JP4338577B2

JP4338577B2 - 露光装置

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Publication number: JP4338577B2
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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する露光装置に関し、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装置のコストアップを抑制しようとする露光装置に係るものである。

従来の露光装置は、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）の各装置がある。しかし、これら従来の露光装置において、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装置がある。この種の露光装置は、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、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装置において、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装置のコストアップを抑制しようとする露光装置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、第１の発明による露光装置は、搬送手段により所定の速度で搬送される被露光体に対して光源から発射される光ビームの走査位置をその走査方向と直交する方向にずらして正しい位置を走査するように調整する光偏向手段を備えた露光光学系により該光ビームを相対的に走査し、該被露光体上に、被露光製品が機能を発揮するのに必要な構成部分のパターンである機能パターンを直接露光する露光装置であって、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、前記被露光体に対して前記露光光学系と同じ側に配設され、前記被露光体の搬送方向にて前記光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、前記被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを撮像する撮像手段と、前記被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設され、前記基準となる機能パターンを照明して前記撮像手段による撮像を可能にする照明手段と、前記撮像手段で撮像された前記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて前記光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、前記搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する光学系制御手段とを備えたものである。

このような構成により、被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設された照明手段で被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを照明し、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、被露光体に対して露光光学系と同じ側に配設された撮像手段により、前記被露光体の搬送方向にて光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、上記基準となる機能パターンを撮像し、光学系制御手段により、前記撮像手段で撮像された上記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する。これにより、被露光体に予め形成された基準となる機能パターンに対する所定の機能パターンの重ね合せ精度を向上する。

また、前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と同じ側に配設したものである。これにより、撮像手段と同じ側から照明手段で被露光体に予め形成された基準となる機能パターンを照明し、撮像手段により反射照明で上記基準となる機能パターンを撮像する。

さらに、前記被露光体は透明な基板であり、前記照明手段は前記被露光体に対して前記撮像手段と反対側に配設したものである。これにより、撮像手段と反対側から照明手段で透明な被露光体に予め形成された基準となる機能パターンを照明し、撮像手段により透過照明で上記基準となる機能パターンを撮像する。

そして、前記照明手段は、前記被露光体に対して上下方向の両側に配設し、互いに切換えて使用可能にしたものである。これにより、被露光体に対して上下方向の両側に配設した照明手段を相互に切換えて、被露光体に予め形成された基準となる機能パターンを照明し、撮像手段により透過照明または反射照明のいずれかで上記基準となる機能パターン撮像する。

また、第２の発明による露光装置は、搬送手段により所定の速度で搬送される透明な被露光体に対して光源から発射される光ビームの走査位置をその走査方向と直交する方向にずらして正しい位置を走査するように調整する光偏向手段を備えた露光光学系により該光ビームを相対的に走査し、該被露光体上に、被露光製品が機能を発揮するのに必要な構成部分のパターンである機能パターンを直接露光する露光装置であって、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、前記被露光体に対して前記露光光学系と反対側に配設され、前記被露光体の搬送方向にて前記光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、前記被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを該被露光体を透して撮像する撮像手段と、前記被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設され、前記基準となる機能パターンを照明して前記撮像手段による撮像を可能にする照明手段と、前記撮像手段で撮像された前記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて前記光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、前記搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する光学系制御手段とを備えたものである。

このような構成により、透明な被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設された照明手段で被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを照明し、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、被露光体に対して露光光学系と反対側に配設された撮像手段により、前記被露光体の搬送方向にて光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、上記基準となる機能パターンを該被露光体を透して撮像し、光学系制御手段により、前記撮像手段で撮像された上記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する。これにより、被露光体に予め形成された基準となる機能パターンに対する所定の機能パターンの重ね合せ精度を向上する。

さらに、前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と同じ側に配設したものである。これにより、撮像手段と同じ側から照明手段で被露光体に予め形成された基準となる機能パターンを照明し、撮像手段により反射照明で上記基準となる機能パターン撮像する。

さらにまた、前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と反対側に配設したものである。これにより、撮像手段と反対側から照明手段で透明な被露光体に予め形成された基準となる機能パターンを照明し、撮像手段により透過照明で上記基準となる機能パターン撮像する。

