KR101462272B1 - 광 배향 노광 장치 및 광 배향 노광 방법 - Google Patents

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Abstract

우수한 특성의 배향막을 형성 가능하게 하는 광 배향 노광 장치 및 광 배향 노광 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치(1)는, 편광광 조사 수단(12)과, 편광 제어 소자(14)를 포함하고, 배향막을 표면에 갖는 기판(2)에 빔을 조사하는 조사 광학계(11)와, 기판(2) 혹은 조사 광학계(11) 중 적어도 일부를 이동시키고, 기판(2)에 대하여 소정의 주사 방향으로 상기 빔을 주사하는 주사 수단(15)을 구비하고, 편광광 조사 수단(12)은, 직선 편광광을 편광 제어 소자(14)에 사출하고, 편광 제어 소자(14)는, 주사 방향과 직교하는 방향으로 배열된 단위 편광 제어 영역을 갖고, 단위 편광 제어 영역으로부터 조사되는 빔의 편광 방향은, 소정 수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 대략 대칭인 것을 특징으로 하고 있다.

Description

광 배향 노광 장치 및 광 배향 노광 방법{PHOTO-ALLIGNMEMT EXPOSURE APPARATUS AND PHOTO-ALLIGNMEMT EXPOSURE APPARATUS METHOD}
본 발명은, 액정 표시판 제조 분야에서 사용되는 것으로서, 특히, 액정 표시 장치에 이용되는 기판 상에 있어서 액정 분자가 바람직한 각도와 방향으로 정렬되도록 배향막에 배향성을 부여하기 위한 광 배향 노광 장치 및 광 배향 노광 방향에 관한 것이다.
최근 액정 표시 분야의 이용이 확대되고 수요가 증대함에 따라서, 종래의 액정 표시 장치의 결점이었던 시야각, 콘트라스트비, 동화상 성능 표시 등의 개선이 강하게 요구되고 있다. 특히 액정 표시 기판 상에서, 액정 분자에 배향성을 부여하는 배향막에 있어서는, 배향 방향의 균일화, 프리틸트각의 부여, 단일 화소 내에서의 복수 영역의 형성(멀티 도메인) 등 각종 개선이 진행되고 있다.
종래, 액정 표시 기판 상에 형성된 폴리머층(배향막)에 배향 특성을 부여하는 것의 이점 및 그를 위한 기술은 널리 알려져 있다. 이러한 배향 특성을 부여하는 방법으로서 천 러빙(cloth rubbing)법이라고 불리는 방법이 있지만, 이 방법은, 천을 감은 롤러를 회전시키면서, 기판을 이동시켜서, 표면의 폴리머층을 강하게 한 방향으로 문지르는 처리이다.
그러나, 이 천 러빙법에서는, 정전기의 발생, 배향막 표면에 발생하는 흠집, 분진의 발생 등 여러 가지의 결점이 지적되고 있다. 이 천 러빙법의 문제를 회피하기 위해, 배향막에 자외선 영역의 편광광을 조사해서 편향 특성을 부여하는 광 러빙법이 알려져 있다.
특허 문헌 1에는, 이러한 광 러빙법을 사용한 방법에 대하여, 노광 마스크를 이용하고, 배향 방향이 상이한 복수의 배향 영역을 분할 형성하는 액정 표시용 기판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에는, 와이어 그리드 편광자의 제1 영역으로부터 출사된 제1 편광과, 제2 영역으로부터 출사된 제2 편광을 동시에 조사함으로써 광 배향 처리를 행하는 전기 광학 장치의 제조 방법에 대하여 개시되어 있다.
특허문헌1: 일본 특허 공개 공보 제2007-219191호 특허문헌2: 일본 특허 공개 공보 제2010-91906호
특허 문헌 1의 방법에서는, 복수회의 노광 처리가 필요로 되기 때문에 처리 공정에 시간이 걸리게 된다. 또한, 여전히 노광 마스크의 위치 맞춤을 행할 필요가 있어, 공정은 복잡하게 된다.
또한, 특허 문헌 2의 방법에서는, 제1 영역과 제2 영역에 있어서의 배향 강도를 균일하게 할 수 없고, 특히, 시야각 특성의 향상을 도모할 수 없다. 그리고, 와이어 그리드 편광자로부터 출사된 편광은, 집광 렌즈를 거쳐서 판형상 부재에 조사되고 있고, 와이어 그리드 편광자면에 있어서의 상(像)은, 판형상 부재면에서 결상하는 것으로는 되어 있지 않다.
