JP5281987B2 - 露光装置およびそれを用いた露光方法並びに表示用パネル基板の製造方法 - Google Patents

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、基板の露光を行なう露光装置およびそれを用いた露光方法並びに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なわれる。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。露光装置に関しては、例えば、特許文献１や２に開示がある。

特開平１１−２６０７０５号公報 特開２００８−２８６９７１号公報

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ようになってきた。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。

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る。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。

複数のランプを含む光源（ランプセット）を用いることにより、各ランプの出力を小さく抑えつつ、ランプセットとして高い出力、輝度を得ることができる。しかしながら、複数のランプを用いた場合、どれか一つでもランプが切れると、他のランプの寿命も間近との判断の元、全てのランプを交換していた。すなわち、露光装置のランプセット（光源）の寿命は、複数のランプの中の最小寿命となっていた。

本発明の目的は、ランプセット（光源）の寿命を延ばし、メンテナスンス回数を低減することにより、生産性を高めることが可能な露光装置およびそれを用いた露光方法並びに表示用パネル基板の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための一形態として、複数のランプを含む光源と、複数の前記ランプへそれぞれ電力を供給する複数の電源と、複数の前記電源を制御する電源制御装置と、基板を載せるチャックとを有する露光装置において、前記電源制御装置は、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定となるように複数の前記電源を制御するものであることを特徴とする露光装置とする。

また、複数のランプを含む光源を有する露光装置を用いた露光方法において、複数の前記ランプを含む光源から発生する露光光の照度の目標値を入力する工程と、前記露光光の照度の前記目標値から、複数の前記ランプを含む光源の照度の目標値を決定する工程と、複数の前記ランプを含む光源の照度の前記目標値に基づき、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定になるようにしながら、電力量を調整する工程と、その後、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定になるように調整された前記光源から発生する露光光を用いて、基板を露光する工程と、を有することを特徴とする露光方法とする。

また、ガラス基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜の上に感光樹脂を塗布する工程と、前記感光樹脂が塗布された前記ガラス基板を、前記露光方法を用いて露光する工程と、露光された前記ガラス基板を現像する工程と、現像された前記ガラス基板で前記薄膜が露出されている部分をエッチングする工程と、前記ガラス基板上の感光樹脂の膜を剥離する工程と、を有することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法とする。

また、ガラス基板上に、ブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス工程と、前記ブラックマトリクスが形成された前記ガラス基板上に、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、その後、前記着色パターンの上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜の上に電極膜を形成する工程と、を有し、前記ブラックマトリクス形成工程および前記着色パターン形成工程の少なくとも１つの工程において、前記露光方法を用いることを特徴とする表示用パネル基板の製造方法とする。

ランプセット（光源）の寿命を延ばし、メンテナスンス回数を低減することにより、生産性を高めることが可能な露光装置およびそれを用いた露光方法並びに表示用パネル基板の製造方法を提供することができる。

第１の実施例に係る露光装置の概略構成図である。 第１の実施例に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。 第２の実施例に係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。 第３の実施例に係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。

発明者等は、先ずランプセット（光源）への電力供給方法とランプの寿命との関係、各ランプの照度の露光光照度の均一性への影響等について検討を行なった。その結果、ランプセット（光源）を構成する各ランプの照度を同じで一定にしようとすると、ランプの個体差により供給する電力に差が生じる（１例として、４個のランプセット（光源）において、１１ＫＷ〜１３ＫＷの範囲でばらつき有）こと、そのため、各ランプへの負荷にばらつきが生じ、ランプの寿命が変化してしまうことがわかった。また、光学系としてコリメーターレンズが設置されていれば、露光光の照度分布の均一化は十分に確保できることが分かった（例えば、各ランプの照度のバラつきが±２５％程度あっても、コリメーターレンズを通すことにより、露光面内での照度の均一性は±５％以内に収まる）。

本発明は上記知見に基づいて生まれたものであり、ランプセット（光源）を構成する各ランプへの供給電力を同じで一定にすることにより、これまで寿命の短かったランプの長寿命化をはかり、ランプセット（光源）を構成する各ランプの寿命を均一化することにより、ランプセット（光源）としての寿命を延ばすものである。これにより、メンテナスンス回数が減り、生産性を高めることが可能な露光装置およびそれを用いた露光方法並びに表示用パネル基板の製造方法を提供することができる。

以下、実施例で詳細に説明する。

第１の実施例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施例に係る露光装置の概略構成図である。本実施例では、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１０３、Ｘガイド１０４、Ｘステージ１０５、Ｙガイド１０６、Ｙステージ１０７、θステージ１０８、Ｚ−チルト機構１０９、チャック１１０、マスクホルダ１２０、露光光照射装置１３０、電源制御装置１４０、電源１４１−１、１４１−２、光源制御装置１５０、入力装置１５１、及び照度センサー１５２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１０１を搬入する搬入ユニット、基板１０１を搬出する搬出ユニット、装置内の温度管理を行な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１１０は、基板１０１の露光を行なう露光位置にある。露光位置の上方には、マスクホルダ１２０によってマスク１０２が保持されている。基板１０１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１１０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１１０から回収される。

