JP4416124B2 - パターン描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の感光材料に光を照射することによりパターンを描画する技術に関する。

従来より、半導体基板やプリント基板、あるいは、プラズマ表示装置、液晶表示装置、フォトマスク用のガラス基板等（以下、「基板」という。）に形成された感光材料に光を照射することによりパターンを描画する方法として、プロキシミティ露光方式やステップ露光方式等のように感光材料にマスクパターンを転写する手法が知られている。

プロキシミティ露光方式では、描画されるパターンに対応する開口が形成された、基板と同等の大きさのマスクを基板に近接させて光を照射し、基板上の感光材料にパターンを一括転写する。ステップ露光方式では、マスクパターンの投影とマスクパターンの移動とを交互に繰り返し行うことにより基板全体にパターンの描画が行われる。

一方、マスクを使用しない描画方法として、特許文献１に開示されているように、変調される光ビームを感光材料上で走査させながら照射し、パターンを直接描画する方式（以下、「直描方式」という。）も提案されている。
特開平５−１５０１７５号公報

近年、フラットパネル表示装置のパネルやカラーフィルタ等の製造装置の市場では、基板に描画されるパターンの高精細化、および、基板の大型化への対応が強く要望されている。マスクパターンを感光材料に一括転写するプロキシミティ露光方式では、マスクと基板とを近接させて光を照射するため、パターンの高精細化や基板の大型化に対応するにはマスクが高価なものとなってしまう。また、プロキシミティ露光方式およびステップ露光方式では、描画するパターンのピッチや幅の変更に柔軟に対応することができないという短所を有する。

直描方式では、パターンを微小なドット（画素）の集合として表現し、ドット単位でパターンを描画するラスタ方式が一般的であるが、パターンの高精細化に対応するためには描画装置の分解能を上げる（すなわち１つのドットの面積を小さくする）必要があり、大型の基板全体にパターンを描画するために要する時間が増大してしまう。

描画時間を短縮する手法として、走査される光ビームの数を増やして同時に描画するドット数を増やす対策が考えられるが、光ビームの増加に伴って光照射機構が大型化し、製造装置のコストが上昇してしまう。特に、パターンの微細化および高精度化に伴い必要な数のヘッド部を配置することが物理的に困難となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡素化された構造で高分解能にてパターンを高速で描画することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板上の感光材料にパターンを描画するパターン描画装置であって、光源と、前記光源からの光が導かれる基板を保持する保持部と、前記光源からの光の光路上に配置され、前記光が通過する同一形状の複数の第１光通過領域が所定のピッチで第１の方向に配列して形成された第１のマスクと、前記第１のマスクに対して光学的に重ね合わされ、前記複数の第１光通過領域にそれぞれが対応する同一形状の複数の第２光通過領域が前記所定のピッチで前記第１の方向に配列して形成された第２のマスクと、前記第１の方向へと前記第１のマスクを前記第２のマスクに対して相対的に前記所定のピッチ以上の距離だけ移動し、前記複数の第１光通過領域の一部を前記第２のマスクで塞ぎ、前記複数の第２光通過領域の一部を前記第１のマスクで塞ぐマスク移動機構と、前記複数の第１光通過領域の少なくとも一部および前記複数の第２光通過領域の少なくとも一部を順に通過した光が照射される感光材料上の複数の光照射領域を、前記第１の方向にに直交する第２の方向へと前記感光材料に対して相対的に移動する主走査機構とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン描画装置であって、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクを感光材料に対して前記第１の方向へと相対的に移動する副走査機構をさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、前記第２のマスクと前記保持部との間に配置され、前記複数の光照射領域を拡大または縮小する倍率変更機構をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のパターン描画装置であって、前記複数の光照射領域の間隔を検出する検出部と、前記倍率変更機構を駆動する駆動部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記駆動部を制御する倍率制御部とをさらに備える。

本発明によれば、簡素化された構造で高分解能にてパターンを高速で描画することができる。また、請求項２の発明では、副走査により大型の基板に対して容易に描画を行うことができ、請求項３および４の発明では、描画されるパターンのピッチを容易に変更することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るパターン描画装置１の構成を示す図である。パターン描画装置１は、液晶表示装置用のガラス基板９（以下、単に「基板９」という。）に光を照射することにより、基板９上の感光材料（本実施の形態ではカラーレジスト）に複数のストライプ状のパターンを描画する装置である。パターンが描画された基板９は、後続の別工程を経て最終的には液晶表示装置の組立部品であるカラーフィルタとなる。

パターン描画装置１では、基台１１上にステージ移動機構２が設けられ、ステージ移動機構２により基板９を保持するステージユニット３が基板９の主面に沿って主走査方向である図１中のＸ方向に移動可能とされる。基台１１にはステージユニット３を跨ぐようにしてフレーム１２が固定され、フレーム１２にはヘッド部５およびマスクチェンジャ６が取り付けられる。

ステージ移動機構２は、モータ２１にボールねじ２２が接続され、さらに、ステージユニット３に固定されたナット２３がボールねじ２２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ２２の上方にはガイドレール２４が固定され、モータ２１が回転すると、ナット２３とともにステージユニット３がガイドレール２４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。

