JP4373858B2 - ディクリネーション角の測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば露光装置等において光線の平行度を測定するディクリネーション角の測定方法に関する。

例えば、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）用ガラス基板、液晶表示パネル用ガラス基板、半導体製造装置用マスク基板等の基板の製造工程において、基板の焼付に使用される露光装置においては、基板全体に均一な照度分布を得た上で高精度の露光を行うため、超高圧水銀灯等の光源から出射された光を、フライアイレンズと呼称される複合レンズを通過させた後、コリメートミラーにより平行光となるようにコリメートして基板上に照射する構成が採用されている。このような光学系においては、複合レンズを通過した光が互いに重畳する領域に基板を配置せしめることにより、基板において均一な照度分布を得ることができる。

ところで、このような露光装置において使用されるコリメートミラーとしては、一般的に球面鏡が使用される。このため、基板に照射される光は理想的な平行光とはならないことから、基板の焼付精度には限界が生じている。

このような問題を解決するためには、コリメートミラーの形状を軸外し放物面とすることが好ましい。しかしながら、ミラーを放物面に非球面加工することは困難であり、その製造コストも極めて高いものとなる。

このため、特許文献１においては、球面状のコリメートミラーを使用し、このコリメートミラーを支持する支持部材に対し、支持力やコリメートミラーの自重を作用させることにより、球面状のコリメートミラーを軸外しの放物面に近い形に変形させる照明光学系が開示されている。
特開平９−３０４９４０

このような光学系においては、照射面に対して平行光が入射しているか否かを予め検証する必要がある。このため、照射面に入射した光のディクリネーション（ｄｅｃｌｉｎａｔｉｏｎ）角を測定することが好ましい。ここで、ディクリネーション角とは、中心光線平行度とも呼称される、入射光の照射面に立てた法線との交差角度である。しかしながら、従来においては、このディクリネーション角を簡易かつ有効に測定する方法は提案されていなかった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ディクリネーション角を簡易かつ有効に測定することが可能なディクリネーション角の測定方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、二次光源から出射された光の照射面に対するディクリネーション角を測定するディクリネーション角の測定方法であって、基準面を備えるとともに、当該基準面に対して光軸が法線方向を向くカメラを使用して、光軸に相当する基準点から離隔したサンプル点を撮影し、前記カメラにより撮影した画像におけるサンプル点の、前記光軸に相当する基準点からの距離と、前記サンプル点から前記カメラに入射する入射光の前記光軸に対する角度との関係を測定する測定行程と、前記カメラをその基準面が前記照射面に当接する状態で前記照射面上に載置して、前記二次光源を撮影する撮影工程と、前記カメラにより撮影した二次光源の中心と前記基準点からの距離から、二次光源から出射された光の前記照射面に対するディクリネーション角を演算する演算工程とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、レンズから出射された光を、コリメート手段により平行光とした後、照射面に照射する露光装置において、前記照射面に照射される光の照射面に対するディクリネーション角を測定するディクリネーション角の測手方法であって、基準面を備えるとともに、当該基準面に対して光軸が法線方向を向くカメラを使用して、光軸に相当する基準点から離隔したサンプル点を撮影し、前記カメラにより撮影した画像におけるサンプル点の、前記光軸に相当する基準点からの距離と、前記サンプル点から前記カメラに入射する入射光の前記光軸に対する角度との関係を測定する測定行程と、前記カメラをその基準面が前記照射面に当接する状態で前記照射面上に載置して前記レンズを撮影する撮影工程と、前記カメラにより撮影したレンズの中心と前記基準点からの距離から、前記照射面に照射された光の前記照射面に対するディクリネーション角を演算する演算工程とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、二次光源から出射された光の照射面に対するディクリネーション角を、簡易かつ有効に測定することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、露光装置において、レンズから出射されコリメート手段により平行とされて照射面に照射される光の照射面に対するディクリネーション角を、簡易かつ有効に測定することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、この発明を適用する露光装置の構成について説明する。図１は、この発明を適用する露光装置１００を模式的に示す斜視図である。

この露光装置１００は、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）用ガラス基板、液晶表示パネル用ガラス基板または半導体製造装置用マスク基板等の基板２に対して、マスク３のパターンを露光するためのものであり、超高圧水銀灯等の光源４と、集光ミラー５と、ダイクロイックミラー６と、フライアイレンズ（複合レンズ）７と、この発明に係る非球面コリメートミラー１とを備える。

この露光装置１００においては、光源４から出射された光は、集光ミラー５により集光されてダイクロイックミラー６に入射する。ダイクロイックミラー６においては、そこに入射した光のうち、露光に必要な波長の光のみがフライアイレンズ７に向けて反射される。そして、フライアイレンズ７を通過した光は、非球面コリメートミラー１によりコリメートされて平行光となり、マスク３を介して基板２に照射される。このとき、マスク３および基板２は、複合レンズを通過した光が互いに重畳する領域に配置されており、均一な照度分布によりパターン露光を実行することが可能となる。

