JP2008089993A - 露光装置のギャップ量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク上の任意の点において、露光時におけるマスクと基板とのギャップ量を測定して露光有効範囲内のギャップ量分布を知ることができる露光装置のギャップ量測定方法を提供する。
【解決手段】 被露光材としての基板Ｗを保持するワークステージと、基板Ｗに対向配置してマスクＭを保持するマスクステージと、基板Ｗに対してマスクＭを介して露光光を照射する照射手段３と、マスクＭのマスクパターンを基板Ｗ上の複数の所定位置に対向させるようにワークステージとマスクステージとを相対的にステップ移動させるワークステージ送り機構とを備える露光装置において、光源情報が取得された露光光を用い、露光光をマスクＭを介して基板Ｗに照射して露光させる。そして、光源情報及び基板Ｗの露光結果に基づいて、任意の位置におけるマスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇを演算し、露光有効範囲内のギャップ量分布を求める。
【選択図】図１２

Description

本発明は、露光装置のギャップ量測定方法に関し、特に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイの基板上にマスクのマスクパターンを分割逐次露光方式で近接（プロキシミティ）露光転写する露光装置に用いるのに好適な露光装置のマスクと基板との間のギャップ量測定方法に関する。

従来、液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等のフラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタを製造する露光装置が種々考案されている。このような露光装置は、マスクステージに保持されたマスクと、ワークステージに保持された基板と、を接近させた状態で配置し、マスクに対して垂直方向から露光光を照射して、マスクに形成されたマスクパターンを基板に露光転写する。露光時におけるマスクと基板とのギャップ量は、転写すべきパターンの線幅及び露光光の波長等により規定され、２０〜３００μｍ程度に保たなければならないことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許２６７２５３５号公報

ところで、マスクと基板のギャップ量と露光結果には密接な関係があり、高精度の露光を実現させるためには、マスクの全面に亘ってギャップ量が一定であることが望ましい。しかしながら、上記のような露光装置では、その構成上、マスク上の任意の点におけるマスクと基板との間のギャップ量、即ち、露光時における露光有効範囲内のギャップ量分布を直接的に測定することが困難であり、このギャップ量分布を測定することが望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、マスク上の任意の点において、露光時におけるマスクと基板とのギャップ量を測定して露光有効範囲内のギャップ量分布を把握することができる露光装置のギャップ量測定方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の方法によって達成される。
（１） 被露光材としての基板を保持するワークステージと、基板に対向配置されてマスクを保持するマスクステージと、基板に対して露光光をマスクを介して照射する照射手段と、マスクのマスクパターンが基板上の複数の所定位置に対向するようにワークステージとマスクステージとを相対的にステップ移動させる送り機構と、を備えた露光装置のギャップ量測定方法において、
露光光の光源情報を取得する工程と、
マスクまたは基板を相対的に移動させてマスクの基準マークと基板の基準マークとを一致させる工程と、
照射手段により露光光を照射してマスクを介して基板にマスクパターンを露光転写する工程と、
光源情報及び基板の露光結果に基づいて、任意の位置におけるマスクと基板のギャップ量を求める工程と、
を有することを特徴とする露光装置のギャップ量測定方法。
（２） 露光転写工程において、照射手段は所定の角度傾斜した平行光をマスクを介して基板に照射することを特徴とする（１）に記載の露光装置のギャップ量測定方法。

本発明によれば、露光光の光源情報を取得すると共に、露光光をマスクを介して基板に照射して露光させ、光源情報及び基板の露光結果に基づいて、マスクと基板のギャップ量を測定するようにしたので、露光有効範囲内のギャップ量分布を高精度で求めることができる。

以下、本発明の露光装置のギャップ量測定方法の一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、ギャップ量測定方法を実現するための分割逐次露光装置ＰＥについて説明する。図１に示すように、本実施形態の分割逐次露光装置ＰＥは、マスクＭを保持するマスクステージ１と、ガラス基板（被露光材）Ｗを保持するワークステージ２と、パターン露光用の露光光を照射する照射手段としての露光用照明光学系３Ａと、ギャップ測定用の露光光を照射する照射手段としての測定用照明光学系３Ｂと、マスクステージ１及びワークステージ２を支持する装置ベース４とを備えている。

なお、ガラス基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」という。）は、マスクＭに対向配置されて該マスクＭに描かれたマスクパターンＰを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面）に感光剤が塗布されて透光性とされている。

説明の便宜上、露光用照明光学系３Ａから説明すると、露光用照明光学系３Ａは、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ３１と、この高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、この凹面鏡３２の焦点近傍に切替え自在に配置された二種類のオプチカルインテグレータ３３と、平面ミラー３５，３６及び球面ミラー３７と、この平面ミラー３６とオプチカルインテグレータ３３との間に配置されて照射光路を開閉制御する露光制御用シャッター３４とを備えている。

