JP2012133122A - 近接露光装置及びそのギャップ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に基板上面の高さとマスク下面の高さとを測定して、基板とマスクとのギャップ分布を作業者のスキルに影響されることなく、精度よく求めることができる近接露光装置及びそのギャップ測定方法を提供する。
【解決手段】マスクステージ１側に配設されて基板上面の高さＨ_ｗを測定するマスク側変位センサ３１と、ワークステージ２側に配設されてマスク下面の高さＨ_ｍを測定する基板側変位センサ１５と、を備え、マスク側変位センサ３１、及び基板側変位センサ１５によってそれぞれ測定された基板上面の高さＨ_ｗと、マスク下面の高さＨ_ｍと、に基づいて、基板ＷとマスクＭとのギャップ分布を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接露光装置及びそのギャップ測定方法に関し、より詳細には、例えば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等の基板上にマスクのパターンを近接（プロキシミティ）露光転写するのに好適な近接露光装置及びそのギャップ測定方法に関する。

近接露光は、表面に感光剤を塗布した透光性の基板（被露光材）を近接露光装置のワークステージ上に保持すると共に、該基板をマスクステージのマスク保持枠に保持されたマスクに接近させて両者のギャップを、例えば数１０μｍ〜数１００μｍにし、マスクの基板と反対側から照射装置によって露光用の光をマスクに向けて照射することにより基板上にマスクに描かれたパターンを露光転写するようにしたものである。

ところで、近接露光には、マスクを基板と同じ大きさにして一括で露光する方式があるが、このような方式では、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合にマスクが大型化し、マスクの撓みによるパターン精度への影響やコスト面等で問題が生じる。このような事情から、従来においては、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合には、基板より小さいマスクを用い、ワークステージをマスクに対して例えばＹ軸方向に相対的にステップ移動させてステップ毎にマスクを基板に近接して対向配置した状態でパターン露光光を照射し、これにより、マスクに描かれた複数のパターンを基板上に露光転写する、所謂ステップ式の近接露光方式が用いられる場合がある。

具体的には、まず、例えばワークステージ側のアライメントマークとマスク側のアライメントマークとが整合するようにマスクの位置を調整してワークステージとマスクの位置を合わせ、そのときのマスクの姿勢（位置）を記憶装置等に記憶しておく。次に、ワークステージに搭載した基板をマスクに接近させ、基板とマスクとを微小ギャップを介した状態で照射手段からパターン露光用の光をマスクに向けて照射してマスクパターンを基板に露光転写する。

次に、基板をマスクから離し、この状態でワークステージをマスクに対して１ステップ量だけ送る。このとき、例えばリニアガイド等の精度に起因してワークステージの送り誤差が生じる。従って、このままで次ステップ目の露光を行うと、基板上に形成される次ステップ目の露光パターンと第１ステップ目の露光パターンとの相対位置がずれてしまう。このため、次ステップの露光を行う前にレーザ干渉計等の光学的計測センサによってワークステージの送り誤差（位置ずれ）を検出し、該検出結果と上記記憶装置に記憶されたマスクの初期姿勢情報とに基づいてマスクの向きを補正して基板とマスクとの位置を整合させ、この状態で次ステップ目の露光を行うことにより、基板上の個々の露光パターンの相対位置にずれが生じないようにしている。

このような近接露光において、露光パターンを高精度で露光するためには、基板とマスクの位置精度と共に、基板とマスク間のギャップが重要な要素であり、各ショットにおける基板、マスク間のギャップを数１０μｍ〜数１００μｍとし、且つ高い平行度を維持することが必要である。このため、近接露光装置の設置時や定期メンテナンス時には、基板、マスク間のギャップ分布を測定して、基板生産時において最適ギャップが維持できるように、各部を調整することが行われている。

従来のギャップ分布の測定方法としては、マスクステージに配置されたギャップセンサの移動可能範囲を大きくして、このギャップセンサを駆動機構によってストロークさせることでマスクの全エリアのギャップを測定する方法がある。

また、基板、マスク間のギャップに関する開示例として、ウェハチャツク及びマスクチャツクに取り付けた変位センサにより、基板とマスクとを平行、且つ所定間隔に設定するようにした第１及び第２の物体の間隔設定方法及び装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平３‐２５３９１７号公報

