JP2012098420A - マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイによる露光位置を調整することができ、露光パターンの基準パターンからのずれが発生しても、露光中にこのずれを検出して、露光パターンの位置ずれを防止し、重ね露光における露光パターンの精度を向上させる。
【解決手段】マイクロレンズアレイ２は４枚の単位マイクロレンズアレイ２−１等の積層体であり、一部の単位マイクロレンズアレイの光軸を他の単位マイクロレンズアレイの光軸から偏倚させることができる。スキャン露光装置は、複数個のマイクロレンズアレイ２により、マスクの露光パターンが基板１上に投影される。このとき、基板１上の画像をラインＣＣＤカメラにより検出し、基板上の第１層パターンを基準パターンとして、マスク３の露光パターンがこの基準パターンと一致しているか否かを検出する。不一致の場合に、マイクロレンズ２ａの光軸を偏倚させてマイクロレンズアレイによる投影パターンの倍率を調整する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、マイクロレンズを２次元的に配列したマイクロレンズアレイによりマスクパターンを基板上に露光するマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置に関する。

薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等は、ガラス基板上に形成されたレジスト膜等を、数回、重ね合わせ露光して、所定のパターンを形成する。これらの被露光基板は、その膜形成過程で、延び縮みすることがあり、重ね合わせ露光の下層パターンが、製造条件（露光装置特性及び温度条件）により、設計上のピッチと異なってくることがある。このような重ね合わせ露光において、露光位置のピッチの変化が生じると、このピッチの変化は、露光装置側で倍率補正をして、吸収せざるを得なかった。即ち、被露光基板の寸法変動が生じた場合、ピッチがずれた分を、像の倍率を調整することにより、この像を変動後のピッチの基板上の所定位置の中央に配置する必要がある。

一方、近時、マイクロレンズを２次元的に配置したマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置が提案されている（特許文献１）。このスキャン露光装置においては、複数個のマイクロレンズアレイを一方向に配列し、この配列方向に垂直の方向に基板及びマスクを、マイクロレンズアレイ及び露光光源に対して、相対的に移動させることにより、露光光がマスクをスキャンして、マスクの孔に形成された露光パターンを基板上に結像させる。

特開２００７−３８２９

しかしながら、この従来のスキャン露光装置においては、以下に示す問題点がある。通常のレンズを組み合わせて使用した投影光学系を使用した露光装置においては、レンズの間隔を調整する等により、倍率を調整することは容易である。しかし、マイクロレンズの場合は、厚さが例えば４ｍｍの板の中に、８個のレンズを光軸方向に配置することにより、正立等倍像を基板上に結像させるようにしたものであるので、倍率の調整ができない。よって、マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置においては、被露光基板のピッチ変更に対応することができないという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、マイクロレンズアレイによる露光位置を調整することができるマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、露光パターンの基準パターンからのずれが発生しても、露光中にこのずれを検出して、露光パターンの位置ずれを防止することができ、重ね露光における露光パターンの精度を向上させることができるマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置は、露光すべき基板の上方に配置され、夫々複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイが相互に積層配置されたマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記単位マイクロレンズアレイの少なくとも一部を他の単位マイクロレンズアレイに対してその構成マイクロレンズの光軸が偏倚するように移動させる移動部材と、を有し、前記単位マイクロレンズアレイ間の光軸を偏倚させることにより、マイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整することを特徴とする。

このマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置において、例えば、前記マイクロレンズアレイは、４枚の単位マイクロレンズアレイから構成され、第１層及び第２層の単位マイクロレンズアレイと、第３層及び第４層の単位マイクロレンズアレイとの間のマイクロレンズの光軸が偏倚するように構成されている。又は、前記マイクロレンズアレイは、複数枚の単位マイクロレンズアレイから構成され、積層された単位マイクロレンズアレイ間の特定の反転結像位置にて、マイクロレンズの光軸が夫々偏倚するように構成されている。

更に、前記マイクロレンズアレイは、前記基板の表面に沿って複数個配置されており、
前記露光装置は、更に、
前記基板の画像を検出する画像検出部と、この画像の検出信号を基に画像処理して基板上に形成されている基準パターンを得る画像処理部と、この基準パターンと露光しようとする前記マスクの露光パターンとの間のずれを演算して前記基準パターンと前記露光パターンとのずれを解消するように前記移動部材を介して各前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの光軸の位置を調整する制御部と、を有し、前記複数個のマイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整して、露光パターンを前記基準パターンに一致させるように構成することもできる。

