偏振光照射裝置的製作方法
2023-05-03 18:43:31
專利名稱：偏振光照射裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及適合於液晶顯示元件的取向膜的光取向的偏振光照射裝置，尤其涉及可以防止消光比下降和偏振軸的偏差的偏振光照射裝置。
背景技術：
近年來，關於以液晶面板為首的液晶元件的取向膜、或視場角補償薄膜的取向層等的取向處理，採用通過對取向膜照射預定波長的偏振光來進行取向的、被稱作光取向的技術。以下，將設有利用上述光進行取向的取向膜或取向層的薄膜等、利用光來產生取向特性的膜和層統稱為光取向膜。
但是，在液晶元件的取向膜的取向中，如圖6所示，將1個像素分割成2個或這以上，對分割的每個像素改變液晶的取向方向，由此進行液晶面板的視場角的改善。並且，在圖6中，由黑矩陣包圍的區域為各像素P1、P2、P3...，在該圖中作為一例示出將像素P2分割成4個，改變了取向方向(該圖的箭頭)的例子。該方法稱為像素分割法、或多區域(Multidomain)法。
在將光取向適用於上述像素分割法時，使用掩膜對像素的分割的一個部分照射具有期望的偏振方向(偏振軸的方向)的偏振光，接著更換掩膜，或者，使掩膜相對於工件水平旋轉，在從工件看與最初偏振方向不同的方向上照射分割後的其他部分。通過僅重複分割數目，可以改變每個分割像素的液晶取向方向。
再者，對光取向膜賦予預傾角的情況下，從與預傾角相應的角度傾斜地向取向膜照射光。
作為將光取向適用於上述像素分割法、並對光取向膜從斜向照射光的曝光方法和光照射裝置，已知的有例如專利文獻1和專利文獻2記載的技術。
圖7表示用於將光取向適用於像素分割時的偏振光照射裝置的一例。
偏振光照射裝置包括射出偏振光的光照射部10、保持形成有圖案的掩膜M的掩膜臺20、及載置形成有取向膜的基板W的工作檯30。
掩膜M通過真空吸附等被保持在工作檯20的下面，使形成有光取向膜的基板W和掩膜M接近到數十μm至數百μm進行曝光。
圖8是表示所使用的掩膜M的一例的圖。如該圖所示，在掩膜M的、與分割後的像素(以圖的虛線包圍的區域相當於1個像素)的一個區域對應的位置上設置開口部OP，標記了用於對準的掩膜對準標記MAM。
在圖7中，被載置在工作檯30上的基板W由未圖示的對準顯微鏡檢測出上述掩膜對準標記MAM、和形成在基板上的工件對準標記(未圖示)；移動工作檯30，以便兩者成為預定的位置關係；並進行掩膜M和基板W的對準。對於對準方法例如可以採用上述專利文獻1所記載的方法。
在光照射部10中設置有發射如上所述地使取向膜取向的波長的光(例如、紫外光)的光源11(例如，超高壓水銀燈和反射鏡)，來自光源11的光由平面反射鏡12反射，入射到偏振元件13被偏振。在該圖中，作為偏振元件13示出將多個玻璃板以相對於光軸成布魯斯特角(Brewster Angle)的方式配置的元件。由偏振元件13偏振的光，入射到用於使照度分布均勻的積分器14，自積分器14射出的光被準直鏡(collimator mirror)15反射，成為平行光從光照射口10a射出。
光照射部10除光射出口之外由外裝蓋16覆蓋，避免光從光照射部10漏洩、或光進入光照射部10。
再者，為了對光取向膜賦予預傾角，自光照射部10射出的偏振光經由掩膜M，使入射角度相對於基板W的取向膜成θ地傾斜入射。
入射到取向膜的偏振光的消光比、偏振方向(以下也稱為偏振軸)和入射角度θ事先通過實驗求出最佳值。
偏振光的偏振方向和取向膜的入射角度，使偏振元件13以光軸為旋轉軸而旋轉，或調整準直鏡15的反射角度，調整成通過實驗求出的期望的值。
