JP2013167831A

JP2013167831A - 偏光露光装置及び偏光露光方法

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Publication number: JP2013167831A
Application number: JP2012032159A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Sato; 敬行佐藤
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP5924021B2

Abstract

【課題】マスクを介して被露光面に露光を行う際に偏光子の偏光軸角度と露光走査方向との角度調整を容易にする。
【解決手段】露光走査方向に沿った一軸に交差する方向に沿って幅広の光源２と、光源２の幅に対応する幅を有するマスク３を備え、マスク３は、マスク基材３０の光源２に対面する側と逆側の面にマスクパターン３１を備えると共に、マスクパターン３１を覆って一軸に対して設定角度の偏光軸角度を有する偏光子層３２を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、偏光を被露光面に露光する偏光露光装置及び偏光露光方法に関するものである。

位相差フィルムなどの光学フィルムの形成や、液晶パネルの配向膜やカラーフィルターの形成などに、直線偏光や楕円偏光（円偏光を含む）を使った露光を行う偏光露光装置が用いられる。位相差フィルムやカラーフィルターなどの光学要素には、異なる光学機能部をストライプ状のパターンに並列させたものがあり、このような光学要素を形成するには、光学機能部のパターンに対応した開口パターンを有するマスクを介した露光が行われる。

従来、このような偏光露光装置は、ランプと集光鏡などを備えた光源と、光源から出射された光を被露光面に導く照射光学系などを具備した光照射器を備えている。そして、この光照射器の筐体内部に偏光子を配備して、偏光子を通過することで得られる偏光を光照射器から出射し、マスクを介して被露光面に照射している（下記特許文献１参照）。

特開２００８−１６４７２９号公報

このような従来の偏光露光装置によって横幅の広い被露光面に露光を行うには、被露光面の幅に対応した広い横幅を有する光源と偏光子が用いられる。この際、従来技術のように光照射器の筐体内部に偏光子を配備したものでは、偏光子の基材が光照射器の筐体内部の高温に耐え得るものであることが必要になる。このため、横幅の広い被露光面を露光する際には、石英基材の偏光板を複数並べて幅の広い偏光子を構成している。

図１は、横幅Ｗが１５００〜２００ｍｍの被露光面に対して偏光露光を行う偏光露光装置の従来技術を示した説明図である（図１（ａ）が側断面図、図１（ｂ）が偏光板の偏光軸と露光走査方向を示した平面図）。図１（ａ）に示すように、光照射器Ｊ１の筐体内部には、横長のランプ又は多灯ランプＪ２の長手方向に複数の偏光板Ｊ３が並べて配置されている。個々の偏光板Ｊ３は、光照射器Ｊ１の筐体内部の高温に耐えうるように石英基材の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）又はワイヤーグリッドが用いられる。光照射器Ｊ１から出射された偏光はマスクＪ４を介して露光ステージＪ５の被露光面Ｊ５Ａに照射される。

このような従来技術によると、図１（ｂ）に示すように、複数の偏光板Ｊ３を並べて配置しているので、個々の偏光板Ｊ３の偏光軸ａの角度を全て一致させるために、設置位置や角度を高い精度で調整することが必要になり、その精度が低下すると偏光板の配列方向に沿って偏光軸角度にばらつきが生じる問題があった。

また、個々の偏光板Ｊ３の角度を定義するために基準を別途設ける必要があり、その基準と露光走査方向ｂとの間の整合性をとるために、偏光板Ｊ３の偏光軸ａと露光走査方向ｂとの間での角度調整が必要になる問題があった。

