JP2007232890A - 露光装置、露光方法、及び表示用パネル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクの温度変化を抑制して、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止する。
【解決手段】制御装置６０の加温制御部６１は、露光処理を開始する前に、モータ駆動回路７０を制御してシャッター３４を所定時間開き、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度まで上昇させる。露光制御部６２は、モータ駆動回路７０を制御してシャッター３４の開閉を行い、これによって露光光をマスク２へ照射する工程（実際の露光工程）と露光光をマスク２へ照射しない工程（基板１の搬入、搬出等の工程）とを含む露光処理が行われる。保温制御部６３は、露光処理を中断している間に、モータ駆動回路７０を制御してシャッター３４を露光処理と同じ間隔で開き、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置等の表示用パネル基板の製造において、基板の露光を行う露光装置、露光方法、及びそれらを用いた表示用パネル基板の製造方法に関する。

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基板等の製造は、露光装置を用いて、フォトリソグラフィー技術により基板上にパターンを形成して行われる。露光装置としては、レンズ又は鏡を用いてフォトマスク（以下、「マスク」と称す）のパターンを基板上に投影するプロジェクション方式と、マスクと基板との間に微小な間隙（プロキシミティギャップ）を設けてマスクのパターンを基板へ転写するプロキシミティ方式とがある。プロキシミティ方式は、プロジェクション方式に比べてパターン解像性能は劣るが、照射光学系の構成が簡単で、かつ処理能力が高く量産用に適している。

従来の露光装置おいては、露光光のエネルギーによりマスクの温度が上昇し、マスクの熱膨張によってパターンの焼付け精度が低下するという問題があった。マスクは、一般に、光の透過率が高く熱膨張率が低い石英ガラスで作られているが、基板の大型化に伴ってマスクが大型化する程、石英ガラスで作られたマスクであっても熱膨張が無視できない大きさとなってきた。特に、プロキシミティ方式の露光装置では、マスクのパターンを基板へ１対１に転写するため、マスクの熱膨張が、基板へ焼き付けられるパターンの大きさに直接影響を与える。

マスクの熱膨張を抑制するため、従来は、例えば特許文献１に記載の様に、マスクを冷却する冷却機構を露光装置に設けていた。また、マスクの設計時に、予め熱膨張を考慮してパターンを小さめに設計することも行われていた。
特開平１１−２６３６４号公報

露光装置による処理には、露光光をマスクへ照射して実際に基板の露光を行う工程の他に、基板を露光装置へ搬入する工程、基板を位置決めする工程、基板を露光装置から搬出する工程等がある。さらに、プロキシミティ方式の露光装置では、マスクと基板とのギャップを制御する工程もある。それらの工程では、基板の露光が行われない様に、露光光をシャッターにより遮断してマスクへ照射しない。複数の基板をロット単位で処理する場合、この様に露光光をマスクへ照射する工程と露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理が繰り返される。

図５は、従来の露光装置のマスクの温度変化の一例を示す図である。本例は、ロットＡとロットＢの２つのロットにおいて、それぞれ複数の基板の露光処理を行う場合を示している。マスクの温度は、ロットＡの最初の基板の露光処理を開始する前は室温又は装置内で温調された温度であり、ロットＡにおいて露光処理を繰り返すに従い、露光光をマスクへ照射する工程で露光光のエネルギーによって上昇する。マスクの温度の上昇は、露光光のエネルギーによる加温が、露光光をマスクへ照射しない工程での自然冷却、または冷却機構による強制冷却と均衡する飽和温度に達するまで続く。

従って、ロットＡ内で、最初の基板の露光時と最後の基板の露光時とでマスクの温度が大きく異なり、マスクの熱膨張によってパターンの焼き付け精度にばらつきが発生するという問題があった。このため、基板間で、パターンのトータルピッチ精度のばらつきが発生していた。

