JP2013109044A - プロキシミティ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスク６の変形を高精度かつ短時間に測定できるプロキシミティ露光装置を提供する。
【解決手段】透明基板６ｂの一方の表面６ｃに転写パターン６ａが形成されたフォトマスク６と、ガラス基板５とのギャップＧを狭めるギャップ狭小手段と、透明基板６ｂの第１端面６ｅから、転写パターン６ａが形成されていない側の透明基板６ｂの表面６ｄで全反射し、第１端面６ｅとは異なる透明基板６ｂの第２端面６ｆへ達する光路を含むレーザ光線２８の光路の光路長を測定する測長手段２４とを有する。レーザ光線２８は、第１端面６ｅから透明基板６ｂ内に入射し、透明基板６ｂ内を、転写パターン６ａが形成されていない側の透明基板６ｂの表面６ｄに向かって進行する。レーザ光線２８は、透明基板６ｂの内部から、表面６ｄに、臨界角より大きな入射角で入射し、全反射する。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、フォトマスクとガラス基板とのギャップをプロキシミティギャップまで狭めて露光するプロキシミティ露光装置に関する。

プロキシミティ露光装置は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板やカラーフィルタ等の面上に、パターンを形成するために用いられている。フラットパネルディスプレイは、テレビだけでなく、携帯電話や携帯情報端末に搭載されている。携帯電話等に搭載されるフラットパネルディスプレイに用いられているガラス基板等の面上に形成されるパターンは、テレビのそれより細かくなっており、今後も一層細かくなることが予想されている。このため、精密にフォトマスクからガラス基板等へパターンを転写し形成できることが望まれている。また、携帯電話等は、１個人で複数台を所有する傾向と、新機種への買い換えの頻度が高まる傾向とが、近年、顕著となっている。このため、携帯電話等、それに搭載されるフラットパネルディスプレイ、さらには、それに用いられているパターンが形成されたガラス基板等を、大量に短期間で生産することが望まれている。

そこで、ガラス基板等へパターンを形成するプロキシミティ露光装置では、フォトマスクの変形を検出し、その検出値から露光タイミングを最適化したり（特に、特許文献１参照）、フォトマスクの変形を補正したり（特に、特許文献２参照）することが提案されている。

特開２００６−９３６２２号公報 特開２００３−１５３１０号公報

フォトマスク上のパターンをガラス基板等の上に精密に転写するためには、フォトマスクとガラス基板等とのギャップを正確に測定して、このギャップを一様な間隔にする必要があり、特許文献１では、ギャップの一様化を阻害するフォトマスクの変形を検出し測定している。特許文献１のフォトマスクの変形測定の方法であると、測定光が空気中を伝播する距離が長く、この空気の温度分布によって屈折率の分布が生じるため、測定精度を高くできないと考えられた。

また、フォトマスク上のパターンをガラス基板等の上に短時間で転写するためには、フォトマスクの変形測定の時間を短くする必要がある。特許文献２では、変形測定の度に、ギャップ検出センサがフォトマスク上に移動し退避するので、それらに時間を要し、生産を大量かつ短期間にできないと考えられた。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、フォトマスクの変形を高精度かつ短時間に測定できるプロキシミティ露光装置を提供することである。

本発明は、（１）透明基板の一方の表面に転写パターンが形成されたフォトマスクと、ガラス基板とのギャップを狭めるギャップ狭小手段と、（２）前記透明基板の第１端面から、前記転写パターンが形成されていない側の前記透明基板の表面で全反射し、前記第１端面とは異なる前記透明基板の第２端面へ達する光路を含むレーザ光線の光路の光路長を測定する測長手段とを有するプロキシミティ露光装置であることを特徴としている。

本発明によれば、フォトマスクの変形を高精度かつ短時間に測定できるプロキシミティ露光装置を提供できる。

本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置の斜視図である。 光路カバーの周辺を拡大し、光路カバーを透視したプロキシミティ露光装置の一部の拡大斜視図である。 マスクホルダの周辺を拡大したプロキシミティ露光装置の一部の拡大斜視図である。 フォトマスクとマスクホルダの図３におけるＡ−Ａ方向の矢視断面図である。 本発明の実施形態の変形例のプロキシミティ露光装置の一部（マスクホルダの周辺）の拡大斜視図である。 変形前のフォトマスクの周辺の模式的な断面図である。 変形時のフォトマスクの周辺の模式的な断面図である。 フォトマスクの変形時におけるレーザ測長装置から出て行く光の光路（往路）を示す図３におけるＡ−Ａ方向の矢視断面図である。 フォトマスクの変形時におけるレーザ測長装置に戻る光の光路（復路）を示す図３におけるＡ−Ａ方向の矢視断面図である。 本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置の構成図である。 本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置を用いた露光方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置を用いた露光方法で使用するマスク変形の計測方法のフローチャートである。 光路長の変化量と、フォトマスクの変形量の関係を表すグラフ（テーブル）である。 （ａ）はギャップが狭まり始めてからのフォトマスクの変形量（光路長の変化量）の時間変化を表すグラフであり、（ｂ）はギャップが狭まり始めてからのフォトマスクの変形速度（光路長の変化速度）の時間変化を表すグラフである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略している。

図１に、本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置１の斜視図を示す。プロキシミティ露光装置１では、メインテーブル２の上に、Ｘ方向の１方向に移動可能なＸステージ３を設置し、Ｘステージ３の上に、Ｙ方向の１方向に移動可能なＹステージ４を設置することで、ガラス基板５やカラーフィルタ等をＸＹ方向にステップ状に移動し、位置決めすることができる。ガラス基板５等は、Ｙステージ４の上に置かれ、Ｙステージ４に真空吸着され固定することができる。露光光は、ランプハウス８（光路カバー）内で生じ、ミラーハウス７（光路カバー）を通過し、フォトマスク６を透過し、ガラス基板５等に照射される。これにより、フォトマスクに描かれた転写パターンをガラス基板５等に転写することができる。

