CN101140425A - 曝光装置、曝光方法、及显示用面板基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曝光装置，即使掩膜的温度产生变化，其也可防止图案的曝光精度下降。照相机获得设置在掩膜上的检测用图案的图像，且输出图像信号。图像信号处理装置对照相机所输出的图像信号进行处理。主控制装置根据图像信号处理装置的处理结果，检测掩膜的伸缩量，且对温度控制装置设定夹盘的目标温度。热交换器使向热介质通路供给的二次热介质的温度及数量改变，以使夹盘的温度产生变化。温度传感器检测夹盘的温度，温度控制装置以使温度传感器所检测的夹盘的温度成为目标温度的方式，来控制热交换器。经由夹盘而高精度地调节基板的温度，并以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。

Description

曝光装置、曝光方法、及显示用面板基板的制造方法
技术领域
本发明是关于一种在液晶显示装置(liquid crystal display device)等显示用面板(panel)基板的制造中，利用接近(Proximity)方式对基板进行曝光的曝光装置、曝光方法、及使用上述曝光装置、曝光方法的显示用面板基板的制造方法。
背景技术
作为显示用面板而使用的液晶显示装置的TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)基板、或彩色滤光片(color filter)基板、等离子显示器面板(plasmadisplay panel)用基板、有机EL(electro luminescence，电致发光)显示面板用基板等的制造是以如下方式进行的，即，使用曝光装置并利用光刻(photolithography)技术，在基板上形成图案。曝光装置存在如下二种方式：使用透镜或镜将掩膜(mask)上的图案投影到基板上的投影(projection)方式；及在掩膜与基板之间，设置着微小的间隙(proximity gap，贴近间隙)而将掩膜上的图案转印到基板上的接近方式。与投影方式相比，接近方式在图案分辨(resolution)性能方面较差，但照射光学系统的构成简单，且处理能力高，适合于批量生产(mass production)。
先前，曝光装置存在如下问题：因曝光光束的能量而使掩膜温度上升，且因掩膜的热膨胀而使图案的曝光精度下降。一般而言，掩膜由透光率(lighttransmittance)高、热膨胀率低的石英制作成，但伴随着基板的大型化而掩膜也趋向大型化，即使为石英制作的掩膜，热膨胀也大到不容忽视。
专利文献1中揭示有如下技术：在投影方式的曝光装置中，测定掩膜的热变形量(deformation)，使投影光学系统的成像特性产生变化。再者，专利文献2中揭示有如下技术：在相同的投影方式的曝光装置中，通过运算来求出掩膜的热膨胀量，且对投影图案的倍率或失真(distortion)进行修正。
【专利文献1】日本专利特开平8-55780号公报
【专利文献2】日本专利特开平10-163082号公报
先前，在投影方式的曝光装置中，如专利文献1或专利文献2所揭示般，即使掩膜热膨胀，也可通过调整投影光学系统来防止图案的曝光精度下降。
与此相对，在接近方式的曝光装置中，由于是以1对1的方式将掩膜上的图案转印到基板上，因此，无法防止因掩膜的热膨胀而导致的图案曝光精度的下降。由此，先前仅存在如下对策：将掩膜的冷却机构设置在曝光装置上，尽可能地抑制掩膜的热膨胀。
发明内容
本发明的课题在于，在接近方式的曝光装置中，即使掩膜因温度变化而伸缩，也可防止图案的曝光精度下降。而且，本发明的课题在于，防止图案的曝光精度下降，以制造高品质的基板。
本发明的曝光装置是一种在掩膜与基板之间设置着微小间隙，且将掩膜上的图案转印到基板上的曝光装置，且包括：检测机构，检测因掩膜的温度变化而导致的伸缩量；及基板温度调节机构，根据检测机构的检测结果来调节基板的温度，且以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。
