JP2009258222A - スキャン露光装置およびスキャン露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の露光装置と比較して、マスク保持部、および照射部の数量を削減して大幅にコストダウンすることができるスキャン露光装置およびスキャン露光方法を提供する。
【解決手段】スキャン露光装置１では、基板搬送機構１０の基板駆動ユニット１７は、複数のマスクＭと基板ＷとがＹ方向に所定の距離Ａ、即ち、隣接するマスクＭのマスクパターン５１，５２のＹ方向における中心間距離Ｄの略１／２だけ相対移動するように移動可能に構成されている。そして、基板Ｗの往路搬送時に、所定の間隔Ｇずつ離れた第１の転写パターン５３を露光させ、基板搬送機構１０を所定の間隔Ａだけ相対移動させた後、基板Ｗを復路搬送して、往路搬送時に露光した第１の転写パターン５３間に形成された未露光部に第２の転写パターン５４を隙間なく露光させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スキャン露光装置およびスキャン露光方法に関し、より詳細には、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイの基板上にマスクのマスクパターンを露光転写するのに好適なスキャン露光装置およびスキャン露光方法に関する。

大型の薄形テレビ等に用いられる液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイは、基板上にマスクのパターンを分割逐次露光方式で近接露光転写することで製造されている。この種の分割逐次露光方法としては、例えば、パネルと同寸のマスクを用い、該マスクをマスクステージで保持すると共に基板をワークステージで保持して両者を近接して対向配置する。そして、ワークステージをマスクに対してステップ移動させる毎にマスク側から基板にパターン露光用の光を照射して、複数のマスクパターンを基板上に露光転写する。この場合、マスクは、パネルの大型化に伴って大きくする必要がある。

また、他の露光方法として、マスクを細分化して、これらマスクを保持する複数のマスク保持部を千鳥状に配置し、基板を一方向に移動させながら露光を行うスキャン露光方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この露光方式では、基板に形成されるパターンに、ある程度繰り返される部位があることを前提として、これをつなぎ合わせることで大きなパターンを形成できることを利用したものである。この場合、マスクは、パネルに合わせて大きくする必要がなく、比較的安価なマスクを用いることができる。
特開２００７−１６５８２１号公報

ところで、特許文献１に記載の露光装置は、全露光領域を隙間なくカバーできるように、基板の搬送方向と直交する方向に沿って千鳥状にマスク保持部、および照射部を配置しなければならず、従って多数のマスク保持部、および照射部が必要となる。近年のフラットパネルディスプレイの大型化に伴い、全露光領域を隙間なくカバーするためのマスク保持部、および照射部の数量はますます多くなり、露光装置の製造コスト上昇の一因となっていた。また、例えば、ブラックマトリックス層を形成した基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層を形成する液晶パネル用カラーフィルタの製造においては、一般的に３台の露光装置が使用されるが、それぞれの露光装置に対して、それぞれ基板搬入装置、および基板搬出装置が配置されるので、装置の設置費用が増大するばかりでなく、広い設置スペースを要する問題点があり、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の露光装置と比較して、マスク保持部、および照射部の数量を削減して大幅にコストダウンすることができるスキャン露光装置およびスキャン露光方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 所定の方向に沿って基板を搬送可能な基板搬送機構と、
前記所定の方向と直交する方向に並んで配置され、複数のマスクをそれぞれ保持する複数のマスク保持部と、
前記複数のマスク保持部の上方にそれぞれ配置され、露光用光を照射する複数の照射部と、
を備え、前記搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射し、前記基板に前記各マスクのパターンを露光するスキャン露光装置であって、
前記複数のマスク保持部と前記基板搬送機構の少なくとも一方は、前記複数のマスクと前記基板とが前記直交方向に前記所定の距離だけ相対移動するように移動可能に構成されることを特徴とするスキャン露光装置。
（２） 前記所定の距離とは、前記隣接するマスクのパターンの前記直交方向における中心間距離の略１／２であることを特徴とする（１）に記載のスキャン露光装置。
（３） 前記複数のマスク保持部ごとに設けられ、前記複数のマスク保持部に対して前記所定の方向の上流側及び下流側で前記基板と前記マスクの相対位置を検知可能な複数の検知部と、をさらに備えることを特徴とする（１）に記載のスキャン露光装置。
（４） 所定の方向に沿って基板を搬送可能な基板搬送機構と、前記所定の方向と直交する方向に並んで配置され、複数のマスクをそれぞれ保持する複数のマスク保持部と、前記複数のマスク保持部の上方にそれぞれ配置され、露光用光を照射する複数の照射部と、を備えるスキャン露光装置のスキャン露光方法であって、
前記所定の方向に搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射して、前記基板に前記各マスクのパターンを露光することで、前記直交方向に所定の間隔ずつ離れた第１の転写パターンを形成する工程と、
前記複数のマスク保持部と前記基板搬送機構の少なくとも一方を、前記複数のマスクと前記基板とが前記直交方向に所定の距離だけ相対移動するように移動する工程と、
前記所定の方向と反対方向に搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射して、前記基板に前記各マスクのパターンを露光することで、前記第１の転写パターン間に第２の転写パターンを形成する工程と、
を備えることを特徴とするスキャン露光方法。

