JP5345443B2 - Exposure apparatus, exposure light irradiation method, and display panel substrate manufacturing method - Google Patents
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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、露光光を発生する光源に複数の半導体発光素子を用いた露光装置、露光光照射方法、及びそれらを用いた表示用パネル基板の製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus using a plurality of semiconductor light emitting elements as a light source for generating exposure light, an exposure light irradiation method, and a display panel substrate using the same in the manufacture of a display panel substrate such as a liquid crystal display device. It relates to a manufacturing method.
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基板上に投影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。 Manufacturing of TFT (Thin Film Transistor) substrates, color filter substrates, plasma display panel substrates, organic EL (Electroluminescence) display panel substrates, and the like of liquid crystal display devices used as display panels is performed using photolithography using an exposure apparatus. This is performed by forming a pattern on the substrate by a technique. As an exposure apparatus, a projection method in which a mask pattern is projected onto a substrate using a lens or a mirror, and a minute gap (proximity gap) is provided between the mask and the substrate to transfer the mask pattern to the substrate. There is a proximity method. The proximity method is inferior in pattern resolution performance to the projection method, but the configuration of the irradiation optical system is simple, the processing capability is high, and it is suitable for mass production.
従来、プロキシミティ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た。これらのランプは寿命が短く、所定の使用時間が過ぎるとランプを交換しなければならない。例えば、ランプの寿命が750時間の場合、連続して点灯すると、約1ヶ月に1回の交換が必要となる。ランプの交換時は、露光処理が中断されるため、生産性が低下する。 Conventionally, a lamp in which high pressure gas is enclosed in a bulb, such as a mercury lamp, a halogen lamp, or a xenon lamp, has been used as a light source for generating exposure light of a proximity exposure apparatus. These lamps have a short life and must be replaced after a predetermined usage time. For example, if the lamp has a lifetime of 750 hours and it is lit continuously, it needs to be replaced about once a month. When the lamp is replaced, the exposure process is interrupted, resulting in a decrease in productivity.
一方、特許文献1には、プロジェクション方式の露光装置において、露光光の光源として、発光ダイオード等の固体光源素子を用いる技術が開示されている。発光ダイオード等の半導体発光素子は、寿命が数千時間とランプに比べて長く、露光処理が中断されることが少ないので、生産性の向上が期待される。
On the other hand,
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、露光光の光源には、より照度の高いものが要求される様になってきた。プロキシミティ露光装置の露光光を発生する光源として、特許文献1に記載の様な半導体発光素子を用いる場合、半導体発光素子の出力が従来のランプに比べてはるかに小さいので、数百〜数千個程度の半導体発光素子を並べて使用しなければならない。その場合、各半導体発光素子の発熱による出力の低下を抑制するため、多数の半導体発光素子を効率良く冷却する必要がある。
In recent years, as the size of the substrate is increased with the increase in the screen size of the display panel, a light source with higher illuminance has been required for the exposure light source. When a semiconductor light emitting element as described in
また、プロキシミティ露光装置で現在最もよく使用されている水銀ランプの場合、水銀のスペクトルの内のg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)等が露光光として利用されているが、各スペクトルは、水銀ランプの使用時間により劣化特性が異なり、露光光の波長特性が水銀ランプの使用時間に応じて変化するという問題があった。 In the case of mercury lamps that are most often used in proximity exposure apparatuses, g-line (436 nm), h-line (405 nm), i-line (365 nm), etc. in the mercury spectrum are used as exposure light. However, each spectrum has a problem that the deterioration characteristic varies depending on the usage time of the mercury lamp, and the wavelength characteristic of the exposure light changes according to the usage time of the mercury lamp.
本発明の課題は、複数の半導体発光素子を用いて露光光を形成する際、複数の半導体発光素子を効率良く冷却することである。また、本発明の課題は、露光光の波長特性を安定化させることである。さらに、本発明の課題は、表示用パネル基板の生産性を向上させることである。 An object of the present invention is to efficiently cool a plurality of semiconductor light emitting devices when forming exposure light using the plurality of semiconductor light emitting devices. Another object of the present invention is to stabilize the wavelength characteristics of exposure light. Furthermore, the subject of this invention is improving the productivity of the panel substrate for a display.
本発明の露光装置は、露光光を形成する光を発生する複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が発生した光を拡大する複数の第1の光学部品と、複数の第1の光学部品により拡大された光を集光して露光光を形成する第2の光学部品と、複数の半導体発光素子の駆動を制御する制御手段と、複数の半導体発光素子を冷却する冷却手段とを備え、制御手段が、複数の半導体発光素子の内、点灯させる半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯させる半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更するものである。 An exposure apparatus according to the present invention includes a plurality of semiconductor light emitting elements that generate light forming exposure light, a plurality of first optical components that expand light generated by the plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of first optical elements. A second optical component that condenses light expanded by the component to form exposure light; a control unit that controls driving of the plurality of semiconductor light emitting elements; and a cooling unit that cools the plurality of semiconductor light emitting elements. The control means changes the number of semiconductor light emitting elements to be turned on among the plurality of semiconductor light emitting elements, adjusts the illuminance of the exposure light, and changes the semiconductor light emitting elements to be turned off with the passage of time. is there.
