JP2014224942A - Proximity exposure machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特にマスクとガラス基板を微小間隔まで接近させた状態で露光を行なういわゆるプロキシミティ露光機で、詳細にはカラーフィルタを製造する工程でガラス基板にレジストを塗布し、パターンニングされたフォトマスクを用いて露光する場合に使用されるプロキシミティ露光機に関する。 The present invention is a so-called proximity exposure machine that performs exposure with a mask and a glass substrate close to each other, and in particular, a resist is applied to the glass substrate and patterned in the process of manufacturing a color filter. The present invention relates to a proximity exposure machine used when exposure is performed using a photomask.
図1に基板の例としてカラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ基板の一例を断面で示す。カラーフィルタ1は、透明なガラス基板(以下、基板)2上にブラックマトリックス(以下、BM)3、レッドRの着色画素(以下、R画素)4−1、グリーンGの着色画素(以下、G画素)4−2、ブルーBの着色画素(以下、B画素)4−3、透明電極5、及びフォトスペーサー(Photo Spacer)(以下、PS)6、バーテイカルアライメント(Vertical Alignment)(以下、VA)7が順次形成されたものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a color filter substrate used in a color liquid crystal display device as an example of the substrate. The
上記構造のカラーフィルタの製造方法は、フォトリソグラフィー法、印刷法、インクジェット法を用いることが知られているが、図2は一般的に用いられているフォトリソグラフィー法による製造工程を示すフロー図である。カラーフィルタは、先ず、前処理として基板を洗浄処理する工程(C1)、基板上にBMを形成処理する工程(C2)、基板を洗浄処理する工程(C3)、着色フォトレジストを塗布および予備乾燥処理する工程(C4)、着色フォトレジストを乾燥、硬化処理するプリベーク工程(C5)、着色フォトレジストを露光処理する工程(C6)、現像処理する工程(C7)、着色フォトレジストを硬化処理する工程(C8)、透明電極を成膜処理する工程(C9)、PS、VAを形成処理する工程(C10)がこの順に行われ製造される。 The manufacturing method of the color filter having the above structure is known to use a photolithography method, a printing method, and an inkjet method. FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process by a commonly used photolithography method. is there. For the color filter, first, as a pretreatment, a step of cleaning the substrate (C1), a step of forming a BM on the substrate (C2), a step of cleaning the substrate (C3), applying a colored photoresist and pre-drying Step (C4) for processing, prebaking step (C5) for drying and curing the colored photoresist, step (C6) for exposing the colored photoresist, step (C7) for developing, step for curing the colored photoresist (C8), a process of forming a transparent electrode (C9), and a process of forming PS and VA (C10) are performed in this order.
例えば、R画素、G画素、B画素の順に画素が形成される場合には、基板を洗浄処理する工程(C3)から、着色フォトレジストを硬化処理する工程間(C8)ではレッドR、グリーンG、ブルーBの順に着色フォトレジストを変更して3回繰り返されてR画素、G画素、B画素が形成される。 For example, when the pixels are formed in the order of R pixel, G pixel, and B pixel, red R, green G between the process of cleaning the substrate (C3) and the process of curing the colored photoresist (C8). The colored photoresist is changed in the order of blue B, and the process is repeated three times to form R pixels, G pixels, and B pixels.
上記BM形成工程(C2)における露光工程、着色フォトレジストを露光処理する工程(C6)、PS、VAを形成処理する工程(C10)では、基板上にレジストを焼き付けてパターンを形成する。 In the exposure process in the BM formation process (C2), the process of exposing the colored photoresist (C6), and the process of forming PS and VA (C10), a resist is baked on the substrate to form a pattern.
図3はこの場合の露光に用いられる方法の一例でプロキシミティ方式の露光装置を示す図で、表面にレジストを塗布した基板に対してフォトマスク(以下、マスク)を介して紫外線を照射する事で、任意のパターンのレジスト表面を感光させるものである。プロキシミティ方式の露光装置は、高圧水銀灯等を用いた露光ランプから発した照明光(紫外線)をインテグレーターレンズ(複眼レンズ)光路の断面内での光量の差が低減された後、コリメーションミラーを経ることで光はほぼ平行光となり、ステージに載置した基板にマスクを介して露光するものである。マスクは露光ギャップ分だけ基板から浮いた状態で露光される。 FIG. 3 is a view showing a proximity type exposure apparatus as an example of a method used for exposure in this case, and irradiates a substrate having a resist coated on its surface with ultraviolet rays through a photomask (hereinafter referred to as a mask). Thus, the resist surface of an arbitrary pattern is exposed. Proximity exposure equipment passes through a collimation mirror after the difference in the amount of light in the cross section of the integrator lens (compound eye lens) optical path from the illumination light (ultraviolet light) emitted from an exposure lamp using a high-pressure mercury lamp or the like is reduced. In this way, the light becomes substantially parallel light, and the substrate placed on the stage is exposed through a mask. The mask is exposed while floating from the substrate by the exposure gap.