그 때문에, 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치는, 편광광 조사 수단과, 편광 제어 소자를 포함하고, 배향막을 표면에 갖는 기판에 빔을 조사하는 조사 광학계와, 상기 기판 혹은 상기 조사 광학계 중 적어도 일부를 이동시키고, 상기 기판에 대하여 소정의 주사 방향으로 상기 빔을 주사하는 주사 수단을 구비하고, 상기 편광광 조사 수단은, 직선 편광광을 상기 편광 제어 소자에 사출하고, 상기 편광 제어 소자는, 상기 주사 방향과 직교하는 방향으로 배열된 단위 편광 제어 영역을 갖고, 상기 단위 편광 제어 영역으로부터 사출되는 빔의 편광 방향은, 소정수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 대략 대칭인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치에 있어서, 상기 편광광 사출 수단은, 상기 주사 방향과 대략 평행한 방향의 직선 편광광을 사출하고, 상기 편광 제어 소자는 1/2 파장판으로 구성되고, 상기 단위 편광 제어 영역의 고속 축은, 소정수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 대략 대칭인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치에 있어서, 상기 조사 광학계는, 상기 편광 제어 소자면을, 적어도 상기 주사 방향과 대략 직교하는 방향에 있어서 상기 기판 상에 결상시키는 결상 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치에 있어서, 상기 조사 광학계는, 상기 편광 제어 소자면의 상을, 적어도 상기 주사 방향과 대략 동일한 방향에 있어서 상기 기판 상에 축소 혹은 집광해서 조사하는 축소 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광 배향 노광 장치에 있어서, 상기 축소 광학계는, 적어도 1개의 원통 렌즈를 갖고, 상기 원통 렌즈에 의해서 형성되는 화면(火面)은, 상기 기판과 교차함으로써 적어도 1개의 화선(火線)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 광 배향 노광 방법은, 편광 제어 소자를 포함하는 조사 광학계를 통과하는 빔을, 배향막을 표면에 갖는 기판에 조사하는 광 배향 노광 방법에 있어서, 상기 기판 혹은 상기 조사 광학계 중 적어도 일부를 이동시키고, 상기 기판에 대하여 소정의 주사 방향으로 상기 빔을 주사함과 함께, 상기 편광 제어 소자는, 상기 주사 방향과 직교하는 방향으로 배열된 단위 편광 제어 영역을 갖고, 상기 단위 편광 제어 영역으로부터 조사되는 빔의 편광 방향은, 소정수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 대략 대칭인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는, 단위 편광 제어 영역으로부터 조사되는 빔의 편광 방향을, 소정 수마다 주사 방향에 관하여 대략 대칭으로 함으로써, 배향 강도가 일치된 배향막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한 배향 상태가 대칭성을 가짐으로써, 시야각 성능이 우수한 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 편광 제어 소자에 1/2 파장판을 이용한 것으로 함으로써, 구성의 간략화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 조사 광학계에 결상 광학계를 설치함으로써, 편광 제어 소자면을, 주사 방향과 대략 직교하는 방향에 있어서 기판의 표면에 결상시키는 것이 가능하게 되고, 편광 제어 소자의 인접하는 단위 편광 제어 영역 사이에서 발생하는 회절파, 산란파 등의 영향을 억제하여, 양호한 배향 특성을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 조사 광학계에 축소 광학계를 설치함으로써, 편광 제어 소자를 통과한 광을, 주사 방향과 대략 동일한 방향에 있어서 상기 기판의 표면에 축소, 혹은, 집광해서 조사시키는 것이 가능하게 되고, 편광 제어 소자면에 흠집 등의 결함이 있는 경우의 영향을 억제하여, 양호한 배향 특성을 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 광 배향 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 편광 제어 소자에 의한 편광 방향을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 편광 방향과 화소의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 편광 방향과 화소의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 편광 방향과 화소의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 편광 제어 소자에서 발생하는 문제에 대하여 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에서 이용되는 조사 광학계를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에서 이용되는 조사 광학계를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에서 이용되는 조사 광학계를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에서 이용되는 조사 광학계를 도시하는 도면.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 광 배향 노광 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 광 배향 노광 장치(1)는, 조사 광학계(11), 주사 수단(15)을 주된 구성 요소로서 갖는다. 조사 광학계(11)는, 기판(2)의 표면에 형성된 배향막에 대하여 자외광의 빔을 조사함으로써, 기판(2) 상에 배치되는 배향막에 배향 특성을 부여하는 수단으로서, 본 실시 형태에서는, 편광광 조사 수단(12), 편광 제어 소자(14)로 구성되어 있다.
