(57)【要約】【課題】露光装置の露光位置精度を向上させ、誤操作を防止する。【解決手段】カラーフィルタ基板７の搬送方向と略直交する方向に一直線状に並べた複数の受光素子を有し、前記カラーフィルタ基板７の表面の露光開始位置近傍で且つ露光領域外に設けられ、相互に直交する複数の細線からなるアライメントマーク１７を撮像する撮像手段５と、前記撮像手段５により撮像された画像データを処理し、前記相互に直交する複数の細線で前記複数の受光素子の並び方向に略平行する細線を前記カラーフィルタ基板７の搬送方向における基準位置として認識し、認識された基準位置から予め設定された距離を隔てた位置を露光開始位置として前記カラーフィルタ基板７への露光光の照射タイミングを制御する制御手段とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に露光領域が設定された被露光体を上面に載置して、前記露光領域の設定方向に前記被露光体を搬送するステージと、
前記ステージの上方に配設され、前記被露光体に近接対向させてフォトマスクを保持するマスクステージと、
前記マスクステージに保持されたフォトマスクを介して前記被露光体に対して露光光を照射する光源と、
前記光源とマスクステージとの間に配設され、前記フォトマスクに照射する露光光を平行光にする集光レンズとを備えた露光装置であって、
前記被露光体の搬送方向と略直交する方向に一直線状に並べた複数の受光素子を有し、前記被露光体の表面の露光開始位置近傍で且つ露光領域外に設けられ、相互に直交する複数の細線からなるアライメントマーク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データを処理し、前記相互に直交する複数の細線で前記複数の受光素子の並び方向に略平行する細線を前記被露光体搬送方向における基準位置として認識し、認識された基準位置から予め設定された距離を隔てた位置を露光開始位置として前記被露光体への露光光照射タイミングを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記マスクステージは、前記撮像手段により撮像された前記被露光体の面上に設けられた相互に直交する複数の細線で前記複数の受光素子の並び方向に略直交する細線の画像データと、予め設定されているデータからずれ量を計測し、前記フォトマスクを変位可能に位置補正する変位手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記相互に直交する複数の細線からなるアライメントマークは、前記複数の受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線と、並び方向に略平行する１本の細線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記複数の受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線の線幅が１５〜２５μｍであり、並び方向に略平行する１本の細線の線幅が２５〜３５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記光源は、前記制御手段により点灯及び消灯するフラッシュランプであることを特徴とする請求項１〜４に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光体の表面に露光光を照射し、光路上に配設されたフォトマスクを介してマスクパターンを露光する露光装置に関するもので、詳しくは被露光体の表面に設けられたアライメントマークの一部を基準位置として、高精度で露光開始位置を設定できる露光装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の露光装置は、マスク開口部の像を被露光体上に転写する際、一定速度で搬送中の被露光体に形成された基準パターンに予め設定された基準位置を基準にして、露光位置の設定及び露光光の照射タイミングを制御することで露光操作を行なっている。（例えば特許文献１）
【特許文献１】特開２００６−１７８９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の露光装置においては、マスクを用いた被露光体上への露光にあたり、第１回目の露光光照射位置の特定の際、誤検出となる可能性が残り、精度の高い露光操作ができない可能性があるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型のマスクを用いて、より正確な露光光照射位置の設定が可能な露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明による露光装置は、表面に露光領域が設定された被露光体を上面に載置して、前記露光領域の設定方向に前記被露光体を搬送するステージと、前記ステージの上方に配設され、前記被露光体に近接