JP2008250140A - 露光装置における露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さなテーパー角を有するレジストパターンが形成されるデジタル露光機を用いた場合、エッチングによって所望の線幅（設計線幅）を実現することが困難であった。
【解決手段】予めデジタル露光によってレジストを露光して現像を行い、得られたレジストのテーパー角とそれによるエッチングの結果から補正データを求める。実際にレジストを露光、現像して、そのレジストパターンをエッチングマスクとしたリソグラフィを行う際に、先に求めた補正データに基いて光量を補正又は設計画像データを修正することで、小さなテーパー角を有するレジストパターンであっても、所望の仕上り線幅を実現することができる。
【選択図】図２１

Description

この発明は、基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置における露光方法及び露光装置に関する。

ＦＰＤ、例えばＬＣＤのＴＦＴアレイの製造プロセスでは、図１８に示すように、洗浄→成膜（ゲート金属スパッタ、ゲート絶縁膜／ａ−Ｓｉ膜／Ｎ⁺型ａ−Ｓｉ膜ＣＶＤ、ソース・ドレイン電極スパッタ、保護膜ＣＶＤ、透明電極スパッタ）→フォトリソグラフィ（ゲート電極・配線、アイランド、ソース・ドレイン電極、保護膜、透明電極）の工程が数回繰り返して行われる（非特許文献１参照）。

ここで、フォトリソグラフィプロセスは、図１８及び図１９に示すように、薄膜２が形成された（成膜された）基板１に、レジスト（フォトレジスト）３を塗布しプリベークする。ここで、フォトレジスト３が塗布されプリベークされた薄膜形成基板１を基板Ｆという。次に、基板Ｆに対して、紫外線ＵＶをフォトマスク４を介して照射しパターンを露光する。

次に、露光された部分を現像液により溶かして、レジスト３をパターンニングする。これをポストべークで固め、エッチング耐性を持たせる。

次に、エッチングプロセスで下地膜である薄膜２をエッチングして薄膜２をパターンニングする。

この後、レジスト３を剥離し、パターンが形成された基板Ｆａを得る。

なお、レジスト剥離処理によりレジスト３を剥離した際に、パターンの線幅は変化しないのでエッチング処理によって形成された薄膜２を有する基板１もパターンが形成された基板Ｆａという。

エッチングには、ウエットエッチングとドライエッチングがあり、工程により使い分けられるが、高精細化が進みドライエッチングの比率が高まっている。

なお、半導体のリソグラフィプロセスでは、基板１がガラス基板からウェハ基板に代替される。

レジスト３に配線パターンを露光する露光装置において、ガラス基板が大型化するにつれて、使用するマスクは益々高価な工業的に難しいものになっている。このためマスクを利用しないデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用して走査露光する露光装置（デジタル露光装置）が提案されている（特許文献２参照）。

ＤＭＤは、ＳＲＡＭセル（メモリセル）の上に格子状に配列された多数のマイクロミラーを揺動可能な状態で配置したものであり、各マイクロミラーの表面には、アルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。ＳＲＡＭセルに画像データに従ったデジタル信号が書き込まれると、その信号に応じて各マイクロミラーが所定方向に傾斜し、その傾斜状態に従って光ビームがオンオフ制御されてレジストに導かれ、配線パターンが露光記録される。

特開２００５−２６６７７９号公報 ２００３ＦＰＤテクロノジー大全 ＦＰＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｕｔｌｏｏｋ、出版社 電子ジャーナル、発行日 ２００３年３月２５日（１５７頁）

ところで、エッチングにより形成される薄膜２によるパターンは、レジスト３がエッチングによる影響を受けながら、エッチング液が基板１上の不要部分の薄膜２を削って進むために、現像後のレジスト３のプロファイル（残膜量、テーパー角（Ｓｉｄｅ Ｗａｌｌ Ａｎｇｌｅ））の影響を受ける。

図２０に、テーパー角θが大きい場合（θ大）と小さい場合（θ小）の現像後（エッチング前）のレジスト３のプロファイルの断面模式図を示す。

図２１に、図２０のプロファイルを有するレジスト３のドライエッチング後の断面模式図を示す。

テーパー角θが大きい場合には、エッチング前のレジスト３の線幅Ｌ１と、エッチングによって作られる薄膜２の線幅Ｌ２は略等しい（Ｌ２≒Ｌ１）ことが分かる。その一方。テーパー角θが小さい場合には、レジスト２の線幅Ｌ１に対してエッチングによって作られる薄膜２の線幅Ｌ３が狭くなり（Ｌ３＜Ｌ１）、レジスト３のテーパー角θが小さい場合は、大きい場合に比較してパターンの線幅が細く形成されることが分かる。

図２２に、図２０のプロファイルを有するレジスト３のウェットエッチング後の断面模式図を示す。テーパー角θが小さい場合には、設計寸法に対してエッチング仕上り寸法としての線幅Ｌ４が、ドライエッチング以上に変化するといった問題が有る（Ｌ４＜Ｌ３）。