本発明のスキャン露光装置及びスキャン露光方法によれば、必要となるマスク保持部および照射部の数量を削減することができ、スキャン露光装置の製造費用を大幅に低減することができる。また、スキャン露光装置に対する基板の搬入、搬出を１台の搬送装置で行うことができるので、従来２台を必要とした搬送装置を１台にすることができ、設置費用が削減できると共に、搬送装置を含む装置全体の省スペース化が可能となる。

以下、本発明に係るスキャン露光装置及び露光方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、本実施形態のスキャン露光装置１の構成について概略説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態のスキャン露光装置１は、基板Ｗを浮上させて支持すると共に、所定の方向であるＸ方向および該所定の方向と直交する方向であるＹ方向に搬送する基板搬送機構１０と、Ｙ方向に沿って並んでそれぞれ配置され、複数のマスクＭをそれぞれ保持する複数（図１に示す実施形態において６個）のマスク保持部１１と、マスク保持部１１をそれぞれ駆動する複数のマスク駆動部１２と、複数のマスク保持部１１の上部にそれぞれ配置されて露光用光を照射する複数の照射部１３と、スキャン露光装置１の各作動部分の動きを制御する制御部１５と、を主に備える。

基板搬送機構１０は、浮上ユニット１６と、基板ＷのＹ方向一側（図１において上辺）を保持してＸ方向およびＹ方向に搬送可能な基板駆動ユニット１７とを備える。浮上ユニット１６は、複数のフレーム１９上にそれぞれ設けられた複数の排気エアパッド２０及び吸排気エアパッド２１を備え、ポンプ（図示せず）やソレノイドバルブ（図示せず）を介して排気エアパッド２０や吸排気エアパッド２１からエアを排気或いは、吸排気する。これにより、基板Ｗは、浮上ユニット１６上に空気流によって浮上した状態で保持され、基板Ｗを抵抗なく搬送可能とする。

基板駆動ユニット１７は、図１に示すように、Ｘ方向搬送機構２５と、Ｙ方向搬送機構４０とを備える。Ｘ方向搬送機構２５は、モータ２３、ボールねじ２４、及びナット（図示せず）からなるボールねじ機構によって、移動基台３７を、ガイドレール２６に沿ってＸ方向および反対方向に往復搬送する。Ｙ方向搬送機構４０は、移動基台３７上に配設されたモータ４７、ボールねじ４８、及びナット（図示せず）からなるボールねじ機構によって、浮上ユニット１６によって浮上、支持された基板Ｗの一端を保持する吸着パッド２２を、基板Ｗと共にガイドレール４９に沿ってＹ方向および反対方向に往復搬送する。