また、本発明の露光光照射方法は、複数の半導体発光素子から露光光を形成する光を発生し、複数の半導体発光素子から発生した光を拡大して集光して露光光を形成し、複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の内、点灯する半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯する半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更するものである。 Further, the exposure light irradiation method of the present invention generates light for forming exposure light from a plurality of semiconductor light emitting elements, expands and collects the light generated from the plurality of semiconductor light emitting elements to form exposure light, While cooling a plurality of semiconductor light emitting elements, the number of semiconductor light emitting elements to be turned on is changed, the illuminance of exposure light is adjusted, and the semiconductor light emitting elements that are turned off with time elapse. To change.
複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の内、点灯する半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯する半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更するので、露光光の照度が一定に保たれながら、各半導体発光素子の点灯と消灯が時間の経過に伴って繰り返される。従って、点灯している間に上がった半導体発光素子の温度が、消灯している間に冷却手段により下げられて、半導体発光素子の冷却が効率良く行われる。 While cooling a plurality of semiconductor light emitting elements, the number of semiconductor light emitting elements to be turned on is changed, the illuminance of exposure light is adjusted, and the semiconductor light emitting elements to be turned off with time are changed. Therefore, lighting and extinguishing of each semiconductor light emitting element are repeated with time while the illuminance of the exposure light is kept constant. Accordingly, the temperature of the semiconductor light emitting element that has risen during lighting is lowered by the cooling means while it is turned off, so that the semiconductor light emitting element is efficiently cooled.
あるいは、本発明の露光装置は、露光光を形成する光を発生する複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が発生した光を拡大する複数の第1の光学部品と、複数の第1の光学部品により拡大された光を集光して露光光を形成する第2の光学部品と、複数の半導体発光素子の駆動を制御する制御手段と、複数の半導体発光素子を冷却する冷却手段とを備え、制御手段が、複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯させて、露光光の照度を調節し、断続的に点灯させる半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯させる半導体発光素子と異なるタイミングで点灯させるものである。 Alternatively, the exposure apparatus of the present invention includes a plurality of semiconductor light emitting elements that generate light forming exposure light, a plurality of first optical components that expand light generated by the plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of first elements. A second optical component that condenses light expanded by the optical component to form exposure light, a control unit that controls driving of the plurality of semiconductor light emitting devices, and a cooling unit that cools the plurality of semiconductor light emitting devices. The control means intermittently lights a part or all of the plurality of semiconductor light emitting elements, adjusts the illuminance of exposure light, and intermittently turns on a part of the semiconductor light emitting elements that are intermittently lit It is turned on at a different timing from the semiconductor light emitting element to be turned on.
また、本発明の露光光照射方法は、複数の半導体発光素子から露光光を形成する光を発生し、複数の半導体発光素子から発生した光を拡大して集光して露光光を形成し、複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節し、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯するものである。 Further, the exposure light irradiation method of the present invention generates light for forming exposure light from a plurality of semiconductor light emitting elements, expands and collects the light generated from the plurality of semiconductor light emitting elements to form exposure light, While cooling a plurality of semiconductor light emitting elements, part or all of the plurality of semiconductor light emitting elements are lit intermittently, the illuminance of the exposure light is adjusted, and some of the semiconductor light emitting elements that are intermittently lit The semiconductor light-emitting element that is intermittently lit is lit at a different timing.
複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節するので、断続的に点灯する半導体発光素子は、連続して点灯する場合に比べ、冷却手段により温度が下げられて、冷却が効率良く行われる。そして、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯するので、露光光の照度が断続的に急激に変化することがない。 While cooling a plurality of semiconductor light emitting elements, some or all of the plurality of semiconductor light emitting elements are lit intermittently to adjust the illuminance of the exposure light. Compared with the case of lighting, the temperature is lowered by the cooling means, and the cooling is performed efficiently. Since some of the semiconductor light-emitting elements that are intermittently lit are lit at different timings from the other semiconductor light-emitting elements that are intermittently lit, the illuminance of the exposure light does not change abruptly.
さらに、本発明の露光装置は、制御手段が、断続的に点灯させる半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で点灯させるものである。また、本発明の露光光照射方法は、半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で断続的に点灯するものである。半導体発光素子の最大定格出力は、半導体発光素子を規定の冷却条件で連続して点灯する場合に、規定の出力劣化範囲を規定の時間維持することができる最大の出力であり、半導体発光素子を断続的に点灯させる場合には、冷却条件の強化により、最大定格出力の1.5倍から2倍程度の出力が可能である。半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で断続的に点灯するので、露光光の照度が高くなり、露光時間が短くなる。 Further, in the exposure apparatus of the present invention, the control means turns on the semiconductor light emitting element that is intermittently turned on with an output larger than the maximum rated output. Moreover, the exposure light irradiation method of this invention lights a semiconductor light emitting element intermittently with an output larger than a maximum rated output. The maximum rated output of a semiconductor light emitting device is the maximum output that can maintain a specified output degradation range for a specified time when the semiconductor light emitting device is lit continuously under a specified cooling condition. In the case of intermittent lighting, an output of about 1.5 to 2 times the maximum rated output is possible by strengthening the cooling conditions. Since the semiconductor light emitting element is intermittently turned on with an output larger than the maximum rated output, the illuminance of the exposure light is increased and the exposure time is shortened.
