JP4914043B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトマスクを使用せず被露光体上に露光パターンを直接露光する露光装置に関し、詳しくは、上記被露光体に形成された基準パターンに対する露光パターンの重ね合わせ精度を向上しようとする露光装置に係るものである。

従来の露光装置は、透明なガラス基板に露光パターンに相当するマスクパターンを予め形成したフォトマスクを使用し、被露光体上に上記マスクパターンを転写露光する、例えばステッパー（Stepper）やプロキシミティ（Proximity）の各装置がある。しかし、これら従来の露光装置において、複数層のパターンをそれぞれ積層形成する場合には、各層間の露光パターンの重ね合わせ精度が問題となる。特に、大型液晶ディスプレイ用のＴＦＴ基板やカラーフィルタの形成に使用する大型フォトマスクの場合には、マスクパターンの配列に高い絶対寸法精度が要求され、フォトマスクのコストが上昇していた。また、上記重ね合わせ精度を得るためには下地層の基準パターンとマスクパターンとのアライメントが必要であり、特に大型フォトマスクにおいては、このアライメントが困難であった。

一方、フォトマスクを使用せず、電子ビームやレーザビームを使用して予め記憶部に記憶されたＣＡＤデータによるパターンを被露光体上に直接露光する露光装置がある。この種の露光装置は、レーザ光源と、該レーザ光源から発射されるレーザビームを往復走査する露光光学系と、被露光体を載置した状態で搬送する搬送手段とを備え、ＣＡＤデータに基づいてレーザ光源の発射状態を制御しながらレーザビームを往復走査すると共に被露光体をレーザビームの走査方向と直交する方向に搬送して、被露光体上に露光パターンに相当するＣＡＤデータのパターンを二次元的に形成するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４４４１５号公報

しかし、このような直接露光型の従来の露光装置において、ＣＡＤデータのパターン配列に高い絶対寸法精度が要求される点は、フォトマスクを使用する露光装置と同様であった。また、複数の露光装置を用いてパターンを形成するような製造工程においては、露光装置間に精度のばらつきがあると、露光パターンの重ね合わせ精度が悪くなる問題があった。そして、このような問題に対処するためには高精度な露光装置が必要となり、露光装置のコストが上昇していた。

さらに、下地層のパターンとＣＡＤデータのパターンとのアライメントを事前に取らなければならない点は、フォトマスクを使用する他の露光装置と同様であり、前述と同様にアライメント精度を向上することができないという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被露光体に形成された基準パターンに対する露光パターンの重ね合わせ精度を向上しようとする露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による露光装置は、被露光体を載置面に載置して所定方向に搬送する搬送手段と、前記搬送手段の上方に配設され、半導体基板上に複数のマイクロミラーが所定状態に配置され、各マイクロミラーが入力される駆動制御信号に基づいて個別に傾動されて、入射する露光光に強度変調を与えて射出するマイクロミラーデバイスと、前記半導体基板上にて前記マイクロミラーデバイスの前記被露光体の搬送方向先頭側の部分に該マイクロミラーデバイスと近接させて配設され、前記複数のマイクロミラーの前記被露光体の搬送方向と直交する方向の並びにそれぞれ１対１に対応させて配置された複数の受光素子で被露光体上の基準パターンを撮像する撮像手段と、前記搬送手段とマイクロミラーデバイス及び撮像手段との間に配設され、前記被露光体上の基準パターンの像を前記撮像手段の受光素子面に結像すると共に、前記マイクロミラーからの射出光を前記被露光体上に投影する投影レンズと、前記撮像手段で撮像された前記基準パターンの画像を２値化処理して得られた画像データに基づいて、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーを傾動制御して前記基準パターン上を露光可能とする制御手段と、を備えたものである。

このような構成により、搬送手段で被露光体を載置面に載置して所定方向に搬送し、マイクロミラーデバイスの複数のマイクロミラーが所定状態に配置された半導体基板上にて上記マイクロミラーデバイスの被露光体の搬送方向先頭側の部分に上記マイクロミラーデバイスと近接させて、上記複数のマイクロミラーの被露光体の搬送方向と直交する方向の並びにそれぞれ１対１に対応させて配置された撮像手段の複数の受光素子で投影レンズを介して被露光体上の基準パターンを撮像し、その画像を２値化処理して得られた画像データに基づいて制御手段で制御してマイクロミラーデバイスの各マイクロミラーを傾動させ、露光光源からの露光光を反射させて該露光光に強度変調を与え、投影レンズで該強度変調された露光光を被露光体上に投影する。

