JP4749299B2 - 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

露光装置、露光方法、及び表示用パネル基板の製造方法 Download PDF

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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、基板の露光を行う際に使用される露光装置、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。露光装置は、感光樹脂材料(フォトレジスト)を塗布した基板へ、マスクを介して露光光を照射することにより、マスクのパターンを基板へ転写するものである。
露光装置の露光光を発生する光源には、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の様に、高圧ガスをバルブ内に封入したランプが使用されている。これらのランプは、発熱量が多く、余り高温になるとバルブが破裂する恐れがあるため、冷却しながら使用しなければならない。露光用の照明装置の冷却機構に関するものとして、例えば、特許文献1に記載のものがある。
特開2004−71782号公報
一般に、露光光の照度は、ランプの表面温度により変化する。ランプには、表面温度の規定値が定められており、露光処理を行う際は、露光光の照度を安定させるために、ランプの表面温度を規定値に保たなければならない。
露光光の光量は、露光光の照度と露光時間とに比例する。近年、表示用パネルの大画面化に伴い基板が大型化する程、露光装置の光源により輝度の高いものが要求される様になってきた。光源の輝度が高い程、露光光の照度が高くなり、露光時間が短く済んでタクトタイムが短縮され、スループットが向上する。
また、基板の大きさやフォトレジストの種類によって露光に必要な露光光の光量が異なる場合、従来はランプを交換して光源の輝度を変更する必要があった。ランプの交換には時間と手間が掛かるため、ランプを交換することなく、光源の輝度を変更したいという要求があった。
これらの要求を満足するため、露光光を発生する光源に複数のランプを用い、光源の輝度を全体として高くすると共に、ランプを切り替えて光源の輝度を変更することが考えられる。しかしながら、単に複数のランプを用いただけでは、ランプの表面温度を均一にすることが困難であり、露光光の照度が安定しないという問題があった。これは、各ランプから発生した露光光の一部が、直接又は各ランプの周囲に設けられた集光鏡を透過して隣接するランプへ照射され、隣接するランプの露光光が照射される部分と照射されない部分とで温度差が発生するためである。また、各ランプから発生した熱が、隣接するランプへ伝わり、隣接するランプに近い所と遠い所とで温度差が発生するためである。
本発明の課題は、複数のランプを用いて、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、ランプの表面温度を均一にして、露光光の照度を安定させることである。また、本発明の課題は、高品質な基板を短いタクトタイムで製造することである。
本発明の露光装置は、露光光を発生する複数のランプと、各ランプが貫通する開口を底部に有し、各ランプの周囲に設けられ、各ランプから発生した露光光を集光する複数の集光鏡と、各ランプの間に設けられ、各ランプから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつ各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制する隔壁と、各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、複数のランプ及び複数の集光鏡並びに隔壁を横方向に並べて収容し、複数のランプより下方の位置に吸気口を有し、複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を有し、吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却するランプハウスと 各集光鏡から照射された露光光を重ね合わせて基板へ照射する照射装置とを備え、複数のランプから発生した露光光により基板を露光するものである。
また、本発明の露光方法は、露光光を発生する光源に複数のランプを用い、各ランプの周囲に、各ランプが貫通する開口を底部に有する集光鏡を設けて、各ランプから発生した露光光を集光し、各ランプの間に隔壁を設けて、各ランプから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつ各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制し、各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、複数のランプ及び複数の集光鏡並びに隔壁を横方向に並べてランプハウスに収容し、ランプハウスの複数のランプより下方の位置に吸気口を設け、ランプハウスの複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を設け、吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却し、各集光鏡から照射された露光光を重ね合わせて基板へ照射して、複数のランプから発生した露光光により基板を露光するものである。