請求項１に係る発明によれば、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、被露光体に対して露光光学系と同じ側に配設された撮像手段により、前記被露光体の搬送方向にて光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、前記被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを撮像し、光学系制御手段により、前記撮像手段で撮像された基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御することができる。これにより、被露光体上の所定位置に所定の機能パターンの露光を高精度に行うことができる。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。また、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低下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。さらに、撮像手段を露光光学系と同じ側に配設したことにより、露光光学系と撮像手段とを一体構造で製作することができるので、この部分の機械的安定性を高くでき、コストを低減することができる。さらに、装置への取り付けも容易になる。

また、請求項２及び６に係る発明によれば、照明手段を被露光体に対して撮像手段と同じ側に配設したことにより、基準となる機能パターン上に不透明な膜が形成されている場合にも、上記基準となる機能パターンを撮像することができる。

さらに、請求項３及び７に係る発明によれば、照明手段を透明な被露光体に対して撮像手段と反対側に配設したことにより、撮像手段で取得する画像のコントラストが向上し、画像データの取得精度が向上する。したがって、高精度な露光を実現できる。

さらにまた、請求項４及び８に係る発明によれば、照明手段を被露光体に対して上下方向の両側に配設し、互いに切換えて使用可能にしたことにより、被露光体が透明又は不透明のいずれの場合にも、また基準となる機能パターン上に形成される膜が透明又は不透明のいずれの場合にも、同一の露光装置で対応することができる。

そして、請求項５に係る発明によれば、複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、被露光体に対して露光光学系と反対側に配設された撮像手段により、前記被露光体の搬送方向にて光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、透明な被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを該被露光体を透して撮像し、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となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御することができる。これにより、被露光体上の所定位置に所定の機能パターンの露光を高精度に行うことができる。そして、基準となる機能パターン上に不透明な膜が形成されている場合にも、上記基準となる機能パターンを撮像して基準位置を検出することができる。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、基準となる機能パターンが不透明な膜で覆い隠されていても、各層の機能パターンの重ね合せを高精度に行うことができる。

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装置の第１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８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８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８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８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８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、ガラス基板８に予め形成された基準となる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、複数個の受光素子が一列の直線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の撮像位置と上記レーザビームの走査位置との距離Ｄは、ブラックマトリクス２１のピクセル２２の搬送方向配列ピッチＰの整数倍（ｎ倍）となるように設定される。これにより、ガラス基板８が搬送されて上記ピクセル２２の中心とレーザビームの走査位置とが一致したときにレーザビームが走査を開始す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８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上記ピクセル２２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（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）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で撮像された上記ピクセル２２のパターン画像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８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、後述の露光開始位置及び露光終了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から得た露光開始位置を定める第１の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（露光開始位置用ＬＵＴ）とを比較して、両データが一致したときに露光開始位置判定結果を出力する露光開始位置判定回路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から得た露光終了位置を定める第２の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（露光終了位置用ＬＵＴ）とを比較して、両データが一致したときに露光終了位置判定結果を出力する露光終了位置判定回路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、上記露光開始位置判定結果を入力して第１の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、上記露光終了位置判定結果を入力して第２の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ピクセルの数をカウントする先頭ピクセル計数回路４０と、該先頭ピクセル計数回路４０の出力と図１に示す記憶部３０から得た露光ピクセル列番号とを比較して両数値が一致したときに露光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の動作について説明する。
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上にガラス基板８が載置される。なお、搬送手段４は、一定速度でガラス基板８を搬送するため、図６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、ガラス基板８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ブラックマトリクス２１の走査開始ピクセル２２ａと走査終了ピクセル２２ｂ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、ガラス基板８を搬送方向（矢印Ａ方向）に対して傾けて設置して上記ピクセル２２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ガラス基板８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、ガラス基板８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、ガラス基板８に形成されたブラックマトリクス２１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、撮像したブラックマトリクス２１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、パターン形成方法を図７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でブラックマトリクス２１のピクセル２２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８（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、露光開始及び露光終了の基準位置が検出される。具体的には、基準位置検出は、露光開始位置判定回路３６において、上記２値化データを図１に示す記憶部３０から得た露光開始位置用ＬＵＴのデータと比較して行う。