この露光装置１００においては、マスク３は照射面に相当し、フライアイレンズ７はこの照射面から見て二次光源に相当する。

このような露光装置１００においては、基板２とマスク３とは、プロキシミティーギャップと呼称されるわずかな隙間を介して配置される。このため、パターン露光に使用される光は、完全にコリメートされた平行光となっていることが好ましい。これを検証するため、この発明に係るディクリネーション角の測定方法が実行される。

以下、この発明に係るディクリネーション角の測定方法について説明する。図２は、この発明に係るディクリネーション角の測定方法を示すフローチャートである。

この発明に係るディクリネーション角の測定方法を実行するときには、その基準面に対してその光軸が法線方向を向くカメラを使用する。カメラの光軸をこのように設定するために、最初に、オートコリメータの光軸合わせを行う（ステップＳ１）。図３は、オートコリメータ１０の光軸合わせを行う状態を模式的に示す斜視図である。

オートコリメータ１０の光軸合わせ、すなわち、定盤の法線とオートコリメータ１０の光軸とを合わせる際には、最初に、オートコリメータ１０を定盤上に載置する。ここで、オートコリメータとは、コリメータから出た平行光線を光線方向にほぼ垂直においた平面鏡に当て、その反射光を再びコリメータに入れて、望遠鏡の動きで標線の像を焦点面に結ばせ、接眼レンズで観察し、平面鏡の傾きや僅かな曲率などを測定する光学機器である（オプトロニクス社発行、図解光デバイス辞典参照）。

次に、オートコリメータの視野内に平面ミラー２０を、その表面が上方（オートコリメータ１０方向）を向き、その裏面が定盤の表面に当接する状態で設置する。この平面ミラー２０としては、その表面とその裏面とが互いに平行なものが使用される。

この状態において、オートコリメータ１０のビュア１１を確認する。そして、オートコリメータ１０の標線と、背面ミラー２０からの戻り光による標線の像とが一致するように、ねじ１２、１３等を調整する。これにより、オートコリメータ１０の標線と平面ミラー２０からの戻り光による標線の像とが一致すれば、定盤の法線とオートコリメータ１０の光軸とが一致したことになる。

次に、カメラの光軸合わせを行う（ステップＳ２）。図４は、カメラ３１の光軸合わせをを行う状態を模式的に示す斜視図である。

カメラ３１の光軸合わせ、すなわち、定盤の法線とカメラ３１の光軸とを合わせる際には、先に使用した平面ミラー２０を取り除き、そこにカメラ３１を設置する。そして、カメラ３１によりオートコリメータ１０の像を撮影し、オートコリメータ１０の標線とカメラ３１におけるＣＣＤカメラ３６の光軸に相当する基準点とが一致するように、ＣＣＤカメラ３６の光軸を調整する。

図５および図６は、この発明に係るディクリネーション角の測定方法に使用するカメラ３１の構成を示す縦断面図である。

このカメラ３１は、基準面となる底面３２に対して法線方向にＣＣＤカメラ３６の光軸を一致させるためのものであり、基台３３と、基台３３に対して微小角度傾斜可能に配設された傾斜板３４と、傾斜板３４に対して傾斜板３４の傾斜方向と直交する方向に微小角度傾斜可能に構成された傾斜板３５と、傾斜板３５に支持されたＣＣＤカメラ３６と、天板３７と、天板３７と基台３３とを連結するその一部を省略して図示した連結部材３８とを備える。このカメラ３１においては、ＣＣＤカメラ３６は、基準面となる底面３２に対して略法線方向を向く状態で、傾斜板３５に支持されている。

基台３３の上面と傾斜板３４の下面には一対の凹部が形成されており、これらの凹部には各々鋼球４１が配設されている。傾斜板３４は、これらの鋼球４１を中心に、基台３３に対して微小角度傾斜可能となっている。また、図６に示すように、基台３３と傾斜板３４の一端は固定ねじ４２により連結されており、基台３３と傾斜板３４の他端は調整ねじ４３により連結されている。そして、調整ねじ４３と基台３３の間には、バネ４４が配設されている。このため、調整ねじ４３の回転角度を調整することにより、傾斜板３４の基台３３に対する傾斜角度を調整することが可能となる。