図２に、ランプハウス８とミラーハウス７の光路カバーの周辺を拡大し、ランプハウス８とミラーハウス７を透視して、それらの内部を進行する露光光９の進行経路を示す。反射ミラー１１と、凹面鏡１３と、フライアイレンズ１５と、シャッタ１６と、反射ミラー１７と、ランプ１８と、集光鏡１９とは、露光光照射手段となり、フォトマスク６を介して、ガラス基板５に、露光光９を照射することができる。ランプ１８には、高圧水銀ランプを用いることができる。これの放電発光を安定させるため、ランプ１８は、軸方向が鉛直方向に一致するように設置する。ランプ１８から出た露光光９は、ランプ１８の周辺に設置した集光鏡１９で集められる。集光鏡１９は、ランプ１８に接近して設置され、高温になるため、その開口を鉛直方向上向きに配置し、放熱の促進を図っている。この集光鏡１９は、短波長反射、長波長透過のコールドミラーの機能を備えることが好ましい。集光鏡１９で集めた露光光９は、直上に設置した反射ミラー１７で、波長５００ｎｍまでを選択的に反射し、波長５００ｎｍより長波長は透過する。反射ミラー１７で反射した露光光９は、フライアイレンズ１５を透過し、強度分布が一様化する。露光光は、凹面鏡１３で平行光になり、この平行光の露光光は、反射ミラー１１で鉛直方向下向きに曲げられる。反射ミラー１１の下方には、フォトマスク６と、これにプロキシミティギャップ分のギャップＧだけ離してガラス基板５が配置されており、露光光９は、フォトマスク６を透過して、ガラス基板５に照射される。フォトマスク６に形成されている転写パターンは、ガラス基板５上に投影され、転写される。転写（露光）には数秒を要し、フライアイレンズ１５の直前に設置したシャッタ１６を開閉することでその転写時間を調整することができる。転写（露光）は、シャッタ１６を開けることで、スタートすることができ、シャッタ１６を閉じることで、ストップすることができる。

ガラス基板５は、Ｘステージ３とＹステージ４によって、予め決められた移動方向に、フォトマスク６のサイズだけ移動し、繰り返し露光する。これにより、ガラス基板５の全面を露光することができる。なお、ガラス基板５の移動の際には、ガラス基板５とフォトマスク６とが干渉しないように、ガラス基板５とフォトマスク６の間のギャップＧを、広くし、プロキシミティギャップより大きくしている。このため、繰り返しの露光（プロキシミティ露光）の度に、ギャップＧをプロキシミティギャップまで狭める必要がある。そこで、次に、そのギャップＧの調整の方法について説明する。

図３に、マスクホルダ２１の周辺を拡大して示している。図１と２では、記載を省略していたが、プロキシミティ露光装置１には、マスクホルダ２１が設けられている。このマスクホルダ２１に、フォトマスク６は保持されている。フォトマスク６の外周部は、マスクホルダ２１に固定されている。図４に示すように、フォトマスク６は、透明基板６ｂを有し、透明基板６ｂの一方の表面６ｃには、転写パターン６ａが形成されている。透明基板６ｂは、露光光を板厚方向に透過させる平行平板である。この平行平板の一方の表面６ｃに、転写パターン６ａが形成され、この平行平板の外周の端部に、第１端面６ｅと第２端面６ｆが形成されている。また、透明基板６ｂは、レーザ光線２８も透過させることができる。

図３に示すように、マスクホルダ２１には、例えば、マスクホルダ２１の高さを調整する調整ネジ２２と、この調整ネジ２２を回すモータ２３とが設けられている。モータ２３は、プロキシミティ露光装置１の本体に取り付けられており、モータ２３が回動すると、調整ネジ２２が回転するようになっている。マスクホルダ２１には、調整ネジ２２が螺合するネジ孔が設けられており、調整ネジ２２の回転によって、マスクホルダ２１の高さを調整することができる。このマスクホルダ２１の高さの調整にともなって、フォトマスク６の高さを調整することができる。そして、ガラス基板５とフォトマスク６の間のギャップＧを、狭めてプロキシミティギャップに調節したり、それより大きく調整したりすることができる。このように、モータ２３や調整ネジ２２等は、ギャップＧをプロキシミティギャップまで狭めるギャップ狭小手段（狭小手段）として機能している。マスクホルダ２１は、フォトマスク６を保持しているので、ギャップ狭小手段が、ギャップＧを狭めているときに、フォトマスク６は、マスクホルダ２１と共に、ガラス基板５に対して相対的に動く。マスクホルダ２１の裏側に、フォトマスク６が保持される。レーザ測長装置２４と、プリズム２５と、反射ミラー２６も、マスクホルダ２１の裏側に保持されている。

図３では、マスクホルダ２１に３組の調整ネジ２２とモータ２３を設けた例を示したが、このような複数の組の調整ネジ２２をそれぞれ独立に制御することで、フォトマスク６とガラス基板５の間のギャップＧの広狭の調整だけでなく、両者の相手に対する傾きを調整し互いに平行にすることができる。なお、フォトマスク６とガラス基板５の間のギャップＧの広狭の調整ができればよいので、図３のようにフォトマスク６（マスクホルダ２１）の高さを調整するのでなく、ガラス基板５（Ｙステージ４）の高さを調整してもよい。

そして、プロキシミティ露光では、フォトマスク６に描かれた転写パターン６ａをガラス基板５に転写するときに、両者の間のギャップＧを、１ｍｍ以下となるプロキシミティギャップに調整する。また、このギャップＧが、フォトマスク６の全面にわたって一様な間隔となるよう調整する。なお、プロキシミティギャップは、より細かい転写パターンを転写するために、近年、より狭くなる傾向にある。