例えば、露光開始位置を指定する第１の基準位置が、図９（ａ）に示すようにブラックマトリクス２１のピクセル２２の左上端隅部に設定されている場合には、上記露光開始用ＬＵＴは、同図（ｂ）に示すものになり、このときの露光開始用ＬＵＴのデータは、“000011011”となる。従って、上記２値化データは、上記露光開始用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第１の基準位置であると判定され、露光開始位置判定回路３６から開始位置判定結果を出力する。なお、図１０に示すようにピクセル２２が六つ並んでいるときには、各ピクセル２２の左上端隅部が第１の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から得た露光開始ピクセル番号と比較回路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１０に示すように、例えば、レーザビームの走査方向にて１番目のピクセル２２₁及び４番目のピクセル２２₄の左上端隅部を第１の基準位置と定めると、該第１の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”，“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、露光終了位置判定回路３７において、図１に示す記憶部３０から得た露光終了位置用ＬＵＴのデータと比較される。例えば、露光終了位置を指定する第２の基準位置が、図１１（ａ）に示すようにブラックマトリクス２１のピクセル２２の右上端隅部に設定されている場合には、上記露光終了位置用ＬＵＴは、同図（ｂ）に示すものになり、このときの露光終了位置用ＬＵＴのデータは、“110110000”となる。従って、上記２値化データは、上記露光終了位置用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露光終了の基準位置であると判定され、露光終了位置判定回路３７から終了位置判定結果を出力する。なお、前述と同様に、図１０に示すように例えばピクセル２２が六つ並んでいるときには、各ピクセル２２の右上端隅部が第２の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から得た露光終了ピクセル番号と比較回路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１０に示すように、例えば、レーザビームの走査方向にて１番目のピクセル２２₁及び第４番目のピクセル２２₄の右上端隅部を第２の基準位置と定めると、該第２の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“1900”，“4900”が光スイッチコントローラ２４に記憶される。そして、上述のようにして露光開始位置及び露光終了位置の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８の移動方向における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、上記ピクセル２２の移動方向への配列ピッチＰの整数倍（ｎ倍）に設定されているため、レーザビームの走査周期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。例えば、図１２に示すように、レーザビームの走査位置と撮像手段５の撮像位置との間の距離Ｄがピクセル２２の配列ピッチＰの例えば３倍に設定されている場合に、ステップＳ２においてピクセル２２の端部に第１及び第２の基準位置を検出した後（同図（ａ）参照）、ガラス基板８が移動してピクセル列中心線が撮像手段５の撮像位置に達したとき（同図（ｂ）参照）、レーザビームの走査開始タイミングと一致する。ここで、レーザビームが周期Ｔで走査している場合、ガラス基板８の搬送速度は、レーザビームの周期Ｔに同期してピクセル２２の１ピッチ分だけ移動するように制御される。したがって、次の１Ｔ間にピクセル２２は同図（ｃ）に示す位置に移動する。さらに、２Ｔ後には、ピクセル２２は同図（ｄ）に示す位置まで移動する。そして、３Ｔ後には、同図（ｅ）に示すように、ピクセル２２の列中心線がレーザビームの走査位置に達することになる。こうして、露光位置が検出される。

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１０の露光開始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露光開始位置までの時間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、走査開始時刻ｔ₁は、ｔ₁＝ｔ₀＋1000CLKとして容易に求めることができる。これにより、レーザビームの走査開始時刻からｔ₁後に光スイッチ９をオンして露光を開始する。

次に、ステップＳ６において、露光終了位置が検出される。露光終了位置は、上述と同様にして、例えばエレメント番地“1900”における露光終了時刻ｔ₂は、ｔ₂＝ｔ₀＋1900CLKとして求まる。これにより、レーザビームの走査開始時刻からｔ₂後に光スイッチ９をオフして露光を終了する。

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１０に示すように、例えば第２の露光開始位置“4000”及び第２の露光終了位置“4900”が検出されると、ステップＳ４を経てステップＳ５に進んで、上述と同様にしてエレメント番地“4000”から露光が開始され、エレメント番地“4900”で露光が終了する。

また、ステップＳ７において、“YES”判定となるとステップＳ１に戻り、新たな露光位置を検出する動作に移る。そして、上述の動作を繰り返し実行することにより、所望の領域に対して露光パターンの形成を行う。

このように、本発明の露光装置によれば、撮像手段５で撮像されたガラス基板８に予め形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮影し、撮影されたピクセル２２の画像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露光パターンを形成するようにしたので、上記ピクセル２２に対する露光精度が向上する。

また、上記ピクセル２２に予め定めた基準位置に基づいて露光パターンを形成するようにしているので、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る。したがって、複数の露光装置１を使用して積層パターンを形成する工程に適用した場合にも高い重ね合わせ精度を確保することができる。これにより、露光装置１のコストアップを抑制することができる。

さらに、撮像手段５を露光光学系３と同じ側に配設したことにより、露光光学系３と撮像手段５とを一体構造で製作することができるので、この部分の機械的安定性を高くでき、コストを低減することができる。さらに、装置への取り付けも容易になる。