而且，本发明的曝光方法是在掩膜与基板之间设置着微小间隙，且将掩膜上的图案转印到基板上，此曝光方法中检测因掩膜温度变化而导致的伸缩量，并根据检测结果来调节基板的温度，以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。
即使掩膜因温度变化而伸缩，也因检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量，并根据检测结果来调节基板的温度，且以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩，因此不会使图案的曝光精度下降。先前关于基板的温度有众所周知的如下技术：将基板搭载于曝光用的夹盘(chuck)上之前，对基板进行温度管理(temperature management)，或者在曝光用的夹盘本体上设置着冷却机构，以对基板进行冷却，但上述技术的目的均在于抑制由基板的温度变化而导致的热膨胀。本发明在调节基板的温度以使基板主动地伸缩方面与先前有较大的不同。
进而，本发明的曝光装置中，检测机构包括：多个图像获得机构，获得设置在掩膜的多个部位上的检测用图案的图像，并输出图像信号；图像信号处理装置，对图像获得机构所输出的图像信号进行处理；以及主控制装置，其根据图像信号处理装置的处理结果，检测各检测用图案的位置，且根据各检测用图案的位置计算出检测用图案的间隔，并根据检测用图案的间隔而计算出掩膜的伸缩量。
而且，本发明的曝光方法中，在掩膜的多个部位上设置着检测用图案，获得各检测用图案的图像，且对各检测用图案的图像信号进行处理，以检测各检测用图案的位置，根据各检测用图案的位置计算出检测用图案的间隔，并根据检测用图案的间隔而计算出掩膜的伸缩量。
根据设置在掩膜的多个部位上的检测用图案的图像，借由检测各检测用图案的位置、计算出检测用图案的间隔、及计算出掩膜的伸缩量等简单的处理，则可高精度地检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量。
进而，本发明的曝光装置中，基板温度调节机构包括：与基板接触的夹盘；设置在夹盘上的热介质通路；热交换器，向热介质通路中供给热介质，使所供给的热介质的温度及数量产生变化，从而使夹盘的温度产生变化；温度传感器(temperature sensor)，检测出夹盘的温度；以及温度控制装置，以使温度传感器所检测出的夹盘的温度成为目标温度(targettemperature)的方式来控制热交换器，且主控制装置根据所计算出的掩膜的伸缩量，而计算出夹盘的目标温度，并对温度控制装置设定目标温度。
而且，本发明的曝光方法中，在与基板接触的夹盘上设置着热介质通路，向设置在夹盘上的热介质通路中供给热介质，使所供给的热介质的温度及数量产生变化，以使夹盘的温度产生变化，并根据所计算出的掩膜的伸缩量而计算出夹盘的目标温度，且检测出夹盘的温度，以使所检测出的夹盘的温度成为目标温度的方式来控制向设置在夹盘上的热介质通路供给的热介质的温度及量。
根据掩膜的伸缩量而计算出夹盘的目标温度，且检测出夹盘的温度，以使所检测出的夹盘的温度成为目标温度的方式来控制向设置在夹盘上的热介质通路供给的热介质的温度及量，因此，可经由夹盘而高精度地调节基板的温度，且以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。
本发明的显示用面板基板的制造方法中，使用上述中任一种曝光装置或曝光方法，将掩膜上的图案转印到基板上。通过使用上述曝光装置或曝光方法，即使掩膜因温度变化而伸缩，图案的曝光精度也不会下降，从而制造高品质的基板。
[发明的效果]
根据本发明的曝光装置及曝光方法，可检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量，且根据检测结果来调节基板的温度，以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩，由此在接近方式的曝光装置中，即使掩膜因温度变化而伸缩，也可防止图案的曝光精度下降。
