JPH08257770A

JPH08257770A - アブレーション現像方法およびその装置

Info

Publication number: JPH08257770A
Application number: JP6081295A
Authority: JP
Inventors: Kenkichi Suzuki; 堅吉鈴木; Masaaki Matsuda; 正昭松田; Toshio Ogino; 利男荻野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】エキシマレーザーによる光学系のダメージを回
避して大面積パターニングを行う。【構成】エキシマレーザー１の光ビームを小面積の多数
の光ビームに分割して前記各光ビームをそれぞれ集光
し、各集光点を照明光源として露光マスク７の面を均一
に照射し、結像レンズ８の入射瞳９に前記照明光源の像
を形成して露光マスク７の開孔パターンを結像レンズ８
の結像面に置かれた加工物の限定領域に対して一対一に
結像すると共に、限定領域を加工物の全域に走査させる
ことにより、加工物の全域にアブレーション現象による
前記露光マスクの開孔パターンに対応したパターンを現
像形成するアブレーション現像を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外光パルスレーザー
等の高エネルギー線による高精度のアブレーション加工
法を用いたアブレーション現像方法およびその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】微細パターンの形成、例えば高密度集積
回路（ＬＳＩ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の加工に
おける高精度レジストパターンの形成のための露光機と
して、従来から高圧水銀灯を光源としたものが主流とな
っている。

【０００３】一方、回路基板への孔開けやインクジェッ
トプリンター用の微小ノズルの加工等に紫外光パルスレ
ーザー（以下、エキシマレーザーとも言う）のアブレー
ション現象を利用したものも知られている。

【０００４】特に、ＴＦＴ等のカラー液晶表示パネルを
構成するカラーフィルタ基板を製造するために、透明基
板に光吸収膜（ＭＢ、所謂ブラックマトリクス）や３色
のカラーフィルタを形成する際のレジスト薄膜のパター
ンニングには、上記した露光機によるマスク露光と湿式
現像法を用いた所謂フォトリソグラフィー技術が用いら
れている。

【０００５】このような湿式現像法は工程数が多く、ま
た現像液、洗浄用の水等を多量に必要とされるために、
コスト高、かつ環境への影響が大きいという問題があ
る。

【０００６】このような湿式現像法の問題を解消する方
法の１つとして、前記したエキシマレーザーのアブレー
ション現象を利用することが考えられる。しかし、カラ
ーフィルタ基板の形成の如き高精細度のパターン加工に
エキシマレーザーのアブレーション現象を適用しようと
しても、次のような問題があって、実用化が困難であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】薄膜トランジスタ型液
晶表示パネル（ＴＦＴ−ＬＣＤ）レベルの精度をもつ薄
膜のパターン加工にエキシマレーザーのアブレーション
現象を適用しようとすると、装置構成、精度、加工面
積、加工時間等、種々の点において多くの問題を生じ
る。

【０００８】すなわち、回路基板に孔開け等を行う加工
では、その加工パターンは高々３０μｍφ程度の円形
で、各々の中心間位置精度は±２μｍ程度が要求される
が、円形の形状精度は±５〜１０μｍ程度は許容され
る。また、回路基板の絶縁層の厚みは２０〜５０μｍで
あり、従来のエキシマレーザーのアブレーションを利用
する加工はＬＳＩレベルの精度の加工とは異なる加工領
域の範疇に属する技術である。

【０００９】さらに、上記従来のエキシマレーザーのア
ブレーション現象を利用する加工は、加工対象である回
路基板の全体構成に対する加工箇所の面積あるいは体積
の比率は非常に小さいため、露光光量の利用率を如何に
向上させるかが重要な事項であり、加工対象の形状や厚
さに応じて独特な照明光学系が採用され、かつ結像は通
常、縮小タイプが多い。

【００１０】一方、ＴＦＴ−ＬＣＤパネルは大面積に亘
って微細な繰り返しパターンを形成する必要があるた
め、上記したようなエキシマレーザーのアブレーション
現象を利用する加工法をそのまま適用することはできな
い。

【００１１】また、露光機の露光光源として単にエキシ
マレーザーを用いようとした場合、使用するエキシマレ
ーザーの光エネルギー密度が低いため、高圧水銀灯を用
いた従来の露光機の光学系の大幅な変更は必要ない。し
かし、アブレーション現象を利用しようとすると、ＬＳ
Ｉ等のレジスト露光に比べて格段に高いエネルギー密度
が必要なため、精度の点では既存の露光機の基本的思想
を利用することはできるが、光学部品のダメージ対策を
考慮した光学系が必要となる。

【００１２】すなわち、ＴＦＴレベルの精度を必要とす
るアブレーション加工技術は、加工精度、エネルギー密
度の観点から、従来の露光機に採用されている光学系を
そのまま応用することが不可能であるという問題があ
る。

【００１３】本発明は上記の諸問題を解消して紫外光パ
ルスレーザーのアブレーション現象を利用して大面積か
つ高精細度のパターン加工を可能とすることにあり、そ
の第１の目的は高精度でかつエキシマレーザーによる光
学系のダメージを回避してＴＦＴレベルの露光、即ちレ
ジスト現像を行うことのできるアブレーション現像方法
を提供することにある。