また、ロットＡが終了して次のロットＢを開始するまでに時間が空くと、その間にマスクの温度が自然冷却、または冷却機構による強制冷却によって低下する。このため、次のロットＢ内でも同様に、マスクの熱膨張によってパターンの焼き付け精度にばらつきが発生するという問題があった。

本発明の課題は、マスクの温度変化を抑制して、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止することである。また、本発明の課題は、パターンのトータルピッチ精度のばらつきをなくして、高品質な基板を製造することである。

本発明の露光装置は、露光光を発生する光源と、光源が発生した露光光を遮断するシャッターと、シャッターを開閉する開閉手段とを備え、シャッターを開いて露光光をマスクへ照射する工程とシャッターを閉じて露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理を行い、マスクを透過した露光光により基板を露光する露光装置であって、露光処理とは別に、開閉手段を制御してシャッターを開き、露光光の照射によりマスクの温度を所定範囲にする制御手段を有するものである。

また、本発明の露光方法は、露光光をマスクへ照射する工程と露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理を行い、マスクを透過した露光光により基板を露光する露光方法であって、露光処理とは別に、露光光をマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲にするものである。

従来は、マスクを冷却して、マスクの熱膨張をできるだけ抑制しようとしていた。マスクの熱膨張を抑制するため、実際に基板の露光を行う工程以外は、露光光をマスクへ照射することもなかった。これに対し、本発明では、マスクの温度変化を抑制することに主眼を置き、露光処理とは別に、露光光をマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲にする。これにより、マスクの熱膨張が常にほぼ一定となり、パターンの焼き付け精度が安定する。

さらに、本発明の露光装置は、制御手段が、露光処理を開始する前に、開閉手段を制御してシャッターを所定時間開き、マスクの温度を所定範囲まで上昇させるものである。また、本発明の露光方法は、露光処理を開始する前に、露光光を所定時間マスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲まで上昇させ、所定範囲の温度のマスクを用いて露光処理を開始するものである。露光処理を開始する前に、マスクの温度を所定範囲まで上昇させるので、ロットの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光が行われる。

さらに、本発明の露光装置は、制御手段が、露光処理を中断している間に、開閉手段を制御してシャッターを露光処理と同じ間隔で開き、マスクの温度を所定範囲に保つものである。また、本発明の露光方法は、露光処理を中断している間に、露光光を露光処理と同じ間隔でマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲に保ち、所定範囲の温度のマスクを用いて露光処理を再開するものである。１つのロットが終了して次のロットを開始するまでに時間が空いた場合も、次のロットの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光が行われる。

本発明の表示用パネル基板の製造方法は、上記のいずれかの露光装置又は露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写するものである。上記の露光装置又は露光方法を用いることにより、パターンの焼き付け精度が安定するので、パターンのトータルピッチ精度のばらつきがなくなり、高品質な基板が製造される。

本発明の露光装置及び露光方法によれば、露光処理とは別に、露光光をマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲にすることにより、マスクの温度変化を抑制して、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止することができる。

さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、露光処理を開始する前に、マスクの温度を所定範囲まで上昇させることにより、ロットの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光を行うことができる。

さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、露光処理を中断している間に、マスクの温度を所定範囲に保つことにより、１つのロットが終了して次のロットを開始するまでに時間が空いた場合も、次のロットの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光を行うことができる。

本発明の表示用パネル基板の製造方法によれば、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止することができるので、パターンのトータルピッチ精度のばらつきをなくして、高品質な基板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、プロキシミティ方式の露光装置の例を示している。露光装置は、ベース３、Ｘガイド４、Ｘステージ５、Ｙガイド６、Ｙステージ７、θステージ８、Ｚ−チルト機構９、チャック１０、マスクホルダ２０、温度調節装置２１、ダクト２２、露光光照射装置３０、入力装置４０、検出装置５０、制御装置６０、及びモータ駆動回路７０を含んで構成されている。なお、露光装置は、これらの他に、基板１を搬入する搬入ユニット、基板１を搬出する搬出ユニット、装置内の温度管理を行う温度制御ユニット等を備えている。

