(57)【要約】      （修正有）【課題】コリメーション半角を調整するために実施され、露光光の光路中に位置するフライアイレンズへの物理的な遮光を施した際にも、照度の低下が少なく、単位時間当たりの生産性の低下もなく、品質も確保でき、保守が簡易な露光装置を提供する。【解決手段】感光性樹脂を塗布した基板に、所定のパターンを有するフォトマスク１２を近接させ、露光光源１の光を、集光鏡２を介しフライアイレンズ５を通過させた、露光光を、凹射出通過面側に、コリメーション半角調整用遮光板１０を設け、前記遮光板により損失する露光光の光を反射させるために、露光光の入射面側に第1反射鏡８を設け、さらに第１反射鏡８から反射された露光光を受ける第２反射鏡９を設け、フライアイレンズ５周辺部に設けられた第１反射鏡８より、反射した露光光を第２反射鏡９によって、フライアイレンズ５に入射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性樹脂を塗布した基板に、所定のパターンを有するフォトマスクを近接させ、露光光源の光を、集光鏡を介しフライアイレンズを通過させた、露光光を、凹面鏡を介して露光する近接露光装置であって、
フライアイレンズ周辺部の露光光の光射出面側に、コリメーション半角調整用遮光板を設け、前記遮光板により損失する露光光の光を反射させるために、露光光の入射面側に第1反射鏡を設け、さらに第１反射鏡から反射された露光光を受ける第２反射鏡を設け、
フライアイレンズ周辺部に設けられた第１反射鏡より、反射した露光光を第２反射鏡よって、フライアイレンズに入射させることを特徴とするカラーフィルタ用露光装置。
【請求項２】
前記コリメーション半角が０．５ｄｅｇ〜１．７ｄｅｇであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項３】
前記第１反射鏡及び第２反射鏡が、複数の凹面鏡を配列した構成であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項４】
前記第１反射鏡及び第２反射鏡の表面に、Ａｌの蒸着膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項５】
前記露光光が、超高圧水銀ランプから発せられたものであり、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項６】
前記露光光が、高圧水銀ランプから発せられるものであり、水銀の共鳴線である３６５ｎｍと２３０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項７】
前記露光光が、低圧水銀ランプから発せられるものであり、１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項８】
前記露光光が、ＤＥＥＰ・ＵＶランプから発せられるものであり、２３０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長が含まれ、４００ｎｍ未満の波長が多く含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置を用いて製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの基板上に、所定のフォトマスクのパターンを転写するカラーフィルタ用露光装置およびカラーフィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタの製造方法には、フォトリソ法式とインクジェット方式等があるが、一般的には、フォトリソ方式が多く採用されている。また、フォトリソ方式におけるパターン転写においては、フォトマスクと被露光対象基板を近接させて露光を行う近接露光方式とフォトマスクと被露光基板を近接させず、所定のマスクパターンを、光学系を介することにより投影し、所定のパターン転写を行う投影露光方式がある。
【０００３】
カラーフィルタの製造方法においては、初期投資コスト面などから、投影露光方式よりも近接露光方式の方が安価であるため、当初より近接露光方式が多く採用される傾向があり、現在においても近接露光方式を採用するケースが多くみられる。
【０００４】
昨今、スマートフォンやタブレットＰＣに代表される携帯端末であるモバイル機器のパネル表示品質の向上が甚だしく、市場のニーズに合わせて高精細化が進み、さらにカラーフィルタに要求される個々のパターンの精細化も進む一途を辿っており、既存の近接露光方式の露光機では、パターンの解像現界に近づきつつある。
