CN1854900A - 偏振光照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是防止因掩膜的弯曲产生的消光比的下降和偏振轴的偏差。在本发明，从光照射部(10)射出的偏振光经由掩膜(M)，相对于基板(W)的取向膜入射角度呈θ地倾斜入射。在光照射部的偏振元件(13)的光入射侧设置具有光透射窗(17a)的第一隔壁(17)，在光照射部的光射出侧设置覆盖掩膜及掩膜的周围的第二隔壁(18)。从第一隔壁至第二隔壁的空间(S)，用排气孔(16b)上设置的风扇(40)等的排气机构进行减压。由此，被掩膜台(20)保持的掩膜从压力高的光射出侧向压力低的光入射侧推压而抬起，矫正由掩膜的自重产生的弯曲。掩膜的弯曲被矫正，所以从光照射部射出的偏振光以相等的角度入射到掩膜，可以防止消光比下降和偏振轴偏差。

Description

偏振光照射装置

技术领域

本发明涉及适合于液晶显示元件的取向膜的光取向的偏振光照射装置，尤其涉及可以防止消光比下降和偏振轴的偏差的偏振光照射装置。

背景技术

近年来，关于以液晶面板为首的液晶元件的取向膜、或视场角补偿薄膜的取向层等的取向处理，采用通过对取向膜照射预定波长的偏振光来进行取向的、被称作光取向的技术。以下，将设有利用上述光进行取向的取向膜或取向层的薄膜等、利用光来产生取向特性的膜和层统称为光取向膜。

但是，在液晶元件的取向膜的取向中，如图6所示，将1个像素分割成2个或这以上，对分割的每个像素改变液晶的取向方向，由此进行液晶面板的视场角的改善。并且，在图6中，由黑矩阵包围的区域为各像素P1、P2、P3...，在该图中作为一例示出将像素P2分割成4个，改变了取向方向(该图的箭头)的例子。该方法称为像素分割法、或多区域(Multidomain)法。

在将光取向适用于上述像素分割法时，使用掩膜对像素的分割的一个部分照射具有期望的偏振方向(偏振轴的方向)的偏振光，接着更换掩膜，或者，使掩膜相对于工件水平旋转，在从工件看与最初偏振方向不同的方向上照射分割后的其他部分。通过仅重复分割数目，可以改变每个分割像素的液晶取向方向。

再者，对光取向膜赋予预倾角的情况下，从与预倾角相应的角度倾斜地向取向膜照射光。

作为将光取向适用于上述像素分割法、并对光取向膜从斜向照射光的曝光方法和光照射装置，已知的有例如专利文献1和专利文献2记载的技术。

图7表示用于将光取向适用于像素分割时的偏振光照射装置的一例。

偏振光照射装置包括射出偏振光的光照射部10、保持形成有图案的掩膜M的掩膜台20、及载置形成有取向膜的基板W的工作台30。

掩膜M通过真空吸附等被保持在工作台20的下面，使形成有光取向膜的基板W和掩膜M接近到数十μm至数百μm进行曝光。

图8是表示所使用的掩膜M的一例的图。如该图所示，在掩膜M的、与分割后的像素(以图的虚线包围的区域相当于1个像素)的一个区域对应的位置上设置开口部OP，标记了用于对准的掩膜对准标记MAM。

在图7中，被载置在工作台30上的基板W由未图示的对准显微镜检测出上述掩膜对准标记MAM、和形成在基板上的工件对准标记(未图示)；移动工作台30，以便两者成为预定的位置关系；并进行掩膜M和基板W的对准。对于对准方法例如可以采用上述专利文献1所记载的方法。

在光照射部10中设置有发射如上所述地使取向膜取向的波长的光(例如、紫外光)的光源11(例如，超高压水银灯和反射镜)，来自光源11的光由平面反射镜12反射，入射到偏振元件13被偏振。在该图中，作为偏振元件13示出将多个玻璃板以相对于光轴成布鲁斯特角(Brewster Angle)的方式配置的元件。由偏振元件13偏振的光，入射到用于使照度分布均匀的积分器14，自积分器14射出的光被准直镜(collimator mirror)15反射，成为平行光从光照射口10a射出。