ステージユニット３は、基板９を直接保持するステージ３２、基板９の主面に垂直な軸を中心にステージ３２を回転するステージ回転機構３３、ステージ３２を回転可能に支持する支持プレート３４、図１中のＺ方向に支持プレート３４を移動するステージ昇降機構３５、および、ステージ昇降機構３５を保持するベースプレート３６を有し、ベースプレート３６には上記のナット２３が直接固定される。また、支持プレート３４上には、ヘッド部５から照射される光を２次元配列された受光素子群である撮像デバイスにて受光するカメラ４が設けられる。なお、カメラ４の撮像面は基板９上の感光材料の表面と同じ高さに予め調整されている。

ヘッド部５は、ヘッド部５を支持するヘッド支持部５０、ヘッド部５を副走査方向である図１中のＹ方向（すなわち、ヘッド部５のステージユニット３に対する相対移動方向に直交する方向）に移動するヘッド部移動機構５０１、基板９に向けて光を出射する光出射部５１、複数の開口が配列して形成された２枚のマスク（以下、光出射部５１に近い側から第１マスク５３、第２マスク５４と呼ぶ。）を有するマスク部５２、マスク部５２を通過して基板９に照射される光の照射領域を拡大または縮小する光学ユニット５８、および、光学ユニット５８を駆動する光学ユニット駆動部５８１を有する。ヘッド部移動機構５０１は、モータ５０２がボールねじ機構を駆動することによりヘッド部５をガイドレール５０３に沿ってＹ方向に移動する。

光出射部５１は光ファイバ５１１、および、感光材料への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを行うシャッタ５１２を介して水銀灯５１３に接続される。水銀灯５１３からの光は、光出射部５１から出射されて光路上に配置された第１マスク５３および第２マスク５４（以下、第１マスクと第２マスクとを２枚１組で指す場合、「マスクセット」という。）の開口を順に通過し、光学ユニット５８を介して基板９へと導かれる。

マスクチェンジャ６は、複数のマスクを格納するマスク格納部６１、マスク格納部６１をＺ方向に移動する格納部昇降機構６２、および、マスク部５２に対してマスク格納部６１に格納されたマスクを装着したり、マスク部５２に装着されたマスクを取り外す２つの挿脱機構６３を有する。

ステージ移動機構２、ステージユニット３，カメラ４、シャッタ５１２、ヘッド部移動機構５０１、マスク部５２、光学ユニット５８およびマスクチェンジャ６は制御部７に接続され、これらの構成が制御部７により制御されて、パターン描画装置１による基板９上へのパターンの描画が行われる。また、制御部７には入力部８が接続され、基板９上の複数の光照射領域のそれぞれのＹ方向の幅（すなわち、第１マスク５３の開口が配列される方向の幅であり、以下、単に「幅」という。）、および、複数の光照射領域の間隔（すなわち、各光照射領域の中心から隣接する光照射領域の中心までの距離であり、以下、「ピッチ」という。）等の設定値が操作者により入力部８を介して制御部７に入力される。

図２は第１マスク５３を、図３は第２マスク５４をそれぞれ示す図である。第１マスク５３には、光が通過する同一形状の複数の光通過領域である第１開口５３１が図２中のＹ方向に配列して形成される。複数の第１開口５３１のＹ方向の両側には開口を有しない長い遮光部５３２が設けられる（実際には、図２に示す長さよりも長い遮光部５３２が設けられる）。第２マスク５４には、複数の第１開口５３１にそれぞれが対応する同一形状の複数の光通過領域である第２開口５４１が配列して形成される。第１開口５３１および第２開口５４１の形状は矩形であり、開口の長さ（すなわち、第１開口５３１および第２開口５４１の配列方向に直交する方向の寸法）および幅（すなわち、第１開口５３１および第２開口５４１が配列される方向の幅）は、第２開口５４１に比べて第１開口５３１の方が大きい。また、第１開口５３１のピッチ（すなわち、各第１開口５３１の中心から隣接する第１開口５３１の中心までの距離）および第２開口５４１のピッチは一定であり、第２開口５４１のピッチは第１開口５３１のピッチに等しい。第２マスク５４においても複数の第２開口５３１のＹ方向の両側に開口を有しない長い遮光部５４２が設けられる。

図４は、マスク部５２の構成を示す図である。マスク部５２は、第１マスク５３を保持する第１マスク保持部５５、第２マスク５４を保持する第２マスク保持部５６（第１マスク保持部５５と重なっている。）、および、図４中のＹ方向（すなわち、第１開口５３１および第２開口５４１が配列される方向）へと第１マスク５３を移動するマスクスライド機構５７を有する。なお、図４では第１マスク保持部５５および第１開口５３１を太線にて示している。

第１マスク５３および第２マスク５４は、挿脱機構６３（図１参照）により、それぞれ第１マスク保持部５５および第２マスク保持部５６に対して、図４中に示す（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向に向かって装着される。

図４に示す状態では、第２マスク５４は、各第２開口５４１が対応する第１開口５３１と重なるように第１マスク５３に対して当接する。これにより、第１開口５３１と第２開口５４１との重なり合う領域（平行斜線を付して示す。）５２０は同一の幅となり、第１開口５３１および第２開口５４１に等しい一定のピッチにて、第１開口５３１および第２開口５４１と同じ数だけ配列される。光出射部５１（図１参照）からの光は、第１開口５３１および第２開口５４１を順に通過して基板９上の感光材料へと導かれ、領域５２０に対応する形状およびピッチを有する複数の光照射領域に照射される。以下の説明において、実際の光の通過領域である領域５２０を「マスクセット開口」という。