露光光を発生する光源に複数のランプを用いるので、光源の輝度を全体として高くすると共に、ランプを切り替えて光源の輝度を変更することができる。各ランプの間に設けた隔壁が、各ランプから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつ各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制するので、各ランプの表面では、他のランプからの露光光及び熱の影響による温度差が小さくなる。従って、各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、複数のランプ及び複数の集光鏡並びに隔壁を横方向に並べてランプハウスに収容し、ランプハウスの複数のランプより下方の位置に吸気口を設け、ランプハウスの複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を設け、吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却したとき、ランプの表面が均一に冷却される。
さらに、本発明の露光装置は、隔壁が、冷却水が流れる冷却水通路を有するものである。また、本発明の露光方法は、隔壁に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して隔壁を冷却するものである。
冷却水により隔壁を冷却するので、各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのがさらに抑制され、ランプの表面の温度差がさらに小さくなる。従って、各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、複数のランプ及び複数の集光鏡並びに隔壁を横方向に並べてランプハウスに収容し、ランプハウスの複数のランプより下方の位置に吸気口を設け、ランプハウスの複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を設け、吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却したとき、ランプの表面がさらに均一に冷却される。
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、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、露光光の照度が安定するので、高品質な基板が短いタクトタイムで製造される。
本発明の露光装置及び露光方法によれば、複数のランプを用いて、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、ランプの表面の温度差を小さくして、ランプの表面を均一に冷却することができる。従って、ランプの表面温度を均一にして、露光光の照度を安定させることができる。
さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、隔壁に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して隔壁を冷却することにより、ランプの表面の温度差をさらに小さくして、ランプの表面をさらに均一に冷却することができる。従って、ランプの表面温度をさらに均一にして、露光光の照度をさらに安定させることができる。
本発明の表示用パネル基板の製造方法によれば、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、露光光の照度を安定させることができるので、高品質な基板を短いタクトタイムで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、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、及び露光光照射装置30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。
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31a,31b,31c,31d、集光鏡32a,32b,32c,32d、第1平面鏡33、レンズ34、シャッター35、コリメーターレンズ36、第2平面鏡37、電源38、ランプ冷却機構、及び隔壁50a,50b,50c,50d,50eを含んで構成されている。
図2は、本発明の一実施の形態によるランプの上面図である。本実施の形態では、露光光を発生する光源に4つのランプ31a,31b,31c,31dを用いている。ランプ31a,31b,31c,31dには、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の様に、高圧ガスをバルブ内に封入したランプが使用されている。
ランプ31a,31b,31c,31dの周囲には、ランプ31a,31b,31c,31dから発生した露光光を集光する集光鏡32a,32b,32c,32dが設けられている。本実施の形態では、集光鏡32a,32b,32c,32dの一部を切り欠くことにより、隣接する2つのランプを集光鏡の直径よりも小さい距離に近づけて配置している。しかしながら、集光鏡32a,32b,32c,32dの一部を切り欠くことなく、隣接する2つのランプを集光鏡の直径よりも大きい距離に離して配置してもよい。
ランプ31a,31b,31c,31dは、図1の電源38から電圧が印加されると点灯して、露光光を発生する。ランプ31a,31b,31c,31dから発生した露光光は、集光鏡32a,32b,32c,32dにより集光され、図1の第1平面鏡33へ照射される。
図1において、第1平面鏡33で反射した露光光は、フライアイレンズ又はロットレンズ等からなるレンズ34へ入射し、レンズ34を透過して照度分布が均一になる。シャッター35が開いているとき、レンズ34を透過した露光光は、コリメーターレンズ36を透過して平行光線束となり、第2平面鏡37で反射して、マスク2へ照射される。