光照射部10除光射出口之外由外装盖16覆盖，避免光从光照射部10漏泄、或光进入光照射部10。

再者，为了对光取向膜赋予预倾角，自光照射部10射出的偏振光经由掩膜M，使入射角度相对于基板W的取向膜成θ地倾斜入射。

入射到取向膜的偏振光的消光比、偏振方向(以下也称为偏振轴)和入射角度θ事先通过实验求出最佳值。

偏振光的偏振方向和取向膜的入射角度，使偏振元件13以光轴为旋转轴而旋转，或调整准直镜15的反射角度，调整成通过实验求出的期望的值。

专利文献1：日本特许第3540174号公报

专利文献2：日本特许第3458733号公报

专利文献3：日本特开平4-110855号公报

专利文献4：日本特开平10-198039号公报

专利文献5：日本特开2002-287147号公报

在上述偏振光照射装置中，来自光照射部10的偏振光经由掩膜M被照射到工件W上。当由上述结构的偏振光照射装置向掩膜M倾斜照射光时，在偏振方向上产生偏差。

本发明者发现当偏振光相对光学元件倾斜入射而透射时，该偏振轴旋转、即偏振方向变化，考虑上述偏振方向的偏差的原因在于向掩膜M的偏振光的入射角度一部分不同。

图9是向掩膜所使用的同质的石英玻璃(厚度1.1mm)以各种不同角度入射偏振光时，测量了透射光的偏振轴的旋转角度的图，写在该图的横轴下方的角度表示旋转角度。图9(a)是偏振方向为图面前后的情况，图9(b)是偏振方向为图面左右的情况。如该图所示地透射了石英玻璃的偏振光，其偏振方向变化。

在图7的偏振光照射装置中，入射到掩膜M的偏振光由准直镜15形成平行光，掩膜面若为平面，在整个掩膜面入射的偏振光的角度相等。因此，即使从掩膜M射出的偏振光的偏振轴旋转，若事先求出相对入射角度的偏振轴的旋转角度、修正该角度部分，则没问题。

但是，当掩膜M因自重而弯曲时，即使对掩膜M照射平行光，也如图10所示，根据入射位置对掩膜面不同角度(θ1≠θ2，…≠θ4)入射光。由于如图9所示地因入射角度而偏振轴的旋转角度不同，所以，如上所述，入射到掩膜M的光的角度不同，就如上所述地偏振轴的方向产生偏差。

例如专利文献3、4所述，已知工作台上保持的掩膜因自重而产生弯曲，掩膜越大型化、该弯曲量越大。

例如，上述以往技术的偏振照射装置使用的掩膜随着基板的大型化而大型化，是1300mm×1100mm～1400mm×1200mm、厚度为13mm～15mm的基板，该弯曲量也随掩膜的保持方法，但在300μm～500μm程度。

如上述专利文献3、4所述，当掩膜弯曲时，在曝光时掩膜和基板的间隔不恒定，曝光精度变差。但是，在光取向所使用的偏振光照射装置中，除上述之外，还产生如下所述的问题。

(i)当掩膜弯曲时，即使平行光入射，亦如上述图10所示，入射角度根据位置变化。因此，如上所述地出射的偏振光的偏振轴方向变化。

因此，照射到取向膜的偏振光的偏振轴根据位置而不同，在照射面内偏振轴的方向产生偏差。

当用偏振轴产生偏差的偏振光进行光取向处理时，产品即液晶元件的对比度根据位置而不同，成为看到不均匀的产品那样的不合格的原因。

(ii)例如专利文献5的段落[0010]～[0012]所记载，当偏振光透射有歪斜的光学元件时，消光比下降。当掩膜弯曲时，因掩膜产生歪斜，所以消光比下降。

当消光比下降时，因限制取向膜的取向的力量减弱，所以无法使液晶充分取向，成为产品不良的原因。

因此，矫正掩膜的弯曲，期望使弯曲量缩小到例如100μm以下左右。

在上述专利文献3、4中，作为用于防止掩膜弯曲的方法记载着如下方法：在掩膜的光入射侧设置密闭空间，通过对该空间进行减压，由压力差抬起掩膜，矫正为平面。

但是，在这种方法中，在掩膜的光入射侧重新设置用于形成减压用的密闭空间的、透射光的构件(光透射窗)。但是，该光透射窗因自重产生弯曲，除此之外具有作为压力隔壁的作用，所以由压力差进一步增加弯曲和歪斜。

