JPWO2013140499A1 - 露光ヘッド及び露光装置 - Google Patents

Abstract

本発明による露光ヘッドは、透明基板と、前記透明基板に形成され露光光を放射する複数の露光光源と、前記露光光源からの露光光を前記露光対象物上へ集光する集光レンズと、前記透明基板を挟んで前記集光レンズと反対側に配置され前記露光対象物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像情報に基づいて前記露光光源の点灯を制御する制御手段と、を含んで構成される。また、本発明による露光装置は、本発明による露光ヘッドを含んで構成される。このような構成により、露光対象物の位置合わせ精度が向上し、露光対象物の露光精度を向上させることができる。

Description

本発明は、露光対象物を露光する露光ヘッド及び露光装置に関し、詳しくは、露光対象物の位置合わせ精度を向上させることにより、露光対象物の露光精度を向上させることができる露光ヘッド及び露光装置に関する。

従来より、光を放射する複数の発光画素が少なくとも１列に並んだ発光画素アレイと、前記発光画素に対応して開口が形成され、該発光画素から放射された光の一部が、対応する開口を通過し、かつ各開口内の全領域を、対応する発光画素から放射された光が通過するように配置され、開口以外の領域に入射する光を遮光する遮光マスクと、表面に感光膜が形成された露光対象物を保持するステージと、前記発光画素から放射され、前記遮光マスクの対応する開口を通過した光を、前記ステージに保持された露光対象物上に集光させる集光光学系と、前記ステージに保持された露光対象物及び前記集光光学系の一方を他方に対して移動させる移動機構とを有する露光装置があった（例えば特許文献１参照）。

このような露光装置では、露光対象物を撮像手段であるＣＣＤカメラで撮像することにより、露光対象物の位置が検出された。露光対象物の位置ずれが検出された場合には、露光対象物は移動機構によって位置合わせされた。

特開２００７−７９２１９号公報

しかし、前記従来の露光装置では、露光光源である発光画素アレイと、撮像手段であるＣＣＤカメラとは別々の部品であり、両者は離間して配置されていた。露光対象物のうち、撮像手段により撮像される撮像部分と露光光源により露光される露光部分との間の距離が大きいと、前記撮像部分における位置ずれと前記露光部分における位置ずれとの差が大きくなり、前記撮像部分の位置ずれに基づいて露光対象物を位置合わせしても、前記露光部分については十分に位置合わせができないおそれがあった。前記露光部分の位置合わせが不十分であると、露光対象物の露光精度が低下するおそれがあった。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、露光対象物の位置合わせ精度を向上させ、露光対象物の露光精度を向上させることができる露光ヘッド及び露光装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明による露光ヘッドは、透明基板と、前記透明基板に形成され露光光を放射する複数の露光光源と、前記露光光源からの露光光を前記露光対象物上へ集光する集光レンズと、前記透明基板を挟んで前記集光レンズと反対側に配置され前記露光対象物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像情報に基づいて前記露光光源の点灯を制御する制御手段と、を含んで構成されたものである。

また、本発明による露光装置は、本発明による露光ヘッドを含んで構成されたものである。

本発明による露光ヘッドによれば、露光光源が形成される基板が透明であるため、撮像手段は、この透明基板を通して露光対象物を撮像することができる。したがって、透明基板を挟んで集光レンズと反対側に、撮像手段を配置することができる。すなわち、撮像手段と露光光源とが別々の部品であり、両者が離間して配置されている場合に比べ、撮像手段を露光光源の近くに配置することができる。

本発明による露光装置によれば、撮像手段と露光光源との間の距離が小さいため、撮像手段により撮像された画像情報に基づいて露光対象物を位置合わせしても、露光対象物の位置合わせ精度が低下し難い。したがって、露光対象物の露光精度を向上させることができる。

本発明による露光装置の実施形態を示す側面図である。 前記露光装置に搭載された露光ヘッドの実施形態を示すブロック図である。 前記露光装置の動作を示すフローチャートである。 前記露光装置により露光される露光基板と、その位置ずれに応じて点灯されるＬＥＤと、を説明する説明図である。 本発明による露光装置の他の実施形態を示す側面図である。

