JP2010092079A - Method for manufacturing liquid crystal display and exposure apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子の製造方法、及びこの製造方法を実施するために使用できる露光装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display element and an exposure apparatus that can be used to carry out this manufacturing method.
近年、フラットパネル型テレビやラップトップ型のコンピュータ及び携帯電話機等の各種の情報表示装置及び情報処理装置の普及に伴い、表示パネルの高性能化が要請されている。このような要請に応えるために、IPS(In Plane Switching)方式及びVA(Vertical Alignment: 垂直配向)方式等の、表示画素の電極又は電極上に微細な格子パターンを形成した液晶表示素子(液晶表示装置)が開発されている。特に、VA方式の液晶表示素子では、表示の応答性を高速化し、視野角を広げ、さらに透過率を向上するために、電極又は電極上に形成する微細な格子パターンのピッチは6μm程度に微細化されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, with the widespread use of various information display devices and information processing devices such as flat panel televisions, laptop computers and mobile phones, there has been a demand for higher performance display panels. In order to meet such demands, liquid crystal display elements (liquid crystal display) such as IPS (In Plane Switching) method and VA (Vertical Alignment: vertical alignment) method, etc., in which fine lattice patterns are formed on the electrodes of the display pixels Equipment) has been developed. In particular, in the VA liquid crystal display element, the pitch of the fine lattice pattern formed on the electrode or the electrode is as fine as about 6 μm in order to increase the display response speed, widen the viewing angle, and further improve the transmittance. (For example, refer to Patent Document 1).
また、視野角の一層の向上のために、各画素を複数のドメインに分割したMVA(Multi-domain Vertical Alignment) 方式の液晶表示素子では、分割された各ドメインにおいて、上記の微細な格子パターンの周期方向を変更することが行われている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、液晶表示素子の微細な格子パターンは、リソグラフィー工程で形成されるとともに、液晶表示素子のような大型の基板の全面を露光するには、大フィールドの投影光学系を備えた露光装置が必要である。そのため、投影光学系を複数のそれぞれ開口数が0.1未満程度の部分投影光学系から構成したマルチレンズ方式の露光装置が開発されている(例えば、特許文献3参照)。
In addition, in the MVA (Multi-domain Vertical Alignment) type liquid crystal display element in which each pixel is divided into a plurality of domains in order to further improve the viewing angle, the above-described fine lattice pattern is formed in each divided domain. Changing the periodic direction is performed (for example, refer to Patent Document 2).
By the way, a fine lattice pattern of a liquid crystal display element is formed by a lithography process, and in order to expose the entire surface of a large substrate such as a liquid crystal display element, an exposure apparatus equipped with a large-field projection optical system is required. It is. Therefore, a multi-lens type exposure apparatus has been developed in which the projection optical system is composed of a plurality of partial projection optical systems each having a numerical aperture of less than about 0.1 (for example, see Patent Document 3).
従来の表示画素の電極又は電極上に微細な格子パターンを形成した液晶表示素子において、さらに応答速度を向上させるためには、その格子パターンのピッチの一層の微細化が必要である。しかしながら、従来のマルチレンズ方式のような液晶表示素子用の露光装置では、投影光学系(又は部分投影光学系)には100mm以上の大視野が要求されるため、開口数の増大(大NA化)が難しく、よって、より微細なピッチの格子パターンを形成するのは困難であった。 In a conventional liquid crystal display element in which a fine lattice pattern is formed on an electrode of a display pixel or the electrode, in order to further improve the response speed, it is necessary to further refine the pitch of the lattice pattern. However, in a conventional exposure apparatus for a liquid crystal display element such as a multi-lens method, the projection optical system (or partial projection optical system) requires a large field of view of 100 mm or more, so that the numerical aperture is increased (large NA). Therefore, it is difficult to form a lattice pattern with a finer pitch.
本発明の態様は、このような事情に鑑み、視野角や応答速度が向上した液晶表示素子の製造方法、及びその製造方法を実施するために使用できる露光装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of an aspect of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid crystal display element with an improved viewing angle and response speed, and an exposure apparatus that can be used to implement the method.
本発明の第1の態様によれば、所定ピッチを有する周期パターンであって互いに異なる第1方向及び第2方向にそれぞれ配列された第1パターン及び第2パターンを含む素子用パターンが形成されたマスクを露光装置の投影光学系の物体面側に配置することと、その露光装置の露光光でそのマスクを照明する照明系の瞳面又はこの近傍の面におけるその露光光の光量分布を、その照明系の光軸を通り、その第1方向とその第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域と、その第1直線と直交する第2直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域と、における光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、そのマスクのその素子用パターンをその投影光学系を介してその液晶表示素子の基板に転写することと、そのパターンが転写されたその基板を処理することと、を含む液晶表示素子の製造方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, an element pattern including a first pattern and a second pattern, which are periodic patterns having a predetermined pitch and are arranged in different first and second directions, respectively, is formed. The mask is disposed on the object plane side of the projection optical system of the exposure apparatus, and the light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system that illuminates the mask with the exposure light of the exposure apparatus or in the vicinity thereof, It is on a first straight line that passes through the optical axis of the illumination system and extends in a direction corresponding to the intermediate direction between the first direction and the second direction, and is in the opposite direction from the optical axis and with the optical axis. The first region and the second region including the first point and the second point that are equal to each other, and the second straight line that is orthogonal to the first straight line and in the opposite direction from the optical axis, the optical axis The third point that is equal to each other And the third region and the fourth region including the fourth point, and the light amount in the other region is larger than the light amount in the other region, and the element pattern of the mask is transferred to the liquid crystal display element through the projection optical system. There is provided a method of manufacturing a liquid crystal display element, including transferring the substrate to the substrate and processing the substrate on which the pattern is transferred.
また、本発明の第2の態様によれば、露光光でマスクのパターンを介して基板を露光する露光装置において、その露光光でそのマスクのパターンを照明する照明系と、その照明系の瞳面又はこの近傍の面におけるその露光光の光量分布を、その照明系の光軸を通り、そのマスクのパターン面において互いに交差する第1方向と第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域と、その第1直線と直交する第2直線上にあって、その光軸からそれぞれ反対の方向にありその光軸との距離が互いに等しい第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域と、における光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な光量分布設定装置と、そのマスクのパターンの像をその基板の表面に形成する複数の部分投影光学系よりなる投影光学系と、そのマスクのその複数の部分投影光学系に対する所定方向への移動と、その基板のその所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備える露光装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, in an exposure apparatus that exposes a substrate with exposure light through a mask pattern, an illumination system that illuminates the mask pattern with the exposure light, and a pupil of the illumination system The light quantity distribution of the exposure light on the surface or a surface in the vicinity thereof extends in a direction corresponding to an intermediate direction between the first direction and the second direction intersecting each other on the pattern surface of the mask through the optical axis of the illumination system. A first area and a second area that are on the first straight line and that are in opposite directions from the optical axis and that have the same distance from the optical axis; The amount of light in the third area and the fourth area on the second straight line orthogonal to each other and in the opposite directions from the optical axis and including the third point and the fourth point, which are equal to each other, is equal to the optical axis. Greater than the light intensity in other areas A light quantity distribution setting device which can be set in such a manner, a projection optical system comprising a plurality of partial projection optical systems for forming an image of the mask pattern on the surface of the substrate, and the plurality of partial projection optical systems for the mask An exposure apparatus is provided that includes a stage system that synchronizes movement in a predetermined direction and movement of the substrate in a direction corresponding to the predetermined direction.
本発明の液晶表示素子の製造方法によれば、照明系の瞳面又はこの近傍の面における第1領域から第4領域の各領域からの光束がマスクの第1パターン又は第2パターンに照明されると、投影光学系の瞳面において、その第1パターン又は第2パターンからの0次光がその領域と共役な位置(光軸から離れた位置)を通過し、その第1パターン又は第2パターンからの1次回折光が、その0次光から第1方向又は第2方向に対応する方向に離れた位置を通過する。従って、基板にその第1パターン及び第2パターンの像がそれぞれ高いコントラストで形成されるため、その第1パターン及び第2パターン(微細な格子パターン)のピッチをより微細化できる。 According to the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention, light fluxes from the first region to the fourth region on the pupil plane of the illumination system or a surface in the vicinity thereof are illuminated onto the first pattern or the second pattern of the mask. Then, on the pupil plane of the projection optical system, the 0th-order light from the first pattern or the second pattern passes through a position conjugate with the region (a position away from the optical axis), and the first pattern or the second pattern. The 1st-order diffracted light from the pattern passes through a position away from the 0th-order light in a direction corresponding to the first direction or the second direction. Accordingly, since the images of the first pattern and the second pattern are formed on the substrate with high contrast, the pitch of the first pattern and the second pattern (fine lattice pattern) can be further miniaturized.
また、本発明によれば、0次光が投影光学系の光軸を中心とする領域を通過する通常の照明方式を用いる場合に比べて、同じ投影光学系を用いても、投影光学系の瞳面において第1パターン及び第2パターンからの0次光と1次回折光との距離を長くできるため、転写できる第1パターン及び第2パターンのピッチを微細化できる。従って、基板に形成する格子パターンのピッチを小さくできるため、応答速度が向上した液晶表示素子を容易に製造できる。 In addition, according to the present invention, even when the same projection optical system is used, the projection optical system can be compared with a case where a normal illumination system in which zero-order light passes through a region centered on the optical axis of the projection optical system is used. Since the distance between the 0th order light and the 1st order diffracted light from the first pattern and the second pattern can be increased on the pupil plane, the pitch of the first pattern and the second pattern that can be transferred can be miniaturized. Therefore, since the pitch of the lattice pattern formed on the substrate can be reduced, a liquid crystal display element with improved response speed can be easily manufactured.
また、本発明の露光装置を用いて、本発明の液晶表示素子の製造方法を実施できる。 Moreover, the manufacturing method of the liquid crystal display element of this invention can be implemented using the exposure apparatus of this invention.
本発明の実施形態の一例につき図1〜図7を参照して説明する。
図1(A)は、本実施形態で製造されるVA(Vertical Alignment: 垂直配向)方式でアクティブマトリクス駆動型の液晶表示素子(液晶表示装置)20の一つの表示画素内の概略構成を示す拡大断面図であり、図1(B)は、図1(A)のB−B'部分の断面図である。図1(A)において、液晶表示素子20は基本的に、液晶分子22aを含む液晶層22と、液晶層22を挟持するTFT(Thin Film Transistor)側のガラス基板21A及びカラーフィルター側のガラス基板21Bと、ガラス基板21Aの上面に形成された透明な画素電極23Aと、ガラス基板21Bの底面に画素電極23Aに対向するように形成された透明な対向電極23Bとを備えている。画素電極23A及び対向電極23Bは、それぞれITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)等より形成されている。
An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is an enlarged view showing a schematic configuration in one display pixel of a liquid crystal display element (liquid crystal display device) 20 of an active matrix drive type by a VA (Vertical Alignment) method manufactured in this embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view of the BB ′ portion of FIG. 1A. 1A, a liquid crystal display element 20 basically includes a liquid crystal layer 22 containing liquid crystal molecules 22a, a TFT (Thin Film Transistor) side glass substrate 21A that sandwiches the liquid crystal layer 22, and a color filter side glass substrate. 21B, a transparent pixel electrode 23A formed on the upper surface of the glass substrate 21A, and a transparent counter electrode 23B formed on the bottom surface of the glass substrate 21B so as to face the pixel electrode 23A. The pixel electrode 23A and the counter electrode 23B are made of ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), respectively.
さらに、液晶表示素子20は、ガラス基板21Aに形成された画素電極23Aの表面に電極23A,23B間に形成される電界パターンを変形するように所定ピッチで所定方向に形成された、微細な周期的な構造としての第1の格子パターン24Aと、ガラス基板21Bに形成された対向電極23Bの表面に例えば格子パターン24Aと位相がほぼ180°異なるように形成された、微細な周期的な構造としての第3の格子パターン24Cとを備えている。格子パターン24A,24Cは周期的な凸パターンである。なお、液晶表示素子20の一つの表示画素内で、例えば格子パターン24A及び24Cにそれぞれ連結されるように又は近接して、かつ格子パターン24A,24Cと同じピッチで周期方向が異なるように微細な周期的な構造としての第2及び第4の格子パターン(不図示)も形成されている。これらの第1〜第4の格子パターン24A,24C等は、誘電体(絶縁材料)又は導電性材料から形成される。格子パターン24A,24C等は、液晶表示素子20に導入される光束が通過できるように、例えば可視光に対して透明な材料より形成するのが好ましい。 Further, the liquid crystal display element 20 has a fine period formed in a predetermined direction at a predetermined pitch so as to deform the electric field pattern formed between the electrodes 23A and 23B on the surface of the pixel electrode 23A formed on the glass substrate 21A. As a fine periodic structure, the first lattice pattern 24A as a typical structure and the surface of the counter electrode 23B formed on the glass substrate 21B are formed so that the phase of the lattice pattern 24A differs from that of the lattice pattern 24A by approximately 180 °, for example. The third lattice pattern 24C is provided. The lattice patterns 24A and 24C are periodic convex patterns. Note that, within one display pixel of the liquid crystal display element 20, for example, it is finely connected to or adjacent to the lattice patterns 24A and 24C and different in the periodic direction at the same pitch as the lattice patterns 24A and 24C. Second and fourth lattice patterns (not shown) as periodic structures are also formed. These first to fourth lattice patterns 24A, 24C and the like are formed of a dielectric (insulating material) or a conductive material. The lattice patterns 24A, 24C and the like are preferably formed of a material transparent to visible light, for example, so that the light beam introduced into the liquid crystal display element 20 can pass through.