因此，虽然可以消除掩膜的弯曲，但是成为所追加的光透射窗偏振轴偏差或消光比下降的新原因，所以无法解决消光比下降或偏振轴偏差的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述事情做出的，其目的在于，在偏振光的光路径中不设置光学元件并消除掩膜的弯曲，防止因掩膜的弯曲而产生的消光比下降或偏振轴的偏差。

在本发明中如下地解决上述课题。

在偏振光照射装置的光照射部中，将从偏振元件的入射侧到掩膜的光入射侧空间的压力设为低于掩膜的光射出侧空间的压力。

具体而言，将从设置在上述偏振元件的光入射侧的隔壁到掩膜面做成密封空间，使该空间的压力比掩膜的射出侧空间的压力低。

通过做成上述结构，在掩膜的光射出侧(外侧)和光入射侧(内侧)产生压力差，被掩膜台保持的掩膜，从压力高的光射出侧朝向压力低的光入射侧被推压抬起，弯曲被矫正。

在此，当设压力为P、掩膜的面积为A、掩膜的质量为m、重力加速度为g时，矫正掩膜弯曲的压力理论上根据P＝mg/A求出。

例如，当设面积为1400mm×1200mm、比重为2.2、厚度为15mm时，若设掩膜的光射出侧为大气压即0.1MPa时，在掩膜的光入射侧产生大约320Pa的差压即可。

如此一来，用于矫正掩膜弯曲的压力差(差压)小，即使有些泄漏，也可以比较容易实现。在此所述的密封空间，若施加该程度的压力差即足够。

例如，即使不是严密密闭，在掩膜台上设置掩膜移动机构时，虽然由该移动部的间隙等产生泄漏，但是做成缩小空气流入的流路而传导率(conductance)增大的构造即可。

发明效果

在本发明中，可以取得以下效果。

(1)在从偏振元件到工件之间、即偏振光通过的区域，不重新设置光学元件，可以防止掩膜的弯曲，所以可以防止消光比的下降和偏振轴的偏差。

因此，例如进行液晶元件的光取向处理的情况下，可以解除如对比度因位置而不同、看到不均匀的问题，解除因消光比下降不能使液晶充分取向的问题。

并且，即使在偏振元件的入射侧设置透射光的光学构件，由于在该位置光不被偏振，所以不产生偏振方向的变化、偏振轴的旋转的问题。

(2)可以使掩膜和基板的间隔一定，所以可以防止由掩膜的弯曲产生的曝光精度的恶化。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的偏振光照射装置的结构的图；

图2是表示第一实施例的变形例(1)的图；

图3是表示第一实施例的变形例(2)的图；

图4是表示本发明的第二实施例的偏振光照射装置的结构的图；

图5是表示图4中掩膜附近的结构例的图；

图6是说明多区域法的图；

图7是表示用于在像素分割时应用光取向的偏振光照射装置的结构例的图；

图8是表示偏振光照射装置中使用的掩膜的一例的图；

图9是说明倾斜入射的偏振光透射石英板时的偏振轴的偏差的图；

图10是说明掩膜弯曲时的向掩膜的入射角的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的第一实施例的偏振光照射装置的结构图；

与上述图7所示的相同，具有射出偏振光的光照射部10、保持形成有图案的掩膜M的掩膜台20、和载置形成有取向膜的基板W的工作台30。在光照射部10中如上所述设置有放射使取向膜取向的波长的光的光源11，来自光源11的光由平面反射镜12反射，入射到偏振元件13被偏振。并且，在该图中，作为偏振元件13，虽然示出配置成多个玻璃板相对于光轴呈布鲁斯特角的元件，但也可以使用其他偏振元件。

