KR101098729B1 - 노광 장치 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

노광 장치 및 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

노광 광학계에 의해 레이저빔을 유리 기판에 대해 상대적으로 주사하고, 상기 유리 기판 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 노광 장치이며, 상기 유리 기판의 반송 방향에서 상기 레이저빔의 주사 위치의 전방을 촬상 위치로 하여, 상기 유리 기판에 미리 형성된 블랙 매트릭스의 픽셀을 촬상하는 촬상 장치와, 상기 블랙 매트릭스의 픽셀을 조명하여 상기 촬상 장치에 의한 촬상을 가능하게 하는 조명 수단과, 상기 촬상 장치로 촬상된 상기 픽셀에 미리 설정한 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 상기 레이저빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 행하는 제어 수단을 구비한 것이다. 이에 의해, 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상시키는 동시에 노광 장치의 비용 상승을 억제한다.
Figure R1020050047565
촬상 수단, 노광 광학계, 반송 수단, 배면광 조사 수단, 폴리곤 미러, 광스위치

Description

노광 장치 및 패턴 형성 방법{APPARATUS FOR AND METHOD OF EXPOSURE PATTERNS}
도1은 본 발명에 따른 노광 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 개념도.
도2는 광스위치의 구성 및 동작을 설명하는 사시도.
도3은 레이저빔의 주사 위치와 촬상 수단의 촬상 위치와의 관계를 도시하는 설명도.
도4는 화상 처리부의 내부 구성에 있어서 처리계통의 전반부를 도시하는 블록도.
도5는 화상 처리부의 내부 구성에 있어서 처리계통의 후반부를 도시하는 블록도.
도6은 레이저빔의 주사 방향에 대해 직교하는 방향으로 이동하는 블랙 매트릭스와 레이저빔의 주사 궤적과의 관계를 도시하는 설명도.
도7은 본 발명에 따른 패턴 형성 방법의 순서를 설명하는 흐름도.
도8은 링 버퍼 메모리의 출력을 2치화하는 상태를 도시하는 설명도.
도9는 블랙 매트릭스의 픽셀에 미리 설정된 노광 개시 위치의 화상과 그 룩업 테이블을 도시하는 설명도.
도10은 블랙 매트릭스의 픽셀에 미리 설정된 기준 위치와 촬상 수단의 엘리 먼트와의 관계를 도시하는 설명도.
도11은 블랙 매트릭스의 픽셀에 미리 설정된 노광 종료 위치의 화상과 그 룩업 테이블을 도시하는 설명도.
도12는 유리 기판의 반송 방향의 상기 픽셀에 대한 노광 위치를 검출하는 상태를 도시하는 설명도.
도13은 레이저빔의 주사 위치를 보정하는 상태를 도시하는 설명도.
도14는 블랙 매트릭스의 픽셀 열을 비상 노광하는 상태를 도시하는 설명도.
도15는 본 발명에 따른 노광 장치의 제2 실시 형태의 주요부를 도시하는 개념도.
도16은 블랙 매트릭스의 픽셀에 미리 설정된 기준 위치를 기준으로 하여 복잡한 형상의 노광 패턴을 형성하는 상태를 도시하는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 노광 장치
2 : 레이저 광원
3 : 노광 광학계
4 : 반송 수단
5 : 촬상 수단
6 : 배면 광조사 수단
7 : 광학계 제어 수단
8 : 유리 기판
9 : 광스위치
10 : 광편향 수단
11 : 제1 미러
12 : 폴리곤 미러
13 : fθ 렌즈
14 : 제2 미러
15A, 15B : 제1 및 제2 편광 소자
16 : 전기 광학 변조기
17 : 라인 센서
18 : 스테이지
19 : 반송 롤러
20 : 반송 구동부
21 : 블랙 매트릭스
22 : 픽셀
23 : 광원 구동부
24 : 광스위치 제어기
25A : 광편향 수단 구동부
25B : 폴리곤 구동부
26 : 반송 제어기
27 : 배면광 제어기
28 : A/D 변환부
29 : 화상 처리부
30 : 기억부
31 : 변조 데이터 작성 처리부
32 : 제어부
P : 반송 방향 배열 피치
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-144415호 공보
본 발명은, 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 노광 장치 및 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 상기 피노광체에 미리 형성한 기준이 되는 기능 패턴에 설정된 기준 위치를 촬상 수단에서 촬상하여 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 행함으로써, 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상시키는 동시에 노광 장치의 비용 상승을 억제하고자 하는 노광 장치 및 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
종래의 노광 장치는, 유리 기판에 기능 패턴에 상당하는 마스크 패턴을 미리 형성한 마스크를 사용하고, 피노광체 상에 상기 마스크 패턴을 전사 노광하는, 예를 들어 스텝퍼(Stepper)나 마이크로 미러ㆍ프로젝션(Mirror Projection)이나 근접 (Proximity)의 각 장치가 있다. 그러나, 이들 종래의 노광 장치에 있어서, 복수층의 기능 패턴을 적층 형성하는 경우에는, 각 층간의 기능 패턴의 중합 정밀도가 문제가 된다. 특히, 대형 액정 모니터용의 TFT나 컬러 필터의 형성에 사용하는 대형 마스크인 경우에는, 마스크 패턴의 배열에 높은 절대 치수 정밀도가 요구되어 마스크의 비용을 앙등시키고 있었다. 또한, 상기 중합 정밀도를 얻기 위해서는 기초층의 기능 패턴과 마스크 패턴과의 얼라이먼트가 필요하고, 특히 대형 마스크에 있어서는, 이 얼라이먼트가 곤란하였다.
한편, 마스크를 사용하지 않고, 전자빔이나 레이저빔을 사용하여 피노광체 상에 CAD 데이터의 패턴을 직접 묘화하는 노광 장치가 있다. 이러한 종류의 노광 장치는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 발사되는 레이저빔을 왕복 주사하는 노광 광학계와, 피노광체를 장착한 상태에서 반송하는 반송 수단을 구비하고, CAD 데이터를 기초로 하여 레이저 광원의 발사 상태를 제어하면서 레이저빔을 왕복 주사하는 동시에 피노광체를 레이저빔의 주사 방향과 직교하는 방향으로 반송하여 피노광체 상에 기능 패턴에 상당하는 CAD 데이터의 패턴을 이차원적으로 형성하도록 되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2001-144415호 공보 참조).
그러나, 이러한 직접 묘화형의 종래의 노광 장치에 있어서, CAD 데이터의 패턴 배열에 높은 절대 치수 정밀도가 요구되는 점은, 마스크를 사용하는 노광 장치와 마찬가지이며, 또한 복수의 노광 장치를 이용하여 기능 패턴을 형성하는 제조 공정에 있어서는, 노광 장치 사이에 정밀도의 변동이 있을 때는 기능 패턴의 중합 정밀도가 악화되는 문제가 있었다. 따라서, 이러한 문제에 대처하기 위해서는 고 정밀도인 노광 장치가 필요하고, 노광 장치의 비용을 높은 것으로 하고 있었다.
