露光装置

【課題】基板を連続搬送しながら、基板搬送方向と直交する方向に並べた小型のフォトマスクを用いて露光を行う小型マスク連続露光方式において、露光中の基板とフォトマスクとの位置合わせを高精度に行うことができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光ヘッド３の上流側に傾き観察用の撮像装置８が配置されている。撮像装置８は、基板１０上の露光領域１１内に形成されている遮光層（ブラックマトリックスまたは電極層）を撮影する。撮像装置８によって撮影された画像から、基板搬送方向（ｙ軸）に対する遮光層の傾きが求められる。駆動装置１２は、フォトマスク４を回転させて、ｙ軸に対する画素形成用パターン５の対する傾きを、ｙ軸に対する遮光層の傾きに一致させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタの着色層を形成するために用いられる露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やタッチパネルに用いられるカラーフィルタは、製造コストを低減するため、１枚の大型ガラス基板（マザーガラス）上に複数並べて形成されることが一般的である。大型の液晶表示装置等が普及するのに伴って、ガラス基板のサイズも大型化しているが、ガラス基板の前面に一括して露光できるサイズのフォトマスクを作製すると製造コストの大幅な増大を招く。そこで、着色層の露光工程で用いるフォトマスクのコストを低減するために、ガラス基板より小さなフォトマスクを複数用いた露光方法（以下、「小型マスク露光方式」という）が種々検討されている。
【０００３】
図８は、小型マスク露光方式の概略を示す平面図であり、図９は、図８に示されるフォトマスクの拡大図である。
【０００４】
小型マスク露光方式では、搬送ステージ８１の上方に、基板８３の搬送方向（ｙ軸正方向）に対して直交する方向（ｘ軸方向）に複数の小型のフォトマスク８２を並べて配置し、レジストを塗布した基板８３を図示しない搬送装置によって連続搬送する。搬送される基板８３上に、光源からの光を照射することによって、フォトマスク８２上のパターンが繰り返し転写される。光源としては、連続点灯する光源または点滅式光源のいずれも利用可能である。点滅式光源を用いる場合、光源が点灯する度に基板が所定ピッチだけ搬送されるので、フォトマスク８２を一方向に順次移動させながら複数回のショット露光が行われたことと等しくなる。
【０００５】
基板８３上には、複数の矩形状の露光領域８４が行列状に設けられている。露光領域８４には、複数の画素を区画する格子状の遮光層（ブラックマトリクスや電極層等）が形成されている。露光中には、露光領域８４をカメラで撮像し、撮像した画像から遮光層の位置を検出してフォトマスク８２の位置を調整する。具体的には、フォトマスク８２に設けられたパターン観察用開口部（図示せず）を通じて撮影した基板の画像パターンに基づいて、ｘ軸方向におけるフォトマスク８２と基板８３との位置関係を求め、フォトマスク８２が適切な位置に配置されるように調整を行う。また、点滅式光源を用いる場合は、点灯時にフォトマスク８２の開口パターン８５と、基板８３上の露光対象箇所（画素）とのｙ軸方向の位置が合っている必要があるので、取得した画像パターンに基づいて点滅式光源の点灯タイミングを変化させる。
【０００６】
尚、搬送方向に対してフォトマスク８２が傾いている場合、基板上に設けられた格子状の遮光層に対して着色層がずれて形成されてしまう。これを避けるため、フォトマスク８２を露光ヘッドにセットした際に、フォトマスク８２上の開口パターン８５の整列方向と搬送方向とが一致していることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２９２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０は、遮光層の傾きが生じる原因を説明する図であり、図１１は、フォトマスクに対する遮光層の傾きを説明する図であり、図１２は、遮光層の傾きに起因するカラーフィルタの不具合を説明するための図である。
【０００９】
フォトマスクの初期配置をどれだけ厳密に調整したとしても、以下に挙げる原因により、フォトマスクの開口パターンの整列方向と、遮光層により区画される画素形成領域の整列方向とが一致しない場合がある。
【００１０】
第１に、図１０（ａ）においてハッチングで特定するように、基板８３上で露光領域８４（すなわち、遮光層）自体がずれて形成されることが原因として挙げられる。近年、ガラス基板が大型化しているため、ブラックマトリクス等の遮光層をパターニングするための露光処理は、基板全体に対して一度に行うのではなく、基板より小さなフォトマスクをｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させながら複数回のショットに分けて行うこと（いわゆる、ステップ露光）が一般的である。このステップ露光の各ショット毎に、遮光層露光用のフォトマスクと基板との間に回転方向の位置ずれが生じる場合がある。
