JP4253707B2

JP4253707B2 - 露光パターン形成方法

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Publication number: JP4253707B2
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Inventors: 三好伊藤
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Description

本発明は、被露光体上に機能パターンを直接露光して形成する露光パターン形成方法に関し、詳しくは、上記被露光体に予め形成した基準となる機能パターンに設定された基準位置を撮像手段で撮像して検出し、該基準位置を基準にして光ビームの照射開始又は照射停止の制御を行うことによって、機能パターンの重ね合わせ精度を向上すると共に露光装置の高騰を抑制しようとする露光パターン形成方法に係るものである。

従来の露光装置による露光パターン形成方法は、ガラス基板に機能パターンに相当するマスクパターンを予め形成したマスクを使用し、被露光体上に上記マスクパターンを転写露光する、例えばステッパー（Stepper）やマイクロミラー・プロジェクション（Mirror Projection）やプロキシミティ（Proximity）の各装置を用いて行う方法がある。しかし、これら従来の露光パターン形成方法において、複数層の機能パターンを積層形成する場合には、各層間の機能パターンの重ね合わせ精度が問題となる。特に、大型液晶ディスプレイ用のＴＦＴやカラーフィルターの形成に使用する大型マスクの場合には、マスクパターンの配列に高い絶対寸法精度が要求され、マスクのコストを高騰させていた。また、上記重ね合わせ精度を得るためには下地層の機能パターンとマスクパターンとのアライメントが必要であり、特に大型マスクにおいては、このアライメントが困難であった。

一方、マスクを使用せず、電子ビームやレーザビームを使用して被露光体上にＣＡＤデータのパターンを直接描画する露光パターンの形成方法がある。この種の露光パターン形成方法は、レーザ光源と、該レーザ光源から発射されるレーザビームを往復走査する露光光学系と、被露光体を載置した状態で搬送する搬送手段とを備えた露光装置を使用し、ＣＡＤデータに基づいてレーザ光源の発射状態を制御しながらレーザビームを往復走査すると共に被露光体をレーザビームの走査方向と直交する方向に搬送して、被露光体上に機能パターンに相当するＣＡＤデータのパターンを二次元的に形成するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４４４１５号公報

しかし、このような直接描画型の従来の露光パターン形成方法において、ＣＡＤデータのパターン配列に高い絶対寸法精度が要求される点は、マスクを使用する露光装置を使用する場合と同様であり、また複数の露光装置を用いて機能パターンを形成するような製造工程においては、露光装置間に精度のばらつきがあるときは機能パターンの重ね合わせ精度が悪くなる問題があった。したがって、このような問題に対処するためには高精度な露光装置が必要であり、露光装置のコストを高いものとしていた。

さらに、下地層の機能パターンとＣＡＤデータのパターンとのアライメントを事前に取らなければならない点は、マスクを使用する他の露光装置を使用する場合と同様であり、前述と同様の問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、機能パターンの重ね合わせ精度を向上すると共に露光装置の高騰を抑制しようとする露光パターン形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による露光パターン形成方法は、露光光学系により光ビームを被露光体に対して相対的に走査し、該被露光体上に機能パターンを直接露光する露光パターン形成方法であって、前記被露光体の下側に、露光位置の基準となる基準パターンを予め形成した透明な基板から成る基準基板を配置して前記被露光体と基準基板とを搬送手段により所定方向に搬送し、照明手段により前記搬送手段の下方から前記基準基板の基準パターンを照明し、前記搬送手段の下方に配設した撮像手段により前記基準パターンを撮像し、光学系制御手段により前記撮像手段で撮像された前記基準パターンに予め設定された基準位置を検出し、該基準位置を基準にして前記光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、前記被露光体上の所定位置に第１の機能パターンを露光する。

このような方法により、基準基板に予め形成された露光の基準となる基準パターンに倣って、被露光体上に第１の機能パターンを被露光体に形成する。これにより、何も形成されていない被露光体の所定位置に第１の機能パターンを形成する。

また、前記被露光体上の所定位置に露光して形成された前記第１の機能パターンを、さらに撮像手段により撮像し、前記光学系制御手段により前記撮像手段で撮像された前記第１の機能パターンに予め設定された基準位置を検出し、該基準位置を基準にして前記光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、前記被露光体上の所定位置にその他の機能パターンの露光をさらに実行する。これにより、被露光体上に形成された第１の機能パターンに倣って、被露光体上の所定位置にその他の機能パターンを形成する。