【０００５】
そこで、長波長輝線のみをカットし、短波長のみで露光し所定のフォトマスクのパターンを転写するために、輝線カットフィルタなどを用いて露光輝線スペクトルの調整を行う方法や、任意の波長のみ取り出すためにバンドパスフィルタを用いる方法など，さまざまな輝線カットフィルタを用いて露光輝線スペクトル調整を行う方法が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
近接露光方式において、フォトマスクと被露光対象基板面との距離（露光Ｇａｐ）が変動することにより転写されるパターン形状、特性値および解像度が変化してしまう。一般的に、露光Ｇａｐを増すことにより、パターンの解像度は低下するが、コリメーション半角（光線の光軸に対する角度θ）の異方性に関しては、露光Ｇａｐを増加させる程顕著に現れる。しかし、フライアイレンズユニットを矩形形状から円形形状に配置することで、コリメーション半角（光線の光軸に対する角度θ）の異方性を改善する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００７】
高精細カラーフィルタの製造に際し、近接露光方式における精細パターンの転写の向上については、３５０ｎｍ以上の長波長領域の紫外線をカットし、特定波長のみを通すバンドパスフィルタを用いる方法が提案されている（特許文献３）。
【０００８】
コリメーション半角を調整する最も簡易的な方法としては、露光光の光路中に設置されているフライアイレンズユニットを、物理的に遮光することが一般的である。しかし、この方法におけるコリメーション半角の調整は、フライアイレンズユニットに対して物理的な遮光を施すため、露光照射面における照度の低下を避けることができない。
【０００９】
この場合、フライアイレンズユニットを、フライアイレンズユニットを構成する個々のエレメントレンズに沿って上下・左右対称に遮光するため、遮光により露光光が遮られた割合、即ち、遮光面積に応じて、比例して照度が低下することになる。
【００１０】
露光量（ｍＪ／ｃｍ２）は照度（ｍＷ／ｃｍ２）と時間（ｓｅｃ）の積であり、照度が低下することにより、任意の露光量を照射するのに要する所要時間が長くなることになる。これは露光タクトが増加するため、単位時間当たりの生産数量が低下することになり、つまり、生産性の面から考えるとデメリットとなる。
【００１１】
フライアイレンズユニットの物理的遮光により低下した照度を補う方法としては、露光光源の出力増強（露光ランプの増設）、集光鏡の光学系の再設計、光源とフライアイレンズユニット間距離の調整、光源からフライアイレンズユニット間における光路中にコンデンサーレンズ等を設置し、フライアイレンズユニットの非遮光領域に光源からの光を集光させる方法などが考えられる。
【００１２】
既存露光機における高精細化対応の検討において、ランプ増設に関しては、ランプを増設するためのスペースの問題が挙げられる。また、集光鏡の光学系の再設計では集光鏡を交換することになるため、高精細品種と通常の高精細を求められない既存品種が入り混じる生産ラインでは、コリメーション半角の変更の都度、集光鏡を交換するといった作業は現実的ではない。また、光源とコリメーションレンズ間との距離の調整に関しては、光源と集光鏡を光路に対して前後に移動させて調節することになるが、既存の露光機のランプハウスにおいてはこのような可動可能なスペースを設けることは困難である。
【００１３】
また、光源からフライアイレンズユニット間における光路中にコンデンサーレンズを設置する方法に関しては、小型露光機に関しては可能であるが、Ｇ６世代、Ｇ８世代向けなどの大型露光機においては、コンデンサーレンズ径も大きくなるため、これに対応させる合成石英材質のコンデンサーレンズの作製はコスト面においても厳しく、さらに運用面においても、高精細品種と通常の高精細を求められない既存品種が入り混じる生産ラインでは、コリメーション半角の変更毎にコンデンサーレンズを設置または取り外しを実施することは現実的でない。これより、大型露光機において、コンデンサーレンズを用いる方法でのコリメーション半角調整は厳しいと言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１‐２９６６６６号公報
【特許文献２】特開２００８‐１５８２８２号公報
