧ素子による波長の半減化を行なってビームの
波長を紫外線領域に変換した後に照射すれば、基板上に
被着された薄膜の食刻マスクとして従来通りの感光性樹
脂が使える。つぎに可視域のビームを用いる場合には写
真銀塩を導入し、いったん写真銀塩上に黒化された食刻
パターンを形成した後に、写真銀塩下に予め被着してお
いた有機薄膜に前記食刻パターンを転写し、当該の有機
薄膜パターンを食刻マスクとしている。従って有機薄膜
に感光性樹脂を用いれば、紫外線の全面照射によって転
写は容易になされる。

実施例 第１図と第２図は本発明による露光装置の概略図を示す
。第１図において、　　１１は可視領域で発光する半導
体レーザ、１２は同半導体レーザの発光をＯＮ／ＯＦＦ
制御する電源であり、１３は複数枚のレンズと必要によ
ってはスリットを含む光学ユニットで、ｆθレンズ１４
とともにレーザ光の絞り機構を形成し、１５は回転ポリ
ゴンミラーである。そして１６は写真銀塩を塗布された
基板１７を掲載するステージである。

半導体レーザエ１より発射せられた可視光のレーザ光１
８は光学ユニッ）１３を通過し、回転ポリゴンミラー１
５で進行方向を変え、ｆθレンズ１４を通過した後、基
板１７上を直線状に照射する（主走査）。従って、半導
体レーザ１１、絞り機構１３．１４および回転ポリゴン
ミラー１５より成る光学系１９を基板１７と平行（２０
）に移動させることにより（副走査）、ｆθレンズ１４
を通過後のレーザビーム２１は基板１７の全面を照射す
る事が出来る。そこで、電源１２、回転ポリゴンミラー
１５及び光学系１９の移動機構２０に制御信号発生回路
２２より同期信号２３．２４．２５を送って基板１７上
にレーザビーム２１を選択的に照射する事によって所望
のマスクパターンを基板１７上の銀塩層に転写出来るの
である。

第２図の露光装置では、半導体レーザ１１と光学ユニッ
ト１３との間にＳＨＧ素子２６を介在させて可視光のレ
ーザ光１８を紫外レーザ光２７に変換した後、ポリゴン
ミラー１５とステッピングミラー２８によって基板１７
上に照射せしめている。回転ポリゴンミラーは主走査を
担い、ステップ的に停止を繰り返すステッピングミラー
が副走査を担う。ＳＨＧ素子は結晶体の非線形効果を利
用して入射光の高調波、とりわけ２倍の周波数の出射光
を効率よく取り出すことの出来るごく最近開発されたば
かりの光学素子で、サンプル品としては松下電器産業（
株）製のＩＭＳＯ−８００１−１が入手可能である。制
御信号発生回路２２から半導体レーザ１１の電源１２に
は０Ｎ１０ｒ”Ｆ制御信号２３と、回転ポリゴンミラー
１５の駆動源に回転制御信号２４と、そしてステッピン
グミラー２８の駆動源にも回転制御信号２５が同期して
供給され、紫外レーザ光２９の選択的照射が基板１７に
与えられる。基板１７上には紫外線に感応する感光性樹
脂が塗布されていればよい。

本発明の必須要件は、レーザ光源と、レーザ光を高速（
μｓｅｃ以下）で ＯＮ／ＯＦＦ制御する機構と、レーザ光を絞る機構と、
レーザ光を走査する機構と、選択的照射を可能ならしめ
るためのこれら機構系の制御にあり、第１図と第２図に
示した実施例の他にも露光装置を構成出来ることは明か
であろう。また近い将来には半導体レーザ以外にも高速
でＯＮ／ＯＦＦ制御できるレーザが開発される事は間違
いないと思われる。

第３図は本発明によるパターン形成の一実施例を示す。

まず第３図（ａ）に示したように基板１７の一生面上に
被着された薄膜層３０上に紫外線感光性樹脂３１、例え
ばシュプレー社製、ＭＰ−１４００を１μｍ程度の膜厚
で塗布し、溶媒を飛散させるための加熱処理を施した後
、写真銀塩３２としてハロゲン化銀を含むゼラチン膜を
２−３μｍ程度の膜厚で塗布し、先述した露光装置によ
り可視光のレーザビーム２１を選択的に照射する。

すると写真銀塩層３２は現像、定着処理後には、第３図
（ｂ）に示したようにレーザビーム２１の照射された部
分にのみ銀粒子が析出して黒化（３３）す石。

そこで、第３図（Ｃ）に示したように黒化部分３３をマ
スクとして基板１７上方から一様に紫外線３４を照射し
て感光性樹脂３１に紫外線の選択的照射を与えた後、銀
塩層３２を例えば６０度前後の温水で除去し、さらに感
光性樹脂３１の現像、リンスを、例えばシュブレー社製
、現像液ＭＦ−３１５および純水を用いて行えば第３図
（ｄ）に示したように銀塩膜３２の黒化部分３３に対応
して感光性樹脂が薄膜層３０上に選択的に形成される（
３５）。この後は、従来通り密着性を強化するための加
熱処理あるいはＵＶ（紫外線）照射処理を経て感光性樹
脂３５をマスクとして薄膜層３０を食刻し、感光性樹脂
３５を除去すれば薄膜層３０の選択的形成が終了する。

第４図（ａ）（ｂ）は本発明によるパターン形成の他の
実施例を示す。この場合には、ＳＨＧ素子を通過して紫
外線領域に波長変換されたレーザ光２９の選択的かつ走
査的な照射以外は、基板１７、薄膜層３０、そして感光
性樹脂の塗布、現像および薄膜層３０の選択的食刻、感
光性樹脂の除去と、全ての関係と処理が一般的な紫外線
露光との場合と同一になることは説明を要しない。