專利文獻1日本特許第3540174號公報專利文獻2日本特許第3458733號公報專利文獻3日本特開平4-110855號公報專利文獻4日本特開平10-198039號公報專利文獻5日本特開2002-287147號公報在上述偏振光照射裝置中，來自光照射部10的偏振光經由掩膜M被照射到工件W上。當由上述結構的偏振光照射裝置向掩膜M傾斜照射光時，在偏振方向上產生偏差。
本發明者發現當偏振光相對光學元件傾斜入射而透射時，該偏振軸旋轉、即偏振方向變化，考慮上述偏振方向的偏差的原因在於向掩膜M的偏振光的入射角度一部分不同。
圖9是向掩膜所使用的同質的石英玻璃(厚度1.1mm)以各種不同角度入射偏振光時，測量了透射光的偏振軸的旋轉角度的圖，寫在該圖的橫軸下方的角度表示旋轉角度。圖9(a)是偏振方向為圖面前後的情況，圖9(b)是偏振方向為圖面左右的情況。如該圖所示地透射了石英玻璃的偏振光，其偏振方向變化。
在圖7的偏振光照射裝置中，入射到掩膜M的偏振光由準直鏡15形成平行光，掩膜面若為平面，在整個掩膜面入射的偏振光的角度相等。因此，即使從掩膜M射出的偏振光的偏振軸旋轉，若事先求出相對入射角度的偏振軸的旋轉角度、修正該角度部分，則沒問題。
但是，當掩膜M因自重而彎曲時，即使對掩膜M照射平行光，也如圖10所示，根據入射位置對掩膜面不同角度(θ1≠θ2，…≠θ4)入射光。由於如圖9所示地因入射角度而偏振軸的旋轉角度不同，所以，如上所述，入射到掩膜M的光的角度不同，就如上所述地偏振軸的方向產生偏差。
例如專利文獻3、4所述，已知工作檯上保持的掩膜因自重而產生彎曲，掩膜越大型化、該彎曲量越大。
例如，上述以往技術的偏振照射裝置使用的掩膜隨著基板的大型化而大型化，是1300mm×1100mm～1400mm×1200mm、厚度為13mm～15mm的基板，該彎曲量也隨掩膜的保持方法，但在300μm～500μm程度。
如上述專利文獻3、4所述，當掩膜彎曲時，在曝光時掩膜和基板的間隔不恆定，曝光精度變差。但是，在光取向所使用的偏振光照射裝置中，除上述之外，還產生如下所述的問題。
(i)當掩膜彎曲時，即使平行光入射，亦如上述圖10所示，入射角度根據位置變化。因此，如上所述地出射的偏振光的偏振軸方向變化。
因此，照射到取向膜的偏振光的偏振軸根據位置而不同，在照射面內偏振軸的方向產生偏差。
當用偏振軸產生偏差的偏振光進行光取向處理時，產品即液晶元件的對比度根據位置而不同，成為看到不均勻的產品那樣的不合格的原因。
(ii)例如專利文獻5的段落 ～ 所記載，當偏振光透射有歪斜的光學元件時，消光比下降。當掩膜彎曲時，因掩膜產生歪斜，所以消光比下降。
當消光比下降時，因限制取向膜的取向的力量減弱，所以無法使液晶充分取向，成為產品不良的原因。
因此，矯正掩膜的彎曲，期望使彎曲量縮小到例如100μm以下左右。
在上述專利文獻3、4中，作為用於防止掩膜彎曲的方法記載著如下方法在掩膜的光入射側設置密閉空間，通過對該空間進行減壓，由壓力差抬起掩膜，矯正為平面。
但是，在這種方法中，在掩膜的光入射側重新設置用於形成減壓用的密閉空間的、透射光的構件(光透射窗)。但是，該光透射窗因自重產生彎曲，除此之外具有作為壓力隔壁的作用，所以由壓力差進一步增加彎曲和歪斜。
因此，雖然可以消除掩膜的彎曲，但是成為所追加的光透射窗偏振軸偏差或消光比下降的新原因，所以無法解決消光比下降或偏振軸偏差的問題。
發明內容
本發明是鑑於上述事情做出的，其目的在於，在偏振光的光路徑中不設置光學元件並消除掩膜的彎曲，防止因掩膜的彎曲而產生的消光比下降或偏振軸的偏差。