【特許文献３】特開２００７‐９４３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明では、コリメーション半角を調整するために実施され、露光光の光路中に位置するフライアイレンズへの物理的な遮光を施した際にも、照度の低下が少なく、単位時間当たりの生産性の低下もなく、品質も確保でき、保守が簡易な露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、感光性樹脂を塗布した基板に、所定のパターンを有するフォトマスクを近接させ、露光光源の光を、集光鏡を介しフライアイレンズを通過させた、露光光を、凹面鏡を介して露光する近接露光装置であって、フライアイレンズ周辺部の露光光の光射出面側に、コリメーション半角調整用遮光板を設け、前記遮光板により損失する露光光の光を反射させるために、露光光の入射面側に第1反射鏡を設け、さらに第１反射鏡から反射された露光光を受ける第２反射鏡を設け、フライアイレンズ周辺部に設けられた第１反射鏡より、反射した露光光を第２反射鏡よって、フライアイレンズに入射させることを特徴とするカラーフィルタ用露光装置である。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、前記コリメーション半角が０．５ｄｅｇ〜１．７ｄｅｇであることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、前記第１反射鏡および第２反射鏡が、複数の凹面鏡を配列した構成であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、前記第１反射鏡および第２反射鏡の表面に、Ａｌの蒸着膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、前記露光光が、超高圧水銀ランプから発せられたものであり、４３６ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、前記露光光が、高圧水銀ランプから発せられるものであり、水銀の共鳴線である３６５ｎｍと２３０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、前記露光光が、低圧水銀ランプから発せられるものであり、１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、前記露光光が、ＤＥＥＰ・ＵＶランプから発せられるものであり、２３０ｎｍ〜３２０ｎｍの波長が含まれ、４００ｎｍ未満の波長が多く含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置である。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカラーフィルタ用露光装置を用いて製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、パターンの解像度を向上させるために、露光照射光の光路中に位置するフライアイレンズユニットを物理的に遮光し、コリメーション半角を０．５ｄｅｇ〜１．７ｄｅｇに調整した場合においても、著しい照度低下、および所定の露光量に達するまでの所要時間、つまり露光タクトを極限まで抑えることを可能とし、単位時間当たりの生産性を確保することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明のカラーフィルタ用露光装置の、一実施形態を示した概略機構図であり、また、本願発明のカラーフィルタ用露光装置における第１反射鏡および第２反射鏡による光路を示した概念図である。
【図２】一般的なフライアイレンズユニットを示した概念図である。
【図３】凹面鏡６から露光照射面７までの距離ｆとコリメーション半角θを示した概念図である。
【図４】本願発明のフライアイレンズユニットの構成を示した概念図である。
【図５】本願発明の、カラーフィルタ用露光装置において、第１反射鏡、第２反射鏡および遮光板を設けたフライアイレンズユニットの概念図である。
【図６】一般的な露光装置による露光状態を示した概念図である。
【図７】コリメーション半角（１．０ｄｅｇ、２．０ｄｅｇ）の影響を示した、線幅とマスクを解した露光光の光学強度の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本願発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本願発明のカラーフィルタ用露光装置であり、第１反射鏡８と第２反射鏡９による光路を示している。露光光源（超高圧水銀ランプ）１より発せられた露光光３は集光鏡２により集光され平面鏡４を介し、フライアイレンズユニット５へ入射する。フライアイレンズユニット５を通過した露光光３は、凹面鏡６を介し、露光照射面７に照射される。