【００１４】また、本発明の第２の目的は紫外光パルス
レーザーのアブレーション現象を利用して高精細度パタ
ーンを形成するアブレーション現像装置を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は図１に示し下記に記載した構成とし
たことを特徴とする。

【００１６】すなわち、（１）光源として紫外光パルス
レーザー１を用いて、前記紫外光パルスレーザー１から
の出力光ビームを所定の開孔パターンを有する露光マス
ク７と結像レンズ８を介して結像面に置かれた加工物１
０に照射して前記露光マスク７の開孔パターンに対応し
たパターンを現像形成するアブレーション現像方法であ
って、前記紫外光パルスレーザー１の出力光ビームを小
面積の多数の光ビームに分割して前記各光ビームをそれ
ぞれ集光し、前記各集光点を照明光源として前記露光マ
スク７の面を均一に照射し、かつ、前記結像レンズ８の
入射瞳９に前記照明光源の像を形成して、前記露光マス
ク７の開孔パターンを前記結像レンズ８の結像面に置か
れた加工物の限定領域に対して一対一に結像すると共
に、前記限定領域を前記加工物の全域に走査させること
により、前記加工物の全域にアブレーション現象による
前記露光マスクの開孔パターンに対応したパターンを現
像形成するアブレーション現像を施すことを特徴とす
る。

【００１７】また、（２）紫外光パルスレーザー１から
なる光源からの出力光ビームを所定の開孔パターンを有
する露光マスク７と結像レンズ８を介してその結像面に
置かれた加工物に照射し、前記加工物にアブレーション
現象による前記露光マスク７の開孔パターンに対応した
パターンを現像形成するアブレーション現像装置であっ
て、前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを小面積
の光ビームに分割してそれぞれを集光するレンズアレー
４と、前記レンズアレー４の集光点を照明光源として前
記露光マスク７の面を均一に照射する照明光学系６と、
前記照明光学系６で照明された前記露光マスク７の像を
加工物１０の限定領域に一対一で結像する入射瞳９を有
する結像レンズ８と、前記限定領域を前記加工物の全域
に走査させるために前記露光マスク７および前記加工物
１０を前記露光マスク７の平面と平行な面の２方向に移
動させるＸ−Ｙテーブル１１_X，１１_Yとを備え、前記
限定領域を前記加工物１０の全域に走査させることによ
り、前記加工物１０の全域にアブレーション現象による
前記露光マスク７の開孔パターンに対応したパターンを
現像形成するアブレーション現像を施すことを特徴とす
る。なお、上記Ｘ−Ｙテーブル１１_X，１１_Yは、一方
のテーブル１１_Xを露光マスク移動用に、他方のテーブ
ル１１_Yを加工物移動用として、両者を相対的に一方向
（例えば、Ｘ方向）と前記一方向と直交する他方向（例
えば、Ｙ方向）に移動させる構成とするのが望ましい。

【００１８】（３）前記（２）における前記照明光学系
が、前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを前記レ
ンズアレー４で小面積の光ビームに分割する以前に光軸
に沿った平行ビームとするためのレンズ３を備え、前記
レンズアレー４がそれぞれ偶数個のレンズからなる二組
の分割レンズからなり、前記二組の各レンズは平行に入
射した前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを分割
して集光する第一のレンズと第二のレンズの各アレーを
構成し、前記第一のレンズが作る焦点は前記第二のレン
ズとの中間に位置し、前記焦点から発散する光束は前記
第二のレンズの対応するレンズ面積内に完全に収まるご
とく配置してなり、前記第一および第二のレンズの後段
で前記露光マスク面の近傍に前記第二のレンズから出射
した各光束を同一の面積に集光させる第三のレンズ５を
設置し、前記露光マスクの面の近傍に前記第三のレンズ
による集光面を前記露光マスク面に完全に一致させると
同時に前記結像レンズの入射瞳上に前記分割レンズによ
る焦点アレーの像を結像させる第四のレンズ６を設けた
ことを特徴とする。

【００１９】（４）前記（３）における照明光学系が、
前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームの断面をＸ−
Ｙ座標平面としたとき、前記Ｘ軸とＹ軸に平行な各々独
立の光学系により構成し、前記各光学系は前記Ｘ軸、Ｙ
軸で形成される座標軸を円筒の軸とする円筒形レンズに
よって構成したことを特徴とする。

【００２０】（５）前記（４）におけるＸ軸、Ｙ軸の各
光学系を構成する前記第四のレンズを非球面の単一レン
ズとしたことを特徴とする。

【００２１】（６）前記（２）における結像レンズが、
レンズ内で光束が最も絞られる箇所が中空となるように
構成したテレセントリック対称形レンズとしたことを特
徴とする。

【００２２】（７）前記（２）における露光マスクが、
前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームの波長に対す
る反射膜となる誘電体多層膜をパターン形成してなり、
像面に設置した加工物と前記結像レンズの光軸上の一点
に対して点対称となるように前記加工物と前記露光マス
クの両者を移動させることを特徴とする。