しかしながら、マスクステージに配置したギャップセンサにより基板、マスク間のギャップ分布を測定するには、マスクの全エリアをカバーする必要があり、マスクが大型になるにつれてギャップセンサの移動範囲が広くなって、ギャップセンサを支持する駆動機構が大型となる。このため、検出精度が低下するばかりでなく、製造コストが増大する問題があった。

また、特許文献１の方法は、基板生産時においてギャップを設定するものであり、基板生産に先立つ近接露光装置の据え付け時やメンテナンス時のギャップ測定については考慮されていない。また、特許文献１は、ウェハを対象基板としており、フラットパネルディスプレイ用パネルを露光するような、基板より小さなマスクを用いる場合におけるギャップ測定に簡単に適用できるものではなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板とマスク間のギャップ分布を作業者のスキルに影響されることなく、自動的に求めることができる近接露光装置及びそのギャップ測定方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージを所定の方向に移動させるワークステージ駆動機構と、前記基板に対する前記マスクの位置を調整するマスク位置調整手段と、を備え、前記マスクと前記基板とを近接配置した状態で、前記マスクの露光パターンを前記照射手段によって前記基板に露光転写する近接露光装置であって、
前記マスクステージ側に設けられ前記基板上面の高さを測定するマスク側変位センサと、
前記ワークステージ側に設けられ前記マスク下面の高さを測定する基板側変位センサと、
前記マスク側変位センサにより測定された前記基板上面の複数の所定位置での高さと、前記基板側変位センサにより測定された前記マスク下面の複数の所定位置での高さに基づいて、前記基板と前記マスクとを互いに対向させた場合の任意位置におけるギャップを算出するギャップ算出手段と、
を備えることを特徴とする近接露光装置。
（２） 前記マスク側変位センサは、非接触式センサであることを特徴とする上記（１）に記載の近接露光装置。
（３） 前記ギャップ算出手段は、前記照射手段によりパターン露光用の光が照射される各ショットにおける前記基板上の複数の露光エリアごとに、前記ギャップを算出することを特徴とする上記（１）に記載の近接露光装置。
（４） 被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージを所定の方向に移動させるワークステージ駆動機構と、前記基板に対する前記マスクの位置を調整するマスク位置調整手段と、前記マスクステージ側に設けられ前記基板上面の高さを測定するマスク側変位センサと、前記ワークステージ側に設けられ前記マスク下面の高さを測定する基板側変位センサと、を備え、前記マスクの露光パターンを前記照射手段によって前記基板に露光転写する近接露光装置の前記基板と前記マスクとのギャップ分布を測定するギャップ測定方法であって、
前記ワークステージ駆動機構により前記ワークステージを移動させて、前記マスク側変位センサで前記基板上面の複数の所定位置の高さを測定する工程と、
前記ワークステージ駆動機構により前記ワークステージを移動させて、前記基板側変位センサで前記マスク下面の複数の所定位置の高さを測定する工程と、
前記マスク側変位センサにより測定された前記基板上面の複数の所定位置での高さと、前記基板側変位センサにより測定された前記マスク下面の複数の所定位置での高さに基づいて、前記基板と前記マスクとを互いに対向させた場合の任意位置におけるギャップを算出する工程と、を備えることを特徴とする近接露光装置のギャップ測定方法。
（５） 前記ギャップ算出工程は、前記基板上面の複数の所定位置での高さ及び前記マスク下面の複数の所定位置での高さの測定値から、それぞれ直線補間により高さ測定位置以外の前記基板上面の高さ及び前記マスク下面の高さを求める補間処理工程を有すること特徴とする上記（４）に記載の近接露光装置のギャップ測定方法。
（６） 前記ギャップ算出工程は、前記照射手段によりパターン露光用の光が照射される各ショットにおける前記基板上の複数の露光エリアごとに、前記ギャップを算出することを特徴とする上記（４）に記載の近接露光装置のギャップ測定方法。

本発明の近接露光装置及びそのギャップ測定方法によれば、基板とマスクとを対向させた場合の任意位置、特に、各ショットの露光エリアごとの任意位置における基板とマスクとのギャップ分布を作業者のスキルに影響されることなく、自動的に求めることができ、露光装置の設置時やメンテナンス時の調整をギャップ分布に基づいて効率的且つ精度よく調整することができる。また、高さ測定位置以外の基板上面の高さ及びマスク下面の高さを、基板上面の高さ及びマスク下面の高さの測定値から直線補間により求めることができ、ギャップ分布を任意位置で求めることができる。

