JP5331622B2

JP5331622B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP5331622B2
Application number: JP2009202676A
Authority: JP
Inventors: 稔吉田; 真福島; 知明林; 慎也工藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: JP2011053466A

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置等の表示用パネルの製造において、光ビームを用いてパターンを形成する露光装置に関する。

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におけるパターン形成は、露光装置を用いたフォトリソグラフィー技術により行なわれる。

露光装置としては、レンズ又は鏡を用いてマスクのパターンをフォトレジストが塗布された基板上に投影露光するプロジェクション方式と、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と転写するプロキシミティ方式とがある。しかしながら、基板の大型化に伴いマスクも大型化し、マスクのコスト増が懸念される。

近年、フォトレジストが塗布された基板へ光ビームを照射し、光ビームにより基板表面を走査して、基板にパターンを直接描画する露光装置が開発されている。この装置においては、基板にパターンを直接描画するため、高価なマスクが不要となる。また、描画データおよび走査のプログラムを変更することにより、様々な種類のパターンを有する表示用パネル基板に対応することができる。マスクを用いない露光装置は、例えば、特許文献１〜３に開示されている。

特開２００３−３３２２２１号公報特開２００５−３５３９２７号公報特開２００７−２１９０１１号公報

マスクを用いない露光装置の描画法および課題について、図５、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。図５は、マスクを用いない露光法を説明するための要部概略構成図である。また、図６Ａ、図６Ｂは、被露光基板の高さ調整法を説明するための要部概略構成図である。

図５に示すように、まず、レーザ光源ユニット１１０で放射された光は光ファイバ１１２を介して光ビーム照射装置１０９に導かれる。その後、光ビーム照射装置１０９に導かれた光ビームはレンズ１１３を介してミラー１１４で反射された後、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）１１５へ導かれる。

ＤＭＤ１１５は光ビームを反射する複数の微小なミラーを二方向に配置して構成された空間的光変調器であり、各ミラーの角度を変更して光ビームを変調する。ＤＭＤ駆動回路１１７は、主制御装置１２３から供給される描画データに基づいてＤＭＤ１１５の各ミラーの角度を変更し、所望のパターンを基板１０１上に結像させる。結像位置は対物レンズ（投影レンズ）１１６の焦点位置である。

この焦点位置に基板１０１を配置するために基板の高さ調整を行なう。この高さ調整のために基板露光面高さを検出するための検出センサ１２６は、図６Ａ、図６Ｂに示すように、ＤＭＤ１１５が実装された光ビーム照射装置１０９が取り付けられているゲート（ガントリ）１１１に取付け部材１５１を介して取り付けられている。

投影レンズ１１６から結像位置までの距離をＺ１、検出センサ１２６から結像位置までの距離をＺ２とすると、投影レンズ１１６が実装されている光ビーム照射装置１０９および検出センサ１２６は位置ずれしないようにゲート１１１にしっかりと固定されているため、検出センサ１２６と基板１０１との距離をＺ２になるように基板１０１の高さを調整することにより投影レンズ１１６からの距離がＺ１となる位置に基板１０１をセッティングすることができる（図６Ａ）。

通常、基板１０１の高さは検出センサ１２６により検出され、高さ調整がなされている。このような露光装置において、定期的な検出センサのメンテナンス、或いは突発的な故障による検出センサの交換等が行なわれる。しかしながら、一度取り外すと取付け位置が再現せず、その結果、検出センサ１２６の位置ずれが生じ、検出センサ１２６から基板１０１までの距離をＺ２となるように調整したのでは結像位置がずれてしまう。そこで、それらの位置関係を再度見直すことが必要になる。

見直し手順は、例えば、検出センサ１２６で得られる距離をある範囲で変化させ、実際にフォトレジストを塗布した基板を露光してパターンを形成し、パターンの形状から焦点位置に対応するＺ２に代わる新たなＺ３を見出す。検出センサを再取付け後は、それ（Ｚ３）を用いて基板の高さ調整が行なわれる（図６Ｂ）。しかしながら、メンテナンス等における検出センサの再取付けの度にこのような作業を行なうと生産性が低下する。