由偏振元件13偏振的光入射到用于使照度分布均匀的积分器14，从积分器14射出的光被准直镜15反射而成为平行光从光照射口10a射出。

如上所述，掩膜M以真空吸附等保持在掩膜台20的下面，使形成有光取向膜的基板W和掩膜M接近于数十μm至数百μm进行曝光。

再者，如上所述地用未图示的对准显微镜检测出上述掩膜对准标记和形成在基板上的工件对准标记，移动工作台30使两者成为预定的位置关系，进行掩膜M和基板W的对准。

在本实施例中，除上述结构之外，在光照射部10的偏振元件13的光入射侧，设置第一隔壁17，在第一隔壁17上设置透射来自光源的光的光透射窗17a。光透射窗17a的构件使用透射与掩膜M同质的紫外线的石英玻璃。从光源11射出的光经由隔壁的光透射窗17a入射到偏振元件13。

此外，在光照射部10的光射出侧设置覆盖掩膜M和掩膜M的周围的第二隔壁18。

掩膜M与以往例相同地以真空吸附等保持在掩膜台20的下面侧。

并且，设置有围起从光照射部10的光射出口10a到第二隔壁18的空间的侧壁16a。由此，从第一隔壁17至第二隔壁18的空间S由光照射部的外装盖16和重新设置的侧壁16a围起，再者，偏振元件13的光入射侧由第一隔壁17封闭，光照射部10的光射出侧由掩膜M及覆盖该掩膜M的周围的第二隔壁18形成盖子而封闭。

再者，在光照射部10的空间S部分的外装盖16上设置排气孔16b。在该排气孔16b上安装有风扇(吹风机)对空间S进行排气。空间S如上所述地被封闭，所以被减压。

由此，被掩膜台20保持的掩膜M的、光射出侧(外侧)和光入射侧(内侧)产生压力差，被掩膜台20保持的掩膜M从压力高的光射出侧朝向压力低的光入射侧被推压而抬起，弯曲被矫正。

并且，在掩膜附近设置差压计41，测量掩膜M的光入射侧和掩膜M的光射出侧的压力差(差压)。调整空间S的压力，使该差压成为预定的值。矫正掩膜M的弯曲的压力差事先通过实验或计算求出。

如图1所示，通过将第一隔壁17设置在偏振元件13的入射侧，位于偏振光从偏振元件13到达掩膜的其间的光学构件，全部放置在减压空间，不施加由压力差产生的力。因此，不发生弯曲或歪斜。

并且，虽然对第一隔壁17的光透射窗17a施加由压力差产生的力，但是，在该位置光不被偏振，所以发生弯曲或歪斜也不会产生偏振方向变化或偏振轴旋转的问题。

但是，使用偏振元件13或积分器14那样的光学元件形成第一隔壁17并不理想，如果这样，在对空间S进行减压时，在偏振元件13或积分器14上施加由压力差产生的力，所以产生弯曲、歪斜，成为偏振光的偏振轴偏差或消光比下降的原因。

即，包括偏振元件13，不能对位于偏振光到达掩膜M的其间的光学构件施加产生弯曲、歪斜那样的力。

图2是上述第一实施例的变形例，图2是在第一隔壁17上设置排气孔16b，不安装风扇(吹风机)40而将上述排气孔16b经由管道42连接在例如工场的排气管道上，进行空间S的排气。

并且，也可以与第一图同样地在光照射部10的外装盖16上设置排气孔16b，连接在工场的排气管道上。

再者，在图1所示的实施例中，虽然将偏振元件13设置在准直镜15的光入射侧，但是也可以例如图3所示地在准直镜15的光射出侧设置偏振元件13。

如此，将偏振元件13设置在准直镜15的光射出侧的情况下，可以在准直镜15和偏振元件13之间设置第一隔壁17’，在第一隔壁17’上设置光透射窗17a。此时，例如将排气孔16b设置在侧壁16a，对由上述第一隔壁17’、掩膜M、及覆盖该掩膜M的周围的第二隔壁18、侧壁16a形成的空间进行排气，使压力下降。

