JP3959265B2 - プロキシミティ露光装置及びその装置におけるプロキシミティギャップ制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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の製造工程において露光対象基板であ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プロキシミティ露光装置に係り、特に、露光対象基板をパターン形成用のフォトマスクに対して所定のギャップを実現する位置まで移動できるようにしたプロキシミティ露光装置及びその装置におけるプロキシミティギャップ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に比べて薄型化、軽量化が可能であるため、ＣＴＶ（Color Television）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として採用され、画面サイズも１０型以上の大型化が図られ、より一層の高精細化及びカラー化が押し進められている。
【０００３】
液晶ディスプレイは、フォトリソグラフィ技術によりガラス基板の表面に微細なパターンを描画して作られる。露光装置は、フォトマスクの微細パターンをガラス基板上に投影・転写するものである。露光装置としては、マスクパターンをレンズまたはミラーを用いてガラス基板上に投影するプロジェクション方式と、フォトマスクとガラス基板との間に微小なギャップを設けてマスクパターンをガラス基板上に転写するプロキシミティ方式とがある。プロキシミティ方式の露光装置は、プロジェクション方式に比べてパターン解像性能が劣るものの、照射光学系が非常にシンプルであり、スループットが高く、装置コストから見たコストパフォーマンスも優れており、生産性の高い量産用装置に適したものである。
【０００４】
プロキシミティ方式の露光装置では、フォトマスクとガラス基板との間隔が微小ギャップ（セパレーションギャップ）となるようにガラス基板の位置決め制御いわゆるプロキシミティギャップ制御を行っているが、このプロキシミティギャップ制御の高速化がスループットを向上する上で重要な課題である。また、露光装置では、露光性能の向上を図るため、フォトマスクとガラス基板との位置決めを高精度に行う必要がある。このため、ガラス基板の搬入ずれを補正するプリアライメントや、フォトマスクとガラス基板とを高精度に重ね合わせるアライメントなどを行っている。
【０００５】
図５を参照して、従来のプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御について説明する。図５において、（ａ）は、プロキシミティ露光装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すプロキシミティ露光装置の平面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）において、フォトマスクＭは、枠形形状に形成されたマスクホルダ５１の上面に吸着保持される。このとき、露光チャック５２は一点鎖線で示すように基板搬入位置Ｈ５１にある。露光チャック５２は、基板搬入位置Ｈ５１に搬入されるガラス基板Ｐを吸着保持する。露光チャック５２がガラス基板Ｐを吸着保持すると、先ず、ガラス基板アライメントステージ５３で露光チャック５２へのガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントを行う。次に、チルティング粗動機構５４の３つのチルティング軸５４ａ〜５４ｃで露光チャック５２を基板搬入位置Ｈ５１からプロキシミティギャップ制御のギャップ制御開始位置Ｈ５２まで移動する。次に、マスクホルダ５１の上方に配置された４つのギャップ検出センサ５５ａ〜５５ｄでフォトマスクＭとガラス基板Ｐとの間のギャップを検出する。そして、各ギャップ検出センサ５５ａ〜５５ｄで検出した検出ギャップが所定の許容範囲値内に収まるように、３つのチルティング軸５４ａ〜５４ｃで露光チャック５２をチルティングして、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとの間に目標ギャップｇを設定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来知られたプロキシミティ露光装置では、ギャップ制御開始位置において、ギャップ検出センサでフォトマスクとガラス基板との間のギャップを直接検出している。このため、ガラス基板が基板搬入位置からギャップ制御開始位置に移動しない限り、露光チャックでプロキシミティギャップ制御を行うことができなかった。したがって、ガラス基板について、基板搬入位置でプリアライメントを行い、ギャップ制御開始位置でプロキシミティギャップ制御を行うしかなく、スループットの向上を図る上で限界があった。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑みて為されたもので、露光対象基板をフォトマスクに対して所定のギャップを実現する位置まで移動するようにして、スループットの向上を図ったプロキシミティ露光装置及びその装置におけるプロキシミティギャップ制御方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプロキシミティ露光装置は、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、前記露光チャックに配置され、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、前記露光チャックに配置され、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する制御手段とを具えたものである。
本発明に係るプロキシミティギャップ制御方法は、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、前記プロキシミティギャップ制御を行うための方法であって、前記露光チャックに配置された検出手段により、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する工程と、前記露光チャックに配置された検出手段により、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する工程と、前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する工程とを具えたものである。