本発明に係るステップ式近接露光装置を説明するための部分破断正面図である。 基板上面高さの測定位置を示す基板の平面図である。 基板上面の各部の高さを３次元で示すグラフである。 マスク下面高さの測定位置を示すマスクの平面図である。 マスク下面の各部の高さを３次元で示すグラフである。 各露光ショット時における基板とマスクの位置関係、及びギャップ表示位置を示す平面図である。 図６のｙｃ１線上における基板上面及びマスク下面の高さを示すグラフである。 基板とマスクとのギャップ分布を３次元で示すグラフである。

図１は本発明に係るステップ式近接露光装置の部分破断正面図であり、ステップ式近接露光装置ＰＥは、図１に示すように、被露光材としての基板Ｗより小さいマスクＭを用い、マスクＭをマスクステージ１で保持すると共に、基板Ｗをワークステージ２で保持し、この状態でワークステージ２をマスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて、ステップ毎にマスクＭと基板Ｗとを近接させて対向配置した状態で、照射手段３からパターン露光用の光をマスクＭに向けて照射することにより、マスクＭのパターンを基板Ｗ上に露光転写する。

装置ベース４上には、ワークステージ２をＸ軸方向にステップ移動させるためのＸ軸ステージ送り機構５が設置され、Ｘ軸ステージ送り機構５のＸ軸送り台５ａ上にはワークステージ２をＹ軸方向にステップ移動させるためのＹ軸ステージ送り機構６が設置され、Ｙ軸ステージ送り機構６のＹ軸送り台６ａ上に、ワークステージ２が設置されている。ワークステージ２の上面には、基板Ｗがワークチャック等で真空吸引された状態で保持される。また、ワークステージ２の側部には、マスクＭの下面高さを測定するための基板側変位センサ１５が配設されている。従って、基板側変位センサ１５は、ワークステージ２と共にＸ、Ｙ軸方向に移動可能である。

Ｙ軸ステージ送り機構６とワークステージ２の間には、ワークステージ２を上下方向に移動させるため、比較的位置決め分解能は粗いが移動ストローク及び移動速度が大きな上下粗動装置７と、上下粗動装置７と比べて高分解能での位置決めが可能でワークステージ２を上下に微動させてマスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを所定量に微調整する上下微動装置８が設置されている。

上下粗動装置７は後述の微動ステージ６ｂに設けられた適宜の駆動機構によりワークステージ２を微動ステージ６ｂに対して上下動させる。ワークステージ２の底面の４箇所に固定されたステージ粗動軸１４は、微動ステージ６ｂに固定された直動ベアリング１４ａに係合し、微動ステージ６ｂに対し上下方向に案内される。なお、上下粗動装置７は、分解能が低くても、繰り返し位置決め精度が高いことが望ましい。

上下微動装置８は、Ｙ軸送り台６ａに固定された固定台９と、固定台９にその内端側を斜め下方に傾斜させた状態で取り付けられたリニアガイドの案内レール１０とを備えており、該案内レール１０に跨架されたスライダ１１を介して案内レール１０に沿って往復移動するスライド体１２にボールねじのナット（図示せず）が連結されると共に、スライド体１２の上端面は微動ステージ６ｂに固定されたフランジ１２ａに対して水平方向に摺動自在に接している。

そして、固定台９に取り付けられたモータ１７によってボールねじのねじ軸を回転駆動させると、ナット、スライダ１１及びスライド体１２が一体となって案内レール１０に沿って斜め方向に移動し、これにより、フランジ１２ａが上下微動する。

この上下微動装置８は、Ｙ軸送り台６ａのＹ軸方向の一端側（図１の左端側）に１台、他端側に２台合計３台設置されて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８は、後述するマスク側変位センサ３１を構成するギャップセンサによる複数箇所でのマスクＭと基板Ｗとのギャップ量の計測結果に基づき、３箇所のフランジ１２ａの高さを独立に微調整してワークステージ２の高さ及び傾きを微調整する。