従来、小さいテーパー角θを有するレジスト３を用いた場合に所望の線幅を実現することが困難であり、テーパー角θを高くするためには、図１９に示したような高価なマスク４を必要とする高価で大型の露光光学系（アナログ露光装置）が必要とされていた。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、工業的に実現が容易なテーパー角θの小さな露光光学系（デジタル露光装置）を用いて、寸法変化の小さなエッチング仕上り、すなわち所望の線幅のパターンが形成された基板を得ることを可能とする露光装置における露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

［従来技術の再確認、発明を完成するまでの過程、並びに発明の概要の説明］
ＬＣＤ−ＴＦＴアレイをマスク露光（アナログ露光）する場合は、下地パターン、反射率によって露光するパターン線幅を調整することは行っていなかった。基準とするマザーガラス上で、所望のレジストプロファイルが得られる或る光量でＣＡＤに基く線幅で露光していた。

デジタル露光においても下地によって露光するパターンを、予め調整して露光することは行っていなかった。

なお、基板表面と露光光の干渉や不要光による露光（ハレーション）を防止するために光吸収性有機膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflection Coating）又は無機膜反射防止膜（ＢＡＲＬ：Bottom Anti-Reflection Layer）などの反射防止膜が用いられている。

デジタル露光機においては下地パターン有無、反射率に対する露光パターンの補正は行われていなかった。

今回、テーパー角の小さなレジスト形状においては、そのテーパー角が下地薄膜の反射率に影響されて変化していることが分かった。上述したように、テーパー角が変化している場合、エッチング、特にドライエッチングにおいては実現される線幅が変動することになる。

特に、レジストのγ（ガンマ）が小さい場合、又、レジスト膜厚が薄い場合には、さらにテーパー角が小さくなることから、線幅変動が発生し易い状況となる。

この出願の発明者は、小さいテーパー角を有するレジストを用いた場合に薄膜による所望の線幅を実現するために鋭意検討実験を進めた結果、予め求めたレジストの露光、現像、それを用いたエッチングの結果から補正データを求めて、実際に、レジストの露光、現像、エッチングを行うことで、テーパー角が小さい比較的安価な露光光学系（デジタル露光光学系）を有する露光装置においても薄膜による所望の線幅のパターン形成を実現できることが実証しこの発明を完成させるに至った。

すなわち、まず、テーパー角の小さいレジストによってエッチング仕上りの寸法が変化する要因である下地層の薄膜の反射率（第１要因：下地薄膜反射率要因）と、レジスト材料の露光量（対数）に対するレジスト膜厚変化の傾きγ（Contrast(γ)）｛第２要因：レジストγ要因｝と、レジスト膜の厚さに対するレジストのテーパー角（第３要因：レジスト膜厚要因）と、をそれぞれ使用するプロセス条件において求める。

次に、テーパー角とエッチング後の仕上り寸法の線幅の関係を、設定した特定のエッチングプロセス条件によって求める。これらの関係を露光装置に入力し、エッチング後の仕上り寸法（線幅）変化を想定して、レジストにパターンを露光する段階で画像データを補正することで、エッチング後の配線パターンを所望の線幅に近づけることができる。

補正方法としては、画像データを補正して露光する方法、又は露光する光量（露光量）を補正量に合せて調整する方法がある。

これらを具体化する、この発明に係る露光装置における露光方法は、基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置における露光方法において、以下の特徴（１）〜（４）を有する。

（１）予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記薄膜の反射率との関係を求めるステップと、前記関係を参照し、前記薄膜の反射率に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、を有することを特徴とする。

（２）予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストのγとの関係を求めるステップと、前記関係を参照し、前記レジストのγに応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、有することを特徴とする。

（３）予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの膜厚との関係を求めるステップと、前記関係を参照し、前記レジスト層の膜厚に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、有することを特徴とする。

（４）上記の特徴（１）〜（３）の中、少なくとも２つを使用する露光装置における露光方法もこの発明に含まれる。

この発明に係る露光装置は、基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置において、以下の特徴（５）〜（８）を有する。

（５）予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記薄膜の反射率との関係を記憶する記憶手段と、前記関係を参照し、前記薄膜の反射率に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

（６）予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストのγとの関係を記憶する記憶手段と、前記関係を参照し、前記レジストのγに応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、有することを特徴とする。

（７）予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの膜厚との関係を記憶する記憶手段と、前記関係を参照し、前記レジスト層の膜厚に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、有することを特徴とする。