本発明の目的は、検出センサの調整或いは交換等のメンテナンスを行なっても生産性の低下を防止、或いは低減できる露光装置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、フォトレジストが塗布された基板を載せるステージと、前記ステージ上の基板の高さを測定する検出センサと、前記ステージを駆動する駆動部と、前記基板を露光する光ビーム照射装置とを備え、前記基板に塗布されたフォトレジストにパターンを焼き付ける露光装置において、前記検出センサと前記基板との間となる位置に更に基準ガラスを有し、前記基板の高さは、前記基準ガラスと前記基板との間の距離が所定の値となるように調整されるものであり、前記基準ガラスと前記光ビーム照射装置とは前記ステージを跨いで配置されるゲートに固定されていることを特徴とする露光装置とする。

検出センサの調整或いは交換等のメンテナンスを行なっても生産性の低下を防止、或いは低減できる露光装置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正面図である。第１の実施例に係る露光装置の概略右側面図である。第１の実施例に係る露光装置の概略上面図である。第１の実施例に係る露光装置における高さ調整を説明するための図であり、（ａ）は基板の第１の隅、（ｂ）は基板の第２の隅、（ｃ）は基板の第３の隅、（ｄ）は第４の隅の場合を示す。第１の実施例に係る露光装置の要部概略正面図である。第１の実施例に係る露光装置の要部概略右側面図である。マスクを用いない露光法を説明するための要部概略構成図である。高さ調整法を説明するための要部概略構成図である。高さ調整法を説明するための要部概略構成図である。

以下、実施例で詳細に説明する。

第１の実施例について、図１Ａ〜図５用いて説明する。なお、発明が解決しようとする課題の欄に記載され、本実施例に未記載の事項は、本実施例においても同様である。

図１Ａは第１の実施例に係る露光装置の概略正面図、図１Ｂはその右側面図、図２は上面図である。

露光装置は、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示すように、基板１０１を載置するためのステージ部として、ベース１０２上に配置されたＸガイド１０３とその上に配置されたＸステージ１０４、Ｘステージ上に配置されたＹガイド１０５とその上に配置されたＹステージ１０６、Ｙステージ上に配置されたθステージ１０７、θステージ上に配置されたＺステージ１０８、およびその上に配置され、基板１０１が載置されるチャック１２８とを備えている。

図１Ａ、図１Ｂにおいて、チャック１２８は、基板１０１の受渡し位置にある。受渡し位置において、露光のために基板搬送ロボット（図示せず）により基板１０１がチャック１２８へ搬入され、又露光後基板搬送ロボットにより基板１０１がチャック１２８から搬出される。チャック１２８は基板１０１の裏面を真空吸着して保持する。基板１０１の表面には、フォトレジストが塗布されている。

Ｚステージは、基板１０１の高さを調整するためのステージである。基板１０１の高さ検出は、図４Ａ、図４Ｂに示す検出センサ１２６を用いて行なう。検出センサ１２６のセンサ検出空間には、基準ガラス１２７が配置される。本実施例では、基板１０１と基準ガラス１２７との距離が所定の値になるように基板１０１の高さを調整する。所定の値については後述する。なお、符号１６１は高さ検出用の光線を示す。

θステージ１０７はθ方向に回転するステージで、基板１０１の水平方向の向きを調整する。θステージ１０７には、図示しないボールねじ等の駆動機構が設けられている。Ｘステージ１０４とＹステージ１０６はそれぞれＸガイド１０３とＹガイド１０５に搭載され、ガイドに沿ってＸ方向、Ｙ方向に移動する。θステージの他、Ｘ、Ｙ、Ｚの各ステージにも駆動機構が設けられており、各駆動機構は図２に示すステージ駆動回路１２２により駆動される。

