JP4799324B2

JP4799324B2 - 露光装置、露光方法、及び表示用パネル基板の製造方法

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Publication number: JP4799324B2
Application number: JP2006239949A
Authority: JP
Inventors: 隆悟佐藤; 保彦原
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: JP2008064833A

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置等の表示用パネル基板の製造において、基板の露光を行う露光装置、露光方法、及びそれらを用いた表示用パネル基板の製造方法に関する。

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基板等の製造は、露光装置を用いて、フォトリソグラフィー技術により基板上にパターンを形成して行われる。露光装置としては、レンズ又は鏡を用いてマスクのパターンを基板上に投影するプロジェクション方式と、マスクと基板との間に微小な間隙（プロキシミティギャップ）を設けてマスクのパターンを基板へ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は、プロジェクション方式に比べてパターン解像性能は劣るが、照射光学系の構成が簡単で、かつ処理能力が高く量産用に適している。

プロキシミティ露光装置は、基板を真空吸着して保持するチャックを備え、チャックは、基板の移動及び位置決めを行うステージ上に搭載されている。ステージは、従来、Ｘ，Ｙ，θの３軸のステージと、Ｚ−チルト機構とで構成されていた。３軸のステージは、チャックをＸ方向，Ｙ方向へ移動し、またはθ方向へ回転することにより、基板の移動及び位置決めを行う。Ｚ−チルト機構は、チャックを３点で支持し、各点を上下に移動してチャックをＺ方向に移動及びチルトすることにより、マスクと基板とのギャップ制御を行う。

一方、特許文献１には、マスクを保持するマスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行う露光装置が開示されている。
特開２００４−２３３３９８号公報

近年、表示用パネルの各種基板の製造では、大型化及びサイズの多様化に対応するため、比較的大きな基板を用意し、表示用パネルのサイズに応じて、１枚の基板から１枚又は複数枚の表示用パネル基板を製造している。この場合、プロキシミティ方式では、基板の一面を一括して露光しようとすると、基板と同じ大きさのマスクが必要となり、高価なマスクのコストがさらに増大する。そこで、基板より比較的小さなマスクを用い、ステージにより基板をＸＹ方向にステップ移動しながら、基板の一面を複数のショットに分けて露光する方式が主流となっている。以下、この方式を、プロキシミティＸＹステップ方式と呼ぶ。

プロキシミティ露光装置で露光精度を向上させるためには、マスクと基板とのギャップ制御を精度良く行う必要がある。従来のプロキシミティ露光装置では、ステージのＺ−チルト機構でギャップ制御を行っており、ギャップ制御の中心位置であるＺ−チルト機構の３点の中心を基板の中心に合わせていた。このため、プロキシミティＸＹステップ方式で基板の一面を複数のショットに分けて露光する場合、ギャップ制御の中心位置（基板の中心）がギャップの中心（マスクの中心）からずれ、ギャップ制御の精度が低下するという問題があった。特に、基板が大型化してマスクの大きさとの相違が増大する程、ギャップの中心（マスクの中心）とギャップ制御の中心位置（基板の中心）とのずれが大きくなり、ギャップ制御の精度低下が著しくなる。

これに対し、特許文献１の様にマスクホルダを上下に移動及びチルトしてギャップ制御を行うと、ギャップ制御の中心位置が常にギャップの中心（マスクの中心）と一致する。従って、プロキシミティＸＹステップ方式で基板の一面を複数のショットに分けて露光する場合も、ギャップ制御の精度が低下しない。

プロキシミティ方式では、露光前に、マスクと基板との間隔を約１００〜３００μｍ程度まで接近させる。そして、露光後は、基板の移動及び位置合わせ時にマスクと基板が接触するのを防止するため、マスクと基板との間隔を離す。このとき、マスクと基板との間の空気の粘性により圧力変化が生じ、マスクが変形する。そして、変形したマスクが元に戻る際、マスクの位置がわずかに変化する。このため、マスクと基板との相対位置が変化し、焼き付け位置がずれるという問題があった。

従来、チャックを上下に移動及びチルトしてギャップ制御を行う場合、マスクの表面に位置検出用マークを設け、位置検出用マークの画像を取得することにより、マスクの位置の変化を検出して、露光時の基板の位置を補正することが可能であった。しかしながら、特許文献１に記載の様にマスクホルダを上下に移動及びチルトしてギャップ制御を行う場合、マスクが上下に移動すると、マスクの表面が画像取得装置の焦点から外れ、位置検出用マークの画像を取得することができない。このため、マスクの位置の変化を検出して露光時の基板の位置を補正することができなかった。