また、本発明の露光装置は、露光光を形成する光を発生する複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子が発生した光を拡大する複数の第1の光学部品と、複数の第1の光学部品により拡大された光を集光して露光光を形成する第2の光学部品と、複数の半導体発光素子の駆動を制御する制御手段とを備え、複数の半導体発光素子が、異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数含み、制御手段が、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯させる半導体発光素子の種類を選択するものである。 The exposure apparatus of the present invention includes a plurality of semiconductor light emitting elements that generate light forming exposure light, a plurality of first optical components that expand light generated by the plurality of semiconductor light emitting elements, and a plurality of first elements. A second optical component that condenses light expanded by the optical component to form exposure light, and a control unit that controls driving of the plurality of semiconductor light emitting devices, wherein the plurality of semiconductor light emitting devices have different wavelengths. A plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate characteristic light are included, and the control means selects the type of semiconductor light emitting element to be lit according to the photosensitive resin material to be exposed.
また、本発明の露光光照射方法は、異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数設け、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯する半導体発光素子の種類を選択し、選択した種類の複数の半導体発光素子から露光光を形成する光を発生し、選択した種類の複数の半導体発光素子から発生した光を拡大して集光して露光光を形成するものである。 Also, the exposure light irradiation method of the present invention is provided with a plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate light of different wavelength characteristics, and selects the type of semiconductor light emitting element to be lit according to the photosensitive resin material to be exposed, Light for forming exposure light is generated from a plurality of selected types of semiconductor light emitting elements, and light generated from a plurality of selected types of semiconductor light emitting elements is enlarged and condensed to form exposure light.
異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数設け、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯する半導体発光素子の種類を選択するので、感光樹脂材料に応じた波長特性の露光光が形成される。そして、従来の水銀ランプの様に露光光の波長特性が使用時間に応じて変化することがない。 A plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate light of different wavelength characteristics are provided, and the type of semiconductor light emitting element to be lit is selected according to the photosensitive resin material to be exposed. Therefore, the exposure of the wavelength characteristics according to the photosensitive resin material Light is formed. And the wavelength characteristic of exposure light does not change according to use time like the conventional mercury lamp.
本発明の表示用パネル基板の製造方法は、上記のいずれかの露光装置を用いて基板の露光を行い、あるいは、上記のいずれかの露光光照射方法を用いて露光光をマスクを介して基板へ照射し、基板の露光を行うものである。露光光の光源の寿命が長くなるので、表示用パネル基板の生産性が向上する。 The method for producing a display panel substrate according to the present invention comprises exposing the substrate using any one of the above exposure apparatuses, or exposing the exposure light through a mask using any one of the above exposure light irradiation methods. To expose the substrate. Since the life of the exposure light source is prolonged, the productivity of the display panel substrate is improved.
本発明の露光装置及び露光光照射方法によれば、複数の半導体発光素子から露光光を形成する光を発生し、複数の半導体発光素子から発生した光を拡大して集光して露光光を形成し、複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の内、点灯する半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯する半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更することにより、複数の半導体発光素子を用いて露光光を形成する際、複数の半導体発光素子を効率良く冷却することができる。 According to the exposure apparatus and the exposure light irradiation method of the present invention, light for forming exposure light is generated from a plurality of semiconductor light emitting elements, and the light generated from the plurality of semiconductor light emitting elements is enlarged and condensed to collect the exposure light. Forming and cooling a plurality of semiconductor light emitting elements, changing the number of semiconductor light emitting elements to be lit, adjusting the illuminance of exposure light, By changing with progress, when forming exposure light using a plurality of semiconductor light emitting elements, the plurality of semiconductor light emitting elements can be efficiently cooled.
あるいは、本発明の露光装置及び露光光照射方法によれば、複数の半導体発光素子を冷却しながら、複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節し、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯することにより、複数の半導体発光素子を用いて露光光を形成する際、複数の半導体発光素子を効率良く冷却することができる。 Alternatively, according to the exposure apparatus and the exposure light irradiation method of the present invention, while cooling the plurality of semiconductor light emitting elements, a part or all of the plurality of semiconductor light emitting elements are intermittently turned on to adjust the illuminance of the exposure light. When forming exposure light using a plurality of semiconductor light emitting elements by lighting a part of the semiconductor light emitting elements that are intermittently lit at a timing different from that of other semiconductor light emitting elements that are intermittently lit. The semiconductor light emitting device can be efficiently cooled.
