JP4879085B2

JP4879085B2 - 露光装置

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Publication number: JP4879085B2
Application number: JP2007131298A
Authority: JP
Inventors: 良竹之内; 順一森; 真北野
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: JP2008286971A

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（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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。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。

従来、光源の輝度を高くするためには、ランプの出力を高くする必要があった。しかしながら、ランプの出力を高くすると、ランプが大型化して取り扱いが難しくなり、ランプの取り付け作業や交換作業に時間を要し、破損等の危険性も高くなる。そこで、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ことが提案されている。複数の光源を用いた露光装置として、例えば、特許文献１に記載のものがある。
特開平１１−２６０７０５号公報

露光光を発生する光源に複数のランプを用いた場合、各ランプに同じ電力を供給しても、各ランプが発生する光量には個体差があって、各ランプの照度にはばらつきが生じる。そのため、露光光の照度分布が均一にならず、パターンの転写が均一に行われないという問題があった。また、供給電力の変化に対するランプの照度の変化が各ランプで微妙に異なるため、複数のランプの光を合わせた露光光の照度を目標値に正確に制御するのが難しい。そのため、露光に必要な露光時間が常に同じにならず、タクトタイムが一定にならないという問題があった。

本発明の課題は、露光光を発生する光源に複数のランプを用い、露光光の照度分布を均一にすることである。また、本発明の課題は、複数のランプの光を合わせた露光光の照度を目標値に正確に制御することである。また、本発明の課題は、高品質な基板を一定の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、複数のランプと、各ランプから発生した光を集光する複数の集光鏡とを備え、複数のランプの光を合わせた露光光により基板を露光する露光装置であって、各ランプへ電力を供給する複数の電源と、各ランプの照度を検出する複数の第１の検出手段と、各第１の検出手段の検出結果がランプの照度の目標値となる様に各電源をフィードバック制御する第１の制御手段と、露光光の照度を検出する第２の検出手段と、露光光の照度の目標値からランプの照度の目標値を決定して第１の制御手段へ指示し、第２の検出手段の検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正する第２の制御手段とを備えたものである。

各ランプの照度を検出し、検出結果が決定又は補正したランプの照度の目標値となる様に各ランプの電源をフィードバック制御するので、各ランプの照度が同じに保たれ、露光光の照度分布が均一になる。そして、露光光の照度を検出し、検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正するので、複数のランプの光を合わせた露光光の照度が目標値に正確に制御される。

さらに、本発明の露光装置は、第２の制御手段が、予めランプの照度の目標値を変化させて検出した第１の検出手段及び第２の検出手段の検出結果から、露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を決定し、またはランプの照度の目標値を補正するものである。

第２の制御手段が、予めランプの照度の目標値を変化させて検出した第１の検出手段及び第２の検出手段の検出結果から、露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を決定し、またはランプの照度の目標値を補正するので、露光光の照度が目標値となるランプの照度の目標値が、精度良く決定又は補正される。

本発明によれば、露光光を発生する光源に複数のランプを用い、各ランプの照度を検出し、検出結果が決定又は補正したランプの照度の目標値となる様に各ランプの電源をフィードバック制御することにより、露光光の照度分布を均一にすることができる。そして、露光光の照度を検出し、検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正することにより、複数のランプの光を合わせた露光光の照度を目標値に正確に制御することができる。

さらに、本発明によれば、予めランプの照度の目標値を変化させて各ランプの照度及び露光光の照度を検出し、検出結果から露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を決定し、またはランプの照度の目標値を補正することにより、露光光の照度が目標値となるランプの照度の目標値を、精度良く決定又は補正することができる。

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、露光光照射装置３０、電源制御装置４０、電源４１、照度センサー４２、光源制御装置５０、入力装置５１、及び照度センサー５２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とのギャップ合わせが行われる。

なお、本実施の形態では、Ｚ−チルト機構９によりマスク２と基板１とのギャップ合わせを行っているが、マスクホルダ２０をＺ方向へ移動及びチルトすることにより、マスク２と基板１とのギャップ合わせを行ってもよい。