なお、図２に示すように、複数のフレーム１９は、地面にレベルブロック１８を介して設置された装置ベース２７上に他のレベルブロック２８を介して配置されている。また、基板Ｗは、ボールねじ機構の代わりに、リニアサーボアクチュエータによって搬送されてもよい。

マスク駆動部１２は、フレーム（図示せず）に取り付けられ、マスク保持部１１をＸ方向に沿って駆動するＸ方向駆動部３１と、Ｘ方向駆動部３１の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をＹ方向に沿って駆動するＹ方向駆動部３２と、Ｙ方向駆動部３２の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をθ方向（Ｘ，Ｙ方向からなる水平面の法線回り）に回転駆動するθ方向駆動部３３と、θ方向駆動部３３の先端に取り付けられ、マスク保持部１１をＺ方向（Ｘ，Ｙ方向からなる水平面の鉛直方向）に駆動するＺ方向駆動部３４と、を有する。これにより、Ｚ方向駆動部３４の先端に取り付けられたマスク保持部１１は、マスク駆動部１２によってＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向に駆動可能である。なお、Ｘ，Ｙ，θ，Ｚ方向駆動部３１，３２，３３，３４の配置の順序は、適宜変更可能である。

また、図１に示すように、Ｙ方向に沿って配置された複数のマスク保持部１１には、各マスク保持部１１のマスクＭを同時に交換可能なマスクチェンジャ２が配設されている。マスクチェンジャ２により搬送される使用済み或いは未使用のマスクＭは、マスクストッカ３との間でローダー５により受け渡しが行われる。なお、マスクストッカ３とマスクチェンジャ２とで受け渡しが行われる間にマスクプリアライメント機構（図示せず）によってマスクＭのプリアライメントが行われる。

図２に示すように、各マスク保持部１１の上部に配置される複数の照射部１３は、ＹＡＧレーザーや、エキシマレーザーなどの光源４１と、この光源４１から照射された光を集光する凹面鏡４２と、この凹面鏡４２の焦点近傍に切替え自在に配置された二種類のオプチカルインテグレータ４３と、光路の向きを変えるための平面ミラー４５及び球面ミラー４６と、この平面ミラー４５とオプチカルインテグレータ４３との間に配置されて照射光路を開閉制御する露光制御用シャッター４４と、を備える。

マスク保持部１１に保持されるマスクＭは、露光用光ＥＬの照射によりマスクパターンを基板Ｗ上のフォトレジストに露光転写させるものであり、本実施形態のマスクＭは、２種類のマスクパターン５１、５２を備える（図３参照）。２種類のマスクパターン５１、５２は、マスク駆動部１２によってマスク保持部１１を移動させることにより、いずれか一方のマスクパターン５１、５２が、照射部１３からの露光用光ＥＬの照射領域内に配置されることで切り替えられる。即ち、露光に際しては、２種類のマスクパターン５１、５２が切り替えられて、いずれか一方のマスクパターン５１、５２が有効となって基板Ｗに露光転写される。

また、Ｙ方向に並べて配置される複数のマスク保持部１１は、後述する往路で使用される隣接するマスクパターン５１の間隔Ｇが、復路で使用されるマスクパターン５２のＹ方向の幅と、往復動作によって重ね合わせて露光される両側の幅とを考慮して設定されている。ただし、マスクパターン５１の間隔Ｇやマスクパターン５２のＹ方向の幅は、後述するマスクＭと基板ＷとのＹ方向への相対移動量をできるだけ小さくするように設定されている。