露光時に露光制御用シャッター３４が開制御されると、高圧水銀ランプ３１から照射された光が、図１に示す光路Ｌを経て、マスクステージ１に保持されるマスクＭ、ひいてはワークステージ２に保持される基板Ｗの表面に対して略垂直にパターン露光用の平行光として照射される。これにより、マスクＭのマスクパクーンＰが基板Ｗ上に露光転写される。

測定用照明光学系３Ｂもまた、露光用照明光学系３Ａと同様の構成を有しているが、高圧水銀ランプ３１から照射された測定光は、図１に示す光路ＭＬを経て、マスクＭ及び基板Ｗの表面に鉛直方向に対して所定の角度αを持った平行光として照射され、マスクＭのマスクパクーンＰが基板Ｗ上に露光転写される。

次に、マスクステージ１及びワークステージ２の順に説明する。初めに、マスクステージ１はマスクステージベース１０を備えており、該マスクステージベース１０は装置ベース４から突設されたマスクステージ支柱１１に支持されてワークステージ２の上方に配置されている。

マスクステージベース１０は、図２に示すように、略矩形形状とされて中央部に開口１０ａを有しており、この開口１０ａにはマスク保持枠１２がＸ，Ｙ方向に移動可能に装着されている。

マスク保持枠１２は、図３（ａ）に示すように、その上端外周部に設けられたフランジ１２ａをマスクステージベース１０の開口１０ａ近傍の上面に載置し、マスクステージベース１０の開口１０ａの内周との間に所定のすき間を介して挿入されている。これにより、マスク保持枠１２は、このすき間分だけＸ，Ｙ方向に移動可能となる。

このマスク保持枠１２の下面には、チャック部１６が間座２０を介して固定されており、マスク保持枠１２とともにマスクステージベース１０に対してＸ，Ｙ方向に移動可能である。チャック部１６には、マスクパターンＰが描かれているマスクＭの端部である周縁部を吸着するための複数の吸引ノズル１６ａが開設されており、チャック部１６はチャック装置を構成している。これにより、マスクＭは吸引ノズル１６ａを介して真空式吸着装置（図示せず。）によりチャック部１６に着脱自在に保持される。

マスクステージベース１０の上面には、図２において、後述のアライメントカメラ１５による検出結果、又は後述するレーザ測長装置６０による測定結果に基づき、マスク保持枠１２をＸＹ平面内で移動させて、このマスク保持枠１２に保持されたマスクＭの位置及び姿勢を調整するマスク位置調整手段１３が設けられている。

マスク位置調整手段１３は、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられたＸ軸方向駆動装置１３ｘと、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられた二台のＹ軸方向駆動装置１３ｙとを備えている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向駆動装置１３ｘは、Ｘ軸方向に伸縮するロッド１３１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１３１と、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１３３とを備えている。リニアガイド１３３の案内レール１３３ｒは、Ｙ軸方向に延びてマスク保持枠１２に固定される。また、案内レール１３３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１３３ｓは、マスクステージベース１０に固設されたロッド１３１ｒの先端に、ピン支持機構１３２を介して連結されている。

一方、Ｙ軸方向駆動装置１３ｙも、Ｘ軸方向駆動装置１３ｘと同様の構成であって、Ｙ軸方向に伸縮するロッド１３１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１３１と、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１３３とを備えている。リニアガイド１３３の案内レール１３３ｒはＸ軸方向に延びてマスク保持枠１２に固定されている。また、案内レール１３３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１３３ｓは、ロッド１３１ｒの先端にピン支持機構１３２を介して連結されている。そして、Ｘ軸方向駆動装置１３ｘによりマスク保持枠１２のＸ軸方向の調整を、二台のＹ軸方向駆動装置１３ｙによりマスク保持枠１２のＹ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整を行う。

さらに、マスク保持枠１２のＸ軸方向に互いに対向する二辺の内側には、図２に示すように、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを測定する手段としてのギャップセンサ１４と、マスクＭと位置合わせ基準との平面ずれ量を検出する手段としてのアライメントカメラ１５とが配設されている。このギャップセンサ１４及びアライメントカメラ１５は、共に移動機構１９を介してＸ軸方向に移動可能とされている。

移動機構１９は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に互いに対向する二辺の上面側にはそれぞれギャップセンサ１４及びアライメントカメラ１５を保持する保持架台１９１がＹ軸方向に延びて配置されており、該保持架台１９１のＹ軸方向駆動装置１３ｙから離間する側の端部はリニアガイド１９２によって支持されている。リニアガイド１９２は、マスクステージベース１０上に設置されてＸ軸方向に沿って延びる案内レール１９２ｒと、案内レール１９２ｒ上を移動するスライダ（図示せず）とを備えており、該スライダに保持架台１９１の前記端部が固定されている。