本発明によれば、基本的には正立等倍像を露光するマイクロレンズアレイにおいて、その露光位置を調整することができ、擬似的に倍率を調整したことと同様の効果が得られる。そして、このマイクロレンズアレイを使用した露光装置においては、露光中に、基板の画像を検出してその基準パターンを検出することにより、基準パターンと露光パターンとの位置ずれを、露光中に検出し、複数のマイクロレンズアレイの傾斜角度を調節することにより、この位置ずれを解消することができる。このように、露光の位置ずれをリアルタイムで検出し、解消するので、重ね合わせ露光における露光位置の寸法精度を効率的に向上させることができる。

本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る露光装置の１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図である。 このマイクロレンズアレイが複数個配列された露光装置を示す斜視図である。 マイクロレンズを示す図である。 （ａ）、（ｂ）はその絞りを示す図である。 マイクロレンズの６角視野絞りの配置を示す平面図である。 マイクロレンズアレイが複数個配列された他の露光装置を示す斜視図である。 複数個のマイクロレンズアレイによる露光光の投影状態を示す模式図である。 単位マイクロレンズアレイの配置を示す模式図である。 単位マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの光軸の偏倚を示す模式図である。 単位マイクロレンズアレイの配置を示す模式的斜視図（偏倚なし）である。 単位マイクロレンズアレイの配置を示す模式的斜視図（偏倚あり）である。 複数個のマイクロレンズアレイによる露光光の投影状態を示す模式図である。 ＣＣＤカメラによる露光像の検出方法を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は露光パターンを示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式図、図２は同じくその１個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図、図３はこのマイクロレンズアレイが複数個配列されている状態を示す斜視図、図４はマイクロレンズの光学的機構を示す図、図５（ａ）、（ｂ）はその絞りを示す図、図６はマイクロレンズの６角視野絞りの配置を示す平面図、図７はマイクロレンズアレイが複数個配列された他の露光装置を示す斜視図である。

図１に示すように、露光光源４から出射された露光光は、平面ミラーを含む光学系２１を介して、マスク３に導かれ、マスク３を透過した露光光は、マイクロレンズアレイ２に照射され、マスク３に形成されたパターンがマイクロレンズアレイ２により、基板１上に結像する。この光学系２１の光路上にダイクロイックミラー２２が配置されており、カメラ２３からの観察光が、ダイクロイックミラー２２で反射して、露光光源４からの露光光と同軸的にマスク３に向かう。また、この観察光はマイクロレンズアレイ２にて基板１上に収束し、基板１に既に形成されている基準パターンを反射して、この基準パターンの反射光がマイクロレンズアレイ２、マスク３及びダイクロイックミラー２２を介してカメラ２３に入射するようになっている。カメラ２３は、この基準パターンの反射光を検出し、この検出信号を画像処理部２４に出力する。画像処理部２４は基準パターンの検出信号を画像処理し、基準パターンの検出画像を得る。画像処理部２４にて得られた基準パターンの画像信号は制御部２５に入力され、制御部２５がマスク３の現在位置（即ち、マスク３の露光しようとする露光パターンの位置）と検出された基準パターンの位置との間のずれを演算し、このずれ量を解消するためのマイクロレンズアレイ２の露光補正量を演算する。そして、制御部２５は、このマイクロレンズアレイ２の露光補正量に応じた信号を、このマイクロレンズアレイ２の単位マイクロレンズアレイを移動させる移動部材としてのアクチュエータ２０に出力し、アクチュエータ２０はこの信号に基づいてマイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ２ａの光軸をシフト駆動する。基板１とマスク３は、一体となって一定の方向に移動することができ、マイクロレンズアレイ２と露光光源４及び光学系２１は、固定的に配置されている。そして、基板１及びマスク３が一方向に移動することにより、露光光が基板上で走査され、ガラス基板から１枚の基板が製造される所謂１枚取りの基板の場合は、上記一走査により、基板の全面が露光される。

次に、マイクロレンズアレイによる露光態様について、更に詳細に説明する。図２に示すように、ガラス基板等の被露光基板１の上方に、複数個のマイクロレンズ２ａが２次元的に配置されて構成されたマイクロレンズアレイ２が配置され、更に、このマイクロレンズアレイ２の上にマスク３が配置され、マスク３の上方に露光光源４が配置されている。なお、図１及び図２は１個のマイクロレンズアレイのみ図示されている。マスク３は透明基板３ａの下面にＣｒ膜３ｂからなる遮光膜が形成されていて、露光光はこのＣｒ膜３ｂに形成された孔を透過してマイクロレンズアレイ２により基板上に収束する。上述のごとく、本実施形態においては、例えば、マイクロレンズアレイ２及び露光光源４が固定されていて、基板１及びマスク３が同期して矢印５方向に移動することにより、露光光源４からの露光光がマスク３を透過して基板１上を矢印５方向にスキャンされる。この基板１及びマスク３の移動は、適宜の移動装置の駆動源により駆動される。なお、基板１及びマスク３を固定して、マイクロレンズアレイ２及び露光光源４を移動させることとしてもよい。