また、従来技術によると、マスクＪ４のマスクパターンが被露光面側に露出しているので、被露光面が露光されることによって発生する物質やマスクＪ４と被露光面との間に浮遊する物質がマスクパターンの開口内に汚れとなって付着し、マスクパターンのパターン形状に乱れが生じる問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、横幅の広い被露光面に偏光露光を行うに際して、横幅方向に沿った偏光子毎の配置位置や角度の調整を不要にすること、マスクを介して被露光面に露光を行う際に偏光子の偏光軸角度と露光走査方向との角度調整を容易にすること、マスクパターンの開口に汚れなどが付着してマスクパターンのパターン形状に乱れが生じるのを抑止すること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による偏光露光装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
露光走査方向に沿った一軸に交差する方向に沿って幅広の光源と、該光源の幅に対応する幅を有するマスクを備え、前記マスクは、マスク基材の前記光源に対面する側と逆側の面にマスクパターンを備えると共に、該マスクパターンを覆って前記一軸に対して設定角度の偏光軸角度を有する偏光子層を備えることを特徴とする偏光露光装置。

このような構成を有する偏光露光装置によると、偏光子層がマスク基材における光源に対面する面と逆側の面に設けられるので、マスク基材が光源からの熱を遮ることになり、偏光子層の基材選択肢の幅を拡げることができる。これによって、偏光フィルム，ワイヤーグリッド，誘電体多層膜などを用いて、マスク全体に一様な偏光軸の偏光子層を形成することができる。

また、この偏光子層をマスクパターンに固定することで、露光走査方向と一致するマスクパターンの方向性軸と偏光子層の偏光軸角度を固定した状態で精度の高い偏光露光を行うことができる。このような偏光露光装置によると、横幅の広い被露光面に偏光露光を行うに際して、従来技術のように複数の偏光子を配列する必要が無いので、横幅方向に沿った偏光子毎の配置位置や角度の調整が不要になる。また、マスクを介して被露光面に露光を行う際に偏光子の偏光軸角度と露光走査方向との角度が固定されるので、精度の高いマスクパターンの偏光露光が可能になる。

更には、マスクパターンを覆う偏光子層を離脱自在にすることで、マスクパターンが汚れた場合に、偏光子層をマスクパターンから離脱させることでマスクパターンのクリーニングを行うことができ、汚れによるマスクパターン形状の乱れを抑制することができる。

従来技術の説明図である。本発明の一実施形態に係る偏光露光装置の説明図であり、図２（ａ）が側断面図、図２（ｂ）が偏光子層の偏光軸と露光走査方向を示した平面図である。本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図であり、搬送フィルムの搬送方向を露光走査方向と交差する方向（図示Ｙ軸方向）にした例の説明図である。本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である。ストライプパターン位相差フィルムとそれを形成するためのマスクを示した説明図である。マスクの構成例を示した説明図である。本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例であり、図６に示した例の変形例を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図２は本発明の一実施形態に係る偏光露光装置の説明図であり、図２（ａ）が側断面図、図２（ｂ）が偏光子層の偏光軸と露光走査方向を示した平面図である。

偏光露光装置１は、被操作面上を一軸（図示Ｘ軸）方向に走査しながら露光ステージ４の被露光面４Ａ上に露光を行うものである。走査方向への移動は、光源側を固定して被露光面側を移動させるもの、被露光面側を固定して光源側を移動させるもののいずれであってもよく、ここでいう露光走査方向とは、被露光面の移動方向と偏光露光装置１の移動方向の一方又は両方を指す。偏光露光装置１は、露光走査方向に沿った一軸（図示Ｘ軸）に交差する方向に沿って幅広の光源２と、光源２の幅に対応する幅を有するマスク３を備えている。

光源２は、例えば、光照射器２０の筐体内に配置された水銀ランプなどであり、光照射器２０の筐体に設けた光出射開口２１から無偏光の光（紫外光）を出射するものである。マスク３は、石英などの熱遮蔽性を有するマスク基材３０と、このマスク基材３０の一面に形成されるマスクパターン３１と、このマスクパターン３１を覆って形成される偏光子層３２を備えている。