本実施形態において、格子パターン24A,24C等のピッチは一例として3〜5μmであることが好ましい。その範囲内で、一例として、格子パターン24A,24C等の線幅は2μm程度でピッチは4μm程度である。ただし、格子パターン24A,24C等のピッチは3μm以下又は5μm以上も可能である。
さらに、液晶表示素子20は、画素電極23Aの表面に格子パターン24Aを覆うように形成された分子配向膜25Aと、対向電極23Bの表面に格子パターン24Cを覆うように形成された分子配向膜25Bと、ガラス基板21Aの下面に形成されて第1の光吸収軸P(図1(B)参照)を有する偏光膜(ポラライザ)26Aと、ガラス基板21Bの上面に形成されて第1の光吸収軸Pに直交する第2の光吸収軸Aを有する偏光膜(アナライザ)26Bとを備えている。分子配向膜25A,25Bは液晶層22に接触し、液晶層22中の液晶分子22aを、画素電極23A及び対向電極23Bの間に電界が印加されていない非駆動状態において、液晶層22の境界面に対して略垂直な方向に規制する。従って、非駆動状態では、液晶表示素子20に入射する光束はほぼ遮光される。
In the present embodiment, the pitch of the lattice patterns 24A, 24C and the like is preferably 3 to 5 μm as an example. Within that range, as an example, the line widths of the lattice patterns 24A, 24C, etc. are about 2 μm and the pitch is about 4 μm. However, the pitch of the lattice patterns 24A, 24C, etc. can be 3 μm or less or 5 μm or more.
Furthermore, the liquid crystal display element 20 includes a molecular alignment film 25A formed on the surface of the pixel electrode 23A so as to cover the lattice pattern 24A, and a molecular alignment film 25B formed on the surface of the counter electrode 23B so as to cover the lattice pattern 24C. And a polarizing film (polarizer) 26A formed on the lower surface of the glass substrate 21A and having a first light absorption axis P (see FIG. 1B), and a first light absorption formed on the upper surface of the glass substrate 21B. And a polarizing film (analyzer) 26B having a second light absorption axis A orthogonal to the axis P. The molecular alignment films 25A and 25B are in contact with the liquid crystal layer 22, and the liquid crystal molecules 22a in the liquid crystal layer 22 are in a non-driven state where no electric field is applied between the pixel electrode 23A and the counter electrode 23B. Restrict in a direction substantially perpendicular to the surface. Therefore, in the non-driven state, the light beam incident on the liquid crystal display element 20 is substantially shielded.
一例として、液晶層22としては、メルク社より市販されている負の誘電率異方性を有する液晶を使うことができ、分子配向膜25A,25BとしてはJSR社より提供される垂直配向膜を使用することができる。典型的な例では、ガラス基板21A及び21Bは、液晶層22の厚さが約4μmになるように適当なスペーサを使って組み立てられる。さらに、一例として、格子パターン24A,24C等(微細な周期的な構造)は、透明な誘電体であるポジ型のフォトレジストから形成でき、このようなフォトレジストとしてはJSR社のポジ型レジストPC403等を使用できる。格子パターン24A,24Cは、例えば約0.4μmの厚さに形成するのが好ましい。 As an example, the liquid crystal layer 22 can be a liquid crystal having negative dielectric anisotropy commercially available from Merck, and the molecular alignment films 25A and 25B are vertical alignment films provided by JSR. Can be used. In a typical example, the glass substrates 21A and 21B are assembled using appropriate spacers so that the liquid crystal layer 22 has a thickness of about 4 μm. Further, as an example, the lattice patterns 24A, 24C and the like (fine periodic structure) can be formed from a positive photoresist which is a transparent dielectric, and as such a photoresist, a positive resist PC403 manufactured by JSR Corporation. Etc. can be used. The grid patterns 24A and 24C are preferably formed to a thickness of about 0.4 μm, for example.
図1(B)は、画素電極23A及び対向電極23B間に駆動電圧が印加された、液晶表示素子20の駆動状態におけるガラス基板21Aの表面の液晶分子22aの配向状態を示している。図1(B)において、格子パターン24Aの各ラインパターンの延在方向(周期方向に直交する方向)は、偏光膜26A,26Bによる光吸収軸P,Aに対して45°で交差している。また、液晶分子22aは格子パターン24Aの形成する局所的に変形された電界の効果により、格子パターン24Aの延在方向に倒れた状態で配向している。従って、入射する光束に対する液晶表示素子20の当該表示画素における透過率が高くなる。実際には各表示画素内に第1の格子パターン24Aと周期方向が異なる第2の格子パターン(不図示)が形成されており、液晶分子22aの倒れる方向は第1及び第2の格子パターンで異なるため、液晶表示素子20は広い視野角特性を示す。 FIG. 1B shows an alignment state of the liquid crystal molecules 22a on the surface of the glass substrate 21A in a driving state of the liquid crystal display element 20 in which a driving voltage is applied between the pixel electrode 23A and the counter electrode 23B. In FIG. 1B, the extending direction (direction orthogonal to the periodic direction) of each line pattern of the lattice pattern 24A intersects the light absorption axes P and A by the polarizing films 26A and 26B at 45 °. . Further, the liquid crystal molecules 22a are aligned in a state of being tilted in the extending direction of the lattice pattern 24A due to the effect of the locally deformed electric field formed by the lattice pattern 24A. Therefore, the transmittance of the liquid crystal display element 20 in the display pixel with respect to the incident light flux is increased. Actually, a second lattice pattern (not shown) having a periodic direction different from that of the first lattice pattern 24A is formed in each display pixel. The liquid crystal molecules 22a are tilted in the first and second lattice patterns. Due to the difference, the liquid crystal display element 20 exhibits a wide viewing angle characteristic.
また、そのように駆動電界が形成された場合、個々の液晶分子22aが格子パターン24A等の延在方向に倒れるため、液晶分子のチルトが或る領域から他の領域へと伝搬する必要がなく、応答速度が非常に速くなる。さらに、本実施形態では、格子パターン24A等のピッチが3〜5μmと従来に比べて微細であるため、さらに高い応答速度が得られる。 Further, when such a driving electric field is formed, the individual liquid crystal molecules 22a are tilted in the extending direction of the lattice pattern 24A and the like, so that the tilt of the liquid crystal molecules need not propagate from one region to another region. The response speed will be very fast. Furthermore, in this embodiment, since the pitch of the lattice pattern 24A and the like is 3 to 5 μm, which is finer than the conventional one, a higher response speed can be obtained.
また、本実施形態の変形例として、図1(C)の液晶表示素子20Aで示すように、微細な周期的な構造を、ガラス基板21Aの画素電極23Aに形成された周期的な凹パターンよりなる第1の格子パターン24E、及びガラス基板21Bの対向電極23Bに形成された周期的な凹パターンよりなる第3の格子パターン24Gとしてもよい。格子パターン24E,24Gは、画素電極23A及び対向電極23Bに形成されたカットアウトパターンである。この構成例でも、格子パターン24E,24Gに連結されるように又は近接して、かつ格子パターン24E,24Gと同じピッチで周期方向が異なるように第2の格子パターン(不図示)及び第4の格子パターン(不図示)が形成されている。この構成例でも、格子パターン24E,24Gのピッチは3〜5μmが好ましい。 As a modification of the present embodiment, as shown by the liquid crystal display element 20A in FIG. 1C, a fine periodic structure is formed by a periodic concave pattern formed on the pixel electrode 23A of the glass substrate 21A. The first lattice pattern 24E and the third lattice pattern 24G made of a periodic concave pattern formed on the counter electrode 23B of the glass substrate 21B may be used. The grid patterns 24E and 24G are cut-out patterns formed on the pixel electrode 23A and the counter electrode 23B. Also in this configuration example, the second grating pattern (not shown) and the fourth grating pattern are connected to or close to the grating patterns 24E and 24G, and the periodic directions are different at the same pitch as the grating patterns 24E and 24G. A lattice pattern (not shown) is formed. Also in this configuration example, the pitch of the lattice patterns 24E and 24G is preferably 3 to 5 μm.
また、ガラス基板21Aの画素電極23Aの表面に格子パターン24Eを覆うように分子配向膜25Aが形成され、ガラス基板21Bの対向電極23Bの表面に格子パターン24Gを覆うように分子配向膜25Bが形成されている。液晶表示素子20Aにおいても、格子パターン24E,24G等が設けられているため、広い視野角特性が得られるとともに、高い応答速度が得られる。 Further, a molecular alignment film 25A is formed on the surface of the pixel electrode 23A of the glass substrate 21A so as to cover the lattice pattern 24E, and a molecular alignment film 25B is formed on the surface of the counter electrode 23B of the glass substrate 21B so as to cover the lattice pattern 24G. Has been. Also in the liquid crystal display element 20A, since the lattice patterns 24E, 24G and the like are provided, a wide viewing angle characteristic can be obtained and a high response speed can be obtained.
次に、本実施形態における液晶表示素子20の製造方法につき説明する。なお、液晶表示素子20において、格子パターン24A,24C以外の部分は周知技術で製造できるとともに、格子パターン24Cは格子パターン24Aと同様に製造できるため、以下では主に格子パターン24A及びこれに連結又は近接した格子パターンの製造方法につき説明する。 Next, a manufacturing method of the liquid crystal display element 20 in the present embodiment will be described. In the liquid crystal display element 20, the portions other than the lattice patterns 24A and 24C can be manufactured by a well-known technique, and the lattice pattern 24C can be manufactured in the same manner as the lattice pattern 24A. A method for manufacturing adjacent lattice patterns will be described.
まず、液晶表示素子20を製造するためのリソグラフィー工程で使用される露光装置の構成につき図2〜図7を参照して説明する。
図2は、本実施形態に係る露光装置EXの全体構成を概略的に示す斜視図、図3は、図2中の照明系ILSの構成を概略的に示す図、図4は、図2の投影光学系PLを構成する各部分投影光学系(投影光学ユニット)の構成を概略的に示す図である。露光装置EXは、複数の反射屈折型の部分投影光学系からなる投影光学系PLに対してマスクMと基板PTとを移動させつつ、マスクMのパターンをフォトレジストが塗布された基板PTの表面に投影露光するマルチレンズ方式の走査型露光装置である。
First, the configuration of an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing the liquid crystal display element 20 will be described with reference to FIGS.
2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the exposure apparatus EX according to the present embodiment, FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the illumination system ILS in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram in FIG. It is a figure which shows schematically the structure of each partial projection optical system (projection optical unit) which comprises the projection optical system PL. The exposure apparatus EX moves the mask M and the substrate PT with respect to the projection optical system PL composed of a plurality of catadioptric partial projection optical systems, and the pattern of the mask M is applied to the surface of the substrate PT coated with a photoresist. This is a multi-lens scanning exposure apparatus that performs projection exposure.
なお、露光時にマスクMのパターン面及び基板PTの表面は実質的に平行である。図2〜図4等において、マスクMのパターン面に平行な面(本実施形態ではほぼ水平面)内で、走査露光時のマスクM及び基板PTの移動方向(走査方向)に沿ってX軸を設定し、X軸に直交する方向(非走査方向)に沿ってY軸を設定し、X軸及びY軸に直交する方向にZ軸を設定して説明する。 Note that the pattern surface of the mask M and the surface of the substrate PT are substantially parallel during exposure. 2 to 4 and the like, the X axis is set along the moving direction (scanning direction) of the mask M and the substrate PT at the time of scanning exposure in a plane parallel to the pattern surface of the mask M (substantially horizontal plane in the present embodiment). A description will be given by setting, setting the Y axis along the direction orthogonal to the X axis (non-scanning direction), and setting the Z axis in the direction orthogonal to the X axis and the Y axis.
図2及び図3において、露光装置EXは、露光用の照明光(露光光)を発生する例えば超高圧水銀ランプからなる光源1と、露光用の照明光でマスクMのパターン面の所定の複数の照明領域を均一な照度分布で照明する照明系ILSと、マスクMをマスクホルダ(不図示)を介してXY平面に平行に保持して移動するマスクステージMSと、マスクMのパターンの像を基板PTの表面に形成する投影光学系PLと、基板PTを保持して移動する基板ステージPS(図4参照)とを備えている。そして、楕円鏡2の第1焦点位置にある光源1から射出された照明光は、楕円鏡2及びミラー3を介して楕円鏡2の第2焦点位置に光源像を形成する。この第2焦点位置の近傍には、シャッター(不図示)が配置されている。 2 and 3, the exposure apparatus EX includes a light source 1 including, for example, an ultra-high pressure mercury lamp that generates illumination light (exposure light) for exposure, and a predetermined plurality of pattern surfaces of the mask M using the exposure illumination light. An illumination system ILS that illuminates the illumination area with a uniform illuminance distribution, a mask stage MS that moves the mask M in parallel with the XY plane via a mask holder (not shown), and an image of the pattern of the mask M A projection optical system PL formed on the surface of the substrate PT and a substrate stage PS (see FIG. 4) that holds and moves the substrate PT are provided. The illumination light emitted from the light source 1 at the first focal position of the elliptical mirror 2 forms a light source image at the second focal position of the elliptical mirror 2 via the elliptical mirror 2 and the mirror 3. A shutter (not shown) is disposed in the vicinity of the second focal position.
開状態のシャッターを通過した照明光は、光軸AX0に沿って所望の波長域の光束のみを透過させる波長選択フィルター6を含む第1リレーレンズ系5に入射する。波長選択フィルター6では、露光用の照明光(露光光)として、一例としてi線(波長365nm)を選択する。なお、波長選択フィルター6では、g線(波長436nm)とh線(波長405nm)とi線とを露光光として同時に選択してもよい。さらに、波長選択フィルター6では、例えばg線とh線とを同時に選択してもよく、h線とi線とを同時に選択してもよい。 The illumination light that has passed through the open shutter enters the first relay lens system 5 including the wavelength selection filter 6 that transmits only the light flux in a desired wavelength range along the optical axis AX0. The wavelength selection filter 6 selects i-line (wavelength 365 nm) as an example of illumination light (exposure light) for exposure. Note that the wavelength selection filter 6 may simultaneously select g-line (wavelength 436 nm), h-line (wavelength 405 nm), and i-line as exposure light. Further, in the wavelength selection filter 6, for example, the g-line and the h-line may be selected simultaneously, or the h-line and the i-line may be selected simultaneously.
