JP2006301251A - 偏光光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光照射部10から出射した偏光光は、マスクMを介し、基板Wの配向膜に対して入射角度がθになるよう斜めに入射する。光照射部10の偏光素子13の光入射側に、光透過窓17aを有する第1の隔壁17が設けられ、光照射部10の光出射側に、マスクM及びマスクMの周囲を覆う第2の隔壁18が設けられる。第1隔壁17から第2の隔壁18までの空間Sは、排気孔16bに設けたファン40等の排気手段で減圧される。これにより、マスクステージ20に保持されたマスクMは、圧力の高い光出射側から圧力の低い光入射側に向かって押されて持ち上がり、マスクMの自重によるたわみが矯正される。マスクMの撓みが矯正されるため、光照射部10から出射する偏光光は等しい角度でマスクMに入射し、消光比の低下や偏光軸のばらつきを防ぐことができる。
【選択図】 図1
Description
ところで、液晶素子の配向膜の配向において、図6に示すように、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。なお、図6ではブラックマトリックスで囲まれた領域が各画素P1,P2,P3,…であり、同図では一例として、画素P2を4つに分割し、配向方向(同図の矢印)を変えた例が示されている。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。
また、光配向膜にプレチルト角を与える場合は、配向膜に対してプレチルト角に応じた角度から、斜めに光を照射する。
光配向を上記画素分割法に適用し光配向膜に対して斜めから光を照射する露光方法や光照射装置として、例えば特許文献1や特許文献2に記載のものが知られている。
偏光光照射装置は、偏光光を出射する光照射部10、パターンが形成されたマスクMを保持するマスクステージ20、配向膜が形成された基板Wが載置されるワークステージ30とから構成される。
マスクMはマスクステージ20の下面に真空吸着等で保持され、光配向膜が形成された基板WとマスクMとは、数十μmから数百μmに接近させて露光が行なわれる。
図8は使用されるマスクMの一例を示す図である。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)の一つ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マスクアライメントマークMAMが記されている。
図7において、ワークステージ30に載置された基板Wは、不図示のアライメント顕微鏡により、上記マスクアライメントマークMAMと、基板に形成されたワークアライメントマーク(図示せず)が検出され、両者が所定の位置関係になるようにワークステージ30が移動し、マスクMと基板Wの位置合せが行われる。位置合せ方法については、例えば上記の特許文献1に記載される方法を用いることができる。
また、光配向膜にプレチルト角を与えるために、光照射部10から出射した偏光光は、マスクMを介し、基板Wの配向膜に対して入射角度がθになるよう斜めに入射する。
配向膜に入射する偏光光の消光比、偏光方向(以下、偏光軸ともいう)と入射角度θは、あらかじめ実験により最適な値が求められる。
偏光光の偏光方向や配向膜への入射角度は、偏光素子13を光軸を回転軸として回転させたり、コリメータミラー15の反射角度を調整したりして、実験により求められた所望の値になるように調整する。
本発明者は偏光光が光学素子に対し斜めに入射して透過すると、その偏光軸が回転する、即ち偏光方向が変化することを見出しており、上記偏光方向のばらつきの原因は、マスクMへの偏光光の入射角度が部分的に異なるためであると考えられる。
図9は、マスクに使用される同質の石英ガラス(厚さ1.1mm)に、偏光光を様々な角度で入射した場合の、透過光の偏光軸の回転角度を測定したものであり、同図の横軸の下に書かれた角度が回転角度を示している。図9(a)は、偏光方向が図面手前奥の場合であり、図9(b)は、偏光方向が、図面手左右の場合である。同図に示されるように石英ガラスを透過した偏光光はその偏光方向が変化する。