上記の装置及び方法によれば、フォトマスクのマスク面と露光対象基板の基板面との間に形成される所定のギャップを実現する位置まで露光チャックを移動することができるので、露光チャックを所定のギャップを実現する位置まで移動する前に、露光対象基板について行うべき処理、例えば、プリアライメントなどを行うことができる。これにより、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントなどを行うことができるので、スループットをより向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係るプロキシミティ露光装置Ａの一実施例の概略構成を示す斜視図である。図１において、プロキシミティ露光装置Ａは、マスクホルダ１と、露光チャック２と、チルティング粗動機構３と、ガラス基板アライメントステージ４などを含んで構成される。
【００１０】
マスクホルダ１は、図示しないマスク受けによって露光チャック２と対向する位置に固定されている。本例に示すマスクホルダ１は、例えば、フォトマスクＭのサイズとほぼ同じサイズに形成された枠形形状の金属製又は樹脂製のホルダ本体１ａと、該ホルダ本体１ａの上面に気密に取り付けたガラス板などのような光透過性の上蓋１ｂなどを備える。ホルダ本体１ａの下面には、吸着溝（図示せず）が設けられており、該吸着溝でフォトマスクＭのマスク上面を吸着保持する。なお、フォトマスクＭは、図示していないオートマスクチエンジャの搬送アームでホルダ本体１ａの下面に搬入される。
【００１１】
露光チャック２は、例えば、ガラス基板Ｐのサイズよりも僅かに大きいサイズの四角形に形成され、チルティング粗動機構３を構成する３つのチルティング軸３ａ〜３ｃで支持されている。露光チャック２の上面には、吸着溝（図示せず）が設けられており、該吸着溝でガラス基板Ｐの基板下面を吸着保持する。なお、ガラス基板Ｐは、図示していない基板搬入ユニットの搬送アームで露光チャック２の上面に搬入される。また、露光チャック２の上面には、４つの検出センサＳａ〜Ｓｄが配置されている。各検出センサＳａ〜Ｓｄは、例えば、半導体レーザなどの発光源とＣＣＤリニアイメージセンサなどの受光センサなどを含んで構成されてなり、露光チャック２の上面において４つの隅部近傍に設けられた凹部内に設けられている。
【００１２】
チルティング粗動機構３の３つのチルティング軸３ａ〜３ｃは、露光チャック２の下面を異なる位置で支持する。図示例では、２つのチルティング軸３ａ及び３ｂが露光チャック２の任意の一辺の隅部内側を支持し、残りの１つのチルティング軸３ｃが露光チャック２の該一辺と反対側の他の一辺側で該２つのチルティング軸３ａ及び３ｂの間を支持している。各チルティング軸３ａ〜３ｃには、図２に示すチルティング軸用駆動モータ（以下、単に「駆動モータ」と記す）３ａＭ〜３ｃＭが連結され、該駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭが同時に駆動されることで露光チャック２を図１に示すＺ方向へ昇降動し、該駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭが個別に駆動されることで露光チャック２を同図に示すＺ方向へチルティングする。
【００１３】
ガラス基板アライメントステージ４は、図示していないが、Ｘ軸テーブルとＹ軸テーブルとθ軸テーブルなどを備える。Ｘ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＸ方向へ移動するものであり、Ｙ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＹ方向へ移動するものであり、θ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＺ軸回りのθ方向へ回転するものである。ガラス基板アライメントステージ４では、露光チャック２に搬入されるガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントや、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとを高精度に重ね合わせるアライメントなどを行う。プリアライメントとしては、例えば、露光チャック２上でガラス基板Ｐのエッジをエッジ検出センサ（図示せず）などにより検出し、そのエッジの検出位置に基づきガラス基板Ｐの搬入ずれを求め、該搬入ずれに基づいてＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを適宜駆動して、露光チャック２を搬入ずれに見合う量だけ移動することにより、ガラス基板Ｐの搬入ずれを補正する。また、アライメントとしては、例えば、フォトマスクＭがマスクホルダ１に吸着保持され、ガラス基板Ｐが露光チャック２に吸着保持された状態において、該フォトマスクＭと該ガラス基板Ｐとに予め設けられているアライメントマークをＣＣＤ（図示せず）などで検出し、その検出結果からアライメントマークのずれ量を求め、該ずれ量に基づいてＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを適宜駆動して、露光チャック２をずれ量に見合う量だけ移動することにより、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとを高精度に重ね合わせる。
【００１４】
図２は、図１に示される露光装置Ａのチルティング粗動機構３の駆動制御系の一実施例を示す制御ブロック図である。
図２において、入出力回路６は、検出センサＳａ〜Ｓｄから入力する信号の処理に必要な所定の回路や、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの制御に必要な所定の回路を含んで構成される。ＲＯＭやＲＡＭなどを含んで構成されるメモリ部７には、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの駆動制御や、後述するプロキシミティギャップ制御に必要な所定のプログラム及び各種基準データ（設定データ）が記憶されている。演算部８は、メモリ部７に記憶されているプログラムに従って所定の演算を行う。制御部９は、ＭＰＵなどから構成されてなり、メモリ部７に記憶されているプログラムを実行して、プロキシミティギャップ制御に必要な判定処理や駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの駆動制御などの各種処理を行う。
【００１５】
図３及び図４を参照して、図１に示される露光装置Ａのプロキシミティギャップ制御方法を説明する。図３は、プロキシミティギャップ制御方法のフローチャート、図４は、プロキシミティギャップ制御を行う場合の説明図である。