請求項１に係る発明によれば、透明な基板から成る基準基板に形成された基準となる基準パターンに予め設定された基準位置を搬送手段の下方に配置した撮像手段で撮像して検出し、該基準位置を基準にして光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、第１の機能パターンを被露光体の所定位置に露光するようにしたことにより、何も形成されていない被露光体の所定位置に第１の機能パターンを高精度に形成することができる。また、上記基準基板は繰返し使用することができ、基準基板のコストを低減することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、被露光体の所定位置に露光して形成された第１の機能パターンを撮像手段により撮像し、該第１の機能パターンに予め設定された基準位置を検出し、該基準位置を基準にして光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、所定位置にその他の機能パターンの露光をさらに実行するようにしたことにより、被露光体に形成された基準となる第１の機能パターンに倣って、所定位置にその他の機能パターンを形成することができる。したがって、複数層の機能パターンを積層して形成する場合にも、各層の機能パターンの重ね合せ精度が高くなる。これにより、複数の露光装置を使用して積層パターンを形成する場合にも、露光装置間の精度差に起因する機能パターンの重ね合せ精度の劣化の問題を排除することができ、露光装置のコストアップを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による露光パターン形成方法に適用される露光装置の実施形態を示す概念図である。この露光装置１は、被露光体上に機能パターンを直接露光するもので、レーザ光源２と、露光光学系３と、搬送手段４と、撮像手段５と、照明手段６と、光学系制御手段７とを備えてなる。なお、上記機能パターンとは、製品が有する本来の目的の動作をするのに必要な構成部分のパターンであり、例えば、カラーフィルターにおいては、ブラックマトリクスのピクセルパターンや赤、青、緑の各色フィルターのパターンであり、半導体部品においては、配線パターンや各種電極パターン等である。以下の説明においては、被露光体としてカラーフルター用のガラス基板を用いた例を説明する。

上記レーザ光源２は、光ビームを発射するものであり、例えば355nmの紫外線を生成する出力が４Ｗ以上の高出力全固体モードロックのレーザ光源である。

上記レーザ光源２の光ビーム出射方向前方には、露光光学系３が設けられている。この露光光学系３は、光ビームとしてのレーザビームをガラス基板８Ａ上に往復走査するものであり、レーザビームの出射方向手前から光スイッチ９と、光偏向手段１０と、第１のミラー１１と、ポリゴンミラー１２と、ｆθレンズ１３と、第２のミラー１４とを備えている。

上記光スイッチ９は、レーザビームの照射及び照射停止状態を切換えるものであり、例えば、図２に示すように第１及び第２の偏光素子１５Ａ，１５Ｂを、該各偏光素子１５Ａ，１５Ｂの偏光軸ｐが互いに直交するように離して配置し（同図においては、偏光素子１５Ａの偏光軸ｐは垂直方向に設定され、偏光素子１５Ｂの偏光軸ｐは水平方向に設定されている）、該第１及び第２の偏光素子１５Ａ，１５Ｂの間に電気光学変調器１６を配設した構成を有している。上記電気光学変調器１６は、電圧を印加すると偏光（直線偏光）の偏波面を数nsecの高速で回転させるように動作するものである。例えば、印加電圧ゼロのときには、同図（ａ）において第１の偏光素子１５Ａにより選択的に透過した例えば垂直方向の偏波面を有する直線偏光は、上記電気光学変調器１６をそのまま透過し、第２の偏光素子１５Ｂに達する。この第２の偏光素子１５Ｂは、水平方向の偏波面を有する直線偏光を選択的に透過するように配設されているため、垂直方向の偏波面を有する上記直線偏光は透過できず、この場合レーザビームは照射停止状態になる。一方、同図（ｂ）に示すように、電気光学変調器１６に電圧が印加され、該電気光学変調器１６に入射する直線偏光の偏波面が90度回転したときには、上記垂直方向の偏波面を有する直線偏光は、電気光学変調器１６を出射するときには、水平方向の偏波面を有するものとなり、この直線偏光は、第２の偏光素子１５Ｂを透過する。これにより、レーザビームは照射状態になる。

上記光偏向手段１０は、レーザビームの走査位置をその走査方向と直交する方向（ガラス基板８Ａの移動方向で図１に示す矢印Ａ方向に一致する）にずらして正しい位置を走査するように調整するものであり、例えば音響光学素子（ＡＯ素子）である。

また、第１のミラー１１は、光偏向手段１０を通過したレーザビームの進行方向を後述のポリゴンミラー１２の設置方向に曲げるためのものであり、平面ミラーである。さらに、ポリゴンミラー１２は、レーザビームを往復走査するものであり、例えば正八角形の柱状回転体の側面に八つのミラーを形成している。この場合、上記ミラーの一つで反射されるレーザビームは、ポリゴンミラー１２の回転に伴って一次元の往方向に走査され、レーザビームの照射位置が次のミラー面に移った瞬間に復方向に戻って、再びポリゴンミラー１２の回転に伴って一次元の往方向への走査を開始することになる。

