JP5344730B2

JP5344730B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP5344730B2
Application number: JP2006141011A
Authority: JP
Inventors: 康一梶山; 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007310251A

Description

本発明は、空間光変調手段により入射光を光変調して所定のパターンを生成し、該パターンを被露光体上に露光する露光装置に関し、詳しくは、応答速度が速く紫外線耐性を有する空間光変調手段を使用して露光速度を速くし、露光工程の工数を削減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、空間光変調手段としてコンピュータによって制御される液晶パネルを使用し、この液晶パネルに光源の光を照射し、その透過光により上記液晶パネルに生成される二次元パターンの像を被露光体上に結像するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

また、他の露光装置は、空間光変調手段として反射面の傾きを独立して制御可能な複数のミラーを二次元的に配置したデジタル・マイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という）を使用し、このＤＭＤに光源の光を照射し、その反射光により上記ＤＭＤに生成される二次元パターンの像を被露光体上に結像するようになっていた（例えば、特許文献２参照）。
特開平０６−３１７８５４号公報特開平１１−３２０９６３号公報

しかし、このような従来の露光装置において、上記特許文献１に記載の空間光変調手段は、応答速度がミリ秒単位であり、特許文献２に記載のＤＭＤではマイクロ秒単位であり、共に応答速度が遅いという問題があった。また、上記特許文献１及び２記載の空間光変調手段は、紫外線耐性に劣るため、紫外線エネルギー密度を向上することができないという問題があった。

このように、従来の露光装置においては、応答速度が遅く、且つ紫外線エネルギー密度を向上することができないことから、露光速度を向上することができず、露光工程の工数を削減することができなかった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、応答速度が速く紫外線耐性を有する空間光変調手段を使用して露光速度を速くし、露光工程の工数を削減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、本発明による光変調素子は、被露光体を上面に載置して一定方向に搬送するステージと、前記ステージの上方に配設され、光を放射する光源と、前記ステージと前記光源との間に配設され、電気光学結晶材料からなる細長部材の長軸方向に平行な側面に対向して一対の電極を設けた複数個の光変調素子を、その両端部を前記光源からの光の入射端面及び射出端面として前記被露光体の搬送方向と直交方向に所定ピッチで一直線状に配置すると共に、該一直線状に配置した複数個の光変調素子を前記搬送方向に所定間隔で複数列配置し、且つ前記搬送方向に隣り合う各列の各光変調素子をそれぞれ搬送方向と直交方向に所定量だけずらして配置し、前記各光変調素子の透過光を光変調して所定のパターンを生成して前記被露光体上に露光する空間光変調手段と、前記被露光体の搬送方向にて前記空間光変調手段による露光位置の手前側の位置を撮像可能に、前記ステージの上面に平行な面内にて前記搬送方向と直交する方向に複数の受光素子を一直線に並べて配設され、前記被露光体に予め形成されたピクセルを撮像する撮像手段と、前記空間光変調手段の各光変調素子を個別に駆動制御して前記所定のパターンを生成させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記撮像手段で撮像された画像の輝度データに基づいて前記被露光体に予め形成されたピクセル上に前記搬送方向と直交するライン状の露光領域を検出し、該ライン状の露光領域に前記空間光変調手段の光変調素子の射出端面と同サイズの複数の割付部を割り付け、前記被露光体が搬送されて前記ライン状の露光領域に割り付けられた前記各割付部が、夫々対応する前記光変調素子の真下に到達するタイミングで前記対応する光変調素子を選択して駆動するものである。

このような構成により、ステージで被露光体を上面に載置して一定方向に搬送し、光源で電気光学結晶材料からなる細長部材の長軸方向に平行な側面に対向して一対の電極を設けた複数個の光変調素子を、その両端部を光の入射端面及び射出端面として被露光体の搬送方向と直交方向に所定ピッチで一直線状に配置すると共に、該一直線状に配置した複数個の光変調素子を上記搬送方向に所定間隔で複数列配置し、且つ上記搬送方向に隣り合う各列の各光変調素子をそれぞれ搬送方向と直交方向に所定量だけずらして配置した空間光変調手段に対して光を放射し、制御手段で上記空間光変調手段の各光変調素子を個別に駆動制御し、空間光変調手段で上記各光変調素子の透過光を光変調して所定のパターンを生成して被露光体上に露光する。この場合、上記制御手段は、ステージの上面に平行な面内にて上記搬送方向と直交する方向に複数の受光素子を一直線に並べて配設され、被露光体に予め形成されたピクセルを撮像する撮像手段で撮像された画像の輝度データに基づいて上記被露光体に予め形成されたピクセル上に搬送方向と直交するライン状の露光領域を検出し、該ライン状の露光領域に空間光変調手段の光変調素子の射出端面と同サイズの複数の割付部を割り付け、被露光体が搬送されて上記ライン状の露光領域に割り付けられた各割付部が、夫々対応する光変調素子の真下に到達するタイミングで前記対応する光変調素子を選択して駆動する。