図３において、ステップＳ１では、マスクホルダ１でフォトマスクＭを吸着保持する。この場合、露光チャック２は、図１に示されるように、マスクホルダ１がフォトマスクＭを吸着保持するまで所定の位置（例えば、図１及び図４（ｂ）に示す基板搬入位置Ｈ１）で待機している。
【００１６】
ステップＳ２では、露光チャック２を上記の待機位置から図４（ａ）に示すフォトマスクＭのマスク下面検出位置Ｈ２まで移動する。すなわち、制御部９は、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを上昇させて露光チャック２を待機位置からマスク下面検出位置Ｈ２まで移動させる。
【００１７】
ステップＳ３では、検出センサＳａ〜ＳｄでフォトマスクＭのマスク下面Ｍａを検出する。検出センサＳａ〜Ｓｄは、図４（ａ）に示されるように、発光源からフォトマスクＭにレーザ光を出射し、該フォトマスクＭのマスク下面Ｍａで反射するレーザ光を受光センサで受光することによって、該マスク下面Ｍａを検出する。
【００１８】
ステップＳ４では、検出センサＳａ〜Ｓｄが検出したマスク下面Ｍａの検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳ（図２参照）に応じた検出データを取り込む。すなわち、制御部９は、検出センサＳａ〜Ｓｄから出力されるアナログ信号である検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳを入出力回路６でディジタルデータに変換し、該入出力回路６から検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳに応じた検出データを入力する。
【００１９】
ステップＳ５では、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングして、マスク下面Ｍａと露光チャック２との平行出しを行う。具体的には、制御部９は、各検出データが等しくなるように駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを個別に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングしてマスク下面Ｍａと露光チャック２の上面との平行出しを行う。これにより、検出センサＳａ〜Ｓｄの各検出箇所において、マスク下面Ｍａと露光チャック２の上面との間隔が等しくなる。
【００２０】
ステップＳ６では、露光チャック２に対するマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａ（図４（ａ）参照）を算出する。ステップＳ５において、マスク下面Ｍａと露光チャック２との平行出しを行うが、この場合、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なることがある。各チルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なると、フォトマスクＭのマスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間の間隔Ｄ（図４（ｂ）参照）を正確に求めることができなくなる。そこで、制御部９では、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量の平均値を算出し、該各平均値に対応する３点で特定される仮想平面を実際のマスク下面Ｍａの高さ位置とみなし、該仮想平面の露光チャック２の上面に対する高さ位置を算出し、これをマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａとして記憶する。
【００２１】
ステップＳ７では、露光チャック２をマスク下面検出位置Ｈ２から基板搬入位置Ｈ１まで移動する。すなわち、制御部９は、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを下降させて露光チャック２をマスク下面検出位置Ｈ２から基板搬入位置Ｈ１まで移動する。
【００２２】
ステップＳ１からステップＳ７において、露光チャック２は待機位置とマスク下面検出位置Ｈ２との間を移動するが、該露光チャック２の移動は、例えば、ガラス基板Ｐを露光チャック２に搬入する搬入動作中に行われる。このため、露光チャック２の移動をプロキシミティギャップ制御に必要な所要時間内に行うことができる。
【００２３】
ステップＳ８では、露光チャック２でガラス基板Ｐを吸着保持する。ステップＳ９では、検出センサＳａ〜Ｓｄで該ガラス基板Ｐの基板上面Ｐａを検出する。検出センサＳａ〜Ｓｄは、図４（ｂ）に示されるように、発光源からガラス基板Ｐにレーザ光を出射し、該ガラス基板Ｐの基板上面Ｐａで反射するレーザ光を受光センサで受光することによって、該基板上面Ｐａを検出する。
【００２４】
ステップＳ１０では、検出センサＳａ〜Ｓｄが検出した基板上面Ｐａの検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳに応じた検出データを取り込む。すなわち、制御部９は、検出センサＳａ〜Ｓｄから出力されるアナログ信号である検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳを入出力回路６でディジタルデータに変換し、該入出力回路６から検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳに応じた検出データを入力する。
【００２５】
ステップＳ１１では、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングする。これにより、検出センサＳａ〜Ｓｄの各検出箇所において、マスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間隔が等しくなる。
【００２６】
ステップＳ１２では、露光チャック２に対する基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａ（図４（ｂ）参照）を算出する。ステップＳ１１において、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングするが、この場合、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なることがある。各チルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なると、上述したように、フォトマスクＭのマスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間の間隔を正確に求めることができなくなる。そこで、制御部９では、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量の平均値を算出し、該各平均値に対応する３点で特定される仮想平面を実際の基板上面Ｐａの高さ位置とみなし、該仮想平面の露光チャック２の上面に対する高さ位置を算出し、これを基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとして記憶する。