本発明の課題は、プロキシミティＸＹステップ方式の露光において、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれを防止することである。また、本発明の課題は、マスクが上下に移動しても、マスクの表面に設けた位置検出用マークの画像を取得する画像取得装置の焦点を、マスクの表面に迅速に合わせることである。さらに、本発明の課題は、高品質な表示用パネル基板を製造することである。

本発明の露光装置は、プロキシミティ方式を用いた露光装置であって、マスクを保持するマスクホルダと、基板を保持するチャックと、チャックを移動して、基板のＸＹ方向へのステップ移動及び露光時の基板の位置決めを行うステージと、マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行うギャップ制御手段と、マスクの表面に設けられた位置検出用マークの画像を取得して、画像信号を出力する画像取得装置と、画像取得装置を上下に移動して、画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせる焦点調節手段と、画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、検出結果に応じてステージを制御して、露光時の基板の位置を補正する処理手段とを備えたものである。

また、本発明の露光方法は、プロキシミティ方式を用いた露光方法であって、マスクの表面に位置検出用マークを設け、マスクをマスクホルダで保持し、基板をチャックで保持し、チャックを移動して、基板のＸＹ方向へのステップ移動及び露光時の基板の位置決めを行い、マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行い、画像取得装置を上下に移動して、画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせ、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得し、画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、マスクの位置の変化の検出結果に応じて、露光時の基板の位置を補正するものである。

マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行うので、ギャップ制御の中心位置が常にギャップの中心（マスクの中心）と一致する。従って、基板の一面を複数のショットに分けて露光する場合も、ギャップ制御の精度が低下しない。そして、画像取得装置を上下に移動して、画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせ、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得し、画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、マスクの位置の変化の検出結果に応じて、露光時の基板の位置を補正するので、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれが防止される。

さらに、本発明の露光装置は、焦点調節手段が、画像取得装置の光軸と同じ光軸を有し、位置検出用マークの近くのマスクの表面に設けられた焦点調節用マークを検出する光学的検出手段と、画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動する移動手段と、移動手段を制御する制御手段とを有し、光学的検出手段が、光源と、光源からの光を焦点調節用マーク及び位置検出用マークへ照射し、反射光を集光するレンズと、レンズで集光された反射光を２つに分割する第１の光学要素と、第１の光学要素で分割された反射光の一方から焦点調節用マークを検出するセンサーとを有し、制御手段が、センサーの検出信号を処理して、画像取得装置の焦点がマスクの表面に合う様に移動手段を制御し、画像取得装置が、第１の光学要素で分割された反射光の他方から位置検出用マークの画像を取得するものである。

また、本発明の露光方法は、位置検出用マークの近くのマスクの表面に焦点調節用マークを設け、画像取得装置の光軸と同じ光軸を有する光学的検出手段を用いて、光源からの光を焦点調節用マーク及び位置検出用マークへ照射し、反射光を集光し、集光した反射光を２つに分割し、分割した反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、焦点調節用マークの検出信号を処理して、画像取得装置の焦点がマスクの表面に合う様に画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動し、光学的検出手段で分割した反射光の他方から、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得するものである。

位置検出用マークの近くのマスクの表面に焦点調節用マークを設け、画像取得装置の光軸と同じ光軸を有する光学的検出手段を用いて、焦点調節用マーク及び位置検出用マークからの反射光を２つに分割し、分割した反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、光学的検出手段で分割した反射光の他方から、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得するので、反射光を集光するレンズ等が共用され、画像取得装置及び画像取得装置の焦点調節に必要な光学的検出手段が、全体として小さく済む。従って、マスクの露光領域を広く取ることができる。

さらに、本発明の露光装置は、光学的検出手段が、第１の光学要素で分割された反射光の一方をさらに２つに分割する第２の光学要素を有し、センサーが、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたとき、第２の光学要素で分割された反射光の一方が結像する位置に配置された第１のラインセンサーと、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたとき、第２の光学要素で分割された反射光の他方が結像する位置に配置された第２のラインセンサーとを有し、第１のラインセンサー及び第２のラインセンサーが、繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを検出し、制御手段が、第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合と第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合が同じになる様に、移動手段を制御するものである。