図３に示すように、マイクロレンズアレイ２は、支持基板６に、スキャン方向５に垂直の方向に例えば４個ずつ２列に配置されており、これらのマイクロレンズアレイ２は、スキャン方向５にみて、前段の４個のマイクロレンズアレイ２の相互間に、後段の４個のマイクロレンズアレイ２のうち３個が夫々配置されて、２列のマイクロレンズアレイ２が千鳥になるように配列されている。これにより、２列のマイクロレンズアレイ２により、基板１におけるスキャン方向５に垂直の方向の露光領域の全域が露光される。

各マイクロレンズアレイ２は、４枚の単位マイクロレンズアレイの積層体であり、図４に示すように、例えば、４枚の単位マイクロレンズアレイ２−１，２−２，２−３，２−４が積層された構造を有する。従って、各マイクロレンズアレイ２の各マイクロレンズ２ａは、４枚８レンズ構成であり、各単位マイクロレンズアレイ２−１等は２個の凸レンズから構成されている。これにより、露光光は単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間で一旦収束し、更に単位マイクロレンズアレイ２−４の下方の基板上で結像する。そして、単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間に６角視野絞り１２が配置され、単位マイクロレンズアレイ２−３と単位マイクロレンズアレイ２−４との間に開口絞り１１が配置されている。これらの６角視野絞り１２及び開口絞り１１はマイクロレンズ２ａ毎に設けられており、各マイクロレンズ２ａについて基板上の露光領域を６角に整形している。６角視野絞り１２は、例えば、図５（ａ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に６角形状の開口として形成され、開口絞り１１は、図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２ａのレンズ視野領域１０の中に円形の開口として形成されている。

図６は、各マイクロレンズアレイ２における各マイクロレンズ２ａの配置態様を示すために、マイクロレンズ２ａの配置態様を、マイクロレンズ２ａの６角視野絞り１２の位置として示す図である。この図６は後述のマイクロレンズ２ａの光軸の偏倚（シフト）は行っていない状態である。この図６に示すように、マイクロレンズ２ａは、スキャン方向５について、順次、若干横方向にずれて配置されている。６角視野絞り１２は、中央の矩形部分１２ａと、そのスキャン方向５に見て両側の三角形部分１２ｂ、１２ｃとに分かれる。図６において、破線は、６角視野絞り１２の６角形の各角部をスキャン方向５に結ぶ線分である。この図６に示すように、スキャン方向５に垂直の方向の各列に関し、スキャン方向５について３列の６角視野絞り１２の列をみると、ある特定の１列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃが、スキャン方向後方に隣接する２列目の６角視野絞り１２の左側の三角形部分１２ｂと重なり、１列目の６角視野絞り１２の左側の三角形部分１２ｂが、３列目の６角視野絞り１２の右側の三角形部分１２ｃと重なるように、これらのマイクロレンズ２ａが配置されている。このようにして、スキャン方向５に関し、３列のマイクロレンズ２ａが１セットとなって配置される。つまり、４列目のマイクロレンズ２ａは、スキャン方向５に垂直の方向に関し、１列目のマイクロレンズ２ａと同一位置に配置される。このとき、３列の６角視野絞り１２において、隣接する２列の６角視野絞り１２の三角形部分１２ｂの面積と三角形部分１２ｃの面積とを加算すると、このスキャン方向５に重なる２個の三角形部分１２ｂ、１２ｃの合計面積の線密度は、中央の矩形部分１２ａの面積の線密度と同一になる。なお、この線密度とは、スキャン方向５に垂直の方向における単位長あたりの６角視野絞り１２の開口面積である。つまり、三角形部分１２ｂ、１２ｃの合計面積は、三角形部分１２ｂ、１２ｃの底辺を長さとし、三角形部分１２ｂ、１２ｃの高さを幅とする矩形部分の面積になる。この矩形部分は、矩形部分１２ａの長さと同一の長さであるから、スキャン方向５に垂直の方向に関する単位長あたりの開口面積（線密度）で比べると、三角形部分１２ｂ、１２ｃの線密度と、矩形部分１２ａの線密度とは同一になる。このため、基板１が３列のマイクロレンズ２ａのスキャンを受けると、このスキャン方向５に垂直の方向に関し、その全域で均一な光量の露光を受けたことになる。従って、各マイクロレンズアレイ２には、スキャン方向５に関し、３の整数倍の列のマイクロレンズ２ａが配置されており、これにより、基板は、１回のスキャンによりその全域で均一な光量の露光を受けることになる。

