JPH11119439A

JPH11119439A - 液晶マスク式露光マーキング装置

Info

Publication number: JPH11119439A
Application number: JP9284854A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Sasaki; 弘治佐々木; Koji Kuwabara; 皓二桑原; Hiroyuki Kagawa; 博之香川; Katsumi Kondo; 克己近藤; Shinichi Komura; 真一小村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、露光マーキングの処理時間の短縮化
および高効率で鮮明な露光マーキング技術を確立するこ
とを課題とする。【解決手段】ＹＡＧレーザの第３高調波である波長３５
５ｎｍのレーザ光を発振するレーザ発振器１からの紫外
線レーザ光２を加工室１３内の被露光部材である液晶デ
ィスプレイ用ガラス基板１２上の所望の位置に一括的に
効率よく露光マーキングするようにしており、そのため
に１／２波長板４，レーザビーム拡大レンズ系５，偏光
ビームスプリッタ９，反射鏡１０，加工室１３、及び縮
小結像レンズ１１とを備えるとともに、紫外線レーザ光
透過型の露光パターン作成用の液晶パネル式マスク６を
用いることにより上記課題を解決している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶マスク式露光マ
ーキング装置に係り、特に、ホトレジストが塗付された
光感光部材に紫外線露光マーキングをする例えば液晶デ
ィスプレイに好適な液晶マスク式露光マーキング装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶パネルを用いた平面ディス
プレイでは、その製造工程において液晶パネルを構成す
るガラス基板やカラーフィルターには生産管理を目的と
して管理番号をマーキングしている。

【０００３】その際のマーキングの第１の従来技術とし
ては、レーザ光を用いた直描型と、紫外線を用いた露光
型に大別され、それらは、また金属マスクを用いたもの
と一筆書き型とに分かれていた。紫外線を用いた金属マ
スク露光は、光源としてランプ（水銀ランプ等）の紫外
光のみを選択して利用するものであり、また、紫外線を
用いた一筆書き露光では細いビームの紫外線レーザ光を
スキャンミラー等でスキャンして露光マーキングするも
のである。

【０００４】さらに第２の従来技術としては、図１４に
示すように、光源１０１にランプを使用し、液晶パネル
１０３の画素で露光パターンを作成して液晶パネル１０
３を通過した光を結像レンズ１０４により、液晶パネル
面の露光パターン像をプリント基板１０５に結像させる
ことで露光マーキングするものが、例えば特開昭62−44
718 号公報で提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
従来技術のものは、以下の点について配慮されていな
い。即ち、第１の従来技術のものは、管理番号が変わる
毎にマスクの交換が必要であることや、一筆書き方式で
はレーザ光をスキャンミラー等でスキャンすることから
短時間でマーキングパターンを書くのに適していなかっ
た。そのため枚葉式といわれる大型の基板（１ｍ×１
ｍ）から数枚の基板を取り出すような場合には、大型基
板の１０箇所以上にマーキングしなければならず、高速
処理機能を有することに配慮されていなかった。

【０００６】第２の従来技術のものは、液晶パネルをマ
スクとして使うことから、その点では高速処理機能を有
するが光源がランプであることから、その露光に寄与す
るエネルギーが大きくとれないため、結果として露光処
理時間を短くすることができず、上記と同様に高速処理
機能を有することに配慮されていなかった。

【０００７】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的とするところは、露光マーキング
の処理時間を短縮できることは勿論、鮮明なマーキング
が可能な液晶マスク式露光マーキング装置を提供するに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、露光用の光源を紫外線レーザ発振器とする
と共に、液晶パネル型マスクの後段に偏光ビームスプリ
ッタを配置し、前記液晶パネル型マスクのマスクパター
ンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線レーザ
光とを、この偏光ビームスプリッタで分離し、該偏光ビ
ームスプリッタで分離されたマスクパターンを通過した
紫外線レーザ光を縮小結像光学系を介して被露光物に照
射してマーキングすることを特徴とする。

【０００９】また、前記液晶パネル型マスクがドット状
の液晶画素で構成されており、該液晶パネル型マスクの
液晶分子初期設定ツイスト角が１８０〜２７０度である
ことがより好ましい。

【００１０】即ち、本発明では露光用の光源として紫外
線レーザを用い、液晶パネルを露光用マスクとすること
で、文字や図形の露光パターンを制御用コンピュータか
らの電気信号によって短時間で自在に変えることが可能
であり、更に、液晶パネルを紫外線レーザに対して透過
性が高いもので構成することによって、処理時間が短く
的確に露光マーキングを行うことを特徴とするものであ
る。