図１において、チャック１０は、基板１の露光を行う露光位置にある。露光位置の上空には、マスクホルダ２０によってマスク２が保持されている。基板１は、露光位置から離れた受け渡し位置において、図示しない搬入ユニットによりチャック１０へ搭載され、また図示しない搬出ユニットによりチャック１０から回収される。

チャック１０は、Ｚ−チルト機構９を介してθステージ８に搭載されており、θステージ８の下にはＹステージ７及びＸステージ５が設けられている。Ｘステージ５は、ベース３に設けられたＸガイド４に沿ってＸ方向（図面横方向）へ移動する。Ｘステージ５のＸ方向への移動によって、チャック１０は受け渡し位置と露光位置との間を移動する。Ｙステージ７は、Ｘステージ５に設けられたＹガイド６に沿ってＹ方向（図面奥行き方向）へ移動する。θステージ８はθ方向へ回転し、Ｚ−チルト機構９はＺ方向（図面縦方向）へ移動及びチルトする。

露光位置において、Ｘステージ５のＸ方向への移動、Ｙステージ７のＹ方向への移動、及びθステージ８のθ方向への回転によって、基板１の位置決めが行われる。また、Ｚ−チルト機構９のＺ方向への移動及びチルトによって、マスク２と基板１とのギャップ制御が行われる。

温度調節装置２１は、温度調節されたエアを発生する。温度調節装置２１から発生された温度調節されたエアは、ダクト２２により、マスクホルダ２０内へ導入され、マスク２の表面へ吹き付けられる。これにより、マスク２が冷却される。

マスクホルダ２０の上空には、露光光照射装置３０が設けられている。露光光照射装置３０は、ランプ３１、集光鏡３２、第１平面鏡３３、シャッター３４、レンズ３５、第２平面鏡３６、及びモータ３７を含んで構成されている。

ランプ３１で発生した露光光は、集光鏡３２により集光され、第１平面鏡３３で反射する。第１平面鏡３３で反射した露光光は、シャッター３４が開いているとき、フライアイレンズ又はロットレンズ等からなるレンズ３５へ入射し、レンズ３５を透過して平行光線束となる。レンズ３５を透過した露光光は、第２平面鏡３６で反射して、マスク２へ照射される。

シャッター３４は、平板状のスライドシャッター、または円板状で露光光が通過する窓を有する回転シャッターである。シャッター３４が閉じているとき、第１平面鏡３３で反射した露光光が遮断され、露光光照射装置３０から露光光がマスク２へ照射されない。モータ３７は、モータ駆動回路７０により駆動されて、シャッター３４を開閉する。

モータ駆動回路７０を制御する制御装置６０は、加温制御部６１、露光制御部６２、及び保温制御部６３を含んで構成されている。以下、制御装置６０の動作を、図２を参照して説明する。図２は、制御装置の動作とマスクの温度変化の一例を説明する図である。本例は、図５と同様に、ロットＡとロットＢの２つのロットにおいて、それぞれ複数の基板の露光処理を行う場合を示している。

本実施の形態では、最初のロットＡの露光処理を開始する前に、シャッター３４を所定時間開き、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度まで上昇させる。本実施の形態ではこれを加温制御と称し、まず、図１において、加温制御の時間及び基板の露光時間等の情報を入力装置４０へ入力する。

加温制御部６１は、入力装置４０に入力された加温制御の時間の情報に基づき、最初のロットＡの露光処理を開始する前に、モータ駆動回路７０を制御してシャッター３４を所定時間開く。これにより、露光光が所定時間マスク２へ照射され、図２（ａ）に示す様に、露光光のエネルギーによりマスク２の温度が上昇する。そして、所定時間後、露光光のエネルギーによる加温が、自然冷却及び温度調節装置２１による強制冷却と均衡して、マスク２の温度が飽和温度に達する。