주사 수단(15)은, 그 상면에 설치된 기판(2)을 소정의 주사 방향(도면에서는 Y축 방향)으로 이동시킴으로써, 조사 광학계(11)에서 조사되는 빔을 기판(2) 상에 주사시키는 수단이다. 주사 방법으로서는, 이와 같이 기판(2)을 이동시키는 것 이외에, 조사 광학계(11)를 이동시키거나, 혹은, 기판(2)와 조사 광학계(11) 모두를 이동시키는 것도 가능하다. 본 실시 형태에서는 편광 제어 소자(14)로부터의 조사광 C를 기판(2)에 직접 조사하고 있지만, 편광 제어 소자(14)와 기판(2) 사이에 조사 영역을 슬릿 형상으로 제한하는 마스크를 설치하는 것도 가능하다. 마스크를 설치함으로써, 유효한 조사광만을 기판(2)에 노광시키는 것이 가능하게 되어, 배향 성능의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.
주사 수단(15)에는, 노광 대상으로 되는 기판(2)이 설치된다. 본 실시 형태에서는, 기판(2)의 주사 방향이, 액정 표시 장치로서 이용 시에 있어서의 세로 방향 또는 가로 방향으로 되도록 설치된다. 노광 대상으로 되는 기판(2)의 표면에는, 폴리이미드 등의 광 반응성 고분자가 막 형상으로 형성되어 있다. 이 고분자막 상에 직선 편광광을 조사해서 고분자막을 변성시키고, 도시되어 있지 않은 이후의 공정에서 고분자막 상에 액정 분자를 도포하면, 액정 분자가 고분자막으로부터 작용을 받아 특정한 방향으로 정렬(배향)된다. 본래는, 이 배향 특성을 갖는 고분자막을 배향막이라고 칭하지만, 일반적으로 배향 특성을 부여하기 이전의 고분자막도 배향막이라고 칭하고 있고, 본 명세서에 있어서도 배향 특성을 부여하기 이전의 고분자막도 포함시켜 배향막이라고 칭한다.
편광광 조사 수단(12)은, 광원(12a) 반사경(12b), 편광자(12c)로 구성되어 있다. 자외선 램프 등의 광원(12a)으로부터 조사된 자외광은, 방물면경(parabolic mirror) 등의 반사경(12b) 등에서 평행광으로 되도록 조절되고, 광원광 A로서 편광자(12c) 측에 조사한다. 편광자(12c)는, 광원광 A로부터 소정 방향의 직선 편광 성분을 취출하는 수단이다. 본 실시 형태에서는, 이 편광자(12c)에 의해서 광원광 A로부터 Y축 방향(주사 방향)과 대략 평행한 직선 편광광 B가 취출된다. 또한, Y축 방향(주사 방향)과 대략 수직인 수직 편광광을 이용하는 것으로 해도 된다.
편광 제어 소자(14)는, 입사하는 직선 편광광의 편광 방향을 소정 각도 회전시키는 소자로서, 본 실시 형태에 있어서는 1/2 파장판으로 구성되어 있다. 도 2는, 이 편광 제어 소자(14)에 있어서의 편광 방향 제어 모습을 도시한 도면이다. 도 2의 (a)는, 편광제어 소자(14)에 입사하는 입사광의 편광 방향을 도시한 도면으로서, 도 1에서는 직선 편광광 B가 이에 해당한다. 도 2의 (b)는, 편광 제어 소자(14)의 부분 확대도를 도시한 도면이다. 도 2의 (c)는, 편광 제어 소자(14)로부터 사출되는 출력광의 편광 방향을 도시한 도면으로서, 도 1에서는 조사광 C가 이에 해당한다. 도 2의 (a)~(c)는, 실제로는 Z축 방향으로 겹치게 되지만, 여기서는 설명을 위해 Y축 방향으로 어긋나게 하여 표현하고 있다.
도 2의 (b)에 도시되는 바와 같이 편광 제어 소자(14)는, X축 방향, 즉, 주사방향과 직교하는 방향에 있어서, 소정 폭을 갖는 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)을 갖고 형성되어 있다. 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)은, X측 방향의 폭이 수 ㎛~수십㎛ 정도로서, 인접하는 영역마다 고속 축의 방향이 상이하게 되어 있다. 특히 본 실시 형태에서는, 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)이 소정 수(이 경우 2개)를 주기로 해서 반복 패턴을 갖도록 형성되어 있다. 도 2의 (b)에 도시하는 예에서는, 2개의 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)에서 1개의 주기 A1, A2가 형성된다.