このように構成されたマイクロレンズアレイ２においては、露光光源４から露光光が照射されている間に、基板１をマイクロレンズアレイ２に対して相対的に移動させて、露光光により基板を走査することにより、基板１の露光対象領域の全域で、基板１は均一な光量の露光を受ける。つまり、基板１はマイクロレンズ２ａの位置に応じてスポット的な露光を受けるのではなく、１列のマイクロレンズ２ａの相互間の領域は、他列のマイクロレンズ２ａにより露光されて、基板１は、あたかも、平面露光を受けた場合と同様に、露光対象領域の全域で均一な露光を受ける。そして、基板１上に投影されるパターンは、マイクロレンズ２ａの６角視野絞り１２及び開口絞り１１の形状ではなく、マスク３のＣｒ膜３ｂ（遮光膜）の孔に形成されたマスクパターン（露光パターン）により決まるパターンである。

図７に示すように、マイクロレンズアレイ２は、支持板６に、マイクロレンズアレイ２ｂ及びマイクロレンズアレイ２ｃの２列に分かれて配置されており、スキャン方向５に垂直の方向に列をなすように、またマイクロレンズアレイ２ｂとマイクロレンズアレイ２ｃとがスキャン方向５に相互にずれて配置されている。マイクロレンズアレイ２は、支持板６に設けた孔６ａ内に嵌合して配置されており、各孔６ａは各マイクロレンズアレイ２の外形に見合う大きさを有している。マイクロレンズアレイ２は、そのスキャン方向５に直交する方向については、隣接するマイクロレンズアレイ２同士（マイクロレンズアレイ２ｂとマイクロレンズアレイ２ｃ）が相互に接近するように連なって配置されている。そして、このスキャン方向５に直交する方向に隣接するマイクロレンズアレイ２間の支持板６の部分は、極めて細く、また、マイクロレンズアレイ２におけるスキャン方向５に直交する方向の端部はこの端部のマイクロレンズ２ａと端縁との間の間隔がマイクロレンズ２ａの配列ピッチの１／２未満に短くなっている。このため、各マイクロレンズアレイ２は、スキャン方向５に直交する方向に連なっていても、このスキャン方向５に直交する方向の全てのマイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ２ａ間の間隔を同一にすることができる。即ち、マイクロレンズ２ａのスキャン方向５に直交する方向のピッチは、全てのマイクロレンズアレイ２について一定である。スキャン方向５については、１個のマイクロレンズアレイ２が配置されており、そのマイクロレンズアレイ２内のマイクロレンズ２ａのピッチは一定である。

なお、マイクロレンズアレイ２は、支持板６に対し、図３に示すように、スキャン方向５及びスキャン方向５に直交する方向の双方に相互に離隔するように配置することもできる。この場合は、スキャン方向５に見た場合に、マイクロレンズアレイ２をその端部同士が重なるように設けることができ、従って、スキャン方向５に直交する方向に関し、各マイクロレンズアレイ２の端部におけるマイクロレンズ２ａと端縁との間隔をマイクロレンズ２ａのピッチの１／２未満になるように、短くする必要がなく、各マイクロレンズアレイ２の端部の幅を十分大きくとることができる。また、支持板６の孔６ａは、スキャン方向５に直交する方向の相互間隔を、図７に示すような短いものにする必要がなく、十分広くとることができる。なお、図７及び図３は、マイクロレンズアレイ２をスキャン方向５に直交する方向について、千鳥状に配置しているが、図７に示すように、マイクロレンズアレイ２が相互に近接している場合は、マイクロレンズアレイ２をスキャン方向５０に一直線状に整列させて配置することも可能である。

図８は、この複数個のマイクロレンズアレイ２が配列された状態を示し、このマイクロレンズアレイ２により、基板上には、マスク３のマスクパターンの像が投影される。但し、図８においては、マイクロレンズアレイ２は縦断面視で示し、投影像は平面視で示している。支持板６に、例えば４１枚のマイクロレンズアレイ２（図示の都合上１１枚として示す）が並置されており、例えば、このマイクロレンズアレイ２の幅は３０ｍｍ、支持板６の幅及びマスク３の透明基板３ａの幅は、例えば、１２２０ｍｍである。

図９は、単位マイクロレンズアレイ２-１，２-２，２−３，２−４の積層状態を示す模式図である。これらの４枚の単位マイクロレンズアレイ２−１等の各マイクロレンズ２ａの構成は、図４に示すように、各単位マイクロレンズアレイ２−１毎に２枚の凸レンズからなるものである。常態では、図９に示すように、単位マイクロレンズアレイ２−１，２-２，２−３，２−４の各マイクロレンズ２ａの光軸は、いずれも一致している。従って、露光光は図１１に示すように、基板に対して垂直に入射する。

