JP4346916B2

JP4346916B2 - 露光方法及び露光装置

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Publication number: JP4346916B2
Application number: JP2003018372A
Authority: JP
Inventors: 一生渡辺
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP2004233398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるプロキシミティ方式の露光装置では、プロキシミティギャップよりも大きなギャップで基板をフォトマスク下に進入させる。基板が露光位置に到達すると、基板を上昇させ、プロキシミティギャップを介して基板とフォトマスクとを対向させる。露光後、基板を下降させ、再度プロキシミティギャップよりも大きなギャップとし、基板をフォトマスク下から排出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フォトマスクの面積に比較してプロキシミティギャップは非常に狭く（例えば１００μｍ）、基板とフォトマスクとを接近又は離間させるときにエアの影響を無視できない。例えば、基板とフォトマスクとを高速で接近させると、フォトマスクの取付位置がずれるおそれがある。このため、基板とフォトマスクとの接近及び離間には長い時間がかかる。特に、１枚の基板上の複数の露光領域に順次露光する場合には、露光領域毎にフォトマスクを接近又は離間させる必要があり、露光に要する時間が累積される。
【０００４】
そこで、本発明は、プロキシミティギャップを介した露光を短時間で行うことのできる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００６】
本発明の露光方法は、複数の露光領域（１００ａ・・１００ａ）が設けられた基板（１００）とフォトマスク（５）とをプロキシミティギャップ（Ｐ）を介して対向させて複数の露光領域に対して順次露光を行う露光方法において、前記基板の表面の高さを特定する工程と、前記特定した高さに基づいて、前記フォトマスクと前記基板との間の間隙量が前記プロキシミティギャップの適正範囲に維持されるように、前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させつつ、前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させる工程とを備え、前記基板の表面の高さを特定する工程では、前記基板が載置されるステージの表面の高さ分布と、前記基板の厚さ分布とに基づいて前記基板の高さを特定することにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
本発明の露光方法によれば、フォトマスクと基板との隙間量がプロキシミティギャップの適正範囲に維持されるから、基板とフォトマスクとを接近又は離間させる動作が省略され、効率的に露光が行われる。
【０００８】
基板とフォトマスクとを基板に沿って相対移動させると、基板とフォトマスクとの間の隙間量は種々の要因により変化する。例えば、ステージを水平方向に駆動する駆動装置の癖により隙間量が変化する。また、ステージ表面に凹凸があることにより隙間量が変化する。
【０００９】
このため、基板とフォトマスクとを離間させずにフォトマスクと基板とを基板に沿って相対移動させると、フォトマスクと基板とが接触してしまうおそれがある。しかし、本発明の露光方法では、基板表面の高さを特定し、その特定した高さに基づいて隙間量を制御するから、フォトマスクと基板とが接触するおそれもない。
【００１０】
また、基板をステージに載置したときの基板表面の高さ分布が予測されるので、隙間量のフィードフォワード制御が容易である。
【００１１】
なお、プロキシミティギャップの適正範囲は、露光を行う際の種々の事情に応じて適宜に設定してよい。例えば、フォトマスクの撓み量に余裕を見込んだ量をプロキシミティギャップの適正範囲としてもよい。
【００１２】
基板表面の高さは、適宜な基準位置から基板表面までの高さを利用できる。基準位置は、フォトマスクとの相対位置が特定できる位置であればよい。フォトマスクの位置を基準として基板表面の高さを特定してもよい。
【００１３】
本発明の露光方法において、前記特定した高さに基づいて、前記基板を前記フォトマスク下に進入させる前に前記フォトマスクと前記基板の表面との高さの差が前記プロキシミティギャップの適正範囲になるように、前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させる工程を更に備えていてもよい。
【００１４】
この場合、基板をフォトマスク下に進入させる当初からプロキシミティギャップが維持されることから、露光に要する時間がさらに短縮される。
【００１５】