そして、スライダをモータ及びボールねじからなる駆動用アクチュエータ１９３によって駆動することにより、保持架台１９１を介してギャップセンサ１４及びアライメントカメラ１５がＸ軸方向に移動するようになっている。

アライメントカメラ１５は、図４に示すように、マスクステージ１の下面に保持されているマスクＭの表面（マスクパターン面Ｍｍ）のマスク側アライメントマーク１０１をマスク裏面側から光学的に検出するものであり、ピント調整機構１５１によりマスクＭに対して接近離間移動してピント調整がなされるようになっている。

ピント調整機構１５１は、リニアガイド１５２，ボールねじ１５３，モータ１５４を備えている。リニアガイド１５２には、案内レール１５２ｒとスライダ１５２ｓを備えており、このうち案内レール１５２ｒはマスクステージ１の移動機構１９の保持架台１９１に上下方向に延びて取り付けられている一方、該リニアガイド１５２のスライダ１５２ｓにはアライメントカメラ１５がテーブル１５２ｔを介して固定されている。そして、ボールねじ１５３のねじ軸に螺合されたナットをテーブル１５２ｔに連結すると共に、そのねじ軸をモータ１５４で回転駆動するようにしている。

また、この実施形態では、図５に示すように、ワークステージ２に設けてあるワークチャック８の下方には、光源７８１及びコンデンサーレンズ７８２を有してワーク側アライメントマーク１００を下から投影する投影光学系７８がアライメントカメラ１５の光軸に合わせてＺ軸微動ステージ２４と一体に配設されている。なお、ワークステージ２、Ｙ軸送り台５２には投影光学系７８の光路に対応する貫通孔が形成されている。

さらに、この実施形態では、図６に示すように、マスクＭのマスク側アライメントマーク１０１を有する面（マスクパターン面Ｍｍ）位置を検出してアライメントカメラ１５のピントずれを防止するアライメント画像のベストフォーカス調整機構１５０を設けている。このベストフォーカス調整機構１５０は、アライメントカメラ１５及びピント調整機構１５１に加えて、ピントずれ検出手段としてギャップセンサ１４を利用している。即ち、このギャップセンサ１４で計測したマスク下面位置の計測値を、制御装置８０で予め設定したピント位置と比較して差を求め、その差から設定ピント位置からの相対ピント位置変化量を計算し、該計算変化量に応じてピント調整機構１５１のモータ１５４を制御してアライメントカメラ１５を移動させ、これによりアライメントカメラ１５のピントを調整するようにしている。

このベストフォーカス調整機構１５０を用いることにより、マスクＭの板厚変化や板厚のばらつきとは無関係に、アライメント画像の高精度のフォーカス調整が可能となる。すなわち、複数種類のマスクＭを交換して使用する場合に、個々のマスクの厚さが異なる場合でも常に適正なピントを得ることができる。なお、ピント調整機構１５１、投影光学系７８、ベストフォーカス調整機構１５０等は、１層目分割パターンのアライメントの高精度化に対応するものであるばかりでなく、２層目以降のアライメントの高精度化にも寄与するものであり、また、マスクＭの厚さがわかっていれば、ベストフォーカス調整機構１５０を省略して厚さに応じてピント調整機構１５１を動かすようにしても良い。

なお、マスクステージベース１０の開口１０ａのＹ軸方向の両端部にはマスクＭの両端部を必要に応じて遮蔽するマスキングアパーチャ（遮蔽板）１７がマスクＭより上方に位置して配置されており、このマスキングアパーチャ１７はモータ，ボールねじ及びリニアガイドよりなるマスキングアパーチャ駆動装置１８によりＹ軸方向に移動可能とされてマスクＭの両端部の遮蔽面積を調整できるようになっている。

次に、ワークステージ２は、装置ベース４上に設置されており、真空式吸引装置（図示せず）等により基板Ｗを着脱自在に保持するチャック面８ａを上面に有するワークチャック８と、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に調整するＺ軸送り台（ギャップ調整手段）２Ａと、このＺ軸送り台２Ａ上に配設されてワークステージ２をＸＹ軸方向に移動させるワークステージ送り機構２Ｂとを備えている。

Ｚ軸送り台２Ａは、図７に示すように、装置ベース４上に立設された上下粗動装置２１によってＺ軸方向に粗動可能に支持されたＺ軸粗動ステージ２２と、このＺ軸粗動ステージ２２の上に上下微動装置２３を介して支持されたＺ軸微動ステージ２４とを備えている。上下粗動装置２１には、例えばモータ及びボールねじ等からなる電動アクチュエータ、或いは空圧シリングが用いられており、単純な上下動作を行うことにより、Ｚ軸粗動ステージ２２を予め設定した位置まで、マスクＭと基板Ｗとのすき間の計測を行うことなく昇降させる。