또한, 기초층의 기능 패턴과 CAD 데이터의 패턴과의 얼라이먼트를 사전에 취해야만 하는 점은, 마스크를 사용하는 것 외의 노광 장치와 마찬가지이며, 전술과 마찬가지의 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점에 대처하여, 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상시키는 동시에 노광 장치의 비용 상승을 억제하고자 하는 노광 장치 및 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 노광 장치는 노광 광학계에 의해 광빔을 피노광체에 대해 상대적으로 주사하고, 상기 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 노광 장치이며, 상기 피노광체의 반송 방향에서 상기 광빔의 주사 위치의 전방을 촬상 위치로 하여, 상기 피노광체에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴을 촬상하는 촬상 수단과, 상기 기준이 되는 기능 패턴을 조명하여 상기 촬상 수단에 의한 촬상을 가능하게 하는 조명 수단과, 상기 촬상 수단에서 촬상된 상기 기준이 되는 기능 패턴에 미리 설정된 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 상기 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 행하는 제어 수단을 구비한 것이다.
이러한 구성에 의해, 조명 수단에서 피노광체에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴을 조명하고, 촬상 수단에 의해 상기 피노광체의 반송 방향에 서 광빔의 주사 위치의 전방을 촬상 위치로 하여 상기 기준이 되는 기능 패턴을 촬상하고, 광학계 제어 수단에 의해 상기 촬상 수단에서 촬상된 상기 기준이 되는 기능 패턴에 미리 설정된 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 왕복 주사하는 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지를 제어한다. 이에 의해, 피노광체에 미리 형성된 기준이 되는 기능 패턴에 대한 소정의 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상한다. 이 점으로부터, 복수층의 기능 패턴을 적층하여 형성하는 경우에도, 각 층의 기능 패턴의 중합 정밀도가 높아진다. 따라서, 복수의 노광 장치를 사용하여 적층 패턴을 형성하는 경우에도, 노광 장치 사이의 정밀도 차에 기인하는 기능 패턴의 중합 정밀도의 열화의 문제를 배제할 수 있어 노광 장치의 비용 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 광학계 제어 수단에 의한 상기 기준 위치의 검출은, 상기 촬상 수단에서 취득한 상기 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 2치화 처리하고, 미리 설정된 상기 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 검출하여 행하는 것이다. 이에 의해, 촬상 수단에서 취득한 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 광학계 제어 수단에서 2치화 처리하고, 미리 설정된 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 기준 위치로서 검출한다. 따라서, 기준 위치의 검출을 리얼타임에서 고속으로 처리할 수 있다.
또한, 상기 촬상 수단은 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 것이다. 이에 의해, 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 촬상 수단에서 기준이 되는 기능 패턴의 일차원의 화상 데이터를 취득한다. 따라서, 촬상 수단의 비용 상승을 억제하는 동 시에, 데이터의 처리 속도를 향상할 수 있다.
또, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것이다. 이에 의해, 조명 수단에서 피노광체의 배면측으로부터 조명한다. 이 점으로부터, 촬상 수단에서 취득하는 화상의 콘트라스트가 향상되고, 화상 데이터의 취득 정밀도가 향상된다. 따라서, 고정밀도인 노광을 실현할 수 있다.
또한, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것이다. 이에 의해, 편광축을 서로 직교시켜 배치한 2개의 편광 소자의 사이에 배치한 전기 광학 변조기의 인가 전압을 제어하여 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지를 시킨다. 이 점으로부터, 광빔의 조사 및 정지의 절환 동작을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 노광 패턴의 형성 정밀도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 피노광체는, 상기 피노광체에 대해 상대적으로 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것이다. 이에 의해, 피노광체를 이동 방향에 대해 기울여 배치하고, 광빔의 주사 궤적이 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 한다. 이 점으로부터, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향으로 노광 개시 위치와 노광 종료 위치 중 어긋남을 없애어 정확하게 노광 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 패턴 형성 방법은 노광 광학계에 의해 광빔을 피노광 체에 대해 상대적으로 주사하고, 상기 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 패턴 형성 방법이며, 조명 수단에 의해 상기 피노광체에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴을 조명하고, 상기 피노광체의 반송 방향에서 상기 광빔의 주사 위치의 전방 위치로, 상기 기준이 되는 기능 패턴을 촬상 수단에 의해 촬상하고, 광학계 제어 수단에 의해 상기 촬상 수단에서 촬상된 상기 기준이 되는 기능 패턴의 화상에 미리 설정된 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 상기 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 하고, 소정 위치에 소정의 기능 패턴을 노광하는 것이다.
이와 같은 방법에 의해, 촬상 수단에서 피노광체의 반송 방향으로 광빔의 주사 위치의 전방의 위치로, 기준이 되는 기능 패턴을 촬상하고, 광학계 제어 수단에 의해 촬상 수단에서 촬상된 상기 기능 패턴 화상에 미리 설정된 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 상기 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지 제어하여, 상기 기능 패턴에 대응한 위치에 다른 기능 패턴의 노광을 행한다. 이에 의해, 피노광체에 미리 형성된 기준이 되는 기능 패턴에 대한 소정의 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상한다. 이 점으로부터, 복수층의 기능 패턴을 적층하여 형성하는 경우에도, 각 층의 기능 패턴의 중합 정밀도가 높아진다. 따라서, 복수의 노광 장치를 사용하여 적층 패턴을 형성하는 경우에도, 노광 장치 사이의 정밀 차에 기인하는 기능 패턴의 중합 정밀도의 열화의 문제를 배제할 수 있어 노광 장치의 비용 상승을 억제할 수 있다.
또, 상기 광학계 제어 수단에 의한 상기 기준 위치의 검출은, 상기 촬상 수 단에서 취득한 상기 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 2치화 처리하고, 미리 설정된 상기 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 검출하여 행하는 것이다. 이에 의해, 촬상 수단에서 취득한 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 광학계 제어 수단에서 2치화 처리하고, 미리 설정된 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 기준 위치로서 검출한다. 따라서, 기준 위치의 검출을 리얼타임에서 고속으로 처리할 수 있다.
또한, 상기 촬상 수단은 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 것이다. 이에 의해, 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 촬상 수단에서 기준이 되는 기능 패턴의 일차원의 화상 데이터를 취득한다. 따라서, 촬상 수단의 비용 상승을 억제하는 동시에, 데이터의 처리 속도를 향상할 수 있다.