さらに、半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で断続的に点灯することにより、露光光の照度を高くすることができるので、露光時間を短縮することができる。 Furthermore, since the illuminance of the exposure light can be increased by intermittently lighting the semiconductor light emitting element with an output larger than the maximum rated output, the exposure time can be shortened.
また、本発明の露光装置及び露光光照射方法によれば、異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数設け、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯する半導体発光素子の種類を選択することにより、感光樹脂材料に応じた波長特性の露光光を形成することができ、かつ露光光の波長特性を安定化させることができる。 In addition, according to the exposure apparatus and the exposure light irradiation method of the present invention, a plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate light of different wavelength characteristics are provided, and the semiconductor light emitting elements that are turned on according to the photosensitive resin material to be exposed. By selecting the type, it is possible to form exposure light having a wavelength characteristic corresponding to the photosensitive resin material, and to stabilize the wavelength characteristic of the exposure light.
本発明の表示用パネル基板の製造方法によれば、露光光の光源の寿命が長くなるので、表示用パネル基板の生産性を向上させることができる。 According to the method for manufacturing a display panel substrate of the present invention, the life of the light source of the exposure light is prolonged, so that the productivity of the display panel substrate can be improved.
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、プロキシミティ方式を用いて基板の露光を行うプロキシミティ露光装置の例を示している。プロキシミティ露光装置は、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、チャック支持台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。プロキシミティ露光装置は、これらの他に、基板1をチャック10へ搬入し、また基板1をチャック10から搬出する基板搬送ロボット、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。
FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. This embodiment shows an example of a proximity exposure apparatus that exposes a substrate using a proximity method. The proximity exposure apparatus includes a base 3, an
なお、以下に説明する実施の形態におけるXY方向は例示であって、X方向とY方向とを入れ替えてもよい。 Note that the XY directions in the embodiments described below are examples, and the X direction and the Y direction may be interchanged.
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2を保持するマスクホルダ20が設置されている。マスクホルダ20は、マスク2の周辺部を真空吸着して保持する。マスクホルダ20に保持されたマスク2の上空には、露光光照射装置30が配置されている。露光時、露光光照射装置30からの露光光がマスク2を透過して基板1へ照射されることにより、マスク2のパターンが基板1の表面に転写され、基板1上にパターンが形成される。
In FIG. 1, the
チャック10は、Xステージ5により、露光位置から離れたロード/アンロード位置へ移動される。ロード/アンロード位置において、図示しない基板搬送ロボットにより、基板1がチャック10へ搬入され、また基板1がチャック10から搬出される。チャック10への基板1のロード及びチャック10からの基板1のアンロードは、チャック10に設けた複数の突き上げピンを用いて行われる。突き上げピンは、チャック10の内部に収納されており、チャック10の内部から上昇して、基板1をチャック10にロードする際、基板搬送ロボットから基板1を受け取り、基板1をチャック10からアンロードする際、基板搬送ロボットへ基板1を受け渡す。
The
チャック10は、チャック支持台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に搭載され、Xガイド4に沿ってX方向(図1の図面横方向)へ移動する。Yステージ7は、Xステージ5に設けられたYガイド6に搭載され、Yガイド6に沿ってY方向(図1の図面奥行き方向)へ移動する。θステージ8は、Yステージ7に搭載され、θ方向へ回転する。チャック支持台9は、θステージ8に搭載され、チャック10を複数箇所で支持する。
The
Xステージ5のX方向への移動及びYステージ7のY方向への移動により、チャック10は、ロード/アンロード位置と露光位置との間を移動される。ロード/アンロード位置において、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方向への回転により、チャック10に搭載された基板1のプリアライメントが行われる。露光位置において、Xステージ5のX方向への移動及びYステージ7のY方向への移動により、チャック10に搭載された基板1のXY方向へのステップ移動が行われる。そして、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方向への回転により、基板1のアライメントが行われる。また、図示しないZ−チルト機構により、マスクホルダ20をZ方向(図1の図面上下方向)へ移動及びチルトすることによって、マスク2と基板1とのギャップ合わせが行われる。
The