【００１１】
第２に、図１０（ｂ）に示すように、基板８３の投入直後の初期配置がずれることが原因として挙げられる。基板８３の初期配置は、基板８３上に設けられたアライメントマークを画像認識することによって調整されるが、アライメントマークの形状または配置がばらつくことによって基板８３が搬送方向に対して傾いて配置されてしまう。
【００１２】
これらの第１または第２の原因により、図１１に示すように、フォトマスク８２上の開口パターンの整列方向（二点鎖線で示す）と、遮光層８９により区画される画素形成領域の整列方向との不一致が生じる。この結果、露光及び現像処理後の基板８３上には、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光層８９によって区画される画素形成領域に対して、着色層８８がｙ軸正方向または負方向にずれ、着色層８８と遮光層８９との間に隙間（いわゆる、白抜け）のある不良品が発生してしまう。
【００１３】
それ故に、本発明は、基板を連続搬送しながら、基板搬送方向と直交する方向に並べた小型のフォトマスクを用いて露光を行う小型マスク連続露光方式において、露光中の基板とフォトマスクとの位置合わせを高精度に行うことができる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】
【００１４】
本発明は、基板を一定方向に連続搬送しながら露光処理を行う露光装置に関するものである。本発明に係る露光装置は、搬送ステージと、各々がフォトマスクと、フォトマスクを回転自在かつ搬送方向及びこれと直交する方向へ平行移動自在に保持する駆動機構とを有し、搬送ステージの上方に、搬送方向と直交する方向に並べて配置される複数の露光ヘッドと、基板上の遮光層とフォトマスク上のアライメントマークとを同時に撮影する第１の撮像装置と、露光ヘッドの上流側に配置され、搬送中の基板上の遮光層を撮像する第２の撮像装置とを備える。露光ヘッドの各々は、フォトマスクと、フォトマスクを回転自在かつ搬送方向と直交する方向へ平行移動自在に保持する駆動機構とを有する。基板上に塗布されたレジストの露光処理中に、駆動装置は、第１の撮像装置によって撮像される画像に基づいて、搬送方向と直交する方向におけるフォトマスクの位置を調整し、第２の撮像装置によって撮像される画像に基づいて、搬送方向に対するフォトマスク上の画素形成用パターンの傾きを、搬送方向に対する遮光層の傾きに一致させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、搬送方向と直交する方向のフォトマスクの位置に加えて、搬送方向に対する基板の傾きを露光処理中に補正することができるので、基板とフォトマスクの位置を高精度に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置を模式的に示す平面図
【図２】図１に示される露光装置の側面図
【図３】実施形態に係る露光装置が行うフォトマスクの配置補正方法を説明する図
【図４】実施形態に係る露光装置によって露光されたカラーフィルタの一部を示す図
【図５】遮光層のステップ露光方法を説明する図
【図６】基板上における露光領域の配置を示す図
【図７】遮光層撮影用の撮像装置の移動を説明する図
【図８】小型マスク露光方式の概略を示す平面図
【図９】図８に示されるフォトマスクの拡大図
【図１０】遮光層の傾きが生じる原因を説明する図
【図１１】フォトマスクに対する遮光層の傾きを説明する図
【図１２】遮光層の傾きに起因するカラーフィルタの不具合を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る露光装置を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示される露光装置の側面図である。
【００１８】
露光装置１は、連続搬送される基板１０に対して露光処理を施すためのものであり、搬送ステージ２と、複数の露光ヘッド３と、フォトマスク追従用の撮像装置７（図２にのみ図示）と、傾き観察用の撮像装置８とを備える。基板１０上には、複数の露光領域１１が所定間隔を空けて行列状に設けられている。露光領域１１の各々には、ブラックマトリクスまたは電極層よりなる遮光層を格子状にパターニングすることによって、複数の画素形成領域が区画されている。
【００１９】
搬送ステージ２は、基板１０の搬送路となるステージであって、例えば、基板の下面にエアーを噴出することによって基板を浮上させることができる。搬送ステージ２上の基板は、図示しない搬送装置によって保持され、露光中にｙ軸正方向へと連続搬送される。
【００２０】
