JP4994417B2 - 露光装置、露光方法、及び基板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示用パネル等の基板の製造において、プロキシミティ方式を用いて基板の露光を行う露光装置及び露光方法、並びにそれらを用いた基板製造方法に関する。

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ガラス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）のパターンをガラス基板上に投影するプロジェクション方式と、マスクとガラス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。

プロキシミティ露光装置は、ガラス基板を固定するチャックと、チャックを搭載してマスクとガラス基板とのギャップ合わせ及びガラス基板のアライメントを行うステージとを備えている。マスクの近傍にはギャップセンサー及びアライメント用センサーが設けられ、露光前に、これらのセンサーの検出結果を用いて、マスクとガラス基板とのギャップ合わせ及びガラス基板のアライメントが行われる。

近年、表示用パネルの各種基板の製造では、大型化及びサイズの多様化に対応するため、比較的大きなガラス基板を用意し、表示用パネルのサイズに応じて、１枚のガラス基板から１枚又は複数枚の表示用パネルの基板を製造している。この場合、プロキシミティ方式では、ガラス基板の一面を一括して露光しようとすると、ガラス基板と同じ大きさのマスクが必要となり、高価なマスクのコストがさらに増大する。そこで、ガラス基板より比較的小さなマスクを用い、ステージによりガラス基板をＸＹ方向にステップ移動させながら、ガラス基板の一面を複数のショットに分けて露光する方式が主流となっている。

ガラス基板の一面を複数のショットに分けて露光する場合、ショット数は、ガラス基板のサイズとマスクのサイズに応じて決まる。図５は、ガラス基板のサイズとマスクのサイズとの関係の一例を示す図である。図５（ａ）は、ガラス基板１から９枚の表示用パネルの基板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉを製造する例を示し、図５（ｂ）はマスク３が最大で４枚分の表示用パネルの基板のショットを行う例を示している。図５（ｂ）のマスク３を用いて図５（ａ）のガラス基板１の露光を行う場合、ショット数は４となり、例えば、１回目のショットで基板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、２回目のショットで基板Ｅ，Ｆ、３回目のショットで基板Ｇ、４回目のショットで基板Ｈ，Ｉの露光を行う。この場合、２回目〜４回目のショットでは、照射光学系からマスク３へ照射される光の一部を遮断して露光領域を制限する必要がある。露光装置で光の光路を開閉するものとして、例えば特許文献１に記載のシャッター機構が知られている。

特開平１１−６７６５６号公報

シャッターを用いて露光領域を制限する場合、露光領域の境界付近ではシャッターの端部を通過した光が回折によって広がるため、シャッターをマスクから離して設けると、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生する。これを防止するため、プロキシミティ露光装置では、露光領域を制限するシャッターをできるだけマスクに近接して設けることが望ましい。

しかしながら、プロキシミティ露光装置では、マスクのパターンを１対１に転写するためマスクと同程度の大きさのシャッターが必要となり、マスクの近傍にはギャップセンサーやアライメント用センサー等が配置されているため、このような大型のシャッターをマスクの近傍に設けることができなかった。

本発明の課題は、プロキシミティ方式を用いた露光装置において、露光領域を制限するシャッターをマスクに近接して設け、かつマスクの近傍にギャップセンサーやアライメント用センサー等を配置するスペースを確保することである。また、本発明の課題は、プロキシミティ方式を用いた基板の露光において、マスクへ照射される光の一部を遮断して露光領域を制限する際、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生するのを防止することである。

本発明の露光装置は、プロキシミティ方式を用いた露光装置であって、マスクを保持するマスクホルダと、基板を固定するチャックと、チャックを搭載し、基板をＸＹ方向へ移動するステージと、マスクホルダに保持されたマスクとチャックに固定された基板とのギャップ、またはチャックに固定された基板の位置を検出する検出手段と、マスクホルダに保持されたマスクから離れて設けられ、マスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断する第１の遮光手段と、第１の遮光手段よりも幅が小さく、第１の遮光手段よりもマスクホルダに保持されたマスクに近接して設けられ、第１の遮光手段により制限された露光領域に応じて移動して、露光領域の境界付近へ照射される光を遮断する第２の遮光手段とを有し、第１の遮光手段が、Ｘ方向へ移動する平板状シャッターとＹ方向へ移動する平板状シャッターとで構成され、第２の遮光手段が、Ｘ方向へ移動する帯状シャッターとＹ方向へ移動する帯状シャッターとで構成された露光用シャッターとを備え、検出手段を、マスクホルダに保持されたマスクと第１の遮光手段との間に配置したものである。