而して、本実施形態においては、図１０に示すように、第１層目の単位マイクロレンズアレイ２−１及び第２層目の単位マイクロレンズアレイ２−２のマイクロレンズ２ａの光軸と、第３層目の単位マイクロレンズアレイ２−３及び第４層目の単位マイクロレンズアレイ２−４のマイクロレンズ２ａの光軸とを、ｄの大きさで偏倚（シフト）させることができるようになっている。この偏倚量ｄは例えば０．３μｍである。このように、単位マイクロレンズアレイ２−３，２−４のマイクロレンズの光軸が偏倚することにより、図１２に示すように、露光光は単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間で屈曲し、この露光光は、図１１に比して、若干ずれた位置で基板に入射する。第３層の単位マイクロレンズアレイ２−３のマイクロレンズの光軸の偏倚量ｄに対し、最下層の第４の単位マイクロレンズアレイ２-４を出射する露光光の光軸は約２倍の２ｄだけ偏倚し、露光光の基板上における偏倚量は約２ｄとなる。即ち、マイクロレンズの光軸を偏倚量ｄだけ偏倚させると、投影パターンは基板上で約２ｄだけ偏倚し、上述のｄ＝０．３μｍの場合には、基板上の投影パターンは０．６μｍだけ偏倚する。

このようにして、単位マイクロレンズアレイ２-１等のマイクロレンズ２ａの光軸を偏倚（シフト）させることにより、マイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整することができる。

マイクロレンズの光軸の偏倚は、一部の単位マイクロレンズアレイを他の単位マイクロレンズアレイに対して光軸に垂直の方向に移動させればよい。この単位マイクロレンズアレイの移動は、例えば、圧電素子に電圧を印加することにより、その電圧変化で圧電素子が歪んだ量だけ単位マイクロレンズアレイを光軸に垂直の方向に押し出すようにすれば良い。この場合は、圧電素子が移動部材となるが、移動部材としては、圧電素子に限らず、種々の装置又は部材を使用することができる。

このマイクロレンズアレイ２の単位マイクロレンズアレイ２−１等の移動によるマイクロレンズ２ａの光軸の偏倚（シフト）により、上述のごとく、例えば、１枚のマイクロレンズアレイ２で０．６μｍだけ露光位置をずらすことができる。従って、図１３に示すように、例えば４１枚並置されたマイクロレンズアレイ２による露光位置を、１枚のマイクロレンズアレイ２について０．６μｍずらした場合、全体で、２４．４μｍだけ投影位置をずらすことができる。即ち、図１３の右端のマイクロレンズアレイ２の露光位置が、図８の場合と同一であるとした場合、図１３の左端のマイクロレンズアレイ２の露光位置は、図８の場合よりも２４．４μｍだけ、左方に移動し、全体で、投影パターンの投影領域が、２４．４μｍだけ拡大する。この拡大量は、マスク幅が１２２０ｍｍであるから、２４．４×１０^−３（ｍｍ）／１２２０（ｍｍ）＝２０×１０^−６となり、２０ｐｐｍの拡大倍率補正ができたことになる。

なお、倍率を縮小する場合も、同様に露光位置の調整で行うことができる。また、上記実施形態では、第１及び第２層の単位マイクロレンズアレイ２−１，２−２と、第３及び第４層の単位マイクロレンズアレイ２−３，２−４との間で、そのマイクロレンズ２ａの光軸を偏倚させることにより、露光位置調整を行ったが、これは、マイクロレンズアレイの反転結像位置で単位マイクロレンズアレイのマイクロレンズの光軸をずらすものである。このため、マイクロレンズアレイ２における単位マイクロレンズアレイの枚数も、上記実施形態のように、４枚に限定されるものではないが、その場合も、単位マイクロレンズアレイのマイクロレンズの光軸の偏倚は、マイクロレンズアレイの反転結像位置で行う必要がある。

次に、図１のカメラ２３による基板上の基準パターンの画像検出方法について説明する。カメラ２３は、ラインＣＣＤカメラであり、１次元の線状に像を検出する。図１４は、マイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ２ａの配置と、ラインＣＣＤカメラ２３の検出領域１７とを示す図である。マイクロレンズ２ａの６角視野絞り１２は、前述のように、スキャン方向５に関し、最も近傍に隣接するものが、スキャン方向５に対して平行ではなく、傾斜している。ラインＣＣＤカメラは、その線状の検出領域１７が、コーナー部のマイクロレンズ２ａの６角視野領域１２から、スキャン方向５に対し最も近傍に隣接するマイクロレンズ２ａの６角視野領域１２を結ぶ直線上に、一致するように、検出領域１７をスキャン方向５に対して傾斜させて、配置されている。