【００１１】上記のことより、大きな１枚の基板から製
造時の前工程終了後に数枚の基板に分割する枚様式液晶
ディスプレイ基板では、前工程段階で露光マーキングを
行うためマーキングするパターンは分割される基板毎に
違うことになる。しかし、液晶パネルをパターンマスク
として用いることにより、短時間でマスクパターンを切
り替えることが可能となる。また、紫外光がレーザ光で
あることから、レーザ光の指向性が良いという特徴によ
りレンズ等による光の集光性が良いため露光するエネル
ギー密度を高めることができ、露光照射時間を短くする
ことが可能になる。従来例にあげたようなランプからの
紫外線を用いた場合に比較して、露光処理時間を短くで
き生産効率の良い液晶マスク式露光マーキング装置を提
供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図によ
り説明する。図１は本発明の液晶マスク式露光マーキン
グ装置の一実施例を示している。

【００１３】本実施例の液晶マスク式露光マーキング装
置は、図１に示すように、レーザ発振器１から発振する
波長３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）の紫外線
レーザ光２を、加工室１３内の被露光部材である液晶デ
ィスプレイ用ガラス基板１２上の所望の位置に一括的に
効率よく照射し露光マーキングするようにしてあり、そ
のために１／２波長板４，レーザビーム拡大レンズ系
５，露光パターン作成用の液晶パネル型マスク６，偏光
ビームスプリッタ９，反射鏡１０，加工室１３、及び縮
小結像レンズ１１とを備えている（これらの詳細につい
ては後述する）。本実施例の構成を述べる前に、本実施
例で扱う液晶ディスプレイパネルについて述べる。液晶
ディスプレイパネルにはパッシブマトリクス方式とアク
ティブマトリクス方式があり、現在はアクティブマトリ
クス方式であるＴＦＴ(Thin FilmTransistor）型液晶デ
ィスプレイが主流となっている。

【００１４】このＴＦＴ型液晶ディスプレイの一般的断
面構造を図２に示す。図の下側より、偏光板２０ａ，ガ
ラス基板２１ａ，ＴＦＴアレイ２２，配向膜２３ａ，液
晶層２４，配向膜２３ｂ，対向透明電極２５，カラーフ
ィルター２６，ガラス基板２１ｂ，偏光板２０ｂの積層
構造になっている。ＴＦＴ部２７を含んだ円弧２８の部
分で１画素を構成しており、これがマトリクス状に配置
されている。本発明で扱う対象は、この中でガラス基板
２１ａ上に形成されたＴＦＴアレイ２２を作成するアレ
イ工程に関するものであり、また、カラーフィルター２
６の製作工程に関わるものである。ＴＦＴアレイ工程で
は、半導体プロセスと同様の写真刻印工程技術(Photo E
ngraving Process：以下、ＰＥＰと略記する）を多く利
用する。ＰＥＰ工程の概略を述べると、以下のようにな
る。

【００１５】即ち、金属（Ｍｏ，Ｃｏ，ＩＴＯ膜等）が
蒸着されたガラス基板上に紫外線で感光するホトレジス
トを塗布し、その上にパターンマスクを載せて紫外線を
照射する。マスクによって紫外線がさえぎられた部分の
ホトレジストは硬くなり、逆にマスクによる遮蔽がなく
紫外線が照射された部分のホトレジストは柔らかくな
る。このようなホトレジストをポジ型レジストといい、
この逆のタイプのホトレジストをネガ型レジストとい
う。次に硬化した部分のレジストを現像液で処理し除去
する。そして、除去したレジストの下にあった不要の金
属膜部分をエッチング処理にて取り除き、最後に残され
ていたレジスト膜を除去することで一連のＰＥＰ工程が
終了する。このようなＰＥＰ工程を何回か繰り返すこと
で半導体素子や回路パターンを形成することになる。上
記のアレイ工程でのＰＥＰ工程において使用される紫外
線光源は一般的に水銀ランプ等の紫外線ランプが使用さ
れており、マスクには金属製のマスクが使用されてい
る。

【００１６】本発明は、このアレイ工程で使用する金属
マスクに代わるものとして液晶マスクを使用し、紫外線
光源としては、紫外線レーザ光を使用することを特徴と
している。特にアレイ工程の一部であるガラス基板の製
造管理番号を刻印するのに最も適している。

