JP4852225B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に係り、とりわけ、基板上に積層された感材を露光してカラーフィルタ等の製品を製造するための露光装置に関する。

従来の技術

基板上に積層された感材に所定形状のパターンを形成する際には、露光装置において、超高圧水銀灯等の光源によりマスクを介して露光光を照射し、基板上の感材を所定のパターンで露光する方法が一般的に用いられている。

このような方法で用いられる露光装置においては、感材として、樹脂中に顔料を分散してなる顔料分散系の感材を用いるのが一般的であるが、このような感材では、図３（ｂ）に示すように、感材（符号３２）の現像後のパターンの断面形状が逆テーパ形状になってしまうことがあり、その結果、感材のパターンの最小線幅（Ｘｂ）が必要以上に大きくなってしまうことがある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、感材の現像後のパターンの最小線幅を最小限に抑えるとともにそのパターンのエッジ形状を良好に保つよう、基板上に積層された感材を精度良く露光することができる、露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、樹脂中に顔料を分散してなる顔料分散系の感材が積層された基板を載置する露光ステージと、前記露光ステージ上に載置された基板上の感材へ向けてマスクを介して露光光を照射する照射光学系とを備え、前記照射光学系は、前記露光光として、可視光域及び紫外線域の光から３５０ｎｍ以下の波長域の光がカットされた光を照射することを特徴とする露光装置を提供する。

なお、本発明において、前記照射光学系は、可視光域及び紫外線域の光を出射する光源と、前記光源に対して着脱可能に設けられ、前記光源から出射された光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットする短波長カットフィルターとを有することが好ましい。また、本発明において、前記光源は超高圧水銀灯であることが好ましい。

本発明によれば、照射光学系に装着された短波長カットフィルターにより、光源から出射された可視光域及び紫外線域の光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットするようにしているので、感材を透過する能力が低くかつエネルギーが大きい短波長側の光によって、基板上に積層された感材の露出表面（感材のうち基板とは反対側に位置する表面）が基板側の表面に比べて相対的に速く固まってしまうことを防止することができる。このため、露光された感材の現像後のパターンの断面形状を順テーパ形状とすることができ、感材の現像後のパターンの最小線幅を最小限に抑えるとともにそのパターンのエッジ形状を良好に保つことができる。

また、本発明によれば、光源に対して短波長カットフィルターを着脱可能に設けているので、照射光学系において短波長カットフィルターを選択的に着脱することにより、感材の種類やパターンの線幅の要求度合いに応じて短波長カットフィルターの有無を選択することができる。このため、感材の現像後のパターンの最小線幅に余裕がある場合等においては、照射光学系から短波長カットフィルターを取り外すことが可能となり、短波長側の光のエネルギーを効率的に利用してより短時間で露光を行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、感材の現像後のパターンの最小線幅を最小限に抑えるとともにそのパターンのエッジ形状を良好に保つことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１により、本発明の一実施の形態に係る露光装置の構成について説明する。

図１に示すように、露光装置１は、露光装置本体１０と、露光装置本体１０へ向けて露光光を照射する照射光学系２０とを備えている。

このうち、露光装置本体１０は、基台１１と、基台１１に設置された露光ステージ１２とを有している。ここで、露光ステージ１２は、露光対象となる感材３２が積層された基板３１を載置するものであり、感材３２が積層された基板３１を真空チャック方式で保持するチャックステージ１３と、チャックステージ１３を垂直方向及び水平面内で移動させることが可能な駆動ステージ１４とを有している。なお、露光ステージ１２（チャックステージ１３）上に載置される基板３１としてはガラス基板を用いることが好ましく、また、顔料分散系の感材３２としては樹脂中に顔料を分散してなる着色又は黒色感材を用いることが好ましい。

このような露光装置本体１０において、露光ステージ１２の上方には、マスク１６が取り付けられるマスクステージ１５が設けられている。ここで、マスク１６は、露光ステージ１２上に載置された基板３１上の感材３２へ向けて照射光学系２０から照射された露光光を、露光パターンに対応する所定のパターンで遮蔽するものである。

一方、照射光学系２０は、超高圧水銀灯（光源）２１と、超高圧水銀灯２１から出射された光を基板３１上の感材３２へ向けて導くための光学要素（パラボラミラー２２、コールドミラー２３、インテグレータレンズ２４及び球面鏡２５）とを有し、露光装置本体１０の露光ステージ１２上に載置された基板３１上の感材３２へ向けて露光光（平行光）を照射することができるようになっている。