マスク保持部１１の下方に配置されたフレーム１９には、基板ＷとマスクＭの相対位置を検知する検知部である複数の撮像手段３５が、複数のマスク保持部１１ごとに配置されている。撮像手段３５は、Ｘ方向に沿って配置された移動案内軸３６に案内されてＸ方向に移動可能であり、制御部１５からの指令に基づいて作動する駆動装置（図示せず）によって駆動されて、マスクＭに対して基板Ｗの搬送方向上流側である第１検知位置ＳＰ１と、基板Ｗの搬送方向下流側である第２検知位置ＳＰ２との間を移動する。

このようなスキャン露光装置１は、浮上ユニット１６の排気エアパッド２０及び吸排気エアパッド２１の空気流によって基板Ｗを浮上させ、基板Ｗの一端を基板駆動ユニット１７で吸着・保持してＸ方向に搬送する。そして、マスク保持部１１の下方に位置する基板Ｗに対して、照射部１３からの露光用光ＥＬがマスクＭを介して照射され、マスクＭのパターンを基板Ｗに塗布されたフォトレジストに転写する。このとき、基板ＷとマスクＭとの位置誤差は、複数のマスク保持部１１ごとに設けられた撮像手段３５が検出する基板Ｗ及びマスクＭの位置データに基づいて制御部１５から出力される指令信号によって、θ方向駆動部３３、及びＹ方向駆動部３２が作動してマスクＭの位置を微調整することで補正（位置合わせ）される。

次に、このように構成されたスキャン露光装置１の動作について説明する。図２に示すように、浮上ユニット１６からの空気流により浮上する基板Ｗは、その一端が吸着パッド２２に吸着・保持され、基板駆動ユニット１７によって一定の速度でＸ方向に搬送される。一方、マスクＭは、マスクパターン５１、５２を形成した面を下にしてマスク保持部１１に保持され、搬送される基板Ｗの上面に近接対向する。

ここで、２種類のマスクパターン５１、５２のうち、マスクパターン５１が照射部１３からの露光用光ＥＬの照射領域内に配置されており、マスクパターン５１が有効となっている。また、撮像手段３５は、マスク保持部１１に対して基板Ｗの搬送方向上流側である第１検知位置ＳＰ１に位置する。

図３（ａ）に示すように、基板駆動ユニット１７によってＸ方向に搬送される基板Ｗが、第１検知位置ＳＰ１に達すると、撮像手段３５が基板ＷとマスクＭの相対位置を検知し、この位置データに基づいて制御部１５から出力される指令信号によってマスク駆動部１２が作動してマスク保持部１１を移動させることにより、基板Ｗへのマスクパターン５１の露光転写に先立って、基板ＷとマスクＭとの位置誤差が修正される。

位置誤差が修正されて搬送される基板Ｗには、それぞれのマスクＭを介して照射部１３から露光用光ＥＬが照射されてマスクパターン５１が露光転写される。これにより、基板Ｗには、Ｙ方向に所定の間隔Ｇずつ離れた複数（図３に示す実施例では６本）の第１の転写パターン５３が形成される。なお、隣接する第１の転写パターン５３間の部分は未露光部である。

次に、第１の転写パターン５３形成後、図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向搬送機構４０によって、基板Ｗを保持する吸着パッド２２をマスク保持部１１に対してＹ方向に所定の距離Ａだけ移動させる。具体的に、各マスクパターン５１，５２のＹ方向における中心位置が一致している本実施形態においては、所定の距離Ａは、隣接するマスクＭのマスクパターン５１，５２のＹ方向における中心間距離Ｄの略１／２である。

また、同時に、図示しない駆動装置を作動させて、撮像手段３５を第１検知位置ＳＰ１から第２検知位置ＳＰ２に移動させる。これにより、基板Ｗの往路搬送および復路搬送のいずれの搬送時にも、基板ＷがマスクＭの下方に位置する前に、即ち、マスクパターンの露光転写に先立って、基板ＷとマスクＭとの相対位置を検知して位置誤差を修正することができる。