また、本発明の露光方法は、位置検出用マークの近くのマスクの表面に繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを設け、分割した反射光の一方をさらに２つに分割し、第１のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたとき、さらに分割した反射光の一方が結像する位置に配置し、第２のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたとき、さらに分割した反射光の他方が結像する位置に配置し、第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合と第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合が同じになる様に、画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動するものである。

繰り返しパターンからなる焦点調節用マークをラインセンサーで検出すると、ラインセンサーの検出信号は、繰り返しパターンの有無により強度変化を繰り返す。そして、検出信号の強度変化の割合、即ち反射光のコントラストは、光学的検出手段の焦点（画像取得装置の焦点と同じ）によって変化する。画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動すると、第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合は、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたときに最大となり、画像取得装置の焦点がマスクの表面に近づくに連れて小さくなる。一方、第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合は、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたときに最大となり、画像取得装置の焦点がマスクの表面に近づくに連れて小さくなる。第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合と第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合が同じになったとき、画像取得装置の焦点がマスクの表面に合う。ラインセンサーの検出信号の強度変化の割合を求める簡単な処理を行うだけで、画像信号の処理を行う必要がないので、画像取得装置の焦点がマスクの表面に迅速に合う。

本発明の表示用パネル基板の製造方法は、上記のいずれかの露光装置又は露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写するものである。上記の露光装置又は露光方法を用いることにより、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれが防止されるので、高品質な表示用パネル基板が製造される。

本発明の露光装置及び露光方法によれば、マスクの表面に位置検出用マークを設け、マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行い、画像取得装置を上下に移動して、画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせ、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得し、画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、マスクの位置の変化の検出結果に応じて、露光時の基板の位置を補正することにより、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれを防止することができる。

さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、位置検出用マークの近くのマスクの表面に焦点調節用マークを設け、画像取得装置の光軸と同じ光軸を有する光学的検出手段を用いて、焦点調節用マーク及び位置検出用マークからの反射光を２つに分割し、分割した反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、光学的検出手段で分割した反射光の他方から、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得することにより、画像取得装置及び画像取得装置の焦点調節に必要な光学的検出手段を全体として小さくすることができるので、マスクの露光領域を広く取ることができる。

さらに、本発明の露光装置及び露光方法によれば、位置検出用マークの近くのマスクの表面に繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを設け、分割した反射光の一方をさらに２つに分割し、第１のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたとき、さらに分割した反射光の一方が結像する位置に配置し、第２のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたとき、さらに分割した反射光の他方が結像する位置に配置することにより、ラインセンサーの検出信号の強度変化の割合を求める簡単な処理を行うだけで、画像取得装置の焦点をマスクの表面に迅速に合わせることができる。

本発明の表示用パネル基板の製造方法によれば、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれを防止することができるので、高品質な表示用パネル基板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。露光装置は、ベース３、Ｘガイド４、Ｘステージ５、Ｙガイド６、Ｙステージ７、θステージ８、チャック１０、チャック支持台１１、マスクホルダ２０、荷重支持機構４１、Ｚ−チルト機構４２、検出装置５０、移動機構６０、処理装置８０、ステージ駆動回路９０、Ｚ−チルト機構駆動回路９１、及びモータ駆動回路９２を含んで構成されている。なお、露光装置は、これらの他に、露光用光源、チャック１０へ基板１を供給する供給ユニット、チャック１０から基板１を回収する回収ユニット、装置内の温度管理を行う温度制御ユニット等を備えているが、本実施の形態では発明に直接関係しない部分は省略してある。

図１において、チャック１０は、基板１の露光を行う露光位置にある。露光位置の上空には、マスクホルダ２０によってマスク２が保持されている。基板１は、露光位置から離れた受け渡し位置において、図示しない搬入ユニットによりチャック１０へ搭載され、また図示しない搬出ユニットによりチャック１０から回収される。