在本發明中如下地解決上述課題。
在偏振光照射裝置的光照射部中，將從偏振元件的入射側到掩膜的光入射側空間的壓力設為低於掩膜的光射出側空間的壓力。
具體而言，將從設置在上述偏振元件的光入射側的隔壁到掩膜面做成密封空間，使該空間的壓力比掩膜的射出側空間的壓力低。
通過做成上述結構，在掩膜的光射出側(外側)和光入射側(內側)產生壓力差，被掩膜臺保持的掩膜，從壓力高的光射出側朝向壓力低的光入射側被推壓抬起，彎曲被矯正。
在此，當設壓力為P、掩膜的面積為A、掩膜的質量為m、重力加速度為g時，矯正掩膜彎曲的壓力理論上根據P＝mg/A求出。
例如，當設面積為1400mm×1200mm、比重為2.2、厚度為15mm時，若設掩膜的光射出側為大氣壓即0.1MPa時，在掩膜的光入射側產生大約320Pa的差壓即可。
如此一來，用於矯正掩膜彎曲的壓力差(差壓)小，即使有些洩漏，也可以比較容易實現。在此所述的密封空間，若施加該程度的壓力差即足夠。
例如，即使不是嚴密密閉，在掩膜臺上設置掩膜移動機構時，雖然由該移動部的間隙等產生洩漏，但是做成縮小空氣流入的流路而傳導率(conductance)增大的構造即可。
發明效果在本發明中，可以取得以下效果。
(1)在從偏振元件到工件之間、即偏振光通過的區域，不重新設置光學元件，可以防止掩膜的彎曲，所以可以防止消光比的下降和偏振軸的偏差。
因此，例如進行液晶元件的光取向處理的情況下，可以解除如對比度因位置而不同、看到不均勻的問題，解除因消光比下降不能使液晶充分取向的問題。
並且，即使在偏振元件的入射側設置透射光的光學構件，由於在該位置光不被偏振，所以不產生偏振方向的變化、偏振軸的旋轉的問題。
(2)可以使掩膜和基板的間隔一定，所以可以防止由掩膜的彎曲產生的曝光精度的惡化。
圖1是表示本發明的第一實施例的偏振光照射裝置的結構的圖；圖2是表示第一實施例的變形例(1)的圖；圖3是表示第一實施例的變形例(2)的圖；圖4是表示本發明的第二實施例的偏振光照射裝置的結構的圖；圖5是表示圖4中掩膜附近的結構例的圖；圖6是說明多區域法的圖；圖7是表示用於在像素分割時應用光取向的偏振光照射裝置的結構例的圖；圖8是表示偏振光照射裝置中使用的掩膜的一例的圖；圖9是說明傾斜入射的偏振光透射石英板時的偏振軸的偏差的圖；圖10是說明掩膜彎曲時的向掩膜的入射角的圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的第一實施例的偏振光照射裝置的結構圖；與上述圖7所示的相同，具有射出偏振光的光照射部10、保持形成有圖案的掩膜M的掩膜臺20、和載置形成有取向膜的基板W的工作檯30。在光照射部10中如上所述設置有放射使取向膜取向的波長的光的光源11，來自光源11的光由平面反射鏡12反射，入射到偏振元件13被偏振。並且，在該圖中，作為偏振元件13，雖然示出配置成多個玻璃板相對於光軸呈布魯斯特角的元件，但也可以使用其他偏振元件。
由偏振元件13偏振的光入射到用於使照度分布均勻的積分器14，從積分器14射出的光被準直鏡15反射而成為平行光從光照射口10a射出。
如上所述，掩膜M以真空吸附等保持在掩膜臺20的下面，使形成有光取向膜的基板W和掩膜M接近於數十μm至數百μm進行曝光。
再者，如上所述地用未圖示的對準顯微鏡檢測出上述掩膜對準標記和形成在基板上的工件對準標記，移動工作檯30使兩者成為預定的位置關係，進行掩膜M和基板W的對準。