続いて、飽和温度のマスク２を用いてロットＡの露光処理を開始し、各基板の露光処理のために、シャッター３４の開閉を行う。本実施の形態では、これを露光制御と称する。図１において、露光制御部６２は、入力装置４０に入力された露光時間等の情報を内部メモリに記憶し、内部メモリに記憶した情報に基づいて、モータ駆動回路７０を制御してシャッター３４の開閉を行う。

図２（ｂ）は、１つの基板の露光処理における、マスクの温度変化を示す。基板１の搬入の工程、基板１の位置決めの工程、及びギャップ制御の工程では、露光制御部６２は、シャッター３４を閉じ、露光光をマスク２へ照射しない。なお、図２（ｂ）では、これらの工程を合わせて「搬入」と表示している。これらの工程の間、マスク２の温度は、自然冷却及び温度調節装置２１による強制冷却によって低下する。

実際に基板１の露光を行う露光工程では、露光制御部６２は、シャッター３４を開き、露光光をマスク２へ照射する。マスク２の温度は、露光光のエネルギーにより、再び飽和温度まで上昇する。基板１の搬出の工程では、露光制御部６２は、再びシャッター３４を閉じ、露光光をマスク２へ照射しない。この工程の間、マスク２の温度は、自然冷却及び温度調節装置２１による強制冷却によって低下する。

この様に、露光制御部６２によるシャッター３４の露光制御によって、露光光をマスクへ照射する工程と露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理が行われ、ロットＡ内で露光処理が繰り返される。従って、ロットＡにおけるマスク２の温度は、図２（ａ）では平坦に示されているが、実際は図２（ｂ）に示す微動を繰り返している。

最初のロットＡの露光処理がすべて終了すると、本実施の形態では、次のロットＢの露光処理を開始するまでの間に、シャッター３４を露光処理と同じ間隔で開き、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度に保つ。本実施の形態ではこれを保温制御と称する。図１において、検出装置５０は、ロットＡの最後の基板の露光処理が終了すると、図示しない搬入ユニットのストッカーが空であることを検出する。

検出装置５０により搬入ユニットのストッカーが空であることが検出されると、保温制御部６３は、露光制御部６２の内部メモリに記憶された情報を参照して、シャッター３４を露光処理と同じ間隔で開く。これにより、露光光が露光処理と同じ間隔でマスク２へ照射され、図２（ａ）に示す様に、露光光のエネルギーによりマスク２の温度が飽和温度又はそれに近い温度に保たれる。なお、この間のマスク２の温度も、図２（ａ）では平坦に示されているが、実際は図２（ｂ）に示すのと同様な微動を繰り返している。

続いて、飽和温度又はそれに近い温度のマスクを用いて次のロットＢの露光処理を再開し、露光制御部６２は、ロットＡのときと同様にして、シャッター３４の露光制御を行う。

以上説明した実施の形態によれば、露光処理とは別に、露光光をマスク２へ照射して、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度にすることにより、マスク２の温度変化を抑制して、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止することができる。

さらに、露光処理を開始する前に、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度まで上昇させることにより、ロットＡの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光を行うことができる。

さらに、露光処理を中断している間に、マスク２の温度を飽和温度又はそれに近い温度に保つことにより、１つのロットＡが終了して次のロットＢを開始するまでに時間が空いた場合も、次のロットＢの最初の基板から安定した焼付け精度でパターンの露光を行うことができる。

本発明の露光装置又は露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することにより、パターンの焼き付け精度のばらつきを防止することができるので、パターンのトータルピッチ精度のばらつきをなくして、高品質な基板を製造することができる。