露光ヘッド３は、搬送ステージ２の上方において、搬送方向と直交するｘ軸方向に２行に並べて配置されている。露光ヘッド３の各々は、図２に示すように、フォトマスク４と、フォトマスク４を回転自在かつ平行移動自在に保持する駆動機構１２と、フォトマスク４の上方に配置される光源９とを有している。光源９は、点滅式及び常灯式のいずれであっても良い。
【００２１】
フォトマスク４には、基板１０の露光領域に転写される画素形成用パターン５と、フォトマスク４と基板１０との位置関係を取得するためのパターン観察用開口部６とが形成されている。画素形成用パターン５は、例えば、露光領域１１上の各画素位置に着色層をパターニングするためのものであり、点滅式光源を利用する場合には、行列状にパターンが配列されている（図９参照）。常灯式光源を利用する場合は、画素形成用パターン５は、各画素の列に対応するパターンが縞状に整列したスリットでも良い。画素形成用パターン５は、典型的には開口であるが、グレートーンマスクやハーフトーンマスク等でも良い。
【００２２】
フォトマスク追従用の撮像装置７は、露光ヘッド３の各々に対応して配置され、フォトマスク４に設けられたパターン観察用開口部６を通じて照明光が照射された基板１０上の遮光層と、フォトマスク４上のアライメントマークとを撮像する。撮像装置７によって撮影された画像は、基板１０のｘ軸方向及びｙ軸方向の位置を検出し、ｘ軸方向におけるフォトマスク４の位置と光源の発光タイミング（点滅式光源使用時）をフィードバック制御するために用いられる。
【００２３】
傾き観察用の撮像装置８は、露光ヘッド３より上流側に配置され、搬送中の基板１０上の遮光層を撮像する。撮像装置８によって撮像された画像は、基板１０のｙ軸に対する傾きを検出し、フォトマスク４の回転をフィードバック制御するために用いられる。本実施形態では、３台の撮像装置８がｘ軸方向に所定間隔を空けて並べて配置されている。
【００２４】
撮像装置７及び８は、一例として、図２に示すように、搬送ステージ２の下方に配置されるが、ミラーやプリズムを用いて入射光の光路を折り曲げるなどして、撮像装置７及び８の一方または両方を搬送ステージ２の下方以外の場所に配置しても良い。
【００２５】
着色層の露光処理過程では、ｙ軸正方向に搬送される基板１０に対して光源９からの光を間欠的（点滅光源使用時）若しくは連続的（連続点灯光源使用時）に基板に照射することによって、露光領域上のレジストがパターニングされる。
【００２６】
図３は、実施形態に係る露光装置が行うフォトマスクの配置補正方法を説明する図であり、図４は、実施形態に係る露光装置によって露光されたカラーフィルタの一部を示す図である。図３においては、フォトマスク４に形成された画素形成用パターンの整列方向と、基板１０上の遮光層１３によって区画される画素形成領域１４の整列方向とをいずれも二点鎖線で表している。また、フォトマスク追従用の撮像装置７及び傾き観察用の撮像装置８の位置が破線で示されている。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、フォトマスク４上の画素形成用パターンの整列方向（ｙ軸と平行）に対して、遮光層１３の画素形成領域１４の整列方向が角度θだけ傾いている場合を想定する。このようにｙ軸に対して遮光層１３が傾いた状態で露光処理を行うと、図１２に示したように、遮光層１３に対して着色層がずれて形成され、白抜けを生じてしまう。
【００２８】
そこで、図３（ｂ）に示すように、遮光層１３の傾きに応じて、フォトマスク４の傾きを調整する。具体的には、撮像装置８によって撮像された画像を解析して、ｙ軸に対する遮光層１３の傾き（角度）を検出し、フォトマスク上の画素形成用パターンの整列方向が画素形成領域１４の整列方向に一致するように、駆動機構（図示せず）によってマスク４を破線で示した初期位置から、実線で示した位置まで回転させる。図３（ｂ）の例では、駆動機構は、時計回りに角度θだけフォトマスク４を回転させる。
【００２９】
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトマスクのｘ軸方向の位置ずれが補正される。具体的には、撮像装置７によって撮像された画像を解析して、遮光層１３に対するフォトマスクのｘ軸方向のシフト量を算出し、算出したシフト量だけマスクをｘ軸方向に移動させる。これにより、フォトマスク４の位置は、破線で示した傾き補正後位置から、実線で示した位置へと補正される。
【００３０】
以後、図３（ｂ）及び（ｃ）で説明したフォトマスク４の補正を所定の時間間隔毎に繰り返す。この結果、図４に示すように、遮光層１３の画素形成領域１４に白抜け部分を生じることなく、基板１０の全面に着色層１５を形成することができる。
【００３１】
ここで、傾き観察用の撮像装置８の配置及び移動について説明する。
【００３２】
図５は、遮光層のステップ露光方法を説明する図である。図５において、実線で描いた矩形は基板（マザーガラス）を表し、破線、一点鎖線、二点鎖線、点線で描いた矩形はいずれも１ショットの露光処理で露光対象となる領域を表す。ローマ数字は、各ショットの番号を表す。図５では、露光対象領域が重なっているが、実際の露光処理時には、複数の露光ショットで基板上の同一箇所が重複して露光されないように、既に露光された領域は、遮光板等を用いて遮光される。