또한, 이들 각 주기 A1, A2 내에 있어서의 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)은, 그 고속 축이 Y축 방향, 즉, 주사 방향에 관하여 대략 대칭으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 여기서 말하는 대칭이란, 정확하게는, 소정수(이 경우 2개)의 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)과 같이 주사 방향과 직교하는 방향(X축 방향)으로 복수개 분할함과 함께, 편광 방향 혹은 파장판의 고속 축 방향이 주사 방향과 평행하고, 또한, 여기에는 도시되어 있지 않은 기판(2)과 직교하는 평면에 관하여 대략 대칭으로 되는 것을 말한다. 주기 A1에 대하여 살펴보면, 단위 편광 제어 영역(14a)에서는, 고속 축이 Y축에 대하여 반시계 방향으로 각도 θ 경사져 있는 데 반해, 단위 편광 제어 영역(14b)에서는, 고속 축이 Y축에 대해 시계 방향으로 각도 θ 경사진 것으로 되어 있다.
이와 같이 형성된 편광 제어 소자(14)에 직선 편광광이 입사되면, 고속 축에 관하여 대칭으로 되도록 편광면이 회전하게 된다. 즉, 도 2의 (c)에 도시되는 바와 같이, 단위 편광 제어 영역(14a)으로부터 출력되는 조사광의 편광면은, Y축에 대하여 반시계 방향으로 각도 2θ 회전한다. 한편, 단위 편광 제어 영역(14b)으로부터 사출되는 조사광은, Y축에 대하여 시계 방향으로 각도 2θ 회전한다. 이와 같이 편광 제어 소자(14)로부터 조사되는 조사광, 즉 기판(2)에 조사되는 조사광 C는, 소정수의 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)마다, 그 편광 방향이 Y축 방향에 대하여 대략 대칭으로 된다. 특히, θ=22.5°로 설정함으로써, 조사광의 편광 방향을 2θ=45°로 하고, 인접하는 단위 편광 제어 영역(14a, 14b) 간의 편광면이 상호 직교(90°)하도록 할 수 있다.
조사광 C는, 기판(2)의 배향막에 배향 특성을 부여하게 되지만, 이와 같이 인접하는 단위 편광 제어 영역(14 a, 14b) 간에 있어서의 편광 방향이 주사 방향에 관하여 대칭으로 되어 있기 때문에, 기판(2)의 배향막의 배향 강도를 일치시키는 것이 가능하게 된다. 통상, Y축 방향은, 액정 표시 장치의 세로 방향 혹은 가로 방향으로 되기 때문에, 편광 방향을 액정 표시 장치의 세로 방향 혹은 가로 방향에 대하여 대략 대칭으로 할 수 있고, 시야각 특성이 우수한 배향 특성을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 2의 (a)에 도시하는 입사광의 편광 방향은, 본 실시 형태와 같이 주사 방향과 평행하게 하는 것뿐만 아니라, 수직으로 하는 것에 의해서도 조사광의 편광 방향을 대칭으로 할 수 있다.
도 3은, 액정 표시 장치에 장착되었을 때에 있어서의 기판(2)과 화소의 위치 관계의 일례를 도시한 도면이다. 본 실시 형태에서, 각 주기 A가 1개의 화소(21)에 대응하도록 배치되어 있다. 도 3에서는, 배향에 사용된 조사광 C의 편광 방향이 도시된 것으로 되어 있고, 화소(21a, 21b, 21c)는, 각각 주기 A1, A2, A3의 배향 영역에 대응하고 있다. 각 배향 영역은, 도 2에서 설명한 바와 같이 소정수(2개)의 단위 편광 제어 영역(14a, 14b)에 의해서 형성된다.
이 실시 형태에서는 각 주기 내에서의 배향 방향을 상호 직교시키는 것이 바람직하다. 조사광 C의 편광 방향과, 액정 표시 장치에서 실제로 사용되었을 때의 배향 방향이 일치하는 경우에는, 도 2에서 설명한 바와 같이 θ=22.5°로 하면 되지만, 편광 방향과 배향 방향이 일치하지 않는 경우에는, 배향 방향이 직교하도록 편광 제어 소자(14)의 고속 축이 조정된다. 조정에서 사용되는 파라미터는 각도 θ뿐이므로, 간단하게 조정하는 것이 가능하다.