또한, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것이다. 이에 의해, 조명 수단에서 피노광체의 배면측으로부터 조명한다. 이 점으로부터, 촬상 수단에서 취득하는 화상의 콘트라스트가 향상되고, 화상 데이터의 취득 정밀도가 향상된다. 따라서, 고정밀도인 노광을 실현할 수 있다.
또한, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것이다. 이에 의해, 편광축을 서로 직교시켜 배치한 2개의 편광 소자의 사이에 배치한 전기 광학 변조기의 인가 전압을 제어하여 광빔의 조사 개시 또는 조사 정지를 시킨다. 이 점으로부터, 광빔의 조사 및 정지의 절환 동작을 고속으로 행할 수 있다. 따라서, 노광 패턴의 형성 정밀도를 향상할 수 있다.
그리고, 상기 피노광체는, 상기 피노광체에 대해 상대적으로 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것이다. 이에 의해, 피노광체를 이동 방향에 대해 기울여 배치하고, 광빔의 주사 궤적이 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 한다. 이 점으로부터, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향으로 노광 개시 위치와 노광 종료 위치와의 어긋남을 없애어 정확하게 노광 패턴을 형성할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 노광 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 개념도이다. 이 노광 장치(1)는 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 것으로, 레이저 광원(2)과, 노광 광학계(3)와, 반송 수단(4)과, 촬상 수단(5)과, 조명 수단으로서의 배면 광조사 수단(6)과, 광학계 제어 수단(7)을 구비하여 이루어진다. 또, 상기 기능 패턴이라 함은, 제품이 갖는 본래의 원하는 동작을 하는 데 필요한 구성 부분의 패턴이며, 예를 들어 컬러 필터에 있어서는 블랙 매트릭스의 픽셀 패턴이나 적색, 청색, 녹색의 각 색 필터의 패턴이며, 반도체 부품에 있어서는 배선 패턴이나 각종 전극 패턴 등이다. 이하의 설명에 있어서는, 피노광체로서 컬러 필터용의 유리 기판을 이용한 예를 설명한다.
상기 레이저 광원(2)은 광빔을 발사하는 것이며, 예를 들어 355 ㎚의 자외선을 생성하는 출력이 4W 이상의 고출력 전고체 모드 로크의 레이저 광원이다.
상기 레이저 광원(2)의 광빔 출사 방향 전방에는 노광 광학계(3)가 설치되어 있다. 이 노광 광학계(3)는 광빔으로서의 레이저빔을 유리 기판(8) 상에 왕복 주사하는 것이며, 레이저빔의 출사 방향 전방으로부터 광스위치(9)와, 광편향 수단(10)과, 제1 미러(11)와, 폴리곤 미러(12)와, fθ 렌즈(13)와, 제2 미러(14)를 구비하고 있다.
상기 광스위치(9)는 레이저빔의 조사 및 조사 정지 상태를 절환하는 것이며, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 편광 소자(15A, 15B)를, 상기 각 편광 소자(15A, 15B)의 편광축(p)이 서로 직교하도록 떼어 배치하고[상기 도면에 있어서는, 편광 소자(15A)의 편광축(p)은 수직 방향으로 설정되고, 편광 소자(15B)의 편광축(p)은 수평 방향으로 설정되어 있다], 상기 제1 및 제2 편광 소자(15A, 15B)의 사이에 전기 광학 변조기(16)를 배치한 구성을 갖고 있다. 상기 전기 광학 변조기(16)는 전압을 인가하면 편광(직선 편광)의 편파면을 수nsec의 고속으로 회전시키도록 동작하는 것이다. 예를 들어, 인가 전압이 제로일 때에는, 상기 도2의 (a)에 있어서 제1 편광 소자(15A)에 의해 선택적으로 투과한 예를 들어 수직 방향의 편파면을 갖는 직선 편광은, 상기 전기 광학 변조기(16)를 그대로 투과하고, 제2 편광 소자(15B)에 이른다. 이 제2 편광 소자(15B)는 수평 방향의 편파면을 갖는 직선 편광을 선택적으로 투과하도록 배치되어 있기 때문에, 수직 방향의 편파면을 갖는 상기 직선 편광은 투과할 수 없고, 이 경우 레이저빔은 조사 정지 상태가 된다. 한편, 상기 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 전기 광학 변조기(16)에 전압이 인가되고, 상기 전기 광학 변조기(16)에 입사하는 직선 편광의 편파면이 90도 회전하였을 때에는, 상기 수직 방향의 편파면을 갖는 직선 편광은 전기 광학 변조기(16) 를 출사할 때에는, 수평 방향의 편파면을 갖는 것이 되고, 이 직선 편광은 제2 편광 소자(15B)를 투과한다. 이에 의해, 레이저빔은 조사 상태가 된다.
상기 광편향 수단(10)은 레이저빔의 주사 위치를 그 주사 방향과 직교하는 방향[유리 기판(8)의 이동 방향에서 도1에 도시하는 화살표 A 방향으로 일치함]에 변이되어 옳은 위치를 주사하도록 조정하는 것이고, 예를 들어 음향 광학 소자(AO 소자)이다.
또한, 제1 미러(11)는 광편향 수단(10)을 통과한 레이저빔의 진행 방향을 후술한 폴리곤 미러(12)의 설치 방향으로 굽히기 위한 것이고, 평면 미러이다. 또한, 폴리곤 미러(12)는 레이저빔을 왕복 주사하는 것이며, 예를 들어 정팔각형의 기둥형 회전체의 측면에 8개의 미러를 형성하고 있다. 이 경우, 상기 미러의 하나로 반사되는 레이저빔은 폴리곤 미러(12)의 회전에 수반하여 일차원의 진행 방향으로 주사되고, 레이저빔의 조사 위치가 다음 미러면으로 옮긴 순간에 복귀 방향으로 복귀하고, 다시 폴리곤 미러(12)의 회전에 수반하여 일차원의 진행 방향으로의 주사를 개시하게 된다.
또한, fθ 렌즈(13)는 레이저빔의 주사 속도가 유리 기판(8) 상에서 등속이 되도록 하는 것이며, 초점 위치를 상기 폴리곤 미러(12)의 미러면의 위치에 대략 일치시켜 배치된다. 그리고, 제2 미러(14)는 fθ 렌즈(13)를 통과한 레이저빔을 반사하고, 유리 기판(8)의 면에 대해 대략 수직 방향에 입사시키기 위한 것이고, 평면 미러이다. 또한, 상기 fθ 렌즈(13)의 출사측의 면 근방부에서 왕복 주사하는 레이저빔의 주사 개시측의 부분에는, 주사 방향과 직교하도록 라인 센서(17)가 마련되어 있고, 레이저빔의 소정 주사 위치와 실제의 주사 위치와의 어긋남량을 검출하는 동시에, 레이저빔의 주사 개시 시각을 검출하도록 되어 있다. 또, 이 라인 센서(17)는 fθ 렌즈(13)측이 아니며, 레이저빔의 주사 개시점을 검출할 수 있으면 어디에 설치해도 좋고, 예를 들어 후술하는 유리 기판 반송용의 스테이지(18)측에 설치해도 좋다.
