CN101006021B - 大型玻璃基板及其制造方法、以及母玻璃曝光方法 - Google Patents

大型玻璃基板及其制造方法、以及母玻璃曝光方法 Download PDF

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Abstract

通过将大型玻璃基板材料加工(1)基于基板材料在垂直姿态下的高度数据的整平去除量加上变形修正去除量，来制备用于形成光掩模基板的大型玻璃基板。变形修正去除量是从以下量计算的：(2)基板材料在水平姿态下由于其自身重量而产生的弯曲；(3)由于夹紧在曝光设备中引起的光掩模基板的变形；以及(4)用于支撑母玻璃的台板的精度失真。

Description

大型玻璃基板及其制造方法、以及母玻璃曝光方法
技术领域
本发明涉及：适用于形成TFT液晶面板中的阵列侧和彩色滤光片侧光掩模基板的大型玻璃基板；制造该基板的方法；在其中记录有用于执行该方法的程序的计算机可读记录介质；以及用于使用作TFT液晶面板中的阵列侧和彩色滤光片侧基板的母玻璃(mother glass)曝光的方法。
背景技术
一般来说，TFT液晶面板是通过在其中装有TFT器件的阵列侧基板和彩色滤光片基板之间填充液晶来构成的。它们基于有源矩阵寻址方案，其中TFT施加受控电压来控制液晶的取向。
在阵列侧基板的制造中，通过对在其上画有被称为大型光掩模的电路图案的原版重复进行曝光，在母玻璃、例如非碱性玻璃上形成多层图案。另一方面，利用被称为染料浸渍处理的平版印刷方法来制造彩色滤光片侧基板。在阵列侧和彩色滤光片侧基板的制造中，都需要大型光掩模。为了实现曝光的高精度，这种大型光掩模通常由线性膨胀系数小的合成石英玻璃制成。
到目前为止，液晶面板从VGA到SVGA、XGA、SXGA、UXGA和QXGA，已经发展至更高的清晰度。从每英寸100象素(ppi)级到200ppi级的清晰度被认为是必要的。这与扩大的曝光范围相结合，对TFT阵列侧施加了严格的曝光精度、尤其是覆盖精度。
一些面板是采用被称为低温多晶硅的技术制造的。在这种情况下，已经研究除了面板象素以外在玻璃周边部分上烘焙驱动器电路等，这要求更高清晰度的曝光。
为了实现更高的曝光精度，需要在实际使用状态下、即在支撑在曝光设备中时，大型光掩模形成基板呈现更高的平坦度。
虽然用于加工大型光掩模形成基板的方法将针对在基板自身被压在加工台板上时产生的弹性变形的反作用力用于平坦度修正，但存在的缺陷是，在基板尺寸变大时，反作用力明显降低，从而导致除去基板表面上的平缓的不规则的能力下降。随着基板的尺寸变大，现有技术的研磨方法难以实现所要求的平坦度。
为了解决这些问题，本发明人在JP-A2003-292346和JP-A2004-359544中提出一种用于改善具有至少500mm的对角线长度的大型玻璃基板的平坦度的方法，实现了50μm或更小的平行度和6.0×10-6或更小的平坦度/对角线长度。
但是，为了通过单次曝光进行多图案面板化以便提高面板制造的生产率，需要有对角线长度为1000mm或更大的大型光掩模基板。要求玻璃基板满足大型和高平坦度两个要求。在这种大型玻璃基板的情况下，有时基板在水平保持在曝光设备中的实际使用姿势变得弯曲，从而不能获得所期望的平坦度。由于基板在其自身重量作用下的弯曲与其厚度的立方成反比，所以尺寸的增大具有这样的倾向，即随着基板尺寸增大，其厚度也增大。因此，大型玻璃基板的重量也增大。因此希望有使这种大型玻璃基板平坦至更高平坦度的方法。
发明内容
本发明是鉴于上面的情况作出的。本发明的目的在于提供：适用于形成当在实际使用时水平保持在曝光设备中时具有高平坦度的光掩模基板的大型玻璃基板；用于制造该基板的方法；以及在其中记录有代表该方法的程序的计算机可读记录介质。另一个目的在于提供一种用于使用作TFT液晶面板中的阵列侧和彩色滤光片侧基板的母玻璃曝光的方法。
本发明进行了认真研究以便实现上述目的。结果，本发明人发现，使用将在下面描述的方法获得的大型玻璃基板的改进之处在于，当由此形成的光掩模基板水平保持在曝光设备中时，光掩模基板具有足够高的平坦度以明显降低光掩模基板与用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃之间的接近间隙的变化。
更具体地说，当光掩模基板水平保持在曝光设备中时，基板夹紧方法包括：基板上部支撑，其中吸附作用沿着边缘作用在基板的上表面上(四边或两边支撑)；以及基板下部支撑，其中基板放置在沿着边缘与基板下表面接触的楔形支撑件上(通常为两边支撑)。在任意一种方法中，在将光掩模基板水平保持时，光掩模基板由于其自身重量而弯曲和变形。该变形随着光掩模基板的尺寸变大而放大。这种弯曲/变形增大了光掩模基板和设置在光掩模基板下面以便曝光的母玻璃之间的接近间隙的变化，从而对曝光精确度造成明显的负面影响。
在现有技术中，为了减小接近间隙的变化，在将光掩模基板支撑在曝光设备中时采用利用吸附作用的基板上部支撑的情况下，施加力以便使基板上表面边缘向上并且向外移动，以减小基板中心周围的弯曲。在将光掩模基板支撑在曝光设备中时采用基板下部支撑的情况下，向基板支撑位置外边缘施加向下的力，从而同样减小基板中心周围的弯曲。但是，将基板支撑在曝光设备中的方法设计成在曝光设备侧进行修正以便减小接近间隙的变化的这种方法的缺点在于，控制施加在基板上的力困难并且麻烦。随着光掩模基板的尺寸变得更大，需要更大的力，从而使得控制更加困难。
另一种使用已经在垂直姿态下平坦化的玻璃基板(用于形成光掩模基板)的方法在光掩模基板或玻璃基板的尺寸增大至对角线长度至少为500mm、尤其是至少为800mm、特别是至少为1800mm时不能有效发挥作用。