【００２８】
図２は、フライアイレンズユニット５の構成を示しており、フライアイレンズユニット５はエレメントレンズ１３により構成され、実施例で用いたフライアイレンズユニット５は、水平方向７個、垂直方向８個に配置され、計５６個のエレメントレンズ１３から構成される。
【００２９】
コリメーション半角を０．５ｄｅｇ〜１．７ｄｅｇ内の、１．０ｄｅｇに調整する際には、フライアイレンズユニット５の外周部を、エレメントレンズに沿って遮光板１０で遮光することにより、中心部に位置するエレメントレンズ１３のみが用いられる。
【００３０】
図３は、凹面鏡６から露光照射面７までの距離ｆとコリメーション半角θを示している。尚、フライアイレンズユニット５から凹面鏡６までの距離と凹面鏡６から露光照射面７までの距離は同値設計となっている。
【００３１】
コリメーション半角は、フライアイレンズユニットの大きさ（２ｒ）とフライアイレンズユニットから凹面鏡６までの距離の関係で決定される。フライアイレンズユニットの大きさ（２ｒ）が小さいほど、また、フライアイレンズユニットから凹面鏡６までの距離が大きいほど、コリメーション半角は小さな値となる。
【００３２】
コリメーション半角を算出する場合、凹面鏡６から露光照射面７までの距離ｆとフライアイレンズユニット５の開口部の大きさ２ｒ’から求めることができ、コリメーション半角θ（ｄｅｇ）はＴａｎ−１（ｒ’／ｆ）で表すことができる。
【００３３】
第１反射鏡８及び第２反射鏡９は、金属の蒸着膜により被覆されているが、反射率の高いＡｌなどの蒸着膜が好適である。
【００３４】
図４は、本願発明のフライアイレンズユニット５の断面構成を示しており、フライアイレンズユニット５を構成する５６個のエレメントレンズ１３の内、フライアイレンズユニット５の中心に位置する１２個以外の部分には、反射鏡８と遮光板１０を設けてある。
【００３５】
図５は、本願発明の第１反射鏡８、第２反射鏡９および遮光板１０を設けたフライアイレンズユニット５を平面を示しており、５６個のエレメントレンズの内、フライアイレンズユニット５の中心から１２個以外のエレメントレンズ１３の部分は、露光光入射側に、第１反射鏡８および第２反射鏡９が、露光光射出側に遮光板１０が設けてある。
【００３６】
フライアイレンズユニット５を構成する１２個のエレメントレンズ１３部分以外の露光光３は、第１反射鏡８よって反射された露光光は、さらに第２反射鏡９により再度反射され、フライアイレンズユニット５を構成する中心の１２個のエレメントレンズ１３部分と通過して、凹面鏡６を介し露光照射面７に向かう。
【００３７】
尚、基本的には、第１反射鏡８の開口部（フライアイレンズユニット５の非遮光部）と遮光板１０の開口部（フライアイレンズユニット５の非遮光部）は同一寸法設計とする。
【００３８】
露光光３は、第１反射鏡８および遮光板１０において遮光されていない領域のフライアイレンズユニット部分のみを通過し、遮光板１０において遮光されている領域は、第１反射鏡８にて反射し、第２反射鏡９に入射し、さらに、第２反射鏡で反射され、再度、第１反射鏡８および遮光板１０において遮光されていない領域のフライアイレンズユニット５部分を通過することとなる。
【００３９】
必要に応じて波長選択フィルタを用いる。波長選択フィルタは、３５０ｎｍ以上の紫外線をカットし、尚且つ、特定の短波長のみを通すバンドパスフィルタとし、光路中においてフライアイレンズユニット５の直前若しくは直後に設置するものとする。
【００４０】
また、フィルターサイズは集光した光領域以上をカバーできるサイズのものとする。長波長ほどフォトマスク透過後の光学強度分布はブロードになり、微細パターンが解像し難い傾向にある。
【００４１】
コリメーション半角は０．５ｄｅｇ〜１．７ｄｅｇに調整するものとし、フライアイレンズユニット５を遮光板１０にて遮光し、非遮光領域のサイズ（２ｒ）を変更することによって調整する。
【００４２】
コリメーション半角が小さいほど、マスクを介した光の光学強度分布は狭くなり、解像度は向上するが、コリメーション半角を０．５ｄｅｇよりも小さい値にすると形状に歪が生じる。一方、１．７ｄｅｇより大きくなると、マスクを介した光の光学強度分布の広がりにより、転写されるパターン形状が全体に丸みをおびてくる。
【００４３】
コリメーション半角を全方位において等方性を維持するために、フライアイレンズユニット５のエレメントレンズ１３は円形に近いものを採用することが望ましい。また、エレメントを組み合わせたレンズの全体形状も円形に近いものとすることも望ましい方法のひとつである。