また、Ｙ軸送り台６ａ上には、ワークステージ２のＹ方向の位置を検出するＹ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９と、ワークステージ２のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸レーザ干渉計に対向するバーミラー（共に図示せず）とが設置されている。Ｙ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９は、Ｙ軸送り台６ａの一側でＸ軸方向に沿って配置されており、Ｘ軸レーザ干渉計に対向するバーミラーは、Ｙ軸送り台６ａの一端側でＹ軸方向に沿って配置されている。

Ｙ軸レーザ干渉計１８及びＸ軸レーザ干渉計は、それぞれ常に対応するバーミラーに対向するように配置されて装置ベース４に支持されている。なお、Ｙ軸レーザ干渉計１８は、Ｘ軸方向に離間して２台設置されている。２台のＹ軸レーザ干渉計１８により、バーミラー１９を介してＹ軸送り台６ａ、ひいてはワークステージ２のＹ軸方向の位置及びヨーイング誤差を検出する。また、Ｘ軸レーザ干渉計により、対向するバーミラーを介してＸ軸送り台５ａ、ひいてはワークステージ２のＸ軸方向の位置を検出する。

ステップ送り時に得られる２つのＹ軸方向位置データ及びＸ軸方向位置データの検出信号を制御装置４０に出力し、制御装置４０がこの検出信号（実際の位置データ）と指令された位置データ（位置決めすべき位置のデータ）との差に基づいて補正量を算出して、その算出結果を後述するマスク位置調整手段（及び必要に応じて上下微動装置８）の駆動回路に出力することで、該補正量に応じてマスク位置調整手段等が制御されてＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ及びヨーイング誤差が補正される。これにより、マスクＭが、基板Ｗの露光すべき位置に正しく対向するようにアライメントされる。

マスクステージ１は、略長方形状の枠体からなるマスクフレーム２４と、該マスクフレーム２４の中央部開口にギャップを介して挿入されてＸ，Ｙ，θ方向（Ｘ，Ｙ平面内）に移動可能に支持されたマスク保持枠２５とを備えており、マスクフレーム２４は装置ベース４から突設された支柱４ａによってワークステージ２の上方の定位置に保持されている。マスク保持枠２５の中央部開口の下面には内方に張り出すフランジ２６が開口の全周に沿って設けられている。このフランジ２６の下面に、露光すべきパターンが描かれているマスクＭが、真空式吸着装置（図示せず）等を介して着脱自在に保持される。

また、フランジ２６の上方には、基板Ｗの上面の高さを測定すると共に、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを測定するギャップセンサを構成するマスク側変位センサ３１、及びマスクＭのアライメントマーク（図示せず）と、基板Ｗ側に設けられたアライメントマーク（図示せず）、又はワークステージ２、若しくはマスクフレーム２４に設けられた基準アライメントマーク（図示せず）とを撮像する手段としてのアライメントカメラ３０がそれぞれ移動可能に配置されている。

マスク側変位センサ３１は、フランジ２６のＸ軸方向に沿う二辺の内側上方にＸ軸方向に互いに離間して２か所ずつ、合計４か所配置されている。マスク側変位センサ３１は、非接触式センサであればよく、光学式や超音波式や渦電流式のギャップセンサが適用される。アライメントカメラ３０はフランジ２６のＸ軸方向に沿う二辺の各内側上方でＸ軸方向の略中央部にそれぞれ一カ所ずつ合計２カ所配置されており、これらの２個のアライメントカメラ３０の画像データに基づいて制御装置４０が演算処理を行うことで、マスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出する。そして、この検出平面ずれ量に応じてマスク位置調整手段が、マスク保持枠２５をＸ，Ｙ，θ方向に移動させてマスク保持枠２５に保持されたマスクＭの基板Ｗに対する位置を調整する。なお、これらマスク側変位センサ３１やアライメントカメラ３０は、図示しない駆動機構を介してマスクステージ１に対して移動可能に支持されてもよい。