なお、第２マスク５４は第１マスク５３に対して必ずしも物理的に当接する必要はなく、光学的に重ね合わされるのみでよい。例えば、第１マスク５３と第２マスク５４とは、焦点深度を考慮した分（例えば、数μｍ程度）だけ離れていてもよく、光学的に共役な位置に個別に配置されてもよい。

マスクスライド機構５７は、第１マスク保持部５５を保持するスライド枠５７１、スライド用モータ５７２、および、スライド用モータ５７２に接続されたボールねじ機構５７３を有し、制御部７の制御によりスライド用モータ５７２がボールねじ機構５７３を駆動すると第１マスク保持部５５がスライド枠５７１に沿ってＹ方向に移動する。その結果、第１マスク保持部５５に保持された第１マスク５３もＹ方向に移動し、第１開口５３１と第２開口５４１との重なる状態が変化してマスクセット開口５２０の幅が変化し、基板９上の光照射領域の幅も変化する。このとき、マスクセット開口５２０のピッチは変化しないため、マスクセット開口５２０の間の（光が通過しない領域の）幅に対するマスクセット開口５２０の幅の比のみが変化する。

図示を省略しているが、第１マスク保持部５５と第２マスク保持部５６との間には離合機構が設けられており、第１マスク保持部５５が移動する間は第２マスク保持部５６がわずかに下降し、第１マスク５３と第２マスク５４とが離間する。これにより、第１マスク５３と第２マスク５４との間における損傷や発塵が防止される。

図５は、マスクスライド機構５７により第１マスク５３が（−Ｙ）方向にさらに移動したマスク部５２の状態（第１開口５３１のピッチ以上の距離を移動した状態）を示す図である。図５では、第１マスク５３の（−Ｙ）側の２つの第１開口５３１が、第２マスク５４の遮光部５４２により塞がれ、第２マスク５４の（＋Ｙ）側の２つの第２開口５４１が第１マスク５３の遮光部５３２により塞がれる。その結果、マスクセット開口５２０の数は、図４の場合に比べて４個減少する。なお、実際には十分に長い遮光部５３２，５４２が設けられ、マスクセット開口２０の減少可能な数は十分に多くされる。このように、パターン描画装置１では、第２マスク５４に対する第１マスク５３の移動量を開口のピッチ以上とし、複数の第１開口５３１の一部を第２マスク５４で塞ぎ、複数の第２開口５４１の一部を第１マスク５３で塞ぐことにより、マスクセット開口５２０の数を最大数から偶数個だけ減少させることが可能とされている。そして、複数の第１開口５３１の少なくとも一部および複数の第２開口５４の少なくとも一部を順に通過した光が感光材料上の複数の光照射領域（原則として複数であるが、１個とすることも可能である。）へと照射される。

図６は、基板９の感光材料上に形成される複数の光照射領域９０の一部を示す図である。複数の光照射領域９０はそれぞれマスクセット開口５２０（図４参照）に対応しており、複数の光照射領域９０の幅は同一となり、かつ、ピッチも一定となる。

既述のように、光照射領域９０の幅およびピッチは、図１中に示す第２マスク５４とステージユニット３との間に配置される倍率変更機構である光学ユニット５８により拡大および縮小可能とされる。例えば、制御部７が光学ユニット駆動部５８１を制御して光学ユニット５８の倍率が増加すると、図６中に実線にて示す状態から２点鎖線にて示す状態へと光照射領域９０が変化する。また、既述のようにマスクスライド機構５７によりマスクセット開口５２０の数が変更されることにより、光照射領域９０の数も変更可能とされる。

図７は、制御部７の構成、および、制御に関する情報の流れを示すブロック図である。制御部７中の各種構成は機能を示しており、実際にはプログラムに従って演算処理を行うＣＰＵ、メモリ、専用の演算回路、インタフェース等により実現される。制御部７は主たる構成として、光照射領域９０の幅およびピッチを制御する照射領域制御部７１、および、基板９上の感光材料に対する光照射領域９０の走査を制御する走査制御部７２を有する。

照射領域制御部７１は、カメラ４からの画像信号に基づいて複数の光照射領域９０のそれぞれの幅を検出する幅検出部７１１、および、ピッチを検出するピッチ検出部７１２、光照射領域９０の幅を制御する幅制御部７１３ａ、ピッチを制御するピッチ制御部７１４、光照射領域９０の数を決定する光照射領域数決定部７１３ｂ、並びに、光照射領域９０の幅およびピッチの調整に必要な情報を記憶する記憶部７１５を有する。

記憶部７１５には、マスク部５２に装着されるマスクセットと、そのマスクセットおよび光学ユニット５８によって実現可能な光照射領域９０の幅およびピッチとの対応関係を示すマスクテーブル７１６が、予め作成されて記憶されている。また、記憶部７１５には、光学ユニット５８の倍率と合焦位置との対応関係を示すフォーカステーブル７１７、入力部８から入力された光照射領域９０の幅の設定値（以下、「設定幅」という。）７１８ａ、ピッチの設定値（以下、「設定ピッチ」という。）７１８ｂ、および、感光材料上に描画されるストライプ状の全パターンの数である設定ストライプ数７１８ｃが記憶される。