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、複数のランプ３１、複数の集光鏡３２、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、及びシャッター駆動装置３８を含んで構成されている。なお、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３１が用いられ、４つのランプ３１が上から見て四角形を成す様に配置されているため、図１では２つランプのみが示されている。また、ランプの数はこれに限らず、２つ、３つ又は５つ以上のランプを用いてもよい。ランプ３１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。

各ランプ３１の周囲には、各ランプ３１から発生した光を集光する集光鏡３２が設けられている。本実施の形態では、集光鏡３２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３２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。

各ランプ３１は、各電源４１から電圧が印加されて点灯する。各ランプ３１から発生した光は、各集光鏡３２により集光され、第１平面鏡３３へ照射される。第１平面鏡３３で反射した光は、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化される。シャッター３５が開いているとき、レンズ３４を透過した光は、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。マスク２へ照射された露光光により、マスク２のパターンが基板１へ転写され、基板１の露光が行われる。

各集光鏡３２の外側近傍には、照度センサー４２が配置されている。各集光鏡３２には、各ランプ３１から発生した光の一部を通過させる小さな開口が設けられている。各照度センサー４２は、各集光鏡３２の開口を通過した光を受光して、各ランプ３１の照度を検出する。各照度センサー４２の検出結果は、電源制御装置４０へ入力される。

一方、第２平面鏡３７の裏側近傍には、照度センサー５２が配置されている。第２平面鏡３７には、露光光の一部を通過させる小さな開口が設けられている。照度センサー５２は、第２平面鏡３７の開口を通過した光を受光して、露光光の照度を検出する。照度センサー５２の検出結果は、光源制御装置５０へ入力される。

以下、電源制御装置４０及び光源制御装置５０の動作について説明する。光源制御装置５０は、ランプの照度の目標値を電源制御装置４０へ指示する。電源制御装置４０は、まず、光源制御装置５０から指示されたランプの照度の目標値に応じ、各電源４１を制御して、各ランプ３１へ印加される電圧を調整する。そして、電源制御装置４０は、各照度センサー４２の検出結果を入力し、各照度センサー４２の検出結果がランプの照度の目標値となる様に各電源４１をフィードバック制御する。

光源制御装置５０は、露光処理を行う前に、電源制御装置４０へ指示するランプの照度の目標値を種々に変化させ、照度センサー４２及び照度センサー５２の検出結果を電源制御装置４０から入力して、参考データとして記憶する。

図２は、本発明の一実施の形態による露光方法を示すフローチャートである。まず、光源制御装置５０には、入力装置５１から、露光光の照度の目標値が入力される（ステップ３０１）。光源制御装置５０は、露光光の照度の目標値から、ランプの照度の目標値を決定する（ステップ３０２）。このとき、光源制御装置５０は、例えば、参考データから、露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を決定する。参考データを用いることにより、露光光の照度が目標値となるランプの照度の目標値が、精度良く決定される。

光源制御装置５０は、決定したランプの照度の目標値を、電源制御装置４０へ指示する。電源制御装置４０は、光源制御装置５０が決定したランプの照度の目標値に応じ、各電源４１を制御して、各ランプ３１へ印加される電圧を調整する。そして、電源制御装置４０は、各照度センサー４２の検出結果を入力し、各照度センサー４２の検出結果が決定したランプの照度の目標値となる様に各電源４１をフィードバック制御する（ステップ３０３）。各ランプ３１の照度を検出し、検出結果が決定したランプの照度の目標値となる様に各電源４１をフィードバック制御するので、各ランプ３１の照度が同じに保たれ、露光光の照度分布が均一になる。

続いて、光源制御装置５０は、シャッター駆動装置３８を制御してシャッター３５を開く。このとき、チャック１０は受け渡し位置にあり、基板１の露光は行われない。照度センサー５２は、露光光の照度を検出する（ステップ３０４）。光源制御装置５０は、照度センサー５２が露光光の照度を検出した後、シャッター駆動装置３８を制御してシャッター３５を再び閉じる。