进而，本发明的曝光装置及曝光方法中，根据设置在掩膜的多个部位上的检测用图案的图像，通过检测各检测用图案的位置、计算出检测用图案的间隔、及计算出掩膜的伸缩量等简单的处理，则可高精度地检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量。
进而，本发明的曝光装置及曝光方法中，根据掩膜的伸缩量而计算出夹盘的目标温度，且检测夹盘的温度，以所检测出的夹盘的温度成为目标温度的方式，来控制向设置在夹盘上的热介质通路供给的热介质的温度及量，由此可经由夹盘来高精度地调节基板的温度，且可以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。
根据本发明的显示用面板基板的制造方法，即使掩膜因温度变化而伸缩，也可防止图案的曝光精度下降，因此可制造出高品质的基板。
附图说明
图1是表示本发明中的一个实施形态的曝光装置的概略构成的图。
图2是表示基板温度调节机构的图。
图3是表示主控制装置的动作的流程图。
图4是表示液晶显示器装置的TFT基板的制造步骤的一例的流程图。
图5是表示液晶显示器装置的彩色滤光片基板的制造步骤的一例的流程图。
1：基板                  2：掩膜
3：底板                  4：X导轨
5：X平台                 6：Y导轨
7：Y平台                 8：θ平台
9：Z-倾斜机构            10：夹盘
11：热介质通路           12：热交换器
13：温度传感器           14：温度控制装置
20：掩膜架               21：检测用图案
22：透镜                 23：照相机
30：图像信号处理装置     40：主控制装置
具体实施方式
图1是表示本发明中的一个实施形态的曝光装置的概略构成的图。曝光装置包括底板3、X导轨4、X平台5、Y导轨6、Y平台7、θ平台8、Z-倾斜机构9、掩膜伸缩量检测部、及基板温度调节机构。掩膜伸缩量检测部包括透镜22、照相机23、图像信号处理装置30、及主控制装置40，基板温度调节机构包括夹盘10、热介质通路11、热交换器12、温度传感器13、及温度控制装置14。再者，曝光装置除上述之外，还包括：照射曝光光束的照射光学系统、搬入基板1的搬入单元、搬出基板1的搬出单元、及进行装置内的温度管理的温度控制单元等。
图1中，夹盘10处在对基板1进行曝光的曝光位置上。在曝光位置的上空，利用掩膜架(mask holder)20保持着掩膜2。在离开曝光位置的传送位置上，利用未图示的搬入单元而将基板1搭载于夹盘10上，或利用未图示的搬出单元而自夹盘10回收基板1。夹盘10以真空吸附的方式保持着基板1。
利用Z-倾斜机构9将夹盘10搭载于θ平台8上，在θ平台8之下设置着Y平台7及X平台5。X平台5沿着设置在底板3上的X导轨4，向X方向(图式中的横方向)移动。利用X平台5向X方向的移动，而使夹盘10在传送位置与曝光位置之间移动。Y平台7沿着设置在X平台5上的Y导轨6而向Y方向(图式中的深度方向)移动。θ平台8向θ方向旋转，Z-倾斜机构9向Z方向(图式中的纵方向)移动及倾斜(tilt)。
在曝光位置上，利用X平台5向X方向移动、Y平台7向Y方向移动、及θ平台8向θ方向旋转，而对基板1进行定位。而且，利用Z-倾斜机构9向Z方向移动及倾斜，而控制掩膜2与基板1之间的间隙。
在由掩膜架20所保持的掩膜2的上空，配置着未图示的照射光学系统，曝光时，来自照射光学系统的曝光光束透射过掩膜2而向基板1照射，由此将掩膜2的图案转印到基板1的表面上，且在基板1上形成图案。
图2是表示基板温度调节机构的图。在夹盘10的内部，设置着流通热介质的热介质通路11。热交换器12进行一次热介质与二次热介质的热交换，并向设置在夹盘10上的热介质通路11供给二次热介质，且回收已流通过热介质通路11的二次热介质。利用供给到热介质通路11的二次热介质，来调节与基板1接触的夹盘10的温度，并经由夹盘10来调节基板1的温度。热交换器12通过温度控制装置14的控制，而使向热介质通路11供给的二次热介质的温度及量产生变化，以使夹盘10的温度产生变化。