１…露光ヘッド
２…搬送ステージ
３，３ａ，３ｂ…被露光基板
１１…透明基板
１２，１２ａ_１〜１２ａ_ｎ，１２ｂ_１〜１２ｂ_ｎ…発光ダイオード（ＬＥＤ）
１３…露光ユニット
１４…ソース線
１５…ゲート線
１６…集光レンズ
１７…レンズ基板
１８…撮像手段
１９…制御手段
２０…冷却層
２１…アライメントマーク
２２…ミラー基板
２３…マイクロミラー
２４…冷却水回路
２５…チラー
Ａ…搬送方向
Ｌ…露光光

以下、本発明による露光ヘッドの実施形態及びこの露光ヘッドを搭載した本発明による露光装置の実施形態を、図１，２に基づいて説明する。
この露光装置は、液晶ディスプレイ等に使用される被露光基板３を、一定の搬送方向（図中の矢印Ａの方向。以下「搬送方向Ａ」という）に搬送しながらフォトマスクを使用せずに露光することができる。露光装置は、露光ヘッド１と、搬送ステージ２と、を含んで構成される。なお、上記の被露光基板３は、本発明における露光対象物である。

露光ヘッド１は、図１に示すように、搬送ステージ２に載置された被露光基板３を露光する露光光Ｌを照射する。露光ヘッド１は、透明基板１１と、発光ダイオード１２と、集光レンズ１６と、冷却層２０と、撮像手段１８と、制御手段１９と、を含んで構成されている。

透明基板１１は、板状のサファイアにより形成されている。透明基板１１は、撮像手段１８が透明基板１１を通して被露光基板３を撮像可能なように、可視光線や紫外線等の光線に対して透明である。

透明基板１１の下面側（図１における下側）には、図２に示すように、複数の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）１２が形成されている。ＬＥＤ１２は、本発明の露光ヘッド１における露光光源であって、被露光基板３を露光する露光光Ｌを放射する。透明基板１１の下面側には、複数のＬＥＤ１２により形成された露光ユニット１３が、搬送方向Ａと垂直な方向に複数配置されている。露光ユニット１３は、搬送方向Ａと所定の角度で交差する直線上に配置された複数のＬＥＤ１２により形成されている。

このようなアレイ状に配置されたＬＥＤ１２は、被露光基板３の露光対象部分の全面を露光可能なように配置されている。すなわち、隣り合った２つのＬＥＤ１２により露光される被露光基板３上の２つの露光領域の間に隙間ができないように、言い換えれば、前記２つの露光領域が接するか又は少なくとも一部が重複するように、ＬＥＤ１２は配置されている。

複数のＬＥＤ１２のそれぞれには、ソース線１４とゲート線１５とが接続されている。それぞれのＬＥＤ１２の点灯・消灯は、このソース線１４及びゲート線１５を介して、制御手段１９が制御信号を入力することにより、アクティブ・マトリクス方式で制御される。ソース線１４は、それぞれの露光ユニット１３に対して１本だけ接続されており、この１本のソース線１４が、露光ユニット１３を形成する複数のＬＥＤ１２に分岐して接続される。また、ゲート線１５は、複数の露光ユニット１３をまたいで接続されており、それぞれの露光ユニット１３を形成するＬＥＤ１２のうちの１つずつを接続するように配線される。

透明基板１１の一方側には、図１に示すように、集光レンズ１６が配置されている。集光レンズ１６は、それぞれのＬＥＤ１２が放射した露光光Ｌの光路上に配置されたマイクロレンズであり、ＬＥＤ１２からの露光光Ｌを被露光基板３の表面に集光する。集光レンズ１６は、透明基板１１の一方側に配置されたレンズ基板１７に複数形成されており、マイクロレンズアレイを形成している。集光レンズ１６が形成されたレンズ基板１７と透明基板１１とは、接着や圧着等の方法により、又はレンズ基板１７と透明基板１１とを同一基板とすることにより、一体に形成されている。