【００２７】
ステップＳ１３では、露光チャック２のストローク量Ｓ（図４（ｂ）参照）を算出する。すなわち、制御部９では、ステップＳ６で求めたマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａとステップＳ１２で求めた基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとの差（ＨＭａ−ＨＰａ）から図４（ｂ）に示されるマスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間の間隔Ｄを算出する。次に、その間隔Ｄからマスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間に設定すべき目標ギャップｇを差し引いて（Ｄ−ｇ）、露光チャック２のストローク量Ｓを求める。このストローク量Ｓは、露光チャック２を基板搬入位置Ｈ１から目標ギャップｇの設定位置Ｈ３まで移動する距離に対応している。
【００２８】
ステップＳ１４では、露光チャック２をストローク量Ｓに応じて移動する。すなわち、制御部９では、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｂを上昇させて露光チャック２を図４（ｂ）に示される基板搬入位置Ｈ１から目標ギャップｇの設定位置Ｈ３まで移動させる。これにより、同図（ｃ）に示されるように、マスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間に目標ギャップｇを設定することができる。
【００２９】
本実施の形態に示すプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御方法において、図３に示されるステップＳ８からステップＳ１３までの工程は、露光チャック２にガラス基板Ｐを搬入する基板搬入位置Ｈ１で行われる。例えば、ステップＳ１１では、露光チャック２を物理的にチルティングするが、該露光チャック２のチルティングはチルティング粗動機構３の３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを用いて行うので、該チルティング粗動機構３の駆動と並行して、ガラス基板アライメントステージ４を駆動することができる。このため、基板搬入位置Ｈ１において、露光チャック２でガラス基板Ｐを吸着保持してから該露光チャック２のストローク量Ｓを求めるまでの間で、ガラス基板アライメントステージ４を用いてガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントを行うことができる。すなわち、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントを行うことができ、これによって、スループットの向上を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態に示すプロキシミティ露光装置及びプロキシミティギャップ制御方法は、マスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａと基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとを求めるに当たり、露光チャック２の上面を該位置座標ＨＭａ及びＨＰａの高さ基準として設定しているが、これに限られるものでなく、例えば、マスクホルダ１の下面を該位置座標ＨＭａ及びＨＰａの高さ基準として設定してよい。また、露光チャック２の４箇所に設けた検出センサＳａ〜Ｓｄでマスク下面Ｍａ及び基板上面Ｐａを検出しているが、これに限られるものでなく、露光チャック２の３箇所以上の箇所に検出センサを設け、この各検出センサでマスク下面Ｍａ及び基板上面Ｐａを検出してよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るプロキシミティ露光装置及びプロキシミティギャップ制御方法は、フォトマスクのマスク面と露光対象基板の基板面との間に形成される所定のギャップを実現する位置まで露光チャックを移動するようにしたので、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントなどを行うことができ、よって、スループットをより向上できる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプロキシミティ露光装置の一実施例の概略構成を示す斜視図。
【図２】 図１に示される露光装置のチルティング粗動機構の駆動制御系の一実施例を示す制御ブロック図。
【図３】 本発明に係るプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御方法のフローチャート。
【図４】 プロキシミティギャップ制御を行う場合の説明図。
【図５】 従来のプロキシミティ露光装置の概略構成を示し、（ａ）は、プロキシミティ露光装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すプロキシミティ露光装置の平面図。
【符号の説明】
１ マスクホルダ
２ 露光チャック
３ チルティング粗動機構
３ａ〜３ｃ チルティング軸
４ ガラス基板アライメントステージ
９ 制御部
３ａＭ〜３ｃＭ チルティング軸用駆動モータ
Ｓａ〜Ｓｄ 検出センサ
Ａ プロキシミティ露光装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、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の製造工程において露光対象基板であ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プロキシミティ露光装置に係り、特に、露光対象基板をパターン形成用のフォトマスクに対して所定のギャップを実現する位置まで移動できるようにしたプロキシミティ露光装置及びその装置におけるプロキシミティギャップ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に比べて薄型化、軽量化が可能であるため、ＣＴＶ（Color Television）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として採用され、画面サイズも１０型以上の大型化が図られ、より一層の高精細化及びカラー化が押し進められている。