また、ｆθレンズ１３は、レーザビームの走査速度がガラス基板８Ａ上で等速となるようにするものであり、焦点位置を上記ポリゴンミラー１２のミラー面の位置に略一致させて配置される。そして、第２のミラー１４は、ｆθレンズ１３を通過したレーザビームを反射して、ガラス基板８Ａの面に対して略垂直方向に入射させるためのものであり、平面ミラーである。また、上記ｆθレンズ１３の出射側の面近傍部にて往復走査するレーザビームの走査開始側の部分には、走査方向と直交するようにラインセンサー１７が設けられており、レーザビームの所定走査位置と実際の走査位置とのずれ量を検出すると共に、レーザビームの走査開始時刻を検出するようになっている。なお、このラインセンサー１７は、ｆθレンズ１３側ではなく、レーザビームの走査開始点を検出できればどこに設けてもよく、例えば、後述するガラス基板搬送用のステージ１８側に設けてもよい。

上記第２のミラー１４の下方には、搬送手段４が設けられている。この搬送手段４は、ステージ１８上にガラス基板８Ａを載置して、上記レーザビームの走査方向に直交する方向に所定の速度で搬送するものであり、上記ステージ１８を移動させる例えば搬送ローラ１９と、該搬送ローラ１９を回転駆動する例えばモータ等の搬送駆動部２０とを備えている。

上記搬送手段４の上方にて矢印Ａで示す搬送方向の上記レーザビームの走査位置手前側には、撮像手段５が設けられている。この撮像手段５は、後述する基準ガラス基板８Ｂに形成された基準パターンＰ及びガラス基板８Ａに形成された第１の機能パターンとしてのブラックマトリクスのピクセルを撮像するものであり、受光素子が一列状に配列された例えばラインＣＣＤである。ここで、図３に示すように、上記撮像手段５の撮像位置Ｅと上記レーザビームの走査位置Ｆとの距離Ｄは、レーザビームの走査周期をＴ、搬送手段４の搬送速度をＶとすると、Ｄ＝ｎＶＴ（ｎは整数）となるように設定される。これにより、ガラス基板８Ａが搬送されて露光開始位置がレーザビームの走査位置に達したときにレーザビームの走査が開始されるように走査タイミングを合わせることができる。また、上記距離Ｄは、小さい程よい。これにより、ガラス基板８Ａの移動誤差を少なくすることができ、レーザビームの走査位置を目的の露光位置に対してより正確に位置決めすることができる。なお、図１には、撮像手段５を三台設置した例を示しているが、レーザビームの走査範囲が一台の撮像手段５の画像処理領域より狭いときには、撮像手段５は一台でよく、上記走査範囲が一台の撮像手段５の画像処理領域より広いときには、それに応じて複数台の撮像手段５を設置するとよい。

上記搬送手段４の下方には、照明手段６が設けられている。この照明手段６は、上記ピクセル２２を照明して撮像手段５による撮像を可能にするものである。

上記レーザ光源２、光スイッチ９、光偏向手段１０、ポリゴンミラー１２、ラインセンサー１７、搬送手段４及び撮像手段５に接続して光学系制御手段７が設けられている。この光学系制御手段７は、撮像手段５で撮像された基準ガラス基板８Ｂに形成された基準パターンＰやガラス基板８Ａに形成されたブラックマトリクスのピクセルに予め設定した基準位置を検出し、該基準位置を基準にしてレーザ光源２におけるレーザビームの照射開始又は照射停止の制御を行うと共に、ラインセンサー１７の出力に基づいて光偏向手段１０に印加する電圧を制御してレーザビームの出射方向を偏向させ、ポリゴンミラー１２の回転速度を制御してレーザビームの走査速度を所定速度に維持し、搬送手段４によるガラス基板８Ａの搬送速度を所定の速度に制御するものである。そして、レーザ光源２を点灯させる光源駆動部２３と、レーザビームの照射開始及び照射停止を制御する光スイッチコントローラ２４と、光偏向手段１０におけるレーザビームの偏向量を制御する光偏向手段駆動部２５Ａと、ポリゴンミラー１２の駆動を制御するポリゴン駆動部２５Ｂと、搬送手段４の搬送速度を制御する搬送コントローラ２６と、照明手段６の点灯及び消灯を行う照明光コントローラ２７と、撮像手段５で撮像した画像をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２８と、Ａ／Ｄ変換された画像データに基づいてレーザビームの照射開始位置及び照射停止位置を判定する画像処理部２９と、画像処理部２９で処理して得たレーザビームの照射開始位置（以下、露光開始位置と記載）及び照射停止位置（以下露光終了位置と記載）のデータを記憶すると共に、後述の先頭基準位置及び後部基準位置のルックアップテーブル等を記憶する記憶部３０と、該記憶部３０から読み出した露光開始位置及び露光終了位置のデータに基づいて光スイッチ９をオン／オフする変調データを作成する変調データ作成処理部３１と、装置全体が所定の目的の動作をするように適切に制御する制御部３２とを備えている。