その転写の前には、前記したように、移動においてフォトマスク６とガラス基板５とが接触しないように、ギャップＧを広くしている。このギャップＧを狭めると、フォトマスク６とガラス基板５の間の空気が、一時的に圧縮され、その空気がフォトマスク６に作用する圧力が増大し、フォトマスク６は、上向き凸型に変形する。この変形は、両者間の空気が移動して、その空気の圧力が低下することで減少するので、ギャップＧのプロキシミティギャップが小さくなると、空気は粘性流体としての特性が顕著になり、空気は移動し難くなり、空気の圧力は低下し難くなると考えられる。しかし、大きく変形したままのフォトマスク６では、露光することができない。そこで、この変形をリアルタイムに計測し、変形が小さくなった露光開始可能な時刻を決定することは、高精度にパターニングする上でも、生産能力を高める上でも、重要である。なお、フォトマスク６は、プロキシミティギャップからギャップＧを広げるときにも変形している。このときには、フォトマスク６とガラス基板５の間の空気が、一時的に減圧され、その空気がフォトマスク６に作用する圧力が減少し、フォトマスク６は、下向き凸型に変形する。この変形も、元に戻り難くなる傾向にあると考えられる。しかし、大きく変形したままで中央部がガラス基板５に近接しているフォトマスク６では、移動させることができない。そこで、この変形をリアルタイムに計測し、変形が小さくなった移動開始可能な時刻を決定することは、確実に移動させ、生産能力を高めるために重要である。ただ、このギャップＧを広げるケースには、前記したギャップＧを狭めるケースをそのまま利用できることが容易にわかるので、以下では、ギャップを狭めるケースについて説明している。

次に、フォトマスク６の変形の計測方法について説明する。

図４に、フォトマスク６とマスクホルダ２１の図３におけるＡ−Ａ方向の矢視断面図を、上下反転して示す。なお、フォトマスク６の変形の計測方法の理解を容易にするために、フォトマスク６の厚さを、実際よりも厚く表示してある。また、図４は上下反転しているので、図４においてガラス基板５はフォトマスク６の上方に位置することになるが、フォトマスク６の変形の計測方法の理解を容易にするために、その記載を省略している。また、図４のフォトマスク６の断面は、レーザ光線の光路２８を明確にするため、断面を表すハッチングは施していない。図４に示すフォトマスク６は、変形していない状態を示している。

マスクホルダ２１の裏側には、フォトマスク６が保持されている。マスクホルダ２１の裏側には、レーザ測長装置（測長手段）２４と、プリズム２７と、プリズム２５と、反射ミラー２６とが設けられている。レーザ測長装置２４から出たレーザ光線２８は、プリズム２７で方向が曲げられ、フォトマスク６の透明基板６ｂの第１端面６ｅからその内部に入る。レーザ光線２８は、透明基板６ｂの内部において、転写パターン６ａが描かれていない（ガラス基板５と向かい合う表面６ｃでない）表面６ｄに入射し全反射する。すなわち、この入射角は、臨界角よりも大きな角度となっている。例えば、透明基板６ｂが合成石英製であり、透明基板６ｂの屈折率が、レーザ光線２８の波長について１．５であるとき、臨界角は４２度となる。フォトマスク６の透明基板６ｂの幅が１１００ｍｍであり、厚さが１１ｍｍであり、その厚みの中央からレーザ光線２８が入射し、その幅の中央で全反射する場合には、その入射角は、８９．４３度になり、臨界角４２度より大きくなる。

全反射したレーザ光線２８は、第１端面６ｅとは異なり第１端面６ｅと対向する第２端面６ｆから、透明基板６ｂを出射する。レーザ光線２８は、プリズム２５で方向が曲げられ、反射ミラー２６で反射し、折り返す。レーザ光線２８は、今までの光路を逆にたどるように進行し、プリズム２５で方向が曲げられ、第２端面６ｆから透明基板６ｂに入射する。レーザ光線２８は、透明基板６ｂの内部から、表面６ｄに入射し全反射する。レーザ光線２８は、第１端面６ｅから、透明基板６ｂを出射する。レーザ光線２８は、プリズム２７で方向が曲げられ、レーザ測長装置２４に入射する。レーザ測長装置２４は、レーザ光線２８が出てから戻るまでの光路長を、測定することができる。レーザ測長装置２４は、透明基板６ｂの第１端面６ｅから、転写パターン６ａが形成されていない側の透明基板６ｂの表面６ｄで全反射し、第１端面６ｅと対向する透明基板６ｂの第２端面６ｆへ達する光路を含むレーザ光線２８の光路の光路長を測定している。また、レーザ測長装置２４は、第１端面６ｅと第２端面６ｆの間を往復する光路を含むレーザ光線２８の光路の光路長を測定している。

なお、レーザ測長装置２４は、レーザ測長装置２４とプリズム２７の間のレーザ光線２８の光路が、透明基板６ｂの第１端面６ｅと、マスクホルダ２１の裏面との両方に平行になるように設定されている。プリズム２７は、そのレーザ測長装置２４とプリズム２７の間の光路のレーザ光線２８を受光し、プリズム２７と透明基板６ｂの表面６ｄの間のレーザ光線２８の光路が、表面６ｄに当たり表面６ｄに対して傾斜するように設置調整されている。

同様に、反射ミラー２６は、反射ミラー２６とプリズム２５の間のレーザ光線２８の光路が、透明基板６ｂの第２端面６ｆと、マスクホルダ２１の裏面との両方に平行になるように設定されている。プリズム２５は、その反射ミラー２６とプリズム２７の間の光路のレーザ光線２８を受光し、プリズム２５と透明基板６ｂの表面６ｄの間のレーザ光線２８の光路が、表面６ｄに当たり表面６ｄに対して傾斜するように設置調整されている。