상기 제2 미러(14)의 하방으로는 반송 수단(4)이 마련되어 있다. 이 반송 수단(4)은 스테이지(18) 상에 유리 기판(8)을 적재하고, 상기 레이저빔의 주사 방향에 직교하는 방향으로 소정의 속도로 반송하는 것이며, 상기 스테이지(18)를 이동시키는 예를 들어 반송 롤러(19)와, 상기 반송 롤러(19)를 회전 구동하는 예를 들어 모터 등의 반송 구동부(20)를 구비하고 있다.
상기 반송 수단(4)의 상측에서 화살표 A에 나타내는 반송 방향의 상기 레이저빔의 주사 위치 전방에는 촬상 수단(5)이 마련되어 있다. 이 촬상 수단(5)은 유리 기판(8)에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴으로서의 블랙 매트릭스의 픽셀을 촬상하는 것이며, 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 예를 들어 라인 CCD이다. 여기서, 도3에 도시한 바와 같이 상기 촬상 수단(5)의 촬상 위치 E와 상기 레이저빔의 주사 위치 F와의 거리(D)는, 블랙 매트릭스(21)의 픽셀(22)의 반송 방향 배열 피치(P)의 정수배(n배)가 되도록 설정된다. 이에 의해, 유리 기판(8)이 반송되어 상기 픽셀(22)의 중심과 레이저빔의 주사 위치가 일치되었을 때에 레이저빔이 주사를 개시하도록 주사 타이밍을 중합할 수 있다. 또한, 상기 거리(D)는 작을수록 좋다. 이에 의해, 유리 기판(8)의 이동 오차를 적게 할 수 있어, 레이저빔의 주사 위치를 상기 픽셀(22)에 반해 보다 정확하게 위치 결정할 수 있다. 또, 도1에는 촬상 수단(5)을 3대 설치한 예를 나타내고 있지만, 레이저빔의 주사 범위가 1대의 촬상 수단(5)의 화상 처리 영역보다 좁을 때에는, 촬상 수단(5)은 1대로 좋고, 상기 주사 범위가 1대의 촬상 수단(5)의 화상 처리 영역보다 넓을 때에는, 그에 따라서 복수대의 촬상 수단(5)을 설치하면 좋다.
상기 반송 수단(4)의 하측에는 배면 광조사 수단(6)이 마련되어 있다. 이 배면 광조사 수단(6)은, 상기 픽셀(22)을 조명하여 촬상 수단(5)에 의한 촬상을 가능하게 하는 것이며, 예를 들어 면 광원이다.
상기 레이저 광원(2), 광스위치(9), 광편향 수단(10), 폴리곤 미러(12), 라인 센서(17), 반송 수단(4) 및 촬상 수단(5)에 접속하여 광학계 제어 수단(7)이 마련되어 있다. 이 광학계 제어 수단(7)은 촬상 수단(5)에서 촬상된 상기 픽셀(22)의 패턴 화상에 미리 설정한 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 레이저 광원(2)에 있어서의 레이저빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 행하는 동시에, 라인 센서(17)의 출력을 기초로 하여 광편향 수단(10)에 인가하는 전압을 제어하여 레이저빔의 출사 방향을 편향시키고, 폴리곤 미러(12)의 회전 속도를 제어하여 레이저빔의 주사 속도를 소정 속도로 유지하고, 반송 수단(4)에 의한 유리 기판(8)의 반송 속도를 소정의 속도로 제어하는 것이다. 그리고, 레이저 광원(2)을 점등시키는 광원 구동부(23)와, 레이저빔의 조사 개시 및 조사 정지를 제어하는 광스위치 제어기(24)와, 광편향 수단(10)에 있어서의 레이저빔의 편향량을 제어하는 광편향 수단 구동부(25A)와, 폴리곤 미러(12)의 구동을 제어하는 폴리곤 구동부(25B)와, 반송 수단(4)의 반송 속도를 제어하는 반송 제어기(26)와, 배면 광조사 수단(6)의 점등 및 소등을 행하는 배면광 제어기(27)와, 촬상 수단(5)에서 촬상한 화상을 A/D 변환하는 A/D 변환부(28)와, A/D 변환된 화상 데이터를 기초로 하여 레이저빔의 조사 개시 위치 및 조사 정지 위치를 판정하는 화상 처리부(29)와, 화상 처리부(29)에서 처리하여 얻은 레이저빔의 조사 개시 위치(이하, 노광 개시 위치로 기재) 및 조사 정지 위치(이하 노광 종료 위치로 기재)의 데이터를 기억하는 동시에, 후술의 노광 개시 위치 및 노광 종료 위치의 룩업 테이블 등을 기억하는 기억부(30)와, 상기 기억부(30)로부터 판독한 노광 개시 위치 및 노광 종료 위치의 데이터를 기초로 하여 광스위치(9)를 온/오프 상태로 하는 변조 데이터를 작성하는 변조 데이터 작성 처리부(31)와, 장치 전체가 소정의 원하는 동작을 하도록 적절하게 제어하는 제어부(32)를 구비하고 있다.
도4 및 도5는, 화상 처리부(29)의 일구성예를 나타내는 블록도이다. 도4에 도시한 바와 같이 화상 처리부(29)는, 예를 들어 3개 병렬로 접속한 링 버퍼 메모리(33A, 33B, 33C)와, 상기 링 버퍼 메모리(33A, 33B, 33C)마다 각각 병렬로 접속한 예를 들어 3개의 라인 버퍼 메모리(34A, 34B, 34C)와, 상기 라인 버퍼 메모리(34A, 34B, 34C)에 접속되어 결정된 임계치와 비교하여 회색 레벨의 데이터를 2치화하여 출력하는 비교 회로(35)와, 상기 9개의 라인 버퍼 메모리(34A, 34B, 34C)의 출력 데이터와 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 개시 위치를 정하는 제1 기준 위치에 상당하는 화상 데이터의 룩업 테이블(노광 개시 위치용 LUT)을 비교하여, 양쪽 데이터가 일치되었을 때에 노광 개시 위치 판정 결과를 출력하는 노광 개시 위치 판정 회로(36)와, 상기 9개의 라인 버퍼 메모리(34A, 34B, 34C)의 출력 데이터와, 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 종료 위치를 정하는 제2 기준 위치에 상당하는 화상 데이터의 룩업 테이블(노광 종료 위치용 LUT)을 비교하여, 양쪽 데이터가 일치되었을 때에 노광 종료 위치 판정 결과를 출력하는 노광 종료 위치 판정 회로(37)를 구비하고 있다.
