(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジストが塗布された基板を保持するチャックと、
前記チャックに保持された基板の上方に配置され、紫外光のレーザービームをヘッド部から照射するレーザービーム照射装置と、
前記チャックと前記レーザービーム照射装置とを相対的に移動して、レーザービームによる基板の走査を行う移動手段と、
前記移動手段を制御する制御手段と、
前記チャックに保持された基板の上方に、前記レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで設けられ、基板側に基板から１ｍｍ以下の間隔で開放部を有する空間からなり、内部に酸素を含まない気体を充填した第１の部屋と、
前記第１の部屋の周りに設けられ、基板側に基板から１ｍｍ以下の間隔で開放部を有する空間からなり、内部を真空引きした第２の部屋とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第１の部屋は、内部に窒素ガスを充填したことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記チャックに保持された基板の表面の高さを検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果が所定値以上のとき、前記移動手段の動作を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
フォトレジストが塗布された基板をチャックで保持し、
チャックに保持された基板の上方に、紫外光のレーザービームをヘッド部から照射するレーザービーム照射装置を配置し、
チャックに保持された基板の上方に、レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで、基板側に基板から１ｍｍ以下の間隔で開放部を有する空間からなる第１の部屋を設け、
第１の部屋の周りに、基板側に基板から１ｍｍ以下の間隔で開放部を有する空間からなる第２の部屋を設け、
第１の部屋の内部に酸素を含まない気体を充填し、
第２の部屋の内部を真空引きし、
チャックとレーザービーム照射装置とを相対的に移動しながら、紫外光のレーザービームをレーザービーム照射装置のヘッド部からチャックに保持された基板へ照射して、レーザービームによる基板の走査を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項５】
第１の部屋の内部に窒素ガスを充填することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
チャックに保持された基板の表面の高さを検出し、
検出結果が所定値以上のとき、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動を停止することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板の露光を行うことを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
【請求項８】
請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板の露光を行うことを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、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を走査して、基板上のフォトレジスト膜にパターンを描画する露光装置、露光方法、及びそれらを用いた表示用パネル基板の製造方法に係り、特に紫外光のレーザービームにより基板を走査する露光装置、露光方法、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。
【背景技術】
【０００２】
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、従来、レンズ又は鏡を用いてフォトマスク（以下、「マスク」と称す）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った。
【０００３】
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を走査して、基板上のフォトレジスト膜にパターンを描画する露光装置が開発されている。光ビームにより基板を走査して、基板上のフォトレジスト膜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、走査のプログラムを変更することにより、様々な種類の表示用パネル基板に対応することができる。この様な露光装置として、例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記載のものがある。
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３９２７号公報
【特許文献３】特開２００７−２１９０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ビームの光源には、従来、発光ダイオードが使用されており、近年、波長が３６５ｎｍの紫外光領域のレーザー光を発生するレーザー装置の使用が検討されている。光ビームによる基板の走査は、基板を保持するチャック又は光ビーム照射装置の一方又は両方を移動して行われ、その移動速度は、フォトレジストが硬化する速さに応じて決定される。走査時の移動速度を上げてタクトタイムを短縮するためには、露光効率を向上させて、フォトレジストを速く硬化させる必要がある。
【０００５】
