JPH0621771B2 - 透明電極膜パターンの検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、ガラス基板上に形成された透明電極膜パター
ンを光学的に検出する方法に係り、例えば、液晶表示素
子製造用露光装置において、フォトレジスト、特にポジ
型フオトレジストが塗布された透明電極膜パターンを有
する基板に対して、フォトマスクを位置合わせする際に
使用される透明電極膜のアライメントパターン検出方法
に関する。

＜従来の技術＞ 一般に、液晶表示素子は、透明電極膜パターン上に配線
用パターンなどが積層された多層構造を備えている。こ
れらのパターンは、露光装置によって高精度に位置合わ
せされて、ガラス基板上に順次形成されていく。周知の
ように、パターン露光の際には、基板上に予め形成され
ているアライメントマークと、フォトマスク上のマスク
用アライメントマークとの相対的な位置関係を検出し、
その相対的な位置のずれを修正することによって、積層
されるパターン間の位置合わせを行っている。

しかしながら、液晶表示素子の場合、位置合わせの基準
として透明電極膜パターンをアライメントマークとして
使用しているため、そのアライメントマークを光学的に
検出することが難しい。特に、透明電極膜パターンがポ
ジ型のフォトレジスト膜で覆われた基板は、透明電極膜
パターンと他の部分とのコントラストの差がほとんどな
いため、透明電極膜のアライメントマークを光学的に検
出してパターンの位置合わせを行うことが困難であっ
た。

そのため、従来、透明電極膜パターンを位置合わせの基
準として必要なパターンを基板上に露光・形成するにあ
たって、予め透明電極膜パターンの表面を着色すること
によって、見やすくしてから必要な位置決めを行い、必
要なパターンの焼付後に、透明電極膜パターン上の着色
を除去するという方法が採られている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、透明電極膜パターン表面を着色して、こ
れを光学的に検出する方法は、液晶表示素子の製造工程
が煩雑化するという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するたになされたも
のであって、透明電極膜パターン表面を着色することな
く、ポジ型フォトレジスト膜で覆われた透明電極膜パタ
ーンを光学的に容易に検出することができる透明電極膜
パターンを検出方法を提供することを目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

即ち、本発明に係る透明電極膜パターンの検出方法は、
１μｍの程度以上の膜厚のポジ型フォトレジスト膜で覆
われた、10ないし40ｎｍ程度の膜厚の透明電極膜パター
ンをもつガラス基板の表面に、ほぼ垂直方向から照射し
た光に対する反射光の内、バンド幅が40ｎｍ（40×10^-9
ｍ）以上であり、かつ、その最短波長と前記バンド幅と
の和が550 ｎｍ（550×10^-9ｍ）以下の反射光を受光検
知することによって、透明電極膜パターンを検出するこ
とを特徴としている。

以下、図面を参照して本発明の構成を説明する。

第２図は、フォトレジスト膜で覆われた透明電極膜パタ
ーンをもつ液晶表示素子用基板の断面図である。

同図において、１はガラス基板を示している。通常、ガ
ラス基板１には、ＳｉＯ_２膜が蒸着されていることが多
いが、ＳｉＯ_２とガラスとは、屈折率が近いので、ここ
ではＳｉＯ_２膜を省略して示している。

２は、ガラス基板１上に形成された透明電極膜パターン
を示しており、通常、この透明電極膜の厚みは、10〜数
10ｎｍに設定されている。

３は、ガラス基板１および透明電極膜パターン２を覆う
フォトレジスト膜で、通常、このフォトレジスト膜３の
厚みは、１〜２μｍ程度に設定されている。

次に、上述したような液晶表示素子用基板に、照射光Ｌ
_０を、ガラス基板１表面に対してほぼ垂直方向から照射
したときの反射率について説明する。

(1) 透明電極膜パターン２が形成されていない部分
（以下、フォトレジスト膜部分と称する）での反射率
は、 フォトレジスト膜３の表面（空気との境界面）から
の反射光Ｌ_１と、 フォトレジスト膜３とガラス基板１との境界面から
の反射光Ｌ_２と の干渉光の強度によって決まる。

(2) 透明電極膜パターン２が形成されている部分（以
下、透明電極膜部分と称する）での反射率は、 フォトレジスト膜３の表面（空気との境界面）から
の反射光Ｌ_３と、 透明電極膜パターン２とフォトレジスト膜３との境
界面からの反射光Ｌ_４と、 透明電極膜パターン２とガラス基板１との境界面か
らの反射光Ｌ_５と の干渉光の強度によって決まる。

それぞれの屈折率が一定であるとすれば、前記各反射率
は、透明電極膜パターン２およびフォトレジスト膜３の
厚み、および、観察に用いる光の波長によって決定され
る。

第３図は、フォトレジスト膜部分での分光反射率を示し
ている。ただし、反射率は、ガラス基板の反射率を１と
して示されており、後に説明する第４図〜第６図につい
ても同様である。