上記のように、露光装置EXを用いて例えば液晶表示素子20に形成する格子パターン24A,24C等のピッチを3〜5μmにする場合、露光光の波長は365〜486nm(0.365〜0.486μm)程度にすることが好ましい。
第1リレーレンズ系5を通過した照明光は、第2リレーレンズ系7を介して、ライトガイド8の入射端8aに入射する。ライトガイド8は、多数の光ファイバー素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバーであって、光源1の数(図2では1つ)と同じ数の入射端8aと、投影光学系PLを構成する部分投影光学系の数(図2では5つ)と同じ数の射出端8b〜8f(図3では射出端8bだけを示す)とを備えている。こうして、ライトガイド8の入射端8aへ入射した照明光は、その内部を伝播した後、5つの射出端8b〜8fから射出される。照明系ILSは、射出端8b〜8fとマスクMとの間に配置される複数(ここでは5つ)の部分照明系を有する。
As described above, when the pitch of the lattice patterns 24A, 24C and the like formed on the liquid crystal display element 20 is set to 3 to 5 μm using the exposure apparatus EX, the wavelength of the exposure light is 365 to 486 nm (0.365 to 0. (486 μm) is preferable.
The illumination light that has passed through the first relay lens system 5 enters the incident end 8 a of the light guide 8 via the second relay lens system 7. The light guide 8 is a random light guide fiber formed by bundling a large number of optical fiber strands at random, and has the same number of incident ends 8a as the number of light sources 1 (one in FIG. 2) and the projection optical system PL. The number of exit ends 8b to 8f (only the exit end 8b is shown in FIG. 3) is the same as the number of partial projection optical systems (5 in FIG. 2). In this way, the illumination light incident on the incident end 8a of the light guide 8 propagates through the inside thereof and then exits from the five exit ends 8b to 8f. The illumination system ILS has a plurality (here, five) partial illumination systems arranged between the emission ends 8b to 8f and the mask M.
図3において、ライトガイド8の射出端8bから射出された発散光束は、部分照明系81内でコリメートレンズ10bによりほぼ平行な光束に変換された後、フライアイインテグレータ(オプティカルインテグレータ)11bに入射する。フライアイインテグレータ11bは、多数の正屈折力のレンズエレメントをその中心軸線が光軸AXIに沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列したものである。フライアイインテグレータ11bに入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、その後側焦点面(射出面の近傍の面)である部分照明系81の瞳面(以下、照明瞳面という。)IPPに多数の二次光源よりなる面光源を形成する。 In FIG. 3, the divergent light beam emitted from the exit end 8b of the light guide 8 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 10b in the partial illumination system 81, and then enters the fly eye integrator (optical integrator) 11b. . The fly's eye integrator 11b is formed by arranging a large number of lens elements having positive refractive powers vertically and horizontally and densely so that the central axis extends along the optical axis AXI. The light beam incident on the fly eye integrator 11b is wavefront divided by a large number of lens elements, and the pupil plane of the partial illumination system 81 (hereinafter referred to as the illumination pupil plane) IPP, which is the rear focal plane (surface in the vicinity of the exit plane). A surface light source comprising a number of secondary light sources is formed.
照明瞳面IPP(又はこの近傍の面)には複数の開口絞りが形成されたスライド可能な開口絞り板12bが配置されている。フライアイインテグレータ11bから射出され、開口絞り板12b中の一つの開口絞りを通過した照明光は、コンデンサーレンズ系13bを介してマスクMのパターン面のY方向に、フライアイインテグレータの各要素の形状に相似な細長い概長方形形状の照明領域を照明する。照明瞳面IPPは、マスクMのパターン面に対して光学的にフーリエ変換の関係にある。すなわち、照明瞳面IPP上の任意の一点を射出した照明光は、概ね平行光となって、マスクMのパターン面に対して上記任意の一点の位置に応じた入射角をもって入射する。逆に言えば、マスクMのパターン面上の任意の一点に照射する照明光は、その照明光の照明瞳面IPP上における位置に応じた入射角で、マスクMのパターン面に照射される。開口絞り板12b中の開口絞りによって、二次光源の形状と、部分照明系81からマスクMに入射する光束の最大の開口数NAILの対応する投影光学系(本実施形態では部分投影光学系PL1)の入射側の開口数NAinに対する比の値であるコヒーレンスファクタ(σ値)(=NAIL/NAin)と、が決定される。 A slidable aperture stop plate 12b having a plurality of aperture stops is disposed on the illumination pupil plane IPP (or a surface in the vicinity thereof). Illumination light emitted from the fly eye integrator 11b and passing through one aperture stop in the aperture stop plate 12b passes through the condenser lens system 13b in the Y direction of the pattern surface of the mask M in the shape of each element of the fly eye integrator. Illuminates a long, roughly rectangular illumination area similar to. The illumination pupil plane IPP is optically Fourier-transformed with respect to the pattern surface of the mask M. That is, the illumination light emitted from an arbitrary point on the illumination pupil plane IPP becomes substantially parallel light and enters the pattern surface of the mask M with an incident angle corresponding to the position of the arbitrary point. In other words, the illumination light applied to an arbitrary point on the pattern surface of the mask M is applied to the pattern surface of the mask M at an incident angle corresponding to the position of the illumination light on the illumination pupil plane IPP. By the aperture stop in the aperture stop plate 12b, the projection optical system corresponding to the shape of the secondary light source and the maximum numerical aperture NAIL of the light beam incident on the mask M from the partial illumination system 81 (in this embodiment, the partial projection optical system PL1). ) Is determined as a coherence factor (σ value) (= NAIL / NAin), which is a ratio of the numerical aperture NAin to the numerical aperture NAin on the incident side.
コリメートレンズ10bからコンデンサーレンズ系13bまでの光学部材を含んで部分照明系81が構成されている。同様に、図2の射出端8c〜8fとマスクMとの間にも部分照明系81と同じ構成の部分照明系(図2ではそのうちのコンデンサーレンズ系のみを図示している)が配置されている。
図5(A)は、図3の部分照明系81及び射出端8dの後段の部分照明系83のさらに詳細な構成を示す。図5(A)において、コリメートレンズ10bとフライアイインテグレータ11bとの間に、強度分布設定装置14bが配置されている。図5(B)は、強度分布設定装置14bを+Y方向から見た側面図である。図5(B)において、強度分布設定装置14bは、XZ平面内でそれぞれ凹及び凸のピラミッド型の断面形状を持つ2つのプリズム15A,15Bを光軸AXIに平行な軸に沿って配置した構成の第1分布設定部15と、光路長を揃えるための平板状の第2分布設定部16と、第1分布設定部15と第2分布設定部16とを交互に照明光ILの光路に設置するスライド方式の駆動部17とを備えている。第1分布設定部15を照明光ILの光路に設置すると、照明光ILはX方向に離れた2つの光束ILA,ILBと、Y方向に離れた2つの光束(不図示)との計4つの光束になってフライアイインテグレータ11bに入射するため、X軸及びY軸に平行な軸に沿った4極照明(詳細後述)を行う場合に高い照明効率が得られる。第2分布設定部16は、通常の照明方式を用いる場合に照明光ILの光路に設置される。
A partial illumination system 81 is configured including optical members from the collimating lens 10b to the condenser lens system 13b. Similarly, a partial illumination system having the same configuration as the partial illumination system 81 (only the condenser lens system is shown in FIG. 2) is arranged between the emission ends 8c to 8f and the mask M in FIG. Yes.
FIG. 5A shows a more detailed configuration of the partial illumination system 81 and the partial illumination system 83 downstream of the exit end 8d in FIG. In FIG. 5A, an intensity distribution setting device 14b is arranged between the collimating lens 10b and the fly eye integrator 11b. FIG. 5B is a side view of the intensity distribution setting device 14b viewed from the + Y direction. In FIG. 5B, the intensity distribution setting device 14b has a configuration in which two prisms 15A and 15B each having a concave and convex pyramidal cross-sectional shape in the XZ plane are arranged along an axis parallel to the optical axis AXI. The first distribution setting unit 15, the flat plate-like second distribution setting unit 16 for aligning the optical path length, and the first distribution setting unit 15 and the second distribution setting unit 16 are alternately installed in the optical path of the illumination light IL. And a slide type drive unit 17. When the first distribution setting unit 15 is installed in the optical path of the illumination light IL, the illumination light IL includes four light beams ILA and ILB separated in the X direction and two light beams (not shown) separated in the Y direction. Since it becomes a light beam and enters the fly eye integrator 11b, high illumination efficiency is obtained when performing quadrupole illumination (details will be described later) along an axis parallel to the X axis and the Y axis. The second distribution setting unit 16 is installed in the optical path of the illumination light IL when a normal illumination method is used.
また、第1分布設定部15の2つのプリズム15A,15Bの間隔を調整する間隔調整部をさらに備えてもよい。この場合、X軸及びY軸に平行な軸に沿った4極の2次光源の間隔に合わせてプリズム15A,15Bの間隔を調整することで、さらに高い照明効率が得られる。
また、開口絞り板12bには、図5(C)に示すように、それぞれX軸またはY軸に平行な軸上に配置される4つの円状の開口18Aa,18Ab、18Ac,18Adを有する開口絞り18A、及び円形開口を持つ通常照明用の開口絞り18Bが形成されている。不図示のスライド方式の駆動部によって、開口絞り板12bをX方向に移動することで、開口絞り18A及び18Bのうちの一方の開口絞りをフライアイインテグレータ11bの射出面の照明瞳面IPPに設置できる。なお、開口絞り18A,18Bの詳細な形状は後述する。また、開口絞り板12bは、露光対象のマスクに形成されているパターンに応じて交換してもよい。
Further, an interval adjusting unit that adjusts the interval between the two prisms 15A and 15B of the first distribution setting unit 15 may be further provided. In this case, higher illumination efficiency can be obtained by adjusting the distance between the prisms 15A and 15B in accordance with the distance between the quadrupole secondary light sources along the axis parallel to the X axis and the Y axis.
Further, as shown in FIG. 5C, the aperture stop plate 12b has four circular openings 18Aa, 18Ab, 18Ac, and 18Ad arranged on axes parallel to the X-axis and Y-axis, respectively. A stop 18A and an aperture stop 18B for normal illumination having a circular opening are formed. By moving the aperture stop plate 12b in the X direction by a slide-type drive unit (not shown), one of the aperture stops 18A and 18B is set on the illumination pupil plane IPP of the exit surface of the fly eye integrator 11b. it can. The detailed shapes of the aperture stops 18A and 18B will be described later. The aperture stop plate 12b may be exchanged according to the pattern formed on the mask to be exposed.
さらに、分布設定部15,16等によって、照明瞳面IPPにおける二次光源の形状を必要な形状に高精度に設定できる場合には、照明瞳面IPPには必ずしも開口絞りを設定する必要はない。
また、射出端8d側の部分照明系83も、部分照明系81と同じく、コリメートレンズ10d、強度分布設定装置14bと同じ構成の強度分布設定装置14d、フライアイインテグレータ11d、開口絞り板12bと同じ構成の開口絞り板12d、及びコンデンサーレンズ系13dを含んで構成されている。光軸AXIdを持つ部分照明系83も、フライアイインテグレータ11dの射出面の照明瞳面IPPdにおける二次光源の形状を部分照明系81と同様に設定する。これは、他の部分照明系も同様である。
Further, when the shape of the secondary light source on the illumination pupil plane IPP can be set to a required shape with high accuracy by the distribution setting units 15 and 16, etc., it is not always necessary to set an aperture stop on the illumination pupil plane IPP. .
Similarly to the partial illumination system 81, the partial illumination system 83 on the exit end 8d side is the same as the intensity distribution setting device 14d, the fly eye integrator 11d, and the aperture stop plate 12b having the same configuration as the collimating lens 10d and the intensity distribution setting device 14b. The aperture stop plate 12d and the condenser lens system 13d are configured. The partial illumination system 83 having the optical axis AXId also sets the shape of the secondary light source on the illumination pupil plane IPPd on the exit surface of the fly eye integrator 11d in the same manner as the partial illumination system 81. The same applies to other partial illumination systems.
なお、プリズム15Bとフライアイレンズ11bの間に、プリズム15A及び15Bにより分割された4つの照明光束のそれぞれを集光するための集光レンズを設けることで、照明光ILの利用効率を一層高めることもできる。この集光レンズは例えばその中心が、図5(B)中の2つの光束ILA,ILB、及びY方向に離れた不図示の2つの光束の中心とそれぞれ一致するような4つの正屈折力レンズとすればよい。
以上の実施形態においては、照明瞳面IPPにおける4つの照明光束ILA,ILB等の中心位置は、すべて光軸AXIから等距離にあるものとしたが、各距離はすべて等しいものである必要は無い。例えば、第1分布設定部15としての2つのピラミッド型プリズム15A,15Bの各4つの斜面の傾斜角度をそれぞれ異ならせることで、各光束の光軸からの距離を変更することもできる。
Note that by providing a condensing lens for condensing each of the four illumination light beams divided by the prisms 15A and 15B between the prism 15B and the fly-eye lens 11b, the utilization efficiency of the illumination light IL is further increased. You can also. For example, the condenser lens has four positive refractive power lenses whose centers coincide with the centers of the two light beams ILA and ILB in FIG. 5B and the two light beams (not shown) separated in the Y direction. And it is sufficient.
In the above embodiment, the center positions of the four illumination light beams ILA, ILB, etc. on the illumination pupil plane IPP are all equidistant from the optical axis AXI, but it is not necessary that all the distances are equal. . For example, the distance from the optical axis of each light beam can be changed by making the inclination angles of the four inclined surfaces of the two pyramid prisms 15A and 15B as the first distribution setting unit 15 different.
また、以上の実施形態においては、照明瞳面IPPにおける二次光源の形状は、光軸AXIからX方向に離れた2点及びY方向に離れた2点の計4点の近傍において照明光の強度分布が増大しているものとしたが、この方向は上記のX方向及びY方向に限るものではなく、X方向とY方向の中間方向であっても良い。さらには、露光対象のマスクに形成されているパターンに応じて任意の方向に設定可能とすることもできる。
図2の5つの部分照明系は、マスクMのパターン面(下面)においてY方向に2列に並んだ5つの概長方形形状の領域を照明する。なお、上述の例では、照明系ILSにおいて、光源1からの照明光をライトガイド8を介して5つの照明光に等分割しているが、分割数は任意である。
In the above embodiment, the shape of the secondary light source on the illumination pupil plane IPP is such that the illumination light is in the vicinity of a total of four points, two points separated from the optical axis AXI in the X direction and two points separated in the Y direction. Although the intensity distribution is assumed to increase, this direction is not limited to the X direction and the Y direction, and may be an intermediate direction between the X direction and the Y direction. Furthermore, it can be set in any direction according to the pattern formed on the mask to be exposed.