【００１７】このような液晶ディスプレイ製造工程に使
用される本発明の構成を説明すると、レーザ発振器１は
紫外線レーザ光２を発振するものであって、本例では例
えばＹＡＧレーザの基本波である１０６４ｎｍの波長の
赤外光を、非線形光学素子（例：ＫＴＰ，ＢＢＯ，ＬＢ
Ｏ等）を通過させて第３高調波の紫外線レーザ光２（波
長３５５ｎｍ）をパルス発振する固体レーザ発振装置で
ある。また、この紫外線レーザ光２の偏光は一つの偏光
方向だけをもつ直線偏光のレーザ光であり、光シャッタ
３を通過した紫外線レーザ光２を１／２波長板４によっ
て偏光角度が液晶パネル型マスク６の最適入射偏光角度
になるように偏光方向を回転させる。さらに、レーザビ
ーム拡大レンズ系５によって液晶パネル型マスク６のレ
ーザ光透過面の全面に入射する大きさになるように紫外
線レーザ光２を拡大する。本例では、液晶パネル型マス
ク６のレーザ光透過面の大きさは、３５mm×６５mmであ
り、レーザビーム拡大レンズ系５に入射する前の紫外線
レーザ２のビーム径は１〜２mm径となっている。つま
り、レーザビーム拡大レンズ系５では、ビーム径は１〜
２mm径の紫外線レーザ光２を３５mm×６５mmの紫外線レ
ーザ光２に拡大するように構成されており、拡大された
紫外線レーザ光２は液晶パネル型マスク６に入射する。
液晶パネル型マスク６は予め制御装置７及び駆動電源８
によって露光用マスクパターンが作成されている。紫外
線レーザ光２が、この液晶パネル型マスク６を通過する
と、マスクパターンが作成されている部分を通過したレ
ーザ光とそれ以外の部分を通過したレーザ光では液晶パ
ネル型マスクによってレーザ光の偏光方向が違ってく
る。そこで、この偏光方向の違う二つのレーザビームを
分離するために偏光ビームスプリッタ９を設けている。
この偏光ビームスプッタ９によって、マスクパターン部
を通過した紫外線レーザ光２は紫外線レーザ光２ａとし
て偏光ビームスプリッタ９を通過し、それ以外の部分を
通過した紫外線レーザ光２は紫外線レーザ光２ｂとして
反射されることになる。その結果、マスクパターンを形
成した紫外線レーザ光２ｂだけが反射鏡１０によって反
射され、加工室１３内に設置された縮小結像レンズ１１
によって液晶パネル型マスク６上に形成されたマスクパ
ターン像を露光マーキングされる液晶ディスプレイ用ガ
ラス基板１２に縮小転写する。

【００１８】本実施例では露光用光源としてＹＡＧレー
ザの第３高調波である紫外線レーザを用いたことによ
り、レーザ光の集光性が良いという特徴を生かすことが
できることから微細でコントラストの高い露光マーキン
グができる。また、紫外線レーザとしてエキシマレーザ
（波長：３０８ｎｍ，２５４ｎｍ，１９８ｎｍ等）を用
いても同様の効果が得られると共に、エキシマレーザで
はＹＡＧレーザの第３高調波に比べて高いエネルギー強
度が得られることから、大面積の一括露光マーキグが可
能であり、さらには露光マーキング時間の短縮が可能に
なる効果がある。次に液晶パネル型マスク６の詳細につ
いて述べる。図３には本実施例に用いた液晶パネル型マ
スク６の断面図を示す。該図において３０ａ，３０ｂは
ガラス基板であり、各々の基板上に２４０μｍ幅の画素
電極（透明電極）膜３１，３２が等間隔で形成されてお
り、それが格子状になるように対向している。この画素
電極膜３１，３２はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜で構
成されている。このＩＴＯ膜の上層にはポリイミド樹脂
を溶剤で溶かしたものを塗布して、液晶分子の配向方向
を決めるための溝が形成された配向膜３３ａ，３３ｂが
ある。そして、液晶層のギャップ長を決めるビーズ玉で
できたスペーサ３５があり、ガラス基板の周囲をシール
剤で封止し、液晶材３４を注入して完全に封止すること
で液晶パネルが構成されている。一般に単純マトリクス
型液晶パネルと呼ばれているものである。

【００１９】この単純マトリクス型の液晶パネルは、主
に２種類に分類され、ＴＮ(TwistedNematic）型とＳＴ
Ｎ（Super-Twisted Nematic）型とがある。ＴＮ型は上
記配向膜により液晶分子の長軸方向が電極面と平行にな
るように配置されるとともに、一方の電極基板から他方
の電極基板に向かっていく間で分子の長軸方向が９０°
以下に漸次ツイストするように配列されている。これに
対してＳＴＮ型では液晶分子の長軸方向が電極面と平行
になるように配置されるとともに、一方の電極基板から
他方の電極基板に向かっていく間で分子の長軸方向が１
８０〜３６０°漸次ツイストするように配列されてい
る。又、ＴＮ型は液晶層ギャップ間に加えられた電界に
対する液晶分子の旋光性を利用するのに対して、ＳＴＮ
型は同様の電界に対して液晶分子の複屈折性を利用して
いる。本実施例では、簡単な構成で文字パターンを表現
できる時分割駆動方式のＳＴＮ型液晶パネルを使用し
た。液晶層ギャップ間での液晶分子長軸方向の初期回転
角度は２４０°である。