なお、プリズム２５、２７は、省いてもよく、その場合、レーザ測長装置２４及び、反射ミラー２６から、直接、レーザ光線２８を、透明基板６ｂの内部に入れればよい。レーザ測長装置２４は、レーザ測長装置２４と透明基板６ｂの表面６ｄの間のレーザ光線２８の光路が表面６ｄに当たり、表面６ｄに対して傾斜するように傾けて設置される。反射ミラー２６は、反射ミラー２６と透明基板６ｂの表面６ｄの間のレーザ光線２８の光路が表面６ｄに当たり、表面６ｄに対して傾斜するように傾けて設置される。プリズム２５、２７が省ければ、プロキシミティ露光装置１を安価に構成することができる。

また、透明基板６ｂとプリズム２７の間、又は、透明基板６ｂとプリズム２５の間に、透明基板６ｂと同じ屈折率の液体や可塑性の固体を満たせば、第１端面６ｅと第２端面６ｆにおける光路を安定させることができる。

なお、レーザ測長装置２４は、そのレーザ光線２８の波長について特に限定するものではなく、測定結果として、これが射出するレーザ光線２８を反射する反射ミラー２６までの距離（光路長）を出力する機能を備えていればよい。例えば、ヘリウムネオンガスを使ったレーザ発光方式のレーザ測長装置２４であれば、波長安定性が高く、精密な測定ができる。そして、例えば、レーザ光線２８の波長が１．５５μｍであると、透明基板６ｂ内部を透過することによるレーザ光線２８の光強度の減衰が小さくなり、フォトマスク６が大型化してレーザ光線２８が内部を透過する距離が長くなっても、レーザ出力を上げることなくレーザ測長装置２４をそのまま用いることができる。

また、レーザ測長装置２４では、直接の測定対象である反射ミラー２６までの距離（光路長）を測る際に、透明基板６ｂが変形することによって、光路長が変化し、反射ミラー２６が移動するように見える。この移動は移動速度をもつことになるので、レーザ光線２８の波長が僅かに異なる図示しない参照光との干渉によって生ずる光強度の変化の周期の位相差が、前記移動速度に依存して変化することを検出して、位相差が示す速度を時間積分して光路長の変化量を求めることができる。そして、この光路長の変化量からフォトマスク６の変形量を求めることができる。前記した光路長の変化量を求める方式には、いわゆる、ヘテロダイン干渉方式を用いることができ、レーザ測長装置２４には、ヘテロダイン干渉方式の測長装置を用いることができる。

なお、レーザ測長装置２４とプリズム２５、２７と反射ミラー２６の厚さは、ガラス基板５に接触しないように、フォトマスク６の厚さ以下に設定されている。ただ、レーザ測長装置２４は、その厚さを満足するものばかりではないので、その場合は、図５に示すように、マスクホルダ２１の表側に設置する。この場合、マスクホルダ２１の端部に、プリズム２９を設け、レーザ測長装置２４が、マスクホルダ２１の表側で出したレーザ光線２８を、マスクホルダ２１の裏側へ回り込ませればよい。

図６Ａに、変形前のフォトマスク６の周辺の模式的な断面図を示し、図６Ｂに、変形時のフォトマスク６の周辺の模式的な断面図を示す。図６Ａに対して、図６Ｂでは、ギャップＧが狭まり、ガラス基板５とフォトマスク６とに挟まれて圧縮された空気によって、フォトマスク６の透明基板６ｂが、上方向に凸型に変形している。このことにより、表面６ｄでのレーザ光線２８の全反射の付近を微視的に見ると、表面６ｄが、変化量３１だけ上に上昇したことになり、光路２８ａへレーザ光線２８がずれ、変化量３１の往復分の光路長が長くなる。変化量３１を、レーザ光線２８の光路長の変化によって把握することができる。なお、レーザ光線２８の太さ、例えば２ｍｍに対して、レーザ光線２８の元の光路から変化時の光路２８ａのずれ量は、略０．１ｍｍの十分の一から数十分の一程度であり、プリズム２５、２７等のスケールに対して、レーザ光線２８の光軸は変化の前後で殆んどぶれないとみなせ、レーザ光線２８の光路は、光路２８ａを考慮しても安定している。

図７と図８に、上方向に凸型に変形している透明基板６ｂに対して、レーザ光線２８の光路の往路（図７）と復路（図８）を示している。なお、図７と図８は、図４と同様に、上下を反転して記載している。図７の往路では、レーザ光線２８が表面６ｄにおいて全反射する位置が、透明基板６ｂの中央より第２端面６ｆ（プリズム２５）の側にシフトしている。図８の復路では、レーザ光線２８が表面６ｄにおいて全反射する位置が、透明基板６ｂの中央より第１端面６ｅ（プリズム２７）の側にシフトしている。例えば、透明基板６ｂが、合成石英材であり、その幅が１２００ｍｍであり、その長さが１４００ｍｍであり、その厚さが１３ｍｍであって、圧縮した空気から４ｋＰａの圧力を受けると、その中央で０．５ｍｍ膨らんで凸面に変形する。これにより、レーザ光線２８が全反射する表面６ｄ上の位置は、変形がないときの透明基板６ｂの中央から、往路復路ともに１００ｍｍ程度移動する。

このレーザ光線２８の光路長の測定では、レーザ光線２８の光路のほとんどが、フォトマスク６の透明基板６ｂ内部を通るので、光路上の空気の温度分布に起因する屈折率の分布による光路長の誤差が生じ難く、光路長の測定精度を高めることができる。また、レーザ光線２８は、透明基板６ｂの内部において、その表面６ｄに反射させているので、表面６ｄにゴミが付着しても、レーザ光線２８に起因する散乱光を発生することはなく、ガラス基板５に塗布したレジストを変質させない。また、レーザ測長装置２４や、反射ミラー２６等は、透明基板６ｂの第１端面６ｅと第２端面６ｆの側方に設けられ、露光光９の光路上となる表面６ｄの上方には設けられていないので、露光光９の照射の前に、レーザ測長装置２４や反射ミラー２６等を退避させる必要はなく、迅速に露光をスタートさせることができる。また、露光中においても、レーザ光線２８の光路長（フォトマスク６の変化量３１）の測定を実施することができる。