The five partial illumination systems in FIG. 2 illuminate five generally rectangular regions arranged in two rows in the Y direction on the pattern surface (lower surface) of the mask M. In the above example, in the illumination system ILS, the illumination light from the light source 1 is equally divided into five illumination lights through the light guide 8, but the number of divisions is arbitrary.
マスクMの各照明領域からの照明光は、各照明領域に対応するようにY方向に沿って2列に配列された複数(図1では合計で5つ)の部分投影光学系PL1〜PL5からなる投影光学系PLに入射する。部分投影光学系PL1〜PL5の構成は、互いに同じである。部分投影光学系PL1〜PL5の開口数は例えば0.1〜0.07の間である。以下、図4を参照して、各部分投影光学系の構成について説明する。
図4に示す部分投影光学系は、マスクMからの光に基づいてマスクパターンの一次像を形成する第1結像光学系K1と、一次像の近傍に配置され、マスクMにおける部分投影光学系の視野領域(照明領域)及び基板PTにおける部分投影光学系の投影領域(露光領域)を台形形状に規定する視野絞りFSと、その一次像からの光に基づいてマスクパターンの正立正像(二次像)を基板PT上に形成する第2結像光学系K2とを有する。
Illumination light from each illumination area of the mask M is received from a plurality of (a total of five in FIG. 1) partial projection optical systems PL1 to PL5 arranged in two rows along the Y direction so as to correspond to each illumination area. Is incident on the projection optical system PL. The configurations of the partial projection optical systems PL1 to PL5 are the same. The numerical apertures of the partial projection optical systems PL1 to PL5 are, for example, between 0.1 and 0.07. Hereinafter, the configuration of each partial projection optical system will be described with reference to FIG.
The partial projection optical system shown in FIG. 4 is arranged in the vicinity of the first imaging optical system K1 that forms a primary image of the mask pattern based on the light from the mask M and the primary image, and the partial projection optical system in the mask M A field stop FS that defines a trapezoidal shape of the field area (illumination area) and the projection area (exposure area) of the partial projection optical system on the substrate PT, and an erect image (2) of the mask pattern based on the light from the primary image And a second imaging optical system K2 for forming a next image) on the substrate PT.
第1結像光学系K1は、マスクMから−Z方向に入射する光を−X方向に反射する第1反射面を有する第1直角プリズムPR1と、第1直角プリズムPR1側から順に−X方向に配列された、正の屈折力を有する第1屈折光学系G1P及び第1凹面反射鏡MI1とを備えている。第1凹面反射鏡MI1から+X方向に第1直角プリズムPR1に入射した光は、第1直角プリズムPR1の第2反射面によって−Z方向に反射される。 The first imaging optical system K1 includes a first right-angle prism PR1 having a first reflection surface that reflects light incident in the −Z direction from the mask M in the −X direction, and the −X direction in order from the first right-angle prism PR1 side. And a first refractive optical system G1P having a positive refractive power and a first concave reflecting mirror MI1. The light incident on the first right-angle prism PR1 in the + X direction from the first concave reflecting mirror MI1 is reflected in the −Z direction by the second reflection surface of the first right-angle prism PR1.
一方、第2結像光学系K2は、視野絞りFSから−Z方向に入射する光を−X方向に反射する第1反射面を有する第2直角プリズムPR2と、第2直角プリズムPR2側から順に−X方向に配置された、正の屈折力を有する第2屈折光学系G2P及び第2凹面反射鏡MI2とを備えている。第2凹面反射鏡MI2から+X方向に第2直角プリズムPR2に入射した光は、第2直角プリズムPR2の第2反射面によって−Z方向に反射されて基板PTに入射する。また、マスクMのパターン面の近傍、及び視野絞りFSの近傍には、それぞれ像シフターとしての平行平面板DP1及びDP2が配置されている。 On the other hand, the second imaging optical system K2 sequentially includes a second right-angle prism PR2 having a first reflection surface that reflects light incident in the −Z direction from the field stop FS in the −X direction and the second right-angle prism PR2 side. A second refractive optical system G2P having a positive refractive power and a second concave reflecting mirror MI2 disposed in the −X direction; The light incident on the second right-angle prism PR2 in the + X direction from the second concave reflecting mirror MI2 is reflected in the −Z direction by the second reflection surface of the second right-angle prism PR2 and enters the substrate PT. In addition, parallel plane plates DP1 and DP2 as image shifters are disposed in the vicinity of the pattern surface of the mask M and in the vicinity of the field stop FS, respectively.
部分投影光学系において、第1結像光学系K1はX方向における横倍率が+1倍、Y方向おける横倍率が−1倍の一次像を形成し、第2結像光学系K2はX方向における横倍率が+1倍、Y方向おける横倍率が−1倍の一次像を形成する。従って、各部分投影光学系を介して基板PTに形成されるマスクパターンの像は等倍の正立正像である。また、各部分投影光学系は、ほぼ両側にテレセントリックな光学系である。なお、各部分投影光学系の構成は任意であり、各部分投影光学系を屈折系から構成してもよい。 In the partial projection optical system, the first imaging optical system K1 forms a primary image with a lateral magnification of +1 in the X direction and a lateral magnification of -1 in the Y direction, and the second imaging optical system K2 in the X direction. A primary image is formed with a lateral magnification of +1 and a lateral magnification in the Y direction of -1. Therefore, the image of the mask pattern formed on the substrate PT via each partial projection optical system is an equal-size erect image. Each partial projection optical system is a telecentric optical system on substantially both sides. The configuration of each partial projection optical system is arbitrary, and each partial projection optical system may be configured from a refractive system.
図2において、基板PTの表面において各照明領域に対応するようにY方向に2列に並んだ複数の台形状の露光領域には、マスクパターンの等倍の正立像が形成される。また、図3のマスクステージMSには、このステージを走査方向であるX方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系(不図示)が設けられている。また、マスクステージMSを非走査方向(Y方向)に沿って微小量だけ移動させるとともにZ軸に平行な軸の回りに微小量だけ回転させるための一対の駆動系(不図示)が設けられている。そして、マスクステージMSの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計MIFによって計測され、この計測結果によりマスクステージMSの位置制御が行われる。 In FIG. 2, an erect image equal to the mask pattern is formed in a plurality of trapezoidal exposure regions arranged in two rows in the Y direction so as to correspond to each illumination region on the surface of the substrate PT. Further, the mask stage MS of FIG. 3 is provided with a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the stage along the X direction which is the scanning direction. Also, a pair of drive systems (not shown) are provided for moving the mask stage MS by a minute amount along the non-scanning direction (Y direction) and rotating the mask stage MS by a minute amount around an axis parallel to the Z axis. Yes. Then, the position coordinates of the mask stage MS are measured by a laser interferometer MIF using a moving mirror, and the position control of the mask stage MS is performed based on the measurement result.
同様のステージ駆動系が、図4の基板ステージPSにも設けられている。即ち、基板ステージPSを走査方向(X方向)に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系(不図示)と、基板ステージPSを非走査方向(Y方向)に沿って微小量だけ移動させるとともにZ軸に平行な軸の回りに微小量だけ回転させるための一対の駆動系(不図示)とが設けられている。そして、基板ステージPSの位置座標が移動鏡を用いたレーザー干渉計PIFによって計測され、この計測結果による基板ステージPSの位置制御が行われる。 A similar stage drive system is also provided in the substrate stage PS of FIG. That is, a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the substrate stage PS along the scanning direction (X direction) and the substrate stage PS is moved by a minute amount along the non-scanning direction (Y direction). And a pair of drive systems (not shown) for rotating the axis around the axis parallel to the Z axis by a minute amount. Then, the position coordinate of the substrate stage PS is measured by a laser interferometer PIF using a moving mirror, and the position control of the substrate stage PS is performed based on the measurement result.
さらに、図2において、マスクMと基板PTとをXY平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対の例えば画像処理方式のアライメント系ALがマスクMの上方に配置されている。
こうして、マスクステージMS側の走査駆動系及び基板ステージPS側の走査駆動系により、複数の部分投影光学系PL1〜PL5からなる投影光学系PLに対してマスクMと基板PTとを一体的に同一方向(X方向)に沿って移動させることによって、マスクPのパターン領域の全体の像が順次、基板PTの各パターン形成領域の全面に転写(走査露光)される。なお、複数の台形状の露光領域の形状及び配置、ひいては複数の概長方形形状の照明領域の形状及び配置については、たとえば特開平7−183212号公報などに詳細な説明が記載されている。
Further, in FIG. 2, as a means for relatively aligning the mask M and the substrate PT along the XY plane, a pair of, for example, an image processing type alignment system AL is disposed above the mask M.
In this way, the mask M and the substrate PT are integrated with each other with respect to the projection optical system PL including the plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 by the scanning drive system on the mask stage MS side and the scanning drive system on the substrate stage PS side. By moving in the direction (X direction), the entire image of the pattern area of the mask P is sequentially transferred (scanned exposure) to the entire surface of each pattern formation area of the substrate PT. The shape and arrangement of the plurality of trapezoidal exposure areas and the shape and arrangement of the plurality of generally rectangular illumination areas are described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-183212.
次に、図1(A)の液晶表示素子20のTFT側のガラス基板21Aに微細な周期的な構造としての格子パターン24A等を形成するために、図6に示す素子用パターンが形成されたマスクM1が露光装置EXの投影光学系PLの物体面(マスクステージMSの上面)に配置される。マスクM1のパターン領域には、X方向及びY方向に所定間隔でI行×J列(I,Jはそれぞれ例えば数100〜1000程度の整数)に配置された複数の位置P(i,j)(i=1〜I,j=1〜J)を中心としてそれぞれ液晶表示素子20の各表示画素に対応する画素領域30が配置されている。なお、これらの複数の画素領域30は、一つの液晶表示素子(液晶表示パネル)用の素子用パターンであり、マスクM1のパターン領域は、X方向及びY方向に所定間隔で複数個の液晶表示素子用の素子用パターンが形成されている。 Next, in order to form a lattice pattern 24A or the like as a fine periodic structure on the glass substrate 21A on the TFT side of the liquid crystal display element 20 of FIG. 1A, the element pattern shown in FIG. 6 was formed. Mask M1 is arranged on the object plane (upper surface of mask stage MS) of projection optical system PL of exposure apparatus EX. In the pattern area of the mask M1, a plurality of positions P (i, j) arranged in I rows × J columns (I and J are each an integer of about several hundreds to 1,000, for example) at predetermined intervals in the X and Y directions. A pixel region 30 corresponding to each display pixel of the liquid crystal display element 20 is arranged around (i = 1 to I, j = 1 to J). The plurality of pixel areas 30 are element patterns for one liquid crystal display element (liquid crystal display panel), and the pattern area of the mask M1 includes a plurality of liquid crystal displays at predetermined intervals in the X direction and the Y direction. Element patterns for elements are formed.
図6は、その複数の画素領域30のうちの位置P(i,j)〜P(i+1,j−1)にある2行×2列分の画素領域30の拡大図を示す。図6において、X軸及びY軸はそれぞれ液晶表示素子20の偏光膜26A,26Bによる図1(B)の光吸収軸P及びAに対応する方向にそれぞれ平行に設定されている。この場合、各画素領域30は、それぞれX軸に平行な2辺及びY軸に平行な2辺で囲まれたほぼY方向に細長い長方形の領域である。各画素領域30には、それぞれ光透過部を背景として、+Y側には第1の周期的パターン31Sが、−Y側には第2の周期的パターン31Rが形成されている。 FIG. 6 shows an enlarged view of the pixel region 30 for 2 rows × 2 columns located at positions P (i, j) to P (i + 1, j−1) among the plurality of pixel regions 30. In FIG. 6, the X axis and the Y axis are respectively set in parallel to the directions corresponding to the light absorption axes P and A in FIG. 1B due to the polarizing films 26 </ b> A and 26 </ b> B of the liquid crystal display element 20. In this case, each pixel region 30 is a rectangular region elongated in the Y direction and surrounded by two sides parallel to the X axis and two sides parallel to the Y axis. In each pixel region 30, the first periodic pattern 31 </ b> S is formed on the + Y side and the second periodic pattern 31 </ b> R is formed on the −Y side with the light transmission portion as a background.
第1の周期的パターン31Sは、X軸に時計回りに角度θで交差する方向S1(第1方向)に平行にピッチP1で形成されたライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという。)であり、第2の周期的パターン31Rは、X軸に反時計回りに角度θで交差する方向R1(第2方向)に平行にピッチP1で形成されたL&Sパターンである。 The first periodic pattern 31S is a line-and-space pattern (hereinafter referred to as an L & S pattern) formed at a pitch P1 parallel to a direction S1 (first direction) that intersects the X axis clockwise at an angle θ. The second periodic pattern 31R is an L & S pattern formed at a pitch P1 parallel to a direction R1 (second direction) that intersects the X axis counterclockwise at an angle θ.
この場合、第1の周期的パターン31Sが図1(A)の第1の格子パターン24Aを構成するパターンであり、第2の周期的パターン31Rが、第2の格子パターン(不図示)を構成するパターンである。また、周期的パターン31Sの周期方向(方向S1)と周期的パターン31Rの周期方向(方向R1)とがなす角度は2θであり、方向S1と方向R1との中間方向はX軸に平行な方向である。また、角度θは(0°<θ<90°)の範囲内で任意の値を取ることが可能であるが、本実施形態では、角度θは45°である。従って、方向S1と方向R1とは直交している。なお、方向S1がX軸に対して時計回りになす角度をθ1、方向R1がX軸に対して反射時計回りになす角度をθ2として、角度θ1と角度θ2とが異なっていてもよい。さらに、方向S1と方向R1とはともにX軸に対して時計回り(又は反時計回り)で異なる角度に設定することも可能である。 In this case, the first periodic pattern 31S is a pattern constituting the first lattice pattern 24A of FIG. 1A, and the second periodic pattern 31R constitutes a second lattice pattern (not shown). Pattern. The angle formed by the periodic direction (direction S1) of the periodic pattern 31S and the periodic direction (direction R1) of the periodic pattern 31R is 2θ, and the intermediate direction between the direction S1 and the direction R1 is a direction parallel to the X axis. It is. Further, the angle θ can take any value within the range of (0 ° <θ <90 °), but in the present embodiment, the angle θ is 45 °. Therefore, the direction S1 and the direction R1 are orthogonal. Note that the angle θ1 may be different from the angle θ2, where θ1 is an angle that the direction S1 is clockwise with respect to the X axis, and θ2 is an angle that the direction R1 is clockwise with respect to the X axis. Furthermore, both the direction S1 and the direction R1 can be set to different angles clockwise (or counterclockwise) with respect to the X axis.