（８）上記の特徴（５）〜（７）の露光装置における前記記憶手段と前記補正手段の組を少なくとも２組搭載した露光装置もこの発明に含まれる。

なお、露光機として、ＤＭＤ等の空間光変調素子を利用して走査露光する露光装置（デジタル露光装置）の他、光偏向器を利用して走査露光する露光装置を用いることができる。光偏向器を利用する場合には、基板上の場所に応じて、光偏向器により偏向される光ビームの強度を補正する。光偏向器としては、回転多面鏡、ガルバノメータミラーを採用することができる。

この発明によれば、工業的に実現の容易なテーパー角の小さな露光光学系を用いて、寸法変化の小さなエッチング仕上り、すなわち所望の線幅のパターンを作製することができる。

まず、工業的に実現が容易なテーパー角の小さな露光光学系の例について説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る露光方法及び露光装置が適用された露光装置１０を示す。

露光装置１０は、複数の脚部１２によって支持された定盤１４を備え、この定盤１４上には、２本のガイドレール１６を介して露光ステージ１８が矢印方向に往復移動可能に設置される。露光ステージ１８には、図１９に示した、薄膜２が成膜された基板１にレジスト３が塗布されプリベークされた矩形状の基板（レジスト塗布薄膜形成基板）Ｆが吸着保持される。

定盤１４の中央部には、ガイドレール１６を跨ぐようにして門型のコラム２０が設置される。このコラム２０の一方の側部には、露光ステージ１８に対する基板Ｆの装着位置を検出するＣＣＤカメラ２２ａ及び２２ｂが固定され、コラム２０の他方の側部には、基板Ｆに対して画像を露光記録する複数の露光ヘッド２４ａ〜２４ｊが位置決め保持されたスキャナ２６が固定される。露光ヘッド２４ａ〜２４ｊは、基板Ｆの走査方向（露光ステージ１８の移動方向）と直交する方向に２列で千鳥状に配列される。ＣＣＤカメラ２２ａ、２２ｂには、ロッドレンズ６２ａ、６２ｂを介してストロボ６４ａ、６４ｂが装着される。ストロボ６４ａ、６４ｂは、基板Ｆを感光することのない赤外光からなる照明光をＣＣＤカメラ２２ａ、２２ｂの撮像域に照射する。

定盤１４の端部には、露光ステージ１８の移動方向と直交する方向に延在するガイドテーブル６６が装着されており、このガイドテーブル６６には、露光ヘッド２４ａ〜２４ｊから出力された光ビームＬの露光量を検出するフォトセンサ６８が矢印ｘ方向に移動可能に配設される。

図２は、各露光ヘッド２４ａ〜２４ｊの構成を示す。露光ヘッド２４ａ〜２４ｊには、例えば、光源ユニット２８ａ〜２８ｊを構成する複数の半導体レーザから出力された光ビーム（レーザビーム）Ｌが合波され光ファイバ３０を介して導入される。光ビームＬが導入された光ファイバ３０の出射端には、ロッドレンズ３２、反射ミラー３４及びデジタル・マイクロ・ミラーデバイス（ＤＭＤ）３６が順に配列される。

ＤＭＤ３６は、図３に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）３８の上に格子状に配列された多数のマイクロミラー４０（露光記録素子）を揺動可能な状態で配置したものであり、各マイクロミラー４０の表面には、アルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。ＳＲＡＭセルにＤＭＤコントローラ４２から描画データに従ったデジタル信号が書き込まれると、その信号に応じて各マイクロミラー４０が所定方向に傾斜し、その傾斜状態に従って光ビームＬのオンオフ状態が実現される。

オンオフ状態が制御されたＤＭＤ３６によって反射された光ビームＬの射出方向には、拡大光学系である第１結像光学レンズ４４、４６、ＤＭＤ３６の各マイクロミラー４０に対応して多数のレンズを配設したマイクロレンズアレー４８、ズーム光学系である第２結像光学レンズ５０、５２が順に配列される。なお、マイクロレンズアレー４８の前後には、迷光を除去するとともに、光ビームＬを所定の径に調整するためのマイクロアパーチャアレー５４、５６が配設される。

露光ヘッド２４ａ〜２４ｊを構成するＤＭＤ３６は、図４及び図５に示すように、高い解像度を実現すべく、露光ヘッド２４ａ〜２４ｊの移動方向に対して所定角度傾斜した状態に設定される。すなわち、ＤＭＤ３６を基板Ｆの走査方向（矢印ｙ方向）に対して傾斜させることで、ＤＭＤ３６を構成するマイクロミラー４０の配列方向に対する間隔ｍよりも基板Ｆの走査方向と直交する方向（矢印ｘ方向）の間隔Δｘを狭くし、解像度を高く設定することができる。実際上、画像データを構成する１画素を複数のマイクロミラー４０により露光するように構成される。