例えば、図３は、液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。薄膜形成工程（ステップ１０１）では、スパッタ法やプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法等により、ガラス基板上に液晶駆動用の透明電極となる導電体膜や絶縁体膜等の薄膜を形成する。レジスト塗布工程（ステップ１０２）では、ロール塗布法等により感光樹脂材料（フォトレジスト）を塗布して、薄膜形成工程（ステップ１０１）で形成した薄膜上にフォトレジスト膜を形成する。露光工程（ステップ１０３）では、プロキシミティ露光装置や投影露光装置等を用いて、マスクのパターンをフォトレジスト膜に転写する。現像工程（ステップ１０４）では、シャワー現像法等により現像液をフォトレジスト膜上に供給して、フォトレジスト膜の不要部分を除去する。エッチング工程（ステップ１０５）では、ウエットエッチングにより、薄膜形成工程（ステップ１０１）で形成した薄膜の内、フォトレジスト膜でマスクされていない部分を除去する。剥離工程（ステップ１０６）では、エッチング工程（ステップ１０５）でのマスクの役目を終えたフォトレジスト膜を、剥離液によって剥離する。これらの各工程の前又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。これらの工程を数回繰り返して、ガラス基板上にＴＦＴアレイが形成される。

また、図４は、液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。ブラックマトリクス形成工程（ステップ２０１）では、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、剥離等の処理により、ガラス基板上にブラックマトリクスを形成する。着色パターン形成工程（ステップ２０２）では、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法等により、ガラス基板上に着色パターンを形成する。この工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色パターンについて繰り返す。保護膜形成工程（ステップ２０３）では、着色パターンの上に保護膜を形成し、透明電極膜形成工程（ステップ２０４）では、保護膜の上に透明電極膜を形成する。これらの各工程の前、途中又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。

図３に示したＴＦＴ基板の製造工程では、露光工程（ステップ１０３）において、図４に示したカラーフィルタ基板の製造工程では、ブラックマトリクス形成工程（ステップ２０１）及び着色パターン形成工程（ステップ２０２）の露光処理において、本発明の露光装置又は露光方法を適用することができる。

本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。 制御装置の動作とマスクの温度変化の一例を説明する図である。 液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。 液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。 従来の露光装置のマスクの温度変化の一例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ マスク
３ ベース
４ Ｘガイド
５ Ｘステージ
６ Ｙガイド
７ Ｙステージ
８ θステージ
９ Ｚ−チルト機構
１０ チャック
２０ マスクホルダ
２１ 温度調節装置
２２ ダクト
３０ 露光光照射装置
３１ ランプ
３２ 集光鏡
３３ 第１平面鏡
３４ シャッター
３５ レンズ
３６ 第２平面鏡
３７ モータ
４０ 入力装置
５０ 検出装置
６０ 制御装置
６１ 加温制御部
６２ 露光制御部
６３ 保温制御部
７０ モータ駆動回路

Claims (8)

1. 露光光を発生する光源と、前記光源が発生した露光光を遮断するシャッターと、前記シャッターを開閉する開閉手段とを備え、前記シャッターを開いて露光光をマスクへ照射する工程と前記シャッターを閉じて露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理を行い、マスクを透過した露光光により基板を露光する露光装置であって、
   露光処理とは別に、前記開閉手段を制御して前記シャッターを開き、露光光の照射によりマスクの温度を所定範囲にする制御手段を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記制御手段は、露光処理を開始する前に、前記開閉手段を制御して前記シャッターを所定時間開き、マスクの温度を所定範囲まで上昇させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御手段は、露光処理を中断している間に、前記開閉手段を制御して前記シャッターを露光処理と同じ間隔で開き、マスクの温度を所定範囲に保つことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 露光光をマスクへ照射する工程と露光光をマスクへ照射しない工程とを含む露光処理を行い、マスクを透過した露光光により基板を露光する露光方法であって、
   露光処理とは別に、露光光をマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲にすることを特徴とする露光方法。
5. 露光処理を開始する前に、露光光を所定時間マスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲まで上昇させ、
   所定範囲の温度のマスクを用いて露光処理を開始することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 露光処理を中断している間に、露光光を露光処理と同じ間隔でマスクへ照射して、マスクの温度を所定範囲に保ち、
   所定範囲の温度のマスクを用いて露光処理を再開することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。

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