JP2000122302A - 斜めから光を照射するプロキシミティ露光方法 - Google Patents
斜めから光を照射するプロキシミティ露光方法Info
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Abstract
クパターンをワークの所定の領域に投影させることがで
きるプロキシミティ露光方法を提供すること。 【解決手段】 マスクパターンが形成されたマスクMに
対し、ワークWを所定のギャップを設けて配置し、マス
クMを介してワークWにランプハウス3から斜めから光
を照射してマスクパターンをワークW上に露光する。制
御装置10は、マスクMに対する光の入射角δと、マス
クMへの光の照射角φ、マスクMとワークWの間のギャ
ップ量Gとに基づき、マスクMに光を垂直に照射した場
合のマスクパターンのワークW上の投影位置と、マスク
Mに斜めから光を照射した場合のマスクパターンのワー
クW上の投影位置とのずれ量を計算し、上記計算された
ずれ量に基づきマスクMとワークWの位置合わせを行
い、マスクパターンをワークW上に露光する。
Description
紫外光を照射して露光を行うプロキシミティ露光方法に
関し、特に本発明は、液晶表示素子の配向膜の光配向に
好適なプロキシミティ露光方法に関するものである。
大きさと配向方向とを決定するために、紫外線を、ワー
クである配向膜に対して、斜めに照射する装置が提案さ
れている(例えば、特開平9−197409号公報の段
落〔0011〕,〔0086〕の記載等参照)。ワーク
に入射する光の入射角と照射角は、光配向膜の種類やそ
の他の処理条件により異なる。ところで、液晶表示素子
の配向膜の配向において、1つの画素を2つもしくはそ
れ以上に分割し、分割した画素毎に液晶の配向方向を変
えることにより、液晶パネルの視野角を改善することが
行われている。この方法は画素分割法、あるいはマルチ
ドメイン法と呼ばれている。
は、マスクを用いて画素の分割した一つの部分に紫外光
を照射し、次にマスクを交換して、または、マスクをワ
ークに対して水平に回転させて、分割した他の部分を、
ワークから見て最初の照射方向とは異なった方向から照
射する。場合によっては照射する角度を変える。これを
分割数だけ繰り返すことにより、分割画素毎の液晶の配
向方向を変えることができる。この場合はマスクを介し
て所望の部分だけに正確に紫外光を照射する必要があ
る。そのためには、マスクパターンとワークの所望の紫
外線照射領域とを位置合わせして、平行光を照射する必
要がある。
に示すように、液晶表示素子はR(赤)G(緑)B
(青)に対応する3つの画素P1,P2,P3を一組と
して、基板上に多数設けられる。画素P1,P2,P3
の大きさは、縦約150μm、横約50〜100μmで
ある。それぞれの画素の間にはブラックマトリックスと
呼ばれる光を通さない領域が設けられ、TFT(薄膜ト
ランジスタ)駆動型の液晶パネルの場合は、各画素P1
〜P3の一部には駆動用TFT素子EPが設けられる。
画素分割法においては、図7のように1つの画素をさら
に分割し、分割した領域ごとに液晶の配向方向(図中、
画素P2に示した矢印参照)を変える。分割した各領域
の境界線上では、配向方向の擾乱により光が透過し画像
に乱れが生じるので、10〜20μmの幅のブラックマ
トリックスを設けてこれを防止する。該ブラックマトリ
ックスは、幅が広くなると画素の開口率が小さくなり暗
くなるので、狭ければ狭いほど良く、現在は5μmが望
まれている。なお、図7では画素P2についてのみ分割
した図を示すが、実際にはP1,P3全ての画素をP2
と同様に分割する。
ようにして行なわれる。ここでは画素を第1〜第4の領
域に4分割して光配向処理する場合を示す。ここでは、
前記図7の画素P2において、例えば、右上の領域を第
1の領域、右下の領域を第2の領域、左下の領域を第3