マスクパターン３１は、マスク基材３０の光源２に対面する側と逆側の面に一軸（図示Ｘ軸）に沿った方向性を有するパターンが形成されている。図示の例では、ストライプ状の開口パターンであり、その開口の長手方向の軸ｂが露光走査方向に沿った一軸（図示Ｘ軸）に沿った方向と一致している。

偏光子層３２は、マスクパターン３１に固定され、露光走査方向に沿った一軸（図示Ｘ軸）に対して設定された角度の偏光軸ａを備えている。すなわち、偏光子層３２の偏光軸ａはマスクパターン３１の軸ｂとの間で設定角度を有して固定されている。ここでの偏光子層３２は、具体的には、マスクパターン３１に固定された偏光フィルム、マスクパターン３１上に配置されたワイヤーグリッド、マスクパターン３１上に積層された誘電体多層膜などであるが、マスクパターン３１に固定されて偏光子としての光学的な機能（光源から出射される無偏光の光から直線偏光又は楕円偏光を得る機能）を有するものであればどのようなものであってもよい。

このような偏光露光装置１によると、露光走査方向と一致したマスクパターン３１の方向性と偏光子層３２の偏光軸方向が固定されるので、煩雑な位置調整を行うこと無く精度の高い偏光露光を行うことが可能になる。また、マスク基材３０が光源２から発せられる熱に対して遮熱機能を有するので、偏光子層３２自体には高い耐熱性が不要になり、偏光子層３２として様々な材料や構成を採用することができる。これによって、マスクパターン３１の全面に一様な偏光軸を有する偏光子層３２を形成することができることになり、図示のＹ軸方向に１５００〜２０００ｍｍと幅広の被露光面４Ａを図示のＸ軸方向に沿って走査露光する場合にも、偏光子の配置位置や角度の調整が容易になる。

また、マスクパターン３１が偏光子層３２で覆われているので、偏光子層３２の存在によりマスクパターン３１に対して直接的に汚れが付着することがない。偏光子層３２を離脱自在にすることで、偏光子層３２に汚れが付着した場合にはこれを張り替えてマスクパターン３１に対するクリーニングを行うことができる。

図３は、本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である。前述した実施形態と同一部位は同一符号を付して重複説明を省略する。図３に示した例は、偏光子層３２として偏光フィルムを用いた例である。ここでは、偏光フィルムをガイドロール１０などのフィルム搬送手段によって搬送される搬送フィルム１１としている。

搬送フィルム（偏光フィルム）１１は、マスクパターン３１に対して固定又は離脱可能であり、図３（ａ）に示すように、マスクパターン３１に対して固定した状態で露光を行い、図３（ｂ）に示すように、非露光時にマスクパターン３１に対して離脱した状態で、搬送フィルム１１の搬送を行う。マスクパターン３１と搬送フィルム１１との固定は、磁気力や負圧吸引力による吸着や接着剤による接着など、マスクパターン３１と搬送フィルム１１が固定されるものであれば、どのような方法であってもよい。なお、図３（ｂ）に示した例では、搬送フィルム１１をマスクパターン３１から離脱した後に搬送させているが、図３（ａ）において固定を解除した状態で、搬送フィルム１１をマスクパターン３１から離間させることなく、マスクパターン３１に沿って滑らせるように移動させてもよい。

このような偏光露光装置１を用いた偏光露光方法について説明すると、マスク３を介して光源２から出射された光を被露光面４Ａに露光するに際して、搬送フィルム（偏光フィルム）１１の一部をマスク３のマスクパターン３１上に固定して第１の露光を行う（図３（ａ）参照）。その後、設定回数の露光を行い、偏光フィルムの劣化や汚れが生じた場合には、マスクパターン３１上に固定された搬送フィルム１１を離脱させ、搬送フィルム１１を搬送させて、搬送フィルム１１の異なる一部をマスクパターン３１上に移動させる（図３（ｂ）参照）。そして、再び図３（ａ）に示すように、マスクパターン３１に搬送フィルム１１を固定して再度の露光を行う。図示の例では、搬送フィルム１１の搬送方向を露光走査方向（図示Ｘ軸方向）と一致させているが、これに限らず、搬送フィルム１１の搬送方向を露光走査方向と交差する方向（図示Ｙ軸方向）にしてもよい。