图1中，在掩膜2的表面的多个部位上，设置着用以检测掩膜2的伸缩量的检测用图案21。本实施形态中，在掩膜2的表面的二个部位上，设置着检测用图案21，但也可在掩膜2的表面的三个部位或三个以上部位，设置着检测用图案21。
在设置于掩膜2上的检测用图案21的上空，配置着透镜22及照相机23。透镜22对来自掩膜2表面的反射光进行聚光，并使此反射光在照相机23的受光面成像。照相机23根据受光面所接收到的反射光，获得检测用图案21的图像，并输出图像信号。图像信号处理装置30通过主控制装置40的控制，对该照相机23所输出的图像信号进行处理。主控制装置40，根据图像信号处理装置30的处理结果，来检测掩膜2的伸缩量。
图3是表示控制装置的动作的流程图(flow chart)。主控制装置40，在开始调节基板1的温度时，存储基准温度下之检测用图案21的间隔L及基板1的热膨胀率(步骤401)。如果开始调节基板1的温度，则主控制装置40，首先根据图像信号处理装置30的处理结果，检测出各检测用图案21的位置(步骤402)。主控制装置40其次根据各检测用图案的位置，计算出检测用图案的间隔L′(步骤403)，继而根据检测用图案的间隔L、L′，计算出掩膜的伸缩量AL＝L′-L(步骤404)。
根据设置在掩膜2的二个部位上的检测用图案21的图像，借由检测各检测用图案21的位置、计算出检测用图案21的间隔、及计算出掩膜2的伸缩量等简单的处理，则可高精度地检测由掩膜2的温度变化而导致的伸缩量。
主控制装置40根据所计算出的掩膜2的伸缩量，以使基板1的曝光区域与掩膜2的曝光区域伸缩相同量的方式，使用基板1的热膨胀率来计算出夹盘10的目标温度(步骤405)。而且，主控制装置40对温度控制装置14设定目标温度(步骤406)。在图1及图2中，温度传感器13检测出夹盘10的温度，温度控制装置14，以使温度传感器13所检测出的夹盘10的温度成为目标温度的方式来控制热交换器12。
根据掩膜2的伸缩量来计算出夹盘10的目标温度，并检测出夹盘10的温度，以所检测出的夹盘10的温度成为目标温度的方式，来控制向设置在夹盘10上的热介质通路11供给的二次热介质的温度及量，因此，经由夹盘10而高精度地调节基板1的温度，并以与掩膜2的伸缩相一致的方式，使基板1伸缩。
根据以上所说明的实施形态，检测由掩膜2的温度变化而导致的伸缩量，并根据检测结果而调节基板1的温度，且以与掩膜2的伸缩相一致的方式使基板1伸缩，由此在接近方式的曝光装置中，即使掩膜2因温度变化而伸缩，也可防止图案的曝光精度下降。
进而，依据以上所说明的实施形态，由设置在掩膜2的二个部位上的检测用图案21的图像，借由检测出各检测用图案21的位置、计算出检测用图案21的间隔、及计算出掩膜2的伸缩量等简单的处理，则可高精度地检测由掩膜2的温度变化而导致的伸缩量。
进而，依据以上所说明的实施形态，基于掩膜2的伸缩量而计算出夹盘10的目标温度，检测出夹盘10的温度，且以使所检测出的夹盘10的温度成为目标温度的方式，来控制向设置在夹盘10上的热介质通路11供给的二次热介质的温度及量，由此，可经由夹盘10而高精度地调节基板1的温度，并且以与掩膜2的伸缩相一致的方式，使基板1伸缩。
使用本发明的曝光装置或曝光方法，将掩膜上的图案转印到基板上，由此即使掩膜因温度变化而伸缩，也可防止图案的曝光精度下降，因此可制造高品质的基板。
例如，图4是表示液晶显示器装置的TFT基板的制造步骤的一例的流程图。在薄膜形成步骤(步骤101)中，利用溅射法及等离子化学气相沉积(CVD，chemical vapor deposition)法等，在玻璃基板上，形成作为液晶驱动用的透明电极的导电体膜或绝缘体膜等的薄膜。在抗蚀剂涂布步骤(步骤102)中，利用辊涂法等，涂布感光树脂材料(光致抗蚀剂)，且在薄膜形成步骤(步骤101)中所形成的薄膜上，形成光致抗蚀剂膜。在曝光步骤(步骤103)中，使用接近式曝光装置或投影式曝光装置等，将掩膜上的图案转印到光致抗蚀剂膜上。在显影步骤(步骤104)中，利用淋浴式显影法等，将显影液供给到光致抗蚀剂膜上，且除去光致抗蚀剂膜上的多余部分。在蚀刻步骤(步骤105)中，利用湿蚀刻除去在薄膜形成步骤(步骤101)中所形成的薄膜中的未被光致抗蚀剂膜掩盖的部分。在剥离步骤(步骤106)中，利用剥离液，将已完成蚀刻步骤(步骤105)中的掩膜作用的光致抗蚀剂膜剥离。在上述各步骤之前或之后，可根据需要，实施基板的洗净/干燥步骤。重复进行数次上述步骤，在玻璃基板上形成TFT阵列。