なお、図５に示すように、走査方向（矢印ｙ方向）の同一の走査線５７上に複数のマイクロミラー４０が配置されており、基板Ｆには、これらの複数のマイクロミラー４０によって略同一位置に導かれた光ビームＬにより画像が多重露光される。これにより、マイクロミラー４０間の露光量のむらが平均化される。また、各露光ヘッド２４ａ〜２４ｊによる露光エリア５８ａ〜５８ｊは、露光ヘッド２４ａ〜２４ｊ間の継ぎ目が生じることのないよう、矢印ｘ方向に重畳するように設定される。

ここで、ＤＭＤ３６を構成する各マイクロミラー４０を介して基板Ｆに導かれる光ビームＬの露光量は、例えば、図６に示すように、露光ヘッド２４ａ〜２４ｊの配列方向である矢印ｘ方向に各ＤＭＤ３６の反射率、光学系等に起因するローカリティを有している。このようなローカリティのある状態において、図７に示すように、複数のマイクロミラー４０により反射された合成露光量の少ない光ビームＬを用いて基板Ｆに画像を露光記録した場合と、合成露光量の多い光ビームＬを用いて基板Ｆに画像を露光記録した場合とでは、感光材料である基板Ｆが所定の状態に感光する閾値をｔｈとすると、画像の矢印ｘ方向の幅Ｗ１、Ｗ２が異なる不具合が生じてしまう。また、図１９に示すように、露光された基板Ｆに対して、さらに、現像処理、エッチング処理、剥離処理の各処理を行う場合、光ビームＬの露光量のローカリティの影響に加えて、レジストの塗布むら、現像処理むら、エッチング処理むら、剥離処理むら等に起因する線幅（画像の幅）の変動が発生する。

そこで、上記の各変動要因を考慮して、基板Ｆに１画素を形成するために用いるマイクロミラー４０の枚数をマスクデータを用いて設定制御することにより、図８に示すように、基板Ｆの最終的な剥離処理まで考慮して形成されるパターンの矢印ｘ方向の線幅Ｗ１を位置によらず一定（所望の線幅）となるように制御できる。

図９は、このような制御を行うための機能を有した露光装置１０に係る制御回路９０のブロック図である。

制御回路９０は、基板Ｆに露光記録される画像データ（イメージとして画素が縦横に並んだラスタデータ）を入力する画像データ入力部７０と、入力された二次元の画像データを記憶するフレームメモリ７２と、フレームメモリ７２に記憶された画像データを露光ヘッド２４ａ〜２４ｊを構成するＤＭＤ３６のマイクロミラー４０のサイズ及び配置に応じた高解像度に変換する解像度変換部７４と、解像度の変換された画像データを各マイクロミラー４０に割り当てて出力データ（ミラーデータ又はフレームデータともいう。：同一タイミングで、位置が対応する画素を露光する複数のマイクロミラー４０のそれぞれのオンオフ状態を規定したデータ）とする出力データ演算部７６と、出力データをマスクデータ（同一タイミングで位置が対応する画素を露光する複数のマイクロミラー４０中、常時オフ状態とするマイクロミラー４０を規定するデータ）に従って補正する出力データ補正部７８と、補正された出力データに従ってＤＭＤ３６を制御するＤＭＤコントローラ４２（露光記録素子制御手段）と、ＤＭＤコントローラ４２によって制御されたＤＭＤ３６を用いて、基板Ｆに所望の画像を露光記録する露光ヘッド２４ａ〜２４ｊとを備える。光源ユニット２８ａ〜２８ｊと露光ヘッド２４ａ〜２４ｊにより露光機８０が構成される。

出力データ補正部７８には、マスクデータを記憶するマスクデータメモリ（ＤＭＤマスクデータメモリ）８２（マスクデータ記憶手段）が接続される。マスクデータは、露光走査中常時オフ状態とするマイクロミラー４０を指定するデータであり、マスクデータ設定部（ＤＭＤマスクデータ設定部）８６において設定される。マスクデータ設定部８６には、関係記憶手段９２が接続され、関係記憶手段９２には、後述する下地薄膜の反射率、レジストのγ、レジスト膜厚のそれぞれに対するテーパー角との関係、このテーパー角と線幅細り量との関係が記憶される。したがって、マスクデータ設定部８６は、関係記憶手段９２の記憶内容から、下地薄膜の反射率、レジストのγ、レジスト膜厚のそれぞれに対する線幅細り量との関係を導いてオフ状態とするマイクロミラー４０を指定する。

図９の制御回路９０を有する露光装置１０では、一部のマイクロミラー４０をマスクすることで、レジスト３に蓄積される積分露光量を調整して仕上がり線幅を補正することができる。しかし、これに限らず、図１０に示す制御回路９０Ａように、画像データ補正演算部１００を設け、この画像データ補正演算部１００により画像データを補正することで仕上がり線幅を補正することもできる。なお、図１０に示す制御回路９０Ａにおいて、図９に示した制御回路９０に示したものと対応するものには同一の符号を付けている。制御回路９０Ａにおいて、画像データ補正演算部１００は、マスクデータ設定部８６と同様に、関係記憶手段９２の記憶内容から、下地薄膜の反射率、レジストのγ、レジスト膜厚のそれぞれに対する線幅細り量との関係を導いて、画像データの拡大、縮小処理を行う。