【００２３】（８）前記（７）における露光マスクへの
照明領域を長方形とし、その長辺の長さを前記（６）に
おける前記対称レンズの所定の解像度および像歪を満た
す範囲とし、その短辺方向に前記露光マスクおよび前記
加工物を連続的に移動させて前記加工物および前記露光
マスクの端部に達した時点で照明面積の長手方向に前記
露光マスクおよび前記露光マスクを移動させ、続いて前
記短辺方向に連続的に移動させる走査を繰り返して前記
加工物の全域をアブレーション加工することを特徴とす
る。

【００２４】（９）前記（８）における前記露光マスク
上への長方形の照明領域の長辺の端部でのエネルギー密
度分布の立上りを短辺の端部より５０μｍ以下となるよ
うに前記露光マスクの上部にナイフエッジによる長方形
開孔パターンまたは誘電体多層膜の長方形開孔パターン
により調整された照明領域を持ち、かつ前記長方形開孔
パターンの短辺が当該開孔パターン間の中間に位置する
ことを特徴とする。

【００２５】（１０）前記（２）における前記紫外光パ
ルスレーザーの出力光ビームを水平方向とすると共に、
前記露光マスクおよび前記加工物を保持する前記Ｘ−Ｙ
ステージを水平方向として前記照明光を一回の４５度反
射のみで前記露光マスク面に入射させると共に前記露光
マスクおよび前記加工物の中間に前記（６）の結像レン
ズを配置したことを特徴とする。

【００２６】（１１）前記（１０）において前記（２）
および（３）の照明光学系の第四のレンズを４５度反射
ミラーの後段でかつ前記露光マスクの直前に配置したこ
とを特徴とする。

【００２７】（１２）前記（１０）において、前記紫外
光パルスレーザーからなる光源部と前記光源を除いた構
成部分からなるアブレーション現像部のそれぞれを、分
離壁で独立させた清浄度が異なる部屋に設置すると共
に、前記紫外光パルスレーザーからなる光源部から出射
したレーザー光ビームを前記分離壁に設けた透過窓板を
通して前記アブレーション現像部に導入する構成とした
ことを特徴とする。

【００２８】（１３）前記（１２）における前記紫外光
パルスレーザーからなる光源部と前記光源を除いた構成
部分からなるアブレーション現像部の各部を防振床に設
置したことを特徴とする。

【００２９】（１４）前記（１２）における前記紫外光
パルスレーザーからなる光源部から出射したレーザー光
ビームの前記アブレーション現像部を構成する光学系に
対するずれを前記透過窓板の傾きに変換することにより
補正することを特徴とする。前記各構成とした方法およ
び装置は、特に、ＴＦＴ等のカラー液晶表示パネルを構
成するカラーフィルタ基板の光吸収膜（ＢＭ、所謂ブラ
ックマトリクス）や３色のカラーフィルタを形成する際
のカラーフィルタ薄膜のパターンニング及びＴＦＴ各層
のレジストのパターニングに好適である。

【００３０】

【作用】本発明は紫外光パルスレーザー（エキシマレー
ザー）のアブレーション現象を利用して、特に、ＴＦＴ
等のカラー液晶表示パネルを構成するカラーフィルタ基
板の光吸収膜（ＭＢ、所謂ブラックマトリクス）や３色
のカラーフィルタを形成する際のレジスト薄膜のパター
ンニング及びＴＦＴ各層のレジストのパターニング等の
高精細度パターン加工を行うものである。

【００３１】まず、アブレーション現象を利用した現像
の原理について説明する。

【００３２】ここで、アブレーションとは、高いエネル
ギー密度を持つ紫外エキシマレーザー光（以下、単にエ
キシマ光とも言う）を物質に照射したときに、光の当た
った部分の物質が光分解して飛散する現象を言う。

【００３３】したがって、開孔パターンを形成した露光
マスクを介してエキシマ光を物質に結像するように照射
すると、物質には露光マスクの開孔パターン通りのパタ
ーンが形成されることになる。

【００３４】可視光波長以上の波長を持つレーザー光を
照射したときの物質の分解は、主として熱過程によって
起こるが、エキシマ光の場合は、特に多くの有機物に対
しては化学結合を直接切断する非熱過程により分解す
る。

【００３５】アブレーション現象を利用した現像（アブ
レーション現像）は、このような非熱的光分解を利用し
てレジスト等にパターンを形成するものであり、従来の
ホトリソグラフィーでの露光、現像の二つの工程を露光
工程のみで完了する加工方法である。

【００３６】上記の原理説明から明らかなように、アブ
レーション現像を行う装置は本質的に露光機であり、露
光マスクのパターンを所要の精度でレジスト膜上に結像
するという光学系の原理はアブレーション現像機の場合
も変わらない。

【００３７】露光機の光学系の基本的な条件は、結像面
の光強度分布が均一であることと、結像パターンの要求
精度を満たすことである。この条件に対して、露光機の
光学系は照明光学系と結像レンズ系の二つの部分に分け
られ、前者は主として均一照明を、後者は結像性能を決
定する。