对于从中形成TFT液晶面板的阵列侧或彩色滤光片侧光掩模基板的、对角线长度至少为500mm、尤其是至少为800mm、特别是至少为1800mm的大型玻璃基板而言，用于测量这种基板的正面和背面的平坦度和平行度的已知方法包括数出干涉条纹的数量的光干涉技术以及使激光位移计接近基板的正面和背面以便进行扫描的激光扫描技术。在测量期间保持基板的方法通常为垂直保持，而基板在实际使用时最常见的是水平保持。在测量正面和背面的平坦度和平行度时垂直保持基板的原因在于，当基板在水平姿态下由于其自身重量而弯曲时难以测量精度、采用了许多不同方式来将基板水平保持在曝光设备中、以及难以在与实际使用相同的条件下测量平坦度。由于基板的弯曲与基板厚度的立方成反比，所以厚度也随着尺寸增大而增加的基板尺寸扩大倾向从弯曲的观点暗示这样的可能性：即使通常在垂直姿态下测量的基板平坦度小于几十个微米时，实际曝光的基板由于其自身重量将变形几十到几百个微米。如果在测量基板的正面和背面的平坦度和平行度等精度中保持基板的方式与在曝光期间、即在基板正在使用时保持基板的方式相同，则不会出现这些问题。但是在当前情况下，还没有开发出采用相同的基板保持方式来精确测量基板的正面和背面的平坦度和平行度的方法。从而，对基板的正面和背面的平坦度和平行度的测量不得不采取垂直姿态下的基板上的测量方法。但是，利用这种测量方法获得的平坦度与这种大型光掩模基板在保持在曝光设备中时的平坦度明显不同。
例如参照作为用于TFT曝光的大型光掩模基板的当前可用玻璃基板的平坦度。当尺寸为450×550mm并且厚度为5mm的基板在垂直姿态下测量出的平坦度/对角线长度为6×10-6以下(平坦度约4μm)时，假设该基板利用水平四边简单支撑保持，则该基板将由于其自身重量而出现与通过材料强度计算所估计的4.7×10-5(平坦度约34μm)的平坦度/对角线长度相对应的弯曲。然后在水平姿态下的实际使用期间，平坦度大约为34μm。另外，当尺寸为1220×1400mm并且厚度为13mm的基板具有在垂直姿态下测量出的6×10-6以下(平坦度约11μm)的平坦度/对角线长度时，假设该基板利用水平四边简单支撑保持，则该基板将由于其自身重量而出现与通过材料强度计算所估计的1.3×10-4(平坦度约243μm)的平坦度/对角线长度相对应的弯曲。然后在水平姿态下的实际使用期间，平坦度大约为243μm。对于这种弯曲的修正，在现有技术中主要在曝光设备侧采取应对措施，但这由于基板尺寸扩大而变得困难。
在该说明书中，基板的正面是在曝光期间面对母玻璃的表面(即，下表面)。术语“表面平坦度”是指正面的平坦度。背面是在曝光期间远离母玻璃的上表面。
为了制造出大型玻璃基板，本发明人已经发现，在通过综合考虑以下(1)至(5)或(1)至(4)的量来确定所要去除的材料的最终所需/足够的加工量(以便平坦化和变形修正)以及所要加工的区域时，(1)根据通过在垂直姿态下(即，在没有出现在水平姿态下由于其自身重量造成的弯曲的状态下)精确测量大型玻璃基板材料的正面和背面的平坦度和平行度而获得的大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据而确定的所要去除的材料整平量；(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板(由基板材料形成)受到水平支撑时的支撑位置计算出的、基板材料由于其自身重量而导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑当将光掩模基板支撑在曝光设备中时由于光掩模基板的支撑引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；(4)从用于支撑母玻璃的台板的精度失真计算出的所要去除的材料量；以及(5)通过预先考虑在随后的双面研磨或者单面研磨(如果进行的话)期间平坦度的变化而确定的所要去除的材料量；并且当加工工具或基板材料沿着基板材料表面方向移动以加工基板材料的各个表面时，在水平姿态下获得了对角线长度至少为500mm、尤其是至少为1000mm并且平坦度/对角线长度为4.8×10-5以下的大型玻璃基板。然后，在将由大型玻璃基板形成的光掩模基板支撑在曝光设备中时，光掩模基板和用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃之间的接近间隙的变化减小，从而消除或缓解了对在曝光设备侧进行修正的需要。结果，可以容易地消除接近间隙的变化。
在本发明中，假设将从正在测试的表面计算出的最小平方平面用作参考平面，则如图1所示，基板的平坦度是正在测试的表面和参考表面之间距离的最大值(绝对值)“a”和最小值(绝对值)“b”的总和。该平坦度通常被称为显示器完全读数(Total Indicator Reading，TIR)。如图2所示，基板的平行度是正面和背面之间距离的最大值和最小值之间的差值“c”。该平行度通常被称为总厚度变化(Total ThicknessVariation，TTV)。在图1中，标记1为基板，标记11为正在测试的表面，并且标记12为最小平方平面。在图2中，标记1为基板，标记13为正面，并且标记14为背面。
因此，本发明提供了如下面所限定的形成光掩模的大型玻璃基板、制造该基板的方法、用于使母玻璃曝光的方法以及计算机可读记录介质：
权利要求1：
一种制造用于形成光掩模基板的大型玻璃基板的方法，
该光掩模基板用在母玻璃曝光处理中，该处理包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
所述方法包括通过去除(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工成大型玻璃基板的步骤，