照射領域制御部７１には、ステージ移動機構２、ステージ昇降機構３５、カメラ４、シャッタ５１２、マスクスライド機構５７、光学ユニット駆動部５８１、マスクチェンジャ６および入力部８が接続され、カメラ４および入力部８からの情報に基づき照射領域制御部７１がこれらの構成を制御することにより光照射領域９０の幅およびピッチが調整され、必要に応じて光照射領域９０の数が変更される。

走査制御部７２には、ステージ移動機構２、ステージ回転機構３３、ヘッド部移動機構５０１およびシャッタ５１２が接続され、走査制御部７２がこれらの構成を制御することにより、感光材料に対する光の照射および光照射領域９０の走査が行われる。

図８は、パターン描画装置１による感光材料へのパターンの描画動作の流れを示す図である。まず、設定幅７１８ａ、設定ピッチ７１８ｂおよび設定ストライプ数７１８ｃが操作者により入力部８から入力され、照射領域制御部７１により受け付けられて記憶部７１５に記憶される（ステップＳ１１）。続いて、制御部７の制御により、光照射領域９０の幅およびピッチが設定幅７１８ａおよび設定ピッチ７１８ｂに等しくなるように調整される（ステップＳ１２）。なお、最終の描画走査時以外は、マスクセット開口５２０の数の数は最大とされる。

図９および図１０は、光照射領域９０の幅およびピッチを調整する動作（ステップＳ１２）の流れの詳細を示す図である。設定幅７１８ａおよび設定ピッチ７１８ｂが受け付けられると、まず、照射領域制御部７１が、マスクテーブル７１６に基づいて、マスク部５２に装着されているマスクセットが設定幅７１８ａおよび設定ピッチ７１８ｂに対応可能かどうかを判断し（ステップＳ１２０）、対応不可能な場合は、照射領域制御部７１の制御により、第１マスク５３および第２マスク５４の少なくともいずれか一方が他のマスクと交換される（ステップＳ１２０１）。

マスクが交換される際には、まず、図１中に示すマスク部５２に装着されている第１マスク５３、第２マスク５４、および、マスクチェンジャ６のマスク格納部６１に格納されるマスクのうち、設定幅７１８ａおよび設定ピッチ７１８ｂに対応可能なマスクの組み合わせが、マスクテーブル７１６に基づいて選択される。

この選択の結果、例えば、第１マスク５３のみが他のマスクに交換される場合は、照射領域制御部７１の制御により図１中に示す格納部昇降機構６２が駆動されて、マスク格納部６１の空きスペースが第１マスク保持部５５と同じ高さになるようにマスク格納部６１がＺ方向に移動される。続いて、挿脱機構６３により第１マスク保持部５５から第１マスク５３が取り外されてマスク格納部６１の空きスペースに格納される。次に、格納部昇降機構６２が制御されて選択されたマスクが第１マスク保持部５５に対向する高さまで移動され、挿脱機構６３によりこのマスクが第１マスク保持部５５に装着される。

第２マスク５４のみの交換が行われる場合も格納部昇降機構６２および挿脱機構６３により第１マスク５３の場合と同様に行われる。第１マスク５３および第２マスク５４の双方の交換が行われる場合は、これらのマスクの交換が順番に行われる。なお、第１マスク５３または第２マスク５４のみの交換は、マスクセット開口５２０の幅の調整範囲を変更する場合に行われ、第１マスク５３および第２マスク５４の交換は、マスクセット開口５２０のピッチを変更する場合に行われる。

マスクセットの準備が完了すると、照射領域制御部７１によりステージ移動機構２が制御されて、支持プレート３４上に設けられたカメラ４がヘッド部５の真下に位置するまでステージユニット３が移動され（移動後のカメラ４およびステージ３２を図１中に２点鎖線にて示す。）（ステップＳ１２１）、シャッタ５１２が開かれてカメラ４への光の照射が開始される（ステップＳ１２２）。これにより、感光材料に代えてカメラ４の撮像面上の光照射領域（図６と同様に「光照射領域９０」と呼ぶ。）に光が照射される。

次に、カメラ４が撮像を行うことにより、複数の光照射領域９０の状態を示す画像が取得され（ステップＳ１２３）、カメラ４から照射領域制御部７１へと画像データが送信され、ピッチ検出部７１２における演算処理により複数の光照射領域９０のピッチが検出される（ステップＳ１２４）。なお、本実施の形態ではピッチは一定であるため、全ての光照射領域９０がカメラ４により検出される必要はない。検出結果であるピッチ（以下、「検出ピッチ」という。）は、記憶部７１５に記憶される設定ピッチ７１８ｂと比較され（ステップＳ１２５）、設定ピッチ７１８ｂと検出ピッチとが等しくない場合は、ピッチ制御部７１４により、設定ピッチ７１８ｂと検出ピッチとに基づいて光学ユニット駆動部５８１が制御され、光学ユニット５８の倍率が変更されて光照射領域９０のピッチが変更される（ステップＳ１２５１）。

ピッチの調整が完了すると、光学ユニット５８の倍率およびフォーカステーブル７１７に基づき光学ユニット５８の合焦位置がカメラ４の撮像面に一致しているか（すなわち、合焦位置が基板９上の感光材料に一致しているか）が判断され（ステップＳ１２６）、一致していない場合は、制御部７によりステージ昇降機構３５が制御され、支持プレート３４がＺ方向に移動してステージ３２と光学ユニット５８との間の距離が変更される（ステップＳ１２６１）。これにより、光学ユニット５８と感光材料との間の距離が変更され、光学ユニット５８の合焦位置と感光材料の表面とが一致する。なお、光学ユニット５８のカメラ４側のテレセントリック性は倍率が変更されても維持されており、ステージ３２の昇降により光照射領域９０のピッチは変化しない。また、フォーカステーブル７１７を用いずに、撮像およびステージ３２の昇降を繰り返してフォーカス調整が行われてもよい。