【００２０】図４，図５には本実施例であるＹＡＧレー
ザの３倍波で波長が３５５ｎｍの直線偏光紫外線レーザ
光が入射した場合の動作原理を示す。両図ともレーザ光
が紙面裏側より液晶パネル型マスク６に入射した場合の
画素電極に電圧を加えないとき（図４）と電圧を加えた
とき（図５）のレーザ光の偏光方向の違いについて示し
ている。

【００２１】図４の画素電極に電圧を加えない場合で
は、前記したように電極基板間で液晶分子の長軸方向が
２４０°漸次ツイストするように配列されており、矢印
４０の方向がレーザ光入射側の液晶分子長軸方向であ
り、矢印４１の方向がΦ＝240°回転したレーザ光出射
側の液晶分子長軸方向になっている。この状態で直線偏
光の紫外線レーザ光２が矢印４０の方向に対してＬθ＝
４５°の偏光方向で入射した場合、液晶分子の複屈折性
により出射レーザ光は入射レーザ光の偏光軸に対してＰ
θ＝１２０°の矢印４３ａの方向に偏光の主成分をもつ
楕円偏光の紫外線レーザ光２ｂとなる。一方、図５の画
素電極に液晶分子を駆動させるに充分な電圧を加えた場
合にはＰθ＝３０°の矢印４３ｂの方向に偏光の主成分
をもつ楕円偏光の紫外線レーザ光２ａとして出射する。

【００２２】図６には本実施例における紫外線レーザ光
２ａの印加電圧Ｖｏｐに対する透過率Ｔの特性を示し
た。Ｎの特性曲線は選択画素（電圧を印加した画素）の
透過率特性であり、Ｎｓは選択画素に隣接する非選択画
素(電圧を印加していない画素）の透過率特性である。
つまり、選択画素に電圧を印加して上昇させていくと隣
接した非選択画素の方にも電圧がもれて印加されること
により、非選択画素でありながらレーザ光を透過するよ
うになる特性がＮｓ曲線である。ここで、選択画素特性
Ｎの相対透過率Ｔが９０％変化する電圧は、選択画素の
動作飽和駆動電圧Ｖｓ−ｓａｔと一般的に定義され、非
選択画素特性Ｎｓの相対透過率Ｔが１０％変化する電圧
は、非選択画素の動作閾値電圧Ｖｎｓ−ｔｈと定義され
ている。また、Ｖｓ−ｓａｔとＶｎｓ−ｔｈ間でのＮ特
性とＮｓ特性との透過率Ｔの比をコントラストｋと定義
し、明暗の度合を表わしている。つまり、Ｖｎｓ−ｔｈ
がＶｓ−ｓａｔより十分に大きければ広い動作電圧領域
で高いコントラストがとれることになる。

【００２３】本発明に関する露光マーキング工程では、
前記したＰＥＰ工程が多く含まれることから、鮮明な露
光マーキングが必須であり、これを実現するためには、
前記コントラストｋの値としてｋ＝１５以上必要である
ことが実験の結果分かったが、本実施例では、これを上
回る最大コントラストｋ＝２５が実験により得られてい
る。

【００２４】コントラストを決める要素の一つとして、
液晶パネル型マスクの液晶層内の液晶分子長軸方向の設
定角度であるツイスト角度があり、その特性を図７に示
した。本実施例ではツイスト角度Φ＝２４０°に設定し
たが、図７より、ツイスト角度Φ＝１８０°以上あれば
前記コントラストｋ＝１５以上を満足することが分か
る。又、ツイスト角度Φ＝２７０°以上ではコントラス
トの変化は小さくなることから考えて、ツイスト角度Φ
の実用範囲は１８０°〜２７０°であれば良いことが言
える。

【００２５】液晶パネルの仕様を決めるツイスト角度以
外の要素としては、液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶材料
の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄが重要であること
は、一般的な液晶パネルにおいて広く知られている。そ
こで、本実施例におけるΔｎ・ｄについて以下述べる。

【００２６】図８には本実施例でのレーザ光波長３５５
ｎｍ、液晶パネル型マスクの液晶分子ツイスト角度Φ＝
２４０°での液晶パネルに電圧を印加しないときに、図
４における２ａ方向（電圧を印加したときに最大透過率
となる偏光方向）のレーザ光を完全に遮光できる理論的
条件計算の結果を示した。その結果、上記本実施例の条
件における相対透過率Ｔが０％になるΔｎ・ｄは０．５
２μｍと０.９５μｍ点にあることが分かる。しかし、
電圧印加時のレーザ光透過率はΔｎ・ｄが小さいほど高
い透過率が得られることが分かっており、そのことか
ら、本実施例におけるΔｎ・ｄの最適値は０.５２μｍ
が良い。