同様に、傾斜板３４の上面と傾斜板３５の下面には一対の凹部が形成されており、これらの凹部には各々鋼球４５が配設されている。傾斜板３５は、これらの鋼球４５を中心に、傾斜板３４に対して微小角度傾斜可能となっている。また、図５に示すように、傾斜板３４と傾斜板３５の一端は固定ねじ４６により連結されており、傾斜板３４と傾斜板３５の他端は調整ねじ４７により連結されている。そして、調整ねじ４７と傾斜板３５の間には、バネ４８が配設されている。このため、調整ねじ４７の回転角度を調整することにより、傾斜板３５の傾斜板３４に対する傾斜角度を調整することが可能となる。

このような構成を有するカメラ３１においては、調整ねじ４３、４７を回転させて傾斜板３４、３５の傾斜角度を調整することにより、カメラ３１により撮影したオートコリメータ１０の標線とカメラ３１におけるＣＣＤカメラ３６の光軸に相当する基準点とを一致させるように、ＣＣＤカメラ３６の光軸を、基準面となる底面３２に対して調整することが可能となる。そして、この調整により、基準面となる底面３２、すなわち、定盤の表面に対してＣＣＤカメラ３６の光軸を法線方向に正確に一致させることが可能となる。

再度図２を参照して、カメラ３１の光軸合わせが完了すれば、このカメラ３１を使用してサンプル点を撮影し、ＣＣＤカメラ３６により撮影した画像におけるサンプル点のＣＣＤカメラ３１の光軸に相当する基準点からの距離と、このサンプル点から出射された光のＣＣＤカメラ３６の光軸に対する角度との関係を測定する（ステップＳ３）。図７は、この距離と角度との関係を測定する状態を模式的に示す説明図である。

この距離と角度との関係を測定する際には、カメラ３１を、その基準面となる底面３２を下方に向けた状態で定盤上に載置する。この定盤の上方に設置された平面には、例えば、その半径が１００ｍｍの円５２が描画されている。そして、カメラ３１におけるＣＣＤカメラ３６の撮像面と平面との距離Ｌは、例えば、１０００ｍｍに設定されている。この状態において、カメラ３１によりこの円５２を撮影し、その画像をディスプレイ５５における表示画面５６に表示する。なお、この表示画面５６上には、二本の標線が表示されており、その交点６１は、カメラ３１におけるＣＣＤカメラ３６の光軸に相当している。

次に、カメラ３１を定盤に沿って移動させ、ＣＣＤカメラ３６の光軸５０を円５２の中心と一致させる。この状態では、基準点としての標線の交点６１は、表示画面５６に表示された円の中心と一致している。そして、表示画面５６に表示された円の半径はＤとなっている。

円５２上のサンプル点５３からカメラ３１の撮像面に入射する入射光の定盤に立てた法線との交差角度をθとした場合、円５２の半径（１００ｍｍ）と、カメラ３１の撮像面と平面との距離Ｌ（１０００ｍｍ）とから、この角度θは５．７１度となる。一方、表示画面５６に表示された円の半径（表示画面５６に表示されたサンプル点６３と基準点となる標線の交点６１との距離）Ｄは、カメラ３１におけるＣＣＤカメラ３６の素子の何ドット分に相当するかを確認する。この素子数を例えばｎとした場合、ＣＣＤカメラ３６における１素子当たりの入射角は（５．７１／ｎ）ということになる。

すなわち、上記の動作により、カメラ３１を使用して撮影した画像におけるサンプル点６３の、基準点としての標線の交点６１からの距離（ドット数）と、サンプル点５３から出射された光のＣＣＤカメラ３６の光軸（定盤に立てた法線）に対する角度との関係が測定されていることになる。

再度図２を参照して、サンプル点６３と基準点６１との距離Ｄと角度θとの関係が測定されれば、次に、このカメラ３１を照射面に設置して二次光源としてのフライアイレンズ７を撮影する（ステップＳ４）。フライアイレンズ７を撮影する場合には、図１に示すマスク３をダミーガラスと交換する。そして、ダミーガラス上に、先に出射角度を調整し、サンプル点６３と基準点６１との距離Ｄと角度θとの関係を測定したカメラ３１を載置する。この状態においては、カメラ３１における基準面となる底面３２が、照射面に相当するダミーガラスの表面と一致する状態となっている。なお、マスク３とダミーガラスとを交換するのは、マスク３の損傷を防止するためである。

図８は、表示画面５６に表示されたフライアイレンズ７の画像７０を示す説明図である。

この図に示すように、図１に示すフライアイレンズ７は、例えば５行５列に配置された２５個のレンズから成る複合レンズとなっている。そして、図８に示すように、表示画面５６に表示されたフライアイレンズ７の画像７０の中央のレンズの中心は、基準点としての標線の交点６１からＹ方向にａ、また、Ｘ方向にｂだけ離隔した位置に配置されている。すなわち、フライアイレンズ７の画像７０の中央のレンズの中心は、基準点としての標線の交点６１から距離（ａ² ＋ｂ² ）^1/2 だけ離隔していることになる。