一般に用いられている紫外光硬化型のフォトレジストは、紫外光を照射することにより重合反応を起こして硬化するが、紫外光の照射により基板の周囲の酸素からオゾンが発生し、フォトレジストの重合反応を鈍らせることが知られている。従来は、高出力の発光ダイオードを用いていたので、オゾンの発生による重合反応の鈍化は、それ程問題にならなかった。しかしながら、波長が紫外光領域のレーザー光を発生するレーザー装置を用いる場合、この種のレーザー装置は現在のところ出力が余り高くないため、オゾンの発生による重合反応の鈍化が、露光効率の向上に大きな妨げとなる。
【０００６】
オゾンの発生を抑制するためには、基板の周囲の酸素をできるだけ少なくする必要がある。半導体ウェーハを露光するプロジェクション方式の露光装置では、装置がそれ程大きくないので、装置全体を密封して、内部の酸素を除去することが考えられる。しかしながら、表示用パネル基板に用いられる大型の基板を露光する露光装置では、装置が大きく、装置全体を密封することが困難である。
【０００７】
本発明の課題は、紫外光のレーザービームにより基板を走査する際に、オゾンの発生を抑制して、露光効率を向上させることである。また、本発明の課題は、表示用パネル基板を製造する際に、タクトタイムを短縮して、スループットを向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の露光装置は、フォトレジストが塗布された基板を保持するチャックと、チャックに保持された基板の上方に配置され、紫外光のレーザービームをヘッド部から照射するレーザービーム照射装置と、チャックとレーザービーム照射装置とを相対的に移動して、レーザービームによる基板の走査を行う移動手段と、移動手段を制御する制御手段と、チャックに保持された基板の上方に、レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで設けられ、内部に酸素を含まない気体を充填した第１の部屋と、第１の部屋の周りに設けられ、内部を真空引きした第２の部屋とを備えたものである。
【０００９】
また、本発明の露光方法は、フォトレジストが塗布された基板をチャックで保持し、チャックに保持された基板の上方に、紫外光のレーザービームをヘッド部から照射するレーザービーム照射装置を配置し、チャックに保持された基板の上方に、レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで第１の部屋を設け、第１の部屋の周りに第２の部屋を設け、第１の部屋の内部に酸素を含まない気体を充填し、第２の部屋の内部を真空引きし、チャックとレーザービーム照射装置とを相対的に移動しながら、紫外光のレーザービームをレーザービーム照射装置のヘッド部からチャックに保持された基板へ照射して、レーザービームによる基板の走査を行うものである。
【００１０】
チャックに保持された基板の上方に、レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで第１の部屋を設け、第１の部屋の内部に酸素を含まない気体を充填するので、紫外光のレーザービームが照射される領域は、第１の部屋に充填した気体で覆われて、酸素が少なくなる。また、第１の部屋の周りに第２の部屋を設け、第２の部屋の内部を真空引きするので、紫外光のレーザービームが照射される領域は、外気の流入が遮断され、酸素が少ない状態が維持される。従って、紫外光のレーザービームにより基板を走査する際に、オゾンの発生が抑制され、露光効率が向上する。
【００１１】
さらに、本発明の露光装置は、第１の部屋が、内部に窒素ガスを充填したものである。また、本発明の露光方法は、第１の部屋の内部に窒素ガスを充填するものである。第１の部屋の内部に充填する気体として窒素ガスを用いると、窒素ガスは取り扱いが容易なので、設備が簡単になる。
【００１２】
さらに、本発明の露光装置は、チャックに保持された基板の表面の高さを検出する検出手段を備え、制御手段が、検出手段の検出結果が所定値以上のとき、移動手段の動作を停止するものである。また、本発明の露光方法は、チャックに保持された基板の表面の高さを検出し、検出結果が所定値以上のとき、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動を停止するものである。チャックに保持された基板の表面の高さを検出し、検出結果が所定値以上のとき、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動を停止するので、基板の表面の高さが変動しても、基板が第１の部屋及び第２の部屋に接触することがない。
【００１３】
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又は露光方法を用いて基板の露光を行うものである。上記の露光装置又は露光方法を用いることにより、露光効率が向上するので、レーザービームにより基板を走査する際に、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動速度を速くすることができる。従って、タクトタイムが短縮して、スループットが向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の露光装置及び露光方法によれば、チャックに保持された基板の上方に、レーザービーム照射装置のヘッド部と基板との間の空間を囲んで第１の部屋を設け、第１の部屋の周りに第２の部屋を設け、第１の部屋の内部に酸素を含まない気体を充填し、第２の部屋の内部を真空引きすることにより、紫外光のレーザービームが照射される領域の酸素を少なくすることができるので、紫外光のレーザービームにより基板を走査する際に、オゾンの発生を抑制して、露光効率を向上させることができる。
【００１５】
さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、第１の部屋の内部に窒素ガスを充填することにより、ガスの取り扱いが容易となり、設備を簡単にすることができる。