図４及び図５は、画像処理部２９の一構成例を示すブロック図である。図４に示すように、画像処理部２９は、例えば三つ並列に接続したリングバッファーメモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、該リングバッファーメモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ毎にそれぞれ並列に接続した例えば三つのラインバッファーメモリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃと、該ラインバッファーメモリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃに接続され決まった閾値と比較してグレーレベルのデータを２値化して出力する比較回路３５と、上記九つのラインバッファーメモリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの出力データと図１に示す記憶部３０から得た基準パターンＰ又はブラックマトリクスのピクセルに定めた先頭基準位置に相当する画像データのルックアップテーブル（先頭基準位置用ＬＵＴ）とを比較して、両データが一致したときに先頭基準位置判定結果を出力する先頭基準位置判定回路３６と、上記九つのラインバッファーメモリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの出力データと、図１に示す記憶部３０から得た後部基準位置に相当する画像データのルックアップテーブル（後部基準位置用ＬＵＴ）とを比較して、両データが一致したときに後部基準位置判定結果を出力する後部基準位置判定回路３７とを備えている。

また、図５に示すように、画像処理部２９は、上記先頭基準位置判定結果を入力して先頭基準位置に相当する画像データの一致回数をカウントする計数回路３８Ａと、該計数回路３８Ａの出力と図１に示す記憶部３０から得た露光開始パターン又はピクセル番号とを比較して両数値が一致したときに露光開始を許可する露光開始許可信号を図１に示す変調データ作成処理部３１に出力する比較回路３９Ａと、上記後部基準位置判定結果を入力して後部基準位置に相当する画像データの一致回数をカウントする計数回路３８Ｂと、該計数回路３８Ｂの出力と図１に示す記憶部３０から得た露光終了パターン又はピクセル番号とを比較して両数値が一致したときに露光終了信号を図１に示す変調データ作成処理部３１に出力する比較回路３９Ｂと、上記計数回路３８Ａの出力に基づいて先頭パターン又はピクセルの数をカウントする先頭パターン又はピクセル計数回路４０と、該先頭パターン又はピクセル計数回路４０の出力と図１に示す記憶部３０から得た基準パターンＰ列又はピクセル列番号とを比較して両数値が一致したときに基準パターンＰ列又はピクセル列指定信号を図１に示す変調データ作成処理部３１に出力する比較回路４１とを備えている。なお、上記計数回路３８Ａ，３８Ｂは、撮像手段５による読取動作が開始されるとその読取開始信号によりリセットされる。また、先頭パターン又はピクセル計数回路４０は、予め指定した所定の露光パターンの形成が終了すると露光パターン終了信号によりリセットされる。

次に、このように構成された露光装置１を用いて行う露光パターン形成方法について説明する。
先ず、露光装置１に電源が投入されると、光学系制御手段７が駆動する。これにより、レーザ光源２が起動してレーザビームが発射される。同時に、ポリゴンミラー１２が回転を開始し、レーザビームの走査が可能になる。ただし、このときはまだ、光スイッチ９はオフされているためレーザビームは照射されない。

次に、搬送手段４のステージ１８上になんらパターンの形成されていないガラス基板８Ａと、図６に示すような基準となる基準パターンＰを形成した基準基板としての基準ガラス基板８Ｂとがガラス基板８Ａを上側にして重ねて載置される。なお、搬送手段４は、一定速度で両ガラス基板８Ａ，８Ｂを搬送するため、図７に示すようにレーザビームの走査軌跡（矢印Ｂ）は、ステージ１８の移動方向（矢印Ａ）に対して相対的に斜めとなる。従って、両ガラス基板８Ａ，８Ｂを上記移動方向（矢印Ａ）に平行に設置している場合には、同図（ａ）に示すように露光位置が走査開始の基準パターンＰａと走査終了の基準パターンＰｂとでずれる場合が生ずる。この場合には、同図（ｂ）に示すように、両ガラス基板８Ａ，８Ｂを一体的に搬送方向（矢印Ａ方向）に対して傾けて設置して上記基準パターンＰの配列方向とレーザビームの走査軌跡（矢印Ｂ）とが一致するようにするとよい。ただし、現実には、レーザビームの走査速度の方が両ガラス基板８Ａ，８Ｂの搬送速度よりもはるかに速いため上記ずれ量は少ない。従って、両ガラス基板８Ａ，８Ｂは移動方向に対して平行に設置し、上記ずれ量を撮像手段５で撮像したデータに基づいて計測して、露光光学系３の光偏向手段１０を制御してずれ量を補正してもよい。なお、以下の説明においては、上記ずれ量は無視できるものとして説明する。