の領域、左上の領域を第4の領域とする。 図8は光配向のために使用されるマスクMの一例を
示す図であり、同図に示すように、マスクMには分割し
た画素(図の点線で囲まれた領域が1画素に相当する)
の第1の領域に対応する位置に開口部OPが設けられ、
位置合わせのためのアライメントマークMAMが記され
ている。同図に示すマスクMを用い、マスクMを介して
ワークの第1の領域にマスクに対し所定の入射角を持っ
て、またマスクパターンのX方向に対して所定の照射角
を持って光照射する。 次に、例えばワークを180°回転し、第1の領域
と画素中心を中心として点対称の位置にある第3の領域
を、所定の入射角と照射角をもって光照射する。 ついで、第1の領域とは異なる第2の領域に対応す
る開口部を持つマスクに交換して、第3の領域を所定の
入射角と照射角をもって光照射する。 ワークを180°回転し、第2の領域と画素中心を
中心として点対称の位置にある第4の領域を、所定の入
射角と照射角をもって光照射する。
き、隣りの領域にその光が照射されると、配向が擾乱し
画像に乱れが生じるので、マスクとワークとの位置合せ
精度は、画素に設けられるブラックマトリックスの幅の
値(例えば前記したように望ましくは5μm)よりも小
さくする必要がある。なお、液晶表示素子の基板は、5
50×650mm〜650×830mmの大型基板が主
流になりつつある。このため、露光方式としては、この
ような大型基板をスループットよく処理するために、マ
スクとワークとを所定の距離にまで接近させ(マスクと
ワークは非接触)、基板全体を一括で平行光を照射する
プロキシミティ露光が用いられる。
キシミティ露光装置の場合、水平に配置されたワークに
対して垂直に光を照射する。平行光である照射光の光軸
とマスクとは直角になるように配置される。マスクとワ
ークとの位置合せは、アライメント光の光軸が照射光の
光軸と平行であるアライメント顕微鏡により、マスクに
印されたアライメントマークとワークに印されたアライ
メントマークとを検出し、互いが重なり合うようにマス
クまたはワークを移動し位置合せを行う。マスクとワー
クとは垂直方向に対して位置合せがなされることにな
る。位置合せが完了すると、マスクを介してワークに光
を照射する。平行光である照射光がマスクに対して直角
に入射し、マスクパターンはワークの所定の領域に投影
されて遮光し、紫外光は所望の領域にのみ照射される。
て、前記したように液晶のプレチルト角の大きさと配向
方向とを決定するため、紫外線をワークである配向膜に
対して、斜めに照射しようとすると、マスクに対して斜
めから光を入射させなければならない。しかし、マスク
に対し斜めから光を照射すると、プロキシミティ露光の
場合、マスクとワークとの間に所定の距離(ギャップ)
が存在するので、照射光によって投影されるマスクパタ
ーンがワーク上で位置ずれを生じる。通常のプロキシミ
ティ露光装置では、マスクとワークの位置合せを垂直方
向に対して行なうので、マスクに斜めから光を照射する
と、マスクパターンがワークに投影される位置がずれ、
照射光は所望の領域以外に照射されることとなる。
であって、マスクに対して斜めから光を入射しても、マ
スクパターンをワークの所定の領域に投影させることが
でき、ワークの所望の部分のみに光を照射することがで
きるプロキシミティ露光方法を提供することである。
ようにして前記課題を解決する。 (1)マスクパターンが形成されたマスクに対し、ワー
クを所定のギャップを設けて配置し、マスクを介してワ
ークに斜めから光を照射してマスクパターンをワーク上
に露光するプロキシミティ露光方法において、光のマス
クへの入射角と照射角と上記ギャップ量とに基づいてマ
スクに対するワークの位置合わせを行いマスクパターン
をワーク上に露光する。 (2)マスクパターンが形成されたマスクに対し、ワー
クを所定のギャップを設けて配置し、マスクを介してワ
ークに斜めから光を照射してマスクパターンをワーク上
に露光するプロキシミティ露光方法でおいて、マスクに