透明基板１１と集光レンズ１６が配置されたレンズ基板１７との間には、冷却層２０が形成されている。冷却層２０は、ＬＥＤ１２の点灯により生じた熱を吸収し、露光ヘッド１が過熱するのを防止するものであり、冷却水を含んで構成されている。冷却層２０内の冷却水は、封止された冷却水回路２４内を、水冷式のチラー２５を経て循環しており、冷却水の温度はチラー２５により調整される。冷却層２０の冷却水には、ＬＥＤ１２からの露光光Ｌを透過する液体が選択される。特に、冷却水として、絶縁性を有する純水や、不凍液を使用するのが好ましい。絶縁性を有する不凍液として、例えば、スリーエム社のＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴ（登録商標）を使用することができる。

透明基板１１を挟んで集光レンズ１６と反対側には、撮像手段１８が配置されている。撮像手段１８は、例えばＣＣＤカメラ等であって、透明基板１１に対して固定されている。撮像手段１８は、透明基板１１を通して、被露光基板３に形成されたソース線１４，ゲート線１５又はアライメントマーク等を撮像する。撮像された画像情報は、制御手段１９に入力される。

また、透明基板１１の撮像手段１８と同じ側には、制御手段１９が配置されている。制御手段１９は、例えばドライバＩＣであって、撮像手段１８により撮像された画像情報に基づいて、複数のＬＥＤ１２それぞれの点灯・消灯を制御する。制御手段１９はまた、露光ヘッド１の外部に設けられた露光装置制御手段（図示省略）と接続されており、その露光装置制御手段から、位置ずれがない場合の被露光基板３の所定位置や、被露光基板３に露光される露光パターンを入力される。被露光基板３の露光パターンは、例えば、ＣＡＤ情報として入力される。

搬送ステージ２は、図１に示すように、露光ヘッド１の露光対象物である被露光基板３を保持して搬送方向Ａに搬送する。搬送ステージ２は、露光装置の設置面に設置されており、その上方には前記露光ヘッド１が配置されている。被露光基板３の搬送は、レール，ローラー又は真空チャック等を使用して行われる。被露光基板３は、搬送ステージ２に搬送されながら、露光ヘッド１の下方を通過する際に露光される。

次に、このように構成された露光装置の動作について、図３，４を参照して説明する。
図３に示すステップＳ１において、搬送ステージ２は、被露光基板３を搬送方向Ａに搬送する。被露光基板３の搬送速度は任意に設定することができる。

ステップＳ２において、撮像手段１８は被露光基板３を撮像する。撮像手段１８は、その下方を被露光基板３が通過する際、被露光基板３に形成されたソース線１４，ゲート線１５又はアライメントマーク等を撮像し、撮像した画像情報を制御手段１９に入力する。撮像手段１８による撮像のタイミングは任意であり、例えば、所定の時間間隔ごとに撮像してもよいし、常時撮像することとしてもよく、制御手段１９により制御することができる。

ステップＳ３において、制御手段１９は、撮像手段１８により撮像された画像情報に基づいて、被露光基板３の位置ずれを検出する。制御手段１９は、撮像手段により撮像された画像情報から検出した被露光基板３の位置と、予め入力された被露光基板３の所定位置とを比較して、搬送方向Ａと垂直な方向の被露光基板３の位置ずれを検出する。

ステップＳ４において、制御手段１９は、ステップＳ３において検出された被露光基板３の位置ずれと、予め入力された被露光基板３の露光パターンとに応じて、点灯させるＬＥＤ１２を決定する。例えば、図４に示すように、被露光基板３が予め入力された所定位置である被露光基板３ａに位置することが検出された場合（すなわち、位置ずれがない場合）、制御手段１９は、複数のＬＥＤ１２のうち、予め入力された被露光基板３の露光パターンに応じた複数のＬＥＤ１２ａ_１〜１２ａ_ｎを点灯することを決定する。これに対して、被露光基板３が予め入力された所定位置から搬送方向Ａと垂直な方向にずれ量Ｗだけずれた被露光基板３ｂに位置することが検出された場合（すなわち、ずれ量Ｗの位置ずれが検出された場合）、制御手段１９は、複数のＬＥＤ１２ａ_１〜１２ａ_ｎとずれ量Ｗだけずれた複数のＬＥＤ１２ｂ_１〜１２ｂ_ｎを点灯することを決定する。すなわち、複数のＬＥＤ１２ａ_１〜１２ａ_ｎと複数のＬＥＤ１２ｂ_１〜１２ｂ_ｎとはそれぞれ対応しており、これら複数のＬＥＤ１２より露光される露光パターンは一致する。制御手段１９は、点灯するＬＥＤ１２や点灯・消灯するタイミング等の制御信号を、ソース線１４及びゲート線１５を介してそれぞれのＬＥＤ１２に入力する。なお、図４において、ソース線１４，ゲート線１５及び制御手段１９は省略している。