【０００３】
液晶ディスプレイは、フォトリソグラフィ技術によりガラス基板の表面に微細なパターンを描画して作られる。露光装置は、フォトマスクの微細パターンをガラス基板上に投影・転写するものである。露光装置としては、マスクパターンをレンズまたはミラーを用いてガラス基板上に投影するプロジェクション方式と、フォトマスクとガラス基板との間に微小なギャップを設けてマスクパターンをガラス基板上に転写するプロキシミティ方式とがある。プロキシミティ方式の露光装置は、プロジェクション方式に比べてパターン解像性能が劣るものの、照射光学系が非常にシンプルであり、スループットが高く、装置コストから見たコストパフォーマンスも優れており、生産性の高い量産用装置に適したものである。
【０００４】
プロキシミティ方式の露光装置では、フォトマスクとガラス基板との間隔が微小ギャップ（セパレーションギャップ）となるようにガラス基板の位置決め制御いわゆるプロキシミティギャップ制御を行っているが、このプロキシミティギャップ制御の高速化がスループットを向上する上で重要な課題である。また、露光装置では、露光性能の向上を図るため、フォトマスクとガラス基板との位置決めを高精度に行う必要がある。このため、ガラス基板の搬入ずれを補正するプリアライメントや、フォトマスクとガラス基板とを高精度に重ね合わせるアライメントなどを行っている。
【０００５】
図５を参照して、従来のプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御について説明する。図５において、（ａ）は、プロキシミティ露光装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すプロキシミティ露光装置の平面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）において、フォトマスクＭは、枠形形状に形成されたマスクホルダ５１の上面に吸着保持される。このとき、露光チャック５２は一点鎖線で示すように基板搬入位置Ｈ５１にある。露光チャック５２は、基板搬入位置Ｈ５１に搬入されるガラス基板Ｐを吸着保持する。露光チャック５２がガラス基板Ｐを吸着保持すると、先ず、ガラス基板アライメントステージ５３で露光チャック５２へのガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントを行う。次に、チルティング粗動機構５４の３つのチルティング軸５４ａ〜５４ｃで露光チャック５２を基板搬入位置Ｈ５１からプロキシミティギャップ制御のギャップ制御開始位置Ｈ５２まで移動する。次に、マスクホルダ５１の上方に配置された４つのギャップ検出センサ５５ａ〜５５ｄでフォトマスクＭとガラス基板Ｐとの間のギャップを検出する。そして、各ギャップ検出センサ５５ａ〜５５ｄで検出した検出ギャップが所定の許容範囲値内に収まるように、３つのチルティング軸５４ａ〜５４ｃで露光チャック５２をチルティングして、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとの間に目標ギャップｇを設定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来知られたプロキシミティ露光装置では、ギャップ制御開始位置において、ギャップ検出センサでフォトマスクとガラス基板との間のギャップを直接検出している。このため、ガラス基板が基板搬入位置からギャップ制御開始位置に移動しない限り、露光チャックでプロキシミティギャップ制御を行うことができなかった。したがって、ガラス基板について、基板搬入位置でプリアライメントを行い、ギャップ制御開始位置でプロキシミティギャップ制御を行うしかなく、スループットの向上を図る上で限界があった。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑みて為されたもので、露光対象基板をフォトマスクに対して所定のギャップを実現する位置まで移動するようにして、スループットの向上を図ったプロキシミティ露光装置及びその装置におけるプロキシミティギャップ制御方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプロキシミティ露光装置は、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、前記露光チャックに配置され、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、前記露光チャックに配置され、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する制御手段とを具えたものである。
本発明に係るプロキシミティギャップ制御方法は、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、前記プロキシミティギャップ制御を行うための方法であって、前記露光チャックに配置された検出手段により、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する工程と、前記露光チャックに配置された検出手段により、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する工程と、前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する工程とを具えたものである。
上記の装置及び方法によれば、フォトマスクのマスク面と露光対象基板の基板面との間に形成される所定のギャップを実現する位置まで露光チャックを移動することができるので、露光チャックを所定のギャップを実現する位置まで移動する前に、露光対象基板について行うべき処理、例えば、プリアライメントなどを行うことができる。これにより、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントなどを行うことができるので、スループットをより向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係るプロキシミティ露光装置Ａの一実施例の概略構成を示す斜視図である。図１において、プロキシミティ露光装置Ａは、マスクホルダ１と、露光チャック２と、チルティング粗動機構３と、ガラス基板アライメントステージ４などを含んで構成される。
【００１０】