このような実施形態によると、搬送フィルム（偏光フィルム）１１がマスクパターン３１を覆っているので、搬送フィルム１１によってマスクパターン３１が直接汚れるのを回避することができる。搬送フィルム１１はマスクパターン３１に対して固定又は離脱可能であるため、マスクパターン１１上の搬送フィルム１１に汚れや劣化が生じた場合は、これをマスクパターン３１から剥がして搬送させることで、クリーンな搬送フィルム１１の面を偏光子層３２として新たに用いることができる。

図４は、本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図であり、搬送フィルム１１の搬送方向を露光走査方向と交差する方向（図示Ｙ軸方向）にした例である。ここで、マスクパターン３１は、露光走査方向（図示Ｘ軸方向）に沿ったストライプ状の開口パターンである。この際、搬送フィルム（偏光フィルム）１１に露光による劣化や汚れが生じるのはマスクパターン３１の開口パターン内の領域であるから、マスク３上の領域であっても開口パターンに対応していない領域は露光による劣化や汚れが比較的少ない。そこで、この例では、搬送フィルム１１の送り幅をストライプ状開口パターンのパターンピッチｐに対応させて、開口パターンに対応している領域がその隣の遮光されている領域に移動するように搬送フィルム１１を搬送させる。例えば、開口パターンの開口幅ｐ１と遮光部の幅ｐ２が等しい（ｐ１＋ｐ２＝２ｐ１＝ｐ）場合には、搬送フィルム１１の送り幅をｐ／２だけ搬送する。これによると、搬送フィルム１１を効率的に利用することができ、また、送り幅を小さくできるので、搬送フィルム１１を搬送させる非露光時のタクトタイムを短くすることができる。

図５は、本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である。前述した実施形態と同一部位は同一符号を付して重複説明を省略する。ここでは、偏光露光装置１は、マスク３を冷却するマスク冷却手段５を備えている。このマスク冷却手段５は、空気などの冷却媒体をマスク３の表面に吹き付けるものであり、露光に伴って加熱されるマスク３に冷却媒体を吹き付けることでマスク３が高温になるのを抑止する。

これによると、マスク３を冷却することで、マスク３のマスクパターン３１に固定される搬送フィルム１１が加熱されるのを抑止することができ、偏光子層３２となる搬送フィルム（偏光フィルム）１１の熱による変形や変質を未然に抑止することができる。

図６は、本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例を示した説明図である（図６（ａ）は全体構成を示した説明図、図６（ｂ）はマスクを示した説明図）。ここではストライプパターンの位相差フィルムを形成するための偏光露光装置１の構成例を示している。この偏光露光装置１は、２つの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）を備えており、それぞれの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）には光源２（２Ａ，２Ｂ）が配備されている。また、マスク３は、露光走査方向（図示Ｘ軸方向）に２つのマスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）を備えており、このマスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）にそれぞれ光を照射するように２つの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）が配備されている。図示の例では１つのマスク３に２つのマスクパターン３１Ａ，３１Ｂを設けているが、マスクパターン３１Ａ，３１Ｂ毎にマスク３を分割配置することもできる。

マスク３には、マスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）をそれぞれ覆って、マスク３における光源側とは逆側の面に偏光フィルム（搬送フィルム）１１（１１Ａ，１１Ｂ）が離脱可能に固定されている。図示の例では、偏光フィルム１１は、露光走査方向（図示Ｘ軸方向）とは交差する方向（図示Ｙ軸方向）に沿って搬送自在になっている。

