JP5430489B2 - 液晶露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示用パネルの製造装置に係り、特にマスクに描かれたパターンをガラス基板上に露光する液晶露光装置に関する。

液晶パネルの製造では、フォトレジスト膜などが形成されたガラス基板とマスクとを１mm以下に近づけ、露光用ランプからの光を平行光にしてマスクに照射し、マスクパターンをガラス基板に転写するプロキシミティ方式の露光装置が用いられている。
このような液晶用の露光装置において、近年は表示用パネルの大型化が進み、露光用ランプの輝度も高いものが要求されるようになった。このため、露光用に複数のランプを用いることで、高輝度化に対応することも提案されている。

例えば、特許文献１もその1つで、ここでは複数のランプを用いた場合に、隣接するランプの温度差が与える影響を分析し、その表面温度を均一化することで、露光光の照明を安定化することが記載されている。具体的には、各ランプ及び集光鏡間に隔壁を設け、この隔壁に冷却水を流すとともに、その後段の平面鏡をも含めてランプハウスに入れて空気を還流させることで、均一に冷やすことが提案されている。

特開２００８−８３５８６号公報

しかしながら、上記特許文献１には、特に平面鏡の保持構造であって、ランプ点灯消灯に伴う温度変化での平面鏡の伸縮の影響については考慮されていない。

図１３は最近考えられている液晶露光装置の概略図であって、露光用ランプ１２１は発光を安定させるため鉛直方向上方向きに設置し、これから出た光は、集光鏡１１９で集めて上方に設置した第１平面鏡１１７に向かう。第１平面鏡１１７では、露光に利用する波長365nmのi線、波長405nmのH線、波長436nmのg線の光を選択的に反射し、他の光は透過し、保持板２０１でそのエネルギーを吸収する。第１平面鏡１１７は、鉛直方向下向きで、反射した光が次のフライアイレンズ１１５に向かうよう、４５度斜めに設置する。

第１平面鏡１１７で反射した光は、フライアイレンズ１１５を透過して強度分布が一様化し、凹面鏡１１３で平行光に変換する。平行光は、第２平面鏡１１１で鉛直方向下向きに曲げられ、マスク１０９のパターンをこれに接近して設置したガラス基板１０７上に投影する。投影終了後、ガラス基板１０７を搭載したステージ１０５は、テーブル１０１上に設置されたステージ１０３とともにステップ移動し、ガラス基板１０７にマスク１０９のパターンを複数転写する。マスクパターンの転写を短時間に終了させれば、液晶パネルを効率良く生産することができる。このため、ランプ１２１には、高輝度のもの、あるいは特許文献１のように複数のランプを使うことになる。

図１１は、本発明に適用する高圧水銀ランプの発光波長強度特性の一例を示したものである。また、図１２は、本発明に適用する第１平面鏡１１７の光透過率特性の一例を示したものである。前記第１平面鏡１１７は、波長５００ｎｍまでを反射、波長５００ｎｍより長波長は透過している。図１１より、波長５００ｎｍよりも長波長では、光の透過率が９０％程度であり、残りの１０％の光は第１平面鏡１１７で反射、または吸収している。

第１平面鏡１１７が光を吸収すると、その温度は上昇する。図１４は、図１３を構成する部品のうち、第１平面鏡１１７とこれを保持する保持板２０１を示している。第１平面鏡１１７は、周辺に配置した複数箇所のフック２０４で保持板２０１に固定されている。保持板２０１には、冷却水を通すパイプ２０２を設置し、第１平面鏡１１７が吸収した光のエネルギーを取り去ることで温度上昇を防止する。保持板２０１内を循環する冷却水は、第1平面鏡１１７または、保持板２０１の温度に関わらず、一定温度に制御することが多い。

第１平面鏡１１７が光を吸収して温度が上昇すると、熱膨張でサイズが大きくなるが、この周辺をフック２０４で拘束していると、第１平面鏡１１７にひずみが発生する。ひずみが大きくなると、第１平面鏡１１７で反射した光がフライアイレンズ１１５から外れてフライアイレンズ１１５を透過する光が少なくなり、マスクパターンが転写できなくなる。更に、ひずみが大きくなると、第１平面鏡１１７が破壊してしまう。