基板１をスキャン方向５に移動させつつ、ラインＣＣＤカメラ２３により基板１上の画像を検出すると、１回のラインスキャンにより、検出領域１７の線上で、画像が検出される。この検出信号は、画像処理部２４に入力されて画像処理される。このラインＣＣＤカメラ２３の検出領域１７は、例えば、マイクロレンズアレイ２のコーナー部のマイクロレンズ２ａからマイクロレンズアレイ２の幅方向の他端部までである。即ち、スキャン方向５に垂直の方向に関し、一方の端部のコーナー部から他方の端部までのマイクロレンズアレイ２の幅方向の全域について、傾斜した線上に位置するマイクロレンズ２ａの６角視野領域１２の画像を検出する。このとき、ラインＣＣＤカメラのスキャン性能が１回のスキャンに要する時間が１０ｍｓｅｃであるとすると、基板及びマスクの移動速度は、例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃであるから、１０ｍｓｅｃのスキャン時間の間に、基板及びマスクは、１ｍｍ移動する。従って、ラインＣＣＤカメラ２３の一方の端部にて、マイクロレンズアレイ２のコーナー部のマイクロレンズ２ａの画像を検出した後、ラインＣＣＤカメラ２３の他方の端部にてマイクロレンズアレイ２の幅方向の他方の端部のマイクロレンズ２ａの画像を検出したときには、この他方の端部のマイクロレンズ２ａの画像は、コーナー部のマイクロレンズ２ａの画像の位置よりも、１ｍｍ後方の位置の画像である。基板及びマスクの幅方向の大きさは、例えば、１ｍであるから、基板１ｍにつき、１ｍｍのずれが生じる。よって、隣接するマイクロレンズ２ａ間では、この１ｍｍをマイクロレンズ２ａの数で除した分だけ、検出画像は、スキャン方向５にずれが生じている。

また、ラインＣＣＤカメラ２３によるスキャン画像は、コーナー部のマイクロレンズ２ａの画像を検出した後、その基板スキャン方向５の斜め前方のマイクロレンズ２ａの画像を検出する。このように、ラインＣＣＤカメラ２３の１次元のスキャン画像において、基板スキャン方向５について、斜め前方に配置されたマイクロレンズ２ａの画像を順次読み込んでいく。従って、基板スキャン方向５についてのマイクロレンズ２ａの配列ピッチをΔｄとすると、ラインＣＣＤカメラ２３により１回のスキャンで読み込まれた画像信号は、基板スキャン方向５について、その前方にΔｄだけずれたマイクロレンズ２ａの画像を順次読み込んだことになる。よって、このレンズピッチΔｄが１５０μｍであるとすると、そして、前述のごとく、基板の移動速度が１００ｍｍ／ｓｅｃであるとすると、このレンズピッチΔｄ（＝１５０μｍ＝０．１５ｍｍ）を基板が移動するのに、１．５ｍｓｅｃかかる。従って、ラインＣＣＤカメラ２３の１回のスキャンで、コーナー部のマイクロレンズ２ａの画像を検出した後、次順のマイクロレンズ２ａの画像を検出したときは、この画像は、コーナー部のマイクロレンズ２ａの画像のスキャン方向５に垂直の方向に隣接する位置の画像よりも、基板のスキャン方向５にΔｄだけ進んだ位置の画像である。よって、ある時点でコーナー部のマイクロレンズ２ａの画像のスキャン方向５に垂直の方向に隣接する位置の画像は、その時点でコーナー部のマイクロレンズ２ａの次順のマイクロレンズ２ａの画像を取得した時点よりも、１．５ｍｓｅｃ後にこの２番目のマイクロレンズ２ａにて検出された画像である。

画像処理部２４は、ラインＣＣＤカメラ２３の取得信号から、以上の２点の時間遅延及び位置調整に関する補正の画像処理を行うと、基板が移動している間のある特定の時点の画像を得ることができる。例えば、本実施形態の露光装置に搬入されてくる基板１に、図１５（ａ）に示すように第１層の露光パターンＬ１（基準パターン）が形成されている場合、露光装置の所定位置に停止した基板１を走査させて、ラインＣＣＤカメラ２３により基板１上の画像を検出し、この基準パターンＬ１の検出信号を画像処理部２４が画像処理すると、図１５（ａ）に示す基準パターンＬ１の検出画像が得られる。制御部２５は、この画像処理されたパターンＬ１の画像検出信号に基づき、この第１層パターンＬ１の基準位置と、マスク３に形成され第２層パターンＬ２として露光すべき露光パターンＬ２の基準位置との間のずれ量を演算し、このずれ量を解消するためのマイクロレンズアレイ２の露光位置の調整量（露光補正量）を演算する。そして、制御部２５は、このマイクロレンズアレイ２の露光補正量に応じた信号を、このマイクロレンズアレイ２の単位マイクロレンズアレイ２−１等を移動させる移動部材としてのアクチュエータ２０に出力し、アクチュエータ２０（移動部材）はこの信号に基づいてマイクロレンズアレイ２のマイクロレンズの光軸を調整（シフト駆動）して、マイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整して、基板上の露光光の擬似的倍率を調整する。