対する光の入射角と照射角とマスクとワークの間のギャ
ップ量とに基づき、マスクに光を垂直に照射した場合の
マスクパターンのワーク上の投影位置と、マスクに斜め
から光を照射した場合のマスクパターンのワーク上の投
影位置とのずれ量を計算し、上記計算されたずれ量に基
づきマスクとワークの位置合わせを行い、マスクパター
ンをワーク上に露光する。 (3)マスクアライメントマークとワークアライメント
マークとを検出するアライメント顕微鏡と、マスクとワ
ークとのギャップを測定するギャップ測定器と、ワーク
ステージをXYZθ方向に移動させるワークステージ移
動機構と、マスクを介しワークに対して斜めに光を照射
する光照射装置とを備えたプロキシミティ露光装置にお
けるプロキシミティ露光方法であって、ワークをマスク
に対し所定の間隔になるように配置し、ギャップ測定器
によりマスクとワークとのギャップを測定し、アライメ
ント顕微鏡によりマスクに垂直な方向から見てマスクア
ライメントマークとワークアライメントマークとを検出
し、任意のXY座標において、検出したワークアライメ
ントマークの位置座標を(Xn,Yn)、ワークステー
ジをXYθ方向に移動してマスクアライメントマークに
対しワークアライメントマークの位置合せを行なった場
合のワークアライメントマークの位置座標を(Xn+Δ
X,Yn+ΔY)とすると、ワークステージをXYθ方
向に移動することで、ワークアライメントマークの位置
座標を(Xn.Yn)から下式で表される位置座標
(X,Y)にまで移動させ、マスクとワークの位置合わ
せを行い、マスクパターンをワーク上に露光する。 X = Xn+ΔXーG・tan δ・cos φ Y = Yn+ΔY−G・tan δ・sin φ 但し、G:マスクとワークとのギャップ量 δ:照射光のマスクヘの入射角 φ:マスクパターンのX方向に対して照射光が入射する
照射角
射角δ、照射角φと、ギャップ量Gに基づいてマスクに
対するワークの位置合わせを行いマスクパターンをワー
ク上に露光しているので、マスクパターンをワークの所
定の位置に投影させることができ、所望の部分に光を照
射することが可能となる。
ミティ露光装置の構成例を示す図である。同図におい
て、ワークステージWS上には例えば液晶表示素子基板
等のワークWが載置されている。また、ワークW上に
は、所定のギャップG(同図ではギャップ量が誇張して
描かれている)を介してマスクMが配置されている。マ
スクMとワークWには位置合わせのためのマスクアライ
メントマーク(以下マスクマークMAMという)、ワー
クアライメントマーク(以下ワークマークWAMとい
う)が記されており、後述するアライメント顕微鏡7に
よりマスクマークとワークマークを観察し、マスクMと
ワークWの位置合わせが行われる。ワークステージWS
はXYθ方向駆動機構1によりXYθ方向(Xは例えば
同図の左右方向、Yは同図紙面の垂直方向、θはXY平
面に直交する軸の回りの回転)に駆動され、また、Z方
向駆動機構2によりZ方向(同図の上下方向)に駆動さ
れる。
内には、紫外光を含む光を放出するランプと楕円反射鏡
等が設けられ、ランプハウス3の出射口3aから平行な
露光光が放出される。また、ランプハウス3は同図に示
すように円弧状のガイド4により支持されており、ラン
プハウス3は上記ガイド4に沿って移動可能に構成され
ている。したがって、ランプハウス駆動機構5によりガ
イド4に沿ってランプハウス3を移動させることによ
り、マスクMおよびワークWに対する露光光の入射角δ
を変えることができる。さらに、ランプハウス3、ガイ
ド4およびランプハウス駆動機構5全体は軸Tを中心に
回転できるように構成されており、上記ランプハウス駆
動機構5によりランプハウス3を軸Tの回りに回転させ
ることにより、マスクM、ワークWへの露光光の照射方
向を変えることができる(以下、軸T回りの回転角を照
射角φという)。