次に、搬送駆動部２０を駆動してステージ１８を図１の矢印Ａ方向に移動する。このとき、搬送駆動部２０は、光学系制御手段７の搬送コントローラ２６により一定速度となるように制御される。

次に、基準ガラス基板８Ｂに形成された基準パターンＰが撮像手段５の撮像位置に達すると、撮像手段５は撮像を開始し、撮像した基準パターンＰの画像データに基づいて露光開始位置及び露光終了位置の検出を行う。以下、露光パターンの具体的な形成方法を図８に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、ステップＳ１において、撮像手段５で基準パターンＰの画像が取得される。この取得した画像データは、図４に示す画像処理部２９の三つのリングバッファーメモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに取り込まれて処理される。そして、最新の三つのデータが各リングバッファーメモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃから出力される。この場合、例えばリングバッファーメモリ３３Ａから二つ前のデータが出力され、リングバッファーメモリ３３Ｂから一つ前のデータが出力され、リングバッファーメモリ３３Ｃから最新のデータが出力される。さらに、これらの各データはそれぞれ三つのラインバッファーメモリ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃにより、例えば３×３のＣＣＤ画素の画像を同一のクロック（時間軸）に配置する。その結果は、例えば図９（ａ）に示すような画像として得られる。この画像を数値化すると、同図（ｂ）のように３×３の数値に対応することになる。これらの数値化された画像は、同一クロック上に並んでいるので、比較回路３５で閾値と比較されて２値化される。例えば、閾値を“45”とすれば、同図（ａ）の画像は、同図（ｃ）のように２値化されることになる。

次に、ステップＳ２において、先頭及び後部基準位置が検出される。具体的には、基準位置検出は、先頭基準位置判定回路３６において、上記２値化データを図１に示す記憶部３０から得た先頭基準位置用ＬＵＴのデータと比較して行う。

例えば、先頭基準位置が、図１０（ａ）に示すように基準パターンＰの左上端隅部に設定されている場合には、上記先頭基準位置用ＬＵＴは、同図（ｂ）に示すものになり、このときの先頭基準位置用ＬＵＴのデータは、“000011011”となる。従って、上記２値化データは、上記基準位置用ＬＵＴのデータ“000011011”と比較され、両データが一致したときに、撮像手段５で取得した画像データが先頭基準位置であると判定され、先頭基準位置判定回路３６から先頭基準位置判定結果を出力する。なお、図１１に示すように基準パターンＰが四つ並んでいるときには、基準パターンＰの左上端隅部が先頭基準位置に該当することになる。

上記判定結果に基づいて、図５に示す計数回路３８Ａにおいて上記一致回数がカウントされる。そして、そのカウント数は、図１に示す記憶部３０から得た露光開始パターン番号と比較回路３９Ａにおいて比較され、両数値が一致したとき露光開始許可信号を図１に示す変調データ作成処理部３１に出力する。この場合、図１１に示すように、例えば、露光開始パターンとしてレーザビームの走査方向にて１番目、２番目、３番目、４番目の各基準パターンＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄と定めると、各基準パターンの左上端隅部が先頭基準位置となり、該先頭基準位置に対応する撮像手段５のラインＣＣＤにおけるエレメント番地、例えば“1000”，“2000”，“3000”，“4000”が光スイッチコントローラ２４に記憶される。

一方、上記２値化データは、後部基準位置判定回路３７において、図１に示す記憶部３０から得た後部基準位置用ＬＵＴのデータと比較される。例えば、後部基準位置が、図１２（ａ）に示すように基準パターンＰの右上端隅部に設定されている場合には、上記後部基準位置用ＬＵＴは、同図（ｂ）に示すものになり、このときの後部基準位置用ＬＵＴのデータは、“110110000”となる。従って、上記２値化データは、上記後部基準位置用ＬＵＴのデータ“110110000”と比較され、両データが一致したときに、撮像手段５で取得した画像データが後部基準位置であると判定され、後部基準位置判定回路３７から後部基準位置判定結果を出力する。なお、前述と同様に、図１１に示すように例えば基準パターンＰが四つ並んでいるときには、各基準パターンＰの右上端隅部が後部基準位置に該当することになる。