これを避けるために、フック２０４の拘束を弱くして第１平面鏡１１７が自由に伸縮できるようにすると、第１平面鏡１１７が４５度斜め下向きに設置するため重力に引かれて下向きの凸面形状に変化し、これに入射する光の全てをフライアイレンズ１１５に向けて反射できず、マスクパターンが転写できなくなる。

このとき、第１平面鏡１１７が重力に引かれて下向きの凸面形状になってその背面が保持板２０１との間に隙間ができると、第１平面鏡１１７がもつ熱を保持板２０１へ伝熱できず、輻射熱で逃すことになる。このため第１平面鏡１１７が高温になり易く、その表面の反射膜が劣化し反射率が下がり、フライアイレンズ１１５に向けて十分な光量を反射できず、マスクパターンが転写できなくなる。

また、本発明に適用する高圧水銀ランプを点灯または消灯すると、これが発する光によって第１平面鏡１１７と保持板２０１の温度が変化しそれぞれが伸び縮みするが、材質の違いによりその量が異なる。保持板２０１は、その内部に冷却水を循環させているため、第1平面鏡１１７に比べて温度変化が小さい。しかし、第1平面鏡１１７は、露光用ランプ１２１からの光が常に入射するため、温度変化が大きい。

この違いによって、第1平面鏡１１７の端部で保持板２０１に接する角は摺り合う状態が発生し、第1平面鏡１１７に欠けが発生する。この欠けは、ここに引っ張り力が掛かると、応力集中により数倍の力が掛かることが解っており、第1平面鏡１１７が割れてしまうことになる。たとえ小さな割れであっても、露光用ランプ１２１を点灯または消灯を繰り返すと、割れが大きくなっていくことが解った。

本発明の目的は、液晶露光用の波長を選択的に反射する平面鏡の熱を保持板に伝熱して効率的に放熱すると共に、露光用ランプの点灯または消灯等による急激な温度変化に対しても安定した露光が可能な信頼性の高い液晶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、本発明の特徴は、集光鏡からの光の波長を選択的に反射する平面鏡の裏面を保持板で支持することにより効率的に放熱すると共に、前記平面鏡の温度を検出する手段、及び前記保持板の温度を検出する手段を備え、この平面鏡の温度及び保持板の温度に応じて、当該平面鏡と保持板との伸縮量の差を抑制するように前記保持板の温度、または前記平面鏡の温度を調整するようにしたところにある。

本発明によれば、集光鏡からの光の波長を選択的に反射する平面鏡の温度を保持板で効率的に放熱することができ、かつ、温度変化に伴う平面鏡と保持板の伸縮量を抑制することができるので、例え露光用ランプの点灯または消灯等により平面鏡に大きな温度変化が生じても、保持板との間の応力を抑制し、安定した露光が可能となる。また、保持板と接する部分での擦りあい状態を軽減できるので、平面鏡を損傷することもなく、露光装置の信頼性を高めることができる。

本発明による液晶露光装置の一実施例の概要図。 図１のランプウスとミラーハウスの内部を説明する概要図。 本発明の一実施例に係る第１平面鏡の設置例の概要図。 本発明の一実施例に係る第１平面鏡の設置例の概要図。 本発明の一実施例に係る第１平面鏡と保持板の温度変化を説明する図。 本発明の一実施例に係る第１平面鏡と保持板の温度変化を説明する図。 本発明の一実施例に係る保持板の温度調整フローを示す概要図。 本発明の他の実施例に係る第１平面鏡の設置例の概要図。 図８の実施例における保持板の背面図。 図８の実施例における保持板表面の部分拡大図。 本発明に適用する高圧水銀ランプの発光波長強度を示す一特性図。 本発明に適用する平面鏡の光透過率を示す一特性図。 最近考えられている液晶露光装置の概要図。 図１３を構成する第１平面鏡の取付け図。

以下、本発明の実施の形態について、図示する実施例を用いて詳細に説明する。尚、以下述べる実施例では、本発明の前記特徴及び効果以外についても実用的な工夫を施しているが、それらについても以下詳述する。

本発明の第一の実施例を図１〜図７を参照して説明する。本実施例では、平面鏡の温度及び保持板の温度に応じて、平面鏡と保持板との伸縮量の差を抑制するように、保持板の温度を調整するようにした点に特徴がある。