第３図より明らかなように、反射光Ｌ_１と反射光Ｌ_２と
の位相が強め合う波長では反射率が高くなり、逆に、位
相が弱め合う波長では反射率が低くなっている。また、
フォトレジスト膜３の膜厚が変わると、同図に示した分
光反射率曲線のピークの位置が左右に移動するととも
に、その周期も変化する。

これに対し、第２図では示されていないが、ガラス基板
１上に透明電極膜パターン２のみがある場合（フォトレ
ジスト膜３がない場合）の分光反射率は、第４図のよう
になる。

第４図より明らかなように、透明電極膜パターン２は、
その膜厚が10〜40ｎｍ程度の薄膜であるから、いわゆる
可視領域において、第３図に示したような分光反射率曲
線のピークが現れず、短波長になるに従って反射率が単
調に増加するだけである。この場合、透明電極膜パター
ン２の厚みの変化は、反射率の増加の割合の変化となっ
て現れる。

透明電極膜パターン２の上にフォトレジスト膜３がある
部分（透明電極膜部分）の分光反射率曲線は、定性的に
は、第３図と第４図との曲線を合わせたもので、第５図
に実線で示したような曲線Ａになる。なお、第５図に示
した鎖線Ｂは、第３図に示したフォトレジスト膜部分の
分光反射率の曲線を参考的に示したものである。

第５図より明らかなように、透明電極膜部分の曲線Ａ
は、フォトレジスト膜部分の曲線Ｂに比較して、短波長
側で反射率の変化が大きく、また、反射率の平均値も大
きくなっている。

曲線Ａと曲線Ｂとが交差しているということは、波長帯
によって、透明電極膜部分の反射率が、フォトレジスト
膜部分の反射率よりも高くなる場合と低くなる場合とが
あることを示している。また、曲線Ａと曲線Ｂとが交差
している波長では、前記両部分における反射率に差がな
く、コントラストがとれないことを示している。

また、各曲線Ａ，Ｂのピーク位置と周期は、フォトレジ
スト膜３および透明電極膜パターン２の各膜厚に応じて
変化し、このような変化は、異なった基板間で生じるば
かりでなく、同一基板内においても、フォトレジスト膜
３や透明電極膜パターン２の膜厚のバラツキによっても
生じる。

ところで、透明電極部分（または、フォトレジスト膜部
分）の分光反射率の平均値（以下、平均反射率と称す
る）は、曲線Ａ（または曲線Ｂ）を、観察に用いる光の
波長帯の間で積分することによって知ることができる。
即ち、曲線Ａ（または曲線Ｂ）と、横軸、および観察に
用いる波長帯の両端とで囲まれた領域の面積が、その波
長帯での平均反射率を示すことになる。このことから、
従来の検出方法にように、広い波長帯、例えば第５図に
示したように、波長帯が400 ｎｍ〜800 ｎｍの可視領域
で基板表面を観察した場合、曲線Ａと曲線Ｂとでは平均
反射率に大きな差がなく、コントラストの差として光学
的に透明電極膜パターン２を検出することが困難である
ことが理解できる。

一方、第５図において斜線領域で示したように、観察に
用いる光の波長帯を短波長側に制限し、適当なバンド幅
に設定した場合、透明電極膜部分の曲線Ａの平均反射率
は、フォトレジスト膜部分の曲線Ｂのそれよりもかなり
高くなっている。このことは、透明電極膜部分が、フォ
トレジスト膜部分よりも明るく観察されることを意味す
る。

以上のことから、観察に用いられる光を短波長側に制限
し、かつ、適当なバンド幅に設定することにより、透明
電極膜パターン２光学的に検出できることがわかる。た
だし、適当なバンド幅を設定する上では、次のような点
が考慮されなければならない。

即ち、観察に用いる光のバンド幅をあまり広く設定する
と、透明電極膜部分とフォトレジスト膜部分との間で平
均反射率の差が小さくなり、コントラストの差が得られ
なくなるので、バンド幅をあまり広く設定することはで
きない。

逆に、バンド幅を狭く設定しすぎると次のような問題点
を生じる。以下、第６図を参照して説明する。

同図に斜線で示したようにバンド幅を相当狭く設定した
場合、基板上のある領域では、例えば、第６図(a)に示
すように、曲線Ａの平均反射率が、曲線Ｂの平均反射率
よりも相当大きくなって、透明電極膜パターン２を明瞭
に観察することができる。しかし、上述したように、同
一基板内においても、透明電極膜パターン２やフォトレ
ジスト膜３の膜厚にバラツキがあるので、曲線Ａや曲線
Ｂのピークあるいは周期が変化する。