上記判定結果に基づいて、図５に示す計数回路３８Ｂにおいて上記一致回数がカウントされる。そして、そのカウント数は、図１に示す記憶部３０から得た露光終了パターン番号と比較回路３９Ｂにおいて比較され、両数値が一致したとき露光終了信号を図１に示す変調データ作成処理部３１に出力する。この場合、図１１に示すように、例えば、露光終了パターンとしてレーザビームの走査方向にて１番目、２番目、３番目、４番目の各基準パターンＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄と定めると、各基準パターンの右上端隅部が後部基準位置となり、該後部基準位置に対応する撮像手段５のラインＣＣＤにおけるエレメント番地、例えば“1990”，“2990”，“3990”，“4990”が光スイッチコントローラ２４に記憶される。そして、上述のようにして先頭及び後部基準位置が検出されると、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ガラス基板８Ａの移動方向におけるが露光位置が検出される。ここで、図３に示すように、レーザビームの走査位置Ｆと撮像手段５の撮像位置Ｅ間の距離Ｄは、Ｄ＝ｎＶＴ（ｎは整数、Ｖは搬送手段４の移動速度、Ｔはレーザビームの走査周期）に設定されているため、Ｖを一定とするとレーザビームの走査周期Ｔをカウントすることによって上記露光位置を割り出すことができる。

次に、ステップＳ４において、レーザビームを走査しながら、上記露光位置の調整が行われる。具体的には、図１３に示すように、露光位置の調整は、ｆθレンズ１３に設けたラインセンサー１７で検出した現在のレーザビームの走査位置（エレメント番地）と予め定めた基準エレメント番地とを比較してそのずれ量を検出し、光偏向手段１０を制御してレーザビームの走査位置を基準エレメント番地（基準走査位置）に一致させるようにして行う。

次に、ステップＳ５において、露光が開始される。露光開始は、光スイッチ９のオンタイミングを光スイッチコントローラ２４で制御して行う。この場合、先ず、光スイッチ９をオン状態にしてレーザビームを走査し、上記ラインセンサー１７によってレーザビームの走査開始時刻が検出されると直ぐに光スイッチ９をオフとする。このとき、変調データ作成処理部３１から、例えば図１１の１番目の先頭基準位置に対応する撮像手段５のエレメント番地“1000”が読み出されレーザビームの走査開始時刻から先頭基準位置までの時間ｔ₁が制御部３２で演算される。この場合、レーザビームの走査開始時刻から撮像手段５のエレメント番地“１”までの走査時間ｔ₀を予め計測しておき、またレーザビームの走査速度を撮像手段５のラインＣＣＤのクロックCLKに同期させておけば、エレメント番地“1000”までのクロック数をカウントすることにより、上記時刻ｔ₁は、ｔ₁＝ｔ₀＋1000CLKとして容易に求めることができる。

以下、図１１を参照して同図（ｂ）に示すようなブラックマトリクス２１のピクセル２２を露光する方法を説明する。なお、ここで適用するレーザビームは、基準パターンＰに対して十分に細く絞られたビームが使用される。
この場合、図１１（ｂ）に示す太枠に囲まれた内部のピクセル２２のＣＡＤデータが記憶部３０に記憶されている。ここで、露光は、同図（ｂ）に示すようにピクセル２２をレーザビームの走査幅でスライスするストライプパターン毎に記憶部３０から読み出したＣＡＤデータに基づいて露光開始位置及び露光終了位置を指定し、該露光開始位置及び露光終了位置を上記撮像装置５のラインＣＣＤのエレメント番地に対応付け、レーザビームの走査時間を管理して行う。具体的には、同図（ｂ）において、先ずＬ₁ラインの露光が行われる。この場合、１番目の先頭基準位置“1000”から露光が許可され、時間ｔ₂後に露光が開始される。そして、それから時間ｔ₃後に露光が終了する。

次に、ステップＳ６において、後部基準位置が検出される。後部基準位置は、上述と同様にして、例えば１番目の先頭基準位置“1000”から１番目の後部基準位置“1990”までのレーザビームの走査時間ｔ₄が管理され、後部基準位置“1990”において１番目の基準パターンＰ₁に対する露光動作が終了する。なお、図１１（ｂ）に示すようにＬ₁ラインの場合には、露光停止状態が維持されることになる。