チャック１０は、チャック支持台１１を介してθステージ８に搭載されており、θステージ８の下にはＹステージ７及びＸステージ５が設けられている。Ｘステージ５は、ベース３に設けられたＸガイド４に沿ってＸ方向（図面横方向）へ移動する。Ｘステージ５のＸ方向への移動によって、チャック１０に保持された基板１は、受け渡し位置と露光位置との間を移動する。なお、駆動手段としてはリニアモータ等が用いられるが、図示は省略する。Ｙステージ７は、Ｘステージ５に設けられたＹガイド６に沿ってＹ方向（図面奥行き方向）へ移動し、θステージ８はθ方向へ回転する。

露光位置において、Ｘステージ５のＸ方向への移動及びＹステージ７のＹ方向への移動によって、基板１のＸＹ方向へのステップ移動が行われる。そして、Ｘステージ５のＸ方向への移動、Ｙステージ７のＹ方向への移動、及びθステージ８のθ方向への回転によって、露光時の基板１の位置決めが行われる。また、後述するＺ−チルト機構４２のＺ方向（図面縦方向）への移動及びチルトによって、マスク２と基板１とのギャップ制御が行われる。

図２（ａ）は本発明の一実施の形態による露光装置のチャック支持台の上面図、図２（ｂ）は同側面図である。チャック支持台１１は、ベース板１２、スポーク１３、リム１４、及びボールピン１５を含んで構成されている。

ベース板１２は、図２（ｂ）に破線で示したθステージ８に搭載されている。ベース板１２の上には、複数のスポーク１３がベース板１２の中心から放射状に取り付けられている。各スポーク１３の先端には、リム１４が取り付けられており、隣接するリム１４同士が接続されて多角形の枠が形成されている。スポーク１３及びリム１４の上面には、多数のボールピン１５が設けられている。

なお、本実施の形態では、ボールピン１５が２１個設けられているが、ボールピン１５の数及びそれら配置は、チャック１０の大きさ及び形状に応じて適宜決定される。

各ボールピン１５の上端には、ボールが回転可能に取り付けられている。ボールピン１５のボールの上に、図２（ｂ）に破線で示したチャック１０が搭載され、チャック支持台１１はチャック１０を多数の点で支持する。各ボールピン１５の下端は、スポーク１３又はリム１４にねじ止めされており、ねじを回すことによりボールピン１５が上下に移動して、ボールピン１５のボールがチャック１０を支持する各点の高さが調整される。

本実施の形態によれば、チャック１０を多数の点で支持することにより、従来のチャックを３点で支持する場合に比べて、チャック１０に大きな剛性を持たせる必要がない。従って、チャック１０の厚さを薄くして、チャック１０を軽量化することができる。また、チャック１０を支持する各点の高さを調整して、チャックのたわみを矯正し、チャック１０の平坦度を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、チャック支持台１１をベース板１２、スポーク１３及びリム１４で構成することにより、チャック支持台１１の強度を確保しながら、チャック支持台１１を軽くすることができる。しかしながら、チャック支持台１１の構成は、これに限るものではない。

なお、チャック１０は、基板を真空吸着するための図示しない吸着機構を備え、材質はアルミニウムからなる。チャック１０の裏面の数箇所には、ボールピン１５のボールに当接するＶ字形の溝が設けてあり、ボールピン１５のボールがこれらの溝にはまることによって、チャック支持台１１に搭載されたチャック１０の位置決めが行われる。

チャック１０の材質をアルミニウムとすることにより、チャック１０の軽量化に寄与し、また露光時に十分な放熱効果を得ることができる。さらに、チャック１０の表面を酸化アルミニウムの膜で覆って、反射率を低くすることができる。

図３は、本発明の一実施の形態による露光装置のマスクホルダの上面図である。また、図４は、本発明の一実施の形態による露光装置のマスクホルダの側面図である。なお、図４は、図３の矢印方向に見て、マスクホルダ支持部材３０ｂを取り除いた状態が示されている。

図３に示す様に、マスクホルダ２０の中央部には、露光光を透過させるための開口が設けられている。図４に示す様に、マスクホルダ２０の下面には、開口を覆ってマスク２が取り付けられている。マスクホルダ２０は、マスク２の外周部を真空吸着して保持する。

図３に示す様に、マスクホルダ２０の四辺には、複数の支持用腕２１が取り付けられている。マスクホルダ２０の四辺の周囲には、マスクホルダ支持部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが設けられている。マスクホルダ支持部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄには、上方から見て支持用腕２１と重なる位置に、支持用腕２１と高さを変えて支持板３１が取り付けられている。