变形修正去除量是从以下量计算出的：(2)从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲；(3)在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形；以及(4)用于支撑母玻璃的台板的精度失真，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，减小了母玻璃和由在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时水平保持的大型玻璃基板形成的光掩模基板之间的接近间隙的变化。
权利要求2：
权利要求1的方法，其中该方法还包括在用于整平和变形修正的加工步骤之后，在一个或两个表面上研磨该玻璃基板的后续步骤，
通过进一步加入由后续的研磨步骤导致的(5)平坦度变化，来计算变形修正去除量。
权利要求3：
权利要求1或2的方法，其中去除步骤使用喷砂加工工具。
权利要求4：
权利要求3的方法，其中使用喷砂加工工具的去除步骤在恒定的压力下进行。
权利要求5：
权利要求3或4的方法，其中喷砂使用氧化铈、氧化硅、氧化铝或碳化硅颗粒。
权利要求6：
权利要求1至5中任意一项的方法，其中在基板材料和/或加工工具移动的同时对处于任意位置处的基板材料的表面进行加工。
权利要求7：
一种用于形成光掩模基板的大型玻璃基板，其中，
该光掩模基板用在母玻璃曝光处理中，该处理包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
通过将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工以下量来生产所述大型玻璃基板：(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，
变形修正去除量是从以下量计算出的：(2)从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲；(3)在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形；以及(4)用于支撑母玻璃的台板的精度失真，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，减小了母玻璃和由在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时水平保持的大型玻璃基板形成的光掩模基板之间的接近间隙的变化。
权利要求8：
权利要求7的大型玻璃基板，该基板在水平姿态下具有4.8×10-5以下的表面平坦度/对角线长度。
权利要求9：
权利要求7或8的大型玻璃基板，该基板具有825mm以下的对角线长度和3mm至小于6mm的厚度。
权利要求10：
权利要求7或8的大型玻璃基板，该基板具有800至1650mm的对角线长度和6至11mm的厚度。
权利要求11：
权利要求7或8的大型玻璃基板，该基板具有1800至2150mm的对角线长度和9至16mm的厚度。
权利要求12：
权利要求7或8的大型玻璃基板，该基板具有2151至3000mm的对角线长度和9至20mm的厚度。
权利要求13：
一种母玻璃曝光方法，包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
所述光掩模基板由大型玻璃基板形成，通过将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工以下量来生产所述大型玻璃基板：(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，
变形修正去除量是从以下量计算出的：(2)从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲；(3)在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形；以及(4)用于支撑母玻璃的台板的精度失真，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，并且
在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时光掩模基板被水平保持，由此减小了母玻璃和光掩模基板之间的接近间隙的变化。
权利要求14：
权利要求13的母玻璃曝光方法，其中所述大型玻璃基板在水平姿态下具有4.8×10-5以下的表面平坦度/对角线长度。
权利要求15：
一种计算机可读记录介质，用于记录用于从具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料制备大型玻璃基板的方法，
光掩模基板由所述大型玻璃基板形成，该光掩模基板用在母玻璃曝光处理中，该处理包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
所述介质在其中记录有用于操作计算机以执行以下步骤的程序：
计算(1)基于具有至少500mm的对角线长度和至少4mm的厚度的大型基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量的步骤；
根据以下量计算变形修正去除量的步骤：(2)从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲；(3)在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑引起的光掩模基板的变形；以及(4)用于支撑母玻璃的台板的精度失真；以及
向加工机器发送指令以通过去除从上述整平去除量和变形修正去除量得到的总的材料量来进行用于整平和变形修正的加工的步骤。
权利要求16：
权利要求15的记录介质，其中该方法还包括：在用于整平和变形修正的加工步骤之后，进行在一个或两个表面上研磨该玻璃基板的后续步骤，