次に、ステップＳ７においては、レーザビームの一走査が終了したか否かを判定する。ここで、“NO”判定となると、ステップＳ２に戻って上述の動作を繰返す。そして、ステップＳ２において、図１１（ａ）に示すように、例えば２番目の先頭基準位置“2000”及び２番目の後部基準位置“2990”が検出されると、ステップＳ３，Ｓ４を経てステップＳ５に進む。この場合、上述と同様にして２番目の先頭基準位置“2000”からｔ₂後に露光が開始され、それからｔ₃後に露光が終了する。そして、後部基準位置“2990”において、２番目の基準パターンＰ₂に対するＬ₁ラインの露光が終了する。

上述のステップＳ２〜Ｓ６は、レーザビームの一走査が終了するまで繰返し実行される。これにより、１番目の基準パター列に対するＬ₁ラインの露光動作が終了すると、ステップＳ７において、“YES”判定となる。そしてステップＳ８に進む。

ステップＳ８においては、所定の領域（ここでは、１番目の基準パターン列）に対する露光パターンの露光が全て終了したか否かが制御部３２で判定される。ここで、“NO”判定となるとステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ６の動作を繰返し、図１１（ｂ）のＬ₂ラインに対する露光動作が実行される。例えば、１番目の先頭基準位置“1000”からｔ₅後に露光を開始し、それからｔ₆後に露光を終了し、１番目の後部基準位置“1990”で１番目の基準パターンＰ₁に対する露光動作を終了する。

以下同様にして、Ｌ₃、Ｌ₄…に対する露光動作を繰返し、１番目の基準パターン列に対する露光を終了すると、ステップＳ８において“YES”判定となり、ステップＳ９に進む。このとき、１番目の基準パターン列に対応するガラス基板８Ａには、図１１（ｂ）に斜線で示すようなブラックマトリクス２１の露光パターンが露光されることになる。

次に、ステップＳ９において、搬送方向の基準パターン列に対する露光パターンの形成が全て終了したか否かが制御部３２で判定される。ここで、“NO”判定となるとステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ８までの動作を繰返し、予め指定された２番目、３番目…の基準パターン列に対する露光動作が実行され、各基準パターン列に倣ってガラス基板８Ａにブラックマトリクス２１のピクセル２２の露光パターンが露光される。これにより、ステップＳ１０において、“YES”判定となるとガラス基板８Ａに対する露光パターンの形成を全て終了する。

次に、上述と同様にして、ガラス基板８Ａのブラックマトリクス２１のピクセル２２を基準に赤又は青若しくは緑のカラーフィルターの露光パターンが形成される。以下、カラーフィルターの露光パターンの形成方法を簡単に説明する。なお、ここで適用するレーザビームは、ピクセル２２の幅と略同程度の大きさの径を有するビームが使用される。
先ず、図８におけるステップＳ１では、撮像装置でブラックマトリクス２１のピクセル２２の画像を取得する。次に、ステップＳ２において、上記ピクセル２２に予め定めた先頭基準位置及び後部基準位置を検出する。図１４に斜線で示すようなストライプ状の露光パターンを形成する場合には、図５における露光開始ピクセル番号として例えば“１”が設定される。したがって、この場合、比較器３９Ａからは、１番目のピクセル２２₁の左上端部に設定した先頭基準位置から露光開始を許可する露光開始許可信号が光スイッチコントローラ２４に出力することになる。

一方、図５に示す露光終了ピクセル番号としては、例えば“６”が設定される。この場合、比較記３９Ｂからは、６番目のピクセル２２₆の右上端部に設定した後部基準位置において露光を終了させる露光終了信号が光スイッチコントローラ２４に出力することになる。次に、前述と同様にしてステップＳ３において、１番目のピクセル列を検出した後にステップＳ４において、レーザビームの走査位置の調整を行う。次に、ステップＳ５において、記憶部３０から読み出したカラーフィルターの露光パターンのＣＡＤデータに基づいて上記先頭基準位置から露光開始位置までのレーザビームの走査時間を制御部３２で演算する。なお、図１４においては、先頭基準位置が露光開始位置に一致する。次に、ステップＳ６においてＣＡＤデータに基づいて、露光開始位置から露光終了位置までのレーザビームの走査時間を演算する。なお、図１４においては、露光終了位置は、後部基準位置に一致する。

次に、ステップＳ７において、レーザビームの一走査が終了したか否かを判定し、終了していない場合には、ステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す。そして、一走査が終了した場合には、ステップＳ８に進んで、１番目のピクセル列に対する露光が全て終了したか否かを判定する。図１４の場合には、レーザビームの一走査で１番目のピクセル列に対する露光は終了するため、ステップＳ８においては“YES”判定となり、ステップＳ９に進む。そして、搬送方向の所定のピクセル列に対する露光パターンの形成が全て終了したか否かを判定する。ここで、“YES”判定となると、ガラス基板８Ａに対する例えば赤のカラーフィルターの露光パターンの形成が終了する。