図４に示す様に、支持用腕２１と支持板３１の間には、荷重支持機構４１が設けられている。荷重支持機構４１は、例えばエアクッションで構成され、エア圧によりマスクホルダ２０の荷重を支える。

なお、本実施の形態では、荷重支持機構４１が８個設けられているが、荷重支持機構４１の数及びそれら配置は、マスクホルダ２０の重量及び形状に応じて適宜決定される。

図３に示す様に、マスクホルダ２０の四辺の内の３箇所には、チルト用腕２２が取り付けられている。マスクホルダ支持部材３０ａ，３０ｂには、上方から見てチルト用腕２２と重なる位置に、Ｚ−チルト機構４２が取り付けられている。

図４に示す様に、Ｚ−チルト機構４２は、チルト用腕２２に接続されている。各Ｚ−チルト機構４２は、例えばモータ及びモータにより駆動されるボールねじを含んで構成され、ボールねじで各チルト用腕２２を上下させることにより、マスクホルダ２０を上下に移動及びチルトして、マスク２と基板１とのギャップ制御を行う。

本実施の形態によれば、マスクホルダ２０を上下に移動及びチルトして、マスク２と基板１とのギャップ制御を行うことにより、ギャップ制御の中心位置が常にギャップの中心（マスク２の中心）と一致する。従って、基板１の全面を複数のショットに分けて露光する場合、ギャップ制御の精度が低下するのを防止することができる。

さらに、本実施の形態によれば、Ｚ−チルト機構４２と別に設けた荷重支持機構４１でマスクホルダ２０の荷重を支えることにより、Ｚ−チルト機構４２は、小さな力でマスクホルダ２０を上下に移動及びチルトすることができ、ギャップ制御の精度を向上させることができる。

図１において、マスクホルダ２０に保持されたマスク２の表面には、後述する焦点調節用マーク及び位置検出用マークが設けられている。そして、マスク２の上空には、焦点調節用マークの検出及び位置検出用マークの画像の取得を行う検出装置５０、並びに検出装置５０を上下に移動する移動機構６０が配置されている。なお、焦点調節用マーク及び位置検出用マークは、図面奥行き方向に二箇所に設けられており、検出装置５０及び移動機構６０もそれに対応して図面奥行き方向に二箇所に配置されている。

図５は検出装置及び移動機構の斜視図、図６は検出装置及び移動機構の上面図、図７は移動機構の正面図である。検出装置５０は、位置検出用マークの画像を取得するカメラ部５９と、カメラ部５９の光軸と同じ光軸を有し、焦点調節用マークを検出する光学的検出部とからなる。図５及び図６において、符号５８は、光学的検出部のセンサー部を示している。

移動機構６０は、固定台６１、ベース板６２、ガイド６３、テーパブロック６４、ローラ６５、ボールねじ６６、カップリング６７、モータ６８、ローラ支持部材６９、アーム７０、ばね７１、上板７２、連結板７３、昇降ブロック７４、取付け位置調節具７５、ガイド７６、及び支持ブロック７７を含んで構成されている。固定台６１及び支持ブロック７７は、図示しない取り付け部材によって、前述したマスクホルダ支持部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのいずれかに取り付けられている。

図５〜図７において、固定台６１にはベース板６２が取り付けられ、ベース板６２にはガイド６３が設けられている。ガイド６３には、ローラ６５に接触する傾斜面を有するテーパブロック６４が搭載されている。テーパブロック６４にはボールねじ６６の移動部が取り付けられ、ボールねじ６６のねじ部は、カップリング６７によりモータ６８のシャフトに連結されている。

図７において、ローラ支持部材６９は、側面が「Ｌ」の文字を逆さにした形状であり、ローラ６５を回転可能に支持している。ローラ支持部材６９の上面には溝が形成されており、アーム７０は、ローラ支持部材６９の上面の溝を通ってローラ支持部材６９の両側に伸びている。ローラ支持部材６９の上面には上板７２が取り付けられ、上板７２に連結板７３がボルト止めされている。

アーム７０の両端には、ばね７１が取り付けられており、ローラ６５は、ばね７１によりテーパブロック６４の傾斜面に押し付けられている。モータ６８がボールねじ６６のねじ部を回転すると、テーパブロック６４がガイド６３沿って左右に移動し、テーパブロック６４の傾斜面に押し付けられているローラ６５が上下に移動して、連結板７３が上下に移動する。