また、本発明の露光方法は、プロキシミティ方式を用いた露光方法であって、マスクをマスクホルダにより保持し、基板をチャックにより固定し、チャックに固定された基板をステージによりＸＹ方向へ移動し、第１のシャッター群として、Ｘ方向へ移動する平板状シャッターとＹ方向へ移動する平板状シャッターとを用い、第２のシャッター群として、Ｘ方向へ移動する帯状シャッターとＹ方向へ移動する帯状シャッターとを用い、マスクホルダに保持されたマスクから離して設けた第１のシャッター群により、マスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断し、第１のシャッター群よりも幅が小さく、第１のシャッター群よりもマスクホルダに保持されたマスクに近接して設けた第２のシャッター群を、露光領域に応じて移動して、露光領域の境界付近へ照射される光を遮断し、マスクホルダに保持されたマスクと第１のシャッター群との間に配置したセンサーを用いて、マスクホルダに保持されたマスクとチャックに固定された基板とのギャップを検出し、またはチャックに固定された基板の位置を検出するものである。

第１の遮光手段又は第１のシャッター群は、マスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断するため、マスクの露光領域以外の領域とほぼ同じ大きさに構成される。一方、第２の遮光手段又は第２のシャッター群は、マスクの露光領域の境界付近へ照射される光を遮断するため、第１の遮光手段又は第１のシャッター群に比べてかなり小さく構成できる。第１の遮光手段又は第１のシャッター群はマスクから離れて設けられ、マスクの近傍では、第２の遮光手段又は第２のシャッター群の他にギャップセンサーやアライメント用センサー等を配置するスペースが確保される。

そして、マスクに近接した高さで露光領域の境界付近へ照射される光を遮断することにより、露光領域の境界付近では、回折光の広がりが小さくなり、露光不足や二重露光が発生しない。

本発明の基板製造方法は、上記のいずれかの露光方法又は露光装置を用いて、ガラス基板上にパターンを形成するものである。

本発明によれば、プロキシミティ方式を用いた露光装置において、露光領域を制限するシャッターをマスクに近接して設け、かつマスクの近傍にギャップセンサーやアライメント用センサー等を配置するスペースを確保することができる。

また、本発明によれば、プロキシミティ方式を用いた基板の露光において、マスクへ照射される光の一部を遮断して露光領域を制限する際、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生するのを防止することができる。

さらに、Ｘ方向へ移動する平板状シャッターとＹ方向へ移動する平板状シャッターとを用いてマスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断し、Ｘ方向へ移動する帯状シャッターとＹ方向へ移動する帯状シャッターとを用いて露光領域の境界付近へ照射される光を遮断するので、簡単な構成で露光領域を移動及び調整することができる。

本発明の基板製造方法によれば、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生するのを防止して、高品質な基板を製造することができる。

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平面図である。 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一部断面側面図である。 図３（ａ）は露光領域を制限する場合の一例を平板状シャッターとマスクホルダの中間から見た平面図、図３（ｂ）は露光領域を制限する場合の一例を平板状シャッターの上空から見た平面図である。 は露光領域を制限する場合の一例を示す一部断面側面図である。 ガラス基板のサイズとマスクのサイズとの関係の一例を示す図である。

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平面図である。また、図２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一部断面側面図である。露光装置は、チャック２、ステージ３、マスク４、マスクホルダ６、露光用シャッター、及びセンサーユニット５０を含んで構成されている。露光装置は、その他にも露光用光源及び照射光学系、マスクチェンジャ、センサーユニット５０の移動機構等を含んでいるが、図１及び図２ではこれらは省略されている。

図２において、露光対象であるガラス基板１が、チャック２上に固定されている。ステージ３は、チャック２を搭載しながら、ＸＹ方向へ移動し、θ方向に回転し、またＺ軸方向に移動及びチルトする。ステージ３のＸＹ方向への移動によって、ガラス基板１のＸＹ方向へのステップ移動が行われる。また、ステージ３のＺ軸方向への移動及びチルトによって、マスク４とガラス基板１とのギャップ合わせが行われる。さらに、ステージ３のＸＹ方向への移動及びθ方向への回転によって、ガラス基板１のプリアライメントが行われる。

チャック２の上空には、マスク４を保持したマスクホルダ６が配置されている。マスク４の上方には、マスク４に平行にガラス窓５が設けられ、ガラス窓５との間に負圧室が構成されている。負圧室でマスク４に単位面積当たりの質量を相殺する負圧をかけることによって、マスク４のたわみが抑制される。