このように、本発明の露光パターン形成方法によれば、基準ガラス基板８Ｂに形成された基準パターンＰに予め設定された基準位置を撮像手段５で撮像して検出し、該基準位置を基準にして光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、ガラス基板８Ａの所定位置にブラックマトリクス２１のピクセル２２の露光パターンを形成するようにしたことにより、何も形成されていないガラス基板８Ａの所定位置に上記ピクセル２２の露光パターンを高精度に形成することができる。

また、上述と同様にして、ガラス基板８Ａに形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２に指定した基準位置を基準にして露光パターンの形成をすれば、ピクセル列上に例えば赤、青、緑の各カラーフィルターの露光パターンを精度良く形成することができる。これにより、複数の露光装置を使用して各露光パターンを形成する場合にも、露光装置間の精度差に起因する露光パターンの重ね合せ精度の劣化の問題を排除することができ、露光装置のコストアップを抑制することができる。

そして、上記基準パターンＰとピクセル２２の各配列ピッチが同じであれば、同一の基準ガラス基板８Ｂを使用して任意の形状のピクセルを露光することができる。

なお、上記実施形態においては、照明手段６を搬送装置４の下方に配設して背面照明を使用する例を説明したが、これに限られず照明手段６を搬送装置４の上方に配設して落射照明を適用してもよい。
また、図１５に示すように、照明手段及び撮像手段５を搬送手段４の下方に配設して、該搬送手段４の下方から透明なガラス基板から成る基準ガラス基板８Ｂに形成された基準パターンＰを撮像するようにしてもよい。これにより、被露光体が透明であるか不透明であるかに関わらず被露光体の所定位置に基準となる機能パターンを形成することができる。
そして、本発明の露光パターンの形成方法は、液晶ディスプレイのカラーフィルター等の大型基板に適用するものに限定されず、半導体等におけるパターンの露光にも適用することができる。

本発明による露光パターン形成方法に適用される露光装置の実施形態を示す概念図である。光スイッチの構成及び動作を説明する斜視図である。レーザビームの走査位置と撮像手段の撮像位置との関係を示す説明図である。画像処理部の内部構成において処理系統の前半部を示すブロック図である。画像処理部の内部構成において処理系統の後半部を示すブロック図である。基準ガラス基板に形成された基準パターンの例を示す説明図である。レーザビームの走査方向に対して直交する方向に移動する基準パターンとレーザビームの走査軌跡との関係を示す説明図である。本発明によるパターン形成方法の手順を説明するフローチャートである。リングバッファーメモリの出力を２値化する方法を示す説明図である。基準パターンに予め設定された先頭基準位置の画像とそのルックアップテーブルを示す説明図である。基準パターンに基づいてブラックマトリクスのピクセルの露光パターンを形成する方法を示す説明図である。基準パターンに予め設定された後部基準位置の画像とそのルックアップテーブルを示す説明図である。レーザビームの走査位置を補正する方法を示す説明図である。ブラックマトリクスのピクセル列上に形成されたカラーフィルターの露光パターンの例を示す説明図である。撮像装置の他の配置例を示す説明図である。

符号の説明

１…露光装置
３…露光光学系
４…搬送手段
５…撮像手段
６…照明手段
７…光学系制御手段
８Ａ…ガラス基板（被露光体）
８Ｂ…基準ガラス基板（基準基板）
２１…ブラックマトリクス
２２…ピクセル（第１の機能パターン）
Ｐ…基準パターン

Claims

露光光学系により光ビームを被露光体に対して相対的に走査し、該被露光体上に機能パターンを直接露光する露光パターン形成方法であって、
前記被露光体の下側に、露光位置の基準となる基準パターンを予め形成した透明な基板から成る基準基板を配置して前記被露光体と基準基板とを搬送手段により所定方向に搬送し、
照明手段により前記搬送手段の下方から前記基準基板の基準パターンを照明し、
前記搬送手段の下方に配設した撮像手段により前記基準パターンを撮像し、
光学系制御手段により前記撮像手段で撮像された前記基準パターンに予め設定された基準位置を検出し、該基準位置を基準にして前記光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、前記被露光体上の所定位置に第１の機能パターンを露光することを特徴とする露光パターン形成方法。
前記被露光体上の所定位置に露光して形成された前記第１の機能パターンを、さらに撮像手段により撮像し、前記光学系制御手段により前記撮像手段で撮像された前記第１の機能パターンに予め設定された基準位置を検出し、該基準位置を基準にして前記光ビームの照射開始又は照射停止の制御をし、前記被露光体上の所定位置にその他の機能パターンの露光をさらに実行することを特徴とする請求項１記載の露光パターン形成方法。