在本實施例中，除上述結構之外，在光照射部10的偏振元件13的光入射側，設置第一隔壁17，在第一隔壁17上設置透射來自光源的光的光透射窗17a。光透射窗17a的構件使用透射與掩膜M同質的紫外線的石英玻璃。從光源11射出的光經由隔壁的光透射窗17a入射到偏振元件13。
此外，在光照射部10的光射出側設置覆蓋掩膜M和掩膜M的周圍的第二隔壁18。
掩膜M與以往例相同地以真空吸附等保持在掩膜臺20的下面側。
並且，設置有圍起從光照射部10的光射出口10a到第二隔壁18的空間的側壁16a。由此，從第一隔壁17至第二隔壁18的空間S由光照射部的外裝蓋16和重新設置的側壁16a圍起，再者，偏振元件13的光入射側由第一隔壁17封閉，光照射部10的光射出側由掩膜M及覆蓋該掩膜M的周圍的第二隔壁18形成蓋子而封閉。
再者，在光照射部10的空間S部分的外裝蓋16上設置排氣孔16b。在該排氣孔16b上安裝有風扇(吹風機)對空間S進行排氣。空間S如上所述地被封閉，所以被減壓。
由此，被掩膜臺20保持的掩膜M的、光射出側(外側)和光入射側(內側)產生壓力差，被掩膜臺20保持的掩膜M從壓力高的光射出側朝向壓力低的光入射側被推壓而抬起，彎曲被矯正。
並且，在掩膜附近設置差壓計41，測量掩膜M的光入射側和掩膜M的光射出側的壓力差(差壓)。調整空間S的壓力，使該差壓成為預定的值。矯正掩膜M的彎曲的壓力差事先通過實驗或計算求出。
如圖1所示，通過將第一隔壁17設置在偏振元件13的入射側，位於偏振光從偏振元件13到達掩膜的其間的光學構件，全部放置在減壓空間，不施加由壓力差產生的力。因此，不發生彎曲或歪斜。
並且，雖然對第一隔壁17的光透射窗17a施加由壓力差產生的力，但是，在該位置光不被偏振，所以發生彎曲或歪斜也不會產生偏振方向變化或偏振軸旋轉的問題。
但是，使用偏振元件13或積分器14那樣的光學元件形成第一隔壁17並不理想，如果這樣，在對空間S進行減壓時，在偏振元件13或積分器14上施加由壓力差產生的力，所以產生彎曲、歪斜，成為偏振光的偏振軸偏差或消光比下降的原因。
即，包括偏振元件13，不能對位於偏振光到達掩膜M的其間的光學構件施加產生彎曲、歪斜那樣的力。
圖2是上述第一實施例的變形例，圖2是在第一隔壁17上設置排氣孔16b，不安裝風扇(吹風機)40而將上述排氣孔16b經由管道42連接在例如工場的排氣管道上，進行空間S的排氣。
並且，也可以與第一圖同樣地在光照射部10的外裝蓋16上設置排氣孔16b，連接在工場的排氣管道上。
再者，在圖1所示的實施例中，雖然將偏振元件13設置在準直鏡15的光入射側，但是也可以例如圖3所示地在準直鏡15的光射出側設置偏振元件13。
如此，將偏振元件13設置在準直鏡15的光射出側的情況下，可以在準直鏡15和偏振元件13之間設置第一隔壁17』，在第一隔壁17』上設置光透射窗17a。此時，例如將排氣孔16b設置在側壁16a，對由上述第一隔壁17』、掩膜M、及覆蓋該掩膜M的周圍的第二隔壁18、側壁16a形成的空間進行排氣，使壓力下降。
上述光透射窗17a被設置在偏振元件13的光入射側，所以不透射偏振光。因此，設置在偏振元件13的光入射側的光透射窗17a因壓力差而變形，也不會產生偏振方向的變化、偏振軸旋轉等問題。並且，上述第一隔壁17』若位於光源11和偏振元件13之間，可以設置在任一處。
但是，近年來，液晶顯示元件的基板例如2500×2200mm那樣正在大型化。對如此大型的基板的整個區域一起照射偏振光有困難(以下，稱為曝光)。因此，掩膜使用例如仍是1400×1200mm的大小、將1個基板分割成多個曝光區域(在該例中分割成4個)進行曝光的方式。