【００２７】図９は液晶分子のツイスト角度に対する最
大遮光Δｎ・ｄの条件計算結果である。ここで、前記図
７で示したようにツイスト角度Φの実用範囲は１８０°
〜２７０°であることから、一点鎖線で囲まれた範囲に
あるΔｎ・ｄが実用範囲上のΔｎ・ｄとなり、０.４５
〜０.７５μｍの範囲であれば良いことになる。つま
り、この範囲内のΔｎ・ｄで液晶パネルを製作すれば、
波長３５５ｎｍのレーザ光のもとでほぼ理論的遮光条件
を満足することになる。したがって、電圧を印加しない
ときに完全に遮光できるということは、上述の範囲内の
液晶パネルを使用すると、前記したコントラストをさら
にたかめ、鮮明なマーキングができる。

【００２８】本実施例における液晶マスク式露光マーキ
ング装置は、１秒間に１〜５回のマーキング動作を行
う。そのためにはマスクとして用いる液晶パネルには、
このマーキング速度に対応できるマスクパターン表示切
り替えの応答速度が必要になる。この応答時間は液晶層
のギャップ長と密接に関係しており、本実施例における
波長３５５ｎｍでの特性を図１０に示す。該図におい
て、応答時間ｔ１は駆動電圧をＯＮして液晶分子の移動
が完了するまでの時間であるが、マスクとして最低限必
要となる表示維持時間と、駆動電圧をＯＦＦして液晶分
子が初期状態に戻るまでの時間のそれぞれを積算した時
間が露光マーキングの繰り返し速度より早くなければな
らない。現状では積算時間の１／４がｔ１以下であれば
よいことが知られており、１Ｈｚ動作では１秒の１／４
＝２５０ｍｓ、５Ｈｚ動作では２００ｍｓの１／４＝５
０ｍｓ以下のｔ１であればよいことになる。このことか
ら図１０より液晶層のギャップ長は４.５〜７.５μｍの
範囲で液晶パネル型マスクを製作すればよいことにな
る。さらに、前記したΔｎ・ｄの適用範囲が０.４５〜
０.７５μｍであり液晶層のギャップ長ｄの範囲が４.
５〜７.５μｍであることから、液晶材料の屈折率異方
性Δｎが規定されΔｎ≦０.１の液晶材料を使用した液
晶パネル型マスクを製作すればよく、このことにより、
高速マーキングに対応できる液晶マスク式露光マーキン
グ装置を提供できる。

【００２９】液晶パネル型マスクを構成する要素の一つ
に前述した透明電極膜（ＩＴＯ膜）がある。このＩＴＯ
膜の光透過率は、その光の波長とＩＴＯ膜厚に関係して
いる。その一例を図１１に示す。光の波長λが３５５ｎ
ｍと５３２ｎｍの場合における相対透過率で示してあ
る。特性はそれぞれの波長において膜厚に対して最大値
と最小値をもち、本実施例でのレーザ光の波長λ＝３５
５ｎｍでは、８００Åの膜厚において最大相対透過率に
なっている。このように使用する光の波長に対して最大
透過率が得られるＩＴＯ膜厚で液晶パネル型マスクを製
作することにより、レーザ光の出力を有効に利用できる
ことから、マーキング装置のレーザ電源容量を小さくで
きる他、マーキング装置を小型にできる効果もある。

【００３０】本実施例では、感光部材としてホトレジス
トが塗布された液晶パネル用ディスプレイを構成するガ
ラス基板への露光マーキングに関して述べたが、本発明
の他の応用例としては、感光部材としてホトレジストが
塗布されたカラー液晶パネル用ディスプレイを構成する
カラーフィルターへの露光マーキングも可能であり、同
様の効果が得られる。

【００３１】さらには、電子部品配線基板の製造工程に
おいて配線回路の製作を露光システム（ホトリソグラフ
ィーシステム等）を用いて行うものにも本発明を適用す
ることができる。つまり、光源として、ＹＡＧレーザの
３倍波（波長３５５ｎｍ）やエキシマレーザ等の紫外線
レーザ光を使用し、従来パターンマスクとして用いられ
ている金属マスクにかわり、液晶パネル型マスクを用い
ることで従来と同等の性能を発揮することができる。こ
れによれば、回路パターンを図１に示した液晶パネル型
マスク制御装置７と液晶パネル型マスク駆動電源８によ
って即座に変更でき、多種の回路パターンを短時間で露
光できる簡便な露光システムを提供できる効果がある。