図９に、本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置１の構成図を示す。プロキシミティ露光装置１は、レーザ光線２８の光路長を測定し、光路長ｄ１を出力するレーザ測長装置２４と、露光装置本体１ａと、レーザ測長装置２４が測定した光路長ｄ１に基づいて露光装置本体１ａを制御する制御手段３２とを有している。露光装置本体１ａは、露光光９の通過をオンオフするために開閉するシャッタ１６と、ギャップＧを調整する調整ネジ２２とモータ２３とを有している。また、露光装置本体１ａは、本体制御手段１ｂを有しており、本体制御手段１ｂは、シャッタ１６の開閉を制御するシャッタ開閉回路３７と、ギャップＧの調整を制御するギャップ制御回路３９とを有している。ギャップ制御回路３９は、調整ネジ２２に連結されたモータ２３を駆動して、ギャップＧを狭め、プロキシミティギャップを形成する。そして、ギャップ制御回路３９は、ギャップＧの狭め始めに、スタート信号ｄ７を制御手段３２に出力する。制御手段３２は、スタート信号ｄ７を入力（受信）することで、動作をスタートし、露光前から露光中における動作を実施する。一方、シャッタ開閉回路３７は、シャッタ１６を閉じ露光をストップさせる際に、ストップ制御信号ｄ６を制御手段３２へ送信する。制御手段３２は、ストップ制御信号ｄ６を入力（受信）することで、動作をストップし、露光前から露光中における動作を終了させる。

制御手段３２は、異常判断回路３８と、変形判断回路３３と、速度演算回路３５と、速度判断回路３４と、露光開始判断回路３６とを有している。

異常判断回路３８は、光路長ｄ１を入力し、露光中の光路長ｄ１に基づいて、異常発生の有無を判定する。異常発生したと判定した場合には、露光異常信号ｄ８を、露光装置本体１ａ、特に、シャッタ開閉回路３７へ出力する。シャッタ開閉回路３７は、シャッタ１６を閉じて、露光を中止し、露光装置本体１ａは、その異常の発生したガラス基板５を搬出する。

変形判断回路３３は、光路長ｄ１を入力し、露光前の光路長ｄ１に基づいて、光路長ｄ１（の変化量）、又は、フォトマスクの変形量が、許容値（第１許容値）以下であるか否かを判定する。許容値以下である場合は、合格信号（第１合格信号）ｄ３を、露光開始判断回路３６へ出力する。

速度演算回路３５は、光路長ｄ１を入力し、露光前の光路長ｄ１を時間微分して、光路長ｄ１の変化速度ｄ２を算出する。又は、露光前の光路長ｄ１に基づいて、露光前のフォトマスク６の変形量を算出し、そのフォトマスク６の変形量を時間微分して、フォトマスク６の変形速度ｄ２を算出する。そして、速度演算回路３５は、速度判断回路３４へ、フォトマスク６の変形速度（又は、光路長ｄ１の変化速度）ｄ２を出力する。

速度判断回路３４は、フォトマスク６の変形速度（光路長ｄ１の変化速度）ｄ２を、入力し、それが、フォトマスク６の変形が増大する途中である正の値（ゼロを含む）か、逆にフォトマスク６の変形が縮小する途中である負の値（ゼロを含まない）かを判定する。フォトマスク６の変形速度（光路長ｄ１の変化速度）ｄ２が、負の値である場合は、合格信号（第２合格信号）ｄ４を、露光開始判断回路３６へ出力する。

露光開始判断回路３６は、合格信号ｄ３とｄ４が、略同時に入力された場合に、露光開始信号ｄ５を、シャッタ開閉回路３７へ出力する。すなわち、同時期に計測された光路長ｄ１に基づいて合格信号ｄ３とｄ４とが出力されてきた場合に、露光開始信号ｄ５をオンする。シャッタ開閉回路３７は、露光開始信号ｄ５を入力すると、シャッタ１６（図２参照）を開け、ガラス基板５への露光がスタートする。

図１０に、本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置１を用いた露光方法のフローチャートを示す。なお、この露光方法のスタートの前に、事前に、レーザ光線２８の光路長（の変化量）と、フォトマスク６の変形量との関係（比例関係）を記憶するテーブルを作成する。なお、このテーブルの詳細は後記する。

この露光方法では、まず、ステップＳ１で、本体制御手段１ｂは、ガラス基板５とフォトマスク６を、プロキシミティ露光装置１における所定の場所にセッティングする。

ステップＳ２で、ギャップ制御回路３９は、ガラス基板５とフォトマスク６の間隔（ギャップＧ）を広げる。

ステップＳ３で、本体制御手段１ｂは、Ｘステージ３（図１参照）とＹステージ４を移動させ、フォトマスク６をガラス基板５に対して相対的に移動させ、位置決めする。

ステップＳ４で、ギャップ制御回路３９は、ガラス基板５とフォトマスク６の間隔（ギャップＧ）を狭め、プロキシミティギャップを形成する。ギャップ制御回路３９は、ガラス基板５とフォトマスク６の間隔（ギャップＧ）を狭めるに際し、スタート信号ｄ７を制御手段３２に出力する。なお、このギャップＧの狭小化により、ガラス基板５とフォトマスク６の間の空気が圧縮され、フォトマスク６が変形する。

ステップＳ５で、制御手段３２は、「マスク変形の計測方法」を実施する。ステップＳ５ａで、制御手段３２は、スタート信号ｄ７を受信すると、「マスク変形の計測方法」をスタートさせる。ステップＳ５の「マスク変形の計測方法」については、後記で詳述するが、ステップＳ５ａでスタートし、ステップＳ５ｂでストップするまで継続して実施されることになる。