また、前記マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを前記搬送手段の載置面に平行な面内にて搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置したものである。これにより、複数のマイクロミラーを搬送手段の載置面に平行な面内にて被露光体の搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置したマイクロミラーデバイスで露光光に強度変調を与える。

さらに、前記マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを前記搬送手段の載置面に平行な面内にマトリクス状に配置したものである。これにより、複数のマイクロミラーを搬送手段の載置面に平行な面内にマトリクス状に配置したマイクロミラーデバイスで露光光に強度変調を与える。

そして、前記撮像手段は、前記複数の受光素子を前記搬送手段の載置面に平行な面内にて前記被露光体の搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置したものである。これにより、複数の受光素子を搬送手段の載置面に平行な面内にて被露光体の搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置した撮像手段で被露光体上の基準パターンを撮像する。

請求項１に係る発明によれば、マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーと撮像手段の各受光素子とを被露光体の搬送方向と直交する方向の並びにそれぞれ１対１に対応させて配置すると共に同一の半導体基板上に近接して配設しているので、被露光体上に形成された基準パターンを撮像して直ぐに該基準パターン上に露光することができ、被露光体の移動ずれによる影響が少なくなって基準パターンに対する露光パターンの重ね合わせ精度を向上することができる。したがって、複数層のパターンを積層して形成する場合にも、各層のパターンの重ね合せ精度が高くなる。また、複数の露光装置を使用して積層パターンを形成する場合にも、露光装置間の精度差に起因する各層のパターンの重ね合せ精度の劣化の問題を排除することができ、露光装置のコストアップを抑制することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、マイクロミラーデバイスの構成が簡単となりコストを安価にすることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、複雑な露光パターンもフォトマスクによらずＣＡＤデータに基づいて容易に作成することができる。

そして、請求項４に係る発明によれば、撮像手段の複数の受光素子の受光状態に応じて対応するマイクロミラーをオン・オフ駆動すればよく、マイクロミラーデバイスの駆動制御が容易になる。特に、マイクロミラーデバイスが複数のマイクロミラーを一直線状に配置したものである場合には、被露光体が搬送方向と直交する方向に振れながら移動してもマイクロミラーデバイスと被露光体との位置合わせをする必要がない。したがって、装置が簡素化され、装置のコストを安価にすることができる。また、被露光体上の基準パターンが複雑な形状であっても、それに合わせて容易に露光パターンを形成することができ、ＣＡＤデータが必要でないため装置がより簡素化される。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による露光装置の実施形態を示す概略図である。この露光装置は、フォトマスクを使用せず被露光体上に露光パターンを直接露光するもので、搬送手段１と、露光光源２と、マイクロミラーデバイス３と、撮像手段４と、投影レンズ５と、照明光源６と、制御手段７とからなる。以下、被露光体がカラーフィルタ基板である場合について説明する。

上記搬送手段１は、カラーレジストが塗布されたカラーフィルタ基板８をステージ９上の載置面１ａに載置して、図１に示す矢印Ａ方向に所定の速度で搬送するものであり、上記ステージ９を移動させる図示省略の例えば搬送ローラと、該搬送ローラを回転駆動するモータ等の搬送駆動部と、例えばエンコーダやリニアセンサー等の位置検出センサーや速度センサーが設けられており、その出力を後述する制御手段７にフィードバックして位置検出及び速度制御を可能にしている。

上記搬送手段１の上方には、露光光源２が設けられている。この露光光源２は、紫外線を含む露光光を発射するものであり、例えば高圧水銀ランプ、キセノンランプや紫外線発光レーザ等である。そして、露光光を後述のマイクロミラーデバイス３に斜め方向から照射するようになっている。

上記露光光源２の露光光の照射方向前方には、マイクロミラーデバイス３が設けられている。このマイクロミラーデバイス３は、カラーレジストが塗布されたカラーフィルタ基板８に露光光を照射して所定色のカラーフィルタの露光パターンを形成するものであり、半導体基板としてのシリコン基板１１上に複数のマイクロミラー１０が所定状態に配置され、各マイクロミラー１０が入力される駆動制御信号に基づいて個別に傾動されて、露光光源２から入射する露光光にオン・オフの強度変調を与えて射出するようになっている。なお、本実施形態においては、マイクロミラーデバイス３は、図２に示すように複数のマイクロミラー１０が上記搬送手段１の載置面１ａに平行な面内にて同図に矢印Ａで示す搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置されたものである。