このような照射光学系２０において、コールドミラー２３とインテグレータレンズ２４との間にはシャッタ２６が設けられており、超高圧水銀灯２１から出射された光を適宜遮蔽及び開放することができるようになっている。また、インテグレータレンズ２４とシャッタ２６との間には短波長カットフィルター２７が着脱可能に設けられており、超高圧水銀灯２１から出射された可視光域及び紫外線域の光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットすることができるようになっている。

ここで、照射光学系２０に含まれる超高圧水銀灯２１は、図２に示すような分光特性を有している。すなわち、超高圧水銀灯２１から出射された光は、４３６ｎｍにピークを有するｇ線、４０５ｎｍにピークを有するｈ線及び３６５ｎｍにピークを有するｉ線の他、２７０〜３３３ｎｍの範囲に幾つかのピークを有する深紫外線（ＤＵＶ：Deep Ultra Violet）の光を含んでいる。そして、短波長カットフィルター２７は、このような光から、ｇ線、ｈ線及びｉ線を残して、２７０〜３３３ｎｍの範囲にある深紫外線域の光をカットするものである。なお、図２に示す分光特性は、超高圧水銀灯２１を定格ランプ入力（１０ｋＷ）で点灯し、ランプ中心から水平方向１ｍの位置で測定した結果得られたものである。

なお、図１に戻って説明を続けると、露光装置本体１０の露光ステージ１２及び照射光学系２０（超高圧水銀灯２１やシャッタ２６等）には制御装置２９が接続されており、露光ステージ１２に対して、感材３２が積層された基板３１を供給及び排出するロボットアーム（図示せず）等の動作に連動して露光装置本体１０の露光ステージ１２及び照射光学系２０を制御することにより、基板３１上の感材３２を露光することができるようになっている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図１に示す露光装置１において、ロボットアーム（図示せず）により、感材３２が積層された基板３１が供給され、露光ステージ１２（チャックステージ１３）上に載置される。

この状態で、露光装置１においては、制御装置２９による制御の下で、露光ステージ１２の駆動ステージ１４によりチャックステージ１３を移動させて、感材３２が積層された基板３１をマスク１６に対して位置決めした後、基板３１上の感材３２へ向けて照射光学系２０によりマスク１６を介して露光光を照射することにより、基板３１上の感材３２を所定のパターンで露光する。

このとき、照射光学系２０に短波長カットフィルター２７が装着されている場合には、超高圧水銀灯２１から出射された光は、短波長カットフィルター２７を通過し、ｇ線、ｈ線及びｉ線を残して、２７０〜３３３ｎｍの範囲にある深紫外線域の光がカットされる。

ここで、短波長側の光（特に２７０〜３３３ｎｍの範囲にある深紫外線域の光）は、感材３２を透過する能力が低くかつエネルギーが大きいので、このような短波長側の光を含む露光光により基板３１上の感材３２を露光した場合には、感材３２の露出表面（感材３２のうち基板３１とは反対側に位置する表面）での反応が進み過ぎ、感材３２の露出表面が基板３１側の表面に比べて相対的に速く固まってしまう。このため、このような露光光により露光された感材３２の現像後のパターンの断面形状は図３（ｂ）に示すような逆テーパ形状となってしまうこととなる。しかしながら、本実施の形態においては、このような短波長側の光を露光光からカットするようにしているので、感材３２の露出表面が基板３１側の表面に比べて相対的に速く固まってしまうことがなく、露光された感材３２の現像後のパターンの断面形状も、図３（ｂ）に示すような逆テーパ形状でなく、図３（ａ）に示すような順テーパ形状となる。なお、図３（ａ）（ｂ）から明らかなように、図３（ａ）に示す順テーパ形状の場合の最小線幅（Ｘａ）の方が、図３（ｂ）に示す逆テーパ形状の場合の最小線幅（Ｘｂ）よりも小さくなる。

このように本実施の形態によれば、照射光学系２０に装着された短波長カットフィルター２７により、超高圧水銀灯２１から出射された可視光光及び紫外線域の光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットするようにしているので、感材３２を透過する能力が低くかつエネルギーが大きい短波長側の光によって、基板３１上に積層された感材３２の露出表面（感材３２のうち基板３１とは反対側に位置する表面）が基板３１側の表面に比べて相対的に速く固まってしまうことを防止することができる。このため、露光された感材３２の現像後のパターンの断面形状を順テーパ形状とすることができ、感材３２の現像後のパターンの最小線幅を最小限に抑えるとともにそのパターンのエッジ形状を良好に保つことができる。

また、本実施の形態によれば、超高圧水銀灯２１に対して短波長カットフィルター２７を着脱可能に設けているので、照射光学系２０において短波長カットフィルター２７を選択的に着脱することにより、感材３２の種類やパターンの線幅の要求度合いに応じて短波長カットフィルター２７の有無を選択することができる。このため、感材３２の現像後のパターンの最小線幅に余裕がある場合等においては、照射光学系２０から短波長カットフィルター２７を取り外すことが可能となり、短波長側の光のエネルギーを効率的に利用してより短時間で露光を行うことができる。

