JP5184767B2

JP5184767B2 - 露光装置

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Publication number: JP5184767B2
Application number: JP2006238868A
Authority: JP
Inventors: 亮二根本; 一政関; 弘幸青木; 良竹之内
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: JP2008058899A

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。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。

従来は、ランプの表面温度が過度に高くなってバルブが破裂するのを防止するため、ランプの表面温度が規定値に近い状態でランプの発熱による温度上昇と冷却による温度降下とが均衡する様に、冷却機構の冷却能力を決定していた。このため、ランプの点灯を開始した直後は、冷却機構の冷却能力が必要以上に高く、ランプの表面温度が規定値に達するのに時間が掛かって、露光処理を迅速に開始することができないという問題があった。

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、ランプを交換してランプの容量を変更する必要がある。その場合、ランプの容量に応じて発熱量が異なるため、従来の冷却能力を固定した冷却機構では、各種の容量のランプに対応することができなかった。

本発明の課題は、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始することである。また、本発明の課題は、露光に必要な露光光の光量が異なっても、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、ランプから発生した露光光により基板を露光する露光装置であって、冷却媒体の吸気口及び排気口を有し、複数のランプを収容して各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成するランプハウスと、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節して、各ランプの周囲を流れる冷却媒体の流量を調節する調節手段と、排気口に配置され当該排気口から排出される冷却媒体の温度を検出する温度センサーと、温度センサーの検出結果から、必要なランプの冷却量を判定する冷却量判定回路と、冷却量判定回路の判定結果に基づき、調節手段を制御する制御回路とを有し、ランプの表面温度に応じて、調節手段を制御して、ランプの表面温度が低いときに比べランプの表面温度が上昇したときにランプの冷却量を大きくする制御手段とを備えたものである。

ランプの点灯を開始した直後は、ランプの表面温度が低いので、ランプの冷却量が小さく、ランプの表面温度が急激に上昇して短時間で規定値に達する。ランプの表面温度が上昇するに伴い、ランプの冷却量が大きくなり、ランプの発熱による温度上昇と冷却による温度降下とが均衡して、ランプの表面温度が規定値に保たれる。従って、露光光の照度が短時間で安定し、露光処理を迅速に開始することができる。また、発熱量が異なる各種の容量のランプに対応することができるので、露光に必要な露光光の光量が異なっても、露光光の照度が安定する。

ランプハウスの排気口から排出される冷却媒体の温度は、ランプの表面温度に応じて変化する。排気口に配置された温度センサーにより排気口から排出される冷却媒体の温度を検出し、検出結果から、必要なランプの冷却量を判定し、判定結果に基づき、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節するので、ランプの表面温度を直接測定することなく、ランプの表面温度に応じて、ランプの冷却量が変更される。従って、ランプの表面温度を直接測定するための高価な測定器具が必要なく、装置が安価に構成される。

さらに、本発明の露光装置は、調節手段が、吸気口又は排気口に隣接して設けられ、冷却媒体が衝突する調節板を有する可変ダンパーであり、制御回路が、冷却量判定回路の判定結果に基づき、調節板の傾きを制御する可変ダンパー制御回路であるものである。調節板を有する可変ダンパーにより、簡単な構成で、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量が調節される。

あるいは、本発明の露光装置は、調節手段が、排気口に接続された排気ファンであり、制御回路が、冷却量判定回路の判定結果に基づき、排気ファンの始動及び停止を行い、または排気ファンの回転数を制御する排気ファン制御回路であるものである。排気ファンの始動及び停止を行い、または排気ファンの回転数を制御する簡単な動作で、排気口から排出される冷却媒体の量が調節される。

さらに、本発明の露光装置は、ランプハウスが、複数のランプを収容して各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成するものである。露光光を発生する光源に複数のランプを用いる場合にも、露光光の照度が短時間で安定し、露光処理を迅速に開始することができる。

本発明によれば、ランプの表面温度に応じて、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節して、ランプの周囲を流れる冷却媒体の流量を調節し、ランプの表面温度が低いときに比べランプの表面温度が上昇したときにランプの冷却量を大きくすることにより、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始することができる。また、発熱量が異なる各種の容量のランプに対応することができるので、露光に必要な露光光の光量が異なっても、露光光の照度を安定させることができる。

さらに、本発明によれば、ランプハウスの排気口に配置された温度センサーにより排気口から排出される冷却媒体の温度を検出し、検出結果から、必要なランプの冷却量を判定し、判定結果に基づき、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節することにより、ランプの表面温度を直接測定することなく、ランプの表面温度に応じて、ランプの冷却量を変更することができる。従って、ランプの表面温度を直接測定するための高価な測定器具が必要なく、装置を安価に構成することができる。

さらに、本発明によれば、調節板を有する可変ダンパーにより、簡単な構成で、吸気口又は排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節することができる。