このマイクロミラー１０は、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１上に一対のヒンジ１２によって傾動可能に軸支されたヨーク１３を形成し、該ヨーク１３の上面に露光光を反射する反射板１４を形成している。そして、同図（ｂ）に示すように、ヨーク１３の下面とシリコン基板１１の上面とに対向して一対の電極１５を設け、該一対の電極１５に電圧を付与することによって両電極１５間に静電吸引力又は反発力を発生して、上記ヒンジ１２を中心にヨーク１３が矢印方向に傾動し、反射板１４が傾くようになっている。この場合、露光オン状態では、図４（ａ）に示すようにマイクロミラー１０の反射板１４は、その反射光が投影レンズ５を通過するように傾き、露光オフ状態では、図４（ｂ）に示すように反射光が投影レンズ５を通らないように傾く。以下の説明では、図４（ａ）に示すようなマイクロミラー１０の駆動状態をオン駆動と、同図（ｂ）に示すようなマイクロミラー１０の駆動状態をオフ駆動とする。

図２に示すように、上記シリコン基板１１上にて上記マイクロミラーデバイス３の上記カラーフィルタ基板８の搬送方向（矢印Ａ方向）先頭側の部分には、上記マイクロミラーデバイス３と近接させて撮像手段４が設けられている。この撮像手段４は、カラーフィルタ基板８上の露光位置Ｐ１の搬送方向手前側の位置（撮像位置）Ｐ２にてカラーフィルタ基板８上の基準パターンとしてのブラックマトリクス１６のピクセル１７（図５参照）を撮像するものであり、カラーフィルタ基板８からの光を受光する複数の受光素子１８を図２に示すように搬送方向（矢印Ａ方向）に直交する方向に一直線状に並べ配置した例えばラインＣＣＤである。この場合、上記複数の受光素子１８は、上記複数のマイクロミラー１０のカラーフィルタ基板８の搬送方向（矢印Ａ方向）と直交する方向の並びにそれぞれ１対１に対応させて配置されている。そして、上記受光素子１８は、マイクロミラー１０と距離ｄだけ離れている。

上記撮像手段４の受光素子１８は、上記シリコン基板１１上にマイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０と一体的に形成される。この場合、その製造は、シリコン基板１１上に設定されたマイクロミラー形成領域１９を例えばフォトレジストでマスクして、受光素子形成領域２０に公知の技術を適用して受光素子１８を形成し、次に、受光素子形成領域２０を例えばフォトレジストでマスクしてマイクロミラー形成領域１９に公知の技術を適用してマイクロミラー１０を形成する。このとき、シリコン基板１１上に予め設定した基準位置を基準にして受光素子１８及びマイクロミラー１０を形成すれば、対応する受光素子１８とマイクロミラー１０との位置合わせを高精度に行なうことができる。

上記搬送手段１とマイクロミラーデバイス３及び撮像手段４との間には、図１に示すように、一個の投影レンズ５が配設されている。この投影レンズ５は、上記マイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０の像を上記カラーフィルタ基板８の面に投影するものであり、複数のレンズを組み合わせてテレセントリック光学系を構成している。また、上記投影レンズ５を介して、カラーフィルタ基板８上に形成されたブラックマトリクス１６のピクセル１７の像を撮像手段４の受光素子１８面に取り込めるようになっている。

上記搬送手段１のステージ９の下側には、照明光源６が設けられている。この照明光源６は、撮像手段４による撮像位置Ｐ２を可視光により照明して透明なガラス基板からなるカラーフィルタ基板８上に形成されたブラックマトリクス１６のピクセル１７を透過光により撮像可能とするものであり、背面照明となっている。これにより、ピクセル１７の像のコントラストが明瞭となり、撮像精度が向上する。この場合、上記カラーフィルタ基板８の露光領域に対応するステージ９には、照明光をカラーフィルタ基板８の裏面に照射することができるように貫通する開口部（図示省略）が設けられている。なお、照明光源６は、ステージ９の下方に配置して背面照明としたものに限られず、ステージ９の上方に配置して落射照明としてもよい。また、照明光に紫外線成分が含まれる場合には、照明光源６の前面に図示省略の紫外線カットフィルタを配置し、カラーフィルタ基板８上に塗布されたカラーレジストが露光されるのを防止してもよい。

