(57)【要約】【課題】液晶露光装置において、フォトマスクの変形に伴うガラス基板上のパターンの変形を避けて液晶パネルの品質を向上させると共に、フォトマスクとガラス基板間の圧力変動によって生じるマスク変形が小さくなるまで待つことなく露光開始可能とすることで生産性をも向上する。【解決手段】フォトマスク５１１と対向するガラス基板５１３を支えるチャック５１５の裏面にひずみ測定手段６０１を設置し、フォトマスク５１１とガラス基板５１３との間隔を調整するときの圧力変動を前記ひずみ測定手段６０１で測定し、このひずみ値が、予め設定したひずみ値になり、かつ、その時間微分値が負の値をとるときにフォトマスク５１１のパターンをガラス基板５１３に転写する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクとガラス基板とを隙間を介して対向配置し、前記フォトマスクのパターンを前記ガラス基板に転写する液晶露光装置において、ガラス基板をフォトマスクに対して相対的に移動するステージ機構と、該ステージ機構に支持されて前記ガラス基板を保持するチャックと、
該ガラス基板を保持するチャックの裏面に配置されたひずみ測定手段と、を備え、前記ひずみ測定手段の出力を用いて前記フォトマスクのパターンをガラス基板に転写することを特徴とする液晶露光装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶露光装置において、前記フォトマスクのパターンをガラス基板に転写する条件として、前記ひずみ測定手段で測定したひずみ値と当該ひずみ値の時間微分値を用いることを特徴とする液晶露光装置。
【請求項３】
請求項２記載の液晶露光装置において、前記ひずみ測定手段で測定したひずみ値が予め設定したひずみ値以下で、前記ひずみ値の時間微分値が負の値であることを条件に転写することを特徴とする液晶露光装置。
【請求項４】
請求項１記載の液晶露光装置において、前記ひずみ測定手段は、前記チャックの裏面に複数個設け、それぞれが前記ガラス基板上に転写されるパターンの範囲内に設置することを特徴とする液晶露光装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶露光装置において、前記ひずみ測定手段は、前記チャックを支えて凸凹調整するために用いるピンの側面に設置することを特徴とする液晶露光装置。
【請求項６】
請求項１記載の液晶露光装置において、前記ひずみを測定手段は、複数の不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体単結晶基板で構成し、前記フォトマスクとガラス基板との間隔を調整するときの圧力変動を測定することを特徴とする液晶露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルの製造装置に係り、特にフォト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。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルの製造には、フォトレジスト膜などが形成されたガラス基板とフォトマスクとを１mm以下に近づけ、露光用ランプからの光を平行光にしてフォトマスクに照射し、フォト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。
【０００３】
この露光装置において、近年は液晶パネルの大型化が進み、これに対応する大面積フォトマスクを装着することが必要になってきた。また、液晶パネルの需要増に対応するため、高い生産性も必要となっている。
【０００４】
特許文献１は、このために考案された技術であり、フォトマスクが大型化したときに自重によるたわみが転写パターンに与える影響について、これが許容範囲になるようフォトマスクへの光照射範囲を限定しながら複数回露光することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２７７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２に最近考えられている液晶露光装置の代表的な構成を示す。尚、外側カバーや各種支持構造等は省略している。
【０００７】
水銀ランプ５０１からの光は、集光鏡５０３で集光しフライアイレンズ５０５を通して強度分布を均一化する。フライアイレンズ５０５から出た光は、シャッター５２９を透過し、集光鏡５０７で平行な光にして平面鏡５０９でフォトマスク５１１に垂直に入射する。この光により、フォトマスク５１１の下面のパターン（図示省略）をガラス基板５１３に転写する。ガラス基板５１３は、チャック５１５で支持されており、ステージ５１７、５１９でステージ５２１上でXY方向に位置決めされる。
【０００８】
フォトマスク５１１は、ホルダー５２３に支持される。ホルダー５２３は、モーター５２５によってフォトマスク５１１とガラス基板５１３が平行かつ数十から数百ミクロンメートルの間隔になるよう調整される。尚、図２では、説明のためフォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔を大きく表示している。また、モーター５２５は４個であるが、うち一つは平面鏡５０９で隠されている。