マスク位置調整手段は、マスクフレーム２４のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられたＹ軸方向駆動装置（図示せず）と、マスクフレーム２４のＹ軸方向に沿う一辺に互いにＹ軸方向に離間して取り付けられた二台のＸ軸方向駆動装置（図示せず）とを備えており、Ｙ軸方向駆動装置によりマスク保持枠２５のＹ軸方向の調整を、二台のＸ軸方向駆動装置によりマスク保持枠２５のＸ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整を行うようになっている。マスキングアパーチャ機構２８は、マスク保持枠２５に保持されたマスクＭ上の任意の範囲の露光光を必要に応じて遮光することで、露光範囲を制限する遮光ブレード（図示せず）を有する。

このように構成されたステップ式近接露光装置ＰＥでは、基板生産時においては、マスクＭと基板Ｗとを近接させて対向配置し、ギャップセンサによって構成されるマスク側変位センサ３１を用いて、マスクＭと基板ＷとのギャップＧを測定してマスクＭと基板Ｗとの位置を調整した後、照射手段３からパターン露光用の光を照射して、マスクＭのパターンを基板Ｗ上に露光転写する。

一方、据え付け時やメンテナンス時のような基板生産前においても、以下の方法で、マスクＭと基板Ｗとのギャップ分布を求める。この場合、マスクＭと基板とのギャップ分布は、マスクＭの下面の高さＨ_ｍの分布と、基板Ｗの上面の高さＨ_ｗの分布とを測定することで、水平面内（ＸＹ平面）での同一位置におけるマスクＭの下面の高さＨ_ｍと、基板Ｗの上面の高さＨ_ｗとの差として、ギャップ算出手段を構成する制御装置４０により求められる。

具体的には、基板Ｗをワークステージ２に保持させた後、Ｘ軸ステージ送り機構５、及びＹ軸ステージ送り機構６によって、ワークステージ２をＸ軸、及びＹ軸方向にステップ移動させて、マスク側変位センサ３１で基板Ｗの上面の高さＨ_ｗを、基板Ｗの全面に亘って測定する。基板Ｗの上面高さＨ_ｗを測定する位置は、図２に示すように、装置ベース４に固定された座標系であるｘ_ａ、ｙ_ａ、ｚ_ａ軸座標上（以後、便宜上、Ａ座標系とも言う）のマトリックス点（ａ_１１（ｘ_ａ１，ｙ_ａ１），ａ_１２（ｘ_ａ１，ｙ_ａ２），・・・，ａ_ｎｍ（ｘ_ａｎ，ｙ_ａｍ））を、作業者が入力することで決められる。

ステップ式近接露光装置ＰＥは、先ず、ワークステージ２を移動させて、作業者が設定したマトリックス点（ａ_１１，ａ_１２，・・・，ａ_ｎｍ）のうち、第１の測定点ａ_１１（_ｘａ１、ｙ_ａ１）をマスク側変位センサ３１に対向させ、１点目の基板Ｗの上面の高さｈ１１を測定する。次いで、第２の測定点ａ_１２（ｘ_ａ１、ｙ_ａ２）に移動して２点目の基板Ｗの上面の高さｈ_１２を測定する。以後、同様の操作を繰り返して、基板Ｗの全面に亘って上面高さＨｗ（ｈ_１１，ｈ_１２，・・・，ｈ_ｎｍ）を測定する。このようにして測定された基板Ｗの各点の上面高さＨ_ｗ（ｈ_１１，ｈ_１２，・・・，ｈ_ｎｍ）は、図３に示すように、３次元の分布で表わされる。なお、図２に示す２点鎖線は、後述する分割露光される際の基板Ｗの各パネルの分割線を示している。また、各マトリクス点の設定は、作業者によって任意に行われるが、各パネルの分割線との関係から行われても良い。また、上記測定は、いずれか１つのマスク側変位センサ３１を用いて行われても良いし、複数のマスク側変位センサ３１を用いて複数の測定点を同時に測定するようにしてもよい。さらに、Ａ座標系及びＢ座標系の各マトリクス点は、作業者が決定してもよく、または、マスクステージ１とワークステージ２が自動的に移動して決定し、マスクＭと基板Ｗの高さを測定する。