Ｘステージ１０４のＸ方向への移動量は以下のように検出することができる。ベース１０２に、Ｘ方向へ伸びるリニアスケール１２９を設置する（図１Ａ）。リニアスケール１２９には、Ｘステージ１０４のＸ方向への移動量を検出するための目盛を付ける。Ｘステージ１０４の一側面に、リニアスケール１２９に対向して、エンコーダ（図示せず）を取り付ける。エンコーダは、リニアスケール１２９の目盛を検出して、パルス信号を主制御装置１２３へ出力する。主制御装置１２３は、エンコーダのパルス信号をカウントして、Ｘステージ１０４のＸ方向への移動量を検出する。Ｙ方向も同様にして検出する。

また、チャックの位置は以下のように公知のレーザ干渉式の測長系を用いて検出することができる。レーザ光源（図示せず）からのレーザ光とこのレーザ光をチャック１２８に取り付けたバーミラー１２１に照射し、バーミラー１２１により反射されたレーザ光との干渉を測定する。レーザ測長系制御装置１１８は、主制御装置１２３の制御により、レーザ干渉計(２軸)１２０の測定結果からチャック１２８のＸ位置を検出する(図２)。Ｙ方向については、レーザ光を、反射ミラー１２０−２を用いて干渉計１２０−１に導き、干渉計（１軸)１２０−１からバーミラー１２１へ照射したレーザ光で位置を検出する。

基板１０１の露光は、ベース１０２を跨いで配置されたゲート１１１上に設けられた複数の光ビーム照射装置１０９により行う。本実施例では８つの光ビーム照射装置１０９を用いた露光装置の例を示したが、光ビーム照射装置の数はこれに限らず、７つ以下又は９つ以上としてもよい。

基板１０１を描画パターンの結像位置へ移動するための高さ検出は検出センサ１２６を用いて行なう（図４Ａ、図４Ｂ）。本実施例では、基板１０１と基準ガラス１２７との距離が所定の値になるように基板１０１の高さを、Ｚステージを用いて調整する。例えば、光ビーム照射装置を構成する投影レンズ１１６からの結像面までの距離がＺ１で、投影レンズ１１６から基準ガラス１２７までの距離がＺ１０の場合、基準ガラス１２７から基板１０１までの距離Ｚ０が、Ｚ０＝Ｚ１−Ｚ１０（所定の値）となるように基板１０１の高さを調整すればよい。

なお、基板と基準ガラスとの距離は、検出センサと基板との距離と、検出センサと基準ガラスとの距離との差から求めることができる。これにより、検出センサを再取付けして位置がずれたとしても、基準ガラスと基板との距離（所定の値）は変わらないため、基板高さ調整は検出センサの再取付け前後で影響されない。これにより、余分な作業が生じることがなく、生産性の低下を防止することができる。符号１５１−１、１５１−２は取付け部材を示す。

なお、検出センサ１２６の角度が再取付け前後で異なっているかどうか、又は垂直方向を向いているかどうかの判断は、Ｚ軸（高さ方向）の駆動距離がセンサ側で何ｍｍであるかを検出し、補正することができる。即ち、角度がつくとＺ軸の移動距離に対し、検出センサ測長距離が長くなる。この場合、挿入する基準ガラス１２７を水平に固定するとさらに効果的である。また、基準ガラス１２７が傾いて取り付けられていても、所定の範囲内での測長により、誤差内に収まる。

露光装置は、さらに装置内の温度管理を行なう温度制御ユニット（図示せず）を備えている。

次に、本露光装置を用いて露光を行なう手順について説明する。まず、搬送ロボットにより運ばれてきたガラス基板１０１は、チャック１２８へ受け渡される。次に、θステージの回転によりチャック１２８に保持された基板１０１は、直交する二辺がＸ方向及びＹ方向へ向くように回転される。