しかし、マスクMが自重により撓むと、マスクMに平行光を照射しても、図10に示すように、入射位置によってマスク面には異なった角度(θ1≠θ2,…≠θ4)で光が入射する。図9に示したように入射角度により偏光軸の回転角度が異なるので、上記のようにマスクMに入射する光の角度が異なっていると、前記したように偏光軸の方向がばらつくことになる。
例えば、上記従来技術の偏光光照射装置に用いられるマスクは、基板の大型化とともに大型化し、1300mm×1100mm〜1400mm×1200mm、厚さ13mm〜15mmのものもあり、そのたわみ量はマスクの保持方法にもよるが300μm〜500μm程になる。
上記特許文献3,4にも記載されているように、マスクがたわむと、露光時にマスクと基板との間隔が一定にならず、露光精度が悪くなる。しかし、光配向に用いられる偏光光照射装置においては、上記以外に次のような問題も生じる。
このため、配向膜に照射される偏光光の偏光軸が場所により異なることとなり、照射面内で偏光軸の方向がばらつく。
偏光軸がばらついた偏光光により光配向処理を行うと、製品である液晶素子のコントラストが場所により異なり、むらとして目に映るといった製品不良の原因となる
(ii)例えば特許文献5の段落[0010]〜[0012]に記載されるように、偏光光が歪のある光学素子を透過すると消光比が低下する。マスクがたわむと、マスクには歪が発生するので消光比が低下することとなる。
消光比が低下すると配向膜の配向を規制する力が弱まるため、液晶を充分に配向させることができなくなり、製品不良の原因となる。
このためマスクのたわみを矯正し、たわみ量を例えば100μm以下程度にまで小さくすることが望まれている。
しかし、このような方法では、マスクの光入射側に、減圧のための密閉空間を形成するための光を透過する部材(光透過窓)が、新たに設けられることになる。ところが、この光透過窓も、自重によるたわみが生じるし、これに加えて圧力隔壁として作用するため、圧力差によりさらにたわみや歪が加わることになる。
したがって、マスクのたわみをなくすことができたとしても、追加された光透過窓偏光軸のばらつきや消光比低下の新たな原因となるため、消光比の低下や偏光軸のばらつきといった問題を解決することはできない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的は、偏光光の光路中に光学素子を設けずにマスクのたわみをなくし、マスクのたわみによる消光比の低下や偏光軸のばらつきを防ぐことである。
偏光光照射装置の光照射部において、偏光素子の入射側からマスクの光入射側の空間の圧力を、マスクの光出射側の空間の圧力に対して低くする。
具体的には、上記偏光素子の光入射側に設けられた隔壁から、マスク面までを密封空間とし、該空間の圧力を、マスクの出射側の空間の圧力よりも低くする。
上記構成とすることにより、マスクの光出射側(外側)と光入射側(内側)とでは圧力差が生じ、マスクステージに保持されたマスクは、圧力の高い光出射側から圧力の低い光入射側に向かって押されて持ち上がり、たわみが矯正される。
ここで、マスクたわみを矯正する圧力は、圧力をP、マスクの面積をA、マスクの質量をm、重力加速度をgとすると、理論的にはP=mg/Aから求められる。
例えば、面積1400mm×1200mm、比重2.2、厚さ15mmとすると、マスクの光出射側を大気圧である0.1MPaとした場合、マスクの光入射側において約320Paの差圧を生じさせればよい。
このように、マスクのたわみを矯正するための圧力差(差圧)は小さいものであり、多少のリークがあっても、比較的容易に達成することができる。ここで言う密封空間とは、この程度の圧力差をつけられれば十分なものである。
例えば、厳密に密閉されたものではなくてもマスクステージにマスク移動機構を設ける場合、その移動部の隙間などによりリークが生じるが、エアーが流れ込む流路を狭めコンダクタンスが大きくなる構造とすればよい。
(1)偏光素子からワークまでの間、即ち偏光光が通過する領域に、新たに光学素子を設けることなく、マスクのたわみを防止することができるので、消光比の低下や偏光軸のばらつきを防止することができる。