なお、本実施の形態では、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いるが、チャック支持台9にZ−チルト機構を設けて、チャック10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。
In the present embodiment, the gap between the
露光光照射装置30は、シャッター31、コリメーションレンズ群32、平面鏡33、シャッター駆動装置34、照度センサー35、及び光源ユニット40を含んで構成されている。後述する光源ユニット40は、基板1の露光を行う露光光を発生する。シャッター駆動装置34は、基板1の露光を行う時、シャッター31を開き、基板1の露光を行わない時、シャッター31を閉じる。シャッター31が開いているとき、光源ユニット40から発生した露光光は、コリメーションレンズ群32を透過して平行光線束となり、平面鏡33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。シャッター31が閉じているとき、光源ユニット40から発生した露光光は、シャッター31に遮断され、基板1の露光は行われない。
The exposure
平面鏡33の裏側近傍には、照度センサー35が配置されている。平面鏡33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35は、平面鏡33の開口を通過した光を受光して、露光光の照度を測定する。照度センサー35の測定結果は、光源ユニット40へ入力される。
An
図2〜図4は、光源ユニットの一例を示す図である。光源ユニット40は、ベース基板41、半導体発光素子42、拡大レンズ43、集光レンズ44、レンズ群45、制御回路46、冷却部材47、及び冷却装置48を含んで構成されている。ベース基板41には、複数の半導体発光素子42が搭載されている。ベース基板41は、制御回路46の制御により、各半導体発光素子42を駆動する。各半導体発光素子42は、発光ダイオードやレーザーダイオード等から成り、露光光を形成する光を発生する。制御回路46は、照度センサー35の測定結果に基づき、各半導体発光素子42の駆動を制御する。
2-4 is a figure which shows an example of a light source unit. The
なお、図2〜図4では、13個の半導体発光素子42が示されているが、実際の光源ユニットには、数百〜数千個程度の半導体発光素子が使用されている。
In FIG. 2 to FIG. 4, 13 semiconductor
各半導体発光素子42に対応して、拡大レンズ43が設けられており、各拡大レンズ43は、各半導体発光素子42から発生した光を拡大して、集光レンズ44へ照射する。集光レンズ44は、拡大レンズ43により拡大された光を集光して、レンズ群45へ照射する。レンズ群45は、フライアイレンズ又はロッドレンズ等からなり、集光レンズ44により集光された光の照度分布を均一化する。
A magnifying
図2に示した例では、ベース基板41が球面の形状に構成されている。そして、各半導体発光素子42から発生した光が、各拡大レンズ43及び集光レンズ44を介してレンズ群45へ照射される様に、各半導体発光素子42が、球面形状のベース基板41上に配置されている。
In the example shown in FIG. 2, the
図3及び図4に示した例では、ベース基板41が複数に分割されており、各ベース基板41上には、複数の半導体発光素子42が平面的に配置されている。そして、各ベース基板41に搭載された複数の半導体発光素子42から発生した光が、各拡大レンズ43及び集光レンズ44を介してレンズ群45へ照射される様に、各ベース基板41が異なった角度で配置されている。各半導体発光素子42を各ベース基板41上に平面的に配置することにより、各半導体発光素子42の位置調整を容易に行うことができる。
In the example shown in FIGS. 3 and 4, the
図2〜図4において、ベース基板41の裏面には、冷却部材47が取り付けられている。冷却部材47は、内部に冷却水が流れる冷却水通路を有し、冷却装置48から冷却水通路へ供給される冷却水により、各半導体発光素子42を冷却する。なお、冷却部材47及び冷却装置48はこれに限らず、放熱板及び冷却ファンを含む空冷式としてもよい。
2 to 4, a cooling
図2に示した例では、冷却部材47が、ベース基板41の球面形状に合わせて、球面の形状に構成されている。また、図3に示した例では、冷却部材47が、各ベース基板41の配置に合わせた形状に構成されている。また、図4に示した例では、冷却部材47が複数に分割されており、各冷却部材47は、板状に構成されている。そして、各冷却部材47は、熱伝導部材47aを介して、複数のベース基板41の裏面に取り付けられている。
In the example shown in FIG. 2, the cooling
図5は、半導体発光素子及び拡大レンズを正面から見た図である。拡大レンズ43は、同じスペースにより多くの拡大レンズ43を配置できる様に、できるだけ隙間無く配置するのが望ましい。また、本実施の形態では、半導体発光素子42が正六角形に構成されているが、半導体発光素子42の形状はこれに限らず、さらに角の多い多角形又は円形に構成してもよい。半導体発光素子42の形状を拡大レンズ43の形状に近づける程、拡大レンズ43の受光面を有効に利用することができる。
FIG. 5 is a front view of the semiconductor light emitting element and the magnifying lens. It is desirable that the magnifying
以下、本発明の一実施の形態による露光光照射方法について説明する。図6は、本発明の一実施の形態による露光光照射方法を説明する図である。本実施の形態は、制御回路46が、複数の半導体発光素子42の内、点灯させる半導体発光素子42の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯させる半導体発光素子42を、時間の経過に伴って変更するものである。
Hereinafter, an exposure light irradiation method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining an exposure light irradiation method according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図6は、制御回路46が、複数の半導体発光素子42の内、点灯させる半導体発光素子の数を3分の2に変更して、露光光の照度を、全ての半導体発光素子42を点灯するときの3分の2に調節する場合を示す。この場合、制御回路46は、各半導体発光素子42を、図5において符号A,B,Cを付した3つのグループに分割する。図6(a)は、図5で符号Aを付したグループの半導体発光素子42の点灯/消灯状態を示し、図6(b)は、図5で符号Bを付したグループの半導体発光素子42の点灯/消灯状態を示し、図6(c)は、図5で符号Cを付したグループの半導体発光素子42の点灯/消灯状態を示している。制御回路46は、図6(a),(b),(c)に示す様に、消灯させる半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更しながら、露光光の照度を一定に保つ。
In FIG. 6, the