이상, 본 실시 형태에서는, 편광 제어 소자(14)로부터의 조사광의 편광 방향이, 소정수의 단위 편광 제어 영역마다 주사 방향에 관하여 대략 대칭으로 되어 있기 때문에, 양호한 배향 특성의 배향막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 3에 도시한 실시 형태에서는, 1개의 화소(21)에 2개의 배향 영역을 갖는 주기 A를 대응시켜 배치시키는 것으로 하고 있었지만, 배향 영역은, 액정 표시 장치의 성능, 혹은 사용 용도에 적절한 것으로 할 수 있다. 도 4, 도 5는, 다른 실시 형태에 따른 기판(2)과 화소의 위치 관계를 도시한 도면이다.
도 4는, 1개의 화소(21)에 4개의 배향 영역을 갖는 주기 A를 대응시켜 배치한 실시 형태이다. 이 실시 형태에 있어서도 각 주기 A의 편광 방향은, 주사 방향에 대하여 대칭으로 되어 있다. 예를 들면, 각 주기 A에 있어서 기판(2)의 배향 방향이 Y축에 대하여 ±30°,±60°의 관계로 되도록 편광 방향을 설정함으로써, 시야각 성능이 우수한 배향막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 5는, 각 화소에 1개의 배향 영역을 대응시키는 것으로서, 인접하는 2개의 화소(21a, 21b)로 1개의 주기 A가 형성되어 있다. 이와 같이, 화소(21)와 주기 A의 관계는 1대 1의 관계가 아니어도 된다. 이러한 실시 형태에서는, 인접하는 배향 영역의 편광 방향을 직교시킴으로써, 입체표시용 액정 표시 장치에 이용하는 것이 가능하게 된다. 도면에 있어서의 화소(21a, 21c)를 좌안용 화소, 화소(21b, 21d)를 우안용 화소로서 이용하고, 각각의 화소(21)에 대응한 편광 필터를 갖는 편광 안경을 이용하여, 입체 영상을 관찰하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 도 6 내지 도 9를 이용해서 설명한다. 도 1에서 설명한 실시 형태에서는, 편광 제어 소자(14)로부터의 조사광 C를 직접, 기판(2)에 조사하는 것으로 하고 있다. 현재, 대형 액정 표시 장치에 대응할 수 있는 대면적의 편광 제어 소자(14)를 제조하는 것은 곤란하기 때문에, 도 6에 도시되는 바와 같이 폭 30㎝ 정도의 편광 제어 소자 유닛(14A~14C)을 복수 접속해서 형성된 것으로 되어 있다. 인접하는 편광 제어 소자 유닛(14A~14C)의 접속부는 불연속적인 경계이므로, 접속부에서 회절파, 산란파 등이 생성되고, 편광 제어 소자 유닛(14A~14C)을 투과한 파와 간섭함으로써, 기판(2) 상에 흐려짐이나 간섭 줄무늬를 발생시킨다. 이 현상은, 인접하는 단위 편광 제어 영역 사이에서도 발생한다. 본 실시 형태에서는, 이러한 문제에 대응하기 위해, 조사 광학계(11)에 결상 광학계를 설치한 것으로 되어 있다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 조사 광학계의 일부를 모식적으로 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 있어서의 결상 광학계는, 편광 제어 소자(14)와 기판(2) 사이에 배치된 제1 렌즈(16a)와, 제2 렌즈(16b)로 구성되어 있다. 제1 렌즈(16a)는, 초점 거리 f1을 갖는 렌즈로서, 편광 제어 소자(14)면으로부터 상(像) 측으로 f1만큼 거리를 두고 배치된다. 한편, 제2 렌즈(16b)는, 초점 거리 f1을 갖는 렌즈로서, 기판(2)으로부터 물체 측으로 f1만큼 거리를 두고 배치된다. 제1 렌즈(16a)와 제2 렌즈(16b) 사이의 거리는 2×f1으로 설정되어 있다.
이러한 구성에 의해, 편광 제어 소자(14)를 통과한 평행광은, 제1 렌즈(16a)를 거쳐 일단 집광하고, 제2 렌즈(16b)를 거쳐 재차 평행광으로서 기판(2)을 조사하고, 편광 제어 소자(14)의 상을 등배(等倍)로 기판(2) 상에 결상시킨다.