このように露光装置１０では、マイクロミラー４０の一部をマスクすることでレジスト３に蓄積される積分露光量を調整して仕上がり線幅を補正すること（制御回路９０）、あるいは、画像データを補正することで仕上がり線幅を補正することができる（制御回路９０Ａ）。

次に、上記したテーパー角θの小さい露光装置（デジタル露光装置）１０を利用したこの発明の具体的な実施例について説明する。

［実施例１］
Ａ．反射率［％］とテーパー角［ｄｅｇ］との関係の求め方
実験１：ガラス基板（コーニング♯１７３７、厚さ０．７［ｍｍ］）に直接、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）-ノボラック樹脂系ポジ型フォトレジスト（東京応化工業株式会社 ＴＦＲ−６０００）をスピンコートによって厚さ１．６［μｍ］の厚さに塗布した後、１１０［℃］９０［ｓｅｃ］プリベークして乾燥させた後、上記の露光装置１０の露光機８０により露光した。

これを自動現像機（滝沢産業株式会社 フォトリソ用小型現像機ＡＤ−１２００）を用いてＴＭＡＨ２．３８［％］のアルカリ水溶液にて６０［ｓｅｃ］に設定して現像した。パターンに直交する方向にガラス基板を切断し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（株式会社 トプコンＳＭ−３５０）にて観察し、テーパー角［ｄｅｇ］を測定した。

実験２：同様にして、ガラス基板上にアルミニウムとネオジウム３［％］からなる合金を２５００［Å］スパッタ蒸着した薄膜上にレジストをスピンコーターで塗布し、露光機８０によって露光して、ＳＥＭでテーパー角を測定した。

実験３：さらに、ガラス基板にＳｉＮｘ膜を２７００［Å］、実験４：ａ−Ｓｉ膜を２００［Å］、それぞれＣＶＤ成膜した基板上でもテーパー角を測定した。

上記実験１〜４におけるガラス基板のみ及び薄膜形成基板の露光波長（４０５［ｎｍ］）における反射率を日立分光光度計Ｕ−４０００にて測定した。

図１１に上記実験１〜４の結果の表、図１２にその表の値をプロットした薄膜（下地膜）の反射率［％］とレジストテーパー角［ｄｅｇ］との関係２００を示す。関係２００は、関係式又はテーブルとして関係記憶手段９２に記憶される。

Ｂ．テーパー角と線幅細り量との関係の求め方並びに線幅の補正（反射率による補正露光）
ガラス基板（コーニング社＃１７３７、厚さ０．７［ｍｍ］、大きさ１００×１００［ｍｍ²］）上に下地薄膜としてａ−Ｓｉ膜（膜厚２００［ｎｍ］）とアルミニウム＋ネオジウム合金膜（膜厚２５０［ｎｍ］）を成膜した２種の基板を用意した。

この基板上に液晶アレイ形成用ポジ型レジスト（ＡＺ社ＲＧ−３００）を膜厚１．６［μｍ］にスピンコーターを用い塗布した。

次いで、露光機８０によって線幅（設定線幅、目標線幅に対する線幅）５μｍの格子パターンを露光して、上記２種の基板を現像液（ＴＭＡＨ ２．５［％］）にて現像した。

このレジストのテーパー角を前記ＳＥＭで観察した所、ａ−Ｓｉ膜（膜厚２００［ｎｍ］）上のテーパー角は４０［ｄｅｇ］、アルミニウム＋ネオジウム合金膜（膜厚２５０［ｎｍ］）上のテーパー角は４６［ｄｅｇ］であった。

この２種類の基板を神港精機（株）製プラズマ表面処理装置を用いてドライエッチングした所、ａ−Ｓｉ膜の線幅は３．８［μｍ］、すなわち、目標線幅５［μｍ］に対し、１．２［μｍ］の線幅細り量が認められた。また、アルミニウム＋ネオジウム合金膜の線幅は４．０［μｍ］、すなわち、目標線幅５［μｍ］に対し、１．０［μｍ］の線幅細り量が認められた。

この実験結果から図１３に示すテーパー角［ｄｅｇ］と線幅変化量［μｍ］の関係２０２｛（４０［ｄｅｇ］，１．２［μｍ］）、（４６［ｄｅｇ］，１．０［μｍ］）}を求めた。関係２０２も関係記憶手段９２に記憶される。