複数の半導体発光素子42を冷却しながら、複数の半導体発光素子42の内、点灯する半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯する半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更するので、露光光の照度が一定に保たれながら、各半導体発光素子42の点灯と消灯が時間の経過に伴って繰り返えされる。従って、点灯している間に上がった半導体発光素子42の温度が、消灯している間に冷却部材47により下げられて、半導体発光素子42の冷却が効率良く行われる。
While cooling the plurality of semiconductor
図7は、本発明の他の実施の形態による露光光照射方法を説明する図である。本実施の形態は、制御回路46が、複数の半導体発光素子42の一部又は全部を断続的に点灯させて、露光光の照度を調節し、断続的に点灯させる半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯させる半導体発光素子と異なるタイミングで点灯させるものである。この場合、露光光の照度を調節するには、断続的に点灯させる半導体発光素子の数を変更する方法と、断続的に点灯させる半導体発光素子の点灯時間を変更する方法とがある。
FIG. 7 is a diagram for explaining an exposure light irradiation method according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図7は、制御回路46が、断続的に点灯させる半導体発光素子の点灯時間を変更して、露光光の照度を調節し、断続的に点灯させる半導体発光素子の半分を、他の断続的に点灯させる半導体発光素子と異なるタイミングで点灯させる場合を示す。この場合、制御回路46は、各半導体発光素子42を2つのグループに分割する。図7(a)は、点灯時間と消灯時間を同じにしたときの各グループの半導体発光素子42の点灯/消灯状態を示し、図7(b)は点灯時間を消灯時間よりも長くしたときの各グループの半導体発光素子42の点灯/消灯状態を示している。制御回路46は、図7(a),(b)に示す様に、断続的に点灯させる半導体発光素子42の半分を、断続的に点灯させる残りの半分の半導体発光素子42と異なるタイミングで点灯させる。
In FIG. 7, the
複数の半導体発光素子42を冷却しながら、複数の半導体発光素子42の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節するので、断続的に点灯する半導体発光素子は、連続して点灯する場合に比べ、冷却部材47により温度が下げられて、冷却が効率良く行われる。そして、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯するので、露光光の照度が断続的に急激に変化することがない。
While cooling the plurality of semiconductor
図8は、本発明のさらに他の実施の形態による露光光照射方法を説明する図である。本実施の形態は、制御回路46が、断続的に点灯させる半導体発光素子42を、最大定格出力よりも大きな出力で点灯させるものである。半導体発光素子の最大定格出力は、半導体発光素子を規定の冷却条件で連続して点灯する場合に、規定の出力劣化範囲を規定の時間維持することができる最大の出力であり、半導体発光素子を断続的に点灯させる場合には、冷却条件の強化により、最大定格出力の1.5倍から2倍程度の出力が可能である。
FIG. 8 is a diagram for explaining an exposure light irradiation method according to still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図8(a)は、半導体発光素子42を最大定格出力で連続して点灯する場合の半導体発光素子42の出力を示す図、図8(b)は、この場合の半導体発光素子42の温度変化を示す図である。半導体発光素子42を最大定格出力で連続して点灯する場合、露光に必要な時間をtとする。この場合、半導体発光素子42の温度が、時間tで規定温度Tcを超えない様に、半導体発光素子42の冷却条件を設定する。
FIG. 8A is a diagram showing the output of the semiconductor
図8(c)は、半導体発光素子42を最大定格出力の2倍で断続的に点灯する場合の半導体発光素子42の出力を示す図、図8(d)は、この場合の半導体発光素子42の温度変化を示す図である。半導体発光素子42を最大定格出力の2倍で断続的に点灯する場合、露光光の照度が2倍になるので、露光に必要な時間は半分になる。断続的に点灯する半導体発光素子42の点灯時間と消灯時間を同じにした例では、図8(b)に示す様に、図8(a)に比べてt/4だけ早く露光が終了する。この例の場合、半導体発光素子42の温度が、時間t/4で規定温度Tcを超えない様に、半導体発光素子42の冷却条件を設定する。
FIG. 8C is a diagram illustrating the output of the semiconductor
図9は、図8に示した露光光照射方法を、ネガタイプの感光樹脂材料に適用した場合を説明する図である。ネガタイプの感光樹脂材料では、図9(a)に示す様に、照度Icで露光を行うときに必要な露光量Jc(露光光のエネルギー)に比べ、照度Icよりも高い照度Ipで露光を行うときに必要な露光量Jp(露光光のエネルギー)が小さくなる。従って、半導体発光素子42を最大定格出力の2倍で断続的に点灯する場合、例えば、半導体発光素子42を最大定格出力で点灯する場合に比べて必要な露光量(露光光のエネルギー)が半分になると、図9(b)に示す様に、露光に必要な時間は図8(b)のさらに半分になる。従って、図9(b)示した例では、図8(a)に比べてt/2だけ早く露光が終了する。
FIG. 9 is a diagram for explaining a case where the exposure light irradiation method shown in FIG. 8 is applied to a negative photosensitive resin material. In the negative type photosensitive resin material, as shown in FIG. 9A, exposure is performed with an illuminance Ip higher than the illuminance Ic as compared with an exposure amount Jc (energy of exposure light) necessary for exposure with the illuminance Ic. Sometimes the required exposure amount Jp (exposure light energy) becomes small. Therefore, when the semiconductor