【０００９】
このような図２の液晶露光装置において、フォトマスク５１１のパターンをガラス基板５１３に転写する一連の動作は次の通りである。
（１）搬送ロボット（図示省略）が、ガラス基板５１３をチャック５１５上に置く。その後、ガラス基板５１３をチャック５１５に真空吸着する（これに係わる構成は図示省略）。
（２）ステージ５１７、５１９がステージ５２１上で所定のXY位置に移動する。
（３）モーター５２５は、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３が平行かつ数十から数百ミクロンメートルの間隔になるよう調整する。なお、ステージ５１７と５１９がガラス基板５１３を搭載して移動する際には、移動中の振動や予期しないステージ５１７または５１９の変形によってフォトマスク５１１とガラス基板５１３が接触しないよう、その間隔を数百ミクロンメートルから１ミリメートル程度まで広げておく。
（４）シャッター５２９は、所定時間水銀ランプ５０１の光を透過させ、フォトマスク５１１の下面のパターンを直下にあるガラス基板５１３に転写する。
【００１０】
（５）モーター５２５は、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３が数百ミクロンメートルから１ミリメートルの間隔になるよう調整する。
（６）ステージ５１７、５１９がステージ５２１上で次の転写位置のXY位置に移動する。
この後、ガラス基板５１３上に複数の転写をするときには、（３）（４）（５）（６）を繰り返えす。
（７）ガラス基板５１３をチャック５１５に固定する真空吸着を解除する。
（８）搬送ロボットが、ガラス基板５１３をチャック５１５から取り上げ、これに換わるガラス基板をチャック５１５上に置く。
【００１１】
このような露光動作におけるフォトマスクの変形について、図３を参照して説明する。モーター５２５が、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔が数百から数十ミクロンメートルになるよう調整する途中で、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間にある空気の圧力が高まる。この空気圧によって、図３に示すようにフォトマスク５１１が変形する。尚、図３では説明のため、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔と変形を大きく表示している。
【００１２】
フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔が数百ミクロンメートル以下と狭く、空気の粘性が高いため、圧力は数十キロパスカルに達する。この圧力により、フォトマスク５１１は変形し、その中央では０．１ミリメートルに達する。
【００１３】
図４は、モーター５２５が、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔が数百から数十ミクロンメートルになるよう調整した後、フォトマスク５１１の自重により変形する様子を示したものである。尚、図４でも説明のため、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔と変形を大きく表示している。
【００１４】
３２インチ液晶パネル用のフォトマスク５１１であると、中央の変形（たわみ）は数ミクロンメートルであるが、６５インチ液晶パネル用のフォトマスク５１１になると数十ミクロンメートルに達する。
【００１５】
前記特許文献１では、図４に示した自重変形による転写パターンの変形を抑えることはできるが、図３の状態から図４の状態になるまでに十分な待ち時間が必要である。待ち時間は、６５インチ液晶パネル用のフォトマスク５１１になると数秒を要することになる。そして、この待ち時間は、フォトマスク５１１の実変形に沿ったものではなく、予めフォトマスク５１１の変形と時間の関係を測定しておき、それが再現されるとの前提で待ち時間を設定している。
【００１６】
このため、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の位置関係で、両者が平行でない場合があると変形と時間との関係がくずれ、待ち時間が大きくなるだけでなく、フォトマスク５１１が変形したまま転写するおそれもある。
【００１７】
本発明はこのような現象に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フォトマスクの変形に伴うガラス基板上のパターンの変形を避けて液晶パネルの品質を向上させると共に、フォトマスクとガラス基板間の圧力変動によって生じるマスク変形が小さくなるまで待つことなく露光開始可能とすることで生産性をも向上することの出来る液晶露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明はフォトマスクとガラス基板とを隙間を介して対向配置し、前記フォトマスクのパターンを前記ガラス基板に転写する液晶露光装置において、その特徴とするところは、ガラス基板をフォトマスクに対して相対的に移動するステージ機構と、該ステージ機構に支持されて前記ガラス基板を保持するチャックと、該ガラス基板を保持するチャックの裏面に配置されたひずみ測定手段とを備え、前記フォトマスクのパターンをガラス基板に転写する条件として前記ひずみ測定手段の出力を用いることで、ひずみ値を考慮した転写を可能にすることにある。