ステップＳ５において、露光ヘッド１は被露光基板３を露光する。ＬＥＤ１２は、制御手段１９から入力された制御信号に基づいて露光光Ｌを放射し、放射された露光光Ｌは集光レンズ１６により被露光基板３に集光され、この集光された露光光Ｌにより被露光基板３は露光される。

本実施形態によれば、露光ヘッド１は、透明基板１１と、透明基板１１に形成され、露光光Ｌを放射する複数のＬＥＤ１２（露光光源）と、ＬＥＤ１２からの露光光Ｌを被露光基板３上へ集光する集光レンズ１６と、透明基板１１を挟んで集光レンズ１６と反対側に配置され被露光基板３を撮像する撮像手段１８と、撮像手段１８により撮像された画像情報に基づいて前記ＬＥＤ１２の点灯を制御する制御手段１９と、を含んで構成される。このような構成により、撮像手段１８をＬＥＤ１２の近くに配置することができる。よって、この露光ヘッド１を搭載した露光装置は、撮像手段１８とＬＥＤ１２との間の距離が小さく、撮像手段１８により撮像された画像情報に基づいて被露光基板３（露光対象物）を位置合わせしても、被露光基板３の位置合わせ精度が低下し難い。したがって、被露光基板３の露光精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、透明基板１１と、ＬＥＤ１２と、集光レンズ１６と、撮像手段１８とが一体に形成されているため、ＬＥＤ１２と、集光レンズ１６と、撮像手段１８と、の間の位置ずれが生じず、露光精度を向上することができる。また、露光ヘッドを小型化することができる。

また、本実施形態によれば、制御手段１９は、撮像手段１８により撮像された画像情報に基づいて、被露光基板３の位置ずれを検出し、この位置ずれに応じて点灯させるＬＥＤ１２を決定する。すなわち、被露光基板３の位置ずれが検出された場合であっても、被露光基板３やＬＥＤ１２等を物理的に移動させずに、被露光基板３の正しい位置を露光することができる。したがって、上記のような部品の移動にともなう振動や制御誤差が生じず、露光精度を向上することができる。

また、本実施形態によれば、アレイ状に配置されたＬＥＤ１２により被露光基板３を露光するため、ＬＥＤ１２を小型化して配置する個数を増加させることにより、露光精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、透明基板１１は、サファイアにより形成されているため、ＬＥＤ１２を容易に形成することができる。

また、本実施形態によれば、露光ヘッド１は、透明基板１１と集光レンズ１６が配置されたレンズ基板１７との間に冷却水を含む冷却層２０を備えるため、ＬＥＤ１２の点灯により生じた熱で露光ヘッド１が過熱するのを防止することができる。

また、本実施形態によれば、冷却層２０は冷却水として不凍液を使用することができる。不凍液を使用することにより、露光ヘッド２０の稼働する温度が不凍液の凝固点以上の温度であれば、冷却水の凍結によるトラブルを防止することができる。

なお、本実施形態では、露光対象物は被露光基板３であるが、露光対象物はフィルムであってもよい。この場合、露光装置は搬送ステージ２のかわりに、例えば、フィルムを送り出すローラーとフィルムを巻取るローラーとを備えた構成とすることができる。露光装置は、本発明による露光ヘッド１を１つ備えてもよいし、複数備えてもよい。