上記露光光源２と、マイクロミラーデバイス３と、撮像手段４と、搬送手段１と、照明光源６とに接続して制御手段７が設けられている。この制御手段７は、撮像手段４で撮像されたカラーフィルタ基板８上のブラックマトリクス１６のピクセル１７に予め設定された基準位置Ｓ１（図５参照）を検出し、該基準位置Ｓ１を基準にして上記マイクロミラーデバイス３の駆動を制御するものであり、露光光源駆動部２１と、ミラー駆動コントローラ２２と、画像処理部２３と、搬送手段コントローラ２４と、照明光源駆動部２５と、記憶部２６と、演算部２７と、制御部２８とを備えている。

ここで、上記露光光源駆動部２１は、露光光源２を点灯駆動するものである。また、上記ミラー駆動コントローラ２２は、マイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０を受光素子１８の受光状態に応じてオン・オフ駆動制御するものである。さらに、上記画像処理部２３は、撮像手段４で撮像された上記ブラックマトリクス１６のピクセル１７の画像の画像データを出力すると共に、該画像データと記憶部２６に保存されたルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」と記載する）とを比較して、上記ピクセル１７に予め設定された基準位置Ｓ１を検出するものである。さらにまた、上記搬送手段コントローラ２４は、搬送手段１のステージ９を所定の方向に一定速度で移動させるものである。また、上記照明光源駆動部２５は、照明光源６を点灯駆動するものである。さらに、上記記憶部２６は、例えば、カラーフィルタ基板８上の基準位置Ｓ１を検出するためのＬＵＴ等を記憶しておくものである。さらにまた、演算部２７は、撮像位置Ｐ２と露光位置Ｐ１との間の距離Ｄとカラーフィルタ基板８の搬送速度Ｖとを用いて、撮像手段４で撮像してからマイクロミラーデバイス３を駆動して露光するまでの露光タイミング時間ｔ等を演算するものである。そして、制御部２８は、上記各部を適切に駆動制御するものである。

次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。
先ず、装置に設けられた図示省略の起動スイッチが投入されると、制御手段７が起動して照明光源駆動部２５により照明光源６が点灯され、撮像手段４が撮像を開始する。また、搬送手段１は、ステージ９上の所定位置にカラーレジストを塗布したカラーフィルタ基板８を載置して待機状態となっている。次に、図示省略の露光開始スイッチが投入されると、搬送手段１のステージ９が搬送手段コントローラ２４に制御されて矢印Ａ方向に速度Ｖで移動を開始する。

カラーフィルタ基板８が移動して図５（ａ）に示すようにブラックマトリクス１６のピクセル１７が撮像位置Ｐ２に達すると、撮像手段４によって上記ピクセル１７の画像が投影レンズ５を介して取得される。撮像手段４で取得された画像は、画像処理部２３において画像処理され、２値化されて画像データが得られる。同時に、画像処理部２３では、この画像データが記憶部２６から読み出されたＬＵＴと比較され、両データが一致したとき上記画像データに相当するピクセル１７の撮像位置、例えばブラックマトリクス１６のピクセル１７の左上端隅部を基準位置Ｓ１と判定する。そして、この基準位置Ｓ１を検出した時刻ｔ１が記憶部２６に記憶される。

さらに、カラーフィルタ基板８が速度Ｖで搬送され、上記基準位置Ｓ１が距離Ｄだけ進んで露光位置Ｐ１に位置付けられると露光が開始される。この場合、上記移動距離Ｄは、時間で管理される。即ち、搬送速度Ｖ及び撮像位置Ｐ２と露光位置Ｐ１との距離Ｄの各データに基づいて、カラーフィルタ基板８が距離Ｄだけ搬送される時間ｔを演算部２７で演算する。そして、撮像手段４が上記基準位置Ｓ１を検出（検出時刻ｔ１）してから時間ｔ経過したときに基準位置Ｓ１が露光位置Ｐ１に設定されたと判定して露光を開始するものである。

露光は、先ず、記憶部２６から撮像手段４によって取得されたブラックマトリクス１６のピクセル１７の画像データを読み出し、この画像データに基づいてミラー駆動コントローラ２２を駆動し、マイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０を傾動制御して行なわれる。例えば、図５（ａ）に示すように、画像データが“001111111111001111111111001111…”のときには、同図に示すマイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０-3〜１０-12,１０-15〜１０-24及び１０-27…が傾動されてオン駆動される。これにより、露光光源２から入射した露光光が上記マイクロミラー１０-3〜１０-12,１０-15〜１０-24及び１０-27…によって投影レンズ５側に反射され、該投影レンズ５を通ってカラーフィルタ基板８に達し、露光位置Ｐ１に対応するピクセル１７上のカラーレジストを露光する（同図（ｂ）に示す露光領域Ｑ１参照）。