ピッチ調整およびフォーカス調整の終了後、幅検出部７１１が光照射領域９０の画像から複数の光照射領域９０のそれぞれの幅を検出する（ステップＳ１２７）。なお、本実施の形態のように各光照射領域９０の幅が一定である場合は、１つの光照射領域９０の幅を検出することにより全ての光照射領域９０の幅を取得することができる。

続いて、記憶部７１５に記憶される設定幅７１８ａと、幅検出部７１１による検出結果である各光照射領域９０の幅（以下、「検出幅」という。）とが比較される（ステップＳ１２８）。設定幅７１８ａと検出幅とが等しくない場合は、幅制御部７１３ａの制御により、設定幅７１８ａと検出幅とに基づいてマスクスライド機構５７が駆動されて第１マスク５３を移動し、マスクセット開口５２０の幅が変更されて光照射領域９０の幅が調整される（ステップＳ１２８１）。設定幅７１８ａと検出幅とが等しくされると、シャッタ５１２が閉じられて光の照射が停止する（ステップＳ１２９）。

光照射領域９０の幅およびピッチの調整が終了すると、走査制御部７２によりステージ移動機構２およびヘッド部移動機構５０１が制御されてステージ３２に対してヘッド部５が所定の描画開始位置へと移動する（図８：ステップＳ１３）。具体的には、ステージ３２が（＋Ｘ）側へと移動し、ヘッド部５が（−Ｙ）側へと移動する。ヘッド部５からは光の出射が開始され（ステップＳ１４）、基板９の感光材料上の光照射領域９０に光が照射される。

その後、図１中の（−Ｘ）方向へとステージ３２の移動が開始され（ステップＳ１５）、光照射領域９０が図１中の（＋Ｘ）方向に感光材料に対して相対的に一定速度にて走査（主走査）されることにより、設定幅および設定ピッチを有するストライプ状の複数のパターンが基板９上の感光材料に描画される。光照射領域９０の走査が所定の終了位置に到達すると、ステージ３２の移動が停止し（ステップＳ１６）、光の照射が停止する（ステップＳ１７）。

なお、光の照射の開始（ステップＳ１４）とステージ３２の移動の開始（ステップＳ１５）とを同時に行うと、パターンの始点近傍の部位において露光量が不足してパターンのエッジの精度が低下する場合は、ステップＳ１４とステップＳ１５との間で適当なインターバルが設けられ、走査を停止した状態で光の照射が行われる。また、パターンの終点近傍についても同様に、ステージ３２の移動の停止（ステップＳ１６）と、光の照射の停止（ステップＳ１７）との間で適当なインターバルを設けることにより、終点近傍のエッジの精度を向上することができる。

感光材料に対する１回目の主走査が終了すると、基板９に対して同方向に伸びるストライプ状のパターンの描画が繰り返されるか否か（すなわち、次の走査の有無）が確認され、次の主走査が有る場合にはステップＳ１３へと戻ってステージ３２が次の描画開始位置へと移動し（すなわち、副走査され）、光の照射およびステージ３２の移動（ステップＳ１３〜Ｓ１７）が繰り返される（ステップＳ１８）。光照射領域９０の主走査時のステージ３２の移動は（＋Ｘ）方向と（−Ｘ）方向とに交互に行われ、２回目以降のステップＳ１３では、ヘッド部移動機構５０１がヘッド部５を所定の距離だけ（＋Ｙ）方向へと移動するのみでヘッド部５が描画開始位置へと移動する。

最大数のマスクセット開口５２０による描画が繰り返され、最後の描画に移行する際には、光照射領域数決定部７１３ｂにより光照射領域９０の数を変更する必要があるか否かが確認される（ステップＳ１８１）。すなわち、描画すべき全ストライプ数である設定ストライプ数７１８ｃをマスクセット開口５２０の最大の個数で除算し、商の数だけ主走査方向へのパターン描画が繰り返された後、剰余が存在する場合は、光照射領域９０の数を変更した最後の描画が必要であると判断され、剰余がない場合は既に全ての主走査が完了したものと判断される。そして、図５に示すようにマスクスライド機構５７が第１マスク５３を開口のピッチ以上の距離だけ移動することにより、マスクセット開口５２０の数が減らされる（ステップＳ１８２）。なお、マスクセット開口５２０の数は偶数個だけ減少するが、最後の描画における光照射領域９０の数が偶数であるか奇数であるかに合わせて、マスクセット開口５２０の最大個数が偶数または奇数となるマスクセットの選択が予め行われている（図９：ステップＳ１２０１）。

第１マスク５３を大きくスライドさせる動作が完了すると、ステップＳ１２に戻って光照射領域９０の幅およびピッチの再調整が行われる。その後、ステップＳ１３〜Ｓ１７の動作が行われ、必要数のストライプ状のパターンが描画される。基板９上の感光材料全体にストライプ状のパターンが描画されるとパターン描画装置１による描画動作が終了する。なお、感光材料がカラーレジストである場合は、図８中のステップＳ１９は実行されない。