【００１６】
さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、チャックに保持された基板の表面の高さを検出し、検出結果が所定値以上のとき、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動を停止することにより、基板の表面の高さが変動しても、基板が第１の部屋及び第２の部屋に接触するのを防止することができる。
【００１７】
本発明の表示用パネル基板の製造方法によれば、露光効率を向上させることができるので、レーザービームにより基板を走査する際に、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動速度を速くすることができる。従って、タクトタイムを短縮して、スループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。また、図２は本発明の一実施の形態による露光装置の上面図、図３は本発明の一実施の形態による露光装置の側面図である。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、チャック１０、ゲート１１、レーザービーム照射装置２０、酸素除去室３０、外気遮断室４０、変位計５０、制御装置６０、Ｘステージ駆動回路７１、Ｙステージ駆動回路７２、及びθステージ駆動回路７３を含んで構成されている。なお、露光装置は、これらの他に、露光光を照射する照射光学系、チャック１０へ基板１を供給する供給ユニット、チャック１０から基板１を回収する回収ユニット、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。
【００１９】
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。
【００２０】
図２及び図３において、チャック１０は、基板１の受け渡しを行う受け渡し位置にある。受け渡し位置において、図示しない供給ユニットにより基板１がチャック１０へ供給され、また図示しない回収ユニットにより基板１がチャック１０から回収される。チャック１０は、基板１の裏面を真空吸着して保持する。基板１の表面には、フォトレジストが塗布されている。
【００２１】
基板１の露光を行う露光位置の上空に、ベース３をまたいでゲート１１が設けられている。ゲート１１には、レーザービーム照射装置２０が搭載されている。レーザービーム照射装置２０は、紫外光のレーザービームを、ヘッド部から照射する。図１において、レーザービーム照射装置２０のヘッド部は、ゲート１１から下方へ伸び、その周りには、後述する酸素除去室３０及び外気遮断室４０が設けられている。なお、本実施の形態では２つのレーザービーム照射装置２０が設けられているが、レーザービーム照射装置２０を３つ以上設けてもよい。
【００２２】
図１及び図３において、チャック１０は、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。
【００２３】
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は、直交する二辺がＸ方向及びＹ方向へ向く様に回転される。Ｘステージ５のＸ方向への移動により、チャック１０は、受け渡し位置と露光位置との間を移動される。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、レーザービーム照射装置２０のヘッド部から照射されたレーザービームが基板１を走査し、基板１上のフォトレジスト膜にパターンが描画される。制御装置６０は、θステージ駆動回路７３を制御して、θステージ８の回転を行い、Ｘステージ駆動回路７１及びＹステージ駆動回路７２を制御して、Ｘステージ５のＸ方向への移動及びＹステージ７のＹ方向への移動を行う。
【００２４】
なお、本実施の形態では、チャック１０を移動することにより、チャック１０とレーザービーム照射装置２０とを相対的に移動して、レーザービームによる基板１の走査を行っている。しかしながら、チャック１０の代わりにレーザービーム照射装置２０を移動することにより、チャック１０とレーザービーム照射装置２０とを相対的に移動して、レーザービームによる基板１の走査を行ってもよい。
【００２５】
図４は、酸素除去室及び外気遮断室の構成を示す図である。図４では、酸素除去室３０及び外気遮断室４０を構成する壁の断面が、斜線を付して示されている。チャック１０に保持された基板１の上方に、レーザービーム照射装置２０のヘッド部２１と基板１との間の空間を囲んで、酸素除去室３０が設けられている。酸素除去室３０の周りには、外気遮断室４０が設けられている。基板１と酸素除去室３０及び外気遮断室４０との間隔ｄは、非常に狭く、本実施の形態では、例えば１ｍｍ以下とする。
【００２６】
酸素除去室３０は、流量制御弁３４及び減圧弁３２を介して、窒素ガス供給源３１に接続されている。窒素ガス供給源３１は酸素除去室３０へ窒素ガスを供給し、酸素除去室３０の内部には窒素ガスが充填される。減圧弁３２は、窒素ガス供給源３１から酸素除去室３０へ供給される窒素ガスの圧力を調節し、圧力計３３は、調節された圧力を測定する。流量制御弁３４は、窒素ガス供給源３１から酸素除去室３０へ供給される窒素ガスの流量を調節する。窒素ガス供給源３１から酸素除去室３０へ供給される窒素ガスの圧力及び流量を調節することにより、酸素除去室３０の内部の酸素の濃度が所定値以下に抑えられる。酸素除去室３０の内部には、酸素濃度計３５が設けられており、酸素濃度計３５は、酸素除去室３０の内部の酸素の濃度を測定する。酸素濃度計３５の測定結果は、図１の制御装置６０へ送られる。
【００２７】
外気遮断室４０は、減圧弁４２を介して、真空設備４１に接続されている。真空設備４１は、外気遮断室４０の内部の気体を吸引して、外気遮断室４０の内部を真空引きする。減圧弁４２は、外気遮断室４０から真空設備４１へ吸引される気体の圧力を調節し、圧力計４３は、調節された圧力を測定する。