図10は、本発明のさらに他の実施の形態による露光光照射方法を説明する図である。本実施の形態は、複数の半導体発光素子42が、異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数含み、制御回路46が、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯させる半導体発光素子の種類を選択するものである。図10において、複数の半導体発光素子42は、符号G,H,Iを付した3つの種類に分類されている。符号Gを付した半導体発光素子42は、水銀のスペクトルのg線(436nm)に近い波長特性の光を発生する。符号Hを付した半導体発光素子42は、水銀のスペクトルのh線(405nm)に近い波長特性の光を発生する。符号Iを付した半導体発光素子42は、水銀のスペクトルのi線(365nm)に近い波長特性の光を発生する。制御回路46は、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯させる半導体発光素子の種類を、1つ又は2つ以上選択する。この場合、図1に示した照度センサー35として、g線、h線、i線の照度をそれぞれを別々に測定する3つの照度センサーを配置し、各照度センサーの測定結果を制御回路46へ出力する。制御回路46は、各照度センサーの測定結果に基づき、点灯させる半導体発光素子の出力を制御して、g線、h線、i線の照度をそれぞれ所望の値に調節する。
FIG. 10 is a diagram for explaining an exposure light irradiation method according to still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of semiconductor light-emitting
異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数設け、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯する半導体発光素子の種類を選択し、かつ点灯する半導体発光素子の出力を制御するので、感光樹脂材料に応じた波長特性の露光光が形成される。そして、従来の水銀ランプの様に露光光の波長特性が使用時間に応じて変化することがない。 A plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate light of different wavelength characteristics are provided, the type of semiconductor light emitting element to be lit is selected according to the photosensitive resin material to be exposed, and the output of the semiconductor light emitting element to be lit is controlled. Therefore, exposure light having a wavelength characteristic corresponding to the photosensitive resin material is formed. And the wavelength characteristic of exposure light does not change according to use time like the conventional mercury lamp.
以上説明した実施の形態によれば、複数の半導体発光素子42から露光光を形成する光を発生し、複数の半導体発光素子42から発生した光を拡大して集光して露光光を形成し、複数の半導体発光素子42を冷却しながら、複数の半導体発光素子42の内、点灯する半導体発光素子の数を変更して、露光光の照度を調節し、消灯する半導体発光素子を、時間の経過に伴って変更することにより、複数の半導体発光素子42を用いて露光光を形成する際、複数の半導体発光素子42を効率良く冷却することができる。
According to the embodiment described above, light for forming exposure light is generated from the plurality of semiconductor
あるいは、複数の半導体発光素子42を冷却しながら、複数の半導体発光素子42の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節し、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯することにより、複数の半導体発光素子42を用いて露光光を形成する際、複数の半導体発光素子42を効率良く冷却することができる。
Alternatively, one or more of the plurality of semiconductor
さらに、半導体発光素子42を、最大定格出力よりも大きな出力で断続的に点灯することにより、露光光の照度を高くすることができるので、露光時間を短縮することができる。
Further, the illumination time of the exposure light can be increased by intermittently lighting the semiconductor
また、異なる波長特性の光を発生する異なる種類の半導体発光素子をそれぞれ複数設け、露光する感光樹脂材料に応じて、点灯する半導体発光素子の種類を選択することにより、感光樹脂材料に応じた波長特性の露光光を形成することができ、かつ露光光の波長特性を安定化させることができる。 Also, by providing a plurality of different types of semiconductor light emitting elements that generate light of different wavelength characteristics, and selecting the type of semiconductor light emitting element to be lit according to the photosensitive resin material to be exposed, the wavelength according to the photosensitive resin material The exposure light having the characteristics can be formed, and the wavelength characteristics of the exposure light can be stabilized.
本発明は、プロキシミティ露光装置に限らず、プロジェクション方式を用いて基板の露光を行う投影露光装置にも適用することができる。 The present invention can be applied not only to a proximity exposure apparatus but also to a projection exposure apparatus that exposes a substrate using a projection method.
本発明の露光装置を用いて基板の露光を行い、あるいは、本発明の露光光照射方法を用いて露光光をマスクを介して基板へ照射し、基板の露光を行うことにより、露光光の光源の寿命が長くなるので、表示用パネル基板の生産性を向上させることができる。 The exposure light source is exposed by exposing the substrate by using the exposure apparatus of the present invention or by irradiating the substrate with exposure light through a mask using the exposure light irradiation method of the present invention. Thus, the productivity of the display panel substrate can be improved.