次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。

（実施例１）
基板上に積層される感材として、樹脂中に着色顔料を分散してなる、組成の異なる２種類の着色感材（Ａ感材及びＢ感材）を準備した。ここで、Ａ感材及びＢ感材は、添加されている開始剤の種類が互いに異なるものであり、Ｂ感材に比べてＡ感材は、短波長側で高い吸光度を有している。なお、Ａ感材及びＢ感材の長波長側での吸光度はほぼ同じである。すなわち、Ｂ感材に比べてＡ感材は、長波長側の光に加えて短波長側の光を吸収しやすく、感材の表面（露出表面）側での反応及び固化が進みやすい。なお、Ａ感材及びＢ感材の組成はそれぞれ次表１及び２に示すとおりである。
このような２種類の感材のうちＡ感材に対して、次のような３種類の態様で露光を行った。すなわち、第１の態様として、短波長カットフィルターが装着された露光装置により、図２に示すような分光特性を有する光から、ｇ線、ｈ線及びｉ線を残して、２７０〜３３３ｎｍの範囲にある深紫外線域の光をカットした露光光により露光を行った。第２の態様として、短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により、図２に示すような分光特性を有する露光光により露光を行った。第３の態様として、短波長カットフィルター及びｉ線カットフィルタが装着された露光装置により、図２に示すような分光特性を有する光から、ｇ線及びｈ線を残して、２７０〜３６５ｎｍの範囲にある光をカットした露光光により露光を行った。

その結果を次表３に示す。
上表３に示すように、Ａ感材では、短波長カットフィルターが装着された第１の態様及び短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様のいずれにおいても、露光された感材には現像後に所定形状のパターンが形成された。しかしながら、第１の態様では、感材の現像後のパターンの断面形状は順テーパ形状となったのに対し（図４（ａ）参照）、第２の態様では、感材の現像後のパターンの断面形状は逆テーパ形状となった（図４（ｂ）参照）。なお、短波長カットフィルターに加えてｉ線カットフィルターが装着された第３の態様では、露光された感材に所定形状のパターンを形成することができなかった。

一方、露光時間に関しては、短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様、短波長カットフィルターが装着された第１の態様、及び短波長カットフィルターに加えてｉ線カットフィルターが装着された第３の態様の順で、必要とされる露光時間が長くなった。

以上から、Ａ感材では、短波長カットフィルターが装着された第２の態様をとることが好ましいことが分かる。

次に、上述した２種類の感材のうちＢ感材に対して、上述したＡ感材の場合と同様の３種類の態様で露光を行った。

その結果を次表４に示す。
上表４に示すように、Ｂ感材では、短波長カットフィルターが装着された第１の態様及び短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様のいずれにおいても、露光された感材には現像後に所定形状のパターンが形成され、かつ、露光された感材の現像後のパターンの断面形状はいずれも順テーパ形状となった（図５（ａ）（ｂ）参照）。なお、短波長カットフィルターに加えてｉ線カットフィルターが装着された第３の態様では、露光された感材に所定形状のパターンを形成することができなかった。

一方、露光時間に関しては、短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様、短波長カットフィルターが装着された第１の態様、及び短波長カットフィルターに加えてｉ線カットフィルターが装着された第３の態様の順で、必要とされる露光時間が長くなった。

以上から、Ｂ感材では、短波長カットフィルターが装着された第１の態様及び短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様のいずれをとることも可能であるが、露光時間の観点からは、短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様をとることが好ましいことが分かる。

（実施例２）
基板上に積層される感材として、樹脂中に黒色顔料を分散してなるブラックマトリックス用感材を準備した。なお、ブラックマトリックス用感材に添加されている開始剤は、長波長側だけでなく短波長側でも高い吸光度を有しており、感材の表面（露出表面）側での反応及び固化が進みやすい。なお、ブラックマトリックス用感材の組成は次表５に示すとおりである。
このようなブラックマトリックス用感材に対して、次のような２種類の態様で露光を行った。すなわち、第１の態様として、短波長カットフィルターが装着された露光装置により、図２に示すような分光特性を有する光から、ｇ線、ｈ線及びｉ線を残して、２７０〜３３３ｎｍの範囲にある深紫外線域の光をカットした露光光により露光を行った。第２の態様として、短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により、図２に示すような分光特性を有する露光光により露光を行った。