この露光方法は投影露光方法に比べると、複雑なレンズ系や高精度なステージを必要としないので低コスト化しやすく、またコンタクト露光方法と比べると、マスクと基板が直接接触しないので感光剤の剥がれによる不良が発生しにくいという長所を持っている。 Compared with the projection exposure method, this exposure method does not require a complicated lens system or a high-precision stage, so it is easy to reduce the cost. Compared with the contact exposure method, the mask and the substrate are not in direct contact with each other, so that the photosensitive agent is peeled off. It has the advantage that it is difficult to cause defects.
プロキシミティ方式により製造されるカラーフィルタにおける素子寸法(ブラックマトリクスやRGBの画素寸法)は、露光ギャップ(マスクと基板の距離)と大きく関係している。 The element size (black matrix or RGB pixel size) in a color filter manufactured by the proximity method is greatly related to the exposure gap (distance between the mask and the substrate).
即ち使用するレジストが、例えばネガタイプの場合には、光の回折の影響によって、露光ギャップが大きい時には寸法が大きく、露光ギャップが小さい時には寸法が小さくなるという特徴を持つためである。そのために画素寸法を目的の大きさにするために、露光ギャップの制御が必要となってくる。 That is, when the resist to be used is, for example, a negative type, the size is large when the exposure gap is large and the size is small when the exposure gap is small due to the influence of light diffraction. Therefore, it is necessary to control the exposure gap in order to make the pixel size the target size.
図4に露光ギャップ制御の方法の一例を示す。予め、ステージ10を下降させておき、ステージ10とマスク11の間に、基板12をセットする。次に、ステージ10が、目的の露光ギャップまで上昇し、この時、目的の露光ギャップまで達しているかどうかを、四隅に設けられた光学的にギャップを読み取る露光ギャップセンサー13によって読み取り、露光ギャップの制御を行う。露光ギャップを制御した後、露光を行う。
FIG. 4 shows an example of the exposure gap control method. The
この際に用いられる露光ギャップセンサー13は、図5に示すようにマスク11へ光を斜めに照射する投光部13aと、投光部から照射されてマスク11の下面で反射された光13b、及び投光部13aから照射されて基板12の表面で反射された光13cをレンズ13dを介した後に受光する受光部13eと、を有し、受光部13eで受光した各光の位置から、マスク11と基板12とのギャップを検出する。投光部13aからマスク11へ照射された光は、その一部がマスク11の上面で反射され、一部がマスク11の内部へ透過する。マスク11の内部へ透過した光は、その一部がマスク11の下面で反射され、一部がマスク11の下面から基板12の表面へ照射される。基板12の表面へ照射された光は、その一部が基板12の表面で反射され、一部が基板12の内部へ透過する。露光ギャップセンサーの受光部13eは、マスク11の下面で反射された光13b及び基板の表面で反射された光13cを、結像レンズ13dで集光して、受光器13eの受光面に結像させる。このようにしてマスクと基板のギャップが読み取られる。
As shown in FIG. 5, the
上記従来の露光ギャップ制御では、実際に基板12が露光される時に、特にガラス中央部と端部の露光ギャップに大きな差が出てしまう可能性がある。図6にその理由を説明する図を示す。 In the above-described conventional exposure gap control, when the substrate 12 is actually exposed, there is a possibility that a large difference is caused particularly in the exposure gap between the central portion and the end portion of the glass. FIG. 6 shows a diagram for explaining the reason.