例えば、図11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、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、基板上にTFTアレイが形成される。 For example, FIG. 11 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the TFT substrate of the liquid crystal display device. In the thin film formation step (step 101), a thin film such as a conductor film or an insulator film, which becomes a transparent electrode for driving liquid crystal, is formed on the substrate by sputtering, plasma chemical vapor deposition (CVD), or the like. In the resist coating process (step 102), a photosensitive resin material (photoresist) is applied by a roll coating method or the like to form a photoresist film on the thin film formed in the thin film forming process (step 101). In the exposure step (step 103), the mask pattern is transferred to the photoresist film using a proximity exposure apparatus, a projection exposure apparatus, or the like. In the development step (step 104), a developer is supplied onto the photoresist film by a shower development method or the like to remove unnecessary portions of the photoresist film. In the etching process (step 105), a portion of the thin film formed in the thin film formation process (step 101) that is not masked by the photoresist film is removed by wet etching. In the stripping step (step 106), the photoresist film that has finished the role of the mask in the etching step (step 105) is stripped with a stripping solution. Before or after each of these steps, a substrate cleaning / drying step is performed as necessary. These steps are repeated several times to form a TFT array on the substrate.
また、図12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、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、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。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the color filter substrate of the liquid crystal display device. In the black matrix forming step (step 201), a black matrix is formed on the substrate by processing such as resist coating, exposure, development, etching, and peeling. In the colored pattern forming step (step 202), a colored pattern is formed on the substrate by a dyeing method, a pigment dispersion method, a printing method, an electrodeposition method, or the like. This process is repeated for the R, G, and B coloring patterns. In the protective film forming step (step 203), a protective film is formed on the colored pattern, and in the transparent electrode film forming step (step 204), a transparent electrode film is formed on the protective film. Before, during or after each of these steps, a substrate cleaning / drying step is performed as necessary.
図11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12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光照射方法を適用することができる。 In the TFT substrate manufacturing process shown in FIG. 11, in the exposure process (step 103), in the color filter substrate manufacturing process shown in FIG. 12, in the black matrix forming process (step 201) and the colored pattern forming process (step 202). In this exposure process, the exposure apparatus or exposure light irradiation method of the present invention can be applied.
1 基板
2 マスク
3 ベース
4 Xガイド
5 Xステージ
6 Yガイド
7 Yステージ
8 θステージ
9 チャック支持台
10 チャック
20 マスクホルダ
30 露光光照射装置
31 シャッター
32 コリメーションレンズ群
33 平面鏡
34 シャッター駆動装置
35 照度センサー
40 光源ユニット
41 ベース基板
42 半導体発光素子
43 拡大レンズ
44 集光レンズ
45 レンズ群
46 制御回路
47 冷却部材
47a 熱伝導部材
48 冷却装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の半導体発光素子が発生した光を拡大する複数の第1の光学部品と、
前記複数の第1の光学部品により拡大された光を集光して露光光を形成する第2の光学部品と、
前記複数の半導体発光素子の駆動を制御する制御手段と、
前記複数の半導体発光素子を冷却する冷却手段とを備え、
前記制御手段は、前記複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯させて、露光光の照度を調節し、断続的に点灯させる半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯させる半導体発光素子と異なるタイミングで点灯させ、断続的に点灯させる半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で点灯させることを特徴とする露光装置。 A plurality of semiconductor light emitting elements that generate light that forms exposure light; and
A plurality of first optical components for enlarging light generated by the plurality of semiconductor light emitting elements;
A second optical component that condenses light expanded by the plurality of first optical components to form exposure light; and
Control means for controlling driving of the plurality of semiconductor light emitting elements;
Cooling means for cooling the plurality of semiconductor light emitting elements,
The control means intermittently lights some or all of the plurality of semiconductor light emitting elements, adjusts the illuminance of exposure light, and intermittently turns some of the semiconductor light emitting elements to be intermittently lit. is lit and the semiconductor light emitting element to be turned at different timings, the semiconductor light emitting element that intermittently lit, an exposure apparatus according to claim Rukoto is turned with greater power than the maximum rated output.
複数の半導体発光素子から発生した光を拡大して集光して露光光を形成し、
複数の半導体発光素子を冷却しながら、
複数の半導体発光素子の一部又は全部を断続的に点灯して、露光光の照度を調節し、断続的に点灯する半導体発光素子の一部を、他の断続的に点灯する半導体発光素子と異なるタイミングで点灯し、断続的に点灯する半導体発光素子を、最大定格出力よりも大きな出力で点灯することを特徴とする露光光照射方法。 Generating light that forms exposure light from a plurality of semiconductor light emitting devices;
The light generated from a plurality of semiconductor light emitting elements is enlarged and condensed to form exposure light,
While cooling a plurality of semiconductor light emitting devices,
A part or all of the plurality of semiconductor light emitting elements are intermittently turned on, the illuminance of exposure light is adjusted, and a part of the semiconductor light emitting elements that are turned on intermittently is replaced with another semiconductor light emitting element that is turned on An exposure light irradiation method comprising: lighting a semiconductor light emitting element that is lit at different timings and intermittently lit at an output larger than a maximum rated output .
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