本発明の露光装置（１、５０）は、複数の露光領域（１００ａ・・１００ａ）が設けられた基板（１００）とフォトマスク（５）とをプロキシミティギャップ（Ｐ）を介して対向させて複数の露光領域に対して順次露光を行う露光装置において、前記基板の表面の高さを特定する特定手段（８）と、前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させる第１の駆動手段（７）と、前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させる第２の駆動手段（３）と、前記フォトマスクと前記基板との間の間隙量を前記プロキシミティギャップの適正範囲に維持した状態で前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させるように、前記特定手段の特定した前記基板の表面の高さに基づいて、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段（１０）とを備え、前記特定手段は、前記基板が載置されるステージの表面の高さ分布と、前記基板の厚さ分布とに基づいて前記基板の高さを特定することにより、上述した課題を解決する。
【００１６】
本発明の露光装置によれば、本発明の露光方法を実現可能である。
【００１７】
本発明の露光装置においても、上述した本発明の露光方法における各種の好ましい態様を含んでいてもよい。すなわち、本発明の露光装置において、前記特定手段は、前記基板の上方の位置に設けられ、前記基板の表面までの距離を測定する測定装置（８）を含み、前記測定装置の測定した距離に基づいて前記基板の高さを特定してもよい。本発明の露光装置において、前記特定手段は、前記基板が載置されるステージの表面の高さ分布と、前記基板の厚さ分布とに基づいて前記基板の高さを特定してもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（参考例）
図１は、本発明の参考例に係る露光装置１の構成を示す側面図である。露光装置１は、フォトリソグラフィーによりカラーフィルタのパターニングを行う際に、カラーフィルタ用の基板１００に対して露光を行う装置として構成されている。基板１００は、例えばガラス基板で構成され、表面にはレジストが薄膜状に塗布されている。基板１００は、例えば厚さ１ｍｍ、面積２〜３ｍ^２に形成されている。１枚の基板１００からは、６枚のカラーフィルターが取り出される。このため、図２（ａ）にも示すように、基板１００は、６枚のカラーフィルターにそれぞれ対応した６つの露光領域１００ａ…１００ａを有する。
【００１９】
図１の露光装置１は、基板１００を載置するステージ２と、ステージ２をＸＹ平面（図２（ａ）参照）上で駆動する駆動装置３と、ステージ２のＸＹ平面上の位置を検出するレーザ測長器４と、ステージ２の上方に配置されたフォトマスク５と、フォトマスク５を保持するマスクホルダー６と、マスクホルダー６を上下方向に駆動する駆動装置７と、基板１００の表面の高さを計測するための計測装置８…８と、マスクホルダー６の上方に配置された光源９と、制御装置１０とを備えている。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、フォトマスク５は一つの露光領域１００ａを覆う大きさを有している。図２（ｂ）に示すように、マスクホルダー６は枠状に形成され、フォトマスク５の外周側を吸着保持している。駆動装置７は、保持具７ａ…７ａによりマスクホルダー６を３点で保持している。駆動装置７は保持具７ａ…７ａをそれぞれ独立して上下に駆動可能であり、マスクホルダー６の上下位置及び傾きを調整可能である。駆動装置３及び駆動装置７は、例えば電動モータとして構成され、制御装置１０によって制御される。レーザ測長器４は、ステージ２の側面に取り付けられた不図示の反射鏡に向けてレーザー光線を出力するとともに、反射したレーザー光線を受光してステージ２までの距離を測定し、その測定結果に応じた信号を制御装置１０に出力する。また、レーザ測長器４はＸ方向、Ｙ方向のそれぞれに対応して２組設けられている。制御装置１０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置を含んだコンピュータとして構成されている。
【００２１】
計測装置８…８は、マスクホルダー６にそれぞれ設けられている。計測装置８…８の個数や取付位置は適宜に設定してよい。計測装置８は、図３に示すように、発光部１１と、センサ１２とを備えている。発光部１１は、例えば発光ダイオードを含んで構成され、所定の角度で基板１００に向けて光を照射するように設定されている。センサ１２は、例えば半導体素子を含んで構成され、検出面１２ａにて光を受光すると、その受光位置に応じた信号を制御装置１０に出力する。発光部１１及びセンサ１２の位置は、例えば基板１００とフォトマスク５とをプロキシミティギャップを介して対向させたときに、基板１００に反射された発光部１１の光が検出面１２ａの中央に到達するように設定されている。従って、制御装置１０は、三角測量の原理により、センサ１２からの信号に基づいて基板１００の高さを特定可能である。