本実施形態の投影光学系PLの倍率βは等倍であるため、ピッチP1は、格子パターン24A等のピッチと同じであり、ピッチP1の好ましい範囲は3〜5μmである。なお、投影光学系PLの倍率βが等倍でないときには、ピッチP1は、格子パターン24A等のピッチの1/β倍に設定される。 Since the magnification β of the projection optical system PL of the present embodiment is equal, the pitch P1 is the same as the pitch of the lattice pattern 24A and the like, and the preferable range of the pitch P1 is 3 to 5 μm. When the magnification β of the projection optical system PL is not equal, the pitch P1 is set to 1 / β times the pitch of the lattice pattern 24A or the like.
また、露光装置EXでマスクM1のパターンを投影光学系PLを介して基板PTに投影する場合、照明系ILSの図5(A)の部分照明系81の照明瞳面IPPにおける照明光ILの光量分布は、図7(A)の斜線を施した4つの円形の領域43A,43B及び45A,45Bでの光量(積分値)がそれ以外の領域の光量(積分値)よりも大きくなるように設定される。他の全部の部分照明系83等の照明瞳面における光量分布も、照明瞳面IPPにおける照明光ILの光量分布と同じ分布に設定される。 When the exposure apparatus EX projects the pattern of the mask M1 onto the substrate PT via the projection optical system PL, the amount of illumination light IL on the illumination pupil plane IPP of the partial illumination system 81 in FIG. 5A of the illumination system ILS. The distribution is set so that the light amount (integrated value) in the four circular regions 43A, 43B and 45A, 45B indicated by the oblique lines in FIG. 7A is larger than the light amount (integrated value) in the other regions. Is done. The light amount distribution on the illumination pupil plane of all other partial illumination systems 83 and the like is also set to the same distribution as the light amount distribution of the illumination light IL on the illumination pupil plane IPP.
図7(A)において、X軸及びY軸の原点を部分照明系81の光軸AXIに設定している。また、部分照明系81の照明瞳面IPPとマスクのパターン面は光学的なフーリエ変換の関係にあるので、照明瞳面IPPにおいて光軸AXIから所定の方向DILSに離れた位置を通過する光束は、マスク(例えばマスクM1)のパターン面に対して方向DILSに応じた方向DMに傾斜して入射する。言い換えると、その光束のパターン面に対する射影は方向DMに平行である。以下では、このような関係にあるマスクのパターン面上の方向DMと、照明瞳面IPP上の方向DILSとを互いに対応する関係にあるという。 In FIG. 7A, the origins of the X axis and the Y axis are set to the optical axis AXI of the partial illumination system 81. Further, since the illumination pupil plane IPP of the partial illumination system 81 and the pattern surface of the mask are in an optical Fourier transform relationship, the light beam passing through a position away from the optical axis AXI in the predetermined direction DILS on the illumination pupil plane IPP The light is incident on the pattern surface of the mask (for example, mask M1) in a direction DM corresponding to the direction DILS. In other words, the projection of the light flux on the pattern surface is parallel to the direction DM. Hereinafter, it is said that the direction DM on the pattern surface of the mask having such a relationship and the direction DILS on the illumination pupil plane IPP are in correspondence with each other.
図5(A)の部分照明系81では、照明瞳面IPPとマスクのパターン面との間にはコンデンサーレンズ系13bのみがあるため、マスクのパターン面の所定方向に対応する照明瞳面IPP上の方向は、その所定方向に平行である。従って、マスクのパターン面のX軸に平行な方向に対応する照明瞳面IPP上の方向はX軸に平行である。照明瞳面IPPとマスクの間に折り曲げミラーが配置された場合には、ミラーによる反転作用により、この対応する関係が、単純な空間的な関係に対して変化することはいうまでもない。 In the partial illumination system 81 of FIG. 5 (A), since there is only the condenser lens system 13b between the illumination pupil plane IPP and the mask pattern plane, it is on the illumination pupil plane IPP corresponding to a predetermined direction of the mask pattern plane. The direction of is parallel to the predetermined direction. Accordingly, the direction on the illumination pupil plane IPP corresponding to the direction parallel to the X axis of the mask pattern surface is parallel to the X axis. Needless to say, when a folding mirror is arranged between the illumination pupil plane IPP and the mask, the corresponding relationship changes with respect to a simple spatial relationship due to the reversal effect of the mirror.
図7(A)において、光軸AXIを中心とする円周46は、射出される照明光の開口数が対応する部分投影光学系PL1の入射側の開口数NAinと同じになる領域である。従って、円周46は、コヒーレンスファクタ(σ値)が1の領域である。また、図6のマスクM1の2つの周期的パターン31S,31Rの周期方向である方向S1及びR1に対応する照明瞳面IPP上の方向がそれぞれ方向S2及びR2である。この場合、図6の方向S1及びR1の中間方向(X方向)に対応する照明瞳面IPP上の方向は同じくX方向である。従って、図7(A)において、方向S2はX軸に対して時計回りに角度θで交差し、方向R2はX軸に対して反時計回りに角度θで交差する。 In FIG. 7A, a circumference 46 centered on the optical axis AXI is an area where the numerical aperture NAin on the incident side of the corresponding partial projection optical system PL1 is the same as the numerical aperture of the emitted illumination light. Accordingly, the circumference 46 is a region where the coherence factor (σ value) is 1. In addition, the directions on the illumination pupil plane IPP corresponding to the directions S1 and R1 which are the periodic directions of the two periodic patterns 31S and 31R of the mask M1 in FIG. 6 are the directions S2 and R2, respectively. In this case, the direction on the illumination pupil plane IPP corresponding to the intermediate direction (X direction) between the directions S1 and R1 in FIG. 6 is also the X direction. Accordingly, in FIG. 7A, the direction S2 intersects the X axis clockwise at an angle θ, and the direction R2 intersects the X axis counterclockwise at an angle θ.
そして、照明瞳面IPPにおいて光量分布の大きな領域である斜線を施した4つの円形の領域43A,43B及び45A,45BのうちのX軸上の領域43A,43Bは、光軸AXIから方向S2に沿って距離D1の点を通り方向S2に直交する2つの対称な直線40S及び40SBを想定し、直線40S及び40SBとX軸との交点42A及び42Bを中心とする所定の半径rの円周で囲まれた領域である。
この場合、照明光の波長をλとして、照明光(照明系ILS又は部分照明系81)の開口数を単位として、図6の周期的パターン31S,31RのピッチP1を用いて距離D1は次のように設定される。
D1=λ/(2・P1) …(1)
また、方向S2とX軸とがなす角度はθであるため、中心42A,42Bと光軸AXIとの距離D2は次のようになる。
D2=D1/cosθ=λ/(2・P1・cosθ) …(2)
Then, the regions 43A and 43B on the X axis among the four circular regions 43A and 43B and 45A and 45B that are shaded, which is a region with a large light amount distribution on the illumination pupil plane IPP, are in the direction S2 from the optical axis AXI. Assuming two symmetric straight lines 40S and 40SB passing through the point of distance D1 and orthogonal to the direction S2, along the circumference of a predetermined radius r centering on the intersections 42A and 42B between the straight lines 40S and 40SB and the X axis It is an enclosed area.
In this case, the wavelength D of the illumination light is λ, the numerical aperture of the illumination light (illumination system ILS or partial illumination system 81) is used as a unit, and the distance D1 is expressed as follows using the pitch P1 of the periodic patterns 31S and 31R in FIG. Is set as follows.
D1 = λ / (2 · P1) (1)
Since the angle formed by the direction S2 and the X axis is θ, the distance D2 between the centers 42A and 42B and the optical axis AXI is as follows.
D2 = D1 / cos θ = λ / (2 · P1 · cos θ) (2)
また、Y軸上の領域45A,45Bは、上記2つの直線40S及び40SBとY軸との交点44A及び44Bを中心とする所定の半径rの円周で囲まれた領域である。
このとき、中心42A,42Bと光軸AXIとの距離D3は次のようになる。
D3=D1/sinθ=λ/(2・P1・sinθ) …(3)
本実施形態では、光軸AXIを通るX軸に沿って配置された2つの領域43A,43B及びY軸に沿って配置された2つの領域45A,45Bにおける光量が大きいため、この照明条件を仮にXY軸上の4極照明と呼ぶことができる。また、一例として、領域43A,43B及び領域45A,45Bの半径rは、σ値が1の半径を単位として、次のように0.2〜0.3に設定されることが好ましい。
r=0.2〜0.3 …(4)
Further, the regions 45A and 45B on the Y axis are regions surrounded by a circumference having a predetermined radius r centering on intersections 44A and 44B between the two straight lines 40S and 40SB and the Y axis.
At this time, the distance D3 between the centers 42A and 42B and the optical axis AXI is as follows.
D3 = D1 / sin θ = λ / (2 · P1 · sin θ) (3)
In this embodiment, the amount of light in the two regions 43A and 43B disposed along the X axis passing through the optical axis AXI and the two regions 45A and 45B disposed along the Y axis is large. This can be called quadrupole illumination on the XY axis. As an example, the radius r of the regions 43A and 43B and the regions 45A and 45B is preferably set to 0.2 to 0.3 as follows, with the radius of 1 as the unit.
r = 0.2-0.3 (4)
一例として、領域43A,43B及び領域45A,45B内の光量分布はそれぞれ均一な同じ光量であり、かつ円周46内を通過する照明光の光量のうちで、領域43A,43B及び領域45A,45B内を通過する照明光の光量の積分値が90%程度以上で、それ以外の領域を通過する照明光の光量の積分値が10%程度以下であることが好ましい。また、例えば式(4)を満たす範囲内で、領域43A,43Bの半径と領域45A,45Bの半径とが異なってもよい。
なお、領域43A,43B,45A,45Bの代わりに、領域43A,43B,45A,45Bとほぼ同じ面積の小さい楕円状、矩形、又は扇型等の領域で光量が大きくなるような照明条件を用いてもよい。
As an example, the regions 43A and 43B and the regions 45A and 45B have the same uniform light amount distribution, and the regions 43A and 43B and the regions 45A and 45B out of the amount of illumination light passing through the circumference 46 are respectively. It is preferable that the integral value of the amount of illumination light passing through the interior is about 90% or more and the integral value of the amount of illumination light passing through the other region is about 10% or less. Further, for example, the radius of the regions 43A and 43B and the radius of the regions 45A and 45B may be different within a range satisfying the expression (4).
In place of the regions 43A, 43B, 45A, 45B, illumination conditions are used in which the amount of light is large in a small oval, rectangular, or fan-shaped region having substantially the same area as the regions 43A, 43B, 45A, 45B. May be.
図7(A)の照明瞳面IPPの光量分布を持つ照明光で、図6のマスクM1の多数のパターン(周期的パターン31S,31R)を照明すると、対応する開口数NAの部分投影光学系PL1の瞳面PP(射出瞳と共役な面)における回折光の分布は図7(B)のようになる。他の部分投影光学系PL2〜PL5の瞳面における回折光の分布も図7(B)と同じである。なお、部分投影光学系PL1は等倍であるため、入射側の開口数NAinと射出側の開口数NAとは等しい。また、瞳面PPは照明瞳面IPPと光学的に共役であるため、照明瞳面IPP上のX軸及びY軸に対応する瞳面PP上の座標軸をそれぞれX軸及びY軸としている。 When a large number of patterns (periodic patterns 31S and 31R) of the mask M1 in FIG. 6 are illuminated with illumination light having a light amount distribution on the illumination pupil plane IPP in FIG. 7A, a partial projection optical system having a corresponding numerical aperture NA. The distribution of diffracted light on the pupil plane PP of PL1 (a plane conjugate with the exit pupil) is as shown in FIG. The distribution of diffracted light on the pupil planes of the other partial projection optical systems PL2 to PL5 is also the same as that in FIG. Since the partial projection optical system PL1 has the same magnification, the numerical aperture NAin on the incident side and the numerical aperture NA on the emission side are equal. Moreover, since the pupil plane PP is optically conjugate with the illumination pupil plane IPP, the coordinate axes on the pupil plane PP corresponding to the X axis and the Y axis on the illumination pupil plane IPP are set as the X axis and the Y axis, respectively.
図7(B)の瞳面PPにおいて、円周46Pは、照明瞳面IPPの円周46(σ=1)と共役な開口数がNAの照明光が通過する領域である。このとき、図7(A)中の各領域43A,43B,45A,45Bから射出された光束であって、図6の周期的パターン31S,31Rで回折されずに通過した光束(0次光)は、瞳面PPにおいて、それぞれ領域47A,47B,48A,48Bを通過する。
そして、例えば、領域43Aから射出され、周期的パターン31Sで回折された1次回折光の1つは、周期的パターン31Sの方向及びピッチに従って、領域47Aに対して+X方向から時計回りに角度θで交差する方向に、距離λ/P1、すなわち式(2)より2・D1だけ離れた位置である、領域48Aを通過することとなる。一方、領域43Aから射出され、周期的パターン31Rで回折された1次回折光の1つは、周期的パターン31Rの方向及びピッチに従って、領域47Aに対して+X方向から反時計回りに角度θで交差する方向に、距離λ/P1だけ離れた位置である、領域48Bを通過することとなる。
In the pupil plane PP of FIG. 7B, a circumference 46P is an area through which illumination light having a numerical aperture NA conjugate with the circumference 46 (σ = 1) of the illumination pupil plane IPP passes. At this time, the light beams emitted from the regions 43A, 43B, 45A, and 45B in FIG. 7A and passed without being diffracted by the periodic patterns 31S and 31R in FIG. 6 (0th-order light) Passes through the regions 47A, 47B, 48A, and 48B on the pupil plane PP, respectively.