より具体的には、平面鏡の温度を検出する手段と保持板の温度を検出する手段とを設置し、それぞれの手段で検出した温度変化幅についてそれぞれの熱膨張係数との積が同じになるように、保持板中の冷却水や空気等の媒体の温度を熱交換器およびヒーター等で調整しているが、これらの実施例に限定されるものではない。
図１は本発明による液晶露光装置の一実施例を示す。テーブル１０１上にステージ１０３を設置し、ステージ１０３上にステージ１０５を設置することで、ガラス基板１０７をＸＹ方向にステップ状に移動し、位置決めする。ランプハウス１１０の光は、ミラーハウス１０８を通して、マスクに描かれたパターンをガラス基板１０７に転写する。ステージ１０３とステージ１０５は、１０００ミリ毎秒以上の速度で高速に移動し、ガラス基板１０７を一ヶ月あたり数万枚処理することができる。
図２はランプハウス１１０とミラーハウス１０８の内部を説明する概要図である。ランプ１２１には高圧水銀ランプを用い、これの放電発光を安定させるため、鉛直方向に設置する。ランプ１２１から出た光は、周辺に設置した集光鏡１１９で集める。集光鏡１１９は、ランプ１２１に接近して設置し高温になるため、その開口を鉛直方向上向きにして、放熱を行う。この集光鏡１１９は、図１２に示す短波長反射、長波長透過のコールドミラーの機能を備えることが多い。集光鏡１１９で集めた光は、直上に設置した第１平面鏡１１７で、波長５００ｎｍまでを反射、波長５００ｎｍより長波長は透過する。

第１平面鏡１１７で反射した光は、フライアイレンズ１１５を透過させて強度分布を一様化し、凹面鏡１１３で平行光に変換する。平行光は、第２平面鏡１１１で鉛直方向下向きに曲げられ、マスク１０９のパターンをガラス基板１０７上に投影する。ガラス基板１０７を一ヶ月あたり数万枚処理するには、投影時間は数秒になることが多く、マスク１０９のサイズが６５インチを超える液晶パネルを製造するためには、ランプ１２１の出力を数１０キロワットとすることが多い。集光鏡１１９は、鉛直方向上向きに設置することで、放熱、更には冷却手段の設置を容易としている。

図３は本発明の特徴を成す第１平面鏡の一設置例の概要図あり、説明のため第１平面鏡１１７を半透明で表示している。第１平面鏡１１７は、これを４５度斜め下向きに設置するため保持板２０１に、フック２０４で固定する。第１平面鏡１１７は、フック２０４によってその表面だけが保持板２０１方向に押さえ付けられている。

第１平面鏡１１７とフック２０４が接する面は、金属製波形状板バネ、または、耐紫外線と耐熱性に優れるシリコン製ゴム等で構成することが好ましい。保持板２０１には、この内部に冷却媒体を循環させるためにパイプ２０２を設置している。また、第１平面鏡１１７の表面温度を検出する温度センサー７０１と保持板２０１の表面温度を検出する温度センサー７０３を設置している。ここで保持板２０１の温度センサー７０３は、その表面温度に限らず、保持板２０１中の冷却水や空気等の媒体の温度等を検出するようにしてもよい。

図４は本発明の特徴を示す概要図あり、保持板２０１の内部でこれの熱を吸収した冷却媒体は、パイプ２０３で外部に取り出し、熱交換機７０５を通過するときにその熱を外部に排出する。熱交換機７０５を通過した冷却媒体は、ヒーター７０７を通過するときに必要に応じてその温度を上昇させる。ヒーター７０７を通過した冷却媒体は、ポンプ７０９によってパイプ２０２を通過して保持板２０１内に注入する。

図４において、露光用ランプ１２１が点灯すると、第１平面鏡１１７と保持板２０１の温度は上昇し、第１平面鏡１１７と保持板２０１はそれぞれの熱膨張係数に応じた伸びた状態になる。本実施例では、この伸び量を一致させるようにして、第１平面鏡１１７に掛かる応力を小さくすることにした。そこで、第１平面鏡１１７の熱膨張係数をαg、温度センサー７０１によるその表面温度をTg、保持板２０１の熱膨張係数をαb、温度センサー７０３によるその表面温度をTbとすると、露光用ランプ１２１が点灯前の周囲温度がT0のとき、両者の伸びが一致するためには、αg（Tg−T0）＝αb（Tb−T0）の関係を保つようにする。