【００２２】
なお、露光装置１にはこの他、フォトマスク５及び基板１００に設けられたアライメントマーク（不図示）を撮像して、その画像信号を制御装置１０に出力するカメラ等が設けられるが図示は省略する。また、制御装置１０には、基板１００の表面に薄膜を形成するコーター２０と、コーター２０にて薄膜が形成された基板１００をステージ２上に載置するローダー２１とが接続されている。
【００２３】
上記の構成を有する露光装置１の動作を以下に説明する。図４は、制御装置１０の実行する露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば基板１００がステージ２に載置されたときに開始される。なお、基板１００は、ステージ２がフォトマスク５の外側にて待機しているときに、ステージ２に載置される。
【００２４】
制御装置１０は、基板１００がステージ２に載置されると、駆動装置３の動作を制御して、基板１００の先頭がフォトマスク５の下方に進入する直前までステージ２を移動させる（ステップＳ１）。図３に示すように、基板１００の先頭がフォトマスク５の下方に進入する直前の位置になると、制御装置１０は、計測装置８…８からの信号に基づいて基板１００の表面の高さを特定する（ステップＳ２）。次に、その特定した高さに基づいて、フォトマスク５と基板１００との高さの差がプロキシミティギャップ（図１の符号Ｐを参照、例えば１００μｍ）になるように、駆動装置７の動作を制御してフォトマスク５を上下動させる（ステップＳ３）。
【００２５】
フォトマスク５と基板１００との高さの差がプロキシミティギャップに設定されると、制御装置１０は、ステージ２を最初の露光位置に移動させ（ステップＳ４）、光源９を駆動して、露光領域１００ａ…１００ａのいずれか一つに対して露光を行う（ステップＳ５）。ステップＳ６では、全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合は、ステップＳ４及びＳ５を繰り返し、残りの露光領域１００ａ…１００ａに対して順次露光を行う。全ての露光領域１００ａ…１００ａに対して露光が終了したと判定した場合は処理を終了する。
【００２６】
図５は、制御装置１０が実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ステージ２をフォトマスク５下で移動させている間（図４のステップＳ４）、所定の周期（例えば０．１秒）で繰り返し実行される。
【００２７】
ステップＳ１１では、制御装置１０は、計測装置８…８からの信号に基づいて基板１００の表面の高さを特定する。次に、特定した高さに基づいて、フォトマスク５と基板１００との間の隙間量がプロキシミティギャップに維持されるように、駆動装置７の動作を制御してフォトマスク５を上下動させる（ステップＳ１２）。ステップＳ１１及びステップＳ１２は繰り返し実行され、クローズドループ制御が実行される。
【００２８】
（実施形態）
図６は、本発明の実施形態の一例に係る露光装置５０の構成を示す側面図である。なお、図６において、図１との共通部分には図１と同一の符号を付してある。露光装置５０は、露光装置１と略同様の構成となっている。ただし、計測装置８…８は、ステージ２の表面の高さを測定するのに用いられる。また、計測装置８…８は、図７に示すように、保持具７ａに隣接して設けられている。
【００２９】
図６において、コーター２０は、基板１００の厚さを測定する厚さ測定装置２０ａを備えている。厚さ測定装置２０ａは、例えば対向する一対の変位センサを備え、その変位センサ間に基板１００の全面を通過させることにより基板１００の厚さを測定可能である。なお、厚さ測定装置２０ａはローダー２１に設けられてもよい。
【００３０】
上記の構成を有する露光装置５０の動作を以下に説明する。図８は、制御装置１０が実行する起動処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えば露光装置５０の電源投入時に実行される。制御装置１０は、ステージ２を予め設定された経路に沿って移動させるように駆動装置３の動作を制御する（ステップＳ２１）。この経路は、例えば、ステージ２の全範囲がフォトマスク５の下方を通過するように設定されている。次に、制御装置１０は、レーザ測長器４からの信号に基づいてステージ２のＸＹ座標を特定するとともに（ステップＳ２２）、計測装置８からの信号に基づいてステージ２の表面の高さを特定する（ステップＳ２３）。そして、特定したＸＹ座標及び高さに基づいて、ステージ２の高さ分布のデータを作成する（ステップＳ２４）。ステップＳ２５では、経路の終了位置に到達したか否かを判定し、終了したと判定した場合は処理を終了する。終了していないと判定した場合には、ステップＳ１以降の処理を繰り返し、ステージ２の高さ分布のデータを完成させる。
【００３１】