更に、マスクパターン５２が照射部１３からの露光用光の照射領域内に位置するように、マスク駆動部１２によってマスク保持部１１を移動させ、有効なマスクパターンをマスクパターン５１からマスクパターン５２に切り替える。

そして、Ｘ方向搬送機構２５のモータ２３を先と逆方向に回転させて、吸着パッド２２に吸着・保持された基板ＷをＸ方向と逆方向に搬送する。Ｘ方向と逆方向に搬送される基板Ｗが、第２検知位置ＳＰ２に達すると、撮像手段３５が基板ＷとマスクＭの相対位置を検知し、マスク駆動部１２がマスク保持部１１を移動させて基板ＷとマスクＭとの位置誤差を修正する。そして、照射部１３からの露光用光ＥＬを、それぞれのマスクＭを介して照射して、第１の転写パターン５３間の未露光部にマスクパターン５２を露光転写して第２の転写パターン５４を形成する。このとき、第２の転写パターン５４の幅は、未露光部の幅より僅かに大きいので、第１の転写パターン５３と第２の転写パターン５４には、重ね合わせ部が形成されて、基板Ｗの全面にマスクパターン５１、５２が露光転写される。

以上説明したように、本実施形態のスキャン露光装置１は、基板搬送機構１０の基板駆動ユニット１７は、複数のマスクＭと基板ＷとがＹ方向に所定の距離Ａ、即ち、隣接するマスクＭのマスクパターン５１，５２のＹ方向における中心間距離Ｄの略１／２だけ相対移動するように移動可能に構成されている。そして、基板Ｗの往路搬送時に、所定の間隔Ｇずつ離れた第１の転写パターン５３を露光させ、基板搬送機構１０を所定の間隔Ａだけ相対移動させた後、基板Ｗを復路搬送して、往路搬送時に露光した第１の転写パターン５３間に形成された未露光部に第２の転写パターン５４を隙間なく露光させることができる。

これにより、必要となるマスク保持部１１および照射部１３の数量が削減され、スキャン露光装置１の製造費用が大幅に低減する。また、スキャン露光装置１に対する基板Ｗの搬入、搬出を、１台の搬送装置で行うことができ、搬送装置の設置費用を削減すると共に、設置スペースの省スペース化が可能となる。

また、本発明のスキャン露光装置1によれば、撮像手段３５は、マスク保持部１１に対して上流側及び下流側において基板ＷとマスクＭの相対位置を検知可能としたので、基板Ｗの往路搬送および復路搬送のいずれにおいても、基板Ｗの露光に先立って基板ＷとマスクＭとの相対位置を検知することができる。これによって、基板ＷとマスクＭとのアライメント調整を行って高精度でマスクパターン５１,５２を露光転写することができる。
さらに、撮像手段３５を移動案内軸３６によってＸ方向に移動可能としたので、上流側及び下流側の両側に撮像手段３５を設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

例えば、上記実施形態では、基板Ｗを保持した状態の吸着パッド２２をＹ方向搬送機構４０によってＹ方向に移動させるようにしたが、基板駆動ユニット１７は単にＸ方向に往復移動するだけにして、往路搬送から復路搬送に切り替える時に、吸着パッド２２による基板Ｗの吸着を一度解除して、基板ＷをＹ方向に移動させた後に再び吸着パッド２２で吸着・保持するようにしてもよい。なお、吸着パッド２２による基板Ｗの吸着と解除により位置ずれが発生した場合は、撮像手段３５によってずれ量を確認して露光するので、露光精度には影響しない。

また、本実施形態では、基板ＷをＹ方向に所定の距離Ａだけ相対移動させるようにしたが、マスクＭ、即ち、マスク保持部１１を所定の距離Ａだけ相対移動させるようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、往路搬送から復路搬送に切り替える際の、複数のマスクＭと基板Ｗとが直交方向に相対移動する所定の距離Ａは、隣接するマスクＭのマスクパターン５１，５２のＹ方向における中心間距離Ｄの略１／２としたが、コストとタクトとの関係が供される範囲で、中心間距離Ｄの略１／３あるいは略１／４であってもよい。