この様にしてａ−Ｓｉ膜上のパターン線幅、アルミニウム＋ネオジウム合金膜上のパターン線幅が狙いの寸法（設定線幅）より１．２［μｍ］、１．０［μｍ］変化したことが確認できたので、露光装置１０に画像データにより設定されるパターン幅（補正後の設定線幅）を、６．２［μｍ］＝５＋１．２［μｍ］、６．０［μｍ］＝５＋１．０［μｍ］に修正して、再度ａ−Ｓｉ膜（膜厚２００［ｎｍ］）とアルミニウム＋ネオジウム合金膜（膜厚２５０［ｎｍ］）を成膜した２種の基板にレジスト膜（膜厚１．６［μｍ］）を塗布したガラス基板を露光機８０を用いて露光した後、現像機で現像した。レジストのベーキング温度、時間、現像時間等の条件は前回と等しく行った。これらの基板を前回と同様にエッチング条件のガス圧、時間でドライエッチングした。

その結果、完成した基板をＳＥＭにて観察した所、線幅は、ａ−Ｓｉ膜の場合４．８［μｍ］とアルミニウム＋ネオジウム合金膜の場合５．２［μｍ］に改善され、設定線幅に近い所望の線幅が得られていることが確認できた。

以上説明したように上述した実施例１によれば、基板１に形成された薄膜２上に塗布したレジスト３を、画像データによりオンオフ制御される露光機８０により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置１０、１０Ａにおいて、予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記薄膜の反射率との関係（反射率とテーパー角の関係２００及びテーパー角と線幅細り量との関係２０２から反射率と細り量との関係を求める。）を記憶する関係記憶手段（記憶手段）９２と、前記関係を参照し、前記薄膜の反射率に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機８０の露光量を補正するＤＭＤマスクデータ設定部８６（補正手段）又は前記画像データを補正する画像データ補正演算部（補正手段）１００と、を備えている。

この実施例１では、下地材料の反射率によって露光するパターンを補正することで、設定線幅に改善できることを確認した。

［実施例２］（γと線幅細り量との関係に基づく補正）
コーニング社ガラス基板（＃１７３７）にアルミニウム＋ネオジウム合金膜をスパッタ蒸着法にて２５０［ｎｍ］成膜し、東京応化工業株式会社ＴＦＲ−６０００とＡＺ社ＲＧ−３００の２種のレジストをスピンコーターによって膜厚２．２［μｍ］と１．５［μｍ］に塗布し、それぞれの基板を０．６［ｍＪ／ｃｍ²］〜１２．５［ｍＪ／ｃｍ²］、５．４［ｍＪ／ｃｍ²］〜２２．８［ｍＪ／ｃｍ²］の幅で露光量を少しずつ変えて数ｍｍ角に露光し、露光量と基板上に残るレジスト膜厚の関係（特性曲線）を求めた。縦軸に塗布時の膜厚に対する膜厚（規格化膜厚）、横軸に対数での露光量をプロットして、露光後の残膜が略０となる付近での特性曲線の傾きＣｏｎｔｒａｓｔ（γ）を求めた。結果、ＴＦＲ−６０００がγ＝３．３、ＲＧ−３００がγ＝８．６であることが分かった。

再度、２種のレジストＴＦＲ−６０００、ＲＧ−３００をアルミニウム＋ネオジウム合金膜の塗布された基板にそれぞれ膜厚２．２［μｍ］と１．５［μｍ］に塗布し、線（ライン）と間隙（スペース）の幅がそれぞれ設定線幅（目標線幅）５μｍ、５μｍとなる平行並列の直線のテストパターンを［実施例１］と同じ露光機８０にて露光した。

それぞれのレジストＴＦＲ−６０００、ＲＧ−３００のテーパー角をＳＥＭ断面像から求めたところ、３３［ｄｅｇ］と５２［ｄｅｇ］であった（図１４に示す関係２０４）。関係２０４も関係記憶手段９２に記憶される。

これらのテストパターンを燐酸、硝酸、酢酸からなるエッチング液にてウェットエッチングした所、アルミニウム＋ネオジウム合金膜からなるライン線幅は、図１５の関係（テーパー角３３［ｄｅｇ］、５２［ｄｅｇ］に対する線幅細り量の関係）２０６に示すように、ＴＦＲ−６０００の場合２．７［μｍ］、ＲＧ−３００の場合２．５［μｍ］に作製することができた。関係２０６も関係記憶手段９２に記憶される。

この結果を用いて、再度、アルミニウム＋ネオジウム合金膜のコートされた基板にＴＦＲ−６０００とＲＧ−３００を膜厚２．２［μｍ］と１．５［μｍ］の厚さにスピンコート塗布して、設定線幅を７．７［μｍ］＝５＋２．７［μｍ］と７．５［μｍ］＝５＋２．５［μｍ］に補正して露光機８０により露光を行った。この露光済み基板を同様にしてレジスト現像し、ウェトエッチングした。完成した基板上のライン幅をＳＥＭで測定した所、４．８［μｍ］と５．４［μｍ］と設定線幅にきわめて近い所望の線幅に仕上がっていることを確認した。