って移動させることにより入射角δを0<δ<90°の
範囲で変えることができ、また、ランプハウス3をT軸
回りに回転させることにより、照射角φを0≦φ≦36
0°の範囲で変えることができる。なお、上記したラン
プハウスとしては、本出願人が先に特願平9−2132
66号公報で提案したものを使用することができる。
ギャップ量Gを測定するためのギャップ測定器6と、マ
スクMとワークWの位置合わせを行うためのアライメン
ト顕微鏡7が配置されている。なお、ギャップ測定器と
しては、本出願人が先に特願平9−75564号で提案
した測定器を使用することができる。10は制御部であ
り、制御部10は上記ギャップ測定器6、アライメント
顕微鏡7の出力に基づき上記XYθ方向駆動機構1、Z
方向駆動機構2を駆動してワークステージWSをXYθ
Z方向に移動させる。また、制御部10はマスクMとワ
ークWとの光照射間隙であるギャップ量Gの設定値G
o、ワークWに入射する光の角度の設定値δo,φoを
記憶する記憶部10aを備えており、入力部11から入
力されるこれらの設定値は、記憶部10aに設定され
る。
置合わせ方法について説明する。ここでは、マスクMに
図2のようなマスクパターン(1画素分のマスクパター
ンを示している)が形成され、マスクMを固定しワーク
が移動する場合を例にして説明する。上記マスクMを用
い、マスクMとワークWとを所定のギャップGを設けて
配置し、図3に示すようにアライメント顕微鏡7によっ
て、マスクマークMAMとワークマークWAMとを検出
する。図3において、7はアライメント顕微鏡であり、
アライメント顕微鏡7はCCDカメラ7aとアライメン
ト光を放出する光源7bを備えており、光源7bが放出
するアライメント光をマスクマークMAMとワークマー
クWAMに照射して、アライメント顕微鏡7のCCDカ
メラ7aによりマスクマークMAM、ワークマークWA
Mを受像する。受像した画像信号は前記した制御部10
に送られる。
顕微鏡7には、マスクマークMAMとワークマークWA
Mが図4に示すように観察される。ここで、マスクMと
ワークWを垂直方向に位置合わせする場合には、マスク
マークMAMとワークマークWAMとが一致するように
(図4においてワークマークWAMがマスクマークMA
Mの中の点線で示す位置になるように)、ワークをXY
θ方向に移動させれば、マスクMとワークWとの垂直方
向の位置合せができる。上記図3はこの状態を示してい
る。すなわち、ワークステージWSの移動量と、ワーク
ステージWSの移動に伴うワークマークWAMの画像処
理座標における移動量との相関関係をあらかじめ求めて
おき、アライメント顕微鏡7から得られる図3のような
アライメントマークの位置情報を、制御部10において
画像処理し、各アライメントマーク画像処理座標におけ
る位置座標を演算する。
にあるワークマークWAMが、マスクマークMAMと一
致する座標にまで移動するXYθ方向の変位量(ΔX,
ΔY,Δθ)を計算することができる。すなわち、XY
θ方向の変位量(ΔX,ΔY,Δθ)は、図5に示すよ
うな2個所のマスクマークMAMとワークマークWAM
の位置が一致するようなワークステージWSのXY方向
の移動量とワークステージWSの回転量θとして計算さ
れる。上記のような計算に基づきワークステージWSを
移動させて、マスクMとワークWとの垂直方向の位置合
せがなされたとするとワークマークWAMの位置座標は
(Xn+ΔX,Yn+ΔY)となる。
射する場合には、照射光は平行光であるので、マスクパ
ターンのワークW上に投影される位置は、図6(a)
(b)に示すように「照射光がマスクMに入射する角度
(入射角)δ」、「マスクパターンのX方向に対して照
射光が入射する角度(照射角)φ」および「マスクMと
ワークWとのギャップ量G」に依存してシフトする。マ
スクパターンの面内にXY座標軸を定義し、そのX軸に
対して光が入射する角を照射角φとする。上記マスクパ