이와 같이 본 실시 형태의 결상 광학계는, 적어도 X축 방향, 즉, 편광 제어 소자 유닛(14A~14C)의 접속부의 방향(Y축 방향: 주사 방향)과 대략 직교하는 방향에 결상시키는 것으로 하고 있다. 따라서, 인접한 편광 제어 소자 유닛(14A~14C) 사이, 혹은, 인접하는 단위 편광 제어 영역 사이에서 발생한 회절파, 산란파 등의 영향을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 7에서는, 편광 제어 소자(14)의 단면에 파장판의 고속 축의 방향을 나타내는 화살표, 기판(2)의 단면에는 각각의 영역의 편광 방향을 나타내는 화살표가 기입되어 있다. 본래, 이들 화살표는 X-Y 평면 상에 기재되어야 하지만, 여기서는 설명을 위해 지면상에 기재하고 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 렌즈(16a), 제2 렌즈(16b)의 초점 거리를 모두 f1로 선정함과 함께, 편광 제어 소자(14), 제1 렌즈(16a), 제2 렌즈(16b) 및 기판(2) 사이의 거리를 f1:2f1:f1으로 함으로써, 편광 제어 소자(14)면을 등배로 기판(2) 상에 결상시키고 있지만, 편광 제어 소자(14)의 상을 확대 혹은 축소해서 기판(2) 상에 투영하는 것으로 해도 된다. 예를 들면, 제2 렌즈(16b)의 초점 거리를 f5(f5=α×f1, α:확대율 혹은 축소율)라고 선정하고, 편광 제어 소자(14), 제1 렌즈(16a), 제2 렌즈(16b) 및 기판(2) 사이의 거리를 f1:(f1+f5):f5라고 함으로써 실현 가능하다. 또한 기판(2)을 조사하는 광을 평행광으로 할 필요가 없으면, 제1 렌즈(16a)와 제2 렌즈(16b) 사이의 거리는 임의로 설정하는 것이 가능하다.
도 8은, 다른 실시 형태에 있어서의 조사 광학계의 일부를 모식적으로 도시한 도면으로서, 본 실시 형태에서는, 조사 광학계(11)에 결상 광학계와 축소 광학계의 기능을 아울러 갖게 하는 것으로 하고 있다. 구체적으로는, 도 8의 (a), (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 도 7과 마찬가지로, 제1 렌즈(16a)와 제2 렌즈(16b)가 배치되고, 또한, 편광 제어 소자(14)와 제1 렌즈(16a) 사이에는, X-Z면 내에서는 파워를 갖지 않고, Y-Z면 내에서 부(-)의 파워를 갖는 오목 실린더리컬(cylindrical) 렌즈(17)가 배치되어 있다. 이 오목 실린더리컬 렌즈(17)(본 발명에 있어서의 「원통 렌즈」)는, 초점 거리 f2를 갖는 렌즈로서, 편광 제어 소자(14)로부터 거리 f2 거리를 두고 배치된다.
도 8의 (a)에 도시되는 바와 같이, 편광 제어 소자(14)의 면은, X-Z면 내에서는, 도 7의 실시 형태에서 설명한 바와 같이 기판(2) 면에 결상된다. 한편, 도 8의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 Y-Z면 내에서는 편광 제어 소자(14)를 통과한 평행광은, 오목 실린더리컬 렌즈(17)에서 발산된다. 제1 렌즈(16a)에서는, 이 발산광을 평행광으로 바꾸어 제2 렌즈(16b) 측에 사출한다. 제2 렌즈(16b)에서는, 이 평행광을 축소해서 기판(2) 상에 조사한다. 본 실시 형태에서는, 제2 렌즈(16b)의 후측 초점 위치에 기판(2)을 배치함으로써 평행광을 집광시키는 것으로 하고 있다.
이와 같이 본 실시 형태에서는, 주사 방향과 대략 평행한 방향에 있어서, 편광 제어 소자(14)로부터의 조사광을 기판(2) 상에 축소 혹은 집광시키는 축소 광학계를 설치하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 구성에서는, 예를 들면, 편광 제어 소자(14) 등에 흠집 등의 결함이 있는 경우에 있어서도, 축소 기능을 마련함으로써 노광면에 대한 영향을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 오목 실린더리컬 렌즈(17)를 제1 렌즈(16a)의 물체측에 설치한 구성으로 하고 있지만, 그 배치 위치는 상(像) 측이어도 된다. 또한, 제1 렌즈(16a)의 상 측 초점보다도 기판(2) 측에 배치하는 경우에 있어서 축소 기능을 실현하는 경우에는, 볼록 실린더리컬 렌즈가 사용된다.