【００３３】
上述したように、遮光層は、基板より小さなフォトマスクを用いて、露光とフォトマスクの移動とを交互に繰り返すステップ露光によってパターニングされる。遮光層の傾きは、露光ショット毎にフォトマスクの配置精度に誤差が生じることに起因する。したがって、着色層のパターニング時に用いる傾き観察用の撮像装置の数は、ｘ軸方向の露光ショット数以上であれば良い。この場合、異なる露光ショットで露光された遮光層のそれぞれに対応して傾き観察用の撮像装置を配置できるので、基板のどの箇所で遮光層の傾きが生じたとしても、遮光層の傾きにフォトマスクの傾きを一致させることができる。尚、着色層のパターニング工程では、基板１０はｙ軸方向に搬送されるので、ｙ軸方向に撮像装置を並べて配置する必要はない。
【００３４】
代表的な例を挙げると、図５に示すように、遮光層は、１枚の基板１０に対して、４ショットまたは６ショットの露光を行うことによってパターニングされる。この場合、ｘ軸方向には、２または３ショットの露光が行われるため、図１に例示したように、３台の撮像装置８をｘ軸方向に並べて配置しておけば、図５（ａ）〜（ｃ）のいずれのステップ露光方法が採用された場合でも、異なる露光ショットで露光された箇所のそれぞれに対応するように撮像装置８を配置することができる。
【００３５】
図６は、基板上における露光領域の配置を示す図であり、図７は、遮光層撮影用の撮像装置の移動を説明する図である。
【００３６】
図６に示すように、１枚の基板１０には、複数の露光領域１１（カラーフィルタに対応）が設けられるが、露光領域の１１のレイアウトはカラーフィルタのサイズに応じて様々である。傾き観察用の撮像装置８のｘ軸方向の位置が固定されていると、基板１０上の露光領域のレイアウトによっては、図７の破線で示すように、隣接する露光領域１１に挟まれた非露光領域の延長線上に配置される場合があり、遮光層を撮影することができない。
【００３７】
そこで、傾き観察用の撮像装置８は、図示しない駆動機構によって、ｘ軸方向に移動自在である。このように撮像装置８が移動自在であれば、ｘ軸方向の位置を調整することによって、様々な露光領域１１のレイアウトに対応することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では、ｘ軸方向に移動自在な観察用撮像装置を設けた例を説明したが、ｘ軸方向の十分な数の撮像装置を配置した場合には、撮像装置はｘ軸方向に移動自在でなくても良い。
【００３９】
また、点滅式光源と、ドット状の着色層形成パターンを有するフォトマスクとを組み合わせて使用する場合、光源が点灯する度に着色層形成パターンと遮光層との位置を合わせる必要がある。この場合、撮像装置７によって撮影された画像に基づいて、ｘ軸方向にフォトマスクを平行移動させると共に、点滅式光源の発光タイミングを変化させることによって、基板とフォトマスクとの位置調整を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、カラーフィルタ等の製造時に露光処理を行う露光装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１露光装置
２搬送ステージ
３露光ヘッド
４フォトマスク
５画素形成用パターン
７撮像装置
８撮像装置
９光源
１０基板
１１露光領域
１２駆動機構
１３遮光層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を一定方向に連続搬送しながら露光処理を行う露光装置であって、
搬送ステージと、
各々がフォトマスクと、前記フォトマスクを回転自在かつ搬送方向と直交する方向へ平行移動自在に保持する駆動機構とを有し、前記搬送ステージの上方に、前記搬送方向と直交する方向に並べて配置される複数の露光ヘッドと、
前記基板上の遮光層と前記フォトマスク上のアライメントマークとを同時に撮影する第１の撮像装置と、
前記露光ヘッドの上流側に配置され、搬送中の前記基板上の前記遮光層を撮像する第２の撮像装置とを備え、
前記基板上に塗布されたレジストの露光処理中に、前記駆動装置は、前記第１の撮像装置によって撮像される画像に基づいて、前記搬送方向と直交する方向における前記フォトマスクの位置を調整し、前記第２の撮像装置によって撮像される画像に基づいて、前記搬送方向に対する前記フォトマスク上の画素形成用パターンの傾きを、前記搬送方向に対する前記遮光層の傾きに一致させる、露光装置。
【請求項２】
複数の前記第２の撮像装置が、所定間隔を空けて前記搬送方向と直交する方向に並べて配置される、請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２の撮像装置は、前記搬送方向と直交する方向に移動自在である、請求項１または２に記載の露光装置。

【図１】