【００３２】露光方法における本発明の他の応用例とし
ては、液晶パネル型マスクのパターン情報部を通過した
レーザ光とそれ以外の部分、つまりパターン情報部を白
ぬきしたレーザ光の両方のレーザ光を同時に使用する方
法がある。その構成を図１２に示す。紫外線に感光する
ホトレジストには前述したようにポジ型レジストとネガ
型レジストの２種類があり、ポジ型レジストでは紫外線
が照射されたレジスト部分が柔らかくなるのに対して、
ネガ型レジストでは紫外線が照射されたレジスト部分が
硬化する特性を有している。そこで、図１２の液晶パネ
ル型マスク６を通過したレーザ光が偏光ビームスプリッ
タ９によって、液晶パネル型マスクのパターン情報を保
持した紫外線レーザ光２ａと、この紫外線レーザ光２ａ
と偏光方向を異にし、パターン情報が白ぬきされた紫外
線レーザ光２ｂに分割されることを利用することができ
る。二つの加工室１３ａ，１３ｂを設け、加工室１３ａ
の内部にはポジ型レジストが塗布された露光部材１２ａ
を配置し、加工室１３ｂの内部にはネガ型レジストが塗
布された露光部材１２ｂを配置している。それぞれの加
工室１３ａ，１３ｂには縮小結像レンズ１１ａ，１１ｂ
があり、ポジ型レジストが塗布された露光部材１２ａに
はパターン情報を、ネガ型レジストが塗布された露光部
材１２ｂには白ぬき情報が同時に転写することができ
る。つまり、レジスト材の違うものに、同じマスクパタ
ーン情報を同時にマーキングできることになる。このこ
とは、一つの製品を製造する工程のなかにポジ型レジス
トを使用する工程とネガ型レジストを使用する工程があ
る場合には、その製造工程時間を大幅に短縮できる効果
がある。

【００３３】また、本実施例においては、ＹＡＧレーザ
の３倍波である波長λ３５５ｎｍを使用しているが、そ
の概略構成を図１３に示す。レーザ発振器１の内部に
は、ＹＡＧレーザ発振器５０があり、赤外レーザ光（波
長１０６４ｎｍ）２０１を発振する。このレーザ光をレ
ンズ５１により収束させて、第１の非線形光学結晶素子
（ＫＴＰ，ＢＢＯ等）５２に入射させると、基本波（波
長１０６４ｎｍ）とその半分の波長（５３２ｎｍ）の第
２高調波（２倍波）が混合した混合レーザ光２０２とし
て発振する。この二つの波長のレーザ光は偏光方向が直
交しており、この偏光方向を同じにし、収束できる光学
系５３を通して第２の非線形光学結晶素子（ＬＢＯ，Ｂ
ＢＯ等）５４に入射させる。このとき第２の非線形光学
結晶素子（ＬＢＯ，ＢＢＯ等）５４の和周波効果によっ
て、基本波(波長１０６４ｎｍ)とその半分の波長（５３
２ｎｍ）の第２高調波（２倍波）と、さらに、基本波の
１／３の波長（３５５ｎｍ）で紫外光である第３高調波
（３倍波）が混合した混合レーザ光２０３が発振する。
露光用マーキング装置では、この３倍波を利用すること
になり、そのため、偏光ビームスプリッタや波長板で構
成される光学系５５によって、３倍波である紫外線レー
ザ光２と他の基本波と２倍波の混合レーザ光２０４とを
分離する。そこで、この基本波と２倍波の混合レーザ光
２０４の出力と３倍波の出力との間には密接な関係があ
ることに着目し、この混合レーザ光２０４を出力測定セ
ンサ５６で測定し、この信号を制御装置５７に取り込
み、そして、ＹＡＧレーザ電源装置５８にフィードバッ
クさせることにより、３倍波の紫外線レーザ光２の出力
安定化制御を行う構成にした。このことにより、今まで
は３倍波の紫外線レーザ光２をビームスプリットして一
部のレーザ出力を測定し、出力制御を行っていたが、こ
の方法により、３倍波のレーザ出力を全部利用できる効
果がある。勿論、混合レーザ光２０４をさらに基本波と
２倍波に分離して、それぞれで３倍波のレーザ出力をモ
ニタしても同様の効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した本発明の液晶マスク式露光
マーキング装置によれば露光用の光源を紫外線レーザ発
振器とすると共に、液晶パネル型マスクの後段に偏光ビ
ームスプリッタを配置し、液晶パネル型マスクのマスク
パターンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線
レーザ光とを、この偏光ビームスプリッタで分離し、該
偏光ビームスプリッタで分離されたマスクパターンを通
過した紫外線レーザ光を縮小結像光学系を介して被露光
物にマーキングするようにしたものであるから、短時間
でマスクパターンを切り替えることが可能となり、ま
た、紫外線レーザ光であるから露光するエネルギー密度
を高めることができるので、露光マーキングの処理時間
を短縮できると共に、鮮明なマーキングが可能となる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶マスク式露光マーキング装置の一
実施例を示す構成図である。

【図２】ＴＦＴ型液晶ディスプレイの一般的な構造を一
部破面して示す斜視図である。

【図３】本発明の液晶マスク式露光マーキング装置の一
実施例に採用される液晶パネル型マスクを示す断面図で
ある。

【図４】本発明の一実施例であるＹＡＧレーザの３倍波
で波長が３５５ｎｍの直線偏光紫外線レーザ光が液晶パ
ネル型マスクに入射した場合の画素電極に電圧を加えな
いときのレーザ光の偏光方向の違いを示す図である。