ステップＳ６で、シャッタ開閉回路３７は、制御手段３２によるステップＳ５の「マスク変形の計測方法」の実施においてオンされた露光開始信号ｄ５に基づき、シャッタ１６を開き、露光をスタートさせる。シャッタ開閉回路３７は、所定時間、露光を実施した後に、シャッタ１６を閉じ、露光をストップさせる。シャッタ開閉回路３７は、この露光のストップに伴って、ストップ制御信号ｄ６を、制御手段３２へ送信する。

ステップＳ７で、本体制御手段１ｂは、制御手段３２によるステップＳ５の「マスク変形の計測方法」の実施においてオンされた露光異常信号ｄ８に基づき、異常の発生したガラス基板５への露光等の処理停止とプロキシミティ露光装置１からの搬出を行う。なお、ステップＳ７は、本体制御手段１ｂが、露光中に、露光異常信号ｄ８を受信しない場合は、省かれる。

ステップＳ５ｂで、制御手段３２は、ストップ制御信号ｄ６を受信し、ステップＳ５の「マスク変形の計測方法」の実施をストップする。

ステップＳ８で、ギャップ制御回路３９は、ガラス基板５とフォトマスク６の間隔（ギャップＧ）を、プロキシミティギャップから広げる。

ステップＳ９で、本体制御手段１ｂは、ガラス基板５の全面が露光され、そのガラス基板５の処理が終了したか否か判定する。処理が終了していなければ（ステップＳ９、Ｎｏ）、ステップＳ３に戻り、処理が終了していれば（ステップＳ９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０で、本体制御手段１ｂは、ガラス基板５を、プロキシミティ露光装置１から搬出する。以上で、プロキシミティ露光装置１を用いた露光方法は、終了する。

図１１に、本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置１を用いた露光方法で使用するステップＳ５の「マスク変形の計測方法」のフローチャートを示す。

ステップＳ１１で、露光開始判断回路３６は、リセットを行い、露光開始信号ｄ５をオフにする。

ステップＳ１２で、レーザ測長装置２４がオンし、レーザ光線２８が出射する。レーザ光線２８は、フォトマスク６の透明基板６ｂの端面６ｅと６ｆ間の往復と、表面６ｄでの全反射を伴う光路を進行する。なお、レーザ測長装置２４は、以後、「マスク変形の計測方法」（Ｓ５）が終了するまで、オンし続ける。

ステップＳ１３で、レーザ測長装置２４は、レーザ光線２８の光路長ｄ１を計測する。

ステップＳ１４で、変形判断回路３３又は速度演算回路３５は、図１２に示すような事前に記憶しておいたテーブルを用いて、光路長ｄ１（の変化量）を、フォトマスク６（透明基板６ｂ）の変形量（マスク変形量）に変換する。図１２に示すように、光路長ｄ１（の変化量）は、フォトマスク６（透明基板６ｂ）の変形量に比例し、線形性が得られている。フォトマスク６（透明基板６ｂ）の変形量は、光路長ｄ１（の変化量）の１次関数になり、互いに、一対一の関係になっている。これにより、光路長ｄ１（の変化量）が、例えば、３０μｍのように計測できれば、フォトマスク６の変形量を、０．９ｍｍのように決定することができる。なお、光路長ｄ１の変化量は、フォトマスク６（透明基板６ｂ）が変形せずに平坦になり、ガラス基板５に対して一様な間隔で配置されている状態において、零（０）としている。

このテーブルの作成方法を説明する。なお、このテーブルの作成は、「マスク変形の計測方法」（Ｓ５）の実施に先立って実施しておく。まず、光路長ｄ１の変化量の零点（０）となる光路長ｄ１を決定する。それには、初めに、フォトマスク６とガラス基板５の間に、厚さが均一な板を挟む。その板には、フォトマスク６よりも硬度が低く、弾性係数が単一温度で一定の値を示すような材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを用いることができる。その板の形状は楕円形であり、その縦軸横軸比は、フォトマスク６の縦幅と横幅の比に一致させる。その楕円形の短軸の長さは、フォトマスク６の縦幅と横幅の短い方の幅の１／５程度とする。板をフォトマスク６とガラス基板５の間に挿入する。板の下面の全面は、ガラス基板５に密着する。そして、板の上面の全面が、フォトマスク６に密着するように、マスクホルダ２１の高さをモータ２３と調整ネジ２２とで調整する。これにより、フォトマスク６は、平坦な板に支えられ、安定して平坦に保持される。この状態で、光路長ｄ１を計測し、この計測値を、光路長ｄ１の変化量の零点（０）とする。

次に、その状態（板を挟んだまま）から、マスクホルダ２１とガラス基板５の間隔を、一定量、例えば、１０μｍ狭くする。フォトマスク６の周辺はマスクホルダ２１によってガラス基板５に近づくが、フォトマスク６の中央は板があるのでガラス基板５との距離は変わらない。これにより、フォトマスク６は、上方に凸形状に変形し、その変形量３１（図６Ｂ参照）は、例えば、１０μｍになる。この状態で、光路長ｄ１を計測し、この計測値を、フォトマスクの変形量、例えば１０μｍにおける光路長とすることができる。さらに、この光路長を、零点における光路長から引けば、光路長の変化量を取得することができる。このように、マスクホルダ２１とガラス基板５の間隔を狭めながら、光路長ｄ１を計測することで、図１２に示すようなテーブルを取得することができる。例えば、フォトマスク６が合成石英材であり、その幅が１２００ｍｍであり、その長さが１４００ｍｍであり、その厚さが１３ｍｍであって、圧縮された空気から４ｋＰａの圧力を受けると、その変形量は０．９ｍｍとなり、光路長ｄ１の変化量は３０μｍとなる。光路長ｄ１の変化量の３０μｍは、レーザ測長装置２４で測定可能な値であり、図１２に示すテーブルからは線形性が確認できることから、フォトマスク６の変形量を高精度に計測できると考えられる。