次に、図４に示すように、マスクＭを吸着保持するマスク保持枠２５に固定された座標系であるｘ_ｂ、ｙ_ｂ、ｚ_ｂ軸座標上（以後、便宜上、Ｂ座標系とも言う）で、作業者が入力した各マトリックス点（ｂ_１１（ｘ_ｂ１，ｙ_ｂ１），ｂ_１２（ｘ_ｂ１，ｙ_ｂ２），・・・，ｂ_ｎｍ（ｘ_ｂｎ，ｙ_ｂｍ））におけるマスクＭの下面の高さＨ_ｍ（Ｈ_１１，Ｈ_１２，・・・，Ｈ_ｎｍ）を、ワークステージ２をＸ軸、及びＹ軸方向にステップ移動させながら、基板側変位センサ１５で順次測定する。測定されたマスクＭの各点下面高さＨ_ｍ（Ｈ_１１，Ｈ_１２，・・・，Ｈ_ｎｍ）は、図５に示すように、３次元の分布で表わされる。
なお、基板Ｗの上面の高さＨ_ｗを測定する際には、マスクＭをマスク保持枠２５に保持した状態で行っても良いし、マスクＭを取り外した状態で行っても良い。同様に、マスクＭの下面の高さＨ_ｍを測定する際にも、基板Ｗをワークステージ２に保持した状態で行っても良いし、基板Ｗを取り外した状態で行っても良い。また、基板ＷとマスクＭの両方を保持した状態で測定を行う場合には、基板ＷとマスクＭとの間隔を４００μｍ以上として行う。

次いで、図６に示すように、マスクＭの中心Ｏｍと、基板Ｗの各露光エリアＷＥの中心Ｏｗとを一致させて、基板Ｗ上にマスクＭのパターンを分割露光する複数のエリア（図６では、６エリア）を設定する。そして、エリア（各ショット）ごとに、マスクＭに固定された座標系であるｘｃ、ｙｃ、ｚｃ軸座標上（以後、便宜上、Ｃ座標系とも言う）のギャップ分布を求めたいマトリックス点（ｃ_１１（ｘ_ｃ１，ｙ_ｃ１），ｃ_１２（ｘ_ｃ１，ｙ_ｃ２），・・・，ｃ_ｎｍ（ｘ_ｃｎ，ｙ_ｃｍ））の座標を、作業者が入力する。

なお、Ａ座標系、Ｂ座標系、及びＣ座標系は、座標系同士の相対位置が明確なものであれば原点がどこにあってもよい。即ち、各座標系の各マトリックス点（ａ_１１，ａ_１２，・・・，ａ_ｎｍ、ｂ_１１，ｂ_１２，・・・，ｂ_ｎｍ、ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）は、相互に各座標系のｘ，ｙ座標に変換することができる。従って、例えばＡ座標系の原点を基板Ｗの中心に、Ｂ座標系の原点及びＣ座標系の原点をそれぞれマスクＭの中心に設定するようにしてもよい。また、Ｂ座標系のマトリクス点とＣ座標系のマトリクス点を同一点とすれば、後述するＢ座標系における直線補間処理を省略することができる。

そして、制御装置４０により、Ｃ座標系のマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）の各座標（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）を、Ａ座標系の各座標（ｘ_ａ，ｙ_ａ）に変換して、先に測定されているＡ座標系上の基板Ｗの上面高さＨ_ｗの分布（図３参照）から、Ｃ座標系のマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）における基板Ｗの上面高さＨ_ｗを求める。

同様に、制御装置４０により、Ｃ座標系のマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）の座標（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）を、Ｂ座標系の座標（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ）に変換して、先に測定されているＢ座標系上のマスクＭの下面高さＨ_ｍの分布（図５参照）から、Ｃ座標系のマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）におけるマスクＭの下面高さＨ_ｍを求める。

図７は、理解を容易にするため、基板Ｗの上面高さＨ_ｗ及びマスクＭの下面高さＨ_ｍの測定値を２次元で示した図である。即ち、一例として、ｙ_ａ＝ｙ_ａ１の一定のｘ軸に沿う基板Ｗの上面高さＨ_ｗと、ｙ_ｂ＝ｙ_ｂ１の一定のｘ軸に沿うマスクＭの下面高さＨ_ｍを示している。このマスクＭの下面高さＨ_ｍと、基板Ｗの上面高さＨ_ｗとの差が、マスクＭと基板ＷとのギャップＧとなる。