この例では、２つのマスクパターン３１Ａ，３１Ｂは、図７（ａ）に示すように、ストライプ状の開口部と遮光部の位置が互いにずれて配置されている。すなわち、一方のマスクパターン３１Ａにおける開口部と同軸上に他方のマスクパターン３１Ｂの遮光部が配置され、一方のマスクパターン３１Ａの遮光部と同軸上に他方のマスクパターン３１Ｂの開口部が配置されている。

そして、一方のマスクパターン３１Ａを覆う偏光フィルム１１Ａは第１の偏光軸を有する直線偏光（例えばｐ偏光）を得るための偏光子であり、他方のマスクパターン３１Ｂを覆う偏光フィルム１１Ｂは第１の偏光軸とは異なる方向の第２の偏光軸を有する直線偏光（例えばｓ偏光）を得るための偏光子である。なお、図示の例では、偏光フィルム１１Ａ，１１Ｂを個別に設けているが、一つの搬送フィルムの中に偏光フィルム１１Ａに対応する領域と偏光フィルム１１Ｂに対応する領域を設けて、偏光フィルム１１Ａ，１１Ｂを一体に搬送自在にすることもできる。

このような構成を有する偏光露光装置１に対して、露光走査方向（図示Ｘ軸方向）に沿って被露光フィルムＦが搬送される。被露光フィルムＦの搬送には、一対の搬送ロールＦ１，Ｆ１や一対のガイドロールＦ２，Ｆ２などを備えたフィルム搬送手段が用いられる。この被露光フィルムＦには、異なる方向の偏光軸を有する直線偏光を照射することで異なる位相差特性を示す位相差層が形成される感光性樹脂層が塗布されている。

これによると、図７（ｂ）に示すように、異なる２つの位相差特性を有するストライプ状のパターンを有する位相差フィルムを得ることができる。すなわち、被露光フィルムＦは、露光走査方向に沿って、マスクパターン３１Ａと偏光フィルム１１Ａを透過した直線偏光（例えばｐ偏光）が照射されるストライプ状のａ領域と、マスクパターン３１Ｂと偏光フィルム１１Ｂを透過した直線偏光（例えばｓ偏光）が照射されるストライプ状のｂ領域とを有し、ａ領域とｂ領域は互いに異なる位相差特性を有している。

図７（ａ）に示したマスク３の構成は、被露光フィルムＦ上の感光性樹脂層の特性を変えることで、図８に示した構成に置き換えることができる。すなわち、図８（ａ）に示したマスク３の構成例は、感光性樹脂層に可逆性のレジストを用いる場合の例であり、この場合は、露光走査方向（図示Ｘ軸方向であり、被露光フィルムＦの搬送方向）の下流側に配置されるマスクパターン３１Ａをストライプ状にして、露光走査方向の上流側に配置されるマスクパターン３１Ｂを全開口のパターンにすることができる。この場合は、感光性樹脂が可逆性であるから、後からストライプ状のマスクパターン３１Ａを介して露光した領域が可逆的に異なる位相差特性を示す領域になる。また、図８（ｂ）に示したマスク３の構成例は、感光性樹脂層に非可逆性のレジストを用いる場合の例であり、この場合は、露光走査方向（図示Ｘ軸方向であり、被露光フィルムＦの搬送方向）の上流側に配置されるマスクパターン３１Ｂをストライプ状にして、露光走査方向の下流側に配置されるマスクパターン３１Ａを全開口のパターンにすることができる。この場合は、感光性樹脂が非可逆性であるから、先にストライプ状のマスクパターン３１Ｂを介して露光した領域は、後に全開口パターンのマスクパターン３１Ａを介して露光がなされても特性が変化せず異なる位相差特性を示す領域として維持される。