対向させてフォトマスクを保持するマスクステージと、前記マスクステージに保持されたフォトマスクを介して前記被露光体に対して露光光を照射する光源と、前記光源とマスクステージとの間に配設され、前記フォトマスクに照射する露光光を平行光にする集光レンズとを備えた露光装置であって、前記被露光体の搬送方向と略直交する方向に一直線状に並べた複数の受光素子を有し、前記被露光体の表面の露光開始位置近傍で且つ露光領域外に設けられ、相互に直交する複数の細線からなるアライメントマーク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データを処理し、前記相互に直交する複数の細線で前記複数の受光素子の並び方向に略平行する細線を前記被露光体搬送方向における基準位置として認識し、認識された基準位置から予め設定された距離を隔てた位置を露光開始位置として前記被露光体への露光光の照射タイミングを制御する制御手段とを備えたものである。
【０００６】
このような構成により、ステージの上面に被露光体を載置して、複数の露光領域の設定方向に被露光体を搬送し、マスクステージで被露光体に近接対向させてフォトマスクを保持し、被露光体に光源からフォトマスクを介して露光光を照射する。その際、集光レンズでフォトマスクに照射する露光光を平行光にする。また撮像手段で被露光体の表面の露光開始位置近傍で且つ露光領域外に設けられたアライメントマークを撮像し、さらに制御手段で撮像された画像データを処理し、アライメントマークの一部を基準位置として認識し、その基準位置から予め設定された距離を隔てた位置を露光開始位置として被露光体への露光光照射タイミングの制御を行ない、被露光体を露光する。
【０００７】
さらに、前記相互に直交する複数の細線からなるアライメントマークは、前記複数の受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線と、並び方向に略平行する１本の細線である。
【０００８】
そして、前記複数の受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線の線幅が１５〜２５μｍであり、並び方向に略平行する１本の細線の線幅が２５〜３５μｍである。
【０００９】
また、前記光源は、前記制御手段により点灯及び消灯するフラッシュランプである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、被露光体の表面の露光開始位置近傍で且つ露光領域外に設けられた相互に直交する複数の細線からなるアライメントマークの一部を基準位置として認識し、その基準位置から予め設定された距離を隔てた位置を露光開始位置として被露光体への照射タイミングを制御しているので、アライメントマークを誤検出することがなく正確な露光開始位置の設定が可能となる。さらに露光工程の時間短縮の実現も可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、マスクステージに変位手段を備えることで、フォトマスクのマスクパターンと被露光体の露光領域との位置合わせをすることができ、正確な露光位置の設定が可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、相互に直交する複数の細線からなるアライメントマークを、複数の受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線と、並び方向に略平行する１本の細線で構成することで、露光開始位置及び露光位置の精度をさらに向上させることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、細線を認識する際の誤認識をなくし、露光開始位置及び露光位置の精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、露光光の照射及び停止の制御を容易に行なうことができると共に、その制御を高速で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明における露光装置の実施形態を示す概要図である。この露光装置は、被露光体を所定方向に搬送しながら、被露光体の表面にフォトマスクを介して所定のタイミングで露光光を照射し、所定の露光パターンを露光するもので、ステージ１と、マスクステージ２と、光源３と、集光レンズ４と、撮像手段５と、制御手段６とから構成されている。なお、以下の説明においては、被露光体が感光性樹脂としてカラーレジストを塗布したカラーフィルタ基板７である場合について述べる。
【００１６】
上記ステージ１は、表面に露光領域が設定されたカラーフィルタ基板７を上面に載置して、露光領域の設定方向にカラーフィルタ基板７を搬送するものであり、搬送手段８によって、矢印Ａで示す方向に移動するようになっている。またステージ１には、カラーフィルタ基板７の全露光領域に対応して図示省略の開口部が設けられており、ステージ１の下方に配置された照明手段９でカラーフィルタ基板７を下方から照明できるようになっている。