一方、図１に示す上下微動装置２３は、モータとボールねじとくさびとを組み合わせてなる可動くさび機構を備えており、この実施形態では、例えばＺ軸粗動ステージ２２の上面に設置したモータ２３１によってボールねじのねじ軸２３２を回転駆動させるようにすると共に、ボールねじナット２３３をくさび状に形成してそのくさび状ナット２３３の斜面をＺ軸微動ステージ２４の下面に突設したくさび２４１の斜面と係合させ、これにより、可動くさび機構を構成している。

そして、ボールねじのねじ軸２３２を回転駆動させると、くさび状ナット２３３がＹ軸方向に水平微動し、この水平微動運動が両くさび２３３，２４１の斜面作用により高精度の上下微動運動に変換される。

この可動くさび機構からなる上下微動装置２３は、Ｚ軸微動ステージ２４のＹ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台（図示せず）、合計３台設置されており、それぞれが独立に駆動制御されるようになっている。これにより、上下微動装置２３は、チルト機能も兼ね備えていることになり、３台のギャップセンサ１４によるマスクＭと基板Ｗとのすき間の測定結果に基づき、マスクＭと基板Ｗとが平行かつ所定のすき間を介して対向するように、Ｚ軸微動ステージ２４の高さを微調整するようになっている。なお、上下粗動装置２１及び上下微動装置２３はＹ軸送り台５２の部分に設けるようにしてもよい。

ワークステージ送り機構２Ｂは、図７に示すように、Ｚ軸微動ステージ２４の上面に、Ｙ軸方向に互いに離間配置されてそれぞれＸ軸方向に沿って延設された二組の転がり案内の一種であるリニアガイド４１と、このリニアガイド４１のスライダ４１ａに取り付けられたＸ軸送り台４２と、Ｘ軸送り台４２をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り駆動装置４３とを備えており、Ｘ軸送り駆動装置４３のモータ４３１によって回転駆動されるボールねじ軸４３２に螺合されたボールねじナット４３３にＸ軸送り台４２が連結されている。

また、このＸ軸送り台４２の上面には、Ｘ軸方向に互いに離間配置されてそれぞれＹ軸方向に沿って延設された二組の転がり案内の一種であるリニアガイド５１と、該リニアガイド５１のスライダ５１ａに取り付けられたＹ軸送り台５２と、Ｙ軸送り台５２をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置５３とを備えており、Ｙ軸送り駆動装置５３のモータ５３１によって回転駆動するボールねじ軸５３２に螺合されたボールねじナット（図示せず）に、Ｙ軸送り台５２が連結されている。このＹ軸送り台５２の上面には、ワークステージ２が取り付けられている。

そして、ワークステージ２のＸ軸，Ｙ軸位置を検出する移動距離測定部としてのレーザ測長装置６０が、装置ベース４に設けられている。上記のように構成されたワークステージ２では、ボールねじやリニアガイド自体の形状等の誤差や、これらの取り付け誤差などに起因し、ワークステージ２の移動に際し、位置決め誤差、ヨーイング、真直度などの発生は不可避である。そこで、これらの誤差の測定を目的とするのがこのレーザ測長装置６０である。

このレーザ測長装置６０は、図１に示すように、ワークステージ２のＹ軸方向端部に対向して設けレーザを備えた一対のＹ軸干渉計６２，６３と、ワークステージ２のＸ軸方向端部に設けレーザを備えた一つのＸ軸干渉計６４と、ワークステージ２のＹ軸干渉計６２，６３と対向する位置に配設されたＹ軸用ミラー６６と、ワークステージ２のＸ軸干渉計６４と対向する位置に配設されたＸ軸用ミラー６８とで構成されている。

このように、Ｙ軸方向についてＹ軸干渉計６２，６３を２台設けていることにより、ワークステージ２のＹ軸方向位置の情報のみでなく、Ｙ軸干渉計６２と６３の位置データの差分によりヨーイング誤差を知ることもできる。Ｙ軸方向位置については、両者の平均値に、ワークステージ２のＸ軸方向位置、ヨーイング誤差を加味して適宜、補正を加えることにより算出することができる。

そして、ワークステージ２のＸＹ方向位置やＹ軸送り台５２、ひいては前の分割パターンの露光に続いて次の分割パターンをつなぎ露光する際に、基板Ｗを次のエリアに送る段階で、各干渉計６２〜６４より出力する検出信号を、図８に示すように、制御装置８０に入力するようにしている。この制御装置８０は、この検出信号に基づいて分割露光のためのＸＹ方向の移動量を調整するためにＸ軸送り駆動装置４３及びＹ軸送り駆動装置５３を制御すると共に、Ｘ軸干渉計６４による検出結果及びＹ軸干渉計６２，６３による検出結果に基づき、つなぎ露光のための位置決め補正量を算出して、その算出結果をマスク位置調整手段１３（及び必要に応じて上下微動装置２３）に出力する。これにより、この補正量に応じてマスク位置調整手段１３等が駆動され、Ｘ軸送り駆動装置４３又はＹ軸送り駆動装置５３による位置決め誤差、真直度誤差、及びヨーイング等の影響が解消される。