マスクホルダ１は、図示しないマスク受けによって露光チャック２と対向する位置に固定されている。本例に示すマスクホルダ１は、例えば、フォトマスクＭのサイズとほぼ同じサイズに形成された枠形形状の金属製又は樹脂製のホルダ本体１ａと、該ホルダ本体１ａの上面に気密に取り付けたガラス板などのような光透過性の上蓋１ｂなどを備える。ホルダ本体１ａの下面には、吸着溝（図示せず）が設けられており、該吸着溝でフォトマスクＭのマスク上面を吸着保持する。なお、フォトマスクＭは、図示していないオートマスクチエンジャの搬送アームでホルダ本体１ａの下面に搬入される。
【００１１】
露光チャック２は、例えば、ガラス基板Ｐのサイズよりも僅かに大きいサイズの四角形に形成され、チルティング粗動機構３を構成する３つのチルティング軸３ａ〜３ｃで支持されている。露光チャック２の上面には、吸着溝（図示せず）が設けられており、該吸着溝でガラス基板Ｐの基板下面を吸着保持する。なお、ガラス基板Ｐは、図示していない基板搬入ユニットの搬送アームで露光チャック２の上面に搬入される。また、露光チャック２の上面には、４つの検出センサＳａ〜Ｓｄが配置されている。各検出センサＳａ〜Ｓｄは、例えば、半導体レーザなどの発光源とＣＣＤリニアイメージセンサなどの受光センサなどを含んで構成されてなり、露光チャック２の上面において４つの隅部近傍に設けられた凹部内に設けられている。
【００１２】
チルティング粗動機構３の３つのチルティング軸３ａ〜３ｃは、露光チャック２の下面を異なる位置で支持する。図示例では、２つのチルティング軸３ａ及び３ｂが露光チャック２の任意の一辺の隅部内側を支持し、残りの１つのチルティング軸３ｃが露光チャック２の該一辺と反対側の他の一辺側で該２つのチルティング軸３ａ及び３ｂの間を支持している。各チルティング軸３ａ〜３ｃには、図２に示すチルティング軸用駆動モータ（以下、単に「駆動モータ」と記す）３ａＭ〜３ｃＭが連結され、該駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭが同時に駆動されることで露光チャック２を図１に示すＺ方向へ昇降動し、該駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭが個別に駆動されることで露光チャック２を同図に示すＺ方向へチルティングする。
【００１３】
ガラス基板アライメントステージ４は、図示していないが、Ｘ軸テーブルとＹ軸テーブルとθ軸テーブルなどを備える。Ｘ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＸ方向へ移動するものであり、Ｙ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＹ方向へ移動するものであり、θ軸テーブルは露光チャック２を図１に示すＺ軸回りのθ方向へ回転するものである。ガラス基板アライメントステージ４では、露光チャック２に搬入されるガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントや、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとを高精度に重ね合わせるアライメントなどを行う。プリアライメントとしては、例えば、露光チャック２上でガラス基板Ｐのエッジをエッジ検出センサ（図示せず）などにより検出し、そのエッジの検出位置に基づきガラス基板Ｐの搬入ずれを求め、該搬入ずれに基づいてＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを適宜駆動して、露光チャック２を搬入ずれに見合う量だけ移動することにより、ガラス基板Ｐの搬入ずれを補正する。また、アライメントとしては、例えば、フォトマスクＭがマスクホルダ１に吸着保持され、ガラス基板Ｐが露光チャック２に吸着保持された状態において、該フォトマスクＭと該ガラス基板Ｐとに予め設けられているアライメントマークをＣＣＤ（図示せず）などで検出し、その検出結果からアライメントマークのずれ量を求め、該ずれ量に基づいてＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを適宜駆動して、露光チャック２をずれ量に見合う量だけ移動することにより、フォトマスクＭとガラス基板Ｐとを高精度に重ね合わせる。
【００１４】
図２は、図１に示される露光装置Ａのチルティング粗動機構３の駆動制御系の一実施例を示す制御ブロック図である。
図２において、入出力回路６は、検出センサＳａ〜Ｓｄから入力する信号の処理に必要な所定の回路や、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの制御に必要な所定の回路を含んで構成される。ＲＯＭやＲＡＭなどを含んで構成されるメモリ部７には、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの駆動制御や、後述するプロキシミティギャップ制御に必要な所定のプログラム及び各種基準データ（設定データ）が記憶されている。演算部８は、メモリ部７に記憶されているプログラムに従って所定の演算を行う。制御部９は、ＭＰＵなどから構成されてなり、メモリ部７に記憶されているプログラムを実行して、プロキシミティギャップ制御に必要な判定処理や駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭの駆動制御などの各種処理を行う。
【００１５】
図３及び図４を参照して、図１に示される露光装置Ａのプロキシミティギャップ制御方法を説明する。図３は、プロキシミティギャップ制御方法のフローチャート、図４は、プロキシミティギャップ制御を行う場合の説明図である。
図３において、ステップＳ１では、マスクホルダ１でフォトマスクＭを吸着保持する。この場合、露光チャック２は、図１に示されるように、マスクホルダ１がフォトマスクＭを吸着保持するまで所定の位置（例えば、図１及び図４（ｂ）に示す基板搬入位置Ｈ１）で待機している。
【００１６】
ステップＳ２では、露光チャック２を上記の待機位置から図４（ａ）に示すフォトマスクＭのマスク下面検出位置Ｈ２まで移動する。すなわち、制御部９は、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを上昇させて露光チャック２を待機位置からマスク下面検出位置Ｈ２まで移動させる。
【００１７】
ステップＳ３では、検出センサＳａ〜ＳｄでフォトマスクＭのマスク下面Ｍａを検出する。検出センサＳａ〜Ｓｄは、図４（ａ）に示されるように、発光源からフォトマスクＭにレーザ光を出射し、該フォトマスクＭのマスク下面Ｍａで反射するレーザ光を受光センサで受光することによって、該マスク下面Ｍａを検出する。
【００１８】