또한, 도5에 도시한 바와 같이, 화상 처리부(29)는, 상기 노광 개시 위치 판정 결과를 입력하여 제1 기준 위치에 상당하는 화상 데이터의 일치 횟수를 카운트하는 계수 회로(38A)와, 상기 계수 회로(38A)의 출력과 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 개시 픽셀 번호를 비교하여 양쪽 수치가 일치되었을 때에 노광 개시 신호를 도1에 도시하는 변조 데이터 작성 처리부(31)에 출력하는 비교 회로(39A)와, 상기 노광 종료 위치 판정 결과를 입력하여 제2 기준 위치에 상당하는 화상 데이터의 일치 횟수를 카운트하는 계수 회로(38B)와, 상기 계수 회로(38B)의 출력과 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 종료 픽셀 번호를 비교하여 양쪽 수치가 일치되었을 때에 노광 종료 신호를 도1에 도시하는 변조 데이터 작성 처리부(31)에 출력하는 비교 회로(39B)와, 상기 계수 회로(38A)의 출력을 기초로 하여 선두 픽셀의 수를 카운트하는 선두 픽셀 계수 회로(40)와, 상기 선두 픽셀 계수 회로(40)의 출력과 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 픽셀 열 번호를 비교하여 양쪽 수치가 일치되었을 때에 노광 픽셀 열 지정 신호를 도1에 도시하는 변조 데이터 작성 처리부(31)에 출력하는 비교 회로(41)를 구비하고 있다. 또, 상기 계수 회로(38A, 38B)는 촬상 수단(5)에 의한 판독 동작이 개시되면 그 판독 개시 신 호에 의해 리셋된다. 또한, 선두 픽셀 계수 회로(40)는, 미리 지정한 소정의 노광 패턴의 형성이 종료되면 노광 패턴 종료 신호에 의해 리셋된다.
다음에, 이와 같이 구성된 제1 실시 형태의 동작 및 패턴 형성 방법에 대해 설명한다. 우선, 노광 장치(1)에 전원이 투입되면, 광학계 제어 수단(7)이 구동된다. 이에 의해, 레이저 광원(2)이 기동되어 레이저빔이 발사된다. 동시에, 폴리곤 미러(12)가 회전을 개시하고, 레이저빔의 주사가 가능해진다. 단, 이 때는 아직, 광스위치(9)는 오프되어 있기 때문에 레이저빔은 조사되지 않는다.
다음에, 반송 수단(4)의 스테이지(18) 상에 유리 기판(8)이 장착된다. 또, 반송 수단(4)은 일정 속도로 유리 기판(8)을 반송하기 때문에, 도6에 도시한 바와 같이 레이저빔의 주사 궤적(화살표 B)은 스테이지(18)의 이동 방향(화살표 A)에 대해 상대적으로 경사가 이루어진다. 따라서, 유리 기판(8)을 상기 이동 방향(화살표 A)으로 평행하게 설치하고 있는 경우에는, 상기 도6의 (a)에 도시한 바와 같이 노광 위치가 블랙 매트릭스(21)의 주사 개시 픽셀(22a)과 주사 종료 픽셀(22b)로 어긋나는 경우가 생긴다. 이 경우에는, 상기 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 유리 기판(8)을 반송 방향(화살표 A 방향)에 대해 기울여 설치하여 상기 픽셀(22)의 배열 방향과 레이저빔의 주사 궤적(화살표 B)이 일치되도록 하면 좋다. 단, 현실적으로는 레이저빔의 주사 속도쪽이 유리 기판(8)의 반송 속도보다도 훨씬 빠르기 때문에 상기 어긋남량은 적다. 따라서, 유리 기판(8)은 이동 방향에 대해 평행하게 설치하고, 상기 어긋남량을 촬상 수단(5)에서 촬상한 데이터를 기초로 하여 계측하고, 노광 광학계(3)의 광편향 수단(10)을 제어하여 어긋남량을 보정해도 좋다. 또 , 이하의 설명에 있어서는, 상기 어긋남량은 무시할 수 있는 것으로서 설명한다.
다음에, 반송 구동부(20)를 구동하여 스테이지(18)를 도1의 화살표 A 방향으로 이동한다. 이 때, 반송 구동부(20)는 광학계 제어 수단(7)의 반송 제어기(26)에 의해 일정 속도가 되도록 제어된다.
다음에, 유리 기판(8)에 형성된 블랙 매트릭스(21)가 촬상 수단(5)의 촬상 위치에 도달하면, 촬상 수단(5)은 촬상을 개시하고, 촬상한 블랙 매트릭스(21)의 화상 데이터를 기초로 하여 노광 개시 위치 및 노광 종료 위치의 검출을 행한다. 이하, 패턴 형성 방법을 도7에 도시하는 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 스텝 S1에 있어서, 촬상 수단(5)에서 블랙 매트릭스(21)의 픽셀(22)의 화상이 취득된다. 이 취득한 화상 데이터는, 도4에 도시하는 화상 처리부(29)의 3개의 링 버퍼 메모리(33A, 33B, 33C)에 취입되어 처리된다. 그리고, 최신 3개의 데이터가 각 링 버퍼 메모리(33A, 33B, 33C)로부터 출력된다. 이 경우, 예를 들어 링 버퍼 메모리(33A)로부터 2개 앞의 데이터가 출력되고, 링 버퍼 메모리(33B)로부터 1개 앞의 데이터가 출력되고, 링 버퍼 메모리(33C)로부터 최신 데이터가 출력된다. 또한, 이러한 각 데이터는 각각 3개의 라인 버퍼 메모리(34A, 34B, 34C)에 의해, 예를 들어 3 × 3의 CCD 화소의 화상을 동일한 클럭(시간축)에 배치한다. 그 결과는, 예를 들어 도8의 (a)에 도시한 바와 같은 화상으로서 얻어진다. 이 화상을 수치화하면, 상기 도8의 (b)와 같이 3 × 3의 수치에 대응하게 된다. 이러한 수치화된 화상은 동일 클럭 상에 나란히 서 있기 때문에, 비교 회로(35)에서 임계치와 비교되어 2치화된다. 예를 들어, 임계치를 "45"라 하면, 상기 도8의 (a)의 화상은, 상기 도8의 (c)와 같이 2치화되게 된다.
다음에, 스텝 S2에 있어서, 노광 개시 및 노광 종료의 기준 위치가 검출된다. 구체적으로는, 기준 위치 검출은 노광 개시 위치 판정 회로(36)에 있어서, 상기 2치화 데이터를 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 개시 위치용 LUT의 데이터와 비교하여 행한다.