マスクホルダ６に保持されたマスク４の上空近傍の四隅には、センサーユニット５０が配置されている。センサーユニット５０は、マスク４とガラス基板１とのギャップの大きさを検出するギャップセンサーと、ガラス基板１の位置を検出するアライメント用センサーとを含んで構成されている。露光前、ステージ３は、センサーユニット５０の検出結果に基づいて、マスク４とガラス基板１とのギャップ合わせ及びガラス基板のアライメントを行う。露光時、センサーユニット５０は、図示しない移動機構によって露光領域外へ移動される。

露光用シャッターは、平板状シャッター１０，２０と、帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂとを含んで構成されている。平板状シャッター１０は、マスク４から離れた高さｈ１に設けられ、図示しない移動機構によってＸ方向へ移動される。平板状シャッター２０は、マスク４から離れた高さｈ２に設けられ、図示しない移動機構によってＹ方向へ移動される。

帯状シャッター３０ａ，３０ｂはマスク４に近接した高さｈ３に設けられている。帯状シャッター３０ａの両端は、ボールねじナット３１ａを介して、マスクホルダ６の内側面に取り付けたガイド３３に移動可能に保持されている。ボールねじ３２ａに連結されたモータ３４ａを同期して駆動することにより、帯状シャッター３０ａはガイド３３に沿ってＸ方向へ移動される。同様に、帯状シャッター３０ｂの両端は、ボールねじナット３１ｂを介して、ガイド３３に移動可能に保持されている。ボールねじ３２ｂに連結されたモータ３４ｂを同期して駆動することにより、帯状シャッター３０ｂはガイド３３に沿ってＸ方向へ移動される。

帯状シャッター４０ａ，４０ｂはマスク４に近接した高さｈ４に設けられている。帯状シャッター４０ａの両端は、ボールねじナット４１ａを介して、マスクホルダ６の内側面に取り付けたガイド４３に移動可能に保持されている。ボールねじ４２ａに連結されたモータ４４ａを同期して駆動することにより、帯状シャッター４０ａはガイド４３に沿ってＹ方向へ移動される。同様に、帯状シャッター４０ｂの両端は、ボールねじナット４１ｂを介して、ガイド４３に移動可能に保持されている。ボールねじ４２ｂに連結されたモータ４４ｂを同期して駆動することにより、帯状シャッター４０ｂはガイド４３に沿ってＹ方向へ移動される。なお、図２では、モータ３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ及びボールねじ３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂのそれらに連結される部分は、図示が省略されている。

平板状シャッター１０，２０のさらに上方には、図示しない照射光学系が配置されており、図示しない露光用光源から照射光学系を介してマスク４へ光が照射される。マスク４の全面について露光を行う場合、平板状シャッター１０，２０及び帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂは、ＸＹ方向で図１及び図２に示す位置へ配置され、マスク４へ照射される光を遮断しない。従って、マスク４の全面が露光領域となる。

一方、露光領域を制限する場合、平板状シャッター１０，２０及び帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂは、ＸＹ方向を所定の位置へ移動され、マスクへ照射される光の一部を遮断する。図３（ａ）は露光領域を制限する場合の一例を平板状シャッターとマスクホルダの中間から見た平面図、図３（ｂ）は露光領域を制限する場合の一例を平板状シャッターの上空から見た平面図である。また、図４は、露光領域を制限する場合の一例を示す一部断面側面図である。なお、図４では、図２と同様に、モータ及びボールねじのモータに連結される部分は、図示が省略されている。

本例は、マスクの左下４分の１の部分を露光領域とする場合を示している。この場合、帯状シャッター３０ｂをＸ方向へ図３（ａ）に示す位置へ移動させ、帯状シャッター４０ｂをＹ方向へ図３（ａ）に示す位置へ移動させる。また、平板状シャッター１０をＸ方向へ図３（ｂ）に示す位置へ移動させ、平板状シャッター２０をＹ方向へ図３（ｂ）に示す位置へ移動させる。平板状シャッター１０，２０は、マスク４の露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断し、帯状シャッター３０ｂ，４０ｂは、マスク４の露光領域の境界付近へ照射される光を遮断する。

このとき、図４に破線矢印で示すように、平板状シャッター１０の端部を通過した光は回折によって広がり、このままでは露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生する。本実施の形態では、帯状シャッター３０ｂにより、平板状シャッター１０の端部を通過した光を遮断している。平板状シャッター２０及び帯状シャッター４０ｂについても同様である。