上述光透射窗17a被设置在偏振元件13的光入射侧，所以不透射偏振光。因此，设置在偏振元件13的光入射侧的光透射窗17a因压力差而变形，也不会产生偏振方向的变化、偏振轴旋转等问题。并且，上述第一隔壁17’若位于光源11和偏振元件13之间，可以设置在任一处。

但是，近年来，液晶显示元件的基板例如2500×2200mm那样正在大型化。对如此大型的基板的整个区域一起照射偏振光有困难(以下，称为曝光)。因此，掩膜使用例如仍是1400×1200mm的大小、将1个基板分割成多个曝光区域(在该例中分割成4个)进行曝光的方式。

掩膜和基板的对准，第一实施例的情况下，如上所述地使工作台30移动而进行。但是，分割曝光的情况下，采用使掩膜移动进行对准的方式的情况多。

即，称为基板的曝光区域之间的移动的长距离移动是工作台进行，各曝光区域和掩膜的对准的微小移动是掩膜台进行。不要求高精度的长距离移动、和微小却需要高精度的移动的两种移动，由工作台和掩膜台分担，所以容易控制。

移动掩膜台的机构的移动部一般使用滚珠轴承等并不密封。因此，如实施例1那样，从光照射部到掩膜台为止设置侧壁，即使对空间S进行排气，外部的空气也从上述移动部的间隙侵入，增大对风扇等排气机构的负担。

图4是表示本发明的第二实施例的偏振光照射装置的结构的图，表示应用于如上所述地移动掩膜进行对准的分割曝光的情况的结构。并且，图5是表示图4中掩膜台附近的结构的图。

如图4所示，掩膜台20具有XYθ载物台50，掩膜M用XYθ载物台50在X、Y(与掩膜面平行的平面上的正交两轴)方向上移动，并且进行θ旋转(围绕与掩膜面垂直的轴的旋转)。再者，在掩膜M的周围设置侧壁16a上安装的突起状的第二隔壁19，在第二隔壁19和掩膜M的周围形成有掩膜M用于对准而可以移动旋转的程度的间隔。如此设置突起状的第二隔壁19缩小与掩膜M的间隔，由此解决外部的空气从XYθ载物台50的移动部的间隙侵入、增大对风扇等的排气机构的负担的问题。

其他的结构，与上述图1所示的第一实施例相同，从光照射部10射出的偏振光经由掩膜M，从倾斜方向照射到工作台30上的基板W进行曝光。再者，在偏振元件13的光入射侧设置第一隔壁17，由安装在排气孔16b的风扇40对空间S进行排气。

图5是表示上述掩膜附近的结构例的图。

掩膜台20包括基座平板53上坚立设置的装置的框架52上固定的XYθ载物台保持平板51、和该XYθ载物台保持平板51上安装的XYθ载物台(也有加上Z载物台的情形)。在XYθ载物台50的掩膜保持平板50a的表面上形成有真空吸附槽50b，通过对该槽50b提供真空来保持掩膜M。

在光照射部10的外装盖16至掩膜台20之间设置侧壁16a，形成了空间S。

如该图所示，在XYθ载物台50的各移动部间设置轴承等而有间隙，所以即使对空间S进行减压，从侧壁16a和掩膜保持平板50a之间进入的空气，如该图箭头所示地从XYθ载物台50的移动部的间隙进入空间S，压力难以下降，对排气机构造成负担。