掩膜和基板的對準，第一實施例的情況下，如上所述地使工作檯30移動而進行。但是，分割曝光的情況下，採用使掩膜移動進行對準的方式的情況多。
即，稱為基板的曝光區域之間的移動的長距離移動是工作檯進行，各曝光區域和掩膜的對準的微小移動是掩膜臺進行。不要求高精度的長距離移動、和微小卻需要高精度的移動的兩種移動，由工作檯和掩膜臺分擔，所以容易控制。
移動掩膜臺的機構的移動部一般使用滾珠軸承等並不密封。因此，如實施例1那樣，從光照射部到掩膜臺為止設置側壁，即使對空間S進行排氣，外部的空氣也從上述移動部的間隙侵入，增大對風扇等排氣機構的負擔。
圖4是表示本發明的第二實施例的偏振光照射裝置的結構的圖，表示應用於如上所述地移動掩膜進行對準的分割曝光的情況的結構。並且，圖5是表示圖4中掩膜臺附近的結構的圖。
如圖4所示，掩膜臺20具有XYθ載物臺50，掩膜M用XYθ載物臺50在X、Y(與掩膜面平行的平面上的正交兩軸)方向上移動，並且進行θ旋轉(圍繞與掩膜面垂直的軸的旋轉)。再者，在掩膜M的周圍設置側壁16a上安裝的突起狀的第二隔壁19，在第二隔壁19和掩膜M的周圍形成有掩膜M用於對準而可以移動旋轉的程度的間隔。如此設置突起狀的第二隔壁19縮小與掩膜M的間隔，由此解決外部的空氣從XYθ載物臺50的移動部的間隙侵入、增大對風扇等的排氣機構的負擔的問題。
其他的結構，與上述圖1所示的第一實施例相同，從光照射部10射出的偏振光經由掩膜M，從傾斜方向照射到工作檯30上的基板W進行曝光。再者，在偏振元件13的光入射側設置第一隔壁17，由安裝在排氣孔16b的風扇40對空間S進行排氣。
圖5是表示上述掩膜附近的結構例的圖。
掩膜臺20包括基座平板53上堅立設置的裝置的框架52上固定的XYθ載物臺保持平板51、和該XYθ載物臺保持平板51上安裝的XYθ載物臺(也有加上Z載物臺的情形)。在XYθ載物臺50的掩膜保持平板50a的表面上形成有真空吸附槽50b，通過對該槽50b提供真空來保持掩膜M。
在光照射部10的外裝蓋16至掩膜臺20之間設置側壁16a，形成了空間S。
如該圖所示，在XYθ載物臺50的各移動部間設置軸承等而有間隙，所以即使對空間S進行減壓，從側壁16a和掩膜保持平板50a之間進入的空氣，如該圖箭頭所示地從XYθ載物臺50的移動部的間隙進入空間S，壓力難以下降，對排氣機構造成負擔。
因此，在掩膜臺20的周圍，如上所述地設置突起狀的第二隔壁19，縮小側壁16a和掩膜保持平板50a的間隔。
在本實施例中，在第二隔壁19和掩膜臺20之間，需要用於微小移動掩膜臺20的間隙(clearance)，所以不能密閉。
但是，空氣流路縮小並增大傳導率，所以流入空間S的空氣量減少，空間S的壓力容易下降。
當設壓力為P、設掩膜的面積為A、設掩膜質量為m、設重力加速度為g時，根據P＝mg/A求出矯正掩膜M的彎曲的壓力，但是為了矯正面積1400mm×1200mm、比重2.2、厚度15mm的掩膜的彎曲，將掩膜的光射出側設為大氣壓即0.1MPa時，若在掩膜的光入射側降低大約320Pa壓力即可。因此，從偏振元件的入射側設置的隔壁到掩膜面的空間的密封程度表示產生在此例示的程度的壓力差。
用圖4表示第二實施例的偏振光照射裝置的偏振光照射過程。
在此說明使用1400×1200mm的掩膜將2500×2200mm的基板分割成4個曝光區域進行曝光的情況。再者，設為像素如圖6所示地4分割成第一～第四區域(部分)進行光取向處理的情形。在此為了避免稱呼的混亂，在圖6的像素P2中，將右上的區域稱為第一部分，將右下的區域稱為第二部分，將左下的區域稱為第三部分，將左上的區域稱為第四部分。