次に、例えば図３（ａ）に示すように、ガラス基板１０１の四隅の内の第１の隅が検出センサ１２６の下に来るようにＸステージおよびＹステージを移動する。その後、第１の隅の基板１０１と基準ガラス１２７との距離を検出センサ１２６で検出、検出した値を保持する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１の四隅の内の第２の隅が検出センサ１２６の下に来るようにＸステージおよびＹステージを移動する。その後、第２の隅の基板１０１と基準ガラス１２７との距離を検出センサ１２６で検出、検出した値を保持する。符合１６０は基板の動きを示す。

次に、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１０１の四隅の内の第３の隅が検出センサ１２６の下に来るようにＸステージおよびＹステージを移動する。その後、第３の隅の基板１０１と基準ガラス１２７との距離を検出センサ１２６で検出、検出した値を保持する。

次に、図３（ｄ）に示すように、ガラス基板１０１の四隅の内の第４の隅が検出センサ１２６の下に来るようにＸステージおよびＹステージを移動する。その後、第４の隅の基板１０１と基準ガラス１２７との距離を検出センサ１２６で検出、検出した値を保持する。

次に、ガラス基板１０１の４隅で検出センサ１２６を使って検出した値から、ガラス基板１０１と基準ガラス１２７の距離が所定の距離に最も近くなるようにＺステージ１０８の動作量を算出、ガラス基板１０１の４隅の高さを調整する。

次に、Ｚステージ１０８の動作を除く以上の操作をもう一度行うことで、実際にガラス基板１０１と基準ガラス１２７との距離が所定の距離になったことを確認することが出来る。所定の距離になっていない場合は、新たに保持した値を用いてＺステージ１０８の動作量を算出、ガラス基板１０１の４隅の高さを調整する。

以上の操作を行なうことにより、基板全面に渡って基準ガラスからの距離を所定の値に調整し、確認することが出来る。

その後、図５に示した光ビーム照射装置１０９を用いて基板１０１を露光する。光ビーム照射装置１０９は、光ファイバ１１２、レンズ１１３、ミラー１１４、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）１１５、投影レンズ１１６、及びＤＭＤ駆動回路１１７を含んで構成される。光ファイバ１１２はレーザ光源ユニット１１０から発生された紫外線の光ビームを、光ビーム照射装置内へ伝達する。光ファイバ１１２から射出された光ビームは、レンズ１１３及びミラー１１４を介して、ＤＭＤ１１５へ照射される。ＤＭＤ１１５は光ビームを反射する複数の微小なミラーを二方向に配列して構成された空間的光変調器であり、各ミラーの角度を変更して光ビームを変調する。ＤＭＤ１１５により変調された光ビームは、投影レンズ１１６から基板１０１へ向けて照射される。ＤＭＤ駆動回路１１７は、主制御装置１２３から供給された描画データに基づいて、ＤＭＤ１１５の各ミラーの角度を変更する。

基板１０１へ所望パターンを露光後、この基板は搬送ロボットによりチャック１２８から取外され、搬送される。

以上は全て主制御装置１２３を用いて処理される。

本実施例においては、基板の厚みが変化しても、同様に高品質な表示用パネル基板の製造をすることができる。さらに、検出センサの調整或いは交換等のメンテナンス後、検出センサの取付け角度により測定長が変化するが、Ｚステージを上下に動作させることにより距離補正を行うことで、正確な測定を行なうことができる。

本実施例によれば、メンテナンス前後で所定の値が変わらないため、基板と基準ガラスとの距離が所定の値となるように基板の高さを調整すればよく、検出センサの調整或いは交換等のメンテナンスを行なっても生産性の低下を防止、或いは低減できる露光装置を提供することができる。

第２の実施例について、以下説明する。なお、発明が解決しようとする課題の欄や実施例１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。