図９は、制御装置１０の実行する露光処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、例えばコーター２０にて基板１００に薄膜が形成されたときに開始される。まず、制御装置１０は、厚さ測定装置２０ａからの信号に基づいて基板１００の厚さ分布のデータを作成する（ステップＳ３１）。次に、制御装置１０は、駆動装置３の動作を制御して、基板１００の先頭がフォトマスク５の下方に進入する直前までステージ２を移動させる（ステップＳ３２）。また、ステージ２の高さ分布データ及び基板１００の厚さ分布データに基づいて、フォトマスク５と基板１００との高さの差がプロキシミティギャップになるように、駆動装置７の動作を制御してフォトマスク５を上下動させる（ステップＳ３３）。
【００３２】
ステップＳ３４〜Ｓ３６では、図４のステップＳ４〜６と同様の手順により、露光領域１００ａ…１００ａに対して順次露光を行う。
【００３３】
図１０は、制御装置１０の実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、図９のステップＳ３４にて所定の周期（例えば０．１秒）で繰り返し実行される。制御装置１０は、レーザ測長器４からの信号に基づいて現在のステージ２とフォトマスク５とのＸＹ平面上の位置関係を特定するとともに、ステージ２の表面の高さ分布データ及び基板１００の厚さ分布データから、フォトマスク５の周辺のステージ２の表面の高さ及び基板１００の厚さを取得する（ステップＳ４１、Ｓ４２）。そして、取得したステージ２の高さ及び基板１００の厚さに基づいて、基板１００とフォトマスク５との間の間隙量をプロキシミティギャップに維持するように、駆動装置７の動作を制御してフォトマスク５を上下動させる（ステップＳ４３）。
【００３４】
なお、ステージ２の表面の高さ分布データ及び基板１００の厚さ分布データを足し合わせ、基板１００の高さ分布を求めるためには、ステージ２と基板１００とのＸＹ平面上の相対位置を特定する必要がある。これは、例えば、基板１００に位置認識用マークを設け、基板１００をフォトマスク５下に進入させる前にその位置認識用マークの位置を検出して、ステージ２と基板１００との相対位置を特定すればよい。また、最初の露光領域１００ａへの移動を従来のようにプロキシミティギャップよりも大きなギャップで行い、最初の露光領域１００ａとフォトマスク５との位置合わせを行った際に、基板１００とステージ２との相対位置を特定してもよい。この場合、残りの露光領域１００ａへの移動についてプロキシミティギャップを維持することになる。
【００３５】
露光装置５０では、フォトマスク５に隣接した位置からステージ２の表面を測定して、ステージ表面の高さ分布のデータを作成していることから、高さ分布データには、駆動装置３の癖によるステージの上下動の影響が加味されている。また、露光直前の基板１００の厚さを測定しているから、基板の厚さ分布データには、基板に対する種々の処理によって生じる基板の変形の影響が加味されている。
【００３６】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。
【００３７】
参考例において、基板１００の表面の高さの計測には、種々の方法を利用してよい。例えば、図１１（ａ）に示すように、いわゆるエアマイクロメータを用いて計測してもよい。エアマイクロメータ６０は、ノズル６１と、圧力センサ６２とを備えている。ノズル６１の内部には背圧室６１ａが設けられ、背圧室６１ａには入口絞り６１ｂと、出口絞り６１ｃとが開口している。所定の圧力で入口絞り６１ｂに向けて空気を送り込むと、背圧室６１ａの圧力は、出口絞り６１ｃと基板１００との距離の変化に応じて、送り込まれた空気の圧力と大気圧との間で変化する。そこで、圧力センサ６２により、背圧室６１ａの圧力を測定することにより、基板１００の高さを計測することができる。
【００３８】
また、図１１（ｂ）に示すように、レーザー共焦点法を利用する計測装置７０を用いて基板１００の高さを計測してもよい。計測装置７０は、レーザー光源７１と、共焦点光学系８０と、受光素子７８とを備えている。共焦点光学系８０は、例えばコリメートレンズ７２と、ビームスプリッタ７３と、対物レンズ７４と、結像レンズ７５と、ピンホール７６が設けられた遮光部材７７とを備えている。レーザー光源７１の光線は、コリメートレンズ７２、ビームスプリッタ７３、対物レンズ７４を介して基板１００に到達し、基板１００で反射された光は、ビームスプリッタ７３、結像レンズ７５、ピンホール７６を介して受光素子７８に到達する。対物レンズ７４の焦点が基板１００の表面に一致すると、基板１００を反射した光は、図１１（ｂ）に示すように結像レンズ７５によってピンホール７６の位置で集光され、受光素子７８に受光される。一方、対物レンズ７４の焦点が基板１００の表面からずれると、基板１００を反射した光はピンホール７６の位置で集光せず、光の一部が遮光部材７７によって遮断されることになる。従って、対物レンズ７４を上下に振動させながら受光素子７８の検出する光量が極大になる位置に基づいて、基板１００の高さが検出される。
【００３９】