【００３８】図１０は高圧水銀灯を光源とする縮小投影
露光機の光学系の原理を説明する模式図であって、光源
１’からの光を反射鏡２’、レンズ３’等を用いて集光
し、インテグレータレンズ４’に入射させる。

【００３９】インテグレータレンズ４’は多数のロッド
状レンズから構成されており、各ロッド状レンズの出射
面で光が集光される。すなわち、出射面上に分割された
二次光源（照明光源）が形成される。これらの二次光源
をレンズ５およびコンデンサーレンズ６により均一に露
光マスク７’を照明する。コンデンサーレンズ６は結像
レンズ８’の入射瞳９上にインテグレータレンズ４’の
集光点光源の像を作る。

【００４０】この様な構成の下で、結像レンズ８’は像
面１０’に露光マスク７’の開孔パターンの像を形成す
る。

【００４１】なお、露光マスク７’の面および像面１
０’はＸ−Ｙステージで互いに直交する方向に移動して
像面１０’の所要とする全領域が露光マスク７’の開孔
パターンで走査される。

【００４２】例えば、ＬＳＩパターンの微細化のために
露光機の光源としてエキシマレーザーを用いる場合の光
学系は基本的に上記の光学系と同じである。最も標準的
な１：５ステッパーを例にとると、ウエハー上に必要な
光エネルギー密度は通常１４０ｍＪ／ｃｍ²程度であ
る。したがって、レクチル上では１／２５のエネルギー
密度となり、エキシマ光による光学部品のダメージは考
慮しなくても良い。

【００４３】一方、アブレーション現像をＴＦＴ−ＬＣ
Ｄの各種薄膜パターンの形成に適用する場合、液晶パネ
ルは大面積であるため、１：１（一対一）の結像レンズ
を用いることになる。この時、被加工基板（加工物）上
のエネルギー密度は、アブレーションレジスト材による
が、１００ｍＪ／ｃｍ²以上は必要である。

【００４４】ただし、この場合はレクチル上およびその
他の光学部品に同等またはそれ以上のエネルギー密度が
通過することになり、集光部に光学部品が置かれるよう
な配置は避けなければならない。

【００４５】図１０に示した光学系において集光する部
分はインテグレータ出射部分と結像レンズの入射瞳部分
である。本発明の目的の一つはこのような光学部品上ま
たはその内部の集光を防止することにある。

【００４６】図１１はレンズアレーによるレーザー光の
分割を説明する原理図であって、一対のレンズアレー４
ａ，４ｂに平行化された光ビーム３ａを入射させ、光ビ
ーム面積の分割を行うと共に、集光部をレンズアレー４
ａ，４ｂの間の空間に位置させることによって、光学部
品（レンズアレー４ａ，４ｂ）のダメージを防ぐように
している。

【００４７】図１２はアブレーション現像機の照明光学
系の原理図であって、レンズアレー４ａ，４ｂによる図
２で説明した光源の分割に続いて、レンズ５ａとレンズ
６ａによってレンズアレー４ｂから入射する各光束は露
光マスク７ａの面に均一な照明を行うと共に、結像レン
ズの入射瞳９ａ上に結像される。

【００４８】一般に、エキシマレーザー光ビームのエネ
ルギー空間分布、すなわち光ビームのビームプロファイ
ルはガウス分布に近い分布を示す。

【００４９】図１３は露光マスクの照明光の均一化の説
明図であって、同図（ａ）に示すように分布の中心すな
わちビームの光軸に対して対称かつ分割部がほぼ直線に
なるように分割すると、集光レンズによってレクチル面
では同図（ｂ）に示すように対称に重なり合って一様な
分布を実現できる。すなわち、中心軸に対して対称なビ
ームプロファイルの場合、図１１のレンズアレーの数は
偶数でかつ光軸はその中心を通る構成とすることが有利
である。

【００５０】また、一般に、エキシマレーザー光のビー
ムプロファイルは正方形でなく、かつレクチルへの照射
面積も正方形とは限らないので、前記図１１に示した分
割用のレンズは単純な球面レンズではない。すなわち、
レクチル上の照明形状、結像レンズの入射瞳の位置およ
びレーザー光源と露光マスクの距離によって、図１２に
示した照明系レンズ４〜６の形状が決定される。

【００５１】特に、レクチル面の照明光の形状が長方形
の場合、照明光学系を各々独立な直交する光学系に分割
することができる。この場合、個々のレンズとして円筒
形もレンズを用いることによりコストが低減されると共
に、調整が簡単になる。

【００５２】ただし、図１２に示したレンズ６ａは露光
マスク面上に必然的に近くなるので、上記したように直
交光学系で分離された二つのレンズを一つに纏めた方が
便利な場合もある。

【００５３】さらに、２４８ｎｍ以下の波長を用いる
と、紫外光と雰囲気物質の相互作用によって生じた物質
がレンズ面に付着して透過率を落とす場合がある。これ
を避けるためには、照明光学系を窒素雰囲気の容器に収
納することが有効である。