図４において、温度コントローラ７１１は、第１平面鏡１１７の表面温度を検出する温度センサー７０１の出力と、保持板２０１又はその表面温度を検出する温度センサー７０３の出力に応じて、冷却媒体の熱交換機７０５での冷却を、またはヒーター７０７での加熱を制御する。ポンプ７０９は、冷却媒体の流速を一定に保つが、一般に流速を速くするほうが保持板２０１の温度制御が容易になる。

図５は、例えば周囲温度（T0）２３℃で、第１平面鏡１１７の熱膨張係数（αg）が0.000003、保持板２０１の熱膨張係数（αb）が0.000028のとき、露光用ランプ１２１の点灯後の第１平面鏡１１７の表面温度を検出する温度センサー７０１の出力が実線のように変化するときに、保持板２０１の表面温度を検出する温度センサー７０３の出力が破線のように変化するよう温度コントローラ７１１が制御する例を示している。

図６は、例えば同条件で、露光用ランプ１２１の消灯後の制御例を示したものである。

図７は温度コントローラ７１１による制御フローを示したものである。制御開始後、入出力ステップ９０１で第１平面鏡１１７の温度Ｔｇを温度センサー７０１から読み取る。ステップ９０３では制御目標温度tbを次式に基づいて算出する。
tb＝αg÷αb×（Tg−T0）＋T0
次に入出力ステップ９０５で保持板２０１の温度Tbを温度センサー７０３から読み取る。ステップ９０７で保持板２０１の測定値Tbが制御目標温度tbよりも高いと判断したとき、ステップ９０９で冷却媒体の温度を下げるよう熱交換器７０５の処理能力を高める。ステップ９０７で測定値Tbが制御目標温度tbに比べて高くないと判断したときは、ステップ９１１で冷却媒体７０５の温度を上げるようヒーター７０７の処理能力を高める。以上の処理が終了しないときは、ステップ９０１から９０９またはステップ９１１までの処理を繰り返す。

この実施例によれば、第１平面鏡１１７が保持板２０１にフック２０４で固定され、その裏面を接着した場合であっても、それぞれの伸縮による応力の増加は小さく、安定した露光が可能となる。また、それぞれの伸縮による応力の変化が小さいので、端部角に存在する欠けが大きくなることはなく、第１平面鏡１１７が割れることがなくなる。

なお、冷却媒体に液体を用いると、冷却能力が大きくなるので、露光用ランプ１２１の出力がより大きいものに対応できる。また、冷却媒体に気体を用いると、配管から漏れた液体が直下に設置された露光用ランプ１２１に垂れ落ちることがなくなり、露光用ランプ１２１の爆発を回避して装置の安全性を維持することができる。

また、前記実施例では、保持板２０１の温度を主に熱交換気機７０５およびヒーター７０７で調整しているが、ポンプ７０９を主体にして媒体の単位時間当たりの流速、即ち流量を制御するようにしても良い。更には、熱交換気機７０５およびヒーター７０７の設定温度は一定に保ち、前記ポンプ７０９の流量のみで保持板２０１の温度を調整することもできる。

次に、本発明の第二の実施例を図８〜図１０を参照して説明する。前記実施例では、
平面鏡の温度を検出する手段と保持板の温度を検出する手段とを設置し、それぞれの手段で検出した温度変化幅についてそれぞれの熱膨張係数との積が同じになるように、保持板の温度を調整しているが、本実施例では平面鏡の温度を調整するようにした点が異なる。

具体的には、保持板と平面鏡との間に流路を形成し、これに流入する空気の温度を上昇または降下、或いは空気の流量を増減させることで、平面鏡の温度を調整するようにしているが、以下その具体例を図示する実施例に基づいて説明する。

図８は第１平面鏡の設置例であり、第１平面鏡１１７とこれを支える保持板２０１およびフック２０４からなる。その保持板２０１の背面は、図９に示すように、保持板２０１の背面から第１平面鏡１１７を冷却するための気体を通すパイプ８０１と８０３と８０５が設けられている。パイプ８０１と８０３と８０５から供給した気体は、図１０に示す溝８０９から第１平面鏡１１７（図１０では省略）の背面を通過したあと、抜き穴８０７から保持板２０１の背面に排気される。