【００１７】
上記ステージ１の上方にはマスクステージ２が配設されている。このマスクステージ２はカラーフィルタ基板７に対して所定のギャップ、例えば１００〜３００μｍで近接対向させてフォトマスク１０を保持するもので、フォトマスク１０の複数のマスクパターン１１が形成された領域に対応して開口部が設けられており、フォトマスク１０の周縁部を保持するように形成されている。そして、このマスクステージ２は、後述するカラーフィルタ基板７上に形成されたアライメントマーク１７の撮像データに基づいて、図示しないモータ、ボールネジ、ガイドレール等の組み合わせで構成されるマスクステージ位置補正機構を用い、カラーフィルタ基板７との相対的位置関係における正常な位置に補正される。
【００１８】
上記フォトマスク１０は、カラーフィルタ基板７上の感光性樹脂であるカラーレジストに光源３から照射された露光光を転写させるためのものであり、図２に示すように、透明基材１３と、遮光膜１２と、マスクパターン１１と、撮像窓１４とが形成されている。
【００１９】
上記透明基材１３は、紫外線及び可視光を高効率で透過する透明なガラス基材で、例えば石英ガラスである。
また上記透明基材１３の一方の面１３ａには図２（Ｘ−Ｘ断面図及びＹ−Ｙ断面図）に示すように、遮光膜１２が形成されている。この遮光膜１２は露光光を遮光するもので、不透明な例えばクロム（Ｃｒ）の薄膜である。
【００２０】
上記遮光膜１２には、露光光を透過させる所定形状の開口である複数のマスクパターン１１が一方向に並べて形成されている。このマスクパターン１１は、対向して搬送されるカラーフィルタ基板７上に形成されたブラックマトリクスのピクセル１８上に露光光を転写するものである。そして、例えば上記ピクセル１８の縦横幅と略一致した矩形状とされ、上記ピクセル１８のピッチ間隔と一致した間隔で形成されている。なお、図２においては、複数のマスクパターン１１を一列に並べて設けた場合について示しているが、マスクパターン１１の列は複数列を設けてもよい。
【００２１】
上記透明基材１３の他方の面１３ｂにて上記マスクパターン１１の形成領域に対応した領域には、図２（Ｘ−Ｘ断面図）に示すように紫外線反射防止膜１５が形成されており、露光光に含まれる紫外線成分の透過効率を向上できるようになっている。
【００２２】
上記マスクパターン１１の並び方向の側方には、図２に示すように撮像窓１４が形成されている。この撮像窓１４は、対向して搬送される図３に示すカラーフィルタ基板７に形成されたアライメントマーク１７及びピクセル１８を撮像するためのもので、後述する撮像手段５で上記アライメントマーク１７及びピクセル１８に予め設定された基準位置が検出可能となっている。そして上記撮像窓１４は、上記カラーフィルタ基板７の搬送方向に直交する方向に向かって延びた矩形状に形成されている。
【００２３】
また、図２（Ｙ−Ｙ断面図）に示すように、透明基材１３の他方の面１３ｂにて上記撮像窓１４の形成領域に対応した領域には、可視光を透過し紫外線を反射する波長選択性膜１６が形成され、露光光に含まれる紫外線成分が上記撮像窓１４形成領域を通してカラーフィルタ基板７に照射され、カラーフィルタ基板７に塗布されたカラーレジストを露光するのを防止できるようになっている。
【００２４】
上記カラーフィルタ基板７に形成されたアライメントマーク１７は、図４に示すように相互に直交する複数の細線で構成され、詳しくは後述する撮像手段５の複数配列された受光素子の並び方向に略直交する少なくとも２本の細線１７ｂと、並び方向に略平行する１本の細線１７ａで構成されている。そして、それぞれの細線の線幅は、略直交する少なくとも２本の細線１７ｂを１５〜２５μｍとし、略平行する１本の細線１７ａを２５〜３５μｍとしている。なお、上記略直交するまたは略平行するという記載は、所定の許容範囲内で直交または平行するということを意味し、以下同様である。
【００２５】
上記マスクステージ２の上方には、光源３が配設されている。この光源３はフォトマスク１０を介してカラーフィルタ基板７に照射する紫外線の露光光を放射するものであり、制御手段６によって制御され点灯及び消灯するフラッシュランプである。
【００２６】
上記光源３から放射される露光光は、例えばコンデンサレンズ４により平行光とされてフォトマスク１０に照射される。
【００２７】
上記ステージ１の上方には、撮像手段５が配設されている。この撮像手段５は、カラーフィルタ基板７に形成されたアライメントマーク１７とピクセル１８とをハーフミラー２１を介して撮像するものであり、光を受光する複数の受光素子を一直線状に並べて備えた受光面としてのラインＣＣＤ２２と、その前方に配設されてカラーフィルタ基板７に形成されたアライメントマーク１７及びピクセル１８をそれぞれ上記ラインＣＣＤ２２上に結像する集光レンズ２３と、受光素子と集光レンズ２３との間に設けられた光学距離補正手段２４とを備えている。