実施形態の一例において、ステージ２の高さ分布データは、適宜な時期に作成してよい。例えば、複数回の起動に１回の割合で作成してもよいし、所定回数の露光を行う毎に定期的に作成してもよい。露光装置の起動や露光の動作に関連付けなくともよく、例えば実験により予め高さ分布データを作成しておいてもよい。
【００４０】
基板１００の厚さ分布データは、基板１００をステージ２に搬入する毎に作成しなくともよい。例えば、実験により予め複数の基板１００について厚さ分布を測定し、その厚さ分布の平均値等を使用してもよい。基板１００の厚さのばらつきがステージ２の高さのばらつきに比較して小さい場合、基板１００の厚さ分布を一つの値に代表させてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、フォトマスクと基板との隙間量がプロキシミティギャップの適正範囲に維持されるから、基板とフォトマスクとを接近又は離間させる動作が省略され、効率的に露光が行われる。基板とフォトマスクとを基板に沿って相対移動させると、基板とフォトマスクとの間の隙間量は種々の要因により変化する。例えば、ステージを水平方向に駆動する駆動装置の癖により隙間量が変化する。また、ステージ表面に凹凸があることにより隙間量が変化する。このため、基板とフォトマスクとを離間させずにフォトマスクと基板とを基板に沿って相対移動させると、フォトマスクと基板とが接触してしまうおそれがある。しかし、本発明の露光方法では、基板表面の高さを特定し、その特定した高さに基づいて隙間量を制御するから、フォトマスクと基板とが接触するおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係る露光装置の構成を示す側面図。
【図２】図１の露光装置の一部を示す上面図。
【図３】図１の露光装置の計測装置の構成を示す側面図。
【図４】図１の露光装置の制御装置が実行する露光処理の手順を示すフローチャート。
【図５】図１の露光装置の制御装置が実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態の一例に係る露光装置の構成を示す側面図。
【図７】図６の露光装置の一部を示す上面図。
【図８】図６の露光装置の制御装置が実行する起動処理の手順を示すフローチャート。
【図９】図６の露光装置の制御装置が実行する露光処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】図６の露光装置の制御装置が実行するギャップ調整処理の手順を示すフローチャート。
【図１１】図１の露光装置の計測装置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１露光装置
２ステージ
３駆動手段
５フォトマスク
７駆動装置
８計測装置
１０制御装置
１００基板

Claims

複数の露光領域が設けられた基板とフォトマスクとをプロキシミティギャップを介して対向させて前記複数の露光領域に対して順次露光を行う露光方法において、
前記基板の表面の高さを特定する工程と、
前記特定した高さに基づいて、前記フォトマスクと前記基板との間の間隙量が前記プロキシミティギャップの適正範囲に維持されるように、前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させつつ、前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させる工程と、を備え、
前記基板の表面の高さを特定する工程では、前記基板が載置されるステージの表面の高さ分布と、前記基板の厚さ分布とに基づいて前記基板の高さを特定することを特徴とする露光方法。
前記特定した高さに基づいて、前記基板を前記フォトマスク下に進入させる前に前記フォトマスクと前記基板の表面との高さの差が前記プロキシミティギャップの適正範囲になるように、前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
複数の露光領域が設けられた基板とフォトマスクとをプロキシミティギャップを介して対向させて前記複数の露光領域に対して順次露光を行う露光装置において、
前記基板の表面の高さを特定する特定手段と、
前記フォトマスクと前記基板とを相対的に上下動させる第１の駆動手段と、
前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させる第２の駆動手段と、
前記フォトマスクと前記基板との間の間隙量を前記プロキシミティギャップの適正範囲に維持した状態で前記フォトマスクと前記基板とを前記基板に沿って相対的に移動させるように、前記特定手段の特定した前記基板の表面の高さに基づいて、前記第１の駆動手段及び前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記特定手段は、前記基板が載置されるステージの表面の高さ分布と、前記基板の厚さ分布とに基づいて前記基板の高さを特定することを特徴とする露光装置。