パターンが描画された基板９はパターン描画装置１から搬出され、別途現像されて基板９上に残存した感光材料はカラーフィルタのサブ画素とされる。この場合、感光材料は現像時に露光部分（すなわち、光が照射された部分）が残るネガ型のカラーレジストが一般的に用いられる。その後、カラーレジストの塗布、パターン描画装置１による描画、および、現像が繰り返され、基板９上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のサブ画素が形成される。さらに、透明電極の形成等の工程を経て基板９が液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとなる。

図８中のステップＳ１９は、格子状のパターンを基板９上に描画する際に実行される。具体例としては、パターン描画装置１がカラーフィルタのブラックマトリックスの描画に使用される際に実行される。

格子状のパターンが描画される場合、ステップＳ１１〜Ｓ１８により１方向のストライプ状のパターンの描画が完了すると、描画済みのパターンと直交する方向のパターンの描画の有無が確認され（ステップＳ１９）、制御部７によりステージ回転機構３３が駆動されて、ステージユニット３に保持された基板９の主面に垂直な軸を中心にステージ３２が９０°回転する（ステップＳ１９１）。これにより、基板９上の感光材料に対して光照射領域９０の主走査方向が相対的に９０°変更される。

走査方向変更後は、ステージユニット３を撮像位置へと移動して光照射領域９０の幅およびピッチを調整し（ステップＳ１２）、以下、ステージ３２を描画開始位置へと移動してストライプ状のパターンを描画する動作が必要な回数だけ繰り返される（ステップＳ１３〜Ｓ１８）。また、最後の描画時には必要に応じて光照射領域９０の数が変更される（ステップＳ１８１，Ｓ１８２）。以上のように、パターン描画装置１では、ステージ３２を回転することにより、基板９上の感光材料に格子状のパターンを描画することも可能とされている。

以上、パターン描画装置１について説明してきたが、パターン描画装置１では、従来のラスタ方式に比べて面積が大きい複数の光照射領域９０に光を照射するため、描画を高速に行うことができる。また、第１マスク５３と第２マスク５４とにより形成されるマスクセット開口５２０の幅を変更し、光学ユニット５８により光照射領域９０を拡大または縮小することにより、描画されるパターンの幅およびピッチを容易に変更することができる。これにより、高分解能にてストライプ状（または、格子状）のパターンを高速に（すなわち、短時間で）描画することができる。

例えば、幅が２０ないし３０μｍ、ピッチが３００ないし１５００μｍのストライプ状のパターンを、１μｍの分解能にて１辺が１ｍの正方形の基板上に描画する場合、ラスタ方式にて１つの光ビームを走査するのみでは光ビームの変調速度の制限により描画に長時間を要することとなり、多数のヘッドを配列しようとしても十分なスペースを確保することができない。本実施の形態に係るパターン描画装置１では、例えば、複数の光照射領域９０を１００ｍｍ幅の範囲内に配列することにより、上記条件のパターンを数十秒で描画することが可能となる。

また、パターン描画装置１では光照射領域９０を撮像して得られたデータと、予め入力された設定幅７１８ａおよび設定ピッチ７１８ｂとに基づいて、光照射領域９０の幅およびピッチ（すなわち、描画されるパターンの幅およびピッチ）を自動的に調整することができる。さらに、マスクチェンジャ６によりマスクを交換することにより、描画できるパターンの幅およびピッチの範囲を拡大して描画の自由度を向上することも実現される。

また、パターン描画装置１では、ヘッド部５が副走査されることにより大型の基板９に対して容易に描画を行うことができる。さらに、第１マスク５３を第２マスク５４に対して相対的に開口のピッチ以上の距離だけ移動することにより、他の遮光部材を利用することなくマスクセットのみでマスクセット開口５２０の数を減少させることができる。その結果、簡素化された構造で高分解能にてパターンを高速で描画することができる。

次に、第２の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。第２の実施の形態に係るパターン描画装置は、図１に示すパターン描画装置１において水銀灯５１３およびシャッタ５１２に代えてパルスレーザが使用され、ステージ回転機構３３が省略されたものとなっている。その他の基本構成は図１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。第２の実施の形態では、ステージユニット３にレーザ測長等の高精度のステージ位置測定機構が設けられ、制御部７がステージ位置測定機構からの信号を受けてパルスレーザを制御することにより、ステージ３２の移動と光照射のＯＮ／ＯＦＦとが同期される。

パルスレーザとしては、エキシマレーザであって波長が３０８ｎｍまたは３５１ｎｍのレジストの分光感度が高いものが使用される。これにより、レーザの可干渉性により発生するムラや粒状パターン（いわゆる、スペックルパターン）を軽減することができる。

パルスレーザを光源として利用することにより、パターン描画装置では短時間（２０〜３０ナノ秒）だけ光を感光材料に照射することが可能となる。基板９上のパターンを描画すべき位置を光照射領域が通過する際には、制御部７から信号がパルスレーザの駆動回路に送信され、これにより、図１１に例示するように光照射領域の形状に合わせた複数の矩形のパターン９１の描画が実現される。なお、ストライプ状のパターンを描画する際には、ステージ３２を移動しつつパルスレーザからのパルス光の出射が連続的に繰り返し行われる。

このとき、第１の実施の形態と同様に第１マスク５３を第２マスク５４に対して相対的に開口のピッチ以上の距離だけ移動することにより、最後の描画の際の光照射領域９０の数が変更される。これにより、簡素化された構造で高分解能にてパターンを高速で描画することができる。