ステップＳ１５で、露光開始判断回路３６は、露光開始信号ｄ５がオンになっているか否か判定する。露光開始信号ｄ５がオンになっていれば（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、ステップＳ２２へ進み、露光開始信号ｄ５がオンになっていなければ（ステップＳ１５、Ｎｏ）、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１１で露光開始信号ｄ５がオフになったままであれば、ステップＳ１６に進むことになる。

ステップＳ１６で、速度演算回路３５は、露光前の光路長ｄ１を時間微分して、光路長ｄ１の微分値である変化速度ｄ２を計算する。又は、露光前の光路長ｄ１に基づいて、露光前のフォトマスク６の変形量を算出し、そのフォトマスク６の変形量を時間微分して、フォトマスク６の変形量の微分値である変形速度ｄ２を計算する。

図１３（ａ）に、ギャップＧが狭まり始めてからのフォトマスク６の変形量（又は、光路長ｄ１の変化量）の時間変化を示し、図１３（ｂ）に、ギャップＧが狭まり始めてからのフォトマスク６の変形速度（又は、光路長ｄ１の変化速度）の時間変化を示す。図１３（ａ）に示すように、フォトマスク６の変形量等は、ギャップＧが狭まり始めると（時刻０から）、増加し、時刻ｔ１において、設定値（第１設定値）４１に達する。フォトマスク６の変形量等は、時刻ｔ１以降においても、増加し、最大値を取り、減少に転じる。フォトマスク６の変形量等は、時刻ｔ２において、設定値（第１設定値）４１に等しくなり、時刻ｔ２以降においても、減少し、零になる。フォトマスク６の変形量等は、設定値（第１設定値）４１以下であれば、このとき露光されガラス基板５に転写されたパターンの歪を小さく抑えることができる。このため、露光は、時刻ｔ１の前か、時刻ｔ２の後に行うことが望ましい。ただ、時刻ｔ１の前では、ギャップＧがまだプロキシミティギャップになっていないので、露光は、時刻ｔ１の前に行われることはなく、時刻ｔ２の後に行われることになる。そして、生産能力を高めるために、露光をできるだけ早く終了させるには、時刻ｔ２に露光をスタートさせればよいと考えられる。このために、現時刻が時刻ｔ２であることを検出することが重要となる。ただ、図１３（ａ）に示すように、フォトマスク６の変形量等が、設定値（第１設定値）４１に等しくなるのは、時刻ｔ１とｔ２であり、時刻ｔ２のみを検出できるように、図１３（ｂ）に示すフォトマスク６の変形速度等の時間変化を利用している。図１３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１には、フォトマスク６の変形速度等は正の値になり、時刻ｔ２では、負の値になる。これより、フォトマスク６の変形量等が、設定値（第１設定値）４１に等しく、フォトマスク６の変形速度等が、負の値になっている現在時刻を検出すれば、その現在時刻がまさに時刻ｔ２であり、時刻ｔ２のみを検出できたことになる。このため、ステップＳ１３では、時々刻々と、連続して繰り返し、光路長ｄ１の計測を実施することになる。その繰り返し計測される光路長ｄ１毎に、それが計測された時刻が時刻ｔ２に相当するか検査されることになる。

そこで、まず、ステップＳ１７で、変形判断回路３３は、フォトマスク６（透明基板６ｂ）の変形量（マスク変形量）、又は、光路長ｄ１（の変化量）が、設定値（第１設定値）４１以下であるか否か判定する。マスク変形量等が設定値（第１設定値）４１以下であれば（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１８へ進み、マスク変形量等が設定値（第１設定値）４１以下でなければ（ステップＳ１７、Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１８で、変形判断回路３３は、合格信号（第１合格信号）ｄ３を、露光開始判断回路３６へ送信する。

ステップＳ１９で、速度判断回路３４は、フォトマスク６の変形速度（変形量の微分値）等が、負の値であるか否か判定する。フォトマスク６の変形速度（変形量の微分値）等が負の値であれば（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０へ進み、フォトマスク６の変形速度（変形量の微分値）等が負の値でなければ（ステップＳ１９、Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。

ステップＳ２０で、速度判断回路３４は、合格信号（第２合格信号）ｄ４を、露光開始判断回路３６へ送信する。

ステップＳ２１で、露光開始判断回路３６は、合格信号ｄ３とｄ４が、略同時に入力されたので、現在時刻が、図１３（ａ）（ｂ）に示す時刻ｔ２であるとして、露光開始信号ｄ５を、オンし、シャッタ開閉回路３７へ送信する。これにより、図１０に示すステップＳ６が実施される。シャッタ開閉回路３７により、シャッタ１６（図２参照）が開き、ガラス基板５への露光がスタートし、ストップする。

ステップＳ２２で、異常判断回路３８は、フォトマスク６の変形量（マスク変形量）等が、設定値（第２設定値）を超えたか否か判定する。マスク変形量等が設定値（第２設定値）を超えていれば（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）、ステップＳ２３へ進み、マスク変形量等が設定値（第２設定値）を超えていなければ（ステップＳ２２、Ｎｏ）、ステップＳ２４へ進む。このステップＳ２２は、露光中に実施される。これは、ステップＳ１３の光路長の計測が、露光中でも可能なことを利用している。なお、フォトマスク６の変形量等が、設定値（第２設定値）をいつ超えても検出できるように、ステップＳ１３では、時々刻々と、連続して繰り返し、光路長ｄ１の計測を実施することになる。その繰り返し計測される光路長ｄ１毎に、ステップＳ２２の判定が実施されることになる。

ステップＳ２３で、異常判断回路３８は、露光異常信号ｄ８を、シャッタ開閉回路３７等を有する本体制御手段１ｂへ送信する。これにより、図１０に示すステップＳ７が実施される。本体制御手段１ｂにより、シャッタ１６（図２参照）が閉じて露光の処理が停止し、異常の発生したガラス基板５がプロキシミティ露光装置１の外へ搬出される。