【００２８】
上記光学距離補正手段２４は、図５に示すように受光素子とカラーフィルタ基板７との間の光学距離及び受光素子とフォトマスク１０との間の光学距離を略合致させるものであり、空気の屈折率よりも大きい所定の屈折率を有する透明な部材、例えばガラスプレートから成っている。これにより、撮像手段５の光軸方向にずれて位置するカラーフィルタ基板７上のアライメントマーク１７と、フォトマスク１０上に設定された基準位置とを同時にフォーカスさせて撮像することができる。
【００２９】
上記ステージ１の下方には、上記マスクステージ２と対向して照明手段９が配設されている。この照明手段９は、可視光からなる照明光を放射してカラーフィルタ基板７を裏面から照明し、撮像手段５によりカラーフィルタ基板７のアライメントマーク１７とピクセル１８とを撮像するためのもので、例えばハロゲンランプ等である。そして、照明手段９の照明光の放射方向前方には、図示省略の紫外線カットフィルタが設けられており、照明手段９から放射される可視光に含まれる紫外線でカラーフィルタ基板７に塗布したカラーレジストが露光されるのを防止している。
【００３０】
上記ステージ１、マスクステージ２、光源３及び撮像手段５に結線して制御手段６が配設されている。この制御手段６は、撮像手段５により撮像されたカラーフィルタ基板７上のアライメントマーク１７及びピクセル１８の画像を処理し、光源３から放射される露光光の照射タイミングを制御するものであり、図６に示すようにステージ駆動コントローラ２５と、画像処理部２６と、マスクステージ駆動コントローラ２７と、光源駆動コントローラ２８と、照明手段駆動コントローラ２９と、演算部３０と、メモリ３１と、制御部３２とを備えている。
【００３１】
上記ステージ駆動コントローラ２５は、搬送手段８によりステージ１を矢印Ａ方向に所定速度で移動させるものであり、搬送手段８に備えた速度センサーの出力をフィードバックして速度制御するものである。
【００３２】
上記画像処理部２６は、撮像手段５により撮像された画像を２値化処理して１ライン分の画像データを順次出力するものである。
【００３３】
上記マスクステージ駆動コントローラ２７は、カラーフィルタ基板７上に形成されたアライメントマーク１７と、フォトマスク１０上に設定された基準位置とが所定の位置関係となるようにマスクステージ２を変位させるものである。
【００３４】
上記光源駆動コントローラ２８は、光源３の点灯及び消灯を駆動制御するものである。
【００３５】
上記照明手段駆動コントローラ２９は、照明手段９の点灯及び消灯を駆動制御するものである。
【００３６】
上記演算部３０は、画像処理部２６からの画像データに基づいてカラーフィルタ基板７に形成されたピクセル１８の搬送方向における中心位置を検出するものである。
【００３７】
上記メモリ３１は、図示省略の操作手段により入力される制御パラメータ、例えばカラーフィルタ基板７の搬送速度Ｖ、光源３の照射時間、光源３の出力値等や、カラーフィルタ基板７に形成されたアライメントマーク１７における基準位置から第１回目の露光光照射位置までの設定距離Ｄ、及び上記演算部２９で演算された結果等を一時的に保存するものである。
【００３８】
そして、上記制御部３２は、上記各構成要素が適切に駆動するように装置全体を統合して制御するものである。
【００３９】
このように構成された露光装置の動作方法について説明する。まず、フォトマスク１０が遮光膜１２を形成した側を下にして、撮像窓１４をカラーフィルタ基板７の搬送方向（図１に示す矢印Ａ方向）手前側に位置させ、且つマスクパターン１１の列の中心軸Ｘが上記搬送方向と直交するようにマスクステージ２に保持される。
【００４０】
次に、所定のカラーレジストを塗布したカラーフィルタ基板７がステージ１上の所定位置に載置される。そして、図示省略の露光開始スイッチが投入されると、露光装置が起動し、制御手段６の照明手段駆動コントローラ２９により照明手段９が点灯される。また、ステージ駆動コントローラ２５が起動してステージ１が所定速度Ｖで矢印Ａ方向への移動を開始し、カラーフィルタ基板７が同方向に搬送される。この際、ステージ１の図示しない位置センサーからは、常時、カラーフィルタ基板７の位置データが出力されている。さらに、撮像手段５が起動し、フォトマスク１０の撮像窓１４を通してカラーフィルタ基板７上に形成されたアライメントマーク１７が検出される。具体的には、撮像手段５により撮像された画像を制御手段６の画像処理部２６で２値化処理し、上記アライメントマーク１７を構成する相互に直交する複数の細線の複数存在する角部のポイントを算出する。そして、この算出した細線の角部の位置情報と、フォトマスク１０上に予め設定され撮像手段５で確認された基準位置とに基づき、フォトマスク１０を保持するマスクステージ２が、図示しないモータ、ボールネジ、ガイドレール等の組み合わせで構成されるマスクステージ位置補正機構を用い搬送方向に直交する方向及び回転方向において位置補正がなされ、カラーフィルタ基板７との相対的位置関係における正常な位置に補正がされる。