Then, for example, one of the first-order diffracted lights emitted from the region 43A and diffracted by the periodic pattern 31S has an angle θ clockwise from the + X direction with respect to the region 47A according to the direction and pitch of the periodic pattern 31S. In the intersecting direction, the distance λ / P1, that is, the region 48A that is a position away from the expression (2) by 2 · D1 is passed. On the other hand, one of the first-order diffracted lights emitted from the region 43A and diffracted by the periodic pattern 31R intersects the region 47A counterclockwise from the + X direction at an angle θ according to the direction and pitch of the periodic pattern 31R. In this direction, the region 48B that is a position separated by the distance λ / P1 is passed.
また、照明瞳面IPPの領域43Bから射出された照明光によって周期的パターン31S及び31Rから発生する1次回折光も、同様にして、それぞれ領域48B及び領域48Aを通過する。
次に、照明瞳面IPPの領域45Aから射出された照明光によって周期的パターン31Sから発生する1次回折光の一方についても、周期的パターン31Sのピッチ及び方向性から、領域48Aに対して−X方向から反時計回りに角度θで交差する方向に、距離λ/P1だけ離れた位置である、領域47Aを通過することとなる。そして、領域45Aから射出された照明光によって周期的パターン31Rから発生する1次回折光の一方についても、同様にして、領域47Bを通過することとなる。
Similarly, the first-order diffracted light generated from the periodic patterns 31S and 31R by the illumination light emitted from the region 43B of the illumination pupil plane IPP passes through the region 48B and the region 48A, respectively.
Next, regarding one of the first-order diffracted light generated from the periodic pattern 31S by the illumination light emitted from the region 45A of the illumination pupil plane IPP, −X with respect to the region 48A due to the pitch and directionality of the periodic pattern 31S. The region 47A, which is a position separated by a distance λ / P1, is passed in a direction crossing at an angle θ counterclockwise from the direction. Similarly, one of the first-order diffracted light generated from the periodic pattern 31R by the illumination light emitted from the region 45A passes through the region 47B in the same manner.
従って、照明瞳面IPP上の4つの領域43A,43B,45A,45Bからの照明光束の照射により、図6の多数のパターン中の第1の周期的パターン31Sまたは第2の周期的パターン31Rから発生した0次光及び一方の1次回折光は、いずれも瞳面PPを通過し、すなわち部分投影光学系PL1を通過し、基板PTの表面に入射する。そして、基板PT上に0次光と1次回折光の干渉縞、すなわち、第1の周期的パターン31S及び第2の周期的パターン31Rの高コントラストな像を形成する。よって、微細な周期パターンを高解像で露光することが可能となる。
また、4つの0次光と、4つの一次回折光は、瞳面PPにおいて、すべて光軸AXからほぼ等距離の位置にある4つの領域45A,45B,47A,47Bのいずれかを通ることとなり、すなわち、ほぼ等しい入射角で、基板PTの表面に入射する。このため、周期的パターン31R及び31Sの像は、大きな焦点深度を有することになる。
Therefore, from the first periodic pattern 31S or the second periodic pattern 31R in the multiple patterns of FIG. 6 by irradiation of illumination light beams from the four regions 43A, 43B, 45A, and 45B on the illumination pupil plane IPP. The generated 0th-order light and one first-order diffracted light both pass through the pupil plane PP, that is, pass through the partial projection optical system PL1, and enter the surface of the substrate PT. Then, interference fringes of 0th-order light and 1st-order diffracted light, that is, high-contrast images of the first periodic pattern 31S and the second periodic pattern 31R are formed on the substrate PT. Therefore, a fine periodic pattern can be exposed with high resolution.
Further, the four 0th-order lights and the four first-order diffracted lights all pass through any one of the four regions 45A, 45B, 47A, and 47B that are substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane PP. That is, the light is incident on the surface of the substrate PT at substantially the same incident angle. For this reason, the images of the periodic patterns 31R and 31S have a large depth of focus.
なお、照明瞳面IPP上の4つの領域43A,43B,45A,45Bの光軸AXIからの距離は、必ずしもすべて等距離に限るわけではなく、4つの領域43A,43B,45A,45Bの光軸からの距離が、相互に−20%〜+20%程度以内に等しければ、上述の焦点深度の向上効果を得ることができる。
次に、本実施形態の露光装置EXを用いて図1(A)の液晶表示素子20を製造する工程の一例につき図12のフローチャートを参照して説明する。また、製造過程の液晶表示素子の構造を図8〜図10を参照して説明する。説明の便宜上、図8〜図10では、図1(A)のTFT側のガラス基板21Aをガラス基板TG、格子パターン24A,24Cを格子パターンLS1,LC1、カラーフィルター側のガラス基板21Bをガラス基板FG、液晶層22を液晶層LC、対向電極23Bを対向電極CEとして、画素電極23Aを表示画素別に画素電極PE1,PE2,…として説明する。また、分子配向膜25A,25B及び偏光膜26A,26Bは説明を省略するとともに、図8、図9では、偏光膜26A,26Bによる図1(B)の光吸収軸P及びAにそれぞれ平行にX軸及びY軸を取って説明する。
Note that the distances from the optical axis AXI of the four regions 43A, 43B, 45A, and 45B on the illumination pupil plane IPP are not necessarily limited to the same distance, and the optical axes of the four regions 43A, 43B, 45A, and 45B are not necessarily limited. If the distances from each other are equal to each other within about −20% to + 20%, the above-described effect of improving the depth of focus can be obtained.
Next, an example of a process for manufacturing the liquid crystal display element 20 of FIG. 1A using the exposure apparatus EX of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The structure of the liquid crystal display element in the manufacturing process will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, in FIGS. 8 to 10, the TFT-side glass substrate 21A in FIG. 1A is the glass substrate TG, the lattice patterns 24A and 24C are the lattice patterns LS1 and LC1, and the color filter-side glass substrate 21B is the glass substrate. FG, the liquid crystal layer 22 will be described as the liquid crystal layer LC, the counter electrode 23B as the counter electrode CE, and the pixel electrode 23A as the pixel electrodes PE1, PE2,. Further, the description of the molecular alignment films 25A and 25B and the polarizing films 26A and 26B is omitted, and in FIGS. 8 and 9, the polarizing films 26A and 26B are parallel to the light absorption axes P and A of FIG. A description will be given by taking the X axis and the Y axis.
図8は、製造中の液晶表示素子のTFT側のガラス基板TGの複数の画素領域を含む要部をTFTパターンの形成された側から見た拡大図である。図8において、ガラス基板TGの上面には、Y方向に多数本の信号線(信号電極)SL1,SL2,SL3,…が延び、X方向に多数本の選択線(走査電極)GL1,GL2,…が延びている。各信号線SL1,SL2,…と各選択線GL1,GL2,…との交点にはTFTよりなるトランジスタTR1,TR2,…が形成される。そして、トランジスタTR1,TR2,…によって各表示画素を規定する画素電極PE1,PE2,…に印加される電位が決定され、各表示画素の明るさ(透過率)が決定される。 FIG. 8 is an enlarged view of a main part including a plurality of pixel regions of the glass substrate TG on the TFT side of the liquid crystal display element being manufactured as viewed from the side where the TFT pattern is formed. 8, a large number of signal lines (signal electrodes) SL1, SL2, SL3,... Extend in the Y direction on the upper surface of the glass substrate TG, and a large number of selection lines (scanning electrodes) GL1, GL2,. ... is extended. Transistors TR1, TR2,... Composed of TFTs are formed at the intersections between the signal lines SL1, SL2,... And the selection lines GL1, GL2,. .. Are determined by the transistors TR1, TR2,..., And the brightness (transmittance) of each display pixel is determined.
まず、図12のパターン形成工程401では、ガラス基板TGに回路パターンを形成することによって、TFT側のガラス基板TGが製造される。この製造工程について、図10を用いて説明する。
図10(A)、(C)、(E)、(G)は、それぞれ図8中のトランジスタTR5付近の拡大図を示し、図10(B)、(D)、(F)、(H)は、図8中のトランジスタTR5付近におけるA−A’部分での断面図を示す。
First, in the pattern formation process 401 of FIG. 12, a glass substrate TG on the TFT side is manufactured by forming a circuit pattern on the glass substrate TG. This manufacturing process will be described with reference to FIG.
10A, 10C, 10E, and 10G are enlarged views of the vicinity of the transistor TR5 in FIG. 8, and FIGS. 10B, 10D, 10F, and 10H are shown in FIGS. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the vicinity of the transistor TR5 in FIG.
始めに、図10(A)及び図10(B)に示すように、ガラス基板TGの上面にタンタル等の金属膜を成膜し、露光装置(例えば図2の露光装置EXでもよい)を用いたリソグラフィー工程により所定部分に上記金属膜による選択線GL2及びゲート電極TG5を形成する。その後、例えば上記金属膜を陽極酸化することにより、選択線GL2及びゲート電極TG5の表面に金属酸化膜(不図示)を形成する。 First, as shown in FIGS. 10A and 10B, a metal film such as tantalum is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and an exposure apparatus (for example, the exposure apparatus EX of FIG. 2 may be used). The selection line GL2 and the gate electrode TG5 made of the metal film are formed in predetermined portions by the lithography process. Thereafter, for example, by anodizing the metal film, a metal oxide film (not shown) is formed on the surfaces of the selection line GL2 and the gate electrode TG5.
ここにおいて、選択線GL2及びゲート電極TG5の線幅は、それぞれ10μm程度とすることが好ましい。
次に、図10(C)及び図10(D)に示すように、ガラス基板TGの上面にアモルファスシリコン膜を成膜し、リソグラフィー工程により、ゲート電極TG5を跨ぐように上記アモルファスシリコンによるトランジスタTR5を形成する。そして、その上に、アルミニウム等の金属又は導電性の高い半導体を成膜し、リソグラフィー工程によりトランジスタTR5上の所定領域にソース電極TS5及びドレイン電極TD5を形成する。
Here, the line widths of the selection line GL2 and the gate electrode TG5 are preferably about 10 μm, respectively.
Next, as shown in FIGS. 10C and 10D, an amorphous silicon film is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and the transistor TR5 made of the above amorphous silicon is straddled across the gate electrode TG5 by a lithography process. Form. Then, a metal such as aluminum or a highly conductive semiconductor is formed thereon, and the source electrode TS5 and the drain electrode TD5 are formed in a predetermined region over the transistor TR5 by a lithography process.
この状態において、ソース電極TS5とドレイン電極TD5との間隙は、3μm程度とすることが好ましい。
続いて、図10(E)及び図10(F)に示すように、上記のTFT側のガラス基板TGの上面に、アルミニウム等の金属を成膜し、リソグラフィー工程により、ソース電極TS5と整合する位置に信号線SL2を形成する。その後、ガラス基板TGの上面に、たとえば有機物質からなる透明な絶縁膜PVを形成し、リソグラフィー工程により、ドレイン電極TD5と整合する位置の絶縁膜PVに開口(ホール)を形成する。そして、その上に、ITO又はIZOによる透明電極を成膜し、リソグラフィー工程により、この透明電極を各表示画素に対応する透明な画素電極PE5等に分離する。
In this state, the gap between the source electrode TS5 and the drain electrode TD5 is preferably about 3 μm.
Subsequently, as shown in FIGS. 10E and 10F, a metal such as aluminum is formed on the upper surface of the glass substrate TG on the TFT side and aligned with the source electrode TS5 by a lithography process. A signal line SL2 is formed at the position. Thereafter, a transparent insulating film PV made of, for example, an organic material is formed on the upper surface of the glass substrate TG, and an opening (hole) is formed in the insulating film PV at a position aligned with the drain electrode TD5 by a lithography process. A transparent electrode made of ITO or IZO is formed thereon, and the transparent electrode is separated into transparent pixel electrodes PE5 corresponding to the respective display pixels by a lithography process.
次に、図10(G)及び図10(H)に示すように、上記の透明な画素電極PE5等の表面に、リソグラフィー工程によって本実施形態の特徴事項である微細な格子パターンLS1を形成する。この工程を詳細に説明すると、図12のステップ301において、コータ・デベロッパ(不図示)において、ガラス基板TGの画素電極PE5等を含む表面に誘電体としてのポジ型のフォトレジストを塗布する。次のステップ302において、図2の露光装置EXの投影光学系PLの物体面(マスクステージの上面)に、図6の多数の画素領域30毎に周期的なパターン(31S、31R)が形成されたマスクM1をロードする。これとほぼ並行してステップ303において、露光装置EXの照明系ILS(部分照明系81等)の照明条件を、照明瞳面IPP等での光量分布が図7(A)の状態になるXY軸上の4極照明に設定する。 Next, as shown in FIGS. 10G and 10H, a fine lattice pattern LS1, which is a feature of the present embodiment, is formed on the surface of the transparent pixel electrode PE5 or the like by a lithography process. . Describing this process in detail, in step 301 of FIG. 12, a coater / developer (not shown) applies a positive photoresist as a dielectric to the surface of the glass substrate TG including the pixel electrodes PE5 and the like. In the next step 302, periodic patterns (31S, 31R) are formed on the object plane (upper surface of the mask stage) of the projection optical system PL of the exposure apparatus EX of FIG. Load the mask M1. Almost in parallel with this, in step 303, the illumination conditions of the illumination system ILS (partial illumination system 81, etc.) of the exposure apparatus EX are set, and the light quantity distribution on the illumination pupil plane IPP, etc. is in the state of FIG. Set to upper quadrupole illumination.
次のステップ304において、露光装置EXにおいて、マスクM1のパターンの像をガラス基板TGのフォトレジスト層に走査露光する。次のステップ305において、コータ・デベロッパ(不図示)において、ガラス基板TGのフォトレジストを現像することによって、複数の表示画素の画素電極PE5等の表面に図6の周期的パターン31Sの像としての格子パターンLS1及び周期的パターン31Rの像としての格子パターンLS2(図9参照)が高精度に形成される。 In the next step 304, the exposure apparatus EX scans and exposes the pattern image of the mask M1 on the photoresist layer of the glass substrate TG. In the next step 305, a coater / developer (not shown) develops the photoresist on the glass substrate TG, thereby forming an image of the periodic pattern 31S of FIG. 6 on the surface of the pixel electrodes PE5 and the like of the plurality of display pixels. A lattice pattern LS2 (see FIG. 9) as an image of the lattice pattern LS1 and the periodic pattern 31R is formed with high accuracy.