本発明によれば、空間光変調手段が電気光学結晶材料からなる複数個の光変調素子を二次元的に配設したものであるので、応答速度が速く紫外線に耐性を有する。したがって、このような空間光変調手段を使用することにより、紫外線のエネルギー密度を上げて露光速度を速くすることができ、露光工程の工数を削減することができる。

また、ステージ上に被露光体を載置して一定方向に搬送しながら露光することができる。この場合、空間光変調手段が応答速度の速い電気光学結晶材料からなる光変調素子で構成されているので、搬送速度を上げることができ、露光速度をより速くすることができる。したがって、露光工程の工数をより削減することができる。また、空間光変調手段は、被露光体の全露光領域をカバーするのに十分な大きさに形成されたものである必要はなく、所定のライン状の露光領域を露光可能な大きさに形成されていればよい。したがって、空間光変調手段の形状を小さくすることができ、部品コストを安価にすることができる。

さらに、空間光変調手段による露光位置の搬送方向手前側の位置を撮像手段によって撮像するようにしているので、被露光体に形成されたピクセルを事前に撮像し、該撮像時刻から所定時間経過後に撮像された画像データに基づいて制御手段により空間光変調手段の所定の光変調素子をオン制御して露光することができる。したがって、移動中の被露光体に対しても所定位置に所定の二次元パターンを露光することができる。

さらにまた、光変調手段の複数個の光変調素子にて被露光体の搬送方向に隣り合う各光変調素子を、それぞれ搬送方向と直交方向に所定量だけずらして配置しているので、斜め線や円弧を滑らかに形成することができる。したがって、露光パターンを設計パターンに略忠実に形成することができる。

そして、撮像手段で撮像された画像の輝度データに基づいて被露光体に予め形成されたピクセル上に搬送方向と直交するライン状の露光領域を検出し、該ライン状の露光領域に空間光変調手段の光変調素子の射出端面と同サイズの複数の割付部を割り付け、被露光体が搬送されて上記ライン状の露光領域に割り付けられた各割付部が、夫々対応する光変調素子の真下に到達するタイミングで前記対応する光変調素子を選択して駆動することができる。したがって、ピクセル上に略正確に露光パターンを形成することができる。

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装置の実施形態を示す概念図である。この露光装置は、空間光変調手段により入射光を光変調して所定のパターンを生成し、該パターンを被露光体上に露光するもので、ステージ１と、光源２と、空間光変調手段３と、撮像手段４と、制御手段５とからなる。

上記ステージ１は、被露光体６を上面に載置して保持するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有する複数の単位ステージ２０と、図示省略の搬送手段とからなり、気体の噴出と吸引とのバランスにより被露光体６を複数の単位ステージ２０上に所定量だけ浮かせた状態で、搬送手段で被露光体６の両縁部を支持して一定方向（図１において矢印Ａ方向）に搬送可能となっている。

上記ステージ１の上方には、光源２が配設されている。この光源２は、後述の空間光変調手段３に対して光を放射するものであり、紫外線を放射するレーザ発振器やＵＶ光源等である。なお、以下、光源２がレーザ発振器の場合について説明する。

上記ステージ１と光源２との間には、ステージ１の上面に光射出側の面を対向させて空間光変調手段３が配設されている。この空間光変調手段３は、所定のパターンを生成して被露光体６上に露光するものであり、図３に示すように、例えばLiNbO₃等の電気光学結晶材料７からなる横断面四角形の細長部材の長軸方向に平行な側面７ａ，７ｂに対向して一対の電極としてスイッチング電極８ａとアース電極８ｂを設けた複数個の光変調素子９を、その両端部を光の入射端面９ａ及び射出端面９ｂとして図２に示すように略同一平面上に二次元的に並べ、上記各光変調素子９の透過光により所定のパターンを生成するようになっている。なお、図３において、符号２１はバッファー層である。