【００１９】
更には、転写条件としての前記ひずみ値の用い方、ひずみ測定手段の設置及び構造についても特徴を有するが、それらについては以下述べる発明の実施の形態の中で明らかにする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フォトマスクの変形をひずみ測定手段で検出して転写することができるので、フォトマスクパターンの転写精度が向上し、特に大型液晶パネルの製造でその品質を向上することが出来る。また、フォトマスク変形が目標となる転写精度内におさまる最短の時間で転写可能となるので、液晶パネルの生産性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例に係る液晶露光装置の構成図
【図２】最近考えられている液晶露光装置の概略図
【図３】図２におけるフォトマスクの変形を説明する図
【図４】図２におけるフォトマスクの変形を説明する図
【図５】本発明の一実施例に係るシャッターの開閉条件を説明する図
【図６】本発明の他の実施例に係る液晶露光装置の説明図
【図７】本発明の他の実施例に係る液晶露光装置の説明図
【図８】本発明の一実施例に係るひずみ測定手段の具体的構成図
【図９】本発明の一実施例に係るひずみ測定手段の接続図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明による液晶露光装置の一実施例を示したものである。水銀ランプ５０１からの光は、集光鏡５０３で集光しフライアイレンズ５０５を通して強度分布を均一化する。フライアイレンズ５０５から出た光は、シャッター５２９を透過し、集光鏡５０７で平行な光にして平面鏡５０９でフォトマスク５１１に垂直に入射する。この光は、フォトマスク５１１の下面のパターン（図示省略）を直下にあるガラス基板５１３に転写する。ガラス基板５１３は、チャック５１５で支持され、ステージ５２１上のステージ５１９、５１７でXY方向に位置決めされる。
【００２３】
フォトマスク５１１は、ホルダー５２３に支持される。ホルダー５２３は、モーター５２５によってフォトマスク５１１とガラス基板５１３が平行かつ数十から数百ミクロンメートルの間隔になるよう調整される。尚、図では、説明のためフォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔を大きく表示している。また、モーター５２５は４個であるが、そのうち２つのみを表示している。
【００２４】
図１の液晶露光装置において、フォトマスク５１１のパターンをガラス基板５１３に転写する一連の動作は次の通りである。
（１）搬送ロボットが、ガラス基板５１３をチャック５１５上に置く。この後、ガラス基板５１３をチャック５１５に真空吸着する（これに関わる構成は図示省略）。
（２）ステージ５１７、５１９がステージ５２１上で所定のXY位置に移動する。このとき、移動中の振動や予期しないステージ５１７または５１９の変形によってフォトマスク５１１とガラス基板５１３が接触しないよう、その間隔を数百ミクロンメートルから１ミリメートル程度まで広げておく。
（３）モーター５２５は、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３が平行かつ数十から数百ミクロンメートルの間隔になるよう調整する。
【００２５】
（４）ひずみ測定手段６０１は、チャック５１５裏面であって、ステージがXY方向にステップ移動したときにフォトマスク５１１中央下に位置するよう設置する。モーター５２５が、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間隔を調整すると、両者の間の圧力が変化しフォトマスク５１１とガラス基板５１３を変形させる。ガラス基板５１３の変形はこれを保持するチャック５１５に伝えられる。ひずみ測定手段６０１はこのチャック裏面のひずみを検出し、ブリッジ回路６０３はその信号を増幅する。
（５）ブリッジ回路６０３から出た信号は２分割し、ひとつはシャッター開閉回路６０７に入力する（信号Aとする）。もうひとつは、時間微分演算回路６０５で時間経過でのひずみ変化量を計算しシャッター開閉回路６０７に入力する（信号Bとする）。
【００２６】
（６）図５は、シャッター開閉回路６０７において、前出信号AとBをもとにシャッター５２９の開閉条件および制御方法を説明したものである。図５上段は、チャック５１５裏面ひずみの時間変化（前出信号A）を示したものである。横軸は、時間であるがひずみ発生から終了までの相対時間を示している。縦軸は、ひずみであるがこれの発生から終了までの相対値を示している。ひずみ値の初期値は、ステージ５１７、５１９がXY方向にステップ移動終了後であって、フォトマスク５１１とガラス基板５１３を所定の間隔に設定する時刻とする。
【００２７】