このため、例えば液晶素子の光配向処理を行う場合、コントラストが場所により異なり、むらとして目に映るといった問題や、消光比の低下により液晶を充分に配向させることができなくなるといった問題を解消することができる。
なお、偏光素子の入射側に光を透過する光学部材を設けても、この位置においては、光が偏光されていないので、偏光方向の変化や偏光軸の回転といった問題は生じない。
(2)マスクと基板との間隔を一定にすることができるので、マスクのたわみによる露光精度の悪化を防ぐことができる。
前記図7に示したものと同様、偏光光を出射する光照射部10、パターンが形成されたマスクMを保持するマスクステージ20、配向膜が形成された基板Wが載置されるワークステージ30を有する。光照射部10には、前記したように配向膜を配向させる波長の光を放射する光源11が設けられ、光源11からの光が、平面反射鏡12で反射して、偏光素子13に入射し偏光される。なお、同図では、偏光素子13として、複数のガラス板を光軸に対してブリュースタ角になるよう配置されたものが示されているが、その他の偏光素子を用いてもよい。
偏光素子13により偏光された光は、照度分布を均一にするためのインテグレータ14に入射し、インテグレータ14から出射した光は、コリメータミラー15に反射され、平行光となり光照射口10aから出射する。
マスクMは前記したようにマスクステージ20の下面に真空吸着等で保持され、光配向膜が形成された基板WとマスクMとは、数十μmから数百μmに接近させて露光が行なわれる。
また、前記したように不図示のアライメント顕微鏡により、上記マスクアライメントマークと、基板に形成されたワークアライメントマークが検出され、両者が所定の位置関係になるようにワークステージ30が移動し、マスクMと基板Wの位置合せが行われる。
また、光照射部10の光出射側に、マスクM及びマスクMの周囲を覆う第2の隔壁18を設ける。
マスクMは、従来例同様、マスクステージ20の下面側に真空吸着等で保持される。
さらに、光照射部10の光出射口10aから第2の隔壁18までの空間を囲む側壁16aが設けられる。これにより、第1の隔壁17から第2の隔壁18までの空間Sは、光照射部の外装カバー16と新たに設けた側壁16aにより取り囲まれ、また、偏光素子13の光入射側は第1の隔壁17により閉ざされ、光照射部10の光出射側はマスクM及び該マスクMの周囲を覆う第2の隔壁18により蓋をされて閉ざされる。
これにより、マスクステージ20に保持されたマスクMの、光出射側(外側)と光入射側(内側)とでは圧力差が生じ、マスクステージ20に保持されたマスクMは、圧力の高い光出射側から圧力の低い光入射側に向かって押されて持ち上がり、たわみが矯正される。
さらに、マスクの近傍には差圧計41が設けられ、マスクMの光入射側とマスクMの光出射側の圧力差(差圧)が測定される。この差圧が所定の値になるように、空間Sの圧力が調整される。マスクMのたわみを矯正する圧力差は、あらかじめ実験や計算により求めておく。
なお、第1の隔壁17の光透過窓17aには圧力差による力が加わるが、この位置においては、光は偏光されていないので、たわみや歪が発生したとしても、偏光方向の変化や偏光軸が回転するといった問題は生じない。
しかし、第1の隔壁17を、偏光素子13やインテグレータ14といった光学素子を使って形成するのは好ましくない。このようにすると、空間Sを減圧した際、偏光素子13やインテグレータ14に圧力差による力が加わり、たわみや歪が発生し、偏光光の偏光軸のばらつきや消光比低下の原因となる。
即ち、偏光素子13を含めて、偏光光がマスクMに達するまでの間にある光学部材には、たわみや歪が生じるような力を加えてはならない。
なお、排気孔16bを図1と同様、光照射部10の外装カバー16に設け、工場の排気ダクトに接続してもよい。
また、図1に示した実施例では、偏光素子13をコリメータミラー15の光入射側に設けたが、例えば偏光素子13を、図3に示すように、コリメータミラー15の光出射側に設けてもよい。