【００４４】
理想的には、円形のエレメントを組み合わせて円形のフライアイレンズユニット５を作製することが望ましいが、光量の損失を考慮すると多角形のエレメントを組み合わせる方法等が採用される。
【００４５】
コリメーション半角が、被露光基板表面上の全方位において等方的であり、全方位の誤差が±０．２ｄｅｇ以内が望ましい。±０．２ｄｅｇ以上だと、とりわけ複雑な形状のパターニングに際して、コリメーション半角の異方性の影響により形状に歪を生じる懸念がある。
【００４６】
凹面鏡６による反射板方式を用いたが、凸レンズによる通過方式を採用しても構わない。また、反射レンズは露光照射面７に平行光を入射させるために使用するためのもので、露光機の光学系レイアウトによっては設けなくても構わない。
【００４７】
フォトマスク１２と被露光基板との露光Ｇａｐはセンサーにより自動調節される機構を持つが、Ｇａｐの設定値１００μｍ程度が望ましい。これは、フォトマスク１２と被露光基板間に異物が存在した場合に、Ｇａｐが狭いとフォトマスクを傷つけてしまう恐れがあるためである。
【００４８】
第１反射板８にて反射された露光光３は、第２反射板９に入射され、第２反射板９に入射した露光光３は、フライアイユニット５の非遮光領域に入射される。
【００４９】
これにより、従来、遮光板１０にて損失していた露光光３を損失させることなく有効に活用することができ、照度の低下を補うことが可能となる。
【００５０】
図６は、一般的な露光装置による露光状態を示しており、露光光は平行光ではないため、解像度に影響する。
【実施例】
【００５１】
５６個（水平方向に７個、垂直方向に８個）のエレメントレンズ１３からなるフライアイレンズユニット５の、中心部１２個（水平に３個、垂直に４）を残し、露光光源（超高圧水銀ランプ）１側に、Ａｌの蒸着が施された第1反射鏡８、および第２反射鏡９を、露光照射面７側に遮光板１０を設けたものである。
【００５２】
＜比較例１＞
５６個（水平方向に７個、垂直方向に８個）のエレメントレンズ１３からなるフライアイレンズユニット５をそのまま用いた。
【００５３】
＜比較例２＞
５６個（水平方向に７個、垂直方向に８個）のエレメントレンズ１３からなるフライアイレンズユニット５の中心部１２個（水平方向に３個、垂直方向に４個）を残し、露光照射面７側に遮光板１０を設けたものである。
【００５４】
実施例、比較例１および比較例２の照度測定結果をまとめたものを表１に示し、実施例、比較例１および比較例２における、線幅の特性値をまとめたものを表２に示す。
【００５５】
【表１】
2014134655.tif 000003
【００５６】
【表２】
2014134655.tif 000004
図７に、コリメーション半角が１．０ｄｅｇの実施例及び比較例２と、コリメーション半角が２．０ｄｅｇの比較例１における、線幅（μｍ）と光学強度との関係を示したが、コリメーション半角を１．０ｄｅｇにすることにより、フォトマスク１２を介した露光光の広がりを抑えることができることがわかる。
【００５７】
比較例１の５６個のエレメントレンズ１３からなるフライアイレンズユニット５は、コリメーション半角が２．０ｄｅｇとなり、照度は４４．７ｍＷと高くなるが、線幅のバラツキのＲａｎｇｅが１．９μｍと大きくなってしまう結果である。
【００５８】
比較例２は、コリメーション半角が１．０ｄｅｇへと変更され、線幅バラツキＲａｎｇｅが０．７μｍと改善されたが、照度が９．７ｍＷ（比較例１の約２１％）に低下してしまい、露光所要時間が約５倍になってしまった。
【００５９】
実施例では、コリメーション半角が１．０ｄｅｇにおける照度低下が改善され、線幅バラツキＲａｎｇｅが０．７μｍと改善され、照度が３３．２ｍＷと、比較例２に対し約３．４倍の照度で、約３分の１程度の露光所要時間に改善できた。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・露光光源（超高圧水銀ランプ）
２・・・集光鏡
３・・・露光光
４・・・平面鏡
５・・・フライアイレンズユニット（インテグレーターレンズ）
６・・・凹面鏡
７・・・露光照射面
８・・・第１反射鏡
９・・・第２反射鏡
１０・・・遮光板
１１・・・反射光
１２・・・フォトマスク
１３・・・エレメントレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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