図５及び図６において、連結板７３には昇降ブロック７４が取り付けられており、昇降ブロック７４には取付け位置調節具７５を介して検出装置５０が取り付けられている。連結板７３が上下に移動すると、昇降ブロック７４が支持ブロック７７との間に設けられたガイド７６に案内されて上下に移動し、検出装置５０が上下に移動する。検出装置５０が上下に移動することにより、検出装置５０のカメラ部５９の焦点が上下に移動する。

本実施の形態によれば、テーパブロック６４の傾斜面の角度を４５度未満とすることにより、テーパブロック６４の左右の移動量に対して、検出装置５０の上下の移動量を小さくすることができる。従って、検出装置５０のカメラ部５９の焦点を高精度に調節することができる。

図１において、処理装置８０は、ＭＰＵ８１、メモリ８２、インタフェース８３，８４，８５，８６，８７、及びバス８８を含んで構成されている。メモリ８２には、移動機構６０により検出装置５０を上下に移動するための上下移動プログラム８２ａ、センサー部５８の検出信号を処理してカメラ部５９の焦点をマスク２の表面に合わせるためのオートフォーカス処理プログラム８２ｂ、カメラ部５９の画像信号を処理するための画像処理プログラム８２ｃ、及びマスク２の位置の変化を検出するためのマスク位置計算プログラム８２ｄが格納されている。メモリ８２には、また、上下移動プログラム８２ａで使用されるフォーカス位置データ８２ｅ、及び画像処理プログラム８２ｃで使用される画像認識テンプレートデータ８２ｆが記憶されている。

ＭＰＵ８１は、バス８８及びインタフェース８３を介して、ステージ駆動回路９０を制御する。ステージ駆動回路９０は、ＭＰＵ８１の制御により、Ｘステージ５、Ｙステージ７及びθステージ８を駆動して、基板１のＸＹ方向へのステップ移動及び露光時の基板１の位置決めを行う。次に、ＭＰＵ８１は、バス８８及びインタフェース８４を介して、Ｚ−チルト機構駆動回路９１を制御する。Ｚ−チルト機構駆動回路９１は、ＭＰＵ８１の制御により、Ｚ−チルト機構４２を駆動して、マスク２と基板１とのギャップ制御を行う。これらの間、ＭＰＵ８１は並行して、メモリ８２に格納された上下移動プログラム８２ａ及びオートフォーカス処理プログラム８２ｂを実行する。

上下移動プログラム８２ａにおいて、ＭＰＵ８１は、バス８８及びインタフェース８５を介して、モータ駆動回路９２を制御する。モータ駆動回路９２は、ＭＰＵ８１の制御により、移動機構６０のモータ６８を駆動して、移動機構６０による検出装置５０の上下の移動を行う。このとき、ＭＰＵ８１は、ギャップ制御前及びギャップ制御中のマスク２の表面のおよその高さを示すフォーカス位置データ８２ｅを用い、検出装置５０のカメラ部５９の焦点がマスク２の表面を挟んで上下に移動する様に、モータ駆動回路９２を制御する。

図８は、検出装置の概略構成を示す図である。検出装置５０の光学的検出部は、光源５１、ハーフミラー５２，５５，５６、レンズ５３、ロンボイドプリズム５４、ミラー５７、及びセンサー部５８を含んで構成されている。光源５１は、例えば発光ダイオードからなり、光源５１からの光は、ハーフミラー５２で反射されてレンズ５３へ入射する。レンズ５３は、ロンボイドプリズム５４を介して、光源５１からの光をマスク２の表面に設けられた焦点調節用マーク及び位置検出用マークへ照射し、焦点調節用マーク及び位置検出用マークからの反射光を集光する。マスク２は、焦点調節用マーク及び位置検出用マークが設けられた表面を下にして、マスクホルダ２０に保持されている。

レンズ５３で集光された反射光は、ハーフミラー５２を透過して、ハーフミラー５５へ入射する。ハーフミラー５５は、レンズ５３で集光された反射光を２つに分割する。なお、ハーフミラー５５の代わりに、プリズム等の他の光学要素を用いて反射光を２つに分割してもよい。ハーフミラー５５へ入射した反射光の約半分は、ハーフミラー５５で反射されて、ハーフミラー５６へ入射する。ハーフミラー５５へ入射した反射光の残り約半分は、ハーフミラー５５を透過して、カメラ部５９へ入射する。センサー部５８は、ハーフミラー５５で分割された反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、カメラ部５９は、ハーフミラー５５で分割された反射光の他方から位置検出用マークの画像を取得する。