このように、偏光素子13をコリメータミラー15の光出射側に設ける場合には、コリメータミラー15と、偏光素子13との間に第1の隔壁17’を設け、第1の隔壁17’に光透過窓17aを設けることができる。この場合は、排気孔16bを例えば側壁16aに設け、上記第1の隔壁17’、マスクM、及び該マスクMの周囲を覆う第2の隔壁18、側壁16aにより形成される空間を排気し、圧力を低下させる。
上記光透過窓17aは、偏光素子13の光入射側に設けられているので、偏光光は透過しない。このため、偏光素子13の光入射側に設けられた光透過窓17aが圧力差により変形しても、偏光方向の変化や偏光軸が回転するといった問題は生じない。なお、上記第1の隔壁17’は、光源11と偏光素子13の間であれば、どこに設けても良い。
マスクと基板の位置合せは、第1の実施例の場合、前記したようにワークステージ30を移動させて行っていた。しかし、分割露光の場合、マスクを移動させて位置合せを行う方式がとられることが多い。
即ち、基板の露光領域間の移動という長距離の移動はワークステージが行い、各露光領域とマスクとの位置合せという微小な移動はマスクステージが行う。高い精度は要求されないが長距離の移動と、微小だが高い精度が必要な移動という2種類の移動が、ワークステージとマスクステージに分担されるため、制御が容易になる。
マスクステージを移動させる機構の移動部は、通常ボールベアリング等が使用されており、シールされてはいない。したがって、実施例1のように、光照射部からマスクステージまで側壁を設け、空間Sを排気しても、上記移動部の隙間から外部のエアーが侵入し、ファン等の排気手段への負担が大きくなることがある。
図4に示すように、マスクステージ20は、XYθステージ50を備え、マスクMはXYθステージ50によりX,Y(マスク面に平行な平面上の直交する2軸)方向に移動するとともに、θ回転(マスク面に垂直な軸の回りの回転)する。また、マスクMの周囲には、側壁16aに取り付けられた突起状の第2の隔壁19が設けられ、第2の隔壁19とマスクMの周囲は、マスクMがアライメントのために移動、回転できる程度の間隔が形成されている。このように突起状の第2の隔壁19を設けてマスクMとの間隔を狭くすることにより、前記したXYθステージ50の移動部の隙間から外部のエアーが侵入し、ファン等の排気手段への負担が大きくなるといった問題を解決している。
その他の構成は、前記図1に示した第1の実施例と同様であり、光照射部10から出射した偏光光がマスクMを介して斜め方向からワークステージ30上の基板Wに照射され露光が行なわれる。また、偏光素子13の光入射側に第1の隔壁17が設けられ、排気孔16bに取り付けたファン40により、空間Sを排気する。
マスクステージ20は、ベースプレート53に立設した装置のフレーム52に固定されたXYθステージ保持プレート51と、該XYθステージ保持プレート51に取り付けられたXYθステージ50(Zステージが加わる場合もある)とから構成される。XYθステージ50のマスク保持プレート50aの表面には真空吸着溝50bが形成され、該溝50bに真空が供給されることによりマスクMが保持される。
光照射部10の外装カバー16からマスクステージ20までの間には側壁16aが設けられ、空間Sが形成されている。
同図に示すようにXYθステージ50の各移動部間にはベアリング等が設けられ隙間があるので、空間Sを減圧しても、側壁16aとマスク保持プレート50aの間から入ったエアーが、同図矢印に示すようにXYθステージ50の移動部の隙間から空間Sに進入して、圧力が下がりにくく、排気手段に負担がかかる。
そこで、マスクステージ20の周囲に、前記したように突起状の第2の隔壁19を設け、側壁16aとマスク保持プレート50aとの間隔を狭くする。
しかし、エアーの流路が狭まりコンダクタンスが大きくなるので、空間Sに流れ込むエアー量も少なくなり、空間Sの圧力が下がりやすくなる。
マスクMのたわみを矯正する圧力は、圧力をP、マスクの面積をA、マスクの質量をm、重力加速度をgとするとP=mg/Aから求められるが、例えば、面積1400mm×1200mm、比重2.2、厚さ15mmのマスクのたわみを矯正するためには、マスクの光出射側を大気圧である0.1MPaとした場合、マスクの光入射側において約320Pa圧力を下げればよい。したがって、偏光素子の入射側に設けられた隔壁から、マスク面までの空間の密封の程度は、ここに例示した程度の圧力差を生じさせられることを意味する。