【図５】本発明の一実施例であるＹＡＧレーザの３倍波
で波長が３５５ｎｍの直線偏光紫外線レーザ光が液晶パ
ネル型マスクに入射した場合の画素電極に電圧を加えた
ときのレーザ光の偏光方向の違いを示す図である。

【図６】本発明の一実施例におけるレーザ光の印加電圧
に対する透過率の特性を示した図である。

【図７】本発明の一実施例における液晶パネル型マスク
の液晶ツイスト角度とコントラストの関係を示す特性図
である。

【図８】本発明の一実施例でのレーザ光波長３５５ｎ
ｍ、液晶パネル型マスクの液晶分子ツイスト角度Φ＝２
４０°での、液晶パネル型マスクに電圧を印加しないと
きの液晶パネル型マスクのΔｎ・ｄに対する相対透過率
の計算結果を示す特性図である。

【図９】本発明の一実施例における液晶パネル型マスク
の液晶ツイスト角度に対するΔｎ・ｄの計算結果を示す
特性図である。

【図１０】本発明の一実施例における液晶パネル型マス
クの液晶層ギャップ長に対する応答時間の関係を示す特
性図である。

【図１１】本発明の一実施例における液晶パネル型マス
クのＩＴＯ膜厚に対する相対透過率の関係を示す特性図
である。

【図１２】本発明の液晶マスク式露光マーキング装置の
他の実施例を示す構成図である。

【図１３】本発明の液晶マスク式露光マーキング装置を
実施するときのレーザ出力を安定化制御する実施例を示
す構成図である。

【図１４】従来の露光マーキング装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、２，２ａ，２ｂ…紫外線レーザ光、
３…光シャッタ、４…１／２波長板、５…レーザビーム
拡大レンズ系、６…液晶パネル型マスク、７…液晶パネ
ル型マスク制御装置、８…液晶パネル型マスク駆動電
源、９…偏光ビームスプリッタ、１０…反射鏡、１１…
縮小結像レンズ、１２…液晶ディスプレイ用ガラス基
板、１２ａ，１２ｂ…露光部材、１３，１３ａ，１３ｂ
…加工室、３０ａ，３０ｂ…ガラス基板、３１，３２…
画素電極膜、３３ａ，３３ｂ…配向膜、３５…スペー
サ、５０…ＹＡＧレーザ発振器、５１…レンズ、５２…
第１の非線形光学結晶素子、５３，５５…光学系、５４
…第２の非線形光学結晶素子、５６…出力測定センサ、
５７…制御装置、５８…ＹＡＧレーザ電源装置、２０１
…赤外レーザ光、２０２，２０３，２０４…混合レーザ
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小村真一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の光源と、該光源からの光を所定の
露光パターンに形成する液晶パネル型マスクと、該液晶
パネル型マスクを通過し、所定の露光パターンに形成さ
れた光を被露光物に結像することで露光マーキングする
縮小結像光学系とを備えた液晶マスク式露光マーキング
装置において、前記露光用の光源を紫外線レーザ発振器とすると共に、
前記液晶パネル型マスクの後段に偏光ビームスプリッタ
を配置し、前記液晶パネル型マスクのマスクパターンを
通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線レーザ光と
を、この偏光ビームスプリッタで分離し、該偏光ビーム
スプリッタで分離されたマスクパターンを通過した紫外
線レーザ光を前記縮小結像光学系を介して前記被露光物
に照射してマーキングすることを特徴とする液晶マスク
式露光マーキング装置。
【請求項２】紫外線レーザ発振器と、該紫外線レーザ発
振器からの紫外線レーザ光を所定の偏光方向に回転させ
る１／２波長板と、該１／２波長板で所定の偏光方向に
回転された紫外線レーザ光を拡大するレーザビーム拡大
レンズ系と、該レーザビーム拡大レンズ系で拡大された
紫外線レーザ光を所定の露光パターンに形成する液晶パ
ネル型マスクと、該液晶パネル型マスクのマスクパター
ンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線レーザ
光とを分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビーム
スプリッタで分離されたマスクパターンを通過した紫外
線レーザ光を被露光物に照射してマーキングする縮小結
像光学系とを備えたことを特徴とする液晶マスク式露光
マーキング装置。
【請求項３】紫外線レーザ発振器と、該紫外線レーザ発
振器からの紫外線レーザ光を所定の偏光方向に回転させ
る１／２波長板と、該１／２波長板で所定の偏光方向に
回転された紫外線レーザ光を拡大するレーザビーム拡大
レンズ系と、該レーザビーム拡大レンズ系で拡大された
紫外線レーザ光を所定の露光パターンに形成する液晶パ
ネル型マスクと、該液晶パネル型マスクのマスクパター
ンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線レーザ
光とを分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビーム
スプリッタで分離されたマスクパターンを通過した紫外
線レーザ光を被露光物に照射してマーキングする縮小結
像光学系とを備え、前記液晶パネル型マスクがドット状の液晶画素で構成さ
れており、該液晶パネル型マスクの液晶分子初期設定ツ
イスト角が１８０〜２７０度であることを特徴とする液
晶マスク式露光マーキング装置。
【請求項４】請求項３記載の液晶マスク式露光マーキン
グ装置において、前記紫外線レーザ光の波長領域におけ
る液晶パネル型マスクの液晶層のギャップ厚みｄ（μ
ｍ）と液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄが０.４
５〜０.７５（μｍ）の範囲であることを特徴とする液
晶マスク式露光マーキング装置。
【請求項５】請求項３記載の液晶マスク式露光マーキン
グ装置において、前記紫外線レーザ光の波長領域におけ
る液晶の屈折率異方性Δｎが０.１以下であることを特
徴とする液晶マスク式露光マーキング装置。
【請求項６】前記紫外線レーザ発振器からのレーザ光が
Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波であることを特徴とす
る請求項１、又は２記載の液晶マスク式露光マーキング
装置。
【請求項７】前記紫外線レーザ発振器からのレーザ光が
エキシマレーザであることを特徴とする請求項１、又は
２記載の液晶マスク式露光マーキング装置。
【請求項８】請求項１、又は２記載の液晶マスク式露光
マーキング装置において、前記被露光物が、ホトレジス
ト材が塗付された液晶ディスプレイを構成するカラーフ
ィルター基板であることを特徴とする液晶マスク式露光
マーキング装置。
【請求項９】請求項１、又は２記載の液晶マスク式露光
マーキング装置において、前記被露光物が、ホトレジス
ト材が塗付された電子部品配線基板であることを特徴と
する液晶マスク式露光マーキング装置。
【請求項１０】紫外線レーザ発振器と、該紫外線レーザ
発振器からの紫外線レーザ光を所定の偏光方向に回転さ
せる１／２波長板と、該１／２波長板で所定の偏光方向
に回転された紫外線レーザ光を拡大するレーザビーム拡
大レンズ系と、該レーザビーム拡大レンズ系で拡大され
た紫外線レーザ光を所定の露光パターンに形成する液晶
パネル型マスクと、該液晶パネル型マスクのマスクパタ
ーンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外の紫外線レー
ザ光とを分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビー
ムスプリッタで分離されたマスクパターンを通過した紫
外線レーザ光を第１の被露光物に照射してマーキングす
る第１の縮小結像光学系と、前記偏光ビームスプリッタ
で分離されたマスクパターンを通過しなかった紫外線レ
ーザ光を第２の被露光物に照射してマーキングする第２
の縮小結像光学系とを備えていることを特徴とする液晶
マスク式露光マーキング装置。
【請求項１１】赤外線レーザ光を発振するＹＡＧレーザ
発振器と、該ＹＡＧレーザ発振器からのレーザ光が収束
されて入射され、基本波とその半分の波長の第２高調波
が混合したレーザ光を発振する第１の非線形光学結晶素
子と、該第１の非線形光学結晶素子からの混合レーザ光
の偏光方向を同じにし収束する光学系と、該光学系で収
束された混合レーザ光が入射され、基本波と第２高調
波、更に基本波の１／３の波長で紫外光である第３高調
波とが混合したレーザ光を発振する第２の非線形光学結
晶素子と、該第２の非線形光学結晶素子からの混合レー
ザ光を第３高調波の紫外線レーザ光、及び他の基本波と
第２高調波の混合レーザに分離する光学系と、該光学系
で分離された第３高調波の紫外線レーザ光を所定の偏光
方向に回転させる１／２波長板と、該１／２波長板で所
定の偏光方向に回転された紫外線レーザ光を拡大するレ
ーザビーム拡大レンズ系と、該レーザビーム拡大レンズ
系で拡大された紫外線レーザ光を所定の露光パターンに
形成する液晶パネル型マスクと、該液晶パネル型マスク
のマスクパターンを通過した紫外線レーザ光とそれ以外
の紫外線レーザ光とを分離する偏光ビームスプリッタ
と、該偏光ビームスプリッタで分離されたマスクパター
ンを通過した紫外線レーザ光を被露光物に照射してマー
キングする縮小結像光学系と、前記光学系で分離された
基本波と第２高調波の混合レーザの出力を測定するセン
サと、該センサからの信号を取り込み、前記ＹＡＧレー
ザ発振器の電源にフィードバックし、前記第３高調波の
出力を制御する制御装置とを備えていることを特徴とす
る液晶マスク式露光マーキング装置。