さらに、この空間光変調手段３は、複数個の上記光変調素子９を図４に矢印Ａで示す被露光体６の搬送方向と直交方向に所定ピッチｐで一直線状に配置し、該一直線状に配置した複数個の光変調素子９を上記搬送方向に所定間隔で複数列配置し、上記搬送方向に隣り合う各光変調素子９をそれぞれ搬送方向と直交方向に所定量ｄだけずらして配置している。

具体的には、空間光変調手段３は、各光変調素子９の入射端面９ａ及び射出端面９ｂが、例えば5μm×5μmで形成され、搬送方向と直交する方向の配列ピッチｐが、例えば10μmとされ、搬送方向に隣り合う光変調素子９の搬送方向と直交する方向へのずらし量ｄが、例えば1μmとされている。そして、図５に示すように、光の入射側と射出側に偏光板１０Ａ，１０Ｂをその偏光軸が互いに直交したクロスニコルに配設し、光変調素子９のスイッチング電極８ａに印加される電圧をオン・オフ制御することにより射出光をオン・オフできるようになっている。なお、図５において、符号１１は、入射光を各光変調素子９の入射端面９ａに集光するための集光レンズである。

このように構成された空間光変調手段３は、次のように動作する。即ち、図５に示すように、光源２から放射された紫外線は、偏光板１０Ａで直線偏光とされた後、集光レンズ１１によって集光されて光変調素子９の入射端面９ａに入射する。この場合、同図（ａ）に示すように、光変調素子９のスイッチング電極８ａに対して電圧が印加されていないときには、光変調素子９はオフとなり、該光変調素子９内を通過する直線偏光の偏波面は、回転されない。したがって、光変調素子９の射出端面９ｂから射出する直線偏光の偏波面は、偏光板１０Ｂの偏光軸に対して直交するため、この場合、上記直線偏光は、該偏光板１０Ｂで遮断される。

また、図５（ｂ）に示すように、光変調素子９のスイッチング電極８ａに所定の電圧を印加すると、光変調素子９がオンされ、該光変調素子９内を通過する直線偏光の偏波面が90°回転される。したがって、光変調素子９の射出端面９ｂから射出する上記直線偏光の偏波面は、偏光板１０Ｂの偏光軸と一致することになり、上記直線偏光は該偏光板１０Ｂを透過する。このように、各光変調素子９をオン・オフ制御することにより、空間光変調手段３を射出する紫外線をオン・オフすることができる。

被露光体６の搬送方向（矢印Ａ方向）にて、上記空間光変調手段３による露光位置の手前側の位置を撮像可能に、撮像手段４が設けられている。この撮像手段４は、例えば、図示省略の照明手段により被露光体６の下方から照射された照明光の透過光により、上記被露光体６に予め形成された露光対象としての基準パターン、例えばカラーフィルタのピクセル２０を撮像するものであり、ステージ１の上面に平行な面内にて図１に矢印Ａで示す搬送方向と直交する方向に多数の受光素子を一直線状に並べたラインセンサーである。

上記ステージ１と、光源２と、空間光変調手段３と、撮像手段４とには、制御手段５が接続されている。この制御手段５は、空間光変調手段３の各光変調素子９を個別に駆動制御して所定のパターンを生成させるものであり、撮像手段４で撮像された画像の輝度データに基づいて被露光体６に予め形成されたピクセル２０上の露光領域を検出し、該露光領域に対応する空間光変調手段３の光変調素子９を選択して駆動するようになっており、ステージ駆動部１２と、光源駆動部１３と、画像処理部１４と、演算部１５と、メモリ１６と、空間光変調手段駆動部１７と、中央制御部１８とを備えている。

上記ステージ駆動部１２は、ステージ１の気体の噴出及び吸引バランスを調整したり、被露光体６を搬送する速度を制御するものであり、ステージ１側に設けた図示省略の速度センサーからのフィードバック信号を入力して被露光体６の搬送速度を制御するようになっている。

また、上記光源駆動部１３は、光源２であるレーザ発振器を駆動するものであり、レーザの発振パワーを調整することができるようになっている。
さらに、上記画像処理部１４は、撮像手段４で撮像された画像の輝度データに基づいて被露光体６に予め形成された基準パターン上の露光領域を検出するものである。