该程序还包括通过进一步加入由后续的研磨步骤导致的(5)平坦度变化，来计算总的材料量的步骤。
发明效果
当由本发明的大型玻璃基板形成的光掩模基板被用于曝光处理时，改善了曝光精度，尤其是配准(registration)精度和分辨率。这不仅可以进行高清晰度大型面板的曝光，而且降低了曝光修正的负担并且提高了面板的产出率。在现有技术中只用在彩色滤光片侧的所谓接近型(即接近型对准曝光器(proximity aligner))曝光设备可以用于在现有技术中设置有投影曝光设备(即，投影式对准曝光器)的TFT阵列侧。在彩色滤光片侧的另一个潜在优点在于，接近型曝光设备不仅适用于RGB，还适用于黑矩阵和光间隔器(photo-spacer)。
在使用由本发明的大型玻璃基板形成的光掩模基板进行曝光时，接近间隙较小并且均匀，从而便于控制该接近间隙。结果，可以增加通过曝光生产的产品数量，并且可以对大型玻璃基板进行有效曝光。
在使用由本发明的大型玻璃基板形成的光掩模基板进行曝光时，降低了对由于基板弯曲引起的光轴偏移进行修正的负担。从而消除了在曝光设备侧对接近间隙进行修正的需要。
附图说明
图1为基板的示意性剖视图，显示出平坦度；
图2为基板的示意性剖视图，显示出平行度；
图3为加工设备的透视图；
图4为示出加工工具的行进模式的透视图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式是一种制备用于形成光掩模基板的大型玻璃基板的方法，特别是具有至少500mm的对角线长度和至少4mm的厚度并且用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的大型玻璃基板。
所要去除的材料
随着基板尺寸变大，需要通过预先考虑以下事项来加工基板材料：(1)要从基板材料自身去除的材料整平量；(2)从基板材料的厚度和尺寸以及当水平支撑光掩模基板(由基板材料形成)时的支撑位置计算出的基板材料由于其自身重量而导致的弯曲；(3)在将光掩模基板安装在曝光设备中时由于光掩模基板支撑引起的光掩模基板的变形；(4)用于支撑要曝光的母玻璃的台板的精度失真；以及(5)由于随后的研磨导致的平坦度变化。虽然基板形状的测量最好在零重力状态下进行，但是在垂直姿态下的测量也是完全可以接受的，因为基板在垂直姿态下由于其自身重量而导致的弯曲对于这里所要制造的基板的精度而言是很小的，可以忽略的。
在制备本发明的大型玻璃基板的方法中应考虑的要从大型玻璃基板材料中去除的材料量为：(1)根据通过精确测量基板材料的正面和背面在垂直姿态下(即没有发生在水平姿态下由于其自身重量引起的弯曲的状态)的平坦度和平行度而获得的基板材料的正面和背面在垂直姿态下的平坦度和平行度的高度数据确定的所要去除的材料整平量；(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及将光掩模基板(由基板材料形成)水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料由于其自身重量引起的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑当将光掩模基板支撑在曝光设备中时由于光掩模基板支撑引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；(4)通过考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而计算出的所要去除的材料量；以及(5)通过预先考虑在随后的双面研磨或单面研磨期间(如果执行的话)的平坦度变化而确定的所要去除的材料量。在制备本发明的大型玻璃基板的方法中，通过综合考虑(1)至(5)的量中的(1)至(5)或(1)至(4)的量来确定从基板材料的正面和背面所要去除的材料的最终需要/足够的加工量以及所要加工的区域。按(2)、(3)和(4)的量进行的加工被总称为变形修正加工，并且(2)、(3)和(4)的量的总和被称为变形修正去除量。
整平
首先，对根据垂直姿态下的大型玻璃基板材料的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据确定所要去除的材料整平量Q1进行说明。测量作为初始材料的大型玻璃基板材料、通常为板材的平坦度和平行度。可以在将基板材料保持在垂直姿态下以消除基板材料由于其自身重量而引起的任意弯曲的同时，利用平坦度计、例如FTT-1500(黑田精工社，Kuroda Precision Industries Ltd.)进行平坦度和平行度的测量。
本发明的方法首先测量所要整平的大型玻璃基板的相对两面的平坦度。在还应该考虑大型玻璃基板材料的平行度时，测量相对两面的平坦度和平行度。具体地说，获得表示垂直姿态下的大型玻璃基板材料的正面和背面的平坦度和平行度的高度(沿着与基板正面和背面垂直的方向)数据。将根据高度数据从所要整平的表面计算出的最小平方平面作为参考平面，计算出整平去除量，以使该高度与所要整平的表面内的最低点一致。
为了减少整个加工时间，在优选实施方式中，利用双面或单面研磨机对基板材料(或板材)进行镜面研磨，以便尽可能提供适当的平坦度和/或平行度。
向计算机传送用于加工工具的指令以通过去除由上面步骤计算出的材料量来执行整平加工并且同时进行变形修正加工(将在后面描述)的程序可以存储在计算机可读记录介质中。然后使用记录介质进行模拟。
由自身重量引起的弯曲
采用计算并预测为将通过上述整平加工得出的表面作为参考，在材料强度的基础上根据基板材料的厚度和尺寸以及光掩模基板(由基板材料形成)在水平支撑时的支撑位置计算出基板材料由其自身重量引起的弯曲。
基板变形