チャック１１０は、Ｚ−チルト機構１０９を介してθステージ１０８に搭載されており、θステージ１０８の下にはＹステージ１０７及びＸステージ５が設けられている。Ｘステージ１０５は、ベース１０３に設けられたＸガイド１０４に沿ってＸ方向（図面横方向）へ移動する。Ｘステージ１０５のＸ方向への移動によって、チャック１１０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１０７は、Ｘステージ１０５に設けられたＹガイド１０６に沿ってＹ方向（図面奥行き方向）へ移動する。θステージ１０８はθ方向へ回転し、Ｚ−チルト機構１０９はＺ方向（図面縦方向）へ移動及びチルトする。

露光装置において、Ｘステージ１０５のＸ方向への移動、Ｙステージ１０７のＹ方向への移動、及びθステージ１０８のθ方向への回転によって、基板１０１の位置決めが行われる。また、Ｚ−チルト機構１０９のＺ方向への移動及びチルトによって、マスク１０２と基板１０１とのギャップ合わせが行なわれる。

なお、本実施例では、Ｚ−チルト機構１０９によりマスク１０２と基板１０１とのギャップ合わせを行っているが、マスクホルダ１２０をＺ方向へ移動及びチルトすることにより、マスク１０２と基板１０１とのギャップ合わせを行なってもよい。

マスクホルダ１２０の上方には、露光光照射装置１３０が設けられている。露光光照射装置１３０は、複数のランプ１３１−１、１３１−２、複数の集光鏡１３２−１，１３２−２、第１平面鏡１３３、レンズ１３４、シャッター１３５、コリメーターレンズ１３６、第２の平面鏡１３７、及びシャッター駆動装置１３８を含んで構成されている。

なお、本実施例では、露光光を発生する光源に４つのランプ１３１が用いられ、４つのランプ１３１が上から見て四角形を成すように配置されているが、図１では２つの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１３１には、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等のように、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１３１の周囲には、各ランプ１３１から発生した光を集光する集光鏡１３２が設けられている。本実施例では、集光鏡１３２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１３２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１３１は、各電源１４１から電力が供給されて点灯する。各ランプ１３１から発生した光は、各集光鏡１３２により集光され、第１平面鏡１３３へ照射される。第１平面鏡１３３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１３４へ入射し、レンズ１３４を透過して照度分布が均一化される。このときの照度分布は、露光面で±５％程度である。

シャッター１３５が開いているとき、レンズ１３４を透過した光は、コリメーターレンズ１３６を透過して平行光線束となり、第２平面鏡１３７で反射して、マスク１０２へ照射される。マスク１０２へ照射された露光光により、マスク１０２のパターンが基板１０１へ転写され、基板１０１の露光が行なわれる。

第２平面鏡１３７の裏側近傍には、照度センサー１５２が配置されている。第２平面鏡１３７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１５２は、第２平面鏡１３７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１５２の検出結果は、光源制御装置１５０へ入力される。

以下、電源制御装置１４０及び光源制御装置１５０の動作について説明する。光源制御装置１５０は、ランプセット（光源）照度の目標値を電源制御装置１４０へ指示する。電源制御装置１４０は、まず、光源制御装置１５０から指示されたランプセット（光源）の照度の目標値に応じ、各電源１４１を制御して、各ランプ１３１へ供給する電力を同じで一定としながら、電力量を調整する。この際に各ランプ間の照度のバラつきが大きい場合は、ランプに不具合があると考えられるため、注意を促す警報を出力し、ランプ破裂などの事故を未然に防ぐことができる。なお、各ランプへの供給電力に関し、±３％以内ならば同一と見なせる。

光源制御装置１５０は、露光処理を行なう前に、電源制御装置１４０へ指示するランプセットの照度の目標値を種々に変化させ、照度センサー１５２の検出結果を電源制御装置１４０から入力して、参考データとして記憶する。

次に、図２を用いて露光方法について説明する。図２は、本実施例に係る露光方法を説明するためのフローチャートである。まず、光源制御装置１５０には、入力装置１５１から、露光光の照度の目標値が入力される（Ｓ２０１）。光源制御装置１５０は、露光光の照度の目標値から、ランプセットの照度の目標値を決定する（Ｓ２０２）。このとき、光源制御装置１５０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、その間のランプセットの照度の変化の傾きを参考にして、ランプセット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セットの照度の目標値が、精度良く決定される。