因此，在掩膜台20的周围，如上所述地设置突起状的第二隔壁19，缩小侧壁16a和掩膜保持平板50a的间隔。

在本实施例中，在第二隔壁19和掩膜台20之间，需要用于微小移动掩膜台20的间隙(clearance)，所以不能密闭。

但是，空气流路缩小并增大传导率，所以流入空间S的空气量减少，空间S的压力容易下降。

当设压力为P、设掩膜的面积为A、设掩膜质量为m、设重力加速度为g时，根据P＝mg/A求出矫正掩膜M的弯曲的压力，但是为了矫正面积1400mm×1200mm、比重2.2、厚度15mm的掩膜的弯曲，将掩膜的光射出侧设为大气压即0.1MPa时，若在掩膜的光入射侧降低大约320Pa压力即可。因此，从偏振元件的入射侧设置的隔壁到掩膜面的空间的密封程度表示产生在此例示的程度的压力差。

用图4表示第二实施例的偏振光照射装置的偏振光照射过程。

在此说明使用1400×1200mm的掩膜将2500×2200mm的基板分割成4个曝光区域进行曝光的情况。再者，设为像素如图6所示地4分割成第一～第四区域(部分)进行光取向处理的情形。在此为了避免称呼的混乱，在图6的像素P2中，将右上的区域称为第一部分，将右下的区域称为第二部分，将左下的区域称为第三部分，将左上的区域称为第四部分。

(1)图8所示的掩膜M安装在掩膜台20。由排气风扇40等的排气机构对空间S内的空气排气，使第一隔壁17和第二隔壁19之间成为负压。掩膜M抬起，弯曲被矫正。空间S的压力根据差压计41的显示值，通过调整排气机构的排气量适当调整。

(2)形成有取向膜的基板W被载置在工作台30上。工作台30移动至概略位置，以便基板W的4个曝光区域中第一曝光区域被曝光。

(3)用对准显微镜(未图示)检测出基板W的第一曝光区域上形成的工件对准标记、和形成在掩膜M上的掩膜对准标记，利用标记载物台20的XYθ载物台50移动标记M，进行高精度的对准，使两者成为预定位置关系。

(4)经由掩膜M，对基板W的第一曝光区域的像素的第一部分，从事先求出的预定的方向、以预定的入射角度照射具有事先求出的预定的偏振方向和消光比的偏振光。

(5)当第一曝光区域的像素的第一部分的曝光结束时，停止偏振光的照射。接着，移动工作台30，以便第二曝光区域被曝光。与上述相同地进行第二曝光区域和掩膜M的对准，对第二曝光区域的第一部分照射偏振光。接着，进行第三曝光区域的第一部分、第四曝光区域的第一部分的曝光(照射偏振光)。

(6)若像素的第一部分能够在基板W的整个区域进行曝光时，通过使工作台30旋转，使基板旋转180°。由此，被曝光的位置成为位于以像素中心为中心、与第一部分是点对称的位置的第三部分。

(7)工作台30移动为第一曝光区域被曝光。进行第一曝光区域和掩膜M的对准，对像素的第三部分照射偏振光。

(8)接着，进行第二曝光区域的像素的第三部分、第三曝光区域、第四曝光区域的第三部分的曝光(照射偏振光)。

(9)当像素的第三部分的曝光结束时，停止空间S的减压。将掩膜台20的掩膜M拆下，并更换为具有与像素的第二部分对应的开口部的掩膜，对空间S进行排气，成为负压。

(10)与上述相同地，对第一、第二、第三、第四曝光区域的像素的第二部分进行曝光。180°旋转基板，曝光第一、第二、第三、第四的曝光区域的像素的第四部分。

以上，以预定的消光比、偏振方向、入射方向、入射角度，对基板的整个区域(从第一至第四的曝光区域)像素的第一～第四部分照射偏振光。

Claims (2)

1.一种偏振光照射装置，用偏振元件对来自光源的光进行偏振，将被偏振的光经由形成有图案的掩膜照射在取向膜上，其特征在于，

将掩膜的光入射侧空间的压力设为低于掩膜的光射出侧空间的压力。

2.如权利要求1所述的偏振光照射装置，其特征在于，

将从设置在偏振元件的光入射侧的隔壁到掩膜面做成密封空间，使该空间的压力比掩膜的射出侧空间的压力低。

Images