도 9는, 다른 실시 형태에 있어서의 조사 광학계의 일부를 모식적으로 도시한 도면으로서, 도 8의 실시 형태와 마찬가지로, 조사 광학계(11)에 결상 광학계와 축소 광학계의 기능을 아울러 갖게 한 것이다. 제1 렌즈(16a)와 제2 렌즈(16b)는, 상기 실시 형태와 마찬가지로 결상 광학계로서 기능한다. 볼록 실린더리컬 렌즈(17)는, X-Z면 내에서는 파워를 갖지 않고, Y-Z면 내에서 정(+)의 파워(초점 거리 f3)를 갖고, 제2 렌즈(16b)의 상 측에 배치되어 있다. 볼록 실린더리컬 렌즈(18)는, X-Z면 내에서는 파워를 갖지 않고, Y-Z면 내에서 정의 파워(초점 거리 f4)를 갖고, 볼록 실린더리컬 렌즈(17)와 기판(2) 사이에 배치되어 있다. 볼록 실린더리컬 렌즈(18)와 볼록 실린더리컬 렌즈(17)의 거리는, 볼록 실리더리컬 렌즈(18)의 초점 거리 f4와 볼록 실린더리컬 렌즈(17)의 초점 거리 f3의 합으로 되도록, 즉, 공초점계(共焦点系)를 이루도록 배치되어 있다.
제2 렌즈(16b)로부터 사출된 평행광은, 이 공초점계를 이루는 볼록 실린더리컬 렌즈(17, 18)로 재차 평행광을 형성해서 기판(2) 상에 조사된다. 볼록 실린더리컬 렌즈(17)의 초점 거리 f3을 볼록 실린더리컬 렌즈(18)의 초점거리 f4보다도 크게 설정함으로써, 축소 광학계와 평행 광학계의 기능을 아울러 갖게 하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 평행광으로 노광을 행함으로써, 한층 더한 배향 특성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 볼록 실린더리컬 렌즈(17) 및 볼록 실린더리컬 렌즈(18)는, 볼록 실린더리컬 렌즈와 오목 실린더리컬 렌즈의 조합이어도 마찬가지의 기능을 실현하는 것이 가능하다.
도 10은, 다른 실시 형태에 있어서의 조사 광학계의 일부를 모식적으로 도시한 도면이다. 간단히 하기 위해, 가장 단순한 구성의 축소 광학계로서 볼록한 실린더리컬 렌즈(17)를 사용하고, 그 초점(31)이 기판(2)보다 먼 쪽으로 되도록 배치되어 있다. 볼록 실린더리컬 렌즈(17)는, X-Z면 내에서는 파워를 갖지 않고, Y-Z면 내에서 정(+)의 파워를 갖고, 제2 렌즈(16b)의 상 측에 배치되어 있다. 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 X-Z면 내에 있어서는, 실린더리컬 렌즈(17)는 렌즈 작용을 갖지 않기 때문에, 전술한 실시 형태와 마찬가지로 단위 편광 영역(14a, 14b)의 경계는 기판(2) 상에 결상된다.
한편, 도 10의 (b)에 도시되는 Y-Z면 내에서는, 광축 근방을 통과하는 광선(32a)은 기판(2) 선단의 초점(31)에 집광된다. 광축으로부터 약간 떨어진 광선(32b)은, 이론적인 렌즈이면 약간 초점(31)에 집광되지만, 현실의 렌즈에는 수차가 있기 때문에, 통상 볼록 렌즈에서는 광축으로부터 떨어진 광선일수록 초점 거리가 짧아져, 초점(31)보다 실린더리컬 렌즈(17)에 가까운 곳에 집광된다. 또한 광축으로부터 떨어진 광선(32c)은, 광선(32b)보다 더 실린더리컬 렌즈(17)에 가까운 곳에 집광된다.
이렇게 해서, 광선(32a, 32b, 32c, 32d)에 의해서 광축의 Y방향 양측에 포락면(33a, 33b)(화면(火面))이 형성된다. 실제로는 이 포락면은 광선(32a, 32b, 32c, 32d)에 접하고 있지만, 도시의 사정상 약간 거리를 두고 그려져 있다. 기판(2) 상의 각 광선의 위치를 보면, 광선(32a)보다 광선(32b, 32c)가 외측에 위치하고, 광선(32d)은 광선(32b, 32c)보다 광축에 가까운 곳에 위치하고 있다. 즉, 입사 시에 광선(32a, 32b, 32c, 32d) 순으로 광축으로부터 떨어져 있던 광선이, 기판(2) 상에서는 광선(32b, 32c) 부근을 경계로 폴딩(반환)되고 있다. 따라서, 포락면 상에서는 광선이 폴딩 때문에 집광되므로 강도가 높다.