また、ワークステージ２の送りに際する誤差が全くないときでも、最初の状態でマスクＭのマスクパターンＰの向きがワークステージ２の送り方向とずれていると、分割逐次露光により基板Ｗ上に形成される各パターンが傾いた状態で形成されてしまったり、つなぎ露光で基板Ｗ上に分割形成されたパターン同士の継ぎ目がずれて整合しない。

また、上述したようにマスクＭは真空式吸引装置を介してチャック部１６に吸着保持させるのであるが、この吸着保持させる際にマスクＭのマスクパターンＰの向きとワークステージ送り機構２Ｂによるワークステージ２の移動方向とを精度よく合わせることは困難である。

例えば、図１１（ａ）のように、最初の位置において傾いた状態で露光されると、送り誤差が全くない場合でも、次の位置での露光パターンは２点鎖線で示すように同様に傾いた状態で形成される。

そこで、この実施形態では、図１１に示すように、ワークステージ２（実際にはワークステージ２上に設置されているワークチャック８）の上面の少なくとも２か所に、例えば十字形状(レチクル)を有するワーク側アライメントマーク１００をＸ軸方向に互いに離間して形成する。一方、マスクＭの方には、ワーク側アライメントマーク１００に対応させたマスク側アライメントマーク１０１を形成する。基準側である２ケ所のアライメントマーク１００の中心同士を結ぶ線は、最初の状態（基準位置）においてＸ軸方向と一致し、Ｙ軸方向と直交するように予め調整されている。

そして、図１１（ｂ）に示すように、最初の状態（基準位置）において、アライメントカメラ１５により、アライメントマーク１００と１０１との位置ずれ量を検出し、Ｘ軸方向駆動装置１３ｘ及びＹ軸方向駆動装置１３ｙによってマスク保持枠１２の位置を調整することにより、ワーク側アライメントマーク１００とマスク側アライメントマーク１０１との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致して整合するようにしている。

また、ワーク側アライメントマーク１００とマスク側アライメントマーク１０１との整合については、アライメントマーク検出手段であるアライメントカメラ１５によって高精度にかつ容易に行えるように構成している。

なお、本実施形態の制御装置８０は、露光制御用シャッター３４の開制御、ワークステージ２の送り制御、レーザ干渉計６２〜６４の検出値に基づく補正量の演算、マスク位置調整手段１３の駆動制御の他に、アライメント調整時の補正量の演算、Ｚ軸送り台（ギャップ調整手段）２Ａの駆動制御、ワーク自動供給装置（図示せず）の駆動制御等、分割逐次近接露光装置に組み込まれた殆どのアクチュエータの駆動及び所定の演算処理を、マイクロコンピュータやシーケンサ等を用いたシーケンス制御を基本として実行する。

次に、本実施形態の分割逐次近接露光装置ＰＥを用いた露光処理について詳細に説明する。本実施形態では、基板Ｗとして、図９に示す一辺１ｍを越える大型の基板Ｗでディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（Ｘ方向４×Ｙ方向３）するものを用いる。

また、本実施形態の分割逐次露光処理では、例えば、大型液晶ディスプレイ用のＲＧＢカラーフィルタを作成する工程には、材料となる基板Ｗ上に所定のパターンを露光する工程が含まれる。パターンの形成は、先ず各画素間を仕切るブラックマトリックス、Ｒ（赤），Ｇ（縁），Ｂ（青）の三原色の個々のパターンを各色毎にブラックマトリックスのパターン形成と同様の工程を繰り返しながら形成していく。このため、一層目、即ち、ブラックマトリックスのパターンの露光処理について、以下詳細に説明するものとする。

なお、ブラックマトリックスのパターンのステップ露光に際しては、図１０のマスクＭを使用し、上記のディスプレイ用材ＤＰを１２面取りするガラス基板ＷでＸ方向ステップ回数Ｎｘ＝２、Ｙ方向ステップ回数Ｎｙ＝３とし、大型液晶ディスプレイ用のカラーフィルタのガラス基板Ｗの上に一層目のブラックマトリックスのパターンを分割逐次近接露光により形成する。また、この例では、初期位置決め位置（原点位置）において最初の露光を行い、以後ステップ送り、露光を繰り返すものとする。

（1） アライメント調整
ブラックマトリックス用のマスクＭは、描かれたマスクパターンＰが下面となるようにして、分割逐次近接露光装置ＰＥのチャック部１６にチャックされており、ワークステージ２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の前進限近傍に位置し、かつＺ軸方向の最下限迄下降している。