光源制御装置５０は、照度センサー５２の検出結果を入力し、照度センサー５２の検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正する（ステップ３０５）。このとき、光源制御装置５０は、例えば、参考データから、露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を補正する。参考データを用いることにより、露光光の照度が目標値となるランプの照度の目標値が、精度良く補正される。

光源制御装置５０は、補正したランプの照度の目標値を、電源制御装置４０へ指示する。電源制御装置４０は、光源制御装置５０が補正したランプの照度の目標値に応じ、各電源４１を制御して、各ランプ３１へ印加される電圧を調整する。そして、電源制御装置４０は、各照度センサー４２の検出結果を入力し、各照度センサー４２の検出結果が補正したランプの照度の目標値となる様に各電源４１をフィードバック制御する（ステップ３０６）。各ランプ３１の照度を検出し、検出結果が補正したランプの照度の目標値となる様に各電源４１をフィードバック制御するので、各ランプ３１の照度が同じに保たれ、露光光の照度分布が均一になる。そして、露光光の照度を検出し、検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正するので、複数のランプ３１の光を合わせた露光光の照度が目標値に正確に制御される。

以上の処理を行った後、基板１の露光を行う（ステップ３０７）。基板１の露光では、チャック１０を露光位置へ移動し、基板１の位置決め及びマスク２と基板１とのギャップ合わせを行った後、光源制御装置５０がシャッター駆動装置３８を制御してシャッター３５を開閉する。以後、各電源４１のフィードバック制御（ステップ３０６）及び基板１の露光（ステップ３０７）を繰り返す。そして、所定の期間毎に、図２の破線で示す様にステップ３０４へ戻って、露光光の照度の検出（ステップ３０４）及びランプの照度の目標値の補正（ステップ３０５）を行う。

なお、本実施の形態では、露光光の照度の検出（ステップ３０４）及びランプの照度の目標値の補正（ステップ３０５）を所定の期間毎に行っているが、基板１の露光を行う度に行ってもよい。

以上説明した実施の形態によれば、露光光を発生する光源に複数のランプ３１を用い、各ランプ３１の照度を検出し、検出結果が決定又は補正したランプの照度の目標値となる様に各ランプ３１の電源４１をフィードバック制御することにより、露光光の照度分布を均一にすることができる。そして、露光光の照度を検出し、検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正することにより、複数のランプ３１の光を合わせた露光光の照度を目標値に正確に制御することができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、予めランプの照度の目標値を変化させて各ランプ３１の照度及び露光光の照度を検出し、検出結果を参考にして、ランプの照度の目標値を決定し、またはランプの照度の目標値を補正することにより、露光光の照度が目標値となるランプの照度の目標値を、精度良く決定又は補正することができる。

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、パターンの転写を均一に行うことができ、露光に必要な露光時間を常に同じにすることができるので、高品質な基板を一定のタクトタイムで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。本発明の一実施の形態による露光方法を示すフローチャートである。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
４Ｘガイド
５Ｘステージ
６Ｙガイド
７Ｙステージ
８ θステージ
９Ｚ−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
３１ランプ
３２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シャッター駆動装置
４０電源制御装置
４１電源
４２照度センサー
５０光源制御装置
５１入力装置
５２照度センサー

Claims

複数のランプと、各ランプから発生した光を集光する複数の集光鏡とを備え、複数のランプの光を合わせた露光光により基板を露光する露光装置であって、
各ランプへ電力を供給する複数の電源と、
各ランプの照度を検出する複数の第１の検出手段と、
各第１の検出手段の検出結果がランプの照度の目標値となる様に各電源をフィードバック制御する第１の制御手段と、
露光光の照度を検出する第２の検出手段と、
露光光の照度の目標値からランプの照度の目標値を決定して前記第１の制御手段へ指示し、前記第２の検出手段の検出結果に基づいてランプの照度の目標値を補正する第２の制御手段とを備え、
前記第２の制御手段は、予めランプの照度の目標値を変化させて検出した前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段の検出結果から、露光光の照度が目標値の前後にあるものを見つけ、その間のランプの照度の変化の傾きを参考にして、ランプの照度の目標値を決定し、またはランプの照度の目標値を補正することを特徴とする露光装置。