이 포락면과 기판(2)의 교선(交線)은, 구면 렌즈인 경우에는 원형, 본 실시 형태와 같이 실린더리컬 렌즈에서는 1대의 평행한 직선으로 된다. 본 명세서에서는, 이 포락면(화면)과 기판의 교선을 「화선(火線)」이라고 정의한다. 기판(2) 상에 있어서의 Y방향의 빔의 강도 분포는, 화선의 중간은 집광되어 있으므로 밝고, 화선 상은 매우 밝고, 그리고 화선의 외측은 빔 강도 제로이다. 즉, 화선을 이용하면 경계가 매우 급격한 직선상 빔을 얻을 수 있다. 이 결과, 배선막에 배향 특성을 효과적으로 부여할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 볼록 실린더리컬 렌즈(17)로 기재(2) 상에 2개의 화선(34a, 34b)을 형성하는 것으로 했지만, 지금까지 설명한 다른 광학계라도, 화선을 포함시킨 빔을 이용할 수 있는 것, 또한 그것에 의해 경계가 급격한 선 형상 빔이 얻어지는 것 등의 장점은 마찬가지이다.
또한, 본 발명은 이들 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 각각의 실시 형태의 구성을 적절히 조합해서 구성한 실시 형태도 본 발명의 범주로 되는 것이다.
1: 광 배향 노광 장치
2: 기판
11: 조사 광학계
12: 편광광 조사 수단
12a: 광원
12b: 반사경
12c: 편광자
14: 편광 제어 소자
14a, 14b: 단위 편광 제어 영역
14A, 14B, 14C: 편광 제어 소자 유닛
A1, A2, A3: 주기
15: 주사 수단
16a: 제1 렌즈
16b: 제2 렌즈
17: 오목 실린더리컬 렌즈
18: 볼록 실린더리컬 렌즈
21a, 21b, 21c, 21d: 화소
31: 초점
32a, 32b, 32c, 32d: 광선

Claims (6)

  1. 편광광 조사 수단과, 편광 제어 소자와, 결상 광학계를 포함하고, 배향막을 표면에 갖는 기판에 빔을 조사하는 조사 광학계와,
    상기 기판 또는 상기 조사 광학계 중 적어도 하나를 이동시키고, 상기 기판에 대하여 소정의 주사 방향으로 상기 빔을 주사하는 주사 수단을 구비하고,
    상기 편광광 조사 수단은, 직선 편광광을 상기 편광 제어 소자에 사출하고,
    상기 편광 제어 소자는, 상기 주사 방향과 직교하는 방향으로 배열된 단위 편광 제어 영역을 갖고,
    상기 결상 광학계는, 상기 편광 제어 소자면을, 적어도 상기 주사 방향과 실질적으로 직교하는 방향에 있어서 상기 기판 상에 결상시키고,
    상기 단위 편광 제어 영역으로부터 사출되는 빔의 편광 방향은, 소정 수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 실질적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 광 배향 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편광광 조사 수단은, 상기 주사 방향과 실질적으로 평행 또는 실질적으로 직교하는 방향의 직선 편광광을 사출하고,
    상기 단위 편광 제어 영역은 1/2 파장판으로 구성되고,
    상기 단위 편광 제어 영역의 고속 축은, 소정 수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에 있어서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 실질적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 광 배향 노광 장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조사 광학계는, 상기 편광 제어 소자를 통과한 광속을, 적어도 상기 주사 방향과 실질적으로 동일한 방향에 있어서, 상기 기판 상에 축소 혹은 집광해서 조사하는 축소 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 광 배향 노광 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축소 광학계는, 적어도 1개의 원통 렌즈를 갖고,
    상기 원통 렌즈에 의해서 형성되는 화면(火面)은, 상기 기판과 교차함으로써 적어도 1개의 화선(火線)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 배향 노광 장치.
  5. 편광 제어 소자와, 결상 광학계를 포함하는 조사 광학계를 통과한 빔을, 배향막을 표면에 갖는 기판에 조사하는 광 배향 노광 방법에 있어서,
    상기 기판 혹은 상기 조사 광학계를 이동시키고, 상기 기판에 대하여 소정의 주사 방향으로 상기 빔을 주사함과 함께,
    상기 편광 제어 소자는, 상기 주사 방향과 직교하는 방향으로 배열된 단위 편광 제어 영역을 갖고,
    상기 결상 광학계는, 상기 편광 제어 소자면을, 적어도 상기 주사 방향과 실질적으로 직교하는 방향에 있어서 상기 기판 상에 결상시키고,
    상기 단위 편광 제어 영역으로부터 사출되는 빔의 편광 방향은, 소정 수의 단위 편광 제어 영역마다 주기적으로 변화됨과 함께, 상기 주기 내에서 상기 주사 방향과 평행하고 또한 상기 기판과 직교하는 평면에 관하여 실질적으로 대칭인 것을 특징으로 하는 광 배향 노광 방법.
  6. 삭제
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