パルスレーザが用いられる場合は、第１マスク５３および第２マスク５４に代えて主走査方向に垂直な方向に長いスリット状のマスクを準備し、ステージ３２の移動に同期してパルスレーザを瞬間的にＯＮとすることにより、基板９上の感光材料に主走査方向に垂直な方向に伸びるストライプ状のパターンを描画することも可能となる。その結果、主走査方向（Ｘ方向）に伸びるストライプ状の複数のパターンの描画、矩形パターン描画、および、主走査方向に垂直な方向（Ｙ方向）に伸びるストライプ状の複数のパターンの描画をステージ３２のＸ方向への移動（およびヘッド部５のＹ方向の移動）を繰り返しつつ行うことにより、感光材料上に多様なパターンを描画することが可能となる。例えば、図１２に示す複雑な形状のブラックマトリクス９２の描画も可能となる。

また、パルスレーザを用いる場合は、マスクセット開口の形状を長方形以外の形状とすることにより、さらに多彩なパターンを描画することができる。例えば、１つのマスクセット開口の形状を副走査方向に頂部を向ける略Ｖ字状（ただし、Ｖ字の２辺が開く角度は原則として鈍角であるものとする。）とし、横向きの略Ｖ字状の形状を縦方向（主走査方向）に繰り返し描画することにより、主走査方向に伸びるジグザグのパターンを描画することもできる。そして、この場合も、２つのマスクの重なりを開口のピッチ以上の距離だけ変更することにより、マスクセット開口の数を変更することができる。

以上のように、第２の実施の形態に係るパターン描画装置では、光の照射を高速にＯＮ／ＯＦＦする光源が設けられ、光源がステージ３２の移動に同期して制御されるため、様々な規則的なパターンを高速に描画することができる。また、第１の実施の形態と同様に、２つのマスクを利用して複数の光照射領域の幅およびピッチを容易かつ高精度に変更することができ、光照射領域の数も容易に変更することができるため、描画すべきパターンの幅やピッチ、さらに、パターンの数（ストライプ数）が変更された場合であっても容易に対応することができる。

第１および第２の実施の形態では、カラーフィルタの製造の際に行われるパターン描画を例示したが、本発明に係るパターン描画装置は、ストライプ状または規則的な様々なパターンを高速に描画することができるため、このようなパターンの描画が求められる各種フラットパネル表示装置の製造の他の様々な工程にも適している。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第１の実施の形態に係るマスク部５２では、マスクセット開口５２０がＹ方向に一列だけ設けられたが、ピッチや開口のＹ方向の長さが互いに異なる複数列のマスクセット開口５２０が設けられてもよい。この場合、例えば、それぞれがＹ方向に伸びる複数列のマスクセット開口５２０はＸ方向に並べられ、マスクセットが光源部に対してＸ方向に移動されることにより、使用されるマスクセット開口５２０の列が切り替えられる。これにより、第１マスク５３および／または第２マスク５４を他のマスクと交換する回数を低減することができ、多種類のパターンの描画に迅速に対応することができる。

また、第１マスク５３の移動によるマスクセット開口５２０の数の変更範囲は、１個から最大数とされる必要ななく、２以上の所定の最小数から最大数の間とされてもよい。この場合、最後の描画時の光照射領域９０の数が最小数を下回らないように、第１マスク５３および第２マスク５４の開口の数がマスクの設計時に調整されたり、あるいは、最後の描画のみならず、複数回の描画において最大数でない個数のマスクセット開口５２０を用いることにより、適切に描画を行うことができる。

第１マスクおよび第２マスクの第１開口と第２開口との幅および長さは図４に例示したものには限定されず、第２開口の方が大きくてもよく、第１開口と第２開口とで等しくてもよい。また、各マスクの開口形状は矩形に限定されるわけではなく、第１の実施の形態の場合は光照射領域の主走査方向に沿うエッジが互いに平行な開口であればストライプ状のパターンを適切に描画することができ、第２の実施の形態の場合はさらに様々な形状の開口が利用可能である。

図１３は、パターン描画装置１に用いられるマスクの他の好ましい例を示す図である。第１マスク５３ａおよび第２マスク５４ａは櫛状であり、図１３中に示すＹ方向（副走査方向）に配列形成された櫛歯の間隙に相当する光通過領域を重ね合わせることにより、平行斜線を付して示すマスクセット開口５２０が形成されてもよい。この場合、第１マスク５３ａ、第２マスク５４ａの両端部に切り欠きを有しない遮光部５３２，５４２が設けられ、第１マスク５３ａが第２マスク５４ａに対して相対的に開口のピッチ（すなわち、切り欠きのピッチであり、櫛歯のピッチに等しい。）以上の距離だけ移動することにより、遮光部５３２，５４２が第１マスク５３ａ、第２マスク５４ａの切り欠きを塞いでマスクセット開口５２０の数が変更される。

また、図１４に示すように、第１マスク５３ｂ（太線にて図示）および第２マスク５４ｂは、光通過領域となる間隙を設けてＹ方向に配列された複数の矩形の板を配列したものであってもよい。なお、第１マスク５３ｂの間隙と第２マスク５４ｂの間隙とが重なり合うマスクセット開口５２０（図１４中に平行斜線を付す。）がＸ方向に長すぎる場合には、光出射部５１から出射される光は光束断面がＹ方向に長い線状光とされる。図１４の場合も、第１マスク５３ｂ、第２マスク５４ｂの両端部にＹ方向に長い板状の遮光部５３２，５４２が設けられ、第１マスク５３ａが第２マスク５４に対して大きく移動することにより、遮光部５３２，５４２が第１マスク５３ｂ、第２マスク５４ｂの隙間を塞いでマスクセット開口５２０の数が変更される。