【００５４】この様に、レンズの点数をできるだけ少な
くした方が良い。この点はコストパフォーマンスから決
定されるべきである。

【００５５】エキシマレーザー光の集光が光学部品に当
たらない様にすると、結像レンズの構造にも制限が出て
くる。一対一（１：１）のエキシマレーザー光用結像レ
ンズとして従来から検討されている方式は、オフナー
（Ｏｆｆｎｅｒ）、ウエイン−ダイソン（Ｗｙｎｎｅ−
Ｄｙｓｏｎ）、テレセントリック対称型レンズ等がある
が、前二者は反射、屈折系の組合せで構造が複雑な上
に、反射面に集光する形式であり、アブレーション用に
は適切でない。一方、対称型レンズは構造が簡単で、か
つ集光面は空間中にあるため構成レンズのダメージがな
い。ただし、対称型レンズの場合、大口径化しようとす
るとコスト高となり、大面積のパターン形成を行うため
の方法が問題になる。

【００５６】本発明では、大面積のパターン形成の方法
として、一対一の露光マスクと対称レンズおよび長方形
照明を用いて、露光マスクとカラーフィルタ基板等の加
工物を相対的に移動させて走査する方式としたものであ
る。

【００５７】図２はアブレーション現像機の走査方式を
説明する模式図であって、照明領域１０ａが固定された
露光マスクと加工物（基板）の上を移動すると考え、走
査は移動方向を交互に変えるか、また同一方向に移動さ
せるかの何れでもよい。ただし、前者の方が加工時間が
短くなる。

【００５８】このような走査方式での本質的な問題は、
照明光の重なりの領域である。この重なりが僅かにずれ
ても、照明領域の長さが長いと目視でも明らかに視認で
きることは言うまでもない。この重なり領域におけるず
れは走査における機械的な変動と光学系による像歪の二
つの要因が考えられる。

【００５９】前者については、高精度のＸ−Ｙステージ
によって対策することが可能であるが、後者については
収差のないレンズを作ることが困難であることから、他
の対策を施す必要がある。

【００６０】図３はアブレーション現像機の走査におけ
る照明領域の位置設定例の説明図であって、露光マスク
７の直上にナイフエッジ１２を置いて、その端部が繰り
返しパターン７ｂの丁度中間に位置するように設定した
ものである。

【００６１】これによって、入射光７ａの端部は繰り返
しパターン７ｂで重なるため、重なりにずれがあっても
処理したパターンに影響を与えない。

【００６２】なお、上記ナイフエッジに代えて帯状パタ
ーンを持つ露光マスクを用いてもよい。

【００６３】端部のぼけは、幾何光学では物体位置のず
れと結像レンズの焦点深度等に依存する。ただし、結像
レンズをテレセントリックにしておくと、像の大きさは
変わらず、ただ端部がぼけるだけである。このぼけ量
は、第一近似で、ｂＮＡδ_a／（ｆａ）で与えられる。
ここで、ａは物体点距離、ｂは像点距離、ｆは焦点距
離、ＮＡはレンズのＮ．Ａ．、δ_aはナイフエッジ等の
露光マスク面からのずれ量である。

【００６４】１：１のレンズでは、ｂ／ａ＝１であるか
ら、上式はＮＡδ_a／ｆとなり、一例としてＮＡ＝０．
１、δ_a＝１０ｍｍ、ｆ＝２００ｍｍとすると、ぼけ量
は５μｍとなる。

【００６５】ナイフエッジ等の設定における機械的な精
度はμｍオーダーで可能であるから、ＴＦＴレベルのパ
ターン精度と繰り返しパターン形状の場合、ナイフエッ
ジ等をパターン感光体に設定することは十分に可能であ
る。

【００６６】上記の方法によって、照明領域のパターン
領域での重ね合わせが無いとしても、結像レンズの周辺
での収差が大幅に異なると、線状のパターンが目視で認
識される。したがって、少なくともレンズ口径での一方
向の特に周辺部の収差が同一の形状を示すことが重要で
ある。

【００６７】図４はエキシマレーザー光源部と現像光学
系を分離壁で独立させた清浄度が異なる部屋に設置した
アブレーション現像装置の全体構成の説明図であって、
エキシマレーザー（紫外光パルスレーザー）からなる光
源部２０から出射したレーザー光ビームを分離壁２１に
設けた透過窓板２４を通してアブレーション現像部２２
に導入する所謂スルーザウオール構成としたアブレーシ
ョン現像機である。

【００６８】同図に示したように、光源部２０と露光光
学系を含む現像部２２を分離し、光源部２０から出射し
たレーザー光ビームを透過窓板２４を通してアブレーシ
ョン現像部２２に導入する。

【００６９】このとき、レーザー光のエネルギーの減少
を防ぐため、図示したようにミラーによる反射は一回の
みとした方が望ましい。

【００７０】また、振動を防止するために、光源部２０
と現像部２２を防振台２３上に設置している。

【００７１】また、上記の防振台２３に加えて、あるい
は防振台に代えて、透過窓板２４をレーザー光ビームと
照明光学系２２ａや結像光学系２２ｂを含む現像光学系
の相対的な振動に対応して傾けることにより、振動に起
因するレーザー光ビームのずれを補正するように構成す
ることができる。