引き続き、撮像手段４によって上記露光領域Ｑ１に続くピクセル１７の部分が撮像される。そして、その撮像時刻からｔ時間後に、撮像手段４で取得された画像データ、例えば図５（ａ）に示す“001111111111001111111111001111…”に基づいて、同図（ａ）に示すマイクロミラーデバイス３のマイクロミラー１０-3〜１０-12,１０-15〜１０-24及び１０-27…が傾動されてオン駆動され、同図（ｂ）に示すピクセル１７上の上記露光領域Ｑ１に続く領域Ｑ２に露光が実行される。なお、ピクセル１７上への露光終了は、例えばピクセル１７の左下端部を第２の基準位置Ｓ２として設定し、該基準位置Ｓ２を検出すると露光を停止させてもよい。または、ピクセル１７の搬送方向の幅Ｗと搬送速度Ｖとから、カラーフィルタ基板８が距離Ｗだけ進む時間Ｔを算出し、露光開始から時間Ｔ経過後に露光を停止させてもよい。

以下同様にして、所定のピクセル１７上に露光を行って、カラーフィルタの露光パターンを形成する。ここで、搬送方向に配設されたピクセル１７を所定数だけ飛び越して露光する場合には、上記基準位置Ｓ１の検出回数をカウントし、そのカウント数と予め設定して記憶部２６に記憶された露光しようとするピクセル列番号とを比較し、両者が一致したピクセル列に対して露光する。

なお、上記実施形態においては、被露光体がカラーフィルタ基板８である場合について説明したが、これに限られず、被露光体は、半導体基板等如何なるものであってもよい。

本発明による露光装置の実施形態を示す概要図である。 上記露光装置において使用される同一のシリコン基板上に配設されたマイクロミラーデバイスと撮像手段とを示す平面図である。 上記マイクロミラーデバイスのマイクロミラーの構成を示す説明図であり、（ａ）は中央縦断面図、（ｂ）は中央横断面図である。 上記マイクロミラーデバイスのマイクロミラーの傾動を説明する側面図であり、（ａ）はオン駆動状態を示し、（ｂ）はオフ駆動状態をしている。 上記露光装置による露光動作を示す説明図である。

符号の説明

１…搬送手段
１ａ…載置面
２…露光光源
３…マイクロミラーデバイス
４…撮像手段
５…投影レンズ
７…制御手段
８…カラーフィルタ基板（被露光体）
１０…マイクロミラー
１１…シリコン基板（半導体基板）
１６…ブラックマトリクス
１７…ピクセル（基準パターン）
１８…受光素子

Claims (4)

1. 被露光体を載置面に載置して所定方向に搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段の上方に配設され、半導体基板上に複数のマイクロミラーが所定状態に配置され、各マイクロミラーが入力される駆動制御信号に基づいて個別に傾動されて、入射する露光光に強度変調を与えて射出するマイクロミラーデバイスと、
   前記半導体基板上にて前記マイクロミラーデバイスの前記被露光体の搬送方向先頭側の部分に該マイクロミラーデバイスと近接させて配設され、前記複数のマイクロミラーの前記被露光体の搬送方向と直交する方向の並びにそれぞれ１対１に対応させて配置された複数の受光素子で被露光体上の基準パターンを撮像する撮像手段と、
   前記搬送手段とマイクロミラーデバイス及び撮像手段との間に配設され、前記被露光体上の基準パターンの像を前記撮像手段の受光素子面に結像すると共に、前記マイクロミラーからの射出光を前記被露光体上に投影する投影レンズと、
   前記撮像手段で撮像された前記基準パターンの画像を２値化処理して得られた画像データに基づいて、前記マイクロミラーデバイスの各マイクロミラーを傾動制御して前記基準パターン上を露光可能とする制御手段と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを前記搬送手段の載置面に平行な面内にて搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを前記搬送手段の載置面に平行な面内にマトリクス状に配置したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記撮像手段は、前記複数の受光素子を前記搬送手段の載置面に平行な面内にて前記被露光体の搬送方向と直交する方向に一直線状に並べて配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。

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