第２マスクに対する第１マスクの移動は相対的であればよく、第１マスクに代えて第２マスクが移動してもよく、両マスクが移動してもよい。また、第１マスクと第２マスクとの相対移動は、カメラ４が取得した画像をモニタに映し出して作業者により手動で行われてもよい。

カメラ４は必ずしも支持プレート３４上に設けられる必要はなく、ステージユニット３の外部に固定されてヘッド部５がカメラ４の上方まで移動してもよい。また、光照射領域の撮像は、ＣＣＤ等の撮像デバイスに直接光を照射するのではなく、所定の照射範囲を間接的に撮像することにより行われてもよい。さらに、光照射領域の幅やピッチの検出は、副走査方向に配列された１次元の受光素子配列により行われてもよい。

入力部８に入力される設定幅および設定ピッチは、光照射領域の幅およびピッチを実質的に表現するものであればよく、例えば、幅またはピッチと、ピッチに対する幅の比とが入力されてもよい。あるいは、基板９の型式が入力されることにより制御部７にて幅およびピッチが特定されてもよい。

第１の実施の形態では、ステージ３２を９０°回転することにより格子状のパターンの描画が可能とされるが、ヘッド部５を２組設けて互いに直交する方向にストライプ状のパターンの描画が行われてもよい。この場合、ステージ回転機構３３は不要となる。

上記実施の形態ではネガ型の感光材料に言及したが、現像時に露光部分が除去されるポジ型の感光材料が用いられてもよい。さらに、感光材料は現像工程を伴わない他の種類のものであってもよい。

また、既述のように、本発明に係るパターン描画装置はフラットパネル表示装置（液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機ＥＬ表示装置等）に係る様々なパネルの製造に特に適しているが、半導体基板やプリント配線基板、あるいは、フォトマスク用のガラス基板等への規則的な微細パターンの描画にも適している。

第１の実施の形態に係るパターン描画装置の構成を示す図である。 第１マスクを示す図である。 第２マスクを示す図である。 マスク部の構成を示す図である。 開口の数が変更されたマスク部を示す図である。 光照射領域の一部を示す図である。 制御部の構成および制御情報の流れを示す概念図である。 パターンの描画動作の流れを示す図である。 光照射領域の幅およびピッチを調整する動作の流れを示す図である。 光照射領域の幅およびピッチを調整する動作の流れを示す図である。 描画されるパターンの例を示す図である。 描画されるパターンの例を示す図である。 マスクの他の例を示す図である。 マスクのさらに他の例を示す図である。

符号の説明

１ パターン描画装置
２ ステージ移動機構
４ カメラ
９ 基板
３２ ステージ
５１ 光出射部
５３，５３ａ，５３ｂ 第１マスク
５４，５４ａ，５４ｂ 第２マスク
５７ マスクスライド機構
５８ 光学ユニット
９０ 光照射領域
９１ パターン
５０１ ヘッド部移動機構
５３１ 第１開口
５４１ 第２開口
５８１ 光学ユニット駆動部
７１２ ピッチ検出部
７１４ ピッチ制御部

Claims (4)

1. 基板上の感光材料にパターンを描画するパターン描画装置であって、
   光源と、
   前記光源からの光が導かれる基板を保持する保持部と、
   前記光源からの光の光路上に配置され、前記光が通過する同一形状の複数の第１光通過領域が所定のピッチで第１の方向に配列して形成された第１のマスクと、
   前記第１のマスクに対して光学的に重ね合わされ、前記複数の第１光通過領域にそれぞれが対応する同一形状の複数の第２光通過領域が前記所定のピッチで前記第１の方向に配列して形成された第２のマスクと、
   前記第１の方向へと前記第１のマスクを前記第２のマスクに対して相対的に前記所定のピッチ以上の距離だけ移動し、前記複数の第１光通過領域の一部を前記第２のマスクで塞ぎ、前記複数の第２光通過領域の一部を前記第１のマスクで塞ぐマスク移動機構と、
   前記複数の第１光通過領域の少なくとも一部および前記複数の第２光通過領域の少なくとも一部を順に通過した光が照射される感光材料上の複数の光照射領域を、前記第１の方向にに直交する第２の方向へと前記感光材料に対して相対的に移動する主走査機構と、
   を備えることを特徴とするパターン描画装置。
2. 請求項１に記載のパターン描画装置であって、
   前記第１のマスクおよび前記第２のマスクを感光材料に対して前記第１の方向へと相対的に移動する副走査機構をさらに備えることを特徴とするパターン描画装置。
3. 請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、
   前記第２のマスクと前記保持部との間に配置され、前記複数の光照射領域を拡大または縮小する倍率変更機構をさらに備えることを特徴とするパターン描画装置。
4. 請求項３に記載のパターン描画装置であって、
   前記複数の光照射領域の間隔を検出する検出部と、
   前記倍率変更機構を駆動する駆動部と、
   前記検出部による検出結果に基づいて前記駆動部を制御する倍率制御部と、
   をさらに備えることを特徴とするパターン描画装置。

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