露光光を発生する光源に4つのランプ31a,31b,31c,31dを用いるので、光源の輝度を全体として高くすると共に、ランプ31a,31b,31c,31dを切り替えて光源の輝度を変更することができる。例えば、全部のランプに同じ輝度のランプを使用して、露光に必要な露光光の光量が多い場合は全部のランプを点灯し、露光に必要な露光光の光量が少ない場合は一部のランプのみを点灯してもよい。あるいは、全部又は一部のランプに異なる輝度のランプを使用して、露光に必要な露光光の光量が多い場合は全部のランプを点灯し、露光に必要な露光光の光量が少ない場合は露光光の光量に合った輝度のランプのみを点灯してもよい。
図2において、ランプ31aとランプ31bの間には、隔壁50aが設けられている。また、ランプ31bとランプ31cの間には、隔壁50bが設けられている。さらに、ランプ31cとランプ31dの間には、隔壁50cが設けられている。さらに、ランプ31dとランプ31aの間には、隔壁50dが設けられている。さらに、ランプ31aとランプ31cの間には、隔壁50eが設けられている。
なお、隔壁はランプとランプの間に設ければよく、その数は複数のランプの配置に合わせて適宜決定できる。例えば、4つのランプが隣接するランプ間の距離を同じにして配置された場合、隔壁の数は4つでもよい。また、複数の隔壁をつなげて、一体に構成してもよい。
図3は、図2のA−A部の一部断面側面図である。また、図4は、図2のB−B部の一部断面側面図である。なお、図3又は図4では、集光鏡32a,32b,32c,32dはA−A部又はB−B部の断面図で示され、ランプ31a,31b,31c,31d及び隔壁50a,50b,50d,50eは側面図で示されている。
隔壁50a,50b,50c,50d,50eは、紫外線の反射率が高いアルミニウムからなり、ランプ31a,31b,31c,31dから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつランプ31a,31b,31c,31dから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制する。
ランプ31a,31b,31c,31dの間に設けた隔壁50a,50b,50c,50d,50eが、ランプ31a,31b,31c,31dから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつランプ31a,31b,31c,31dから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制するので、ランプ31a,31b,31c,31dの表面では、他のランプからの露光光及び熱の影響による温度差が小さくなる。従って、後述するランプ冷却機構によりランプ31a,31b,31c,31dを冷却したとき、ランプ31a,31b,31c,31dの表面が均一に冷却される。
さらに、本実施の形態では、隔壁50a,50b,50c,50d,50eに冷却機構が設けられている。図5は、本発明の一実施の形態による隔壁冷却機構を示す図である。隔壁50eの内部には、冷却水が流れる冷却水通路51が設けられている。温度調節された冷却水が、給水管52から冷却水通路51へ供給され、冷却水通路51を流れた冷却水が、排水管53から排出される。隔壁50eは、冷却水通路51を流れる冷却水により冷却される。隔壁50a,50b,50c,50dも、隔壁50eと同様の構成である。
冷却水により隔壁50a,50b,50c,50d,50eを冷却するので、ランプ31a,31b,31c,31dから発生した熱が他のランプへ伝わるのがさらに抑制され、ランプ31a,31b,31c,31dの表面の温度差がさらに小さくなる。従って、後述するランプ冷却機構によりランプ31a,31b,31c,31dを冷却したとき、ランプ31a,31b,31c,31dの表面がさらに均一に冷却される。
図6は、本発明の一実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。ランプ冷却機構は、ランプハウス39及び排気ファン40を含んで構成されている。
ランプハウス39には、ランプ31a,31b,31c,31d、集光鏡32a,32b,32c,32d、第1平面鏡33、レンズ34、及び隔壁50a,50b,50c,50d,50eが収容されている。ランプハウス39は、ランプ31a,31b,31c,31dより下方の位置に空気の吸気口39aを有し、ランプ31a,31b,31c,31dより上方の位置に空気の排気口39bを有する。排気口39bには、排気ファン40が接続されている。排気ファン40を始動すると、ランプハウス39内の空気が排気口39bから排出され、ランプハウス39内へ空気を補うために、吸気口39aから空気が吸入される。
集光鏡32a,32b,32c,32dの底部には、ランプ31a,31b,31c,31dが貫通する開口が設けられており、吸気口39aから吸入された空気は、矢印で示す様に、各集光鏡32a,32b,32c,32dの開口を通って各ランプ31a,31b,31c,31dの周囲を流れ、各ランプ31a,31b,31c,31dを冷却する。各ランプ31a,31b,31c,31dの周囲を流れた空気は、各ランプ31a,31b,31c,31dの熱を吸収して温度が上昇し、排気口39bから排出される。
以上説明した実施の形態によれば、複数のランプ31a,31b,31c,31dを用いて、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、ランプ31a,31b,31c,31dの表面の温度差を小さくして、ランプ31a,31b,31c,31dの表面を均一に冷却することができる。従って、ランプ31a,31b,31c,31dの表面温度を均一にして、露光光の照度を安定させることができる。
さらに、隔壁50a,50b,50c,50d,50eに冷却水通路51を設け、冷却水通路51に冷却水を流して隔壁を冷却することにより、ランプ31a,31b,31c,31dの表面の温度差をさらに小さくして、ランプ31a,31b,31c,31dの表面をさらに均一に冷却することができる。従って、ランプ31a,31b,31c,31dの表面温度をさらに均一にして、露光光の照度をさらに安定させることができる。