【００４１】
そして次に、上記工程で画像処理されたデータをもとに、上記撮像手段５の複数配列された受光素子の並び方向に略平行する１本の細線の中心線が算出される。そして、この算出された細線の中心線を基準位置として設定し、露光光照射位置の特定を行っていく。
【００４２】
第１回目の露光光照射位置の特定方法について説明する。まず、図４に示すように上記算出された細線の中心線と矢印Ａ方向に距離Dを隔てた位置を第１回目の露光光照射予測位置として設定し、メモリ３１に記憶させる。
【００４３】
次に撮像手段５により撮像された画像の画像データにより、図４に示すカラーフィルタ基板７のピクセル１８の搬送方向に先後して位置する二つの縁部１８ａ，１８ｂのうち先頭側の縁部１８ａが検出される。上記先頭側の縁部１８ａの検出は、上記撮像手段５の画像が暗から明に変化する瞬間をとらえることにより検出することができる。そして、上記先頭側の縁部１８ａが検出されると、その位置データＰ１がステージ１の位置センサーの出力により取得される。
【００４４】
さらに、撮像手段５の画像が明から暗に変化する瞬間をとらえて、ピクセル１８の搬送方向後尾側の縁部１８ｂが検出されると、その位置データＰ２がステージ１の位置センサーの出力により取得される。
【００４５】
そこで、上記二つの位置データＰ１，Ｐ２を用いて、ピクセル１８の二つの縁部１８ａ，１８ｂ間の中心位置Ｐ０が演算部３０で（Ｐ１＋Ｐ２）／２を演算することで算出される。この演算部３０で演算された中心位置Ｐ０とメモリ３１に記憶されている第１回目の露光光照射の予測位置とが一致した位置を第１回目の露光光照射基準位置として、メモリ３１に再度記憶させる。
【００４６】
引き続きカラーフィルタ基板７は、図１に示す矢印Ａ方向に搬送される。ステージ１の図示しない位置センサーから常時出力されるカラーフィルタ基板７の位置データとメモリ３１に再度記憶させた第１回目の露光光照射基準位置のデータが比較される。そして、両データが一致したとき、光源３を点灯駆動する作動信号が光源駆動コントローラ２８から光源３に出力され、光源３が所定時間だけ点灯される。これにより、光源３から所定時間だけ露光光が放射され、フォトマスク１０のマスクパターン１１がカラーフィルタ基板７のピクセル１８上に露光される。
【００４７】
以後、カラーフィルタ基板７の搬送方向に沿って並ぶ各ピクセル１８の中心Ｐ０が検出される毎に、第２回目以降の露光光照射基準位置としてメモリ３１に記憶させ、カラーフィルタ基板７が搬送されて、第２回目以降の露光光照射位置に達する毎に光源３を点灯駆動する作動信号が光源駆動コントローラ２８から光源３に出力され、光源３が所定時間だけ点灯される。これにより、カラーフィルタ基板７の各ピクセル１８上にフォトマスク１０のマスクパターン１１が露光される。さらに同様の動作を繰り返すことで、カラーフィルタ基板７全面のピクセル１８上に、フォトマスク１０のマスクパターン１１が露光される。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、露光光の照射及び停止の制御を光源の点灯及び消灯の制御により行なう場合について説明したが、本発明はこれに限られず、シャッターの開閉により露光光の照射及び停止の制御を行なってもよい。
【００４９】
さらに本実施の形態においては、照明手段９をステージ１の下方に設けて背面照明とした場合について説明したが、本発明はこれに限られず、上記ステージ１の上方に設けて落射照明としてもよい。
【００５０】
そして、以上の説明においては、被露光体がカラーフィルタ基板７である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、被露光体は、所定の基準パターンがマトリクス状に設けられたものであれば如何なるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による露光装置の実施形態を示す概念図である。
【図２】上記露光装置において使用されるフォトマスクの平面図及び断面図である。
【図３】上記露光装置において使用されるカラーフィルタ基板の平面図である。
【図４】上記カラーフィルタ基板に形成されたアライメントマークの詳細図である。
【図５】上記露光装置に備えられた撮像手段の光学距離補正を示す説明図である。
【図６】上記露光装置の制御手段の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ステージ
２  マスクステージ
３  光源
４  集光レンズ
５  撮像手段
６  制御手段
７  カラーフィルタ基板
１０  フォトマスク
１１  マスクパターン
１４  撮像窓
１７  アライメントマーク
１７ａ、１７ｂ  細線状パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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