光掩模基板当通过夹紧将其设置在曝光设备中的适当位置上时发生变形。变形量随着夹紧部分的面积和形状、夹板的表面精度以及夹紧支撑是在两边还是四边而不同。可以通过有限元方法来模拟这些因素中的任意一个。在优选的工序中，将虚拟玻璃板材料实际支撑在曝光设备中的适当位置上，测量出虚拟玻璃基板材料所出现的变形量，然后按照与所测量出的量一致的方式确定从所要加工的玻璃基板材料的材料去除量。
台板的精度失真
用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃和光掩模基板表面之间的距离、即接近间隙的变化会受到曝光设备中的台板的平坦度(由台板自身的加工精度、台板的组装精度、在曝光期间由于温度引起的变形等决定)、即台板的精度失真的影响。在确定变形修正去除量之前必须考虑这个因素。同样在优选的工序中，将虚拟玻璃基板材料实际支撑在曝光设备中的适当位置上，将虚拟母玻璃放置在台板上，测量出其间的接近间隙的变化，然后按照与所测量出的量一致的方式确定从所要加工的玻璃基板材料的材料去除量。
实际上，通过从接近间隙变化中减去加工量(从整平去除量和自身重量弯曲获得)而获得的差值与基于基板变形和台板精度失真的加工量相对应。
要指出的是，使用激光位移计从下侧测量接近间隙。
研磨
最常见的是，进行研磨玻璃基板的一个或两个表面的后续步骤，以改善表面粗糙度并消除微观缺陷，从而例如实现最终所期望的表面质量。如果最后研磨的后续步骤对于所期望的表面质量而言是不必要的、或者通过后续步骤的最后研磨而引起的平坦度变化非常小，则可以忽略通过预先考虑由研磨引起的平坦度变化而确定的所要去除的材料量。
可以使用具有磨料、例如氧化铈的软研磨布并利用双面或单面研磨机，按照常规方式在正面或正面和背面上进行最后研磨。
在用于去除的实际加工中，根据从各个因素计算出的(1)至(4)或(1)至(5)的总计量确定的加工去除量(整平和变形修正加工量)来改变加工工具或基板材料沿着基板表面方向的进给速度(或停留时间)，由此通过加工工具在基板材料的相对两面上去除局部需要并且足够的量。
喷砂
在根据上面计算出的量进行用于整平和变形修正加工的加工时，可以进行具有受控停留时间的加工。假设加工工具为喷砂工具，则使喷砂喷嘴的进给速度减慢以延长停留时间，在那里根据所测量出的数据应该去除更多的基板材料，或者相反增大喷砂喷嘴的进给速度以缩短停留时间，在那里应该去除更少的基板材料。
还可以通过设定固定的喷嘴的进给速度和气压、同时控制基板和喷砂喷嘴之间的距离来进行加工。这利用了加工速度在喷砂喷嘴和基板材料表面之间的距离短时较快、而在距离长时较慢的加工特性。
替代地，在将喷砂喷嘴的进给速度设定为恒定值的同时，可以通过压力控制、例如在指定了较大材料去除量的位置处增加喷砂喷嘴的喷气压力、而在指定了较小材料去除量的位置处降低喷砂喷嘴的喷气压力来实现该加工。
在加工工具为喷砂喷嘴的情况下，可以利用图3中所示的设备进行加工。用于产生磨料射流22的喷砂喷嘴21可以基本上平行于台板20移动，并且与台板20上的基板材料1的表面间隔开一定距离。
加工工具可以沿着X和Y方向移动，同时其运动受到计算机的控制。可以用X-θ机构进行等同的加工。由于气压与所使用的磨料和工具-基板距离相关，所以没有明确地确定，而是在去除速度和加工损坏层的深度方面进行调节。
在这里所使用的磨料没有特别限制，但是优选使用粒径为#600至#3000的磨料。粒径大于#600的磨料通过加工形成较大变形的加工层，并且在后续步骤中必须去除更多的材料量以去除变形的加工层，并且因为必须增加厚度所以需要更多的材料。这是不经济的。如果磨料的粒径小于#3000，则去除速度变慢，从而喷砂需要更长的时间。
在喷砂中所使用的细小颗粒优选为氧化铈、氧化硅、氧化铝或碳化硅。
基板
通过本发明方法获得的大型玻璃基板具有至少为500mm、优选为至少800mm、并且更优选为至少1800mm的对角线长度以及至少4mm的厚度。尽管不必规定上限，但对角线长度通常大约为2500mm以下。对于825mm以下(500至825mm)的对角线长度而言，厚度在3mm至小于6mm的范围中；对于800至1650mm的对角线长度而言，厚度在6至11mm的范围中；对于1800至2150mm的对角线长度而言，厚度在9至16mm的范围中；对于2151至3000mm的对角线长度而言，厚度在9至20mm的范围中。大型基板的形状可以为方形、矩形、圆形等。在圆形基板的情况下，对角线长度指的是直径。
大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而与母玻璃相对的表面在垂直姿态下是凹面的。大型玻璃基板在水平姿态下、即当它在曝光期间保持水平时，其表面平坦度/对角线长度为4.8×10-5以下，优选为2.4×10-5以下，更优选为1.2×10-5以下。尽管不必规定下限，但表面平坦度/对角线长度通常至少为2×10-6。背面不要求与正面一样的平坦度。虽然因此不是严格的，但是背面平坦度/对角线长度优选为4.8×10-5以下，更优选为2.4×10-5以下。尽管不必规定下限，但背面平坦度/对角线长度通常至少为2×10-6。
大型玻璃基板优选其平行度为50μm以下，更优选为10μm以下。在平行度大于50μm的情况下，在将基板安装在曝光设备中时，在例如修正等操作上可能会增加额外负担以减小曝光间隙。
曝光
下面将描述使用大型玻璃基板的母玻璃曝光方法。利用与加工光掩模的平版印刷技术基本上相同的技术，采用溅射系统在大型玻璃基板的表面上形成铬薄膜。在其上涂覆光敏材料、通常为抗蚀材料，采用电子束设备对其进行图像曝光，并且显影以形成抗蚀图案。然后利用该抗蚀图案作为掩模对铬薄膜进行蚀刻，从而形成铬薄膜图案。