Ｃ座標系のマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）の座標から、Ａ座標系のマトリックス点（ａ_１１，ａ_１２，・・・，ａ_ｎｍ）の座標、及びＢ座標系のマトリックス点（ｂ_１１，ｂ_１２，・・・，ｂ_ｎｍ）の座標への座標変換は容易に可能であるが、図７に示すように、ギャップ分布を求めたいマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）の座標は、必ずしも、基板Ｗの上面高さＨ_ｗを測定したマトリックス点（ａ_１１，ａ_１２，・・・，ａ_ｎｍ）の座標とは一致しない。また、同様に、マスクＭの下面高さＨ_ｍを測定したマトリックス点（ｂ_１１，ｂ_１２，・・・，ｂ_ｎｍ）の座標とはほとんど一致しない。

測定点の座標と座標が一致しないマトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）における基板Ｗの上面高さＨ_ｗ、及びマスクＭの下面高さＨ_ｍは、隣り合う測定点の値を用いて、制御装置４０が直線補間処理することで求めることができる。例えば、図７に示すように、マトリックス点ｃ_２１におけるマスクＭの下面高さＨ_ｍは、マスクＭの下面高さＨ_ｍがマトリックス点ｂ_２１とｂ_３１との間で直線的に変化するものと仮定して、比例配分することで求められる。基板Ｗの上面高さＨ_ｗについても、同様にして求めることができる。なお、図７においては、分かり易く２次元表示したが、実際には、マスクＭの下面高さＨ_ｍ及び基板Ｗの上面高さＨ_ｗは、ｘｙ方向に変化しているので、３次元での直線補間処理が行われる。

制御装置４０は、測定された、或いは直線補間処理により求められた各マトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）における基板Ｗの上面高さＨ_ｗとマスクＭの下面高さＨ_ｍとから、両者の差としてギャップＧを求める。図８は、このようにして求めた各マトリックス点（ｃ_１１，ｃ_１２，・・・，ｃ_ｎｍ）におけるギャップＧを、３次元で示したギャップ分布図である。

上記したギャップ分布の測定は、一連の作動手順をステップ式近接露光装置ＰＥの制御装置４０に記憶しておき、ステップ式近接露光装置ＰＥをギャップ分布測定モードで作動させることにより、自動的に求めることができる。従って、作業者のスキルに影響されることなく、基板ＷとマスクＭとのギャップ分布を自動的に求めることができる。

これにより、ステップ式近接露光装置ＰＥの据え付け時や、メンテナンス時には、上記したように自動的にギャップ分布を測定して、その測定結果からマスクステージ１、及びワークステージ２を調整した後、再度、ギャップ分布の測定を繰り返し行うことで、作業者のスキルに影響されずに、短時間で且つ精度よく調整することができる。

また、このようにして求められた据え付け時やメンテナンス時に測定されたギャップ分布と、基板生産時におけるギャップ分布と比較することにより、高精度での露光転写が可能な最適ギャップになるように、基板生産に先だって設定することができ、生産性を向上させることができる。

上記したように、本実施形態の近接露光装置ＰＥによれば、マスクステージ１側に設けられて基板Ｗ上面の高さＨ_ｗを測定するマスク側変位センサ３１と、ワークステージ２側に設けられてマスクＭ下面の高さＨ_ｍを測定する基板側変位センサ１５と、測定された基板上面の複数の所定位置での高さとＨ_ｗ、マスク下面の複数の所定位置での高さＨ_ｍに基づいて、基板ＷとマスクＭとを互いに対向させた場合の任意位置におけるギャップＧを算出するギャップ算出手段を構成する制御装置４０と、を備えるので、各ショットの露光エリアごとの任意位置における基板ＷとマスクＭとのギャップ分布を作業者のスキルに影響されることなく、自動的に求めることができ、近接露光装置ＰＥの設置やメンテナンス時の調整をこのギャップ分布に基づいて精度よく且つ効率的に調整することができる。

また、本実施形態の近接露光装置ＰＥのギャップ測定方法によれば、ワークステージ２を移動させて、複数の所定位置の基板上面高さＨ_ｗ、及びマスク下面高さＨ_ｍを、それぞれマスク側変位センサ３１、及び基板側変位センサ１５で測定し、基板ＷとマスクＭとを対向させたときのギャップ分布を、基板上面高さＨ_ｗ及びマスク下面高さＨ_ｍの測定値に基づいて求めるようにしたので、基板ＷとマスクＭとを対向させたときの任意位置のギャップ分布を簡単に求めることができる。