예를 들어, 노광 개시 위치를 지정하는 제1 기준 위치가, 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 블랙 매트릭스(21)의 픽셀(22)의 좌측 상단 구석부에 설정되어 있는 경우에는, 상기 노광 개시용 LUT는, 상기 도9의 (b)에 도시하게 되고, 이 때 노광 개시용 LUT의 데이터는 "000011011"이 된다. 따라서, 상기 2치화 데이터는 상기 노광 개시용 LUT의 데이터 "000011011"과 비교되고, 양쪽 데이터가 일치되었을 때 촬상 수단(5)에서 취득한 화상 데이터가 제1 기준 위치로 판정되고, 노광 개시 위치 판정 회로(36)로부터 개시 위치 판정 결과를 출력한다. 또, 도10에 도시한 바와 같이 픽셀(22)이 6개 배열되어 있을 때에는, 각 픽셀(22)의 좌측 상단 구석부가 제1 기준 위치에 해당하게 된다.
상기 판정 결과를 기초로 하여, 도5에 도시하는 계수 회로(38A)에서 상기 일치 횟수가 카운트된다. 그리고, 그 카운터수는, 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 개시 픽셀 번호와 비교 회로(39A)에 있어서 비교되고, 양쪽 수치가 일치되었을 때 노광 개시 신호를 도1에 도시하는 변조 데이터 작성 처리부(31)에 출력한다. 이 경우, 도10에 도시한 바와 같이, 예를 들어 레이저빔의 주사 방향에서 1 번째의 픽셀(221) 및 4번째의 픽셀(224)의 좌측 상단 구석부를 제1 기준 위치로 정하면, 상기 제1 기준 위치에 대응하는 촬상 수단(5)의 라인 CCD에 있어서의 엘리먼트 번지, 예를 들어 "1000", "4000"이 광스위치 제어기(24)에 기억된다.
한편, 상기 2치화 데이터는 노광 종료 위치 판정 회로(37)에 있어서, 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 종료 위치용 LUT의 데이터와 비교된다. 예를 들어, 노광 종료 위치를 지정하는 제2 기준 위치가, 도11의 (a)에 도시한 바와 같이 블랙 매트릭스(21)의 픽셀(22)의 우측 상단 구석부에 설정되어 있는 경우에는, 상기 노광 종료 위치용 LUT는, 상기 도11의 (b)에 도시하는 것이 되고, 이 때의 노광 종료 위치용 LUT의 데이터는 "110110000"이 된다. 따라서, 상기 2치화 데이터는, 상기 노광 종료 위치용 LUT의 데이터 "110110000"과 비교되고, 양쪽 데이터가 일치되었을 때 촬상 수단(5)에서 취득한 화상 데이터가 노광 종료의 기준 위치로 판정되고, 노광 종료 위치 판정 회로(37)로부터 종료 위치 판정 결과를 출력한다. 또, 상술한 바와 같이, 도10에 도시한 바와 같이 예를 들어 픽셀(22)이 6개 배열되어 있을 때에는, 각 픽셀(22)의 우측 상단 구석부가 제2 기준 위치에 해당하게 된다.
상기 판정 결과를 기초로 하여, 도5에 도시하는 계수 회로(38B)에 있어서 상기 일치 횟수가 카운트된다. 그리고, 그 카운트수는, 도1에 도시하는 기억부(30)로부터 얻은 노광 종료 픽셀 번호와 비교 회로(39B)에 있어서 비교되고, 양쪽 수치가 일치되었을 때 노광 종료 신호를 도1에 도시하는 변조 데이터 작성 처리부(31) 에 출력한다. 이 경우, 도10에 도시한 바와 같이, 예를 들어 레이저빔의 주사 방향에서 1번째의 픽셀(221) 및 제4 번째의 픽셀(224)의 우측 상단 구석부를 제2 기준 위치로 정하면, 상기 제2 기준 위치에 대응하는 촬상 수단(5)의 라인 CCD에 있어서의 엘리먼트 번지, 예를 들어 "1900", "4900"이 광스위치 제어기(24)에 기억된다. 그리고, 상술된 바와 같이 하여 노광 개시 위치 및 노광 종료 위치의 기준 위치가 검출되면, 스텝 S3으로 진행한다.
스텝 S3에서는, 유리 기판(8)의 이동 방향으로 할 수 있지만 노광 위치가 검출된다. 여기서, 도3에 도시한 바와 같이 레이저빔의 주사 위치(F)와 촬상 수단(5)의 촬상 위치(E) 사이의 거리(D)는, 상기 픽셀(22)의 이동 방향으로의 배열 피치(P)의 정수배(n배)로 설정되어 있기 때문에, 레이저빔의 주사 주기를 카운트함으로써 상기 노광 위치를 산출할 수 있다. 예를 들어, 도12에 도시한 바와 같이 레이저빔의 주사 위치와 촬상 수단(5)의 촬상 위치 사이의 거리(D)가 픽셀(22)의 배열 피치(P)의 예를 들어 3배로 설정되어 있는 경우에, 스텝 S2에 있어서 픽셀(22)의 단부에 제1 및 제2 기준 위치를 검출한 후[상기 도12의 (a) 참조], 유리 기판(8)이 이동하여 픽셀 열 중심선이 촬상 수단(5)의 촬상 위치에 도달하였을 때[상기 도12의 (b) 참조], 레이저빔의 주사 개시 타이밍과 일치한다. 여기서, 레이저빔이 주기(T)에서 주사되어 있는 경우, 유리 기판(8)의 반송 속도는 레이저빔의 주기(T)에 동기하여 픽셀(22)의 1 피치만큼만 이동하도록 제어된다. 따라서, 다음 1T 사이에 픽셀(22)은 상기 도12의 (c)에 도시하는 위치로 이동한다. 또한, 2T 후에는, 픽셀(22)은 상기 도12의 (d)에 도시하는 위치까지 이동한다. 그리고, 3T 후에는, 상기 도12의 (e)에 도시한 바와 같이 픽셀(22)의 열 중심선이 레이저빔의 주사 위치에 도달하게 된다. 이렇게 해서 노광 위치가 검출된다.
다음에, 스텝 S4에 있어서, 레이저빔을 주사하면서, 상기 노광 위치의 조정이 행해진다. 구체적으로는, 도13에 도시한 바와 같이 노광 위치의 조정은 fθ 렌즈(13)에 설치한 라인 센서(17)로 검출한 현재 레이저빔의 주사 위치(엘리먼트 번지)와 미리 정한 기준 엘리먼트 번지를 비교하여 그 어긋남량을 검출하고, 광편향 수단(10)을 제어하여 레이저빔의 주사 위치를 기준 엘리먼트 번지(기준 주사 위치)에 일치시키도록 하여 행한다.