将这样获得的光掩模基板水平放置在基板台上。光掩模基板通常在上表面或下表面上受到支撑，并且支撑在从侧缘向内间隔几个毫米或几个厘米的位置处。具体地说，通过借助带宽为4cm的氧化铝陶瓷板进行吸附或真空夹紧将光掩模基板水平保持并且固定在上表面上的外周两个或四个边处。在借助陶瓷板进行固定的情况下，陶瓷板优选是刚性的并且构成为沿着水平方向进行倾斜运动。优选的是，吸附板具有5μm以下的平坦度。利用本发明，可以使用预先在其中存储有程序的计算机可读记录介质来模拟基板由于夹紧而产生的变形量。使吸附板倾斜的机构不总是必须的。也可以使用预先在其中记录有程序的计算机可读记录介质来模拟吸附板的精度的影响和由于基板的夹紧而引起的应力所产生的变形量。也可以模拟倾斜角度的影响。
设置在光掩模基板下方和照射侧的母玻璃可以为厚度为0.5至1.2mm并且厚度误差在100μm内的玻璃板。用于夹紧母玻璃的工作台优选被精加工至平坦度在20μm内，更优选在5μm内。
之后，利用激光位移计基本上在整个区域中测量光掩模基板和母玻璃之间的接近间隙。这样测量出的接近间隙在除了从长边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上具有50至100μm的平均值并且间隙误差为0至50μm、优选0至10μm。
只要是通过没有保持接触的光掩模基板和母玻璃进行曝光，本发明的曝光方法适用于包括反射镜投影和透镜投影系统的其它曝光系统。虽然不涉及接近间隙，但这些系统通常在曝光设备侧对光掩模基板由于其自身重量引起的弯曲进行修正。然后，使用由本发明的玻璃基板形成的光掩模基板，降低或消除了在曝光设备侧的修正负担。
如上所述，本发明通过计算每块玻璃基板由于其自身重量引起的相对于其厚度的弯曲、并且将玻璃基板材料加工成按该弯曲相反地进行了预变形的形状来克服现有技术未解决的问题。可以使玻璃基板的厚度比现有技术更薄。例如，尺寸为830×960mm并且厚度为10mm的玻璃基板在四边简单支撑的条件下，按照材料强度计算出的由于其自身重量的弯曲为89μm。同样，尺寸为830×960mm并且厚度为8mm的玻璃基板出现139μm的弯曲，并且尺寸为830×960mm、厚度为6mm的玻璃基板出现247μm的弯曲。一旦在垂直姿态下按弯曲量将玻璃基板加工成产生凹形的被使用面(即曝光期间的下表面)，则玻璃基板在水平姿态下变为完全平坦。甚至是薄基板实际上也能够在曝光期间提供所期望的平坦度。由于目前通常使用昂贵的石英玻璃作为TFT液晶掩模基板，所以使掩模玻璃基板薄化的可能性导致基板成本降低。
在利用由本发明的大型玻璃基板形成的光掩模基板使母玻璃曝光时，可以使接近间隙更小并且均匀，从而便于控制接近间隙。结果，可以增加通过曝光形成的产品数量，并且可以使母玻璃有效地曝光。在利用由本发明的大型玻璃基板形成的光掩模基板进行投影曝光时，可以很容易地控制对光轴由于基板弯曲而产生的偏移的修正。
实施例
下面将以例举说明的方式而不是限定性方式给出本发明的实施例。在这些实施例中，除非另有说明，平坦度指的是(正面)表面平坦度。在垂直保持基板材料或基板的同时，使用由黑田精工社(KurodaPrecision Industries Ltd.)生产的平坦度测试仪FTT-1500来测量基板材料或基板的平坦度和平行度。
实施例1
使用磨料GC#600(不二见磨料(株)，Fujimi Abrasive Co.，Ltd.)并利用行星运动双面研磨机研磨尺寸为330mm×450mm(对角线长度约为558mm)并且厚度为5.3mm的合成石英玻璃基板材料来制备初始基板或基板材料。该基板材料具有在垂直姿态下测量出的、由22μm的正面平坦度(表面平坦度/对角线长度＝39×10-6)、25μm的背面平坦度以及3μm的平行度所表示的精度，并且其形状为具有比最小平方平面高的中央部分。
然后，使用材料强度和基板在垂直保持时的支撑位置计算出研磨后厚度为5mm的基板材料在水平保持时由于其自身重量而产生的弯曲。预先分别从实际支撑在曝光设备中的适当位置处的虚拟玻璃基板材料的变形量和该虚拟玻璃基板材料和放置在台板上的虚拟母玻璃之间的接近间隙的变化检查出基板变形和台板精度失真。通过考虑上述获得的弯曲、变形和失真值来确定从所要加工的玻璃基板材料的材料去除量。因此，通过考虑上述值来确定在每个部分处所需的足够去除量，并且进一步考虑在垂直姿态下测量的正面和背面上的不规则性和厚度变化以及在随后利用双面研磨机将两个表面总共研磨掉大约50μm时平坦度和平行度的变化，从而使正面在垂直姿态下可以凹入11μm，并且背面同时凸起11μm。在根据去除量控制工具的进给速度的同时，利用下面所示的加工工具来进行去除操作。
具体地说，将基板材料安装在图3所示设备的台板20上。该设备包括具有气动机构的加工工具。具有喷砂喷嘴21的加工工具可以沿着X和Y方向并且与台板20基本上平行地移动。该工具能够在0.1MPa的气压下喷射磨料砂粒22(由Fujimi Abrasive Co.，Ltd.生产的FO#800)。喷砂喷嘴具有1mm×40mm的矩形喷射孔，并且与基板材料1的表面间隔40mm的距离。
如图4所示，该加工技术包括使喷砂喷嘴连续地平行于X轴移动，然后沿着Y轴方向移动20mm的距离或间距等。从前面测量出的值，将在这些条件下的加工速度计算为300μm/分钟。
根据通过综合考虑以下事项确定的所要去除的所需的足够去除量来控制喷射喷嘴的进给速度：(1)根据通过在垂直姿态下(即在没有出现在水平姿态下由于其自身重量造成的弯曲的状态下)精确测量大型玻璃基板材料的正面和背面的平坦度而获得的大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度及其间的平行度的高度数据而确定的所要去除的材料整平量；(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板(由基板材料形成)受到水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料由于其自身重量而导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑当将光掩模基板支撑在曝光设备中时由于光掩模基板支撑引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；(4)通过预先考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而给出的所要去除的材料量；以及(5)通过预先考虑在随后的双面研磨或者单面研磨期间平坦度的变化而确定的所要去除的材料量。加工工具的进给速度在计算时对其指定的所要去除的材料量最小的基板形状的部分处为50mm/秒。上述操作在两面上进行。