あるいは、本発明によれば、排気ファンの始動及び停止を行い、または排気ファンの回転数を制御する簡単な動作で、排気口から排出される冷却媒体の量を調節することができる。

さらに、本発明によれば、複数のランプをランプハウスに収容し、各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成することにより、露光光を発生する光源に複数のランプを用いる場合にも、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始することができる。

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３１、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、電源３８、及びランプ冷却機構を含んで構成されている。なお、図１では、ランプ冷却機構のうち、ランプハウス３９のみが示されている。

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。ランプ３１は、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３１で発生した露光光は、集光鏡３２により集光され、第１平面鏡３３で反射する。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。

図２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。本実施の形態のランプ冷却機構は、ランプハウス３９、温度センサー４０、可変ダンパー４１、排気ファン４２、冷却量判定回路４３、及び可変ダンパー制御回路４４を含んで構成されている。

ランプハウス３９には、ランプ３１、集光鏡３２、第１平面鏡３３、及びレンズ３４が収容されている。ランプハウス３９は、ランプ３１より下方の位置に空気の吸気口３９ａを有し、ランプ３１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、可変ダンパー４１を介して、排気ファン４２が接続されている。排気ファン４２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３２の底部には、ランプ３１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、集光鏡３２の開口を通ってランプ３１の周囲を流れ、ランプ３１を冷却する。ランプ３１の周囲を流れた空気は、ランプ３１の熱を吸収して温度が上昇し、排気口３９ｂから排出される。

排気口３９ｂと排気ファン４２との間には、可変ダンパー４１が、排気口３９ｂに隣接して設けられている。可変ダンパー４１は、空気が衝突する調節板４１ａを有し、調節板４１ａの傾きを変更して、排気口３９ｂから排出される空気の量を調節する。

温度センサー４０は、排気口３９ｂから排出される空気の温度を検出する。冷却量判定回路４３は、温度センサー４０の検出結果から、必要なランプ３１の冷却量を判定する。可変ダンパー制御回路４４は、冷却量判定回路４３の判定結果に基づき、可変ダンパー４１の調節板４１ａの傾きを制御する。

図３は、本発明の他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本実施の形態では、可変ダンパー４１が吸気口３９ａに隣接して設けられている点が、図２に示した実施の形態と異なる。その他の構成要素は、図２に示した実施の形態と同様である。可変ダンパー４１は、空気が衝突する調節板４１ａを有し、調節板４１ａの傾きを変更して、吸気口３９ａから吸入される空気の量を調節する。

図４は、本発明のさらに他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本実施の形態では、ランプハウス３９に複数のランプ３１及び集光鏡３２が収容されている点と、可変ダンパー制御回路４４が複数の可変ダンパー４１を別々に制御する点が、図３に示した実施の形態と異なる。その他の構成要素は、図３に示した実施の形態と同様である。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３２の開口を通って各ランプ３１の周囲を流れ、各ランプ３１を冷却する。各ランプ３１の周囲を流れた空気は、各ランプ３１の熱を吸収して温度が上昇し、排気口３９ｂから排出される。

温度センサー４０は、排気口３９ｂから排出される空気の温度を検出する。冷却量判定回路４３は、温度センサー４０の検出結果から、必要なランプ３１の冷却量を判定する。可変ダンパー制御回路４４は、冷却量判定回路４３の判定結果に基づき、可変ダンパー４１の調節板４１ａの傾きをそれぞれ別々に制御する。

図２〜図４に示した実施の形態によれば、調節板４１ａを有する可変ダンパー４１により、簡単な構成で、吸気口３９ａ又は排気口３９ｂから吸入又は排出される空気の量を調節することができる。

図５は、本発明のさらに他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本実施の形態のランプ冷却機構は、ランプハウス３９、温度センサー４０、排気ファン４２、冷却量判定回路４３、及び排気ファン制御回路４５を含んで構成されている。

ランプハウス３９には、ランプ３１、集光鏡３２、第１平面鏡３３、及びレンズ３４が収容されている。ランプハウス３９は、ランプ３１より下方の位置に空気の吸気口３９ａを有し、ランプ３１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４２が接続されている。排気ファン４２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。排気ファン４２は、始動又は停止の切り替えにより、または回転数を変更して、排気口３９ｂから排出される空気の量を調節する。

温度センサー４０は、排気口３９ｂから排出される空気の温度を検出する。冷却量判定回路４３は、温度センサー４０の検出結果から、必要なランプ３１の冷却量を判定する。排気ファン制御回路４５は、冷却量判定回路４３の判定結果に基づき、排気ファン４２の始動及び停止を行い、または排気ファン４２の回転数を制御する。