ステージ10が目的の露光ギャップまで上昇する際(図6(a))、マスク11の中央部分が、ステージ上昇による空気圧を受け、上方に凸状に撓んでしまう(図6(b))。これによりマスク11がマスク押さえバー14によって支持されているマスク端辺部分と、マスク中央部とでは露光ギャップの差が生じる。そこで撓みがなくなるまで待機し、撓みがなくなったタイミング(図6(c))で露光を行う。
When the
しかしながら、実際の撓みを監視しているわけではないので、露光タイミングにはばらつきがあるために、基板12の中央部と端部では露光ギャップの差の影響を受け、画素寸法のバラつきが生じてしまうという問題があった。 However, since the actual deflection is not monitored, the exposure timing varies, so that the pixel size varies due to the influence of the exposure gap difference between the central portion and the end portion of the substrate 12. There was a problem that.
また、基板が入った状態での、露光ギャップの監視は、四隅でのみ行っているため、中央部の露光ギャップを監視することが出来ないという問題があった。 Further, since the exposure gap is monitored only at the four corners when the substrate is inserted, there is a problem that the exposure gap at the center cannot be monitored.
そこで本発明は上記問題に鑑みて、基板とマスクの露光ギャップを監視するプロキシミティ露光機を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a proximity exposure machine that monitors an exposure gap between a substrate and a mask.
そこで本発明の請求項1に記載の発明は、
フォトマスクと基板を微小間隔まで接近させた状態で露光を行なうプロキシミティ露光機であって、
ステージと、フォトマスク押さえバーと、露光ギャップセンサーと、基板位置検出センサーと、制御部と、を備え、
基板を載置したステージを上昇させながら、フォトマスク押さえバーで押えられたフォトマスクと基板の四隅のギャップの大きさを露光ギャップセンサーで測定し、設定された露光ギャップに達した後、ステージの上昇を停め、更にフォトマスクと基板の中央部のギャップの大きさを基板位置検出センサーで監視し、制御部は所定のギャップになったタイミングで露光することを特徴とするプロキシミティ露光機である。
Therefore, the invention described in
A proximity exposure machine that performs exposure in a state where a photomask and a substrate are close to a minute distance,
A stage, a photomask holding bar, an exposure gap sensor, a substrate position detection sensor, and a control unit;
While raising the stage on which the substrate is placed, measure the size of the gap between the photomask pressed by the photomask holding bar and the four corners of the substrate with the exposure gap sensor, and after reaching the set exposure gap, The proximity exposure machine is characterized in that the rising is stopped, the size of the gap between the photomask and the central portion of the substrate is monitored by the substrate position detection sensor, and the control unit performs exposure at the timing when the predetermined gap is reached. .
本発明の請求項2に記載の発明は、
基板位置検出センサーは、複数個設けられ、複数箇所の基板位置を検出することによって露光ギャップを監視することを特徴とする請求項1に記載のプロキシミティ露光機である。
The invention according to
2. The proximity exposure apparatus according to
本発明の請求項3に記載の発明は、
基板位置検出センサーは、フォトマスク面と平行に設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載のプロキシミティ露光機である。
The invention according to
3. The proximity exposure machine according to
露光ギャップを監視することで、目的の露光ギャップのタイミングで露光が可能となる。これより、フォトマスク内の露光ギャップ差が小さくなり、露光ギャップの変動によるカラーフィルタの画素寸法ばらつきを小さくすることが出来る。 By monitoring the exposure gap, exposure can be performed at the timing of the target exposure gap. As a result, the difference in the exposure gap in the photomask is reduced, and the variation in the pixel size of the color filter due to the change in the exposure gap can be reduced.
基板を載置するステージ面が傾いて上昇した場合であっても、複数個設けられた基板位置検出センサーで複数箇所の露光ギャップを監視することで、基板面内のフォトマスクとの露光ギャップ差が小さくなり、露光ギャップの変動によるカラーフィルタの寸法バラつきを小さくすることが出来る。 Even when the stage surface on which the substrate is placed tilts and rises, the exposure gap difference from the photomask within the substrate surface can be monitored by monitoring the exposure gaps at multiple locations with multiple substrate position detection sensors. And the dimensional variation of the color filter due to the fluctuation of the exposure gap can be reduced.
ギャップの変化量の監視を基板の位置を監視することによって行うことが出来るため、従来のようなギャップの変化量監視のためにマスクに設置する測定用パターンを必要としない。 Since the change amount of the gap can be monitored by monitoring the position of the substrate, there is no need for a measurement pattern installed on the mask for monitoring the change amount of the gap as in the prior art.