図9は、微細な格子パターンLS1,LS2の形成が終了した状態における本実施形態のTFT側のガラス基板TGの複数の画素領域(それぞれ画素電極PE1,PE2,…が形成されている)を含む要部の拡大図を示す。一例として、格子パターンLS1,LS2のラインパターンの線幅は2μm程度、ピッチは4μm程度であるが、露光装置EXの部分投影光学系PL1〜PL5(投影光学系PL)の開口数NAが0.1より大きいのであれば、格子パターンLS1,LS2のピッチはもっと細かくても良い。
格子パターンLS1、LS2は、例えば上記の露光及び現像工程により形成されるフォトレジスト自体であっても良く、フォトレジストをエッチングマスクとして、フォトレジストの下層に形成された誘電体膜等をエッチング加工したものであっても良い。
FIG. 9 includes a plurality of pixel regions (pixel electrodes PE1, PE2,... Are formed respectively) of the glass substrate TG on the TFT side of the present embodiment in a state where the formation of the fine lattice patterns LS1, LS2 is completed. The enlarged view of the principal part is shown. As an example, the line width of the lattice patterns LS1 and LS2 is about 2 μm and the pitch is about 4 μm, but the numerical aperture NA of the partial projection optical systems PL1 to PL5 (projection optical system PL) of the exposure apparatus EX is 0. If it is larger than 1, the pitch of the lattice patterns LS1 and LS2 may be finer.
The lattice patterns LS1 and LS2 may be, for example, the photoresist itself formed by the exposure and development processes described above, and the dielectric film formed below the photoresist is etched using the photoresist as an etching mask. It may be a thing.
次に、ステップ402において、カラーフィルター側のガラス基板FGが製造される。
図11は、本実施形態における完成した液晶表示素子の複数の表示画素を示す拡大断面図であり、かつ図11は、図9におけるB−B’部分の断面図を表している。図11に示すように、完成した液晶表示素子においては、TFT側のガラス基板TGとカラーフィルター側のガラス基板FGとが対向して配置され、その間に液晶層LCが挟み込まれている。
Next, in step 402, a glass substrate FG on the color filter side is manufactured.
FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing a plurality of display pixels of the completed liquid crystal display element in the present embodiment, and FIG. 11 shows a cross-sectional view of the BB ′ portion in FIG. As shown in FIG. 11, in the completed liquid crystal display element, the glass substrate TG on the TFT side and the glass substrate FG on the color filter side are arranged to face each other, and the liquid crystal layer LC is sandwiched therebetween.
カラーフィルター側のガラス基板FGの底面のTFT側のガラス基板TGの各画素電極PE5,PE6,PE10に対向する部分には、一般的なカラーフィルター側のガラス基板と同様に、リソグラフィー工程で形成されたブラックマトリクス層MB2,MB3,BM4、及び赤色カラーフィルターCR、緑色カラーフィルターCG、青色カラーフィルターCBが形成されている。そして、これらの表面(下面)を覆うように、透明な絶縁膜PV2、及びITOやIZOによる対向電極CEが形成されている。 A portion facing the pixel electrodes PE5, PE6, and PE10 of the TFT side glass substrate TG on the bottom surface of the color filter side glass substrate FG is formed by a lithography process in the same manner as a general color filter side glass substrate. The black matrix layers MB2, MB3, BM4, the red color filter CR, the green color filter CG, and the blue color filter CB are formed. A transparent insulating film PV2 and a counter electrode CE made of ITO or IZO are formed so as to cover these surfaces (lower surfaces).
さらに、本実施形態におけるカラーフィルター側のガラス基板FGでは、対向電極CEの表面(図11の下面)の格子パターンLS1及びLS2(図11では不図示)に対向する領域に、それぞれリソグラフィー工程によって本実施形態の特徴事項である微細な第1の格子パターンLC1及び第2の格子パターン(不図示)が形成されている。
なお、格子パターンLC1等は、図2の露光装置EXにおいて、図6と同様なマスクM1(又は周期的パターン31S,31Rに対して、パターンの周期に関する位相が180°異なる周期的パターンが形成されたマスクでもよい)を用いて、ステップ301〜305と同様の工程を実施することによって形成できる。
Further, in the glass substrate FG on the color filter side in the present embodiment, the main surface of the counter electrode CE (the lower surface in FIG. 11) is opposed to the lattice patterns LS1 and LS2 (not shown in FIG. 11) by the lithography process. A fine first lattice pattern LC1 and a second lattice pattern (not shown), which are features of the embodiment, are formed.
In the exposure apparatus EX of FIG. 2, the lattice pattern LC1 and the like are formed with a periodic pattern whose phase with respect to the pattern period is 180 ° different from that of the mask M1 (or the periodic patterns 31S and 31R) similar to FIG. Can be formed by performing the same processes as in steps 301 to 305.
そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られたTFT側のガラス基板TG、及びカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター側のガラス基板FGとの間に液晶を注入して、液晶表示素子(液晶セル)を製造する。
その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶セルの表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、露光装置EXを用いて、微細な格子パターンLS1,LC1等が形成された極めて応答速度の高い液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, liquid crystal is injected between the TFT side glass substrate TG obtained in the pattern formation step 401 and the color filter side glass substrate FG obtained in the color filter formation step 402. A liquid crystal display element (liquid crystal cell) is manufactured.
Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing display operation of the assembled liquid crystal cell are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, it is possible to obtain a liquid crystal display element with a very high response speed with a high throughput on which fine lattice patterns LS1, LC1, etc. are formed, using the exposure apparatus EX.
本実施形態の効果等は以下の通りである。
(1)本実施形態の露光装置EXを用いた液晶表示素子の製造方法は、ピッチP1を有し互いに異なる方向S1(第1方向)及び方向R1(第2方向)にそれぞれ配列された周期的パターン31S(第1パターン)及び周期的パターン31R(第2パターン)とを含むパターン(素子用パターン)が形成されたマスクM1を露光装置EXの投影光学系PLの物体面側に配置するステップ302を含む。さらにその製造方法は、波長λの照明光(露光光)でマスクM1を照明する照明系ILSの部分照明系81の照明瞳面IPP(又はこの近傍の面でもよい)における照明光の光量分布を、光軸AXIを通り、方向S1と方向R1との中間方向に対応する方向に伸びるX軸(第1直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D2が互いに等しい交点42A(第1点)及び交点42B(第2点)を含む領域43A(第1領域)及び領域43B(第2領域)と、X軸と直交するY軸(第2直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D3が互いに等しい交点44A(第3点)及び交点44B(第4点)を含む領域45A(第3領域)及び領域45B(第4領域)とにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、マスクM1の素子用パターンを投影光学系PLを介して液晶表示素子のガラス基板TGに転写するステップ303,304と、その素子用パターンが転写されたガラス基板TGのフォトレジストを現像して処理するステップ305とを含んでいる。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
(1) A method for manufacturing a liquid crystal display element using the exposure apparatus EX of the present embodiment is a periodic method having a pitch P1 and arranged in different directions S1 (first direction) and R1 (second direction). Step 302 of disposing a mask M1 on which a pattern (element pattern) including a pattern 31S (first pattern) and a periodic pattern 31R (second pattern) is formed on the object plane side of the projection optical system PL of the exposure apparatus EX including. Further, the manufacturing method calculates the light amount distribution of the illumination light on the illumination pupil plane IPP (or a surface in the vicinity thereof) of the partial illumination system 81 of the illumination system ILS that illuminates the mask M1 with illumination light (exposure light) of wavelength λ. The distance between the optical axis AXI and the X axis (first straight line) extending in the direction corresponding to the intermediate direction between the direction S1 and the direction R1 and opposite to the optical axis AXI A region 43A (first region) and a region 43B (second region) including an intersection 42A (first point) and an intersection 42B (second point) where D2 are equal to each other, and a Y axis (second line) orthogonal to the X axis A region 45A (third region) including an intersection point 44A (third point) and an intersection point 44B (fourth point) which are on the opposite sides of the optical axis AXI and have the same distance D3 from the optical axis AXI. In region 45B (fourth region) Steps 303 and 304 for transferring the element pattern of the mask M1 to the glass substrate TG of the liquid crystal display element through the projection optical system PL in such a manner that the amount is larger than the amount of light in other regions, and the element pattern is And developing and processing the photoresist on the transferred glass substrate TG.
本実施形態の製造方法によれば、照明瞳面IPP上の4つの領域43A,43B,45A,45Bからの照明光束の照射により、図6の多数のパターン中の第1の周期的パターン31Sまたは第2の周期的パターン31Rから発生した0次光及び一方の1次回折光は、いずれも瞳面PPを通過し、すなわち部分投影光学系PL1を通過し、基板PTの表面に入射する。従って、基板PT上に0次光と1次回折光の干渉縞、すなわち、第1の周期的パターン31S及び第2の周期的パターン31Rの高コントラストな像を形成する。よって、微細な周期パターンを高解像で露光することが可能となる。
また、4つの0次光と、4つの一次回折光は、瞳面PPにおいて、すべて光軸AXからほぼ等距離の位置にある4つの領域45A,45B,47A,47Bのいずれかを通ることとなり、すなわち、ほぼ等しい入射角で、基板PTの表面に入射する。このため、周期的パターン31R及び31Sの像は、より大きな焦点深度を有することになる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the first periodic pattern 31S in the multiple patterns of FIG. 6 or the irradiation of the illumination light beams from the four regions 43A, 43B, 45A, 45B on the illumination pupil plane IPP or Both the 0th-order light and one of the first-order diffracted lights generated from the second periodic pattern 31R pass through the pupil plane PP, that is, pass through the partial projection optical system PL1, and enter the surface of the substrate PT. Therefore, interference fringes of 0th-order light and 1st-order diffracted light, that is, high-contrast images of the first periodic pattern 31S and the second periodic pattern 31R are formed on the substrate PT. Therefore, a fine periodic pattern can be exposed with high resolution.
Further, the four 0th-order lights and the four first-order diffracted lights all pass through any one of the four regions 45A, 45B, 47A, and 47B that are substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane PP. That is, the light is incident on the surface of the substrate PT at substantially the same incident angle. For this reason, the images of the periodic patterns 31R and 31S have a greater depth of focus.
このため、マスクM1の各パターン(31S,31R)の全部の像を高い解像度で、かつ大きな焦点深度をもってガラス基板TGに転写でき、視野角が広く応答速度が向上した液晶表示素子を製造できる。
(2)また、マスクM1の周期的パターン31S,31Rは、ガラス基板TGの表面の誘電体膜としてのフォトレジストをパターニングするためのパターンである。なお、誘電体膜としてはフォトレジスト以外の物質も使用可能である。
(3)また、本実施形態で製造される液晶表示素子20は、1つのTFTに対応する画素電極内に2つのドメインを有するマルチドメイン型のVA方式であるが、本発明は、例えば、4つのTFTに対応する画素電極に4つ以上のドメインを有するマルチドメイン型のVA方式の液晶表示素子を製造する場合にも適用可能である。この場合、マスクM1の周期的パターン31S,31Rは、表示画素中のマルチドメインに含まれる各ドメインをそれぞれ形成するためのパターンとして使用可能である。また、本発明は、1つの画素電極を2つ以上の画素電極に分割する方式のマルチドメイン型のVA方式の液晶表示素子を製造する場合にも適用可能である。さらに、本発明は、VA方式に限らず、画素電極に微細なL&Sパターンが要求される場合には、IPS方式の液晶表示素子の製造に適用することも可能である。
Therefore, it is possible to manufacture a liquid crystal display element that can transfer all the images of the respective patterns (31S, 31R) of the mask M1 to the glass substrate TG with high resolution and a large depth of focus, and has a wide viewing angle and improved response speed.
(2) The periodic patterns 31S and 31R of the mask M1 are patterns for patterning a photoresist as a dielectric film on the surface of the glass substrate TG. Note that a substance other than a photoresist can be used as the dielectric film.
(3) Further, the liquid crystal display element 20 manufactured in the present embodiment is a multi-domain type VA system having two domains in a pixel electrode corresponding to one TFT. The present invention can also be applied to the case of manufacturing a multi-domain VA liquid crystal display element having four or more domains in a pixel electrode corresponding to one TFT. In this case, the periodic patterns 31S and 31R of the mask M1 can be used as patterns for forming the respective domains included in the multi-domain in the display pixel. The present invention can also be applied to the case of manufacturing a multi-domain VA liquid crystal display element in which one pixel electrode is divided into two or more pixel electrodes. Furthermore, the present invention is not limited to the VA method, and can be applied to the manufacture of an IPS liquid crystal display element when a fine L & S pattern is required for the pixel electrode.
(4)また、本実施形態では、液晶表示素子を構成するTFT側のガラス基板TG上の画素電極、及びカラーフィルター側のガラス基板FG上の画素電極の両方に対して微細な格子パターンLS1及びLC1を形成しているため、液晶表示素子の応答速度をさらに速くできる。なお、液晶表示素子を構成するTFT側のガラス基板TG上の画素電極、及びカラーフィルター側のガラス基板FG上の画素電極の少なくとも一方にたいして微細な格子パターンLS1又はLC1を形成するのみでもよい。この場合でも、応答速度は速くなる。 (4) In the present embodiment, the fine lattice pattern LS1 and the pixel electrode on the TFT-side glass substrate TG constituting the liquid crystal display element and the pixel electrode on the color filter-side glass substrate FG Since LC1 is formed, the response speed of the liquid crystal display element can be further increased. Note that the fine lattice pattern LS1 or LC1 may be formed only on at least one of the pixel electrode on the TFT-side glass substrate TG and the color filter-side glass substrate FG constituting the liquid crystal display element. Even in this case, the response speed is increased.
(5)また、投影光学系PLは、それぞれマスクM1のパターンの一部の像をガラス基板TG等の表面に形成する複数の部分投影光学系PL1〜PL5よりなる。従って、全体として小型の投影光学系PLを用いて露光領域を広くできるため、1回の走査露光で、大面積のガラス基板TGに対してマスクM1のパターンの像を露光できる。
また、照明系ILSの射出側の光学系は、複数の部分投影光学系PL1〜PL5に対応して複数個の部分照明系81等に分かれている。従って、照明系ILSも小型化できる。
(5) The projection optical system PL is composed of a plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 that respectively form partial images of the pattern of the mask M1 on the surface of the glass substrate TG or the like. Accordingly, since the exposure area can be widened by using the small projection optical system PL as a whole, the image of the pattern of the mask M1 can be exposed to the glass substrate TG having a large area by one scanning exposure.