다음에, 스텝 S5에 있어서, 노광이 개시된다. 노광 개시는 광스위치(9)의 온 타이밍을 광스위치 제어기(24)로 제어하여 행한다. 이 경우, 우선 광스위치(9)를 온 상태 레이저빔을 주사하고, 상기 라인 센서(17)에 의해 레이저빔의 주사 개시 시각이 검출되면 즉시 광스위치(9)를 오프로 한다. 이 때, 변조 데이터 작성 처리부(31)로부터, 예를 들어 도10의 노광 개시 위치에 대응하는 촬상 수단(5)의 엘리먼트 번지 "1000"이 판독되어 레이저빔의 주사 개시 시각으로부터 노광 개시 위치까지의 시간 t1이 제어부(32)에서 연산된다. 이 경우, 레이저빔의 주사 개시 시각으로부터 촬상 수단(5)의 엘리먼트 번지 "1"까지의 주사 시간 t0을 미리 계측해 놓고, 또 레이저빔의 주사 속도를 촬상 수단(5)의 라인 CCD의 클럭 CLK에 동기시켜 두면, 엘리먼트 번지 "1000"까지의 클럭수를 카운트함으로써, 주사 개시 시각 t1은 t1 = t0 + 1000 CLK으로서 용이하게 구할 수 있다. 이에 의해, 레이저빔의 주사 개시 시각으로부터 t1 후에 광스위치(9)를 온 상태로 하여 노광을 개시한다.
다음에, 스텝 S6에 있어서, 노광 종료 위치가 검출된다. 노광 종료 위치는, 상술한 바와 같이 하여, 예를 들어 엘리먼트 번지 "1900"에 있어서의 노광 종료 시각 t2는, t2 = t0 + 1900 CLK으로서 구한다. 이에 의해, 레이저빔의 주사 개시 시각으로부터 t2 후에 광스위치(9)를 오프 상태로 하여 노광을 종료한다.
다음에, 스텝 S7에 있어서는 레이저빔의 1 주사가 종료되었는지 여부를 판정한다. 여기서, "NO" 판정으로 하면, 스텝 S2로 복귀하여 상술의 동작을 반복한다. 그리고, 스텝 S2에 있어서 도10에 도시한 바와 같이, 예를 들어 제2 노광 개시 위치 "4000" 및 제2 노광 종료 위치 "4900"이 검출되면, 스텝 S4를 지나서 스텝 S5로 진행하고, 상술한 바와 같이 하여 엘리먼트 번지 "4000"으로부터 노광이 개시되어 엘리먼트 번지 "4900"으로 노광이 종료된다.
또한, 스텝 S7에 있어서 "예" 판정으로 하면 스텝 S1로 복귀하고, 새로운 노광 위치를 검출하는 동작으로 이행한다. 그리고, 상술의 동작을 반복하여 실행함으로써, 원하는 영역에 대해 노광 패턴의 형성을 행한다.
또, 도5에 도시하는 노광 픽셀 열 번호가, 예를 들어 "L1, L4 … "와 같이 지정되어 있으면, 도14에 도시한 바와 같이 제1 열째의 픽셀 열 L1에 대해 노광을 실행한 후, 제2 열 및 제3 열을 비상하여 제4 열째의 픽셀 열 L4에 대해 노광을 실 행할 수 있다. 이에 의해, 적색 또는 청색 혹은 녹색에 대응하는 영역에 대해서만 노광을 실행할 수 있다. 또, 픽셀 열 번호가 아니라, 비상 수를 지정해도 좋다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 노광 장치 및 패턴 형성 방법에 따르면, 촬상 수단(5)에서 촬상된 유리 기판(8)에 미리 형성된 블랙 매트릭스(21)의 픽셀(22)을 촬영하고, 촬영된 픽셀(22)의 화상에 미리 설정한 기준 위치를 검출하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 레이저빔의 조사 개시 또는 조사 정지의 제어를 행함으로써 노광 패턴을 형성하도록 하였기 때문에, 상기 픽셀(22)에 대한 노광 정밀도가 향상된다.
또한, 상기 픽셀(22)에 미리 정한 기준 위치를 기초로 하여 노광 패턴을 형성하도록 하고 있으므로, 노광 장치 사이의 정밀도 차에 기인하는 기능 패턴의 중합 정밀도의 열화 문제를 배제할 수 있다. 따라서, 복수의 노광 장치(1)를 사용하여 적층 패턴을 형성하는 공정에 적용한 경우에도 높은 중합 정밀도를 확보할 수 있다. 이에 의해, 노광 장치(1)의 비용 상승을 억제할 수 있다.
또한, 상기 픽셀(22)에 미리 정한 기준 위치를 촬상 수단(5)에서 판독하고, 상기 기준 위치를 기준으로 하여 노광 및 노광 정지를 하도록 하고 있으므로 사전에 상기 픽셀(22)과 노광 패턴과의 얼라이먼트를 취할 필요가 없어 노광 작업이 용이해진다.
그리고, 노광 패턴의 CAD 데이터는 픽셀(22) 내에 설정한 기준 위치를 기준으로 노광되는 최소한의 노광 패턴의 데이터를 구비하고 있으면 좋고, CAD 데이터를 기억하는 기억부의 용량을 작게 할 수 있다. 따라서, 장치의 비용 상승을 억제 할 수 있는 동시에, 데이터의 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도15는, 본 발명에 따른 노광 장치의 제2 실시 형태의 주요부를 도시하는 개념도이다. 제2 실시 형태의 노광 장치는, 레이저 광원(2)과는 별도로 파장이 예를 들어 550 ㎚ 이상의 가이드광을 발사하는 가이드 광원(42)을 구비하고 있고, 상기 가이드 광원(42)으로부터 출사하는 가이드광의 진행 방향 전방에 가이드광의 진로를 레이저빔의 광로측으로 절곡되는 미러(43)를 배치하고, 레이저빔의 광로 상에서 광스위치(9)와 광편향 수단(10) 사이에 하프 미러(44)를 배치하여 상기 가이드광이 레이저빔과 동일 광축 상에서 포개어져 출사하도록 하고 있다. 이에 의해, 레이저빔과 가이드광은 서로 겹쳐 주사된다. 이 경우, 레이저빔은 광스위치(9)에 의해 온ㆍ오프 제어되지만, 가이드광은 장치가 동작 상태에 있어서 항상 온 상태(조사 상태)가 된다.