再者，图5是表示液晶显示器装置的彩色滤光片基板的制造步骤的一例的流程图。在黑色矩阵(black matrix)形成步骤(步骤201)中，通过涂布抗蚀剂、曝光、显影、蚀刻、以及剥离等处理，在玻璃基板上形成黑色矩阵。在着色图案形成步骤(步骤202)中，利用染色法、颜料分散法、印刷法、电镀法等，在玻璃基板上形成着色图案。对R、G、B的着色图案重复进行上述着色图案形成步骤。保护膜形成步骤(步骤203)中，在着色图案上形成保护膜，然后，透明电极膜形成步骤(步骤204)中，在保护膜上形成透明电极膜。在上述各步骤之前、中途、或之后，可根据需要，实施基板的洗净/干燥步骤。
本发明的曝光装置或曝光方法可应用于图4所示的TFT基板的制造步骤中的曝光步骤(步骤103)、图5所示的彩色滤光片基板的制造步骤中的黑色矩阵形成步骤(步骤201)、及着色图案形成步骤(步骤202)的曝光处理。

Claims (8)

1.一种曝光装置，其在掩膜与基板之间设置着微小间隙，将掩膜上的图案转印到基板上，其特征在于包括：
检测机构，其检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量；以及
基板温度调节机构，其根据上述检测机构的检测结果来调节基板的温度，且以与掩膜的伸缩相一致的方式使基板伸缩。
2.如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，
上述检测机构包括：
多个图像获得机构，获得设置在掩膜的多个部位上的检测用图案的图像，并输出图像信号；
图像信号处理装置，对上述图像获得机构所输出的图像信号进行处理；以及
主控制装置，其根据上述图像信号处理装置的处理结果，检测各检测用图案的位置，并根据各检测用图案的位置，而计算出检测用图案的间隔，且根据检测用图案的间隔，而计算出掩膜的伸缩量。
3.如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，
上述基板温度调节机构包括：
与基板接触的夹盘；
设置在上述夹盘上的热介质通路；
热交换器，向上述热介质通路供给热介质，并使所供给的热介质的温度及量产生变化，以使上述夹盘的温度产生变化；
温度传感器，其检测上述夹盘的温度；以及
温度控制装置，其以上述温度传感器所检测出的夹盘的温度成为目标温度的方式，控制上述热交换器，且
上述主控制装置，根据所计算出的掩膜的伸缩量，而计算出夹盘的目标温度，并对上述温度控制装置设定目标温度。
4.一种曝光方法，其在掩膜与基板之间设置着微小间隙，并将掩膜上的图案转印到基板上，其特征在于：
检测由掩膜的温度变化而导致的伸缩量，
根据检测结果来调节基板的温度，并以与掩膜的伸缩相一致的方式，使基板进行伸缩。
5.如权利要求4所述的曝光方法，其特征在于：
在掩膜的多个部位上设置着检测用图案；
获得各检测用图案的图像；
对各检测用图案的图像信号进行处理，以检测各检测用图案的位置；
根据各检测用图案的位置，而计算出检测用图案的间隔；且
根据检测用图案的间隔，而计算出掩膜的伸缩量。
6.如权利要求5所述的曝光方法，其特征在于：
在与基板接触的夹盘上设置着热介质通路；
向设置在夹盘上的热介质通路供给热介质，并使所供给的热介质的温度及量产生变化，以使夹盘的温度产生变化；
根据所计算出的掩膜的伸缩量，而计算出夹盘的目标温度；
检测夹盘的温度；
以使所检测的夹盘的温度成为目标温度的方式，控制向设置在夹盘上的热介质通路供给的热介质的温度及量。
7.一种显示用面板基板的制造方法，其特征在于：
使用如权利要求1至3中任一项所述的曝光装置，将掩膜上的图案转印到基板上。
8.一种显示用面板基板的制造方法，其特征在于：
使用如权利要求4至6中任一项所述的曝光方法，将掩膜上的图案转印到基板上。
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