図５中段は、同上段の時間範囲で時間経過でのひずみ変化量（前出信号B）を示したものである。図５下段は、シャッター５２９の開閉を示したもので、ここでは、時間１．９５から同２．８までシャッター５２９が開いて水銀ランプ５０１の光を透過している。シャッター５２９が開く時間１．９５は、図５上段のグラフからひずみ値がε1以下となる時間範囲であって、かつ、図５中段のグラフからひずみの変化量が負の値となる範囲（図中両端矢印範囲、時間１．６から２．２）を満たす時間として決定する。
【００２８】
その後、次の動作を行う。
（７）シャッター５２９を時間０．８５経過後閉じる。
（８）モーター５２５は、フォトマスク５１１を支持するホルダー５２３を、フォトマスク５１１とガラス基板５１３が数百ミクロンメートルから1ミリメートルの間隔になるよう調整する。
（９）ステージ５１７、５１９がステージ５２１上で次の転写位置のXY位置に移動する。
【００２９】
この後、ガラス基板５１３上に複数の転写をするときには、上記（３）（４）（５）（６）（７）（８）（９）の動作を繰り返えした後、次の動作を行う。
（１０）ガラス基板５１３をチャック５１５に固定する真空吸着を解除する。
（１１）搬送ロボットが、ガラス基板５１３をチャック５１５から取り上げ、これに換わるガラス基板（図示省略）をチャック５１５上に置く。
【００３０】
ここで、図５上段中、ひずみ値ε1にフォトマスク５１１が変形する許容値を対応させておくことにより、フォトマスク５１１の変形が許容値以下となる状態で転写が可能となり、液晶パネルの品質の向上が可能となる。また、フォトマスク５１１の変形を実時間で検出できるため、フォトマスク５１１とガラス基板５１３の間の空気が逃げ遅れた時であっても、これを検知しフォトマスク５１１の変形が許容値以下となる状態で転写が可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
さらに、図５下段で、シャッター５２９を開く時間１．９５とフォトマスク５１１の変形が許容値となる時間を一致させることができるため、フォトマスク５１１の変形が十分小さくなる時間、たとえば時間２．２まで待ってからシャッター５２９を開く従来の方法より一連の露光操作時間を短縮でき液晶パネルの生産性を向上させることができる。
【００３２】
本実施例ではさらに、フォトマスク５１１の変形をチャック５１５の裏面から検出できるため、前記特許文献１で示された方式がフォトマスク５１１の上方であって水銀ランプ５０１の光をさえぎるように設置したフォトマスク５１１とガラス基板５１３のギャップを検出する機構を、転写の際に退避させる時間が必要なくなり、液晶パネルの生産性をさらに向上させることができる。
【実施例２】
【００３３】
図６は、本発明による液晶露光装置の他の実施例を示したもので、図１におけるステージ５２１からガラス基板５１３に相当する部分を示し、水銀ランプ５０１からフォトマスク５１１に相当する部分は省略している。
【００３４】
図６の実施例では、ガラス基板５１３に対して、フォトマスク５１１のパターン転写を４回繰り返すことを示しており、その転写されたパターンは破線で示す７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃ、７０１ｄである。この実施例では、転写パターンの中央であってチャック５１５の裏面にひずみ検出手段６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄを配置している。チャック５１５がステージ５２１上でＸＹ方向にステップ移動して、たとえば、パターン７０１ａの位置にフォトマスク５１１のパターンを転写するときには、図５上段に示すひずみの時間変化はひずみ検出手段６０１ａを採用することにする。
【００３５】
本実施例によると、大型のガラス基板５１３に複数のフォトマスクパターンを転写する時であっても、その転写範囲であってフォトマスク５１１とガラス基板５１３の間の圧力変動によるひずみ変化を直近で検出しひずみ検出信号を高い値とすることができ、シャッター５２９の開閉タイミング誤差を小さくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【００３６】
さらに、この構成であっても、ひずみ値の初期値をステージ５１７、５１９がXY方向にステップ移動終了後であってフォトマスク５１１とガラス基板５１３を所定の間隔に設定する時刻とするため、転写エリア７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃ、７０１ｄでチャック５１５の温度が異なりひずみ検出手段６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄの値が異なっていたとしても、図５で示したシャッター５２９を開く時間が変化することなく、安定した生産が可能となる。
【実施例３】
【００３７】
図７は、本発明による液晶露光装置の他の実施例を示したものであり、図１におけるステージ５２１からステージ５１７に相当する部分を示し、水銀ランプ５０１からフォトマスク５１１、ガラス基板５１３までの構成を省略している。また、チャック５１５は、説明の都合上、一部を切り欠いた状態で示してある。