之后，利用双面研磨工具将基板研磨50μm，由此测量表面平坦度发现，该表面具有13μm的平坦度(平坦度/对角线长度＝2.3×10-5)并且具有倒拱形形状。平行度为2μm。在通过可在四边自由运动地接合将光掩模基板水平保持在曝光设备中时，这在计算上对应于2μm的平坦度(平坦度/对角线长度＝3.6×10-6)。这意味着获得了在水平姿态下具有2μm的平坦度(平坦度/对角线长度＝3.6×10-6)的基板。使用由KurodaPrecision Industries Ltd.生产的平坦度测试仪来测量出基板材料或基板的平坦度和平行度。
接下来，通过与传统的平版印刷光掩模基板制造工艺类似的工艺使玻璃基板具有铬薄膜图案。具体地说，采用溅射系统在玻璃基板的表面上形成铬薄膜。将光敏组分、通常为抗蚀剂涂覆在其上，利用电子束设备进行图像曝光，并且显影以形成图案。之后，采用图案作为掩模对铬薄膜进行蚀刻，从而形成带图案的铬薄膜。
将光掩模基板水平放置在基板台上。在水平保持基板的同时，通过使用具有4cm带宽的多孔陶瓷板进行吸附，在上表面的两个周边将基板固定。这些陶瓷板是刚性的，并且构成为可沿水平方向自由倾斜。这些吸附板具有1μm的平坦度。
另一方面，将用于夹紧母玻璃以设置在光掩模基板下面以便曝光的工作台研磨至5μm或更小的平坦度。将尺寸为300×400mm、厚度为0.7mm并且厚度误差在2μm范围内的玻璃板设置在工作台上。
使用激光位移计基本上在整个区域上测量光掩模基板和母玻璃之间的接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括53μm的最大值和47μm的最小值，并且间隙误差为6μm。
实施例2
除了使用尺寸为520mm×800mm(对角线长度约为954mm)并且厚度为10.4mm的基板材料，重复实施例1的处理。
使用激光位移计基本上在整个区域上测量接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括58μm的最大值和47μm的最小值，并且间隙误差为11μm。
实施例3
除了使用尺寸为850mm×1200mm(对角线长度约为1471mm)并且厚度为10.4mm的基板材料，重复实施例1的处理。
使用激光位移计基本上在整个区域上测量出接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括59μm的最大值和47μm的最小值，并且间隙误差为12μm。
实施例4
除了使用尺寸为1220mm×1400mm(对角线长度约为1857mm)并且厚度为13.4mm的基板材料，重复实施例1的处理。
使用激光位移计基本上在整个区域上测量接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括61μm的最大值和46μm的最小值，并且间隙误差为15μm。
比较例1
除了使用尺寸为850mm×1200mm(对角线长度约为1471mm)并且厚度为8.4mm的基板材料，重复实施例1的处理；并且通过考虑：(1)根据通过在垂直姿态下(即，在没有出现在水平姿态下由于其自身重量造成的弯曲的状态下)精确测量大型玻璃基板材料的正面和背面平坦度而获得的大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度及其间的平行度的高度数据而确定的所要去除的材料整平量；以及(5)通过预先考虑在随后的双面研磨或单面研磨期间的平坦度变化而确定的所要去除的材料量Q5，而不考虑(2)通过预先考虑基板材料由于其自身重量导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；(4)通过预先考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而给出的所要去除的材料量，来确定在正面和背面上所要去除的所需足够量以及所要去除的区域。
之后，利用双面研磨工具将基板研磨50μm。测量表面平坦度发现，该表面具有4μm的平坦度(平坦度/对角线长度＝2.7×10-6)并且为凹形。平行度为2μm。
当将由于其自身重量引起的弯曲加入到所测量的平坦度时，所得到的平坦度大约为130μm(平坦度/对角线长度＝8.8×10-5)，显示凸形形状。
接下来，如在实施例1中一样，将玻璃基板加工成设置在曝光设备中的适当位置处的光掩模基板。使用激光位移计基本上在整个区域上测量接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括280μm的最大值和120μm的最小值，并且间隙误差为160μm。
要指出的是，上面测量出的接近间隙未在曝光设备侧进行修正。
比较例2
除了使用尺寸为1220mm×1400mm(对角线长度约为1857mm)并且厚度为10.4mm的基板材料，重复比较例1的处理。
之后，如在比较例1中一样，利用双面研磨工具将基板研磨50μm，由此测量表面平坦度发现，该表面具有4μm的平坦度(平坦度/对角线长度＝2.2×10-6)并且为凹形。平行度为2μm。
接下来，如在比较例1中一样，将玻璃基板加工成设置在曝光设备中的适当位置处的光掩模基板。利用激光位移计基本上在整个区域上测量接近间隙。接近间隙的测量值在除了从各边延伸4cm的周边区域之外的整个区域上包括180μm的最大值和120μm的最小值，并且间隙误差为60μm。