The optical system on the exit side of the illumination system ILS is divided into a plurality of partial illumination systems 81 and the like corresponding to the plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5. Therefore, the illumination system ILS can also be reduced in size.
なお、本発明の液晶表示素子の製造方法は、一つの結像光学系のみからなる投影光学系を備えた露光装置で露光する場合にも適用可能である。この場合には、照明系ILSは、全体として一つの照明領域を照明する一つの光学系から構成できる。
(6)また、露光装置EXは走査露光を行っているが、ステッパー型の露光装置で露光する場合にも本発明の液晶表示素子の製造方法が適用可能である。
Note that the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention can also be applied to exposure using an exposure apparatus having a projection optical system composed of only one imaging optical system. In this case, the illumination system ILS can be composed of one optical system that illuminates one illumination area as a whole.
(6) Although the exposure apparatus EX performs scanning exposure, the method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention is also applicable when exposure is performed with a stepper type exposure apparatus.
(7)また、本実施形態の露光装置EXは、照明光IL(露光光)でマスクMのパターンを介して基板PTを露光する露光装置において、照明光ILでマスクMのパターンを照明する部分照明系81を含む照明系ILSと、部分照明系81の照明瞳面IPP(又はこの近傍の面でもよい)における照明光の光量分布を、部分照明系81の光軸AXIを通り、マスクMのパターン面において互いに交差するS1方向及びR1方向との中間方向(X方向)に対応する方向に伸びるX軸(第1直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D2が互いに等しい交点42A,42Bを含む領域43A,43Bと、X軸と直交するY軸(第2直線)上にあって、光軸AXIからそれぞれ反対の方向にあり光軸AXIとの距離D3が互いに等しい交点44A,44Bを含む領域45A,45Bとにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な強度分布設定装置14b及び開口絞り板12b(光量分布設定装置)と、マスクMのパターンの像を基板PTの表面に形成する複数の部分投影光学系PL1〜PL5よりなる投影光学系PLと、マスクMの複数の部分投影光学系PL1〜PL5に対するX方向(所定方向)への移動と、基板PTのその所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備えるものである。 (7) The exposure apparatus EX of the present embodiment is a part that illuminates the pattern of the mask M with the illumination light IL in the exposure apparatus that exposes the substrate PT through the pattern of the mask M with the illumination light IL (exposure light). The distribution of the amount of illumination light in the illumination system ILS including the illumination system 81 and the illumination pupil plane IPP of the partial illumination system 81 (or in the vicinity thereof) passes through the optical axis AXI of the partial illumination system 81 and passes through the optical axis AXI of the mask M. The optical axis AXI is on the X axis (first straight line) extending in the direction corresponding to the intermediate direction (X direction) between the S1 direction and the R1 direction intersecting each other on the pattern surface, and is in the opposite direction from the optical axis AXI. And the regions 43A and 43B including the intersections 42A and 42B having the same distance D2, and the Y axis (second straight line) orthogonal to the X axis and in the opposite directions from the optical axis AXI, respectively. An intensity distribution setting device 14b and an aperture stop plate 12b (light amount distribution setting device) that can be set so that the amount of light in the regions 45A and 45B including the intersections 44A and 44B having the same distance D3 is larger than the amount of light in the other regions; A projection optical system PL composed of a plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 for forming an image of the pattern of the mask M on the surface of the substrate PT, and an X direction (predetermined direction) with respect to the plurality of partial projection optical systems PL1 to PL5 of the mask M ) And a stage system that synchronizes the movement of the substrate PT in the direction corresponding to the predetermined direction.
露光装置EXによれば、照明瞳面IPPの領域43A,43B,45A,45Bからの照明光によって、マスクM1の周期的パターン31S,31Rの像を高い解像度、かつ大きな焦点深度で基板PTに露光できる。従って、基板PTを液晶表示素子のガラス基板とすることによって、ガラス基板に微細な格子パターンLC1,LC2を形成でき、液晶表示素子の応答速度を速くできる。 According to the exposure apparatus EX, the images of the periodic patterns 31S and 31R of the mask M1 are exposed to the substrate PT with high resolution and a large depth of focus by illumination light from the regions 43A, 43B, 45A, and 45B of the illumination pupil plane IPP. it can. Therefore, by using the substrate PT as the glass substrate of the liquid crystal display element, the fine lattice patterns LC1 and LC2 can be formed on the glass substrate, and the response speed of the liquid crystal display element can be increased.
次に、上記の実施形態の変形例につき図13を参照して説明する。この変形例では、図1(C)の液晶表示素子20AのようにTFT側のガラス基板21A(TG)上の画素電極23A(PE1等)自体に、微細な周期的パターンであるカットアウトパターン24E(LS1)を形成する。そして、カラーフィルター側のガラス基板21B(FG)の底面の対向電極23B(CE)にも、微細な周期的パターンであるカットアウトパターン24G(LC1)を形成する。その格子パターン24Eの形成のためには、ガラス基板21Aへの画素電極23Aの形成に際し、図13に示すような、マスク上の各画素領域30にそれぞれ遮光膜30Bを形成し、かつ各遮光膜30B内に図6の周期的パターン31S,31Rと明暗が逆になるように、方向S1に沿ったピッチP1のL&Sパターンよりなる周期的パターン31BSと、方向R1に沿ったピッチP1のL&Sパターンよりなる周期的パターン31BRとを形成したマスクM2を用いればよい。 Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, a cut-out pattern 24E, which is a fine periodic pattern, is formed on the pixel electrode 23A (PE1 etc.) on the glass substrate 21A (TG) on the TFT side like the liquid crystal display element 20A in FIG. (LS1) is formed. Then, a cut-out pattern 24G (LC1), which is a fine periodic pattern, is also formed on the counter electrode 23B (CE) on the bottom surface of the glass substrate 21B (FG) on the color filter side. In order to form the lattice pattern 24E, when the pixel electrode 23A is formed on the glass substrate 21A, a light shielding film 30B is formed in each pixel region 30 on the mask as shown in FIG. From the periodic pattern 31BS composed of the L & S pattern of the pitch P1 along the direction S1 and the L & S pattern of the pitch P1 along the direction R1, so that the brightness is opposite to that of the periodic patterns 31S and 31R of FIG. A mask M2 formed with a periodic pattern 31BR to be formed may be used.
この場合、周期的パターン31BS(31BR)は、方向S1(R1)に直交する方向に延在する幅がほぼP1/2の開口パターンよりなるラインパターン31BSa(31BRa)を方向S1(R1)にピッチP1で配列したものである。マスクM2のパターンを照明する照明条件としては、各部分照明系81等の照明瞳面IPP等における光量分布が図7(A)のようにXY軸上の4極になる条件を使用すればよい。 In this case, the periodic pattern 31BS (31BR) has a line pattern 31BSa (31BRa) formed of an opening pattern having a width of approximately P1 / 2 extending in a direction orthogonal to the direction S1 (R1) in the direction S1 (R1). Arranged at P1. As an illumination condition for illuminating the pattern of the mask M2, a condition in which the light quantity distribution on the illumination pupil plane IPP of each partial illumination system 81 or the like becomes four poles on the XY axes as shown in FIG. .
この変形例では、例えば図1(C)のガラス基板21A上に画素電極23Aを形成する際、又は図14(F)の画素電極PE5等を形成する際に、ITO等の透明な導電膜を基板の全面に形成し、その上にポジ型のフォトレジストを塗布する。その後、露光装置EXによって、図7(A)の照明条件のもとで、図17のマスクM2のパターンの像をそのフォトレジストに露光転写した後これを現像し、形成されたフォトレジストのパターンをエッチングマスクとして透明な導電膜にエッチング処理を施せばよい。同様にして、ガラス基板21B(FG)側の格子パターン24G等も形成できる。 In this modification, for example, when the pixel electrode 23A is formed on the glass substrate 21A of FIG. 1C or when the pixel electrode PE5 of FIG. 14F is formed, a transparent conductive film such as ITO is used. A positive photoresist is applied on the entire surface of the substrate. Thereafter, the exposure apparatus EX exposes and transfers the image of the pattern of the mask M2 in FIG. 17 to the photoresist under the illumination conditions in FIG. Etching treatment may be performed on a transparent conductive film using as an etching mask. Similarly, the lattice pattern 24G on the glass substrate 21B (FG) side can be formed.
なお、上述の実施形態では、光源として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限定されることなく、他の適当な光源を用いることができる。即ち、本発明において、露光波長は、g線、h線、i線などに特に限定されるものではない。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
In the above-described embodiment, an ultrahigh pressure mercury lamp is used as the light source, but the present invention is not limited to this, and other appropriate light sources can be used. That is, in the present invention, the exposure wavelength is not particularly limited to g-line, h-line, i-line and the like.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
ILS…照明装置、IPP…照明瞳面、M1、M2…マスク、PL…投影光学系、PT…基板、20,20A…液晶表示素子、21A(TG)…TFT側のガラス基板、21B(FG)…カラーフィルター側のガラス基板、24A(LS1)…格子パターン、24C(LC1)…格子パターン、31S…第1の周期的パターン、31R…第2の周期的パターン、43A,43B、45A,45B…光量の大きい領域 ILS ... illumination device, IPP ... illumination pupil plane, M1, M2 ... mask, PL ... projection optical system, PT ... substrate, 20, 20A ... liquid crystal display element, 21A (TG) ... TFT side glass substrate, 21B (FG) A glass substrate on the color filter side, 24A (LS1) ... lattice pattern, 24C (LC1) ... lattice pattern, 31S ... first periodic pattern, 31R ... second periodic pattern, 43A, 43B, 45A, 45B ... High light area
Claims (12)
所定ピッチを有する周期パターンであって互いに異なる第1方向及び第2方向にそれぞれ配列された第1パターン及び第2パターンを含む素子用パターンが形成されたマスクを露光装置の投影光学系の物体面側に配置することと、
前記露光装置の露光光で前記マスクを照明する照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記照明系の光軸を通り、前記第1方向と前記第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域と、前記照明系の光軸を通り、前記第1直線と直交する第2直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域とにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるようにして、前記マスクの前記素子用パターンを前記投影光学系を介して前記液晶表示素子の基板に転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を処理することと、
を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 A method of manufacturing a liquid crystal display element,
An object plane of the projection optical system of the exposure apparatus is formed by using a mask having a periodic pattern having a predetermined pitch and an element pattern including a first pattern and a second pattern arranged in different first and second directions, respectively. Placing it on the side,
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system that illuminates the mask with the exposure light of the exposure apparatus or in the vicinity thereof, passes through the optical axis of the illumination system, and the first direction and the second direction. A first region including a first point and a second point which are on a first straight line extending in a direction corresponding to an intermediate direction of the first and second points in opposite directions from the optical axis and having the same distance from the optical axis. A third point that is on a second straight line that passes through the optical axis of the illumination system and is orthogonal to the first straight line, and is in the opposite direction from the optical axis and equal to the optical axis. And the third region including the fourth point and the fourth region have a light quantity larger than that in the other areas, and the element pattern of the mask is transferred to the liquid crystal display element via the projection optical system. Transferring to the substrate,
Processing the substrate to which the pattern has been transferred;
A method for producing a liquid crystal display element comprising:
前記第1点及び前記第2点の位置を、前記光軸との距離がλ/(2・P1・cosθ)となる点に設定することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示素子の製造方法。 When the pitch of the first pattern and the second pattern is P1, the wavelength of the exposure light is λ, and the angle of the first direction with respect to the intermediate direction is θ,
2. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the position of the first point and the second point is set to a point where a distance from the optical axis is λ / (2 · P1 · cos θ). Production method.
前記第3点及び前記第4点の位置を、前記光軸との距離がλ/(2・P1・sinθ)となる点に設定することを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示素子の製造方法。 When the pitch of the first pattern and the second pattern is P1, the wavelength of the exposure light is λ, and the angle of the first direction with respect to the intermediate direction is θ,
3. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the position of the third point and the fourth point is set to a point at which the distance from the optical axis is λ / (2 · P1 · sin θ). Device manufacturing method.
前記露光光で前記マスクのパターンを照明する照明系と、
前記照明系の瞳面又はこの近傍の面における前記露光光の光量分布を、前記照明系の光軸を通り、前記マスクのパターン面において互いに交差する第1方向と第2方向との中間方向に対応する方向に伸びる第1直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第1点及び第2点を含む第1領域及び第2領域と、前記照明系の光軸を通り、前記第1直線と直交する第2直線上にあって、前記光軸からそれぞれ反対の方向にあり前記光軸との距離が互いに等しい第3点及び第4点を含む第3領域及び第4領域とにおける光量が他の領域における光量よりも大きくなるように設定可能な光量分布設定装置と、
前記マスクのパターンの像を前記基板の表面に形成する複数の部分投影光学系よりなる投影光学系と、
前記マスクの前記複数の部分投影光学系に対する所定方向への移動と、前記基板の前記所定方向に対応する方向への移動とを同期して行うステージ系と、を備えることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that exposes a substrate through a mask pattern with exposure light,
An illumination system for illuminating the pattern of the mask with the exposure light;
The light quantity distribution of the exposure light on the pupil plane of the illumination system or a surface in the vicinity thereof is in an intermediate direction between the first direction and the second direction passing through the optical axis of the illumination system and intersecting each other on the pattern surface of the mask. A first region and a second region including a first point and a second point which are on a first straight line extending in a corresponding direction and which are in opposite directions from the optical axis and have the same distance from the optical axis; Third and fourth points that pass through the optical axis of the illumination system and are on a second straight line that is orthogonal to the first straight line, are in opposite directions from the optical axis, and have the same distance from the optical axis. A light amount distribution setting device that can be set so that the light amount in the third region and the fourth region including
A projection optical system comprising a plurality of partial projection optical systems for forming an image of the mask pattern on the surface of the substrate;
An exposure apparatus comprising: a stage system that synchronizes movement of the mask in a predetermined direction with respect to the plurality of partial projection optical systems and movement of the substrate in a direction corresponding to the predetermined direction. .
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