以下、図面を参照して本発明のプロキシミティ露光機を実施するための形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out a proximity exposure apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7は本発明のプロキシミティ露光機の概略構成の一例を示す図である。図7に示されるプロキシミティ露光機は、ステージ20と、マスク押さえバー24と、露光ギャップセンサー23と、基板位置検出センサー25a−1、25b−1と、図示しない制御部と、を備えている。
FIG. 7 is a view showing an example of a schematic configuration of the proximity exposure apparatus of the present invention. The proximity exposure machine shown in FIG. 7 includes a
ステージ20は、レジスト(例えばBM用レジストや着色用レジスト)が塗布され、乾燥された基板22を載置するもので、矢印26の方向に上昇する。
The
マスク21はフォトマスク押さえバー24によって対向する2つの端辺部が押えられている。
The
ステージ20が矢印26の方向に上昇した場合、基板22の四隅とマスク21の露光ギャップの大きさが露光ギャップセンサー23で測定される。ステージ23はその四隅が独立して上昇する機構を備えており、また露光ギャップセンサー23は基板21の四隅の上方に設けられているため、基板22の四隅は設定された露光ギャップの位置に保たれる。
When the
設定される露光ギャップの大きさは例えば100μm±30μmのように、許容範囲を持って設定される。露光ギャップは、露光対象によって変更される。 The size of the exposure gap to be set is set with an allowable range such as 100 μm ± 30 μm. The exposure gap is changed depending on the exposure target.
ステージ20が矢印26の方向に上昇する場合に図8で示すように、基板22の中央部が凸状に撓んでしまうため、基板22の四隅と中央部では、ギャップの大きさが一様ではない。このため従来のプロキシミティ露光機では、基板の四隅のギャップを測定し設定したギャップになった後に、基板22の中央部の撓みがなくなるまで、ある時間を経過させ、その後に露光を行っていた。しかしながら時間経過が短い場合には、凸状の撓みはなくなっておらず、逆に長すぎた場合には凹状に撓んでしまうため、基板22の面内で露光ギャップのばらつきが発生していた。
When the
そこで本発明のプロキシミティ露光機では、基板位置検出センサー25a−1、25b−1を備えている(図7)。基板位置検出センサーは図9(a)に示すように微小スポット光25c−1を発する図示しない発光素子25a−1と微小スポット光を受光する受光センサー25b−1で構成されている。 Therefore, the proximity exposure machine of the present invention includes substrate position detection sensors 25a-1 and 25b-1 (FIG. 7). As shown in FIG. 9A, the substrate position detection sensor includes a light emitting element 25a-1 (not shown) that emits a minute spot light 25c-1 and a light receiving sensor 25b-1 that receives the minute spot light.
基板位置検出センサー(25a−1、25b−1)は、基板22の露光ギャップ位置で、フォトマスク面と平行に設けられ、凸状に撓んだ中央部が露光ギャップに達した場合、基板22の裏面のエッジを検出する(図9(b))。検出したタイミングで露光が行われる。尚、基板位置検出センサーは基板の裏面のエッジを検知した後、更に微小スポット光の受光量によって基板の位置(撓みがなくなる基板のエッジを検知した後の基板の位置)を微小スポット光の受光量に応じて検知出来るセンサーが望ましい。
The substrate position detection sensors (25a-1, 25b-1) are provided at the exposure gap position of the
制御部は基板位置検出センサーである、(25a−1、25b−1)によって露光ギャップが設定された範囲内であることを検出した場合に露光するように制御するものである。 The control unit is a substrate position detection sensor and controls to perform exposure when it is detected that the exposure gap is within the set range by (25a-1, 25b-1).