そして、照明手段６を透明なガラス基板８に対して撮像手段５と反対側に配設したことにより、撮像手段５で取得する画像のコントラストが向上し、画像データの取得精度が向上する。したがって、高精度な露光を実現できる。

次に、本発明による露光装置の第２実施形態を説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１４に示す本第２の実施形態の露光装置１は、撮像手段５と照明手段６とを共に搬送手段４の上方に配設しており、ガラス基板８上の反射照明により該ガラス基板８の表面に予め形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像できるようにしたものである。

このような構成により、反射照明によりガラス基板８の上面に形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像手段５で撮像し、光学系制御手段７により該ピクセル２２に設定された基準位置を検出して露光開始及び露光終了の制御をし、上記ピクセル２２に対応する位置に例えば赤、青、緑のカラーフルター等の所定の機能パターンを露光する。

このように、本第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基準位置に対して所定位置に所定の機能パターンを高精度に形成することができる。したがって、ピクセル２２上に複数層のパターンを積層して形成する場合にも、各層のパターンの重ね合せ精度が高くなる。また、撮像手段５と照明手段６とが露光光学系３と同じ側に配設されるので、露光光学系３と上記各手段とを一体構造で製作することができる。したがって、この部分の機械的安定性を高くでき、コストを低減することができる。さらに、装置への取り付けも容易になる。そして、ガラス基板８の下側が搬送手段４の駆動機械系のスペースに全て使用することができるので、設計が容易になる。

次に、本発明による露光装置の第３の実施形態を説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１５に示す本第３の実施形態の露光装置１は、撮像手段５を搬送手段４の上方に配設すると共に、照明手段６ａ，６ｂを搬送手段４の上下両側に配設し、互いに切換えて使用可能にしたものである。

このような構成により、使用するガラス基板８が不透明で透過照明が使用できない場合には、上側の照明手段６ａを点灯して撮像手段５でガラス基板８上面に形成された基準となる機能パターンを撮像し、光学系制御手段７により該基準となる機能パターンに設定された基準位置を検出して露光開始及び露光終了の制御をし、該基準位置に対して所定位置に所定の露光パターンを形成する。一方、使用するガラス基板８が透明で透過照明が使用できる場合には、下側の照明手段６ｂを点灯して透過照明により基準となる機能パターンを撮像手段５により高コントラストで撮像する。

このように、本第３の実施形態によれば、使用するガラス基板８が透明体であるか非透明体であるか等の被露光体の属性に応じて照明手段６ａ，６ｂを透過照明又は反射照明に切換えて使用することができ、利便性が向上する。

次に、本発明による露光装置の第４の実施形態を説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１６に示す本第４の実施形態の露光装置１は、撮像手段５と、照明手段６とを共に搬送手段４の下方に配設し、透明なガラス基板８を透して下方から該ガラス基板８の表面に予め形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像できるようにしたものである。

このような構成により、照明手段６で透明なガラス基板８を透して下方から該ガラス基板８の表面に予め形成されたブラックマトリクス２１を照明し、撮像手段５でガラス基板８の下側から該ガラス基板８を透して上記ブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像し、光学系制御手段７により該ピクセル２２に設定された基準位置を検出して露光開始及び露光終了の制御をし、上記ピクセル２２に対応する位置に例えば赤、青、緑のカラーフィルター等の所定の機能パターンを露光する。

このように、本第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基準位置に対して所定位置に所定の機能パターンを高精度に形成することができる。したがって、ピクセル２２上に複数層のパターンを積層して形成する場合にも、各層のパターンの重ね合せ精度が高くなる。また、基準となるピクセル２２上に例えば不透明な膜が形成されている場合にも、透明なガラス基板８を透して下方から上記基準となるピクセル２２を撮像して基準位置を検出することができる。したがって、ピクセル２２上が不透明な膜で覆い隠されていても、各層の所定の機能パターンの重ね合せを高精度に行うことができる。

次に、本発明による露光装置の第５の実施形態を説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図１７に示す本第５の実施形態に係る露光装置１は、撮像手段５を搬送手段４の下方に配設し、照明手段６を搬送手段４の上方に配設しており、透明なガラス基板８を透して下方から該ガラス基板８の表面に予め形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像できるようにしたものである。