光源制御装置１５０は、決定したランプセットの照度の目標値を、電源制御装置１４０へ指示する。電源制御装置１４０は、光源制御装置１５０が決定したランプセットの照度の目標値に応じ、各電源１４１を制御して、各ランプ１３１へ供給する電力を同じで一定としながら、電力量を調整する（Ｓ２０３）。

続いて、光源制御装置１５０は、シャッター駆動装置１３８を制御してシャッター１３５を開く。このとき、チャック１１０は受け渡し位置にあり、基板１０１の露光は行なわれない。照度センサー１５２は、露光光の照度を検出する（Ｓ２０４）。光源制御装置１５０は、照度センサー１５２が露光光の照度を検出した後、シャッター駆動装置１３８を制御してシャッター１３５を再び閉じる。

光源制御装置１５０は、照度センサー１５２の検出結果を入力し、照度センサー１５２の検出結果に基づいてランプセットの照度の目標値を補正する（Ｓ２０５）。このとき、光源制御装置１５０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、その間のランプセットの照度の変化の傾きを参考にして、ランプセット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セットの照度の目標値が、精度良く補正される。

光源制御装置１５０は、補正したランプセットの照度の目標値を、電源制御装置１４０へ指示する。電源制御装置１４０は、光源制御装置１５０が補正したランプセットの照度の目標値に応じ、各電源１４１を制御して、各ランプ１３１へ供給する電力を同じで一定としながら、電力量を調整する（Ｓ２０６）。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セットの照度の目標値を補正するので、複数のランプ１３１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。

以上の処理を行なった後、基板１０１の露光を行なう（Ｓ２０７）。基板１０１の露光では、チャック１１０を露光位置へ移動し、基板１０１の位置決め及びマスク１０２と基板１０１とのギャップ合わせを行なった後、光源制御装置１５０がシャッター駆動装置１３８を制御してシャッター１３５を開閉する。以後、各電源１４１のフィードバック制御（Ｓ２０６）及び基板１０１の露光（Ｓ２０７）を繰り返す。そして、所定の期間毎に、図２の破線で示すようにステップＳ２０４へ戻って、露光光の照度の検出（Ｓ２０４）及びランプセットの照度の目標値の補正（Ｓ２０５）を行なう。

なお、本実施例では、露光光の照度の検出（Ｓ２０４）及びランプセットの照度の目標値の補正（Ｓ２０５）を所定の期間毎に行なっているが、基板１０１の露光を行なう度に行なってもよい。

上記露光方法により露光を行なった結果、従来に比べランプセットを長寿命化できることが分かった。

以上説明した実施例によれば、露光光の照度を検出し、検出結果に基づいてランプセットの照度の目標値を補正することにより、複数のランプ１３１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、予めランプセットの照度の目標値を変化させて露光光の照度を検出し、検出結果を参考にして、ランプセットの照度の目標値を決定し、又はランプセット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セットの照度の目標値を、精度良く決定又は補正することができる。

本実施例ではプロキシミティ露光装置を例にして説明したが、これ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。

本実施例に示した露光装置また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なうことができ、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。

本実施例によれば、ランプセットを構成する各ランプへの供給電力を同じで一定にすることにより各ランプ負荷のばらつきが低減され、ランプセットの寿命を延ばすことができ、メンテナスンス回数が低減され、生産性を高めることが可能な露光装置およびそれを用いた露光方法を提供することができる。

第２の実施例について図３を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は実施例１と同様である。

図３は本実施例に係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。先ず、薄膜形成工程（Ｓ３０１）において、スパッタ法により、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。スパッタ法に代えてプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法等を用いることもできる。

次に、レジスト塗布工程（Ｓ３０２）において、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（Ｓ３０１）で形成した薄膜上にフォトレジスト膜を形成する。

次に、露光工程（Ｓ３０３）において、実施例１で用いたプロキシミティ露光装置及び露光方法を用いて、マスクのパターンをフォトレジスト膜に転写する。プロキシミティ露光装置に代えて、投影露光装置を用いることもできる。次に、現像工程（Ｓ３０４）において、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。

次に、エッチング工程（Ｓ３０５）において、ウエットエッチングにより、薄膜形成工程（Ｓ３０１）で形成した薄膜のうち、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。次に、剥離工程（Ｓ３０６）において、エッチング工程（Ｓ３０５）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。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られる。また、液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の生産性を向上することができる。

第３の実施例について図４を用いて説明する。なお、実施例１や２に記載され本実施例に未記載の事項はそれらと同様である。

図４は本実施例に係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。先ず、ブラックマトリクス形成工程（Ｓ４０１）において、フォトレジスト塗布、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。