なお、図３及び図４では、マスクの左下４分の１の部分を露光領域とする例を示したが、平板状シャッター１０，２０の移動と、帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂの移動とを組み合わせることにより、マスク４の四隅のいずれかを含む部分について、任意の広さを露光領域とすることができる。また、Ｘ方向にマスクホルダ６を挟んで平板状シャッター１０をもう１枚設け、Ｙ方向にマスクホルダ６を挟んで平板状シャッター２０をもう１枚設けると、マスク４の中央部を含め、マスク４の任意の部分を露光領域とすることができる。

以上説明した実施の形態によれば、帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂは、平板状シャッター１０，２０に比べてかなり小さく構成できる。従って、平板状シャッター１０，２０をマスク４から離れた高さに設け、帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂをマスクに近接した高さに設けることにより、マスク４の近傍にセンサーユニット５０及びその移動機構を配置するスペースを確保することができる。

そして、帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂを用いてマスク４に近接した高さで露光領域の境界付近へ照射される光を遮断することにより、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生するのを防止することができる。

さらに、平板状シャッター１０，２０と帯状シャッター３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂとを併用することにより、簡単な構成で露光領域を移動及び調整することができる。

本発明の露光方法及び露光装置を用いてガラス基板上にパターンを形成することにより、ガラス基板の一面を複数のショットに分けて露光する際に、露光領域の境界付近で露光不足や二重露光が発生するのを防止して、高品質な基板を製造することができる。

１ ガラス基板
２ チャック
３ ステージ
４ マスク
５ ガラス窓
６ マスクホルダ
１０，２０ 平板状シャッター
３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ 帯状シャッター
３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ ボールねじナット
３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ ボールねじ
３３，４３ ガイド
３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ モータ
５０ センサーユニット

Claims (6)

1. プロキシミティ方式を用いた露光装置であって、
   マスクを保持するマスクホルダと、
   基板を固定するチャックと、
   前記チャックを搭載し、基板をＸＹ方向へ移動するステージと、
   前記マスクホルダに保持されたマスクと前記チャックに固定された基板とのギャップ、または前記チャックに固定された基板の位置を検出する検出手段と、
   前記マスクホルダに保持されたマスクから離れて設けられ、マスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断する第１の遮光手段と、前記第１の遮光手段よりも幅が小さく、前記第１の遮光手段よりも前記マスクホルダに保持されたマスクに近接して設けられ、前記第１の遮光手段により制限された露光領域に応じて移動して、露光領域の境界付近へ照射される光を遮断する第２の遮光手段とを有し、前記第１の遮光手段が、Ｘ方向へ移動する平板状シャッターとＹ方向へ移動する平板状シャッターとで構成され、前記第２の遮光手段が、Ｘ方向へ移動する帯状シャッターとＹ方向へ移動する帯状シャッターとで構成された露光用シャッターとを備え、
   前記検出手段を、前記マスクホルダに保持されたマスクと前記第１の遮光手段との間に配置したことを特徴とする露光装置。
2. 前記検出手段を複数備え、各検出手段を前記マスクホルダに保持されたマスクの四隅の上空に配置したことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. プロキシミティ方式を用いた露光方法であって、
   マスクをマスクホルダにより保持し、
   基板をチャックにより固定し、
   チャックに固定された基板をステージによりＸＹ方向へ移動し、
   第１のシャッター群として、Ｘ方向へ移動する平板状シャッターとＹ方向へ移動する平板状シャッターとを用い、
   第２のシャッター群として、Ｘ方向へ移動する帯状シャッターとＹ方向へ移動する帯状シャッターとを用い、
   マスクホルダに保持されたマスクから離して設けた第１のシャッター群により、マスクの露光領域以外の領域へ照射される光の大部分を遮断し、第１のシャッター群よりも幅が小さく、第１のシャッター群よりもマスクホルダに保持されたマスクに近接して設けた第２のシャッター群を、露光領域に応じて移動して、露光領域の境界付近へ照射される光を遮断し、
   マスクホルダに保持されたマスクと第１のシャッター群との間に配置したセンサーを用いて、マスクホルダに保持されたマスクとチャックに固定された基板とのギャップを検出し、またはチャックに固定された基板の位置を検出することを特徴とする露光方法。
4. センサーをマスクホルダに保持されたマスクの四隅の上空に配置して、マスクホルダに保持されたマスクとチャックに固定された基板とのギャップを検出し、またはチャックに固定された基板の位置を検出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、基板上にパターンを形成することを特徴とする基板製造方法。
6. 請求項３又は請求項４に記載の露光方法を用いて、基板上にパターンを形成することを特徴とする基板製造方法。

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