その結果を図６及び図７に示す。図６は第１の態様におけるブラックマトリクス用感材の現像後のパターンの線幅シフト量と露光量との関係を示すグラフ、図７は第２の態様におけるブラックマトリクス用感材の現像後のパターンの線幅シフト量と露光量との関係を示すグラフである。なお、線幅シフト量とは、露光光の照射パターンの形状に対して、感材の現像後のパターンの形状がどの程度ずれたかを表す量であり、この量が小さいほど製版の解像度を向上させることができる。

図６及び図７を比較すると分かるように、感材のパターンの線幅が５μｍ線幅、１０μｍ線幅及び２０μｍ線幅のいずれの場合であっても、短波長カットフィルターが装着された第１の態様の方が、短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様に比べて線幅シフト量を抑えることができた。

また、図８及び図９を比較すると分かるように、短波長カットフィルターが装着された第１の態様の方が、短波長カットフィルターが装着されていない第２の態様に比べて感材の現像後のパターンのエッジ形状を良好に保つことができた。

本発明の一実施の形態に係る露光装置の構成を示す図。 図１に示す露光装置で用いられる超高圧水銀灯の分光特性を示す図。 図１に示す露光装置により露光された感材の現像後のパターンの断面形状を示す概念図。 実施例１において、短波長カットフィルターが装着された露光装置及び短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により露光された着色感材（Ａ感材）の現像後のパターンの断面形状を示すＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像。 実施例１において、短波長カットフィルターが装着された露光装置及び短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により露光された着色感材（Ｂ感材）の現像後のパターンの断面形状を示すＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像。 実施例２において、短波長カットフィルターが装着された露光装置により露光されたブラックマトリクス用感材の現像後のパターンの線幅シフト量と露光量との関係を示すグラフ。 実施例２において、短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により露光されたブラックマトリクス用感材の現像後のパターンの線幅シフト量と露光量との関係を示すグラフ。 実施例２において、短波長カットフィルターが装着された露光装置により露光されたブラックマトリクス用感材の現像後のパターンのエッジ形状を示す写真。 実施例２において、短波長カットフィルターが装着されていない露光装置により露光されたブラックマトリクス用感材の現像後のパターンのエッジ形状を示す写真。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 露光装置本体
１１ 基台
１２ 露光ステージ
１３ チャックステージ
１４ 駆動ステージ
１５ マスクステージ
１６ マスク
２０ 照射光学系
２１ 超高圧水銀灯
２２ パラボラミラー
２３ コールドミラー
２４ インテグレータレンズ
２５ 球面鏡
２６ シャッタ
２７ 短波長カットフィルター
２９ 制御装置
３１ 基板
３２ 感材

Claims (5)

1. 光硬化型の感材を露光する露光装置において、
   樹脂中に顔料を分散してなる顔料分散系の光硬化型の感材が積層された基板を載置する露光ステージと、
   前記露光ステージ上に載置された基板上の光硬化型の感材へ向けてマスクを介して露光光を照射し、感材を所定形状のパターンで硬化させる照射光学系とを備え、
   前記照射光学系は、可視光域及び紫外線域の光を出射する超高圧水銀灯と、前記超高圧水銀灯から出射された光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットする短波長カットフィルターとを有し、
   前記感材は、可視光域及び紫外線域の光を出射する超高圧水銀灯から出射された光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットすることなく前記感材に対する露光が実施される場合、現像後のパターンの断面形状が逆テーパ形状になる感材であって、かつ深紫外線に対する吸光度を有する光重合開始剤が添加された感材であることを特徴とする露光装置。
2. 前記感材の前記光重合開始剤は、イルガキュア（登録商標）９０７を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記短波長カットフィルターは、前記超高圧水銀灯に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の露光装置。
4. 光硬化型の感材を露光する露光方法において、
   樹脂中に顔料を分散してなる顔料分散系の光硬化型の感材が積層された基板を準備する工程と、
   前記基板を露光ステージ上に載置する工程と、
   前記露光ステージ上に載置された基板上の光硬化型の感材へ向けてマスクを介して照射光学系からの露光光を照射し、感材を所定形状のパターンで硬化させる工程と、を備え、 前記照射光学系は、可視光域及び紫外線域の光を出射する超高圧水銀灯と、前記超高圧水銀灯に対して着脱可能に設けられ、前記超高圧水銀灯から出射された光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットする短波長カットフィルターとを有し、
   前記感材は、可視光域及び紫外線域の光を出射する超高圧水銀灯から出射された光から３５０ｎｍ以下の波長域の光をカットすることなく前記感材に対する露光が実施される場合、現像後のパターンの断面形状が逆テーパ形状になる感材であって、かつ深紫外線に対する吸光度を有する光重合開始剤が添加された感材であることを特徴とする露光方法。
5. 前記感材の前記光重合開始剤は、イルガキュア（登録商標）９０７を含むことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。