【００７２】図５はレーザー光ビームが通過する透過窓
板を傾斜させることによって光軸を平行移動させるずれ
補正方法の説明図であって、透過窓板２４の厚みをＤ、
屈折率をｎ、透過窓板の傾きをθとしたとき、レーザー
光ビームのずれ量ｄはＤθ（１−１／ｎ）となる。

【００７３】レーザー光源からの相対的な光ビームのず
れのうち、照明領域の長手方向のずれが本質的であるの
で、実用上これのみを対策すればよい。すなわち、この
方向のずれ成分のみを掲出し、サーボ機構により透過窓
板２４の傾きを変えることで上記したずれを補正でき
る。

【００７４】以上の説明および前記本発明の各構成によ
って、紫外光パルスレーザーのアブレーション現象を利
用した大面積かつ高精細度のパターン加工が可能とな
る。

【００７５】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
てさらに具体的に説明する。

【００７６】〔実施例１〕図６は本発明の第１実施例を
説明するためのアブレーション現像機の露光光学系の構
成の模式図であって、図１と同一部分には同一符号を付
してある。

【００７７】本実施例では、光源としてＫｒＦ（波長２
４８ｎｍ）を用い、繰り返し周波数２５０Ｈｚ、出力エ
ネルギー６００ｍＪ／ｃｍ²のエキシマレーザーを用い
る。露光光学系は同図に示したようなレンズ系の配置と
し、その照明レンズ系はスリット状の照明光とするため
に、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれ独立した系とした。照明
光学系は前記図１２に示したとおりであり、４Ｘ、４Ｙ
は各々Ｘ方向のレンズ４、Ｙ方向のレンズ４を表す。以
下、４Ｘ’、４Ｙ’、５Ｙ、５Ｙ、６Ｘ、６Ｙについて
も同様である。

【００７８】また、図７は光源の分割に用いる円筒形レ
ンズのＸ方向とＹ方向の配置例を説明する模式図であ
る。

【００７９】同図において、（ａ）はＸ軸方向の円筒レ
ンズ、（ｂ）はＹ方向の円筒レンズの各配置方向を示
し、（ａ）と（ｂ）は直交して配置される。これらのレ
ンズ４Ｘと４Ｙの接着は光学コンタクトによる。エネル
ギーの損失を少なくするために、レンズは全て９９％以
上の透過率を保証する様、ＡＲコーティングを施してあ
る。

【００８０】この照明光学系によって、露光マスク面で
の最大照明面積は８０ｍｍ×２ｍｍである。この面積内
のエネルギー密度の分布は±５％以下である。照明光の
スリットの長さはブレードによって調節するが、端部の
エネルギー分布の立上りは２０μｍである。

【００８１】露光マスクはＳｉＯ₂とＨｆＯ₂の１／４
λ膜をＲＩＥによりパターン形成したものを用いる。こ
の露光マスクの基板の大きさは３００×２２５ｍｍで、
厚さは５ｍｍである。

【００８２】図８は露光マスクの開孔パターンの一例と
しての液晶パネルのカラーフィルタ基板に形成するＢＭ
パターンの一例とスリット照明とするためのブレードの
配置関係の説明図である。

【００８３】ＢＭパターン現像のための露光マスク７に
形成した開孔パターンの開孔部７ｃのピッチは０．３３
×０．１１で、照明領域の長辺を５２．８ｍｍにとり、
ブレード１２の端部１２ａが開孔パターン７ｃの長手方
向の最小幅内に収まるように当該ブレード位置を調整す
る。上記の最小幅は７２μｍあり、ブレード位置の調整
は容易である。

【００８４】なお、ＢＭ材としてはポリイミド系高分子
を主体とする母体にカーボンブラックを分散したものを
用いる。このい材料のアブレーションレートは、３００
ｍＪ／ｃｍ²の入力に対して０．１μｍ／ショットであ
る。

【００８５】また、塗布膜厚は１．２μｍでサイト当た
り（単位現像領域当たり）１５ショットを加えた場合、
アブレーションの実質時間は１９秒、横方向のサイト移
動、露光マスクのアライメント等に要する時間を加えて
約３０秒で１０．４インチのディスプレイ用カラーフィ
ルタ基板のＢＭを加工することができる。

【００８６】〔実施例２〕図９は本発明の第２実施例を
説明するためのカラーフィルタのアブレーション現像に
よるパターニングの模式図である。

【００８７】本実施例は、前記実施例と同一の装置構成
を用い、前記図３に示した露光マスクを用いて縦ストラ
イプ状のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタ
をアブレーション現像を行うものである。