また、本実施形態において、透明基板１１は、サファイアにより形成されているが、これに限られず、透明基板１１を通して撮像手段１８が露光対象物を撮像可能なように透明な材料であればよく、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）により形成されてもよい。露光光源は、ＬＥＤ１２に限られず、レーザダイオード（ＬＤ）や有機ＥＬであってもよい。集光レンズ１６は、複数のＬＥＤ１２に対して１つ設けられてもよい。撮像手段１８は、露光対象物を撮像可能であれば、透明基板１１上の任意の位置に配置することができるが、ＬＥＤ１２より搬送方向Ａの手前側に設けられるのが好ましい。制御手段１９は、露光ヘッド１の外部に設けられてもよい。制御手段１９によるＬＥＤ１２の制御は、アクティブ・マトリクス方式に限られず、例えばパッシブ・マトリクス方式により行われてもよい。チラー２５は、空冷式であってもよい。

次に、本発明による露光装置及び露光ヘッドの他の実施形態について、図５を参照して説明する。ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
この露光装置は、露光ヘッド１と、搬送ステージ２と、を含んで構成され、露光ヘッド１は、透明基板１１と、発光ダイオード１２と、集光レンズ１６と、冷却層２０と、撮像手段１８と、制御手段１９と、マイクロミラー２３と、を含んで構成されている。

本実施形態において、ＬＥＤ１２は、透明基板１１の上面側（図５における上側）に形成されており、その上方（すなわち、透明基板１１を挟んで集光レンズ１６と反対側）には、マイクロミラー２３が配置されている。

マイクロミラー２３は、ＬＥＤ１２からの露光光Ｌを透明基板１１側へ反射するものであり、複数のＬＥＤ１２のそれぞれに対して設けられている。マイクロミラー２３は凹面鏡であるのが好ましく、その鏡面は、球面、放物面、楕円面等から選択することができる。マイクロミラー２３は、ミラー基板２２の下面側に配置されており、ミラー基板２２の上面側には制御手段１９が設けられている。

撮像手段１８は、透明基板１１を挟んで集光レンズ１６と反対側に、透明基板１１と離間して配置されている。撮像手段１８は、透明基板１１に設けられたアライメントマーク２１と被露光基板３とを、集光レンズ１６を介して同時に撮像し、撮像された画像情報に基づいて制御手段１９がＬＥＤ１２の点灯・消灯を制御する。したがって、露光ヘッド１内で撮像手段１８と透明基板１１とが相対的にずれてしまった場合であっても、被露光基板３の位置合わせ精度を向上させることができる。

本実施形態によれば、透明基板１１を挟んで集光レンズ１６と反対側には、ＬＥＤ１２からの露光光Ｌを透明基板側１１側へ反射するマイクロミラー２３が配置されるため、ＬＥＤ１２から被露光基板３と反対側に放射される露光光Ｌを、被露光基板３の露光に使用することができる。

なお、本実施形態において、ミラー基板２２は、撮像手段１８と透明基板１１との間を遮らないように配置されているが、ミラー基板２２を可視光に対して透明な材料により形成することで、透明基板１１の上面側全面を覆うように配置されてもよい。

Claims (9)

1. 露光対象物を露光する露光ヘッドであって、
   透明基板と、
   前記透明基板に形成され、露光光を放射する複数の露光光源と、
   前記露光光源からの露光光を前記露光対象物上へ集光する集光レンズと、
   前記透明基板を挟んで前記集光レンズと反対側に配置され、前記露光対象物を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像情報に基づいて、前記露光光源の点灯を制御する制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする露光ヘッド。
2. 前記透明基板と、前記露光光源と、前記集光レンズと、前記撮像手段とが一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
3. 前記制御手段は、前記撮像手段により撮像された画像情報に基づいて、前記露光対象物の位置ずれを検出し、前記位置ずれに応じて点灯させる露光光源を決定することを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
4. 前記露光光源は、アレイ状に配置された発光ダイオード、レーザダイオード又は有機ＥＬを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
5. 前記透明基板は、サファイアにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
6. 前記透明基板と前記集光レンズとの間に、冷却水を含む冷却層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
7. 前記冷却層は、冷却水として不凍液を使用することを特徴とする請求項６に記載の露光ヘッド。
8. 前記透明基板を挟んで前記集光レンズと反対側には、露光光源からの露光光を透明基板側へ反射するミラーが配置されことを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光ヘッドを含んで構成されたことを特徴とする露光装置。

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