ステップＳ２４で、制御手段３２は、ストップ制御信号ｄ６を受信したか否か判定する。ストップ制御信号ｄ６を受信していれば（ステップＳ２４、Ｙｅｓ）、この「マスク変形の計測方法」をストップし（図１０のＳ５ｂのマスク変形の計測方法のストップが実施されたことになり、図１０のステップＳ８へ進み、ストップ制御信号ｄ６を受信していなければ（ステップＳ２４、Ｎｏ）、ステップＳ１３へ戻る。

このように、レーザ測長装置２４、さらにはそのレーザ光線２８は、露光の前と最中と後とで位置を変える必要がないため、その移動時間が不要であり、生産性を向上させることができる。また、露光中であっても光路長ｄ１を計測できるので、例えば、露光中に外部からの振動によってフォトマスク６が変位して、光路長ｄ１の変化量が予め想定した量（第２設定値）を超えたら、異常発生と判定することができる。

なお、前記した実施形態では、レーザ光線２８が表面６ｄに入射し、全反射する例について説明したが、必ずしも全反射である必要はなく、入射したレーザ光線２８の一部が反射する場合でもよい。すなわち、入射したレーザ光線２８の一部しか反射しない場合でも、その反射光を使って前記光路長が測定できればよいのである。また、前記した実施形態では、レーザ光線２８の光路を、対向する２面（端面）間に設定したが、これに限らない。交差する２面（端面）間、互いに隣り合う２面（端面）間に、レーザ光線２８の光路を設定してもよく、すなわち、互いに異なる２面（端面）間に、レーザ光線２８の光路が設定できればよい。

１ プロキシミティ露光装置
２ メインテーブル
３ Ｘステージ
４ Ｙステージ
５ ガラス基板
６ フォトマスク
６ａ 転写パターン
６ｂ 透明基板
６ｃ 表面（パターン形成側）
６ｄ 表面（パターン非形成側）
６ｅ 第１端面
６ｆ 第２端面
７ ミラーハウス（光路カバー）
８ ランプハウス（光路カバー）
９ 露光光
１１ 反射ミラー（平面鏡、露光光照射手段）
１３ 凹面鏡（露光光照射手段）
１５ フライアイレンズ（露光光照射手段）
１６ シャッタ（露光光照射手段）
１７ 反射ミラー（露光光照射手段）
１８ ランプ（露光光照射手段）
１９ 集光鏡（露光光照射手段）
２１ マスクホルダ
２２ 調整ネジ（（ギャップ）狭小手段）
２３ モータ（（ギャップ）狭小手段）
２４ レーザ測長装置（測長手段）
２５ プリズム
２６ 反射ミラー
２７ プリズム
２８ 光路（レーザ光線）
２９ プリズム
３１ フォトマスクの変形量
３２ 制御手段
３３ 変形判断回路
３４ 速度判断回路
３５ 速度演算回路
３６ 露光開始判断回路
３７ シャッタ開閉回路
３８ 異常判断回路
３９ ギャップ制御回路
４１ 設定値
Ｇ ギャップ（プロキシミティギャップ）

Claims (10)

1. 透明基板の一方の表面に転写パターンが形成されたフォトマスクと、ガラス基板とのギャップを狭める狭小手段と、
   前記透明基板の第１端面から、前記転写パターンが形成されていない側の前記透明基板の表面で全反射し、前記第１端面とは異なる前記透明基板の第２端面へ達する光路を含むレーザ光線の光路の光路長を測定する測長手段とを有することを特徴とするプロキシミティ露光装置。
2. 前記透明基板は、露光光を板厚方向に透過させる平行平板であり、
   前記平行平板の一方の表面に、前記転写パターンが形成され、
   前記平行平板の外周の端部に、前記第１端面と前記第２端面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティ露光装置。
3. 前記レーザ光線は、前記第１端面から、前記透明基板内に入射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロキシミティ露光装置。
4. 前記レーザ光線は、前記第１端面から、前記透明基板内を、前記転写パターンが形成されていない側の前記透明基板の表面に向かって進行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
5. 前記レーザ光線は、前記透明基板の内部から、前記転写パターンが形成されていない側の前記透明基板の表面に、臨界角より大きな入射角で入射し、全反射することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
6. 前記レーザ光線は、前記透明基板内の前記第１端面と前記第２端面の間を往復し、
   前記測長手段は、前記第１端面と前記第２端面の間を往復する光路を含む光路の光路長を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
7. 前記フォトマスクを保持し、前記狭小手段が前記ギャップを狭めているときに、前記フォトマスクと共に前記ガラス基板に対して相対的に動くマスクホルダを有し、
   前記測長手段は、前記マスクホルダに保持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
8. 前記フォトマスクを介して、前記ガラス基板に、露光光を照射する露光光照射手段と、
   前記狭小手段が前記ギャップを狭め始めたときから、前記測長手段が連続して繰り返し測定した前記光路長に基づいて、前記露光光照射手段による前記露光光の照射をスタートさせる制御手段とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
9. 前記光路長が、前記光路長とフォトマスクの変形量の一対一の関係に基づいて設定した設定値以下であるか、又は、
   前記関係に基づいて前記光路長から変換した前記変形量が、設定値以下であり、かつ、
   前記光路長又は前記変形量の時間微分値が負の値である場合に、
   前記露光光の照射をスタートさせることを特徴とする請求項８に記載のプロキシミティ露光装置。
10. 前記フォトマスクを介して、前記ガラス基板に、露光光を照射する露光光照射手段と、
    前記露光光照射手段が前記ガラス基板に前記露光光を照射しているときに、前記測長手段が連続して繰り返し測定した前記光路長に基づいて、異常発生を検知する制御手段とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。

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