【００８８】同図において、１３は液晶パネルのカラー
フィルタ基板、１４ａは第１色のカラーフィルタ、１４
ｂは第２色のカラーフィルタ用レジスト層である。

【００８９】このカラーフィルタの形成の際、ブレード
１２で設定する照明領域スリットの長さを７０．４ｍｍ
とし、ブレード１２の端部が露光マスク７の遮光部７ａ
にかかるように位置づけてエキシマレーザーからの入射
光７ａを照射して第１色のカラーフィルタ１４ａをアブ
レーション現像する。

【００９０】その後、第２色のカラーフィルタ用レジス
ト層１４ｂを塗布し、露光マスク７をフィルタピッチ分
移動させてアブレーション現像を行う。以下、同様にし
て第３色のカラーフィルタを現像して液晶パネル用カラ
ーフィルタを形成する。なお、ここでは、ＢＭは省略し
てある。

【００９１】これにより、乾式方式で液晶パネルのカラ
ーフィルタ基板に３色のカラーフィルタを形成できる。

【００９２】〔実施例３〕本実施例は、前記実施例１の
アブレーション現像機を用い、またポリイミド系のアブ
レーション用レジスト材を用いてＴＦＴ基板の各層に対
するレジストパターンを形成し、エッチングと上記レジ
ストのエキシマレーザー光によるアブレーション現像に
よる剥離によって各層のパターンを形成する。

【００９３】これにより、液晶パネルのＴＦＴ基板に所
要のＴＦＴ層を形成できる。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶パネルのカラーフィルタ基板またはＴＦＴ基板をア
ブレーション現像によって形成することができる。

【００９５】エキシマレーザー光を用いるアブレーショ
ン現像は、従来のフォトリソグラフィー技術の露光と現
像を一つのプロセスに結合したものであり、大面積かつ
高精細度のパターン加工を可能とすると共に、照明・結
像光学系のダメージを防止し、かつ量産に適しているた
め、ＴＦＴ−ＬＣＤ等の高精細度加工物の製造コストを
低下でき、環境への影響も大幅に低減することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアブレーション現像機の基本構成
を説明する模式図である。

【図２】本発明によるアブレーション現像機の走査方式
を説明する模式図である。

【図３】アブレーション現像機の走査における照明領域
の位置設定例の説明図である。

【図４】エキシマレーザー光源部と現像光学系を分離壁
で独立させた清浄度が異なる部屋に設置したアブレーシ
ョン現像装置の全体構成の説明図である。

【図５】レーザー光ビームが通過する透過窓板を傾斜さ
せることによって光軸を平行移動させるずれ補正方法の
説明図である。

【図６】本発明の第１実施例を説明するためのアブレー
ション現像機の露光光学系の構成の模式図である。

【図７】光源の分割に用いる円筒形レンズのＸ方向とＹ
方向の配置例を説明する模式図である。

【図８】露光マスクの開孔パターンの一例としての液晶
パネルのカラーフィルタ基板に形成するＢＭパターンの
一例とスリット照明とするためのブレードの配置関係の
説明図である。