なお、以上説明した実施の形態では、露光光を発生する光源に4つのランプ31a,31b,31c,31dを用いているが、本発明はこれに限らず、2つ、3つ又は5つ以上のランプを用いてもよい。また、以上説明した実施の形態では、ランプ31a,31b,31c,31dを冷却する冷却媒体として空気を用いているが、本発明はこれに限らず、空気以外の気体を冷却媒体として用いてもよい。また、以上説明した実施の形態では、ランプハウス39に2つの吸気口39aが設けられているが、1つ又は3つ以上の吸気口を設けてもよい。同様に、以上説明した実施の形態では、ランプハウス39に1つの排気口39bが設けられているが、2つ以上の排気口を設けてもよい。
本発明は、プロキシミティ露光装置に限らず、レンズ又は鏡を用いてマスクのパターンを基板上に投影する投影露光装置にも適用することができる。
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、高輝度及び輝度の変更の要求に対応しながら、露光光の照度を安定させることができるので、高品質な基板を短いタクトタイムで製造することができる。
例えば、図7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8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7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8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。 本発明の一実施の形態によるランプの上面図である。 図2のA−A部の一部断面側面図である。 図2のB−B部の一部断面側面図である。 本発明の一実施の形態による隔壁冷却機構を示す図である。 本発明の一実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。 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。
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
30 露光光照射装置
31a,31b,31c,31d ランプ
32a,32b,32c,32d 集光鏡
33 第1平面鏡
34 レンズ
35 シャッター
36 コリメーターレンズ
37 第2平面鏡
38 電源
39 ランプハウス
39a 吸気口
39b 排気口
40 排気ファン
50a,50b,50c,50d,50e 隔壁
51 冷却水通路
52 給水管
53 排水管

Claims (6)

  1. 露光光を発生する複数のランプと、
    各ランプが貫通する開口を底部に有し、各ランプの周囲に設けられ、各ランプから発生した露光光を集光する複数の集光鏡と、
    各ランプの間に設けられ、各ランプから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつ各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制する隔壁と、
    各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、前記複数のランプ及び前記複数の集光鏡並びに前記隔壁を横方向に並べて収容し、前記複数のランプより下方の位置に吸気口を有し、前記複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を有し、前記吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して前記排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却するランプハウスと
    各集光鏡から照射された露光光を重ね合わせて基板へ照射する照射装置とを備え、前記複数のランプから発生した露光光により基板を露光することを特徴とする露光装置。
  2. 前記隔壁は、冷却水が流れる冷却水通路を有することを特徴とする請求項1に記載の露光装置
  3. 露光光を発生する光源に複数のランプを用い、
    各ランプの周囲に、各ランプが貫通する開口を底部に有する集光鏡を設けて、各ランプから発生した露光光を集光し、
    各ランプの間に隔壁を設けて、各ランプから発生した露光光が他のランプへ照射されるのを防止し、かつ各ランプから発生した熱が他のランプへ伝わるのを抑制し、
    各集光鏡により集光された露光光がそれぞれ上方へ照射される様に、複数のランプ及び複数の集光鏡並びに隔壁を横方向に並べてランプハウスに収容し、
    ランプハウスの複数のランプより下方の位置に吸気口を設け、ランプハウスの複数のランプより上方の位置に排気ファンが接続された排気口を設け、吸気口から吸入された冷却媒体を、各集光鏡の開口を通して各ランプの周囲に流して排気口から排出し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成して各ランプを冷却し、
    各集光鏡から照射された露光光を重ね合わせて基板へ照射して、複数のランプから発生した露光光により基板を露光することを特徴とする露光方法。
  4. 隔壁に冷却水通路を設け、冷却水通路に冷却水を流して隔壁を冷却することを特徴とする請求項3に記載の露光方法。
  5. 請求項1又は請求項2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。
  6. 請求項3又は請求項4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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