次に、上述のごとく構成された本実施形態の露光装置の動作について説明する。先ず、図１に示すように、露光装置の所定の露光位置に基板１が搬入される。この基板１には、基準パターンとして、図１５（ａ）に示すようなパターンＬ１が露光されている。この基準パターンＬ１は第１層パターンであり、この第１層パターンを基準として、露光装置において、第２層パターン乃至第４層パターンが露光されて、例えば、５層のパターンが重ね合わせ露光される。

このとき、薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等のガラス基板に、製造過程で寸法の変化が生じた場合に、重ね露光における露光パターンが下層パターンに対してずれてしまう。そこで、搬入された基板１に対し、これをマスク３と共にマイクロレンズアレイ２に対して走査し、ラインＣＣＤカメラ２３により基板１上の画像を検出する。このラインＣＣＤカメラ２３は、その光検出部は１次元のセンサであり、図１４に示すように、基板スキャン方向５に対して傾斜する領域を検出するように設置されている。このように、ラインＣＣＤカメラ２３の検出領域１７を、基板スキャン方向５に垂直の方向にせず、この方向に対して傾斜する方向としたのは、仮に、基板スキャン方向５に垂直の方向に線状の検出領域１７を配置すると、隣接するマイクロレンズ２ａの６角視野絞り１２間に不連続の部分が存在するため、基板１上の画像を連続的に検出できないからである。そこで、本実施形態においては、検出領域１７をスキャン方向５に最も近傍に隣接するマイクロレンズアレイ２の６角視野絞り１２を通るように傾斜して配置している。これにより、この検出領域１７を傾斜して配置したことによる遅延時間に基づく補正と、ＣＣＤセンサの１スキャン時間の時間遅れによる補正とを、画像処理により行うことにより、マイクロレンズアレイ２の基準となるコーナー部のマイクロレンズ２ａの検出画像を基準として、基板１上の画像を検出することができる。即ち、画像処理部２４は、カメラ２３の検出信号に基づいて、図１５（ａ）に示す基板１上の第１層パターンＬ１を求める。

制御部２５は、この第１層パターンＬ１と、マスク３に形成されこれから露光しようとする第２層パターンＬ２とが一致している場合は、この第２層パターンＬ２を基板上に露光する。即ち、基板１及びマスク３を一体としてマイクロレンズアレイ２及び光源に対して移動させ、マスク３に形成されている露光パターンＬ２を第１層パターンＬ１上に重ね露光する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、第１層パターンＬ１の基準となるコーナー部から、設計値のΔｘ及びΔｙだけ離隔した位置に第２層パターンＬ２を形成することができる。

このとき、図４に示すように、露光光源４から露光光がマスク３を介してマイクロレンズアレイ２に入射すると、倒立等倍の像が６角視野絞り１２に結像する。そして、この６角視野絞り１２により、各マイクロレンズ２ａを透過する露光光が、図５（ａ）に示す６角形に整形され、基板１上に正立等倍像として、投影される。このとき、マイクロレンズ２ａによる露光領域は、基板上で図６に示すように配置される。

そして、図３に示す態様では、８枚のマイクロレンズアレイ２により、基板１のスキャン方向５に垂直の方向の全露光領域が均一光量で露光される。そして、基板１及びマスク３を、スキャン方向５に、マイクロレンズアレイ２に対して走査すると、基板１の全面の露光領域が均一光量で露光される。これにより、マスク３に形成されたマスクパターンが基板１上に結像する。

一方、ラインＣＣＤカメラ２３により検出した第１層パターンＬ１に対し、現在の位置のマスク３の露光パターンＬ２の位置がずれていた場合は、制御部２５が演算したマイクロレンズ２ａの光軸のシフト量に基づいて、アクチュエータ２０が単位マイクロレンズアレイ２−３，２−４を単位マイクロレンズアレイ２−１，２−２に対して移動させて、マスク３の露光パターンＬ２の基準位置が第１層パターンＬ１の基準位置と一致するように、基板１に対する露光光の照射位置を調整する。例えば、図１３に示すように、基板スキャン方向に垂直の方向に並んだ４１枚（図示例は１１枚）のマイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ２ａの光軸を夫々シフトさせると、基板１上において、全てのマイクロレンズアレイ２による露光位置が調整されて、擬似的に倍率が調整される。