この実施例２に示したように、新たなレジスト材料を用いてパターンを作製する際、予め新たなレジスト材料を用いてContrast(γ)に対応するテーパー角と線幅の細りを予め求めておく。Contrast(γ)の大きさが必要な補正量に対応するので、新たな材料に対しては、その材料のContrast(γ)から予想される補正を行って露光する事で、設定線幅に近づけられることを確認することができた。

以上説明したように、この実施例２では、基板１に形成された薄膜２上に塗布したレジスト３を、画像データによりオンオフ制御される露光機８０により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置１０、１０Ａにおいて、予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストのγとの関係（γとテーパー角との関係２０４とテーパー角と線幅細り量との関係２０６からγと線幅細り量の関係を導く。）を記憶する関係記憶手段（記憶手段）９２と、前記関係を参照し、前記レジストのγに応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量を補正するＤＭＤマスクデータ設定部（補正手段）８６又は前記画像データを補正する画像データ補正演算部（補正手段）１００と、を有する。

［実施例３］
コーニング社ガラス基板＃１７３７にアルミニウム＋ネオジウム合金膜をスパッタ蒸着法にて２５０［ｎｍ］成膜し、レジストＴＦＲ−６０００を１．６［μｍ］スピンコートしたものと、１．９［μｍ］スピンコートした評価サンプル基板を作製した。それぞれを［実施例１］と同じ露光機８０にて線幅（ライン）と間隙（スペース）が５μｍ、５μｍの平行並列テストパターンを露光した。

レジストを現像し、ＳＥＭ断面像からテーパー角を求めたところ、３３［ｄｅｇ］と４１［ｄｅｇ］であった。レジスト膜厚とテーパー角との関係２０８を図１６に示す。関係２０８も関係記憶手段９２に記憶される。

この基板を［実施例２］と同様にウェットエッチングした結果、アルミニウム＋ネオジウム合金膜からなる線幅は、２．３［μｍ］と２．４［μｍ］であった。

すなわち、図１７に示すように、テーパー角と線幅細り量との関係２１０は、（３３［ｄｅｇ］，２．７［μｍ］）、（４１［ｄｅｇ］，２．６［μｍ］）となる（図１５の関係と略同じ）。関係２１０も関係記憶手段９２に記憶される。

この結果を用いて、再度、アルミニウム＋ネオジウム合金膜が２５０［ｎｍ］成膜されたガラス基板にＴＦＲ−６０００を厚さ１．６［μｍ］でスピンコートし、設定線幅を７．７［μｍ］＝５＋２．７［μｍ］、設定間隙を２．３［μｍ］＝５−２．７［μｍ］としたテストパターンを露光し、実施例２と同様のエッチングを行った結果、線幅４．７［μｍ］、間隙５．３［μｍ］となり設定線幅（所望の線幅）５［μｍ］に近づけたアルミニウム＋ネオジウム合金膜のパターンを作製することができた。

以上のように、実施例３によれば、基板１に形成された薄膜２上に塗布したレジスト３を、画像データによりオンオフ制御される露光機８０により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置１０、１０Ａにおいて、予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの膜厚との関係（レジスト膜厚とテーパー角の関係２０８及びテーパー角と線幅細り量との関係２１０からレジスト膜厚と線幅細り量との関係を求める。）を記憶する関係記憶手段（記憶手段）９２と、前記関係を参照し、前記レジスト層の膜厚に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量を補正するＤＭＤマスクデータ設定部（補正手段）８６又は前記画像データを補正する画像データ補正演算部（補正手段）１００と、有する。

以上説明したように、上述した実施例１〜３によれば、予め目減り量を予測したレジストパターンを露光装置１０によりデジタル露光形成することによって、エッチング後の線幅を所望の値に近づけることができる。従来からのマスクによるアナログ露光では、レジストの露光、現像、エッチングの工程の結果を受けてマスクを作り直して露光することは工業的には不可能であったが、デジタル露光であれば、工程条件の変化、使用薄膜材料、使用レジスト材料、レジスト膜厚の変更の都度、補正値を再設定することによって所望の線幅、パターン形状を容易に実現することができる。

このような補正技術を用いることでより安価な露光光学系を用いた場合、例えば露光ビーム形状が大きく、露光ビームの半径方向の強度変化がなだらかな露光光学系の場合、あるいはビームにサイドローブを有する露光光学系の場合又は消光比の低い露光光学系の場合であっても、所望の仕上り線幅（設定線幅）に近づけたエッチングパターンを形成することが可能となる。その結果、液晶表示装置用ＴＦＴアレイを形成する電極パターンの作製精度を改善することが可能となり、ＴＦＴアレイを構成する各層の互いの相対位置（オーバーレイ）精度も高めることが可能となる。ＴＦＴの電気的特性をより、正確に揃える事となる。表示装置としてのムラのレベルを改善した液晶表示装置を実現することが可能になる。