ターンのXY座標軸の方向とワークステージのXY座標
軸の方向とは一致するようにし、ワークステージの移動
制御を行う。したがって、ワークWを、上記シフト量だ
け移動すれば、図6(c)に示すようにマスクパターン
を所定の領域に投影させ所望の部分に光を照射できるこ
とになる。
6(b)に示すように、マスクMに対して垂直に光を入
射したときに、あるマスクマークMAMがワークW上に
投影される位置座標を(Xo,Yo)、マスクMとワー
クWとのギャップ量をG、照射光のマスクヘの入射角を
δ、マスクパターンのX方向に対して照射光が入射する
照射角をφとすると、マスクパターンのシフトする位置
(X,Y)は、以下の式で表される。 X=Xo−G・tan δ・cos φ Y=Yo−G・tan δ・sin φ ここで、座標(Xo,Yo)は、マスクMとワークWと
を垂直方向に位置合せしたときのワークマークの位置座
標と考えられるので、 (Xo,Yo)=(Xn+ΔX,Yn+ΔY) したがって、ワークマークWAMを座標(Xn,Yn)
から座標(X,Y)にまで移動するように、ワークステ
ージをXYθ方向に移動制御すれば、斜めから光を照射
したとき、所望の領域のみに光を照射できる。
上記方法を用いて位置合わせを行い露光処理を行う場合
の動作を説明する。 (1)マスクMとワークWとの光照射間隙であるギャッ
プ量の設定値Go、ワークWへの入射角の設定値δo、
照射角の設定値φoを入力部11から入力する。上記ギ
ャップ量Go、入射角の設定値δo、照射角の設定値φ
oは制御部10の記憶部10aに記憶される。 (2)制御部10は入力された入射角δo,照射角φo
情報に基づき、ランプハウス移動機構5を駆動し、光を
照射するランプハウス3を移動させる。 (3)ランプハウス移動機構5に設けられたエンコーダ
(図示せず)の出力が制御部10に入力され、制御部1
0はランプハウス3の移動量を求め、実際のワークに入
射する光の角度δ,φを計算し、その値が制御部10の
記憶部10aに記憶される。
駆動機構2によって上昇する。アライメントギャップ位
置にて、アライメント顕微鏡7によって、マスクマーク
MAMとワークマークWAMの検出を行う。検出信号を
画像処理しその情報に基づき、制御部10において、垂
直方向においてマスクとワークのXYθ方向の位置合せ
が行われたとするワークステージWSの位置座標(Xn
+ΔX,Yn+ΔY)=(Xo,Yo)を求める。 (5)その後、設定ギャップ量Goにしたがって、ワー
クステージWSは設定ギャップ量Goの位置にまで上昇
移動する。移動後、ギャップ測定器6によりマスクMと
ワークWとのギャップ量Gを複数個所で測定し、その値
を制御部10にフイードバックし、設定されたギャップ
量Goに対し所定の範囲になるようにワークステージW
SのZ方向の位置を、図示しないあおり調整機構により
あおり調整する。液晶表示子の基板は前記したように大
型で用いられるマスクMも大型であり、マスクMは自重
によるたわみを生じる。したがって、ギャップ量Gが設
定値Goに対し許容範囲に入っているかどうか再測定を
行ない、必要であればマスクMのたわみを調整する必要
がある。
プ量をGとする。このギャップ量Gを制御部10の記憶
部10aに記憶する。 (7)記憶部10aに記憶された光の角度の設定値δ,
φ、およびギャップ量Gに基づき、制御部10はワーク
ステージの移動すべき位置座標(X,Y)を前記の式を
用いて計算する。この計算結果に基づき、制御部10は
XYθ方向駆動機構1によりワークマークWAMが座標
(X,Y)になるようにワークWを移動させる。 (8)ワークステージWSの移動完了後、ランプハウス
3より光を照射し、マスクパターンをワークW上に露光
する。なお、ランプハウス3を手動で移動させる機構の
場合は、ワークWに入射する光の角度の設定値δo ,φ
o をそのまま用いてワークWの移動位置を求めることに
なる。
板上の画素の第1の領域の露光が終了すると、前記した