本実施例においては、基板１０１の高さを検出センサ１２６から基板１０１までの距離を用いて調整する。

検出センサ１２６のメンテナンス前において、光ビーム照射装置１０９の投影レンズ１１６から結像面までの距離Ｚ１に対応する基板１０１から検出センサ１２６までの距離をＺ２、検出センサ１２６から基準ガラス１２７までの距離をＺ１００とする。メンテナンス後において、検出センサ１２６から基準ガラス１２７までの距離をＺ２００とする。この場合、メンテナンス後の検出センサ１２６の取り付け位置のずれ量αは、α＝Ｚ２００−Ｚ１００となる。したがって、メンテナンス後の検出センサ１２６から基板１０１までの距離をＺ２＋αとなるように基板１０１の高さを調整することにより、投影レンズ１１６から結像面までの距離をＺ１にすることができる。

本実施例によれば、メンテナンス前後での基準ガラスと検出センサとの位置ずれを容易に求めることができるため、基板と検出センサとの間の新たな所定の値を用いて基板高さを調整することができ、検出センサの調整或いは交換等のメンテナンスを行なっても生産性の低下を防止、或いは低減できる露光装置を提供することができる。

１０１…基板、
１０２…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ステージ、
１０９…光ビーム照射装置、
１１０…レーザ光源ユニット、
１１１…ゲート、
１１２…光ファイバ、
１１３…レンズ、
１１４…ミラー、
１１５…ＤＭＤ、
１１６…投影レンズ、
１１７…ＤＭＤ駆動回路、
１１８…レーザ測長系制御装置、
１２０…レーザ干渉計（２軸）、
１２０−１…レーザ干渉計（１軸）、
１２０−２…反射ミラー、
１２１…バーミラー、
１２２…ステージ駆動回路、
１２３…主制御装置、
１２６…検出センサ、
１２７…基準ガラス、
１２８…チャック、
１２９…リニアスケール、
１５１、１５１−１、１５１−２…取付け部材、
１６０…基板の動き、
１６１…光線。

Claims

フォトレジストが塗布された基板を載せるステージと、前記ステージ上の基板の高さを測定する検出センサと、前記ステージを駆動する駆動部と、前記基板を露光する光ビーム照射装置とを備え、前記基板に塗布されたフォトレジストにパターンを焼き付ける露光装置において、
前記検出センサと前記基板との間となる位置に更に基準ガラスを有し、
前記基板の高さは、前記基準ガラスと前記基板との間の距離が所定の値となるように調整されるものであり、
前記基準ガラスと前記光ビーム照射装置とは前記ステージを跨いで配置されるゲートに固定されていることを特徴とする露光装置。
請求項１記載の露光装置において、
前記検出センサと前記基準ガラスとは、同一の取付け部材を介して前記ゲートに取り付けられていることを特徴とする露光装置。
請求項１又は２に記載の露光装置において、
前記光ビーム照射装置は、ＤＭＤとＤＭＤ駆動回路とを含むことを特徴とする露光装置。
請求項３記載の露光装置において、
前記ＤＭＤ駆動回路は、前記ＤＭＤを構成する複数のミラーの角度を変更し、光ビームを変調するものであることを特徴とする露光装置。
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、
前記光ビーム照射装置は、複数台設置されていることを特徴とする露光装置。
フォトレジストが塗布された基板を載せるステージと、前記ステージ上の基板の高さを測定する検出センサと、前記ステージを駆動する駆動部と、前記基板を露光する光ビーム照射装置とを備え、前記基板に塗布されたフォトレジストにパターンを焼き付ける露光装置において、
前記検出センサと前記基板との間となる位置に更に基準ガラスを有し、
前記検出センサのメンテナンス前後での検出センサの位置ずれ量は、前記基準ガラスを用いて求められるものであることを特徴とする露光装置。
請求項６記載の露光装置において、
前記基板の高さは、前記検出センサと前記基板との間の距離が所定の値となるように調整されるものであることを特徴とする露光装置。