ステップＳ４では、検出センサＳａ〜Ｓｄが検出したマスク下面Ｍａの検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳ（図２参照）に応じた検出データを取り込む。すなわち、制御部９は、検出センサＳａ〜Ｓｄから出力されるアナログ信号である検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳを入出力回路６でディジタルデータに変換し、該入出力回路６から検出信号ＭａＳ〜ＭｄＳに応じた検出データを入力する。
【００１９】
ステップＳ５では、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングして、マスク下面Ｍａと露光チャック２との平行出しを行う。具体的には、制御部９は、各検出データが等しくなるように駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを個別に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングしてマスク下面Ｍａと露光チャック２の上面との平行出しを行う。これにより、検出センサＳａ〜Ｓｄの各検出箇所において、マスク下面Ｍａと露光チャック２の上面との間隔が等しくなる。
【００２０】
ステップＳ６では、露光チャック２に対するマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａ（図４（ａ）参照）を算出する。ステップＳ５において、マスク下面Ｍａと露光チャック２との平行出しを行うが、この場合、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なることがある。各チルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なると、フォトマスクＭのマスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間の間隔Ｄ（図４（ｂ）参照）を正確に求めることができなくなる。そこで、制御部９では、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量の平均値を算出し、該各平均値に対応する３点で特定される仮想平面を実際のマスク下面Ｍａの高さ位置とみなし、該仮想平面の露光チャック２の上面に対する高さ位置を算出し、これをマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａとして記憶する。
【００２１】
ステップＳ７では、露光チャック２をマスク下面検出位置Ｈ２から基板搬入位置Ｈ１まで移動する。すなわち、制御部９は、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを下降させて露光チャック２をマスク下面検出位置Ｈ２から基板搬入位置Ｈ１まで移動する。
【００２２】
ステップＳ１からステップＳ７において、露光チャック２は待機位置とマスク下面検出位置Ｈ２との間を移動するが、該露光チャック２の移動は、例えば、ガラス基板Ｐを露光チャック２に搬入する搬入動作中に行われる。このため、露光チャック２の移動をプロキシミティギャップ制御に必要な所要時間内に行うことができる。
【００２３】
ステップＳ８では、露光チャック２でガラス基板Ｐを吸着保持する。ステップＳ９では、検出センサＳａ〜Ｓｄで該ガラス基板Ｐの基板上面Ｐａを検出する。検出センサＳａ〜Ｓｄは、図４（ｂ）に示されるように、発光源からガラス基板Ｐにレーザ光を出射し、該ガラス基板Ｐの基板上面Ｐａで反射するレーザ光を受光センサで受光することによって、該基板上面Ｐａを検出する。
【００２４】
ステップＳ１０では、検出センサＳａ〜Ｓｄが検出した基板上面Ｐａの検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳに応じた検出データを取り込む。すなわち、制御部９は、検出センサＳａ〜Ｓｄから出力されるアナログ信号である検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳを入出力回路６でディジタルデータに変換し、該入出力回路６から検出信号ＰａＳ〜ＰｄＳに応じた検出データを入力する。
【００２５】
ステップＳ１１では、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングする。これにより、検出センサＳａ〜Ｓｄの各検出箇所において、マスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間隔が等しくなる。
【００２６】
ステップＳ１２では、露光チャック２に対する基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａ（図４（ｂ）参照）を算出する。ステップＳ１１において、各検出データが等しくなるようにチルティング軸３ａ〜３ｃをチルティングするが、この場合、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なることがある。各チルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量が異なると、上述したように、フォトマスクＭのマスク下面Ｍａとガラス基板Ｐの基板上面Ｐａとの間の間隔を正確に求めることができなくなる。そこで、制御部９では、３つのチルティング軸３ａ〜３ｃのチルティング量の平均値を算出し、該各平均値に対応する３点で特定される仮想平面を実際の基板上面Ｐａの高さ位置とみなし、該仮想平面の露光チャック２の上面に対する高さ位置を算出し、これを基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとして記憶する。
【００２７】
ステップＳ１３では、露光チャック２のストローク量Ｓ（図４（ｂ）参照）を算出する。すなわち、制御部９では、ステップＳ６で求めたマスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａとステップＳ１２で求めた基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとの差（ＨＭａ−ＨＰａ）から図４（ｂ）に示されるマスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間の間隔Ｄを算出する。次に、その間隔Ｄからマスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間に設定すべき目標ギャップｇを差し引いて（Ｄ−ｇ）、露光チャック２のストローク量Ｓを求める。このストローク量Ｓは、露光チャック２を基板搬入位置Ｈ１から目標ギャップｇの設定位置Ｈ３まで移動する距離に対応している。