上記図8では、ステージ20が矢印26の方向に上昇する場合に基板22の中央部が凸状に撓むことを示したが、図10に示すようにステージ20に載置された基板22が水平状態で上昇せずにわずかに傾いて上昇した場合には、基板22の中央部からずれた部分が上方に凸状に撓んでしまう。このため本発明では、更に図11に示すように基板位置検出センサーとして(25a−1、25b−1)のほかに、(25a−2、25b−2)及び(25a−3、25b−3)を設けている。
FIG. 8 shows that the central portion of the
こうすることによって基板22の全面が露光ギャップの許容範囲にあるタイミングで露光するように制御部で制御することが可能となる。
In this way, the control unit can control the exposure so that the entire surface of the
本発明によるプロキシミティ露光機によって露光する場合の手順を図7を用いてBMパターンを露光する場合を例として説明する。 The procedure for exposure by the proximity exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
先ず、目的とする露光ギャップを100μm±30μmとし、制御部に設定範囲の設定を行う。次に、BMレジストが塗布され露光前の処理を施した基板22を、ステージ20にセットする。その後ステージ20が上昇し、4隅の露光ギャップセンサー23を用いて、端面部分の露光ギャップの制御が行われる。こうして四隅の露光ギャップが、すべて目的とする露光ギャップ内に収められる。
First, the target exposure gap is set to 100 μm ± 30 μm, and a setting range is set in the control unit. Next, the
しかし、この時点では基板22は上方に凸状に撓んでいるため、基板中央部の基板位置検出センサー(25a−1、25b−1)は、OFFのままである(露光ギャップが100μm±30μmの範囲に入っていない)ため、露光は開始されない。
However, since the
ある時間を経過させた後、凸状の撓みがなくなり基板中央部の基板位置検出センサー(25a−1、25b−1)は基板22の裏面のエッジを検知し、このタイミングで、露光が開始される。
After a certain period of time, the convex deflection disappears, and the substrate position detection sensors (25a-1, 25b-1) in the center of the substrate detect the edge of the back surface of the
上記説明ではカラーフィルタの場合を例示したが、これに限定されることはなくマスクのパターンを基板に露光する場合のプロキシミティ露光機に広く適用することが出来る。 In the above description, the case of a color filter has been exemplified, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely applied to a proximity exposure machine when a mask pattern is exposed on a substrate.
このように本発明のプロキシミティ露光機によれば、基板位置センサーで凸状に撓んだ基板の撓みがなくなったことを監視し、そのタイミングで露光することが出来るので、基板の形成パターンそのものの寸法や基板面内の寸法のばらつきがなく露光することが出来る。 As described above, according to the proximity exposure apparatus of the present invention, the substrate position sensor can monitor the fact that the substrate bent in a convex shape has disappeared, and exposure can be performed at that timing. The exposure can be performed without any variation in the size of the substrate and the size within the substrate surface.
1・・・カラーフィルタ
2・・・透明なガラス基板
3・・・ブラックマトリックス(BM)
4−1・・・R画素
4−2・・・G画素
4−3・・・B画素
5・・・透明電極
6・・・PS
7・・・VA
10・・・ステージ
11・・・マスク
12・・・基板
13・・・ギャップセンサー
13a・・・投光部
13b・・・マスクの下面で反射された光
13c・・・基板の表面で反射された光
13d・・・レンズ
13e・・・受光部
14・・・マスク押さえバー
20・・・ステージ
21・・・マスク
22・・・基板
23・・・露光ギャップセンサー
24・・・マスク押さえバー
25a―1〜25a―3・・・基板位置検出センサーの発光部
25b―1〜25b―3・・・基板位置検出センサーの受光部
DESCRIPTION OF
4-1 ... R pixel 4-2 ... G pixel 4-3 ...
7 ... VA
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ステージと、フォトマスク押さえバーと、露光ギャップセンサーと、基板位置検出センサーと、制御部と、を備え、
基板を載置したステージを上昇させながら、フォトマスク押さえバーで押えられたフォトマスクと基板の四隅のギャップの大きさを露光ギャップセンサーで測定し、設定された露光ギャップに達した後、ステージの上昇を停め、更にフォトマスクと基板の中央部のギャップの大きさを基板位置検出センサーで監視し、制御部は所定のギャップになったタイミングで露光することを特徴とするプロキシミティ露光機。 A proximity exposure machine that performs exposure in a state where a photomask and a substrate are close to a minute distance,
A stage, a photomask holding bar, an exposure gap sensor, a substrate position detection sensor, and a control unit;
While raising the stage on which the substrate is placed, measure the size of the gap between the photomask pressed by the photomask holding bar and the four corners of the substrate with the exposure gap sensor, and after reaching the set exposure gap, A proximity exposure machine characterized in that the rising is stopped, the size of the gap between the photomask and the central portion of the substrate is monitored by a substrate position detection sensor, and the control unit performs exposure at a predetermined gap.
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Cited By (2)
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CN108950476A (en) * | 2018-08-15 | 2018-12-07 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of vapor deposition mask plate determines method, device and equipment with the gap that is bonded of glass |
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- 2013-05-17 JP JP2013104869A patent/JP2014224942A/en active Pending
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