そしてディクリネーション角を演算する（ステップＳ５）。すなわち、中央のレンズの中心と標線の交点６１との距離（ａ² ＋ｂ² ）^1/2 が、ＣＣＤカメラ３６の素子の何ドット分に相当するかを確認し、このドット数に上述した１素子当たりの入射角（５．７１／ｎ）を乗算することにより、ディクリネーション角θ１を演算することができる。なお、この演算により得られるディクリネーション角θ１は、下記の式と等価となる。

θ１＝５．７１×（ａ² ＋ｂ² ）^1/2 ×（１／Ｄ）
なお、この実施形態において、表示画面５６においては、フライアイレンズ７の画像７０が縦横各々ＸおよびＹのサイズで表示されている。これらのうちの大きい方の半分がＣＣＤカメラ３６の素子の何ドット分に相当するかを確認し、このドット数に上述した１素子当たりの入射角（５．７１／ｎ）を乗算することにより、コリメーション角を演算することも可能となっている。

以上の工程を実行することにより、カメラ３１を設置した位置において、光源４から出射されフライアイレンズ７を通過した後非球面コリメートミラー７によりコリメートされてマスク３（ダミーガラス）に照射される光のディクリネーション角を測定することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、この発明を露光装置において、二次光源に相当するフライアイレンズ７から出射され、コリメート手段に相当するコリメートミラー１によりコリメートされた光のディクリネーション角を測定する場合に適用したが、この発明は、その他の光のディクリネーション角を測定する場合にも同様に適用可能である。

この発明を適用する露光装置１００を模式的に示す斜視図である。 この発明に係るディクリネーション角の測定方法を示すフローチャートである。 オートコリメータ１０の光軸合わせを行う状態を模式的に示す斜視図である。 カメラ３１の光軸合わせをを行う状態を模式的に示す斜視図である。 この発明に係るディクリネーション角の測定方法に使用するカメラ３１の構成を示す縦断面図である。 この発明に係るディクリネーション角の測定方法に使用するカメラ３１の構成を示す縦断面図である。 距離と角度との関係を測定する状態を模式的に示す説明図である。 示画面５６に表示されたフライアイレンズ７の画像７０を示す説明図である。

符号の説明

１ 非球面コリメートミラー
２ 基板
３ マスク
４ 光源
５ 集光ミラー
６ ダイクロイックミラー
７ フライアイレンズ
３１ カメラ
３２ 底面
３３ 基台
３４ 傾斜板
３５ 傾斜板
３６ ＣＣＤカメラ
４１ 鋼球
４３ 調整ねじ
４４ バネ
４５ 鋼球
４７ 調整ねじ
４８ バネ
５０ 光軸
５３ サンプル点
５５ ディスプレイ
５６ 表示画面
６１ 交点（基準点）
６３ サンプル点
７０ フライアイレンズ７の画像
１００ 露光装置

Claims (2)

1. 二次光源から出射された光の照射面に対するディクリネーション角を測定するディクリネーション角の測定方法であって、
   基準面を備えるとともに、当該基準面に対して光軸が法線方向を向くカメラを使用して、光軸に相当する基準点から離隔したサンプル点を撮影し、前記カメラにより撮影した画像におけるサンプル点の、前記光軸に相当する基準点からの距離と、前記サンプル点から前記カメラに入射する入射光の前記光軸に対する角度との関係を測定する測定行程と、
   前記カメラをその基準面が前記照射面に当接する状態で前記照射面上に載置して、前記二次光源を撮影する撮影工程と、
   前記カメラにより撮影した二次光源の中心と前記基準点からの距離から、二次光源から出射された光の前記照射面に対するディクリネーション角を演算する演算工程と、
   を備えたことを特徴とするディクリネーション角の測定方法。
2. レンズから出射された光を、コリメート手段により平行光とした後、照射面に照射する露光装置において、前記照射面に照射される光の照射面に対するディクリネーション角を測定するディクリネーション角の測手方法であって、
   基準面を備えるとともに、当該基準面に対して光軸が法線方向を向くカメラを使用して、光軸に相当する基準点から離隔したサンプル点を撮影し、前記カメラにより撮影した画像におけるサンプル点の、前記光軸に相当する基準点からの距離と、前記サンプル点から前記カメラに入射する入射光の前記光軸に対する角度との関係を測定する測定行程と、
   前記カメラをその基準面が前記照射面に当接する状態で前記照射面上に載置して前記レンズを撮影する撮影工程と、
   前記カメラにより撮影したレンズの中心と前記基準点からの距離から、前記照射面に照射された光の前記照射面に対するディクリネーション角を演算する演算工程と、
   を備えたことを特徴とするディクリネーション角の測定方法。

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