図６は、本発明のさらに他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本実施の形態では、ランプハウス３９に複数のランプ３１及び集光鏡３２が収容されている点が、図５に示した実施の形態と異なる。その他の構成要素は、図５に示した実施の形態と同様である。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３２の開口を通って各ランプ３１の周囲を流れ、各ランプ３１を冷却する。各ランプ３１の周囲を流れた空気は、各ランプ３１の熱を吸収して温度が上昇し、排気口３９ｂから排出される。

図５及び図６に示した実施の形態によれば、排気ファン４２の始動及び停止を行い、または排気ファン４２の回転数を制御する簡単な動作で、排気口３９ｂから排出される空気の量を調節することができる。

以上説明した実施の形態において、排気口３９ｂから排出される空気の温度は、ランプ３１の表面温度に応じて変化する。排気口３９ｂから排出される空気の温度を検出し、検出結果から、必要なランプ３１の冷却量を判定し、判定結果に基づき、吸気口３９ａ又は排気口３９ｂから吸入又は排出される空気の量を調節するので、ランプ３１の表面温度を直接測定することなく、ランプ３１の表面温度に応じて、ランプ３１の冷却量が変更される。

ランプ３１の点灯を開始した直後は、ランプ３１の表面温度が低いので、ランプ３１の冷却量が小さく、ランプ３１の表面温度が急激に上昇して短時間で規定値に達する。ランプ３１の表面温度が上昇するに伴い、ランプ３１の冷却量が大きくなり、ランプ３１の発熱による温度上昇と冷却による温度降下とが均衡して、ランプ３１の表面温度が規定値に保たれる。従って、露光光の照度が短時間で安定し、露光処理を迅速に開始することができる。また、発熱量が異なる各種の容量のランプに対応することができるので、露光に必要な露光光の光量が異なっても、露光光の照度が安定する。

以上説明した実施の形態によれば、ランプ３１の表面温度に応じて、吸気口３９ａ又は排気口３９ｂから吸入又は排出される空気の量を調節して、ランプ３１の周囲を流れる空気の流量を調節し、ランプ３１の冷却量を変更することにより、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始することができる。また、発熱量が異なる各種の容量のランプに対応することができるので、露光に必要な露光光の光量が異なっても、露光光の照度を安定させることができる。

さらに、ランプハウス３９の排気口３９ｂから排出される空気の温度を検出し、検出結果から、必要なランプ３１の冷却量を判定し、判定結果に基づき、吸気口３９ａ又は排気口３９ｂから吸入又は排出される空気の量を調節することにより、ランプ３１の表面温度を直接測定することなく、ランプ３１の表面温度に応じて、ランプ３１の冷却量を変更することができる。従って、ランプ３１の表面温度を直接測定するための高価な測定器具が必要なく、装置を安価に構成することができる。

さらに、図４及び図６に示した実施の形態によれば、複数のランプ３１をランプハウス３９に収容し、各ランプ３１の周囲に空気の流れを形成することにより、露光光を発生する光源に複数のランプを用いる場合にも、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始することができる。

なお、以上説明した実施の形態では、ランプ３１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、露光光の照度を短時間で安定させ、露光処理を迅速に開始す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冷却機構を示す図である。本発明の他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態によるランプ冷却機構を示す図である。本発明のさらに他の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
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電源
３９ランプハウス
３９ａ吸気口
３９ｂ排気口
４０温度センサー
４１可変ダンパー
４１ａ調節板
４２排気ファン
４３冷却量判定回路
４４可変ダンパー制御回路
４５排気ファン制御回路

Claims

ランプから発生した露光光により基板を露光する露光装置であって、
冷却媒体の吸気口及び排気口を有し、複数のランプを収容して各ランプの周囲に冷却媒体の流れを形成するランプハウスと、
前記吸気口又は前記排気口から吸入又は排出される冷却媒体の量を調節して、各ランプの周囲を流れる冷却媒体の流量を調節する調節手段と、
前記排気口に配置され当該排気口から排出される冷却媒体の温度を検出する温度センサーと、該温度センサーの検出結果から、必要なランプの冷却量を判定する冷却量判定回路と、該冷却量判定回路の判定結果に基づき、前記調節手段を制御する制御回路とを有し、ランプの表面温度に応じて、前記調節手段を制御して、ランプの表面温度が低いときに比べランプの表面温度が上昇したときにランプの冷却量を大きくする制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
前記調節手段は、前記吸気口又は前記排気口に隣接して設けられ、冷却媒体が衝突する調節板を有する可変ダンパーであり、
前記制御回路は、前記冷却量判定回路の判定結果に基づき、前記調節板の傾きを制御する可変ダンパー制御回路であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記調節手段は、前記排気口に接続された排気ファンであり、
前記制御回路は、前記冷却量判定回路の判定結果に基づき、前記排気ファンの始動及び停止を行い、または前記排気ファンの回転数を制御する排気ファン制御回路であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。