例えば、同一基板内の別の領域において、曲線Ａ，Ｂ
が、第６図(b)に示すような曲線Ａ′，Ｂ′に変化した
とする。この場合、第６図(a)と同じ波長帯の光で観察
すると、曲線Ａ′の平均反射率と曲線Ｂ′の平均反射率
との差がほとんどなく、コントラストが低下して透明電
極膜パターン２を光学的に検出することができない。

したがって、観察に用いる光のバンド幅をあまり小さく
設定することもできない。

以上の点を考慮し、本発明者は、透明電極膜パターン２
およびフォトレジスト膜３の各膜厚を変化させ、それぞ
れについて透明電極膜部分での反射をフォトレジスト膜
部分での反射率との比をシミュレーションによって求
め、その結果から、観察に用いる光のバンド幅と最短波
長とを決定した。次表に各シミュレーションの条件を示
す。

第７図〜第１０図は、前記条件Ｉ〜IVによってシミュレ
ーションした結果を示している。なお、各図における、
縦軸は観察に用いる光のバンド幅、横軸は前記光の最短
波長、各図における曲線の数値は透明電極膜部分の平均
反射率と、フォトレジスト膜部分の平均反射との比を、
それぞれ示している。なお、前記平均反射率は、各条件
において、フォトレジスト膜厚が、±10％のバラツキが
あるものとして算出している。

各条件Ｉ〜IVについてのシミュレーションの結果より、
透明電極膜パターン２およびフォトレジスト膜３の各膜
厚が変化しても、充分なコントラストを得るためには、
第７図〜第１０図に示した破線で囲まれた範囲、即ち、
バンド幅が40ｎｍ以上であり、かつ、その最短波長と前
記バンド幅との和が550 ｎｍ以下に設定された光を用い
るのがよいことが確認された。

因みに、観察に用いる光のバンド幅が40ｎｍ以下になる
と、透明電極膜パターン２またはフォトレジスト膜３の
膜厚変化によって、前記平均反射率の比、即ち、透明電
極膜部分とフォトレジスト膜部分とのコントラストの差
が急激に小さくなるおそれがあって好ましくない。ま
た、バンド幅を広く設定すると、これにともない最短波
長を小さく設定する必要がある。仮に、最短波長と前記
バンド幅との和が550 ｎｍ以上になると、前記コントラ
ストの差が小さくなり、透明電極膜パターン２を検出す
ることが困難になる。

＜作用＞ 本発明によれば、バンド幅が40ｎｍ以上であり、かつ、
その最短波長と前記バンド幅との和が550 ｎｍ以下の反
射光を受光検知しているから、透明電極膜パターンやポ
ジ型フォトレジスト膜の膜厚の変化にかかわらず、透明
電極膜パターンが光学的に容易に検出される。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明に係る検出方法を使用した液晶表示素
子製造用露光装置の位置決め用光学系を示した概略図で
ある。

同図において、11はガラス基板、12はガラス基板11上に
形成された透明電極膜のアライメントマーク、13はガラ
ス基板11およびアライメントマーク12上を覆うポジ型フ
ォトレジスト膜をそれぞれ示している。以下、これらを
総称して液晶表示素子基板とする 一方、21は上述した液晶表示素子基板との間に若干の間
隙を設けて配置されたフォトマスクである。フォトマス
ク21の下面には露光される所定のパターンの他に、前記
アライメントマーク12に対応したマスク用アライメント
マーク22ａ，22ｂが形成されている。

露光装置位置決め用光学系30は、例えば可視光を照射す
る光源31、波長選択素子32、アライメントマーク12およ
びマスク用アライメントマーク22ａ，22ｂを同時に観察
できるだけの焦点進深をもった観察光学系33、反射光を
受光検知するテレビカメラなどの撮像手段34などを含
む。

波長選択素子32は、本実施例の特徴部分であって、光源
31からの照射光のうち、バンド幅が40ｎｍ以上であり、
かつ、その最短波長と前記バンド幅との和が550 ｎｍ以
下の範囲内で適宜に設定された波長帯（以下、観察波長
帯と称する）の光を選択して透過される特性をもってい
る。このような波長選択素子32としては、例えば、光学
フィルタまたは光学プリズムなどが用いられる。波長選
択素子32は、位置決め用光学系30の光路中または観察光
学系33の光路中にいずれかに置かれてもよい。

また、異なる選択特性をもつ複数枚の波長選択素子を交
換可能に設けておき、処理対象になっている液晶表示素
子基板に最も適した、即ち、透明電極部分とフォトレジ
スト膜部分とのコントラスト差が最も大きくなる波長選
択素子を適宜に選択して使用するようにしてもよい。