この状態で、制御装置８０に電源を投入すると、先ず、レーザ測長装置６０からワークステージ２の現在位置を読込み、読込んだ現在位置に基づいてワークステージ２を予め設定した制御原点位置となるようにＸ軸送り駆動装置４３及びＹ軸送り駆動装置５３を駆動制御してワークステージ２の初期位置決めを行う。

その後、ギャップ調整手段を構成するＺ軸送り台２Ａの上下粗動装置２１及び上下微動装置２３を駆動してワークステージ２とマスクＭとを所定のギャップを介して対向させ、マスク位置調整手段１３によりマスクＭの向きをＹ軸方向に対し傾きがないように調整する。

すなわち、アライメントカメラ１５によってワーク側アライメントマーク１００とマスク側アライメントマーク１０１との間にずれが検出されると（例えば図１１（ａ））、その検出信号をマスク位置調整手段１３の制御装置８０に出力し、この制御装置８０によってＸ方向駆動装置１３ｘ及び二つのＹ方向駆動装置１３ｙの駆動を制御することにより、マスク保持枠１２の姿勢を修正して両マーク１００，１０１を図１１（ｂ）に示すように整合させる。これにより、マスクＭとＹ軸方向との傾きθ（同図は、基板Ｗの最近方向とＹ軸方向と、マスクＭの短辺方向とマスクパターンＰの短辺方向とが、それぞれ平行である場合を示している）が解消される。

（２） 基板Ｗの投入及び１ステップ目の露光
アライメント終了後、ギャップ調整手段のＺ軸送り台２Ａにより、一旦ワークステージ２を搬送機構から基板Ｗの受け取りが可能な位置まで下降させる。この状態で、図示しないプリアライメントユニットから搬送機構によってプリアライメントされた基板Ｗをワークステージ上に載置し、ワークチャックで基板Ｗを真空吸着する。その後、再度ギャップ調整手段により、マスクＭの下面とワークＷ上面とのすき間を、露光する際に必要な所定の値となるように調整する。

なお、ギャップ調整手段のＺ軸送り台２Ａによりワークステージ２を上下動させる際に、わずかではあるがワークステージ２がＸＹ平面内でも多少動いてしまう場合もある。このような場合のために、上記（１）のアライメント終了後での各レーザ干渉計６２、６３、６４による位置データを、前記制御装置８０のメモリにより記憶しておき、ギャップ調整後の位置データが記憶されているデータと変わっている場合には、マスク位置調整手段１３で変化分だけ補正することにより、マスクＭの向きとＹ軸方向との傾きのない状態に戻すことができる。

次に、照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して１ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に第１の分割パターンＰ１を得る。

（３）２ステップ目の露光位置へのワークステージ２の移動
続いて、第２の分割パターンＰ２のつなぎ露光を行うために、ワークステージ送り機構２ＢのＹ軸送り駆動装置５３を駆動してワークステージ２をＹ方向へ移動させることにより、ワークステージ２をマスクＭに対して図１１（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送り、基板Ｗを２ステップ目の露光装置に配置する。このとき、基板ＷとマスクＭとの干渉を避けるため、ワークステージ２を必要な分だけＺ軸方向に下降させるようにしてもよい。

（４）ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整
上記のようにワークステージ２をマスクＭに対して図１１（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送る際には、先に述べた要因による送り誤差が生じるため、そのまま２ステップ目の露光をすると、第２の分割パターンＰ２がわずかではあるが位置ずれをおこす。例えば、ワークステージ２のステップ送り中にワークステージ２のヨーイングとＸ軸方向真直度のエラーにより、図１１（ｃ）のように真直度△ｘ、傾斜角度θ’だけ正規位置からずれてしまう。

そこで、ガラス基板Ｗ上に第２の分割パターンＰ２を露光転写する前に、干渉計６２、６３及び６４により得られているステップ送り完了後のワークステージ２の位置の検出結果を、つなぎ露光位置を補正する補正制御手段に出力する。そして、該補正制御手段では、該検出結果に基づいてつなぎ露光のための位置決め補正量を算出し、その算出結果に基づいてマスク位置調整手段１３（及び送り時のピッチング補正など、必要に応じてギャップ調整を行うために上下微動装置２３）のＸ軸方向駆動装置１３ｘ及びＹ軸方向駆動装置１３ｙを制御してマスク保持枠１２の位置を調整し、マスクＭの位置ずれを補正するアライメント調整を行う。ヨーイング、すなわち傾斜角度θ’は、２台のＹ軸干渉計６２，６３による検出結果の差に基づき、制御装置８０に含まれる演算装置により算出される。また、△ｘはＸ軸干渉計６４による検出結果に基づき、得られる。Ｙ軸方向位置についても、ヨーイング及びＸ軸方向現在位置を加味して必要に応じ補正すべき量が求められる。なお、ギャップ調整手段によるマスクＭと基板Ｗとのギャップ調整を行った場合は、その後の状態でのヨーイング及び真直度のデータに基づいて前記アライメント調整を行う。