【図９】本発明の第２実施例を説明するためのカラーフ
ィルタのアブレーション現像によるパターニングの模式
図である。

【図１０】高圧水銀灯を光源とする縮小投影露光機の光
学系の原理を説明する模式図である。

【図１１】レンズアレーによるレーザー光の分割を説明
する原理図である。

【図１２】アブレーション現像機の照明光学系の原理図
である。

【図１３】露光マスクの照明光の均一化の説明図であ
る。

【符号の説明】

１紫外光パルスレーザー３，５レンズ４分割レンズ６コンデンサレンズ７露光マスク８結像レンズ９入射瞳１０加工物１１Ｘ−Ｙステージ１２ブレード２０エキシマレーザー光源部２１分離壁２２現像光学系２２ａ照明光学系２２ｂ結像光学系２３防振台２４ずれ補正窓。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/36 Ｇ０３Ｆ 7/36 Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｆ５６９Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源として紫外光パルスレーザーを用い、
前記紫外光パルスレーザーからの出力光ビームを所定の
開孔パターンを有する露光マスクと結像レンズを介して
結像面に置かれた加工物に照射して前記露光マスクの開
孔パターンに対応したパターンを露光と同時に現像形成
するアブレーション現像方法であって、前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを小面積の多
数の光ビームに分割して前記各光ビームをそれぞれ集光
し、前記各集光点を照明光源として前記露光マスクの面
を均一に照射し、かつ、前記結像レンズの入射瞳に前記
照明光源の像を形成して、前記露光マスクの開孔パター
ンを前記結像レンズの結像面に置かれた加工物の限定領
域に対して一対一に結像すると共に、前記限定領域を前
記加工物の全域に走査させることにより、前記加工物の
全域にアブレーション現象による前記露光マスクの開孔
パターンに対応したパターンを現像形成するアブレーシ
ョン現像を施すことを特徴とするアブレーション現像方
法。
【請求項２】紫外光パルスレーザーからなる光源からの
出力光ビームを所定の開孔パターンを有する露光マスク
と結像レンズを介してその結像面に置かれた加工物に照
射し、前記加工物にアブレーション現象による前記露光
マスクの開孔パターンに対応したパターンを現像形成す
るアブレーション現像装置であって、前記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを小面積の光
ビームに分割してそれぞれを集光するレンズアレーと、
前記レンズアレーの集光点を照明光源として前記露光マ
スクの面を均一に照射し、かつ前記分割して得られた各
集光点の像を結像レンズの入射瞳上に結像する照明光学
系と、前記照明光学系で照明された前記露光マスクの像
を加工物の限定領域に一対一で結像する結像レンズと、
前記限定領域を前記加工物の全域に走査させるために前
記加工物を前記露光マスクの平面と平行な面の２方向に
移動させるＸ−Ｙステージとを備え、前記限定領域を前
記加工物の全域に走査させることにより、前記加工物の
全域にアブレーション現象による前記露光マスクの開孔
パターンに対応したパターンを現像形成するアブレーシ
ョン現像を施すことを特徴とするアブレーション現像装
置。
【請求項３】請求項２において、前記照明光学系が、前
記紫外光パルスレーザーの出力光ビームを前記レンズア
レーで小面積の光ビームに分割する以前に光軸に沿った
平行ビームとなし、前記レンズアレーがそれぞれ偶数個
のレンズからなる二組の分割レンズからなり、前記二組
の各レンズは平行に入射した前記紫外光パルスレーザー
の出力光ビームを分割して集光する第一のレンズと第二
のレンズの各アレーを構成し、前記第一のレンズが作る
焦点は前記第二のレンズとの中間に位置し、前記焦点か
ら発散する光束は前記第二のレンズの対応するレンズ面
積内に完全に収まるごとく配置してなり、前記第一およ
び第二のレンズの後段で前記露光マスク面の近傍に前記
第二のレンズから出射した各光束を同一の面積に集光さ
せる第三のレンズを設置し、前記露光マスクの面の近傍
に前記第三のレンズによる集光面を前記露光マスク面に
完全に一致させると同時に前記結像レンズの入射瞳上に
前記分割レンズによる焦点アレーの像を結像させる第四
のレンズを設けたことを特徴とするアブレーション現像
装置。
【請求項４】請求項３において、前記照明光学系が、前
記紫外光パルスレーザーの出力光ビームの断面をＸ−Ｙ
座標平面としたとき、前記Ｘ軸とＹ軸に平行な各々独立
の光学系により構成し、前記各光学系は前記Ｘ軸、Ｙ軸
で形成される座標軸を円筒の軸とする円筒形レンズによ
って構成したことを特徴とするアブレーション現像装
置。
【請求項５】請求項２において、前記露光マスクが、前
記紫外光パルスレーザーの出力光ビームの波長に対する
反射膜となる誘電体多層膜をパターン形成してなり、像
面に設置した加工物と前記結像レンズの光軸上の一点に
対して点対称となるように前記加工物と前記露光マスク
の両者を移動させることを特徴とするアブレーション現
像装置。
【請求項６】請求項５において、前記露光マスクへの照
明領域を長方形とし、その長辺の長さを前記対称レンズ
の所定の解像度および像歪を満たす範囲とし、その短辺
方向に前記露光マスクおよび前記加工物を連続的に移動
させて前記加工物および前記露光マスクの端部に達した
時点で照明面積の長手方向に前記露光マスクおよび前記
加工物を移動させ、続いて前記短辺方向に連続的に移動
させる走査を繰り返して前記加工物の全域をアブレーシ
ョン加工することを特徴とするアブレーション現像装
置。
【請求項７】請求項６において、前記露光マスク上への
長方形の照明領域の長辺の端部でのエネルギー密度分布
の立上りを短辺の端部より５０μｍ以下となるように前
記露光マスクの上部にナイフエッジによる長方形開孔パ
ターンまたは誘電体多層膜の長方形開孔パターンにより
調整された照明領域を持ち、かつ前記長方形開孔パター
ンの短辺が当該開孔パターン間の中間に位置することを
特徴とするアブレーション現像装置。
【請求項８】請求項２において、前記紫外光パルスレー
ザーの出力光ビームを水平方向とすると共に、前記露光
マスクおよび前記加工物を保持する前記Ｘ−Ｙステージ
を水平方向として前記照明光を一回の４５度反射のみで
前記露光マスク面に入射させると共に前記露光マスクお
よび前記加工物の中間に前記請求項５の結像レンズを配
置したことを特徴とするアブレーション現像装置。
【請求項９】請求項２において、前記紫外光パルスレー
ザーからなる光源部と前記光源を除いた構成部分からな
るアブレーション現像部のそれぞれを、分離壁で独立さ
せた清浄度が異なる部屋に設置すると共に、前記紫外光
パルスレーザーからなる光源部から出射したレーザー光
ビームを前記分離壁に設けた透過窓板を通して前記アブ
レーション現像部に導入する構成としたことを特徴とす
るアブレーション現像装置。
【請求項１０】請求項９において、前記紫外光パルスレ
ーザーからなる光源部から出射したレーザー光ビームの
前記アブレーション現像部を構成する光学系に対するず
れを前記透過窓板の傾きに変換することにより補正する
ことを特徴とするアブレーション現像装置。