このような波長選択素子32を設けることにより、前記観
察波長帯をもつ反射光が撮像手段34によって受光検知さ
れるので、マスク用アライメントマーク22ａ，22ｂとと
もに、透明電極膜のアライメントマーク12が明瞭に映し
出される。そして、アライメントマーク12とマスク用ア
ライメント22ａ，22ｂとの相対的な位置関係が修正され
ることによって、液晶表示素子用基板とフォトマスク21
との位置合わせが行われる。

なお、上述の実施例では、撮像手段34で受光検知される
反射光の分光分布を観察波長帯に相応させるために、波
長選択素子32を用いたが、そのような波長帯の光を照射
する分光放射率をもった光源を使用すれば、波長選択素
子32を用いる必要はない。

また、撮像手段34として、観察波長帯に相応する分光感
度特性をもったものを使用すれば、波長選択素子32や上
述した分光放射率をもった光源を用いる必要はない。

さらに、光源31の分光放射率、波長選択素子32の選択特
性および撮像手段34の分光感度特性の総合的な分光特性
を、観察波長帯に相応するように設定することによって
も、前述した実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施例では、同軸落射照明形の照明系を例
に採って説明したが、同軸ではない一般的な反射照明を
利用する照明系にも本発明を適用することができる。さ
らに、本発明は、第１図に示したような近接露光を行う
装置に限らず、液晶表示素子基板とフォトマスク21との
間に、レンズ等の投影手段が介在するような装置にも適
用することができる。

＜発明の効果＞ 以上の説明から明らかなように、本発明に係る透明電極
膜パターンの検出方法によれば、１μｍ程度以上の膜厚
のポジ型フォトレジスト膜で覆われた、10ないし40ｎｍ
程度の膜厚の透明電極膜パターンをもつガラス基板表面
に、ほぼ垂直方向から照射した光に対する反射光の内、
透明電極膜部分における平均反射率と、フォトレジスト
膜部分の平均反射率との差が大きくなるような波長帯の
反射光を受光検知しているから、透明電極膜部分とフォ
トレジスト膜部分とのコントラストの差が大きくなり、
フォトレジスト膜で覆われた透明電極間パターンを光学
的に容易に検出することができるとともに、透明電極膜
パターンに着色するなどの煩雑な工程を回避することが
できる。

また、バンド幅が40ｎｍ以上であり、かつ、その最短波
長と前記バンド幅との和が550 ｎｍ以下という範囲の反
射光を受光検知しているので、透明電極膜パターンの膜
厚とポジ型フォトレジスト膜の膜厚とが、各膜厚の範囲
内において変化し、各膜厚の組合わせが変化しても、透
明電極膜部分の平均反射率と、フォトレジスト膜部分の
平均反射率と差は常に大きくなり、各膜厚の変化にかか
わらず常にポジ型フォトレジスト膜が覆われた透明電極
膜パターンを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る検出方法を使用した液晶表示素子
製造用露光装置の位置決め用光学系の一例を示した要部
概略図、第２図〜第１０図は本発明の構成を説明するた
めの図であって、第２図は透明電極膜パターンがフォト
レジスト膜で覆われた基板の断面図、第３図はガラス基
板上にフォトレジスト膜のみがある場合の分光反射率特
性図、第４図はガラス基板上に透明電極膜のみがある場
合の分光反射率特性図、第５図は透明電極膜パターンが
フォトレジスト膜で覆われた場合の分光反射率特性図、
第６図は照明光の波長帯を狭く設定しすぎた場合の分光
反射率の変化を示した説明図、第７図〜第10図は透明電
極膜およびフォトレジスト膜の各膜厚を変化させた各条
件における透明電極膜部分とフォトレジスト膜部分との
平均反射率の比をシミュレーションした特性図である。 １，11……ガラス基板 ２，12……透明電極膜パターン（アライメントマーク） ３，13……フォトレジスト膜 21……フォトマスク 22ａ，22ｂ……マスク用アライメントマーク 30……露光装置の位置決め用光学系 31……光源 32……波長選択素子 33……観察光学系 34……撮像手段 Ｌ_０……照射光 Ｌ_１〜Ｌ_５……反射光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１μｍ程度以上の膜厚のポジ型フォトレジ
   スト膜で覆われた、10ないし40ｎｍ程度の膜厚の透明電
   極膜パターンをもつガラス基板表面に、前記ガラス基板
   表面に対してほぼ垂直方向から光を照射し、その反射光
   を受光検知することによって前記透明電極膜パターンを
   検出する方法であって、 前記受光検知の対象となる反射光は、そのバンド幅が40
   ｎｍ以上であり、かつ、その最短波長と前記バンド幅と
   の和が550 ｎｍ以下であることを特徴とする透明電極膜
   パターンの検出方法。