液晶表示装置におけるＴＦＴアレイのように多層構造からなる場合、事前に下層に電極と交差する部分、レジストの厚さの異なる部分、下地膜からの反射率の異なる部分を求めることができ、その部分のみを事前に露光パターンを補正することで仕上がり配線を一様なものとすることができる。

このようにして、ＴＦＴアレイを構成するアレイパターンの作製精度を高めることで、表示装置画素に占めるアレイ部分の面積を小さくすることが可能となる。これによって液晶表示パネルの透過率をあげることができる。

以上のように、予め露光機によってテストサンプルを露光して、それからプロセス特有の補正量を収集し、その値を使用して露光データを補正することで、所望のエッチング仕上り寸法により近づけたパターンを得ることができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、例えば、レジスト塗布薄膜形成基板Ｆに照射される光ビームＬを、ＤＭＤ３６を利用した露光装置１０ではなく、回転多面鏡、ガルバノメータミラーなどの光偏向器を用いた露光機（光走査式デジタル露光系）を想定する場合には、所望の線幅とするための露光機の設定露光量を補正する際、光源の強度変調を行い、光偏向器により偏向される光ビームの強度（露光強度）をレジスト塗布薄膜形成基板Ｆ上の場所により変えて適正露光量の露光量分布となるようにすることで同様の効果を得ることができる。

この実施形態の露光装置の外観斜視図である。 図１例の露光装置における露光ヘッドの概略構成図である。 図２に示す露光ヘッドを構成するＤＭＤの説明図である。 図２に示す露光ヘッドによる露光記録状態の説明図である。 図２に示す露光ヘッドを構成するＤＭＤ及びそれに設定されるマスクデータの説明図である。 この実施形態の露光装置における記録位置と露光量ローカリティとの関係説明図である。 図６に示す露光量ローカリティを補正しない場合において記録された線幅の説明図である。 図６に示す露光量ローカリティを補正した場合において記録された線幅の説明図である。 この実施形態の露光装置における制御回路ブロック図である。 他の実施形態に係る露光装置の制御回路ブロック図である。 レジストの下地膜の反射率とテーパー角の実験データの表図である。 下地膜の反射率とテーパー角との関係説明図である。 テーパー角と線幅変化量の関係説明図である。 レジストのγとテーパー角の関係説明図である。 テーパー角と線幅細り量の関係説明図である。 レジスト膜厚とテーパー角の関係説明図である。 テーパー角と線幅細り量の他の関係説明図である。 一般的なＴＦＴアレイプロセスのフローチャートである。 従来技術に係るブラックマトリクスの製造方法の説明図である。 レジストのテーパー角が大きい場合と小さい場合のレジストプロファイルの断面模式図である。 ドライエッチング後の断面模式図である。 ウエットエッチング後の断面模式図である。

符号の説明

１…基板 ２…薄膜
３…レジスト １０、１０Ａ…露光装置
２４ａ〜２４ｊ…露光ヘッド ２８ａ〜２８ｊ…光源ユニット
３６…ＤＭＤ ８０…露光機
９０、９０Ａ…制御回路

Claims (8)

1. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置における露光方法において、
   予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記薄膜の反射率との関係を求めるステップと、
   前記関係を参照し、前記薄膜の反射率に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、
   を有することを特徴とする露光装置における露光方法。
2. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置における露光方法において、
   予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの特性曲線の傾き（γ）との関係を求めるステップと、
   前記関係を参照し、前記レジストの特性曲線の傾き（γ）に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、
   を有することを特徴とする露光装置における露光方法。
3. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置における露光方法において、
   予め、前記パターンの設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの膜厚との関係を求めるステップと、
   前記関係を参照し、前記レジスト層の膜厚に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正するステップと、
   を有することを特徴とする露光装置における露光方法。
4. 請求項１〜３記載の露光装置における露光方法の少なくとも２つを使用する露光装置における露光方法。
5. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置において、
   予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記薄膜の反射率との関係を記憶する記憶手段と、
   前記関係を参照し、前記薄膜の反射率に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする露光装置。
6. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置において、
   予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの特性曲線の傾き（γ）との関係を記憶する記憶手段と、
   前記関係を参照し、前記レジストの特性曲線の傾き（γ）に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする露光装置。
7. 基板に形成された薄膜上に塗布したレジストを、画像データによりオンオフ制御される露光機により走査露光した後、現像、エッチングを行い前記薄膜によるパターンを形成する露光装置において、
   予め求めた、設定線幅に対するエッチング後の線幅の細り量と、前記レジストの膜厚との関係を記憶する記憶手段と、
   前記関係を参照し、前記レジスト層の膜厚に応じて、前記エッチング後の線幅が前記設定線幅となるように、前記露光機の露光量又は前記画像データを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項５〜７記載の露光装置における前記記憶手段と前記補正手段の組を少なくとも２組搭載した露光装置。

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