（５）２ステップ目の露光
その後、照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して２ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に位置ずれが修正された第２の分割パターンＰ２を得る（図１１（ｄ）参照）。

（６）３ステップ目以降の露光
以下、前記（３）〜（５）と同様にして、各ステップ目での露光位置へワークステージ２を移動させ、ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整及び各ステップ目の露光を行い、基板Ｗ上に位置ずれが修正された各分割パターンＰ３〜Ｐ６が得られる。６ステップ目の露光が完了すると、ワークステージ２が制御原点位置に復帰され、ワークチャック８で真空吸着状態が解除されてから図示しない搬送装置でガラス基板Ｗが外部に搬出され、新たなガラス基板Ｗの露光のため前記（１）〜（６）の処理が行われる。

このようにして、基板Ｗ上には、マスクＭのマスクパターン面Ｍｍに描画されたマスクパターンＰが露光転写されるが、基板Ｗの露光結果は、マスクＭの平坦度や基板Ｗを保持するチャック面８ａの平坦度等によるマスクＭと基板Ｗのギャップ量（ギャップ量分布）Ｇと、光量分布、光の平行度、コリメーション角度等の光源情報によって影響される。このため、上記の露光装置ＰＥにおいて高精度な露光結果を得るべく、以下に述べる本実施形態の測定方法を行ってマスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇを把握する。

本実施形態のギャップ量測定方法では、鉛直方向に対して所定の角度αだけ傾斜した露光光を照射する測定用照明光学系３Ｂを用いて露光転写が行われる。このため、まず、照射角度αを含めて、測定用照明光学系３Ｂの光源情報を取得する。また、マスクＭには、図１３に示すように、基準マーク１０２に加え、所定の間隔で露光領域全域に形成された測定用の点ＰＰがマスクパターンとして描画されている。

次に、このマスクＭをマスクステージ１に保持すると共に、基板Ｗをワークステージ２に保持する。そして、マスクＭの基準マーク１０２と基板Ｗの基準マーク１０３をアライメントカメラ１５によって検出しながら、マスクＭと基板Ｗのアライメント調整が行われる。具体的には、アライメントカメラ１５によって両基準マーク１０２，１０３のズレを検出し、その検出信号をマスク位置調整手段１３の制御装置８０に出力し、この制御装置８０によってＸ方向駆動装置１３ｘ及び二つのＹ方向駆動装置１３ｙの駆動を制御することにより、マスク保持枠１２の姿勢を修正して両基準マーク１０２，１０３を一致させる。そして、ギャップ調整手段により、マスクＭの下面と基板Ｗの上面との隙間を調整した後、測定用照明光学系３Ｂを用いて基板Ｗを露光する。

次に、光源情報及び基板Ｗの露光結果に基づいて、任意の位置におけるマスクＭと基板Ｗのギャップ量を求める。図１２に示すように、測定用光学照明系３Ｂの測定光ＭＬは鉛直方向に対して所定の角度αだけ傾いているので、マスクパターン面Ｍｍ上の測定用の点ＰＰは、点ＰＰにおけるマスクＭの垂線ＶＬと基板Ｗの表面との交点ＷＰからずれ量ａだけ離間した露光位置ＥＰに露光転写される。

角度αは予め光源情報として得られているので、ずれ量ａを測定することにより、マスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇは、
Ｇ＝ａ/ｔａｎα・・・（１）
から演算により求めることができる。即ち、任意の位置のずれ量ａを測定することにより、その位置におけるマスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇを知ることができる。また、角度αが大きい程、ずれ量ａが大きくなるので、ギャップ量Ｇは、角度αを大きくすることにより高精度な測定が可能となる。

なお、厳密に言えば、基板Ｗの平坦度に影響されて、上記式により求められたギャップ量は、図１２にＧ’で示される長さであり、点ＰＰと交点ＷＰとの距離である真のギャップ量Ｇと異なるが、ギャップ量ＧとＧ’の差は極めて小さく、実用上問題とはならない。また、各測定点ＰＰに照射される平行光の照射角度αは、厳密には一定ではなく、上述した他の光源情報も考慮して与えられる。

さらに、ずれ量ａは、マスクＭのマスクパターンＰ、及び露光された基板Ｗの露光パターンを測長器（図示せず）で測定することで与えられる。これにより、マスクＭの基準マーク１０２と各測定点ＰＰとの距離ｃと、基板Ｗの基準マーク１０３と各露光位置ＥＰとの距離ｂを測定し、ずれ量ａをａ＝ｂ−ｃとして求める。このようにして、すべての測定点ＰＰについてずれ量ａを測定することで、マスクＭの有効露光範囲におけるマスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇの分布が得られる。

なお、図１２では、便宜上、マスクＭをフラットな形状として示しているが、マスクＭが撓んでいる状態においても、マスクＭと基板Ｗとの間のギャップ量Ｇを測定できるのは言うまでもない。