【００２８】
ステップＳ１４では、露光チャック２をストローク量Ｓに応じて移動する。すなわち、制御部９では、駆動モータ３ａＭ〜３ｃＭを同時に駆動制御し、３つのチルティング軸３ａ〜３ｂを上昇させて露光チャック２を図４（ｂ）に示される基板搬入位置Ｈ１から目標ギャップｇの設定位置Ｈ３まで移動させる。これにより、同図（ｃ）に示されるように、マスク下面Ｍａと基板上面Ｐａとの間に目標ギャップｇを設定することができる。
【００２９】
本実施の形態に示すプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御方法において、図３に示されるステップＳ８からステップＳ１３までの工程は、露光チャック２にガラス基板Ｐを搬入する基板搬入位置Ｈ１で行われる。例えば、ステップＳ１１では、露光チャック２を物理的にチルティングするが、該露光チャック２のチルティングはチルティング粗動機構３の３つのチルティング軸３ａ〜３ｃを用いて行うので、該チルティング粗動機構３の駆動と並行して、ガラス基板アライメントステージ４を駆動することができる。このため、基板搬入位置Ｈ１において、露光チャック２でガラス基板Ｐを吸着保持してから該露光チャック２のストローク量Ｓを求めるまでの間で、ガラス基板アライメントステージ４を用いてガラス基板Ｐの搬入ずれを補正するプリアライメントを行うことができる。すなわち、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントを行うことができ、これによって、スループットの向上を図ることができる。
【００３０】
本実施の形態に示すプロキシミティ露光装置及びプロキシミティギャップ制御方法は、マスク下面Ｍａの位置座標ＨＭａと基板上面Ｐａの位置座標ＨＰａとを求めるに当たり、露光チャック２の上面を該位置座標ＨＭａ及びＨＰａの高さ基準として設定しているが、これに限られるものでなく、例えば、マスクホルダ１の下面を該位置座標ＨＭａ及びＨＰａの高さ基準として設定してよい。また、露光チャック２の４箇所に設けた検出センサＳａ〜Ｓｄでマスク下面Ｍａ及び基板上面Ｐａを検出しているが、これに限られるものでなく、露光チャック２の３箇所以上の箇所に検出センサを設け、この各検出センサでマスク下面Ｍａ及び基板上面Ｐａを検出してよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るプロキシミティ露光装置及びプロキシミティギャップ制御方法は、フォトマスクのマスク面と露光対象基板の基板面との間に形成される所定のギャップを実現する位置まで露光チャックを移動するようにしたので、プロキシミティギャップ制御と並行してプリアライメントなどを行うことができ、よって、スループットをより向上できる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプロキシミティ露光装置の一実施例の概略構成を示す斜視図。
【図２】 図１に示される露光装置のチルティング粗動機構の駆動制御系の一実施例を示す制御ブロック図。
【図３】 本発明に係るプロキシミティ露光装置におけるプロキシミティギャップ制御方法のフローチャート。
【図４】 プロキシミティギャップ制御を行う場合の説明図。
【図５】 従来のプロキシミティ露光装置の概略構成を示し、（ａ）は、プロキシミティ露光装置の正面図、（ｂ）は、（ａ）に示すプロキシミティ露光装置の平面図。
【符号の説明】
１ マスクホルダ
２ 露光チャック
３ チルティング粗動機構
３ａ〜３ｃ チルティング軸
４ ガラス基板アライメントステージ
９ 制御部
３ａＭ〜３ｃＭ チルティング軸用駆動モータ
Ｓａ〜Ｓｄ 検出センサ
Ａ プロキシミティ露光装置
Claims (6)
- マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、
前記露光チャックに配置され、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、
前記露光チャックに配置され、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する検出手段と、
前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する制御手段と
を具えたプロキシミティ露光装置。 - 前記マスク面を検出する検出手段と、前記基板面を検出する検出手段は、該マスク面と該基板面との検出に共用される検出手段であって、前記露光チャックの任意の３つ以上の箇所に配置され、該３つ以上の箇所で該マスク面を検出すると共に該基板面を検出す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。
- 前記制御手段では、前記マスク面の検出データに応じた当該マスク面の高さ位置と、前記基板面の検出データに応じた当該基板面の高さ位置との間の間隔から前記所定のギャップを減算することで前記ストローク量を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロキシミティ露光装置。
- マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面と、露光チャックに保持された露光対象基板の基板面との間に形成されるギャップを所定のギャップとなるようにプロキシミティギャップ制御を行って露光を行うプロキシミティ露光装置において、前記プロキシミティギャップ制御を行うための方法であって、
前記露光チャックに配置された検出手段により、マスクホルダに保持されたフォトマスクのマスク面を複数の検出箇所で検出する工程と、
前記露光チャックに配置された検出手段により、該露光チャックに保持された露光対象基板の基板面を複数の検出箇所で検出する工程と、
前記複数の検出箇所における前記マスク面の検出データと前記基板面の検出データとに基づき、前記所定のギャップを実現する前記露光チャックのストローク量を求め、該ストローク量に応じて該露光チャックを駆動制御する工程と
を具えたプロキシミティギャップ露光方法。 - 前記マスク面を検出する工程と、前記基板面を検出する工程では、前記露光チャックの任意の３つ以上の検出箇所で該マスク面を検出すると共に該基板面を検出することを特徴とする請求項４に記載のプロキシミティギャップ制御方法。
- 前記露光チャックを駆動制御する工程では、前記マスク面の検出データに応じた当該マスク面の高さ位置と、前記基板面の検出データに応じた当該基板面の高さ位置との間の間隔から前記所定のギャップを減算することで前記ストローク量を求めることを特徴とする請求項４又は５に記載のプロキシミティギャップ制御方法。
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