【００３８】
図７において、ステージ５１７上にあって、複数個設置したピン５３１は、チャック５１５がこれと対向するフォトマスク５１１と平行になるようチャックの凸凹調整をするために用いる。本実施例では、このピン５３１の胴中央に、ひずみ検出手段８０１を設置する。
【００３９】
これにより、ガラス基板５１３にフォトマスク５１１のパターン転写を複数回繰り返すときであって、それが４回でも６回でも、回数に依存せずパターン転写範囲にあって最大のひずみ値を示すひずみ検出手段を用いることで、大型のガラス基板５１３に複数のフォトマスクパターンを転写する時であっても、その転写範囲であってフォトマスク５１１とガラス基板５１３の間の圧力変動によるひずみ変化を高い値とすることができ、シャッター５２９の開閉タイミング誤差を小さくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
【実施例４】
【００４０】
図８および図９は、本発明に特に好適なひずみ測定手段の一実施例を示す。図８および図９は、実施例１または２，３で用いるひずみ検出手段６０１又は８０１について、一般的に用いられるひずみが発生したとき抵抗値が変化する方式とは異なり、複数の不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体単結晶基板で構成した例である。
【００４１】
すなわち本実施例は、ひずみ感応部として半導体基板に不純物拡散層を設けたものであり、半導体単結晶の結晶方位とピエゾ抵抗係数の関係を考慮し、不純物拡散抵抗の電流方向とひずみを計測する方向との関係を、所望の特性を得られるように考慮したものである。以下の説明では、単結晶半導体基板８０１（ひずみ検出手段８０１自体が単結晶半導体基板で構成される）の結晶面や結晶方位の表記には、ミラー指数を用いる。
【００４２】
ミラー指数表記においては、マイナス方向を指定する場合、数字の上にバーを付するが、本明細書中においては便宜上バーの付いた数字は“−”をつけて〔−１１０〕のように表記する。また特定の面や方向を表す場合には（  ）と〔  〕をそれぞれ用い、単結晶半導体基板内において等価である面や方向を表す場合には、それぞれ｛  ｝と＜＞を用いて表記する。さらに、本明細書においては不純物拡散層の長手方向に電流を流し、電流の流れる方向の抵抗値の変動を計測する。抵抗の長手方向という表記は電流を流し抵抗値変動を計測する方向を意味するものとする。
【００４３】
図８において、ピン５３１の軸方向について、互いに直角となるよう４つのｐ型不純物拡散抵抗８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄを設置する。このとき、不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板８０１の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するようにする。
【００４４】
この４つは、図９に示すように接続してホイートストンブリッジ回路を構成し、ピン５３１の軸方向のひずみをリード線８０５ａと８０５ｂ間の電流変化として検出する。この信号は、図５におけるシャッター開閉回路への信号Ａと、時間微分演算回路６０５を介してシャッター開閉回路への信号Ｂとして用いる。この配置により、ピン５３１の軸方向のひずみに対して、ピエゾ抵抗効果によって大きな抵抗値の変化が得られる高感度のひずみ検出ができる。
【００４５】
このひずみ検出手段８０１は、半導体製造プロセスを用いて製作するためその内部に微細なブリッジ回路を形成することができ、そのブリッジ回路が小さく内部を磁束が通り抜け難いので、ノイズが載り難いという特徴が有る。よって、前述のステージ５１７や５１９をＸＹ移動させる駆動源としてのリニアモータがあった場合でも、これからのノイズを気にすることなく、高精度な測定が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
５０１・・・水銀ランプ
５０３・・・集光鏡
５０５・・・フライアイレンズ
５０７・・・集光鏡
５０９・・・平面鏡
５１１・・・フォトマスク
５１３・・・ガラス基板
５１５・・・チャック
５１７，５１９，５２１・・・ステージ
５２３・・・ホルダー
５２５・・・モーター
５２９・・・シャッター
５３１・・・ピン
６０１，８０１・・・ひずみ検出手段
６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄ・・・ひずみ検出手段
６０３・・・ブリッジ回路
６０５・・・時間微分演算回路
６０７・・・シャッター開閉回路
７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ，７０１ｄ・・・転写エリア
８０４ａ，８０４ｂ，８０４ｃ，８０４ｄ・・・ｐ型不純物拡散抵抗
８０５ａ，８０５ｂ・・・リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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