図９は、本発明の実施形態に係る偏光露光装置の他の構成例であり、図６に示した例の変形例を示した説明図である（図６に示した例と共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する）。この偏光露光装置１は、２つの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）を備えており、それぞれの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）には光源２（２Ａ，２Ｂ）が配備されている。また、露光走査方向（図示Ｘ軸方向）に沿って２つのマスク３（３Ａ，３Ｂ）が並列されており、２つのマスク３（３Ａ，３Ｂ）はそれぞれマスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）を備えている。そして、このマスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）にそれぞれ光を照射するように２つの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）が配備されている。

マスク３（３Ａ，３Ｂ）には、マスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）をそれぞれ覆って、マスク３（３Ａ，３Ｂ）における光源側とは逆側の面に偏光フィルム（搬送フィルム）１１（１１Ａ，１１Ｂ）が離脱可能に固定されている。この構成例は、偏光フィルム１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ露光走査方向（図示Ｘ軸方向であり、被露光フィルムＦの搬送方向）に沿って搬送自在になっている。

このような位相差フィルムを形成するに際して本発明の実施形態に係る偏光露光装置１は特に有効である。すなわち、２つの光照射器２０（２０Ａ，２０Ｂ）から出射される光は、マスクパターン３１（３１Ａ，３１Ｂ）を通過して、偏光フィルム１１（１１Ａ，１１Ｂ）を通過した後に異なる偏光軸の直線偏光になるので、２つのマスクパターン３１Ａ，３１Ｂを仕切る遮光板が不要になる。従来は、２つの光照射器内に偏光子を設けていたので、２つのマスクパターンに異なる偏光軸の直線偏光の混入が生じないように、２つのマスクパターン間には遮光板を設ける必要があった。本発明の実施形態に係る偏光露光装置１を用いることで、このような遮光板を排除できるので、装置のコンパクト化と露光精度の向上が可能になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：偏光露光装置，
２：光源，
２０：光照射器，
３：マスク，
３０：マスク基材，
３１：マスクパターン，
３２：偏光子層，
４：露光ステージ，
４Ａ：被露光面，
１０：ガイドロール，
１１：搬送フィルム（偏光フィルム），
５：マスク冷却手段

Claims

露光走査方向に沿った一軸に交差する方向に沿って幅広の光源と、該光源の幅に対応する幅を有するマスクを備え、
前記マスクは、マスク基材の前記光源に対面する側と逆側の面にマスクパターンを備えると共に、該マスクパターンを覆って前記一軸に対して設定角度の偏光軸角度を有する偏光子層を備えることを特徴とする偏光露光装置。
前記偏光子層は、前記マスクパターンに固定された偏光フィルムであることを特徴とする請求項１記載の偏光露光装置。
前記偏光子層は、前記マスクパターン上に配置されたワイヤーグリッドであることを特徴とする請求項１記載の偏光露光装置。
前記偏光子層は、前記マスクパターン上に積層された誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１記載の偏光露光装置。
前記偏光フィルムは、前記マスクパターンから離脱可能で前記一軸の方向又は該一軸と交差する方向に搬送される搬送フィルムからなり、
該搬送フィルムを搬送させるフィルム搬送手段を備えることを特徴とする請求項２記載の偏光露光装置。
前記マスクパターンは、前記一軸の方向に沿ったストライプ状パターンであり、
前記フィルム搬送手段は、前記一軸方向に交差する方向に前記搬送フィルムを搬送させ、前記ストライプ状パターンのパターンピッチに対応した送り幅の搬送を行うことを特徴とする請求項５記載の偏光露光装置。
前記マスクを冷却するマスク冷却手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の偏光露光装置。
マスクを介して光源から出射された光を被露光面に露光するに際して、
偏光フィルムを一方向に沿って搬送自在な搬送フィルムによって形成し、該搬送フィルムの一部を前記マスクのマスクパターン上に固定して前記露光を行い、設定回数の前記露光の後、前記マスクパターン上に固定された前記搬送フィルムの固定を解除し、前記搬送フィルムを搬送させて、該搬送フィルムの異なる一部を前記マスクパターン上に固定して前記露光を行うことを特徴とする偏光露光方法。