このような構成により、透過照明によりガラス基板８の上面に形成されたブラックマトリクス２１のピクセル２２を撮像手段５でガラス基板８を透して下方から撮像し、光学系制御手段７により該ピクセル２２に設定された基準位置を検出して露光開始及び露光終了の制御をし、上記ピクセル２２に対応する位置に例えば赤、青、緑のカラーフルター等の所定の機能パターンを露光する。

このように、本第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基準位置に対して所定位置に所定の機能パターンを高精度に形成することができる。したがって、ピクセル２２上に複数層のパターンを積層して形成する場合にも、各層のパターンの重ね合せ精度が高くなる。また、透過照明を使用しているので、撮像手段５で取得する画像のコントラストが向上し、画像データの取得精度が向上する。したがって、高精度な露光を実現できる。さらに、設置スペースが小さい照明手段６を露光光学系３と同じ側に配設しているので、照明手段６と露光光学系３との両設置スペースが干渉することがない。

なお、本発明の露光装置は、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、半導体等の露光装置にも適用することができる。

本発明による露光装置の第１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。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ブラックマトリクス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。ブラックマトリクスのピクセルに予め設定された露光開始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。ブラックマトリクスのピクセルに予め設定された基準位置と撮像手段のエレメントとの関係を示す説明図である。ブラックマトリクスのピクセルに予め設定された露光終了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。ガラス基板の搬送方向の上記ピクセルに対する露光位置を検出する方法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。本発明による第２の実施形態の要部を示す概念図である。本発明による第３の実施形態の要部を示す概念図である。本発明による第４の実施形態の要部を示す概念図である。本発明による第５の実施形態の要部を示す概念図である。

符号の説明

１…露光装置
２…レーザ光源（光源）
３…露光光学系
４…搬送手段
５…撮像手段
６，６ａ，６ｂ…照明手段
７…光学系制御手段
８…ガラス基板（被露光体）
１０…光偏向手段
１７…ラインセンサー
２１…ブラックマトリクス
２２…ピクセル（機能パターン）

Claims

搬送手段により所定の速度で搬送される被露光体に対して光源から発射される光ビームの走査位置をその走査方向と直交する方向にずらして正しい位置を走査するように調整する光偏向手段を備えた露光光学系により該光ビームを相対的に走査し、該被露光体上に、被露光製品が機能を発揮するのに必要な構成部分のパターンである機能パターンを直接露光する露光装置であって、
複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、前記被露光体に対して前記露光光学系と同じ側に配設され、前記被露光体の搬送方向にて前記光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、前記被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを撮像する撮像手段と、
前記被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設され、前記基準となる機能パターンを照明して前記撮像手段による撮像を可能にする照明手段と、
前記撮像手段で撮像された前記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて前記光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、前記搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する光学系制御手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と同じ側に配設したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記被露光体は透明な基板であり、前記照明手段は前記被露光体に対して前記撮像手段と反対側に配設したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記照明手段は、前記被露光体に対して上下方向の両側に配設し、互いに切換えて使用可能にしたことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
搬送手段により所定の速度で搬送される透明な被露光体に対して光源から発射される光ビームの走査位置をその走査方向と直交する方向にずらして正しい位置を走査するように調整する光偏向手段を備えた露光光学系により該光ビームを相対的に走査し、該被露光体上に、被露光製品が機能を発揮するのに必要な構成部分のパターンである機能パターンを直接露光する露光装置であって、
複数個の受光素子が一列の直線状に配列されて成り、前記被露光体に対して前記露光光学系と反対側に配設され、前記被露光体の搬送方向にて前記光ビームの走査位置の手前側を撮像位置として、前記被露光体に予め形成された露光位置の基準となる機能パターンを該被露光体を透して撮像する撮像手段と、
前記被露光体に対して上下方向の少なくとも一方に配設され、前記基準となる機能パターンを照明して前記撮像手段による撮像を可能にする照明手段と、
前記撮像手段で撮像された前記基準となる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行うと共に、前記光ビームの走査方向と直交して設けられ該走査される光ビームの位置を検出するラインセンサーの出力に基づいて前記光偏向手段に印加する電圧を制御して前記光ビームの出射方向を偏向させて、前記露光光学系による光ビームの走査速度を所定速度に維持し、前記搬送手段による被露光体の搬送速度を所定速度に制御する光学系制御手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と同じ側に配設したことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
前記照明手段は、前記被露光体に対して前記撮像手段と反対側に配設したことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
前記照明手段は、前記被露光体に対して上下方向の両側に配設し、互いに切換えて使用可能にしたことを特徴とする請求項５記載の露光装置。