また、上記演算部１５は、上記画像処理部１４の出力に基づいて上記撮像手段４で撮像された図６に示すような被露光体６の搬送方向と直交するライン状の露光領域Ｒ_１，Ｒ_２に空間光変調手段３の光変調素子９の射出端面９ｂと同サイズの割付部１９_１〜１９_１０を割り付けて、この割り付けられ各割付部１９_１〜１９_１０の位置を算出すると共に、被露光体６の搬送速度及び上記撮像手段４の撮像位置データ並びに上記各割付部１９_１〜１９_１０に対応する各光変調素子９_１〜９_１０の位置データに基づいて該各光変調素子９_１〜９_１０の駆動タイミングを演算するものである。
さらに、上記メモリ１６は、演算部１５で演算されたデータを一時的に記憶したり、空間光変調手段３等の設計データを保存するものであり、例えばＲＡＭである。

また、上記空間光変調手段駆動部１７は、空間光変調手段３の光変調素子９を選択して駆動するものであり、上記メモリ１６から読み出した上記各割付部１９_１〜１９_１０に対応する光変調素子９_１〜９_１０を選択し、該光変調素子９_１〜９_１０をメモリ１６から読み出した駆動タイミングで所定時間だけ駆動するようになっている。

そして、上記中央制御部１８は、上記演算部１５で算出された各割付部１９_１〜１９_１０の位置データとメモリ１６から読み出した空間光変調手段３の設計データとを比較して各割付部１９_１〜１９_１０に対応する光変調素子９_１〜９_１０の番地を検出してメモリ１６に記憶させると共に、上記各構成要素が適切に駆動するように制御するものである。

次に、このように構成された露光装置の露光動作について図６を参照して説明する。ここでは、被露光体６が例えばカラーフィルタ基板である場合について説明する。
先ず、被露光体６を矢印Ａ方向に搬送しながら撮像手段４でカラーフィルタのピクセル２０が撮像される。この場合、例えば、図６に示す時刻ｔ_１に撮像手段４でピクセル２０が撮像されたとき、その画像は、制御手段５の画像処理部１４で画像処理され、輝度データに基づいて被露光体６の搬送方向と直交するライン状の露光領域Ｒ_１，Ｒ_２が検出される。そして、演算部１５において、該ライン状の露光領域Ｒ_１，Ｒ_２に光変調素子９の射出端面９ｂと同サイズの割付部１９_１〜１９_１０が割り付けられ、各割付部１９_１〜１９_１０の被露光体６の搬送方向と直交する方向の位置が算出される。

上記ライン状の露光領域Ｒ_１，Ｒ_２に対して割り付けられた各割付部１９_１〜１９_１０の位置が算出されると、中央制御部１８において上記各割付部１９_１〜１９_１０の位置データとメモリ１６から読み出した空間光変調手段３の設計データとが比較され、各割付部１９_１〜１９_１０に対応する光変調素子９_１〜９_１０の番地が検出される。そして、この光変調素子９_１〜９_１０の番地は、メモリ１６に記憶される。

また、演算部１５においては、被露光体６の搬送速度Ｖ及び撮像手段４と空間光変調手段３の例えば搬送方向手前側の光変調素子９との間の距離Ｄ並びに各光変調素子９の搬送方向の配列ピッチＰとに基づいて上記各割付部１９_１〜１９_１０がそれぞれ対応する光変調素子９_１〜９_１０の真下に到達し、該対応する光変調素子９ _１〜９ _１０が駆動される駆動時刻ｔ_２〜ｔ_５が演算される。そして、その結果は、メモリ１６に記憶される。

さらに、空間光変調手段駆動部１７においては、メモリ１６から読み出した各割付部１９_１〜１９_１０に対応する光変調素子９_１〜９_１０の番地と各光変調素子９_１〜９_１０の駆動時刻ｔ_２〜ｔ_５とに基づいて、各光変調素子９_１〜９_１０を上記駆動タイミングで駆動する。例えば、図６においては、時刻ｔ_２に光変調素子９_２，９_４が駆動され、時刻ｔ_３において光変調素子９_６，９_８，９_１０が駆動され、時刻ｔ_４において光変調素子９_１，９_３，９_５が駆動され、時刻ｔ_５において光変調素子９_７，９_９が駆動される。このようにして、ライン状の露光領域Ｒ_１，Ｒ_２には、光変調素子９_１〜９_１０によって露光が行なわれる。そして、これをカラーフィルタのピクセル２０全体に対して実行すれば、ピクセル２０上に同図に斜線を付して示すような露光パターン２１が形成されることになる。