【００２８】
チャック１０に保持された基板１の上方に、レーザービーム照射装置２０のヘッド部２１と基板１との間の空間を囲んで酸素除去室３０を設け、酸素除去室３０の内部に窒素ガスを充填するので、紫外光のレーザービームが照射される領域は、窒素ガスで覆われて、酸素が少なくなる。また、酸素除去室３０の周りに外気遮断室４０を設け、外気遮断室４０の内部を真空引きするので、紫外光のレーザービームが照射される領域は、外気の流入が遮断され、酸素が少ない状態が維持される。従って、紫外光のレーザービームにより基板１を走査する際に、オゾンの発生が抑制され、露光効率が向上する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、酸素除去室３０に充填する気体として窒素ガスを用いており、窒素ガスは取り扱いが容易なので、設備が簡単になる。しかしながら、本発明で酸素除去室３０に充填する気体は、窒素ガスに限らず、酸素を含まない気体であればよい。
【００３０】
図４において、チャック１０に保持された基板１の上方の外気遮断室４０の近くには、変位計５０が設置されている。変位計５０は、検査光を基板１へ照射し、基板１で反射された反射光を受光して、基板１の表面の高さを検出する。変位計５０の検出結果は、図１の制御装置６０へ送られる。図１において、制御装置６０は、変位計５０の検出結果が所定値以上のとき、Ｘステージ駆動回路７１及びＹステージ駆動回路７２を制御して、Ｘステージ５及びＹステージ７の移動を停止する。これにより、チャック１０とレーザービーム照射装置２０との相対的な移動が停止され、レーザービームによる基板１の走査が中断される。
【００３１】
チャック１０に保持された基板１の表面の高さを検出し、検出結果が所定値以上のとき、チャック１０とレーザービーム照射装置２０との相対的な移動を停止するので、基板１の表面の高さが変動しても、基板１が酸素除去室３０及び外気遮断室４０に接触することがない。
【００３２】
以上説明した実施の形態によれば、チャック１０に保持された基板１の上方に、レーザービーム照射装置２０のヘッド部２１と基板１との間の空間を囲んで酸素除去室３０を設け、酸素除去室３０の周りに外気遮断室４０を設け、酸素除去室３０の内部に酸素を含まない気体を充填し、外気遮断室４０の内部を真空引きすることにより、紫外光のレーザービームが照射される領域の酸素を少なくすることができるので、紫外光のレーザービームにより基板を走査する際に、オゾンの発生を抑制して、露光効率を向上させることができる。
【００３３】
さらに、以上説明した実施の形態によれば、酸素除去室３０の内部に窒素ガスを充填することにより、ガスの取り扱いが容易となり、設備を簡単にすることができる。
【００３４】
さらに、以上説明した実施の形態によれば、チャック１０に保持された基板１の表面の高さを検出し、検出結果が所定値以上のとき、チャック１０とレーザービーム照射装置２０との相対的な移動を停止することにより、基板１の表面の高さが変動しても、基板１が酸素除去室３０及び外気遮断室４０に接触するのを防止することができる。
【００３５】
本発明の露光装置又は露光方法を用いて基板の露光を行うことにより、露光効率を向上させることができるので、レーザービームにより基板を走査する際に、チャックとレーザービーム照射装置との相対的な移動速度を速くすることができる。従って、タクトタイムを短縮して、スループットを向上させることができる。
【００３６】
例えば、図５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、露光装置を用いて、フォトレジスト膜にパターンを形成する。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。
【００３７】
また、図６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。
【００３８】
図５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６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方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施の形態による露光装置の上面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による露光装置の側面図である。
【図４】酸素除去室及び外気遮断室の構成を示す図である。
【図５】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。
【図６】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】
【００４０】
１  基板
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
１０  チャック
１１  ゲート
２０  レーザービーム照射装置
２１  ヘッド部
３０  酸素除去室
３１  窒素ガス供給源
３２，４２  減圧弁
３３，４３  圧力計
３４  流量制御弁
３５  酸素濃度計
４０  外気遮断室
４１  真空設備
５０  変位計
６０  制御装置
７１  Ｘステージ駆動回路
７２  Ｙステージ駆動回路
７３  θステージ駆動回路
【図１】
0005294678.tif 000002
【図２】
0005294678.tif 000003
【図３】
0005294678.tif 000004
【図４】
0005294678.tif 000005
【図５】
0005294678.tif 000006
【図６】
0005294678.tif 000007