要指出的是，上面测量出的接近间隙已经在曝光设备侧进行了修正。
对于实施例和比较例而言，在表1中概括了在加工之前和之后的平坦度和平行度的测量结果。
【表1】
Figure S06800217620061110D000221

Claims (14)

1.一种制造用于形成光掩模基板的大型玻璃基板的方法，
该光掩模基板用在母玻璃曝光处理中，该处理包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
所述方法包括通过去除(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工成大型玻璃基板的步骤，
变形修正去除量是以下量的总和：(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；以及(4)通过预先考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而给出的所要去除的材料量，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，减小了母玻璃和由在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时水平保持的大型玻璃基板形成的光掩模基板之间的接近间隙的变化。
2.如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括在用于整平和变形修正的加工步骤之后，在一个或两个表面上研磨该玻璃基板的后续步骤，
通过进一步加入由后续的研磨步骤导致的(5)平坦度变化，来计算变形修正去除量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中去除步骤使用喷砂加工工具。
4.如权利要求3所述的方法，其中使用喷砂加工工具的去除步骤在恒定的压力下进行。
5.如权利要求3所述的方法，其中喷砂使用氧化铈、氧化硅、氧化铝或碳化硅颗粒。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中在基板材料和/或加工工具移动的同时对处于任意位置处的基板材料的表面进行加工。
7.一种用于形成光掩模基板的大型玻璃基板，其中，
将该光掩模基板用在母玻璃曝光处理中，该处理包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
通过将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工以下量来生产所述大型玻璃基板：(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，
变形修正去除量是以下量的总和：(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；以及(4)通过预先考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而给出的所要去除的材料量，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，减小了母玻璃和由在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时水平保持的大型玻璃基板形成的光掩模基板之间的接近间隙的变化。
8.如权利要求7所述的大型玻璃基板，该基板在水平姿态下具有4.8×10-5以下的正面和背面的平坦度/对角线长度。
9.如权利要求7或8所述的大型玻璃基板，该基板具有825mm以下的对角线长度和3mm至小于6mm的厚度。
10.如权利要求7或8所述的大型玻璃基板，该基板具有800至1650mm的对角线长度和6至11mm的厚度。
11.如权利要求7或8所述的大型玻璃基板，该基板具有1800至2150mm的对角线长度和9至16mm的厚度。
12.如权利要求7或8所述的大型玻璃基板，该基板具有2151至3000mm的对角线长度和9至20mm的厚度。
13.一种母玻璃曝光方法，包括：通过相对两边边缘的支撑将具有相对两边的光掩模基板安装在曝光设备上；在光掩模基板的下侧相邻地设置用作TFT液晶面板中的阵列侧或彩色滤光片侧基板的母玻璃；并且穿过光掩模基板从曝光设备将光照射到母玻璃上，
所述光掩模基板由大型玻璃基板形成，通过将具有正面和背面、对角线长度至少为500mm并且厚度至少为4mm的大型玻璃基板材料加工以下量来生产所述大型玻璃基板：(1)基于大型玻璃基板材料在垂直姿态下的正面和背面的平坦度和平行度的高度数据的材料整平去除量加上材料的变形修正去除量，
变形修正去除量是以下量的总和：(2)通过预先考虑从基板材料的厚度和尺寸以及当光掩模基板被水平支撑时的支撑位置计算出的基板材料在水平姿态下由于其自身重量而导致的弯曲而给出的所要去除的材料量；(3)通过预先考虑在将光掩模基板安装在曝光设备上时由于光掩模基板的支撑而引起的光掩模基板的变形而给出的所要去除的材料量；以及(4)通过预先考虑用于支撑母玻璃的台板的精度失真而给出的所要去除的材料量，
其中所得到的大型玻璃基板的横截面具有弓形形状，从而在垂直保持时与母玻璃相对的表面为凹形，并且
在将光掩模基板的相对两边边缘支撑在曝光设备中时光掩模基板被水平保持，由此减小了母玻璃和光掩模基板之间的接近间隙的变化。
14.如权利要求13所述的母玻璃曝光方法，其中所述大型玻璃基板在水平姿态下具有4.8×10-5以下的正面和背面的平坦度/对角线长度。
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