(1)圖8所示的掩膜M安裝在掩膜臺20。由排氣風扇40等的排氣機構對空間S內的空氣排氣，使第一隔壁17和第二隔壁19之間成為負壓。掩膜M抬起，彎曲被矯正。空間S的壓力根據差壓計41的顯示值，通過調整排氣機構的排氣量適當調整。
(2)形成有取向膜的基板W被載置在工作檯30上。工作檯30移動至概略位置，以便基板W的4個曝光區域中第一曝光區域被曝光。
(3)用對準顯微鏡(未圖示)檢測出基板W的第一曝光區域上形成的工件對準標記、和形成在掩膜M上的掩膜對準標記，利用標記載物臺20的XYθ載物臺50移動標記M，進行高精度的對準，使兩者成為預定位置關係。
(4)經由掩膜M，對基板W的第一曝光區域的像素的第一部分，從事先求出的預定的方向、以預定的入射角度照射具有事先求出的預定的偏振方向和消光比的偏振光。
(5)當第一曝光區域的像素的第一部分的曝光結束時，停止偏振光的照射。接著，移動工作檯30，以便第二曝光區域被曝光。與上述相同地進行第二曝光區域和掩膜M的對準，對第二曝光區域的第一部分照射偏振光。接著，進行第三曝光區域的第一部分、第四曝光區域的第一部分的曝光(照射偏振光)。
(6)若像素的第一部分能夠在基板W的整個區域進行曝光時，通過使工作檯30旋轉，使基板旋轉180°。由此，被曝光的位置成為位於以像素中心為中心、與第一部分是點對稱的位置的第三部分。
(7)工作檯30移動為第一曝光區域被曝光。進行第一曝光區域和掩膜M的對準，對像素的第三部分照射偏振光。
(8)接著，進行第二曝光區域的像素的第三部分、第三曝光區域、第四曝光區域的第三部分的曝光(照射偏振光)。
(9)當像素的第三部分的曝光結束時，停止空間S的減壓。將掩膜臺20的掩膜M拆下，並更換為具有與像素的第二部分對應的開口部的掩膜，對空間S進行排氣，成為負壓。
(10)與上述相同地，對第一、第二、第三、第四曝光區域的像素的第二部分進行曝光。180°旋轉基板，曝光第一、第二、第三、第四的曝光區域的像素的第四部分。
以上，以預定的消光比、偏振方向、入射方向、入射角度，對基板的整個區域(從第一至第四的曝光區域)像素的第一～第四部分照射偏振光。
權利要求
1.一種偏振光照射裝置，用偏振元件對來自光源的光進行偏振，將被偏振的光經由形成有圖案的掩膜照射在取向膜上，其特徵在於，將掩膜的光入射側空間的壓力設為低於掩膜的光射出側空間的壓力。
2.如權利要求1所述的偏振光照射裝置，其特徵在於，將從設置在偏振元件的光入射側的隔壁到掩膜面做成密封空間，使該空間的壓力比掩膜的射出側空間的壓力低。
全文摘要
本發明的課題是防止因掩膜的彎曲產生的消光比的下降和偏振軸的偏差。在本發明，從光照射部(10)射出的偏振光經由掩膜(M)，相對於基板(W)的取向膜入射角度呈θ地傾斜入射。在光照射部的偏振元件(13)的光入射側設置具有光透射窗(17a)的第一隔壁(17)，在光照射部的光射出側設置覆蓋掩膜及掩膜的周圍的第二隔壁(18)。從第一隔壁至第二隔壁的空間(S)，用排氣孔(16b)上設置的風扇(40)等的排氣機構進行減壓。由此，被掩膜臺(20)保持的掩膜從壓力高的光射出側向壓力低的光入射側推壓而抬起，矯正由掩膜的自重產生的彎曲。掩膜的彎曲被矯正，所以從光照射部射出的偏振光以相等的角度入射到掩膜，可以防止消光比下降和偏振軸偏差。
文檔編號G02F1/13GK1854900SQ20061007462
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月20日 優先權日2005年4月20日
發明者中村徵司, 田中米太, 辻宏二 申請人:優志旺電機株式會社