また、ずれ量ａの測定は、マスクに測定点ＰＰを描画する代わりに、図１４に示すようなバーニア尺ＰＰ´のマスクパターンを描画して、基板Ｗに露光された露光パターンＷＰ´とを重ねて、両者を目視することで、ずれ量ａを測定するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の露光装置のギャップ量測定方法によれば、光源情報が取得された露光光を用い、マスクまたは基板を相対的に移動させてマスクＭの基準マーク１０２と基板Ｗの基準マーク１０３とを一致させ、測定用光学照射系３ＢによりマスクＭを介して基板Ｗに光を照射してマスクパターンＰを露光転写させ、光源情報及び基板Ｗの露光結果に基づいて、任意の位置におけるマスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇを求めるようにしたので、露光時における露光有効範囲内のギャップ量分布を知ることができる。

また、照射手段３Ｂから鉛直方向に対して所定の角度α傾斜した平行光を照射して基板Ｗを露光させ、所定の角度と、マスクパターンＰとマスクパターンＰが露光転写された基板Ｗ上の露光位置ＥＰとのずれ量ａとから、マスクＭと基板Ｗのギャップ量Ｇを求めるようにしたので、露光有効範囲内の任意の位置におけるギャップ量Ｇ、即ち、ギャップ量分布を高精度に測定することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

例えば、本実施形態においては、マスクＭに略垂直なパターン露光用の露光光を照射する露光用照明光学系３Ａと、マスクＭに対して傾斜したギャップ測定用の露光光を照射する測定用照明光学系３Ｂと、をそれぞれ別の照明光学系として設けたが、ギャップ測定用の光、即ち、鉛直方向に対して所定の角度αだけ傾斜した照明光学系３Ｂの光を用いてギャップ測定及び露光の両方を行うようにしてもよい。或いは、照明光学系３Ａの光を用いて、ギャップ測定及び露光の両方を行うようにしてもよい。

また、測定点ＰＰは、マスクＭの露光有効範囲全面に設けてもよいが、測定点ＰＰの位置によるずれ量ａの傾向が経験的に分かっている場合などには、部分的エリアにだけ設けるようにしてもよい。

本発明のギャップ量測定方法を実現可能な一実施形態の分割逐次近接露光装置を一部分解した斜視図である。 マスクステージ部分の拡大斜視図である。 （ａ）は図２のIII-III線断面図、（ｂ）は（ａ）のマスク位置調整手段の上面図である。 ワーク側アライメントマークの照射光学系を説明するための説明図である。 アライメント画像のフォーカス調整機構を示す構成図である。 アライメントカメラと該アライメントカメラのピント調整機構の基本構造を示す側面図である。 図１に示す分割逐次近接露光装置の正面図である。 図１に示す分割逐次近接露光装置の電気的構成を示すブロック図である。 １５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りした基板Ｗの平面図である。 図９の基板Ｗに対向配置されるマスクを示す図である。 ステップ露光を説明するための説明図である。 マスクパターン面の垂線に対して角度αだけ傾斜して測定光により露光したときの露光点のずれ量とギャップ量の関係を示す要部拡大断面図である。 複数の測定点がマトリックス状に設けられたマスクの平面図である。 バーニアにより露光点のずれ量を測定する説明図である。

符号の説明

１ マスクステージ
２ ワークステージ
２Ｂ ワークステージ送り機構
３Ａ 露光用照明光学系（照射手段）
３Ｂ 測定用照明光学系（照射手段）
１０２ マスクの基準マーク
１０３ 基板の基準マーク
ａ ずれ量
ＥＰ 露光位置
Ｇ 基板とマスクとのギャップ量
Ｍ マスク
Ｐ マスクパターン
ＰＥ 露光装置
Ｗ 基板（被露光材）
α 測定用光学照射系の照射角度

Claims (2)

1. 被露光材としての基板を保持するワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持するマスクステージと、前記基板に対して露光光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記マスクのマスクパターンが前記基板上の複数の所定位置に対向するように前記ワークステージと前記マスクステージとを相対的にステップ移動させる送り機構と、を備えた露光装置のギャップ量測定方法において、
   前記露光光の光源情報を取得する工程と、
   前記マスクまたは前記基板を相対的に移動させて前記マスクの基準マークと前記基板の基準マークとを一致させる工程と、
   前記照射手段により露光光を照射して前記マスクを介して前記基板に前記マスクパターンを露光転写する工程と、
   前記光源情報及び前記基板の露光結果に基づいて、任意の位置における前記マスクと前記基板のギャップ量を求める工程と、
   を有することを特徴とする露光装置のギャップ量測定方法。
2. 前記露光転写工程において、前記照射手段は所定の角度傾斜した平行光を前記マスクを介して前記基板に照射することを特徴とする請求項１に記載の露光装置のギャップ量測定方法。

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