이와 같이 구성한 제2 실시 형태에 있어서의 노광 동작은, 우선 가이드광이 라인 센서(17)를 통과한 시각을 주사 개시 시각으로서 검출한다. 다음에, 상기 주사 개시 시각을 기준으로 하여 소정 시간 경과 후에 광스위치 제어기(24)에 의해 광스위치(9)를 온 상태로 하여 레이저빔을 발사하고, 유리 기판(8) 상을 조사하여 노광을 개시한다. 다음에, 상기 주사 개시 시각으로부터 소정 시간 경과 후에 광스위치(9)를 오프 상태로 하여 레이저빔의 발사를 정지하여 노광을 종료한다. 이 경우, 가이드광은 항상 조사 상태에 있지만, 상술한 바와 같이 가이드광은 파장이 긴 예를 들어 적색 또는 적외광이기 때문에 유리 기판(8) 상에 도포된 예를 들어 레지스트 등을 노광하지 않는다.
상기 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘하는 동시에, 제1 실시 형태에 있어서의 주사 개시 시각의 검출을 위한 불필요한 노광을 없애어 소정의 위치에 대해서만 노광을 할 수 있다.
또, 도16에 도시한 바와 같이, 상기 픽셀(22)에 미리 정한 기준 위치를 기준으로서 노광 개시 시간 t3, t5 … 및 노광 종료 시간 t4 … 을 제어하는 동시에 유리 기판(8)의 반송 속도를 제어하면, 상기 도16에 도시한 바와 같은 복잡한 형상의 패턴의 노광도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 조명 수단을 배면 조명으로 하였지만 낙사 조명으로서도 좋다.
그리고, 본 발명의 노광 장치는 액정 모니터의 컬러 필터 등의 대형 기판에 적용하는 데 한정되지 않으며, 반도체 등의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
본 발명은 기능 패턴의 중합 정밀도를 향상시키는 동시에 노광 장치의 비용 상승을 억제하고자 하는 노광 장치 및 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다.

Claims (36)

  1. 피노광체를 일정 방향으로 일정 속도로 반송하면서, 노광 광학계에 의해 광빔을 피노광체의 반송 방향과 직교하는 방향으로 주사하여, 상기 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 노광 장치이며,
    상기 피노광체의 반송 방향에서 상기 광빔의 주사 위치의 전방을 촬상 위치로 하여, 상기 피노광체에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴을 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 기준이 되는 기능 패턴을 조명하여 상기 촬상 수단에 의한 촬상을 가능하게 하는 조명 수단과,
    상기 광빔의 주사 개시측에 그 광빔의 주사 방향에 직교하여 설치되며, 광빔의 주사 개시 시각을 검출하는 라인 센서와,
    상기 촬상 수단에서 촬상된 상기 기준이 되는 기능 패턴에 미리 설정된 노광의 개시 및 종료의 기준 위치를 검출하고, 상기 광빔이 상기 라인 센서를 통과하는 주사 개시 시각을 기준으로 하여 광빔이 상기 각 기준 위치를 통과하는 시각을 연산하여, 그 연산된 시각에 기초하여 상기 광빔의 조사 개시 및 조사 정지의 제어를 행하는 광학계 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학계 제어 수단에 의한 상기 기준 위치의 검출은, 상기 촬상 수단에서 취득한 상기 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 2치화 처리하고, 미리 설정된 상기 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 검출하여 행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촬상 수단은 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 것인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  12. 제4항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제6항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 제9항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 노광 광학계는, 상기 광빔과는 별도로 그 광빔보다도 파장이 긴 가이드 광을 상기 광빔과 동일한 광축 상에서 중첩하여 주사 가능하게 구성되고, 상기 광학계 제어 수단은 상기 가이드 광이 상기 라인 센서를 통과하는 시각을 상기 광빔의 주사 개시 시각으로서 검출하고, 그 주사 개시 시각을 기준으로 하여 상기 광빔의 조사 개시 및 조사 정지의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 피노광체를 일정 방향으로 일정 속도로 반송하면서, 노광 광학계에 의해 광빔을 피노광체의 반송 방향과 직교하는 방향으로 주사하여, 상기 피노광체 상에 기능 패턴을 직접 노광하는 패턴 형성 방법이며,
    조명 수단에 의해 상기 피노광체에 미리 형성된 노광 위치의 기준이 되는 기능 패턴을 조명하고,
    상기 피노광체의 반송 방향에서 상기 광빔의 주사 위치의 전방의 위치에서, 상기 기준이 되는 기능 패턴을 촬상 수단에 의해 촬상하고,
    상기 광빔의 주사 개시측에 그 광빔의 주사 방향에 직교하여 설치된 라인 센서에 의해 광빔의 주사 개시 시각을 검출하고,
    광학계 제어 수단에 의해 상기 촬상 수단에서 촬상된 상기 기준이 되는 기능 패턴에 미리 설정된 노광의 개시 및 종료의 기준 위치를 검출하고, 상기 광빔이 상기 라인 센서를 통과하는 주사 개시 시각을 기준으로 하여 광빔이 상기 각 기준 위치를 통과하는 시각을 연산하여, 그 연산된 시각에 기초하여 상기 광빔의 조사 개시 및 조사 정지의 제어를 하고, 소정 위치에 소정의 기능 패턴을 노광하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광학계 제어 수단에 의한 상기 기준 위치의 검출은, 상기 촬상 수단에서 취득한 상기 기준이 되는 기능 패턴의 화상을 2치화 처리하고, 미리 설정된 상기 기준 위치에 상당하는 화상 데이터와 비교하여, 양쪽 데이터가 일치된 부분을 검출하여 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 촬상 수단은 수광 소자가 일렬 형상으로 배열된 것인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 조명 수단은, 상기 피노광체의 배면측에 구비된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  24. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 노광 광학계는 편광축을 서로 직교시켜 떼어 배치한 2개의 편광 소자와, 상기 2개의 편광 소자의 사이에 배치되어 전압의 인가로 편광의 편파면을 변화시키는 전기 광학 변조기를 갖는 광스위치를, 상기 광빔의 광축 상에 구비한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  28. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  30. 제22항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  31. 제23항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  32. 제24항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  33. 제25항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  34. 제26항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  35. 제27항에 있어서, 상기 피노광체는, 상기 피노광체 상을 주사하는 상기 광빔의 주사 궤적이, 상기 기준이 되는 기능 패턴의 배열 방향과 평행하게 되도록 이동 방향에 대해 기울여 배치 가능하게 된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  36. 제19항에 있어서, 상기 노광 광학계를 상기 광빔과는 별도로 그 광빔보다도 파장이 긴 가이드 광을 상기 광빔과 동일한 광축 상에서 중첩하여 주사 가능하게 구성하고, 상기 광학계 제어 수단에 의해 상기 가이드 광이 상기 라인 센서를 통과하는 시각을 상기 광빔의 주사 개시 시각으로서 검출하고, 그 주사 개시 시각을 기준으로 하여 상기 광빔의 조사 개시 및 조사 정지의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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