解像力を左右する照射レーザビームのスポットサイズと
パワー密度を満たすように光学的設計がなされることは
言うまでもなく、レーザ光源から放射されるレーザ光の
出射角、パワー密度、絞り機構におけるレンズ系の構成
、レーザ光の光路長、レーザ光の走査速度等いずれの要
素もお互いに深く関連し合あっている。

精密な位置合わせ機構については図示はしなかったが、
基板上にアライメントマークを形成し、それを測定用レ
ーザ光線による観測または顕微鏡と画像処理によって認
識する一般的な方法で十分であり、測定用レーザ光線と
照射用レーザビームとの関係はその中心が一致するよう
な光学路の設計、または照射用レーザビームの波長移動
による感光性媒体の露光防止で測定用レーザ光を兼ねさ
せるのが合理的である。

発明の効果 以上述べたように本発明においては、従来の写真食刻の
ようにホトマスクと−様な面光源または線光源を用いた
一括露光あるいは走査露光によるマスクパターンの転写
方式ではな（、レーザビームスポットの全面走査による
パターン描画方式によるパターン形成がなされている。

従ってホトマスクに起因するトラブル、例えばマスクに
付着した異物、ダストによるパターン異常、大型ステッ
パにおける継目の発生等が皆無となることは言うまでも
ないだろう。解像力を上げようとするとレーザビームス
ポットが小さくなり、露光時間が長くなる本質的な欠点
は避けられないが、マスクパターンのような面情報を転
写しないので光学系に於ける収差や歪が殆ど問題となら
ず、光学系が極めて簡単な構成で済むという特徴を有し
ている。

このため機構系も軽量化が可能で基板の大型化に対して
対処し易く、また焦点深度も大きいため基板の反りやう
ねりに対しても制約が緩いなどの優れた効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例の露光装置の構成図
、第３図と第４図は本発明によるパターン形成方法にお
ける基板の工程途中の断面状況を示す図、第５図は従来
のミラー投影をステッパー化した大型露光装置の模式図
を示す。 １・・投影露光系、２・・ホトマスク群、３．（１６）
・・基板ステージ、４．（１７）・・基板、１１・・半
導体レーザ、１２・・レーザの電源、１３・・光学ユニ
ット、１４・・ｆθレンズ、１５・・回転ポリゴンミラ
ー　１８・・出射レーザ光、１９・・光学系、２０・・
移動機構、２１・・走査レーザビーム、２２・・制御信
号発生回路、２３．２４．２５・・同期信号、２６・・
ＳＨＧ素子、２７・・紫外レーザ光、２８・・ステッピ
ングミラー　３０・・薄膜層、３１・・紫外線感光性樹
脂、３２・・写真銀塩層、３３・・銀粒子析出部、３４
・・紫外線。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ｉ！！１図 第 図 第 図 （Ｃ） 第 図 第 図 （ＣＬ） （αン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源と、レーザ光をＯＮ／ＯＦＦする機構
   と、前記レーザ光を絞る機構と、前記レーザ光を走査す
   る機構と、銀塩膜を塗布された基板を掲載する支持台と
   、パターンデータに基づいて前記レーザ光を前記基板上
   に照射するための機構と、位置合わせ機構を有すること
   を特徴とする露光装置。
2. （２）レーザ光源と、レーザ光をＯＮ／ＯＦＦする機構
   と、ＳＨＧ（第２高調波発生）素子と、前記ＳＨＧ素子
   素子より放射される第２高調波のレーザ光を絞る機構と
   、前記レーザ光を走査する機構と、感光性樹脂を塗布さ
   れた基板を掲載する支持台と、パターンデータに基づい
   て前記レーザ光を前記基板上に照射するための機構と、
   位置合わせ機構とを有することを特徴とする露光装置。
3. （３）レーザ光源が半導体レーザで、ＯＮ／ＯＦＦ制御
   が前記半導体レーザの通電制御であることを特徴とする
   請求項１または２記載の露光装置。
4. （４）基板上に有機薄膜を塗布する工程と、前記基板を
   加熱する工程と、前記有機薄膜上に銀塩膜を塗布する工
   程と、前記銀塩膜にレーザ光による選択的照射を行なう
   工程と、前記銀塩膜の現像、定着によって銀塩膜を選択
   的に黒化する工程と、前記選択的に黒化された銀塩膜を
   マスクとして前記有機薄膜を選択的に除去する工程と、
   前記銀塩膜を除去する工程とからなるパターン形成方法
   。
5. （５）基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、前記基板
   を加熱する工程と、前記感光性樹脂上に銀塩膜を塗布す
   る工程と、前記銀塩膜上にレーザ光による選択的照射を
   行なう工程と、前記銀塩膜の現像、定着によって銀塩膜
   を選択的に黒化する工程と、前記基板上方から紫外線を
   照射し選択的に黒化された銀塩膜をマスクとして前記感
   光性樹脂を選択的に露光する工程と、前記銀塩膜を除去
   する工程と、現像、リンスによって前記感光性樹脂を選
   択的に除去する工程とからなる請求項４に記載のパター
   ン形成方法。
6. （６）銀塩膜の除去に温水を用いることを特徴とする請
   求項４または５に記載のパターン形成方法。
7. （７）基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、前記基板
   を加熱する工程と、半導体レーザからの出力光をＳＨＧ
   素子を通過させて得られるレーザ光を前記感光性樹脂に
   選択的に照射する工程と、現像、リンスによって前記感
   光性樹脂を選択的に残す工程とからなるパターン形成方
   法。