このようにして、複数個のマイクロレンズアレイ２による露光位置を調整することにより、基板上の基準パターンと、複数個のマイクロレンズアレイ２により投影された露光パターンとを高精度で一致させることができる。即ち、第１層パターンＬ１と第２層パターンＬ２とのずれを解消することができる。

本実施形態においては、重ね合わせ露光において、基板の寸法の変動が生じても、これをリアルタイムで検出して、その露光位置を下層の露光パターンに高精度で合わせることができる。即ち、本実施形態においては、露光装置内で、露光中に下層パターンと露光パターンとの位置ずれを、マイクロレンズアレイにおける単位マイクロレンズアレイの移動によるマイクロレンズの光軸の位置調整により修正することができ、リアルタイムに位置ずれを修正して、高精度の重ね露光を行うことができる。

しかも、本発明においては、マイクロレンズ２ａの光軸を偏倚（シフト）させることにより、基板上における露光位置の調整、ひいては露光パターンの倍率調整を行っているので、露光光の焦点深度は各マイクロレンズアレイについて変動しない。即ち、全てのマイクロレンズの焦点深度の範囲内に、基板上の露光すべき面を位置させることができる。通常、マイクロレンズアレイの焦点深度は５０μｍであるが、この焦点深度内に、基板上の露光面を位置させることができる。

また、露光光は、パルスレーザ光又は水銀ランプ等の連続光等、種々のものを使用することができる。更に、ラインＣＣＤカメラ２３は、基板上を照射する光照射部と反射光を検出するラインＣＣＤセンサとを有するものを使用し、ダイクロイックミラー２２によりカメラ２３からの観察光を基板に照射したが、基板の下方から光照射して、基板に形成された第１層露光パターンの像をラインＣＣＤセンサに入力してこれを検出することとしてもよい。更に、基板上の画像は、ラインＣＣＤセンサにより検出する場合に限らず、２次元センサにより、基板上の画像を検出することもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限らないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、図１４に示すように、ラインＣＣＤカメラ２３のラインセンサをその検出領域１７がスキャン方向５に対して傾斜するように配置することにより、画像処理することによって、スキャン方向５に垂直の方向の全域において途切れることなく連続する６角視野絞り１２内の画像を検出しているが、ラインセンサをスキャン方向５に垂直の方向に配置し、このラインセンサを３列設けることにより、同様に、スキャン方向５に垂直の方向の全域において途切れることなく連続する６角視野絞り１２内の画像を検出することもできる。

１：基板
２：マイクロレンズアレイ
２ａ：マイクロレンズ
２−１〜２−４：単位マイクロレンズアレイ
３：マスク
３ａ：透明基板
３ｂ：Ｃｒ膜
４：露光光源
５：スキャン方向
６：支持基板
１１：開口絞り
１２：６角視野絞り
１２ａ：矩形部分
１２ｂ、１２ｃ：三角形部分
１７：検出領域
２０：アクチュエータ
２１：光学系
２２：ダイクロイックミラー
２３：ラインＣＣＤカメラ
２４：画像処理部
２５：制御部

Claims (4)

1. 露光すべき基板の上方に配置され、夫々複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイが相互に積層配置されたマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記単位マイクロレンズアレイの少なくとも一部を他の単位マイクロレンズアレイに対してその構成マイクロレンズの光軸が偏倚するように移動させる移動部材と、を有し、前記単位マイクロレンズアレイ間の光軸を偏倚させることにより、マイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整することを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
2. 前記マイクロレンズアレイは、４枚の単位マイクロレンズアレイから構成され、第１層及び第２層の単位マイクロレンズアレイと、第３層及び第４層の単位マイクロレンズアレイとの間のマイクロレンズの光軸が偏倚するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
3. 前記マイクロレンズアレイは、複数枚の単位マイクロレンズアレイから構成され、積層された単位マイクロレンズアレイ間の特定の反転結像位置にて、マイクロレンズの光軸が夫々偏倚するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
4. 前記マイクロレンズアレイは、前記基板の表面に沿って複数個配置されており、
   前記露光装置は、更に、
   前記基板の画像を検出する画像検出部と、この画像の検出信号を基に画像処理して基板上に形成されている基準パターンを得る画像処理部と、この基準パターンと露光しようとする前記マスクの露光パターンとの間のずれを演算して前記基準パターンと前記露光パターンとのずれを解消するように前記移動部材を介して各前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズの光軸の位置を調整する制御部と、を有し、前記複数個のマイクロレンズアレイによる基板上の露光位置を調整して、露光パターンを前記基準パターンに一致させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。

Images