また、撮像手段３５は、１台の撮像手段３５を第１検知位置ＳＰ１と第２検知位置ＳＰ２との間で移動させるようにしたが、撮像手段３５を２台準備してそれぞれ第１検知位置ＳＰ１および第２検知位置ＳＰ２に固定設置してもよい。或いは、１台の撮像手段３５を第１検知位置ＳＰ１に固定設置すると共に、第１検知位置ＳＰ１および第２検知位置ＳＰ２にそれぞれ可動ミラーおよび固定ミラーを配置して、第１検知位置ＳＰ１においては直接、撮像手段３５で基板ＷとマスクＭの相対位置を検知し、第２検知位置ＳＰ２においてはミラーを介して基板ＷとマスクＭの相対位置を検知するようにしてもよい。

さらに、本実施形態においては、基板搬送機構１０は、浮上ユニット１６と基板駆動ユニット１７によって基板Ｗを浮上して保持しながら搬送する場合について述べたが、これに限らず、基板Ｗを上面に載置しながら保持及び搬送するものであってもよい。

本発明の実施形態であるスキャン露光装置の平面図である。 図１におけるスキャン露光装置の正面図である。 基板を往復搬送して第１の転写パターンと第２の転写パターンとを露光転写する状態を示す概念図である。

符号の説明

１ スキャン露光装置
１０ 基板搬送機構
１１ マスク保持部
１３ 照射部
３５ 撮像手段（検知部）
５１ マスクパターン
５２ マスクパターン
５３ 第１の転写パターン
５４ 第２の転写パターン
Ａ 所定の距離
Ｍ マスク
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 所定の方向に沿って基板を搬送可能な基板搬送機構と、
   前記所定の方向と直交する方向に並んで配置され、複数のマスクをそれぞれ保持する複数のマスク保持部と、
   前記複数のマスク保持部の上方にそれぞれ配置され、露光用光を照射する複数の照射部と、
   を備え、前記搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射し、前記基板に前記各マスクのパターンを露光するスキャン露光装置であって、
   前記複数のマスク保持部と前記基板搬送機構の少なくとも一方は、前記複数のマスクと前記基板とが前記直交方向に前記所定の距離だけ相対移動するように移動可能に構成されることを特徴とするスキャン露光装置。
2. 前記所定の距離とは、前記隣接するマスクのパターンの前記直交方向における中心間距離の略１／２であることを特徴とする請求項１に記載のスキャン露光装置。
3. 前記複数のマスク保持部ごとに設けられ、前記複数のマスク保持部に対して前記所定の方向の上流側及び下流側で前記基板と前記マスクの相対位置を検知可能な複数の検知部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスキャン露光装置。
4. 所定の方向に沿って基板を搬送可能な基板搬送機構と、前記所定の方向と直交する方向に並んで配置され、複数のマスクをそれぞれ保持する複数のマスク保持部と、前記複数のマスク保持部の上方にそれぞれ配置され、露光用光を照射する複数の照射部と、を備えるスキャン露光装置のスキャン露光方法であって、
   前記所定の方向に搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射して、前記基板に前記各マスクのパターンを露光することで、前記直交方向に所定の間隔ずつ離れた第１の転写パターンを形成する工程と、
   前記複数のマスク保持部と前記基板搬送機構の少なくとも一方を、前記複数のマスクと前記基板とが前記直交方向に所定の距離だけ相対移動するように移動する工程と、
   前記所定の方向と反対方向に搬送される基板に対して前記複数のマスクを介して前記露光用光を照射して、前記基板に前記各マスクのパターンを露光することで、前記第１の転写パターン間に第２の転写パターンを形成する工程と、
   を備えることを特徴とするスキャン露光方法。

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