ように例えばワークを180°回転し、上記のようにマ
スクMとワークWの位置合わせを行ったのち、第1の領
域と画素中心を中心として点対称の位置にある第3の領
域を所定の入射角と照射角を持って光照射する。さら
に、マスクMを交換して、前記したように液晶表示素子
基板上の画素の第2,第4の領域の露光を行う。
マスクとワークとを所定のギャップで配置し、マスクを
介しワークに対して斜めに光を照射するプロキシミティ
露光装置において、マスクとワークとのギャップ量G、
照射光のマスクヘの入射角δ、マスクパターンのX方向
に対して照射光が入射する照射角φに基づき、投影され
るマスクパターンのシフト位置を計算し、その計算結果
にしたがってワークを移動し光を照射しているので、マ
スクパターンをワークの所定の位置に投影させることが
でき、所望の部分に光を照射することが可能となる。
成を示す図である。
す図である。
る場合を説明する図である。
ークとワークマークを示す図である
る。
置合わせを説明する図である。
す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 マスクパターンが形成されたマスクに対
し、ワークを所定のギャップを設けて配置し、マスクを
介してワークに斜めから光を照射してマスクパターンを
ワーク上に露光するプロキシミティ露光方法であって、 光のマスクへの入射角と、照射角と、上記ギャップ量と
に基づいてマスクに対するワークの位置合わせを行いマ
スクパターンをワーク上に露光することを特徴とするプ
ロキシミティ露光方法。 - 【請求項2】 マスクパターンが形成されたマスクに対
し、ワークを所定のギャップを設けて配置し、マスクを
介してワークに斜めから光を照射してマスクパターンを
ワーク上に露光するプロキシミティ露光方法であって、 マスクに対する光の入射角と、照射角と、マスクとワー
クの間のギャップ量とに基づき、マスクに光を垂直に照
射した場合のマスクパターンのワーク上の投影位置と、
マスクに斜めから光を照射した場合のマスクパターンの
ワーク上の投影位置とのずれ量を計算し、 上記計算されたずれ量に基づきマスクとワークの位置合
わせを行い、マスクパターンをワーク上に露光すること
を特徴とするプロキシミティ露光方法。 - 【請求項3】 マスクアライメントマークとワークアラ
イメントマークとを検出するアライメント顕微鏡と、 マスクとワークとのギャップを測定するギャップ測定器
と、 ワークステージをXYZθ方向に移動させるワークステ
ージ移動機構と、 マスクを介しワークに対して斜めに光を照射する光照射
装置とを備えたプロキシミティ露光装置におけるプロキ
シミティ露光方法であって、 ワークをマスクに対し所定の間隔になるように配置し、 ギャップ測定器によりマスクとワークとのギャップを測
定し、 アライメント顕微鏡によりマスクに垂直な方向から見て
マスクアライメントマークとワークアライメントマーク
とを検出し、 任意のXY座標において、検出したワークアライメント
マークの位置座標を(Xn,Yn)、 ワークステージをXYθ方向に移動してマスクアライメ
ントマークに対しワークアライメントマークの位置合せ
を行なった場合のワークアライメントマークの位置座標
を(Xn+ΔX,Yn+ΔY)とすると、 ワークステージをXYθ方向に移動することで、ワーク
アライメントマークの位置座標を(Xn.Yn)から下
式で表される位置座標(X,Y)にまで移動させ、マス
クとワークの位置合わせを行い、マスクパターンをワー
ク上に露光する X = Xn+ΔXーG・tan δ・cos φ Y = Yn+ΔY−G・tan δ・sin φ 但し、G:マスクとワークとのギャップ量、δ:照射光
のマスクヘの入射角、φ:マスクパターンのX方向に対
して照射光が入射する照射角 ことを特徴とするプロキシミティ露光方法。
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