この実施例では、露光用ランプ１２１の点灯には、例えば、図５に示した温度変化となるよう、パイプ８０１と８０３と８０５に供給する気体の温度を、前記実施例（図４）と同様に、温度コントローラ７１１で熱交換機７０５またはヒーター７０７を作動させて調整する。または、前記実施例（図４）と同様に、熱交換気機７０５およびヒーター７０７の温度と共に、前記ポンプ７０９の流量を調整することで第１平面鏡１１７の温度を調整することもできる。

本実施例によれば、第１平面鏡１１７が露光用ランプ１２１の光照射によってその面内で温度分布が生じるとき、例えば中央部の温度が高くなるとき、パイプ８０５に供給する気体の温度をパイプ８０１または８０３で供給する温度よりも下げることで、第１平面鏡１１７の最高温度を下げて温度分布を均一化することができ、第１平面鏡１１７の表面の反射膜の劣化等を防止することができる。本方式では、気体による冷却であるため、液垂れによる問題、例えば露光用ランプ１２１の爆発等の心配がなく、信頼性を損なうこともない。

以上、第一の実施例では保持板２０１の温度、第二の実施例では平面鏡１１７の温度を代表して夫々調整することで説明したが、これらに限るものではなく、平面鏡と保持板との伸縮量の差を抑制するという技術思想の範囲内で両方式を組合せ或いは変更することが可能であることは言うまでもない。

１０１・・・テーブル
１０３，１０５・・・ステージ
１０７・・・ガラス基板
１０８・・・ミラーハウス
１０９・・・マスク
１１０・・・ランプハウス
１１３・・・凹面鏡
１１５・・・フライアイレンズ
１１７・・・第１平面鏡
１１９・・・集光鏡
１２１・・・露光用ランプ
２０１・・・保持板
２０２，２０３・・・パイプ
２０４・・・フック
７０１，７０３・・・温度センサー
７０５・・・熱交換機
７０７・・・ヒーター
７０９・・・ポンプ
７１１・・・温度コントローラ
８０７・・・抜き穴
８０９・・・溝
８０１，８０３，８０５・・・パイプ

Claims (6)

1. 露光用ランプからの光を集光する集光鏡と、該集光鏡からの光の波長を選択的に反射する平面鏡と、該平面鏡で反射した光の強度分布を一様化するフライアレイレンズとを備え、該フライアレイレンズからの光を用いて、マスクに描かれたパターンをレジストが塗布されたガラス基板に露光する液晶露光装置において、前記平面鏡の温度を検出する手段と、前記平面鏡の裏面を支持する保持板の温度を検出する手段と、前記平面鏡の温度及び前記保持板の温度に応じて、当該平面鏡と保持板との伸縮量の差を抑制するように前記保持板の温度を調整する手段とを備えることを特徴とする液晶露光装置。
2. 請求項１において、前記保持板の温度を調整する手段は、前記保持板の内部に流路を形成し、これに流入する気体または液体の温度を上昇または降下させる手段で構成することを特徴とする液晶露光装置。
3. 請求項１において、前記保持板の温度を調整する手段は、前記保持板の内部に流路を形成し、これに流入する気体または液体の流量を増減させる手段で構成することを特徴とする液晶露光装置。
4. 露光用ランプからの光を集光する集光鏡と、該集光鏡からの光の波長を選択的に反射する平面鏡と、該平面鏡で反射した光の強度分布を一様化するフライアレイレンズとを備え、該フライアレイレンズからの光を用いて、マスクに描かれたパターンをレジストが塗布されたガラス基板に露光する液晶露光装置において、前記平面鏡の温度を検出する手段と、前記平面鏡の裏面を支持する保持板の温度を検出する手段と、前記平面鏡の温度及び前記保持板の温度に応じて、当該平面鏡と保持板との伸縮量の差を抑制するように前記平面鏡の温度を調整する手段とを備えることを特徴とする液晶露光装置。
5. 請求項４において、前記平面鏡の温度を調整する手段は、前記保持板と平面鏡との間に流路を形成し、これに流入する気体の温度を上昇または降下させる手段で構成すること
   を特徴とする液晶露光装置。
6. 請求項４において、前記平面鏡の温度を調整する手段は、前記保持板と平面鏡との間に流路を形成し、これに流入する気体の流量を増減させる手段で構成することを特徴とする液晶露光装置。

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