ここでは、2500×2200mmの基板を1400×1200mmのマスクを用いて、4つの露光領域に分割して露光する場合について説明する。また、画素は、図6に示したように第1〜第4の領域(部分)に4分割して光配向処理する場合とする。ここでは呼称の混乱を避けるために、図6の画素P2において、右上の領域を第1部分、右下の領域を第2の部分、左下の領域を第3の部分、左上の領域を第4の部分と呼ぶ。
(1)図8に示したマスクMがマスクステージ20に取り付けられる。空間S内のエアーが排気ファン40等の排気手段により排気され、第1の隔壁17と第2の隔壁19との間が負圧になる。マスクMが持ち上がりたわみが矯正される。空間Sの圧力は、差圧計41の表示値に基づき、排気手段の排気量を調整することにより適宜調整される。
(2)配向膜が形成された基板Wがワークステージ30に載置される。ワークステージ30は、基板Wの4つの露光量域のうち、第1の露光領域が露光されるよう、概略位置に移動する。
(3)アライメント顕微鏡(不図示)により、基板Wの第1の露光領域に形成されたワークアライメントマークと、マスクMに形成されたマスクアライメントマークとが検出され、両者が所定の位置関係になるように、マスクステージ20のXYθステージ50によりマスクMを移動し精度の良い位置合せを行う。
(4)マスクMを介して、基板Wの第1の露光領域の画素の第1部分に、あらかじめ求められている所定の偏光方向と消光比を有する偏光光を、あらかじめ求められている所定の方向から所定の入射角度で照射する。
(5)第1の露光領域の画素の第1部分の露光が終了すると、偏光光の照射を停止する。 次に第2の露光領域が露光されるよう、ワークステージ30を移動する。上記と同様に、第2の露光領域と、マスクMの位置合せを行い、第2の露光領域における第1部分に偏光光を照射する。続いて第3の露光領域の第1部分、第4の露光領域の第1部分の露光(偏光光照射)が行われる。
(6)基板Wの全領域にわたって画素の第1部分が露光できれば、ワークステージ30を回転させることにより、基板を180°回転させる。これにより、露光される位置が、第1部分と画素中心を中心として点対称の位置にある第3部分になる。
(7)ワークステージ30は、第1の露光領域が露光されるよう移動する。第1の露光領域とマスクMの位置合せを行い、画素の第3部分に偏光光が照射される。
(8)続いて、第2の露光領域の画素の第3部分、第3の露光領域、第4の露光領域の第3部分の露光(偏光光照射)が行われる。
(9)画素の第3部分の露光が終了すると、空間Sの減圧を停止する。マスクステージ20のマスクMを取り外し、画素の第2部分に対応する開口部を持つものに交換し、空間Sを排気して負圧にする。
(10)上記と同様にして、第1、第2、第3、第4の露光領域の画素の第2部分を露光する。基板を180°回転し、第1、第2、第3、第4の露光領域の画素の第4部分を露光する。
以上で、基板の全領域(第1から第4の露光領域)の画素の第1〜第4部分に、所定の消光比、偏光方向、入射方向、入射角度で偏光光が照射される。
11 光源
12 平面反射鏡
13 偏光素子
14 インテグレータ
15 コリメータミラー
16 外装カバー
17 第1の隔壁
18 第2の隔壁
19 突起状の第2の隔壁
20 マスクステージ
30 ワークステージ
40 ファン
41 差圧計
42 ダクト
50 XYθステージ
Claims (2)
- 光源からの光を偏光素子により偏光し、偏光された光を、パターンが形成されたマスクを介して配向膜に照射する偏光光照射装置において、
マスクの光入射側の空間の圧力を、マスクの光出射側の空間の圧力に対して低くする
ことを特徴とする偏光光照射装置。 - 偏光素子の光入射側に設けられた隔壁から、マスク面までを密封空間とし、該空間の圧力を、マスクの出射側の空間の圧力よりも低くした
ことを特徴とする請求項1の偏光光照射装置。
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