更に、高さ測定位置以外の基板上面の高さＨ_ｗ及びマスク下面の高さＨ_ｍを、基板上面の高さＨｗ及びマスク下面の高さＨ_ｍの測定値から直線補間により求めるようにしたので、ギャップ分布を任意位置で求めることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記説明では、ステップ式近接露光装置について説明したがこれに限定されず、マスクのパターンを基板に露光転写する各種形式の露光装置にも同様に適用することができる。

１ マスクステージ
２ ワークステージ
３ 照射手段
５ Ｘ軸ステージ送り機構（ワークステージ駆動機構）
６ Ｙ軸ステージ送り機構（ワークステージ駆動機構）
７ 上下粗動装置（ワークステージ駆動機構）
８ 上下微動装置（ワークステージ駆動機構）
１５ 基板側変位センサ
３１ マスク側変位センサ（ギャップセンサ）
４０ 制御装置（ギャップ算出手段）
Ｇ ギャップ
Ｈ_ｍ マスク下面の高さ
Ｈ_ｗ 基板上面の高さ
Ｍ マスク
ＰＥ ステップ式近接露光装置（露光装置）
Ｗ 基板（被露光材）
ＷＥ 露光エリア

Claims (6)

1. 被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージを所定の方向に移動させるワークステージ駆動機構と、前記基板に対する前記マスクの位置を調整するマスク位置調整手段と、を備え、前記マスクと前記基板とを近接配置した状態で、前記マスクの露光パターンを前記照射手段によって前記基板に露光転写する近接露光装置であって、
   前記マスクステージ側に設けられ前記基板上面の高さを測定するマスク側変位センサと、
   前記ワークステージ側に設けられ前記マスク下面の高さを測定する基板側変位センサと、
   前記マスク側変位センサにより測定された前記基板上面の複数の所定位置での高さと、前記基板側変位センサにより測定された前記マスク下面の複数の所定位置での高さに基づいて、前記基板と前記マスクとを互いに対向させた場合の任意位置におけるギャップを算出するギャップ算出手段と、
   を備えることを特徴とする近接露光装置。
2. 前記マスク側変位センサは、非接触式センサであることを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
3. 前記ギャップ算出手段は、前記照射手段によりパターン露光用の光が照射される各ショットにおける前記基板上の複数の露光エリアごとに、前記ギャップを算出することを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
4. 被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、前記基板に対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、前記ワークステージを所定の方向に移動させるワークステージ駆動機構と、前記基板に対する前記マスクの位置を調整するマスク位置調整手段と、前記マスクステージ側に設けられ前記基板上面の高さを測定するマスク側変位センサと、前記ワークステージ側に設けられ前記マスク下面の高さを測定する基板側変位センサと、を備え、前記マスクの露光パターンを前記照射手段によって前記基板に露光転写する近接露光装置の前記基板と前記マスクとのギャップ分布を測定するギャップ測定方法であって、
   前記ワークステージ駆動機構により前記ワークステージを移動させて、前記マスク側変位センサで前記基板上面の複数の所定位置の高さを測定する工程と、
   前記ワークステージ駆動機構により前記ワークステージを移動させて、前記基板側変位センサで前記マスク下面の複数の所定位置の高さを測定する工程と、
   前記マスク側変位センサにより測定された前記基板上面の複数の所定位置での高さと、前記基板側変位センサにより測定された前記マスク下面の複数の所定位置での高さに基づいて、前記基板と前記マスクとを互いに対向させた場合の任意位置におけるギャップを算出する工程と、を備えることを特徴とする近接露光装置のギャップ測定方法。
5. 前記ギャップ算出工程は、前記基板上面の複数の所定位置での高さ及び前記マスク下面の複数の所定位置での高さの測定値から、それぞれ直線補間により高さ測定位置以外の前記基板上面の高さ及び前記マスク下面の高さを求める補間処理工程を有すること特徴とする請求項４に記載の近接露光装置のギャップ測定方法。
6. 前記ギャップ算出工程は、前記照射手段によりパターン露光用の光が照射される各ショットにおける前記基板上の複数の露光エリアごとに、前記ギャップを算出することを特徴とする請求項４に記載の近接露光装置のギャップ測定方法。

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