図７は空間光変調手段３の他の構成例を示す平面図であり、露光動作の一例を示す説明図である。この空間光変調手段３は、複数個の光変調素子９を被露光体６の矢印Ａで示す搬送方向と直交方向に所定ピッチで一直線状に配置し、該一直線状に配置した複数個の光変調素子９を被露光体６の搬送方向に所定間隔で複数列配置し、被露光体６の搬送方向に隣り合う各光変調素子９を、それぞれ搬送方向と直交方向に上記所定ピッチの半ピッチだけずらして配置した構成としたものである。

これにより、例えば被露光体６上の点ａに対応する光変調素子９_１１，９_１２，９_１３，９_１４，９_１５を、該点ａの通過に同期して順次駆動すれば、点ａに対して５つの光変調素子９_１１〜９_１５により５回の重ね露光を実行することができる。したがって、この場合は、１回当りの露光エネルギーは小さくてもよいので、被露光体６の搬送速度をより速くすることができる。

なお、上記実施形態においては、被露光体６がカラーフィルタ基板の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、被露光体６はＴＦＴの液晶表示基板であり、露光対象の基準パターンが配線であってもよい。又は、プリント配線基板等如何なるものであってもよい。

また、以上の説明においては、被露光体６を搬送しながら露光を実行する場合について説明したが、これに限られず、ステージ１に載置されて静止した被露光体６に対して露光を行ってもよい。この場合、空間光変調手段３で二次元パターンを生成してそれを被露光体６上に転写するとよい。

本発明による露光装置の実施形態を示す概念図である。上記露光装置に使用される空間光変調手段の構成を示す平面図である。上記空間光変調手段を構成する光変調素子について示す説明図である。図２において、領域Ｑの拡大平面図である。上記光変調素子の動作を示す説明図であり、（ａ）はオフ状態を示し、（ｂ）はオン状態を示している。本発明の露光装置の露光動作について示す説明図である。上記空間光変調手段の他の構成例を示す平面図であり、露光動作の一例を示す説明図である。

符号の説明

１…ステージ
２…光源
３…空間光変調手段
４…撮像手段
５…制御手段
６…被露光体
７…電気光学結晶材料
７ａ，７ｂ…電気光学結晶材料の対向する側面
８ａ…スイッチング電極
８ｂ…アース電極
９，９_１〜９_１５…光変調素子
９ａ…光変調素子の入射端面
９ｂ…光変調素子の射出端面
１９_１〜１９_１０…割付部
２０…ピクセル（基準パターン）
２１…露光パターン
Ｒ_１，Ｒ_２…ライン状の露光領域

Claims

被露光体を上面に載置して一定方向に搬送するステージと、
前記ステージの上方に配設され、光を放射する光源と、
前記ステージと前記光源との間に配設され、電気光学結晶材料からなる細長部材の長軸方向に平行な側面に対向して一対の電極を設けた複数個の光変調素子を、その両端部を前記光源からの光の入射端面及び射出端面として前記被露光体の搬送方向と直交方向に所定ピッチで一直線状に配置すると共に、該一直線状に配置した複数個の光変調素子を前記搬送方向に所定間隔で複数列配置し、且つ前記搬送方向に隣り合う各列の各光変調素子をそれぞれ搬送方向と直交方向に所定量だけずらして配置し、前記各光変調素子の透過光を光変調して所定のパターンを生成して前記被露光体上に露光する空間光変調手段と、
前記被露光体の搬送方向にて前記空間光変調手段による露光位置の手前側の位置を撮像可能に、前記ステージの上面に平行な面内にて前記搬送方向と直交する方向に複数の受光素子を一直線に並べて配設され、前記被露光体に予め形成されたピクセルを撮像する撮像手段と、
前記空間光変調手段の各光変調素子を個別に駆動制御して前記所定のパターンを生成させる制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記撮像手段で撮像された画像の輝度データに基づいて前記被露光体に予め形成されたピクセル上に前記搬送方向と直交するライン状の露光領域を検出し、該ライン状の露光領域に前記空間光変調手段の光変調素子の射出端面と同サイズの複数の割付部を割り付け、前記被露光体が搬送されて前記ライン状の露光領域に割り付けられた前記各割付部が、夫々対応する前記光変調素子の真下に到達するタイミングで前記対応する光変調素子を選択して駆動することを特徴とする露光装置。