次に、着色パターン形成工程（Ｓ４０２）において、染色法によりガラス基板上に着色パターンを形成する。なお、染色法に代えて、顔料分散法、印刷法、電着法等を用いることもできる。この工程を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色パターンについて繰り返す。パターン形成において、実施例１で用いたプロキシミティ露光装置及び露光方法により、マスクのパターンをフォトレジスト膜に転写する。なお、プロキシミティ露光装置に代えて、投影露光装置を用いることもできる。

次に、保護膜形成工程（Ｓ４０３）において、着色パターンの上に保護膜を形成する。次に、透明電極形成工程（Ｓ４０４）において、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。

上記ブラックマトリクス形成工程と着色パターン形成工程の露光処理の少なくとも１つにおいて、実施例１で用いたプロキシミティ露光装置及び露光方法を適用することができる。なお、プロキシミティ露光装置に代えて、投影露光装置を用いることもできる。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られる。また、液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の生産性を向上することができる。

１０１…基板、
１０２…マスク、
１０３…ベース、
１０４…Ｘガイド、
１０５…Ｘステージ、
１０６…Ｙガイド、
１０７…Ｙステージ、
１０８…θステージ、
１０９…Ｚ−チルト機構、
１１０…チャック、
１２０…マスクホルダ、
１３０…露光光照射装置、
１３１、１３１−１、１３１−２…ランプ、
１３２、１３２−１、１３２−２…集光鏡、
１３３…第１平面鏡、
１３４…レンズ、
１３５…シャッター
１３６…コリメーターレンズ、
１３７…第２平面鏡、
１３８…シャッター駆動装置、
１４０…電源制御装置、
１４１，１４１−１、１４１−２…電源、
１５０…光源制御装置、
１５１…入力装置。

Claims (11)

1. 複数のランプを含む光源と、複数の前記ランプへそれぞれ電力を供給する複数の電源と、複数の前記電源を制御する電源制御装置と、基板を載せるチャックと、を有する露光装置において、
   前記電源制御装置は、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定となるように複数の前記電源を制御するものであることを特徴とする露光装置。
2. 複数のランプを含む光源と、複数の前記ランプへそれぞれ電力を供給する複数の電源と、複数の前記電源を制御する電源制御装置と、前記電源制御装置を制御する光源制御装置と、基板を載せるチャックと、を有する露光装置において、
   前記電源制御装置は、前記光源制御装置から得た目標値に基づいて複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定となるように複数の前記電源を制御するものであることを特徴とする露光装置。
3. 請求項２に記載の露光装置において、
   前記目標値は、入力装置を用いて前記光源制御装置に入力された露光光の照度の目標値から決定されたものであることを特徴とする露光装置。
4. 請求項２又は３に記載の露光装置において、
   さらに前記光源から発生した露光光の照度を検出する照度センサーを備え、
   前記光源制御装置は前記照度センサーが検出した露光光の照度に基づいて前記目標値を補正することを特徴とする露光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置において、
   複数の前記ランプへの供給電力が同じとは、±３％以内の電力の変動を含むことを特徴とする露光装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置において、
   前記光源から発生した露光光が通過するコリメーターレンズを更に有することを特徴とする露光装置。
7. 複数のランプを含む光源を有する露光装置を用いた露光方法において、
   複数の前記ランプを含む光源から発生する露光光の照度の目標値を入力する工程と、
   前記露光光の照度の前記目標値から、複数の前記ランプを含む光源の照度の目標値を決定する工程と、
   複数の前記ランプを含む光源の照度の前記目標値に基づき、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定になるようにしながら、電力量を調整する工程と、
   その後、複数の前記ランプへの供給電力が同じで一定になるように調整された前記光源から発生する露光光を用いて、基板を露光する工程と、を有することを特徴とする露光方法。
8. ガラス基板上に薄膜を形成する工程と、
   前記薄膜の上に感光樹脂を塗布する工程と、
   前記感光樹脂が塗布された前記ガラス基板を、請求項７記載の露光方法を用いて露光する工程と、
   露光された前記ガラス基板を現像する工程と、
   現像された前記ガラス基板で前記薄膜が露出されている部分をエッチングする工程と、
   前記ガラス基板上の感光樹脂の膜を剥離する工程と、を有することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
9. 請求項８記載の表示用パネル基板の製造方法において、
   前記薄膜は、液晶駆動用の電極となる導電体膜であることを特徴とする表示用パネル基板の製造方法
10. ガラス基板上に、ブラックマトリクスを形成するブラックマトリクス工程と、
    前記ブラックマトリクスが形成された前記ガラス基板上に、着色パターンを形成する着色パターン形成工程と、
    その後、前記着色パターンの上に保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜の上に電極膜を形成する工程と、を有し、
    前記ブラックマトリクス形成工程および前記着色パターン形成工程の少なくとも１つの工程において、請求項７記載の露光方法を用いることを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
11. 請求項１０記載の表示用パネル基板の製造方法において、
    前記着色パターンは、赤色パターン、緑色パターン、青色パターンであ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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