図９は、焦点調節用マーク及び位置検出用マークの一例を示す図である。焦点調節用マークは、複数の細長いパターン２ａを繰り返して構成されている。本例の位置検出用マークは、中央の細長いパターン２ａに、両側へ突出する部分２ｂを付けて構成されている。光学的検出部のレンズ５３は、位置検出用マーク全体を含む領域からの反射光を集光する。一方、カメラ部５９は、図に破線で示した領域の画像を取得する。

図１０は、焦点調節用マーク及び位置検出用マークの他の例を示す図である。本例の位置検出用マークは、十字形状のパターン２ｃで構成されている。カメラ部５９は、図に破線で示した領域の画像を取得する。

図１１は、焦点調節用マーク及び位置検出用マークのさらに他の例を示す図である。本例の位置検出用マーク２ｄは、中央の細長いパターン２ａに、斜めに交差する部分２ｄを付けて構成されている。カメラ部５９は、図に破線で示した領域の画像を取得する。

なお、焦点調節用マーク及び位置検出用マークは、図９〜図１１に示した例に限らず、位置検出用マークは、カメラ部５９で取得した画像の画像信号の処理が容易な形状であればよい。また、焦点調節用マークは、位置検出用マークの近くのマスク２の表面に設けられ、繰り返しパターンからなるものであればよい。

図１２は、光学的検出部の動作を説明する図である。なお、図１２では、図８の光源５１、ハーフミラー５２、ロンボイドプリズム５４、及びミラー５７は省略されている。ハーフミラー５６は、ハーフミラー５５で分割された反射光の一方を、さらに２つに分割する。なお、ハーフミラー５６の代わりに、プリズム等の他の光学要素を用いて反射光を２つに分割してもよい。センサー部５８は、２つのＣＣＤラインセンサー５８ａ，５８ｂを有する。ハーフミラー５６へ入射した反射光の約半分は、ハーフミラー５６で反射された後、図示を省略したミラー５７で反射されて、ＣＣＤラインセンサー５８ａへ入射する。ハーフミラー５６へ入射した反射光の残り約半分は、ハーフミラー５６を透過して、ＣＣＤラインセンサー５８ｂへ入射する。

ＣＣＤラインセンサー５８ａは、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離だけ上にずれたとき、ハーフミラー５６で分割された反射光の一方が結像する位置に配置されている。一方、ＣＣＤラインセンサー５８ｂは、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離だけ下にずれたとき、ハーフミラー５６で分割された反射光の他方が結像する位置に配置されている。

図１３（ａ）はラインセンサーの検出信号を示す図、図１３（ｂ）は反射光のコントラストと焦点との関係を示す図、図１３（ｃ）は反射光のコントラストの差と焦点との関係を示す図である。ＣＣＤラインセンサー５８ａ，５８ｂの検出信号は、図１３（ａ）に示す様に、焦点調節用マークの細長いパターン２ａの有無により、強度変化を繰り返す。細長いパターン２ａが無いところの検出信号の大きさをＩｄ、細長いパターン２ａが有るところの検出信号の大きさをＩｂとする。

図１において、ＭＰＵ８１は、インタフェース８６及びバス８８を介して、検出装置５０の光学的検出部のセンサー部５８から検出信号を入力する。そして、ＭＰＵ８１は、オートフォーカス処理プログラム８２ｂを実行し、ＣＣＤラインセンサー５８ａ，５８ｂのそれぞれの検出信号について、検出信号の強度変化の割合を、反射光のコントラストＭ＝（Ｉｂ−Ｉｄ）／（Ｉｂ＋Ｉｄ）として計算する。

図１３（ｂ）に示す様に、反射光のコントラストＭは、光学的検出部の焦点（カメラ部５９の焦点と同じ）によって変化する。図１３（ｂ）の横軸は、マスク２の表面からカメラ部５９の焦点までの距離Ｚを示し、上下移動プログラム８２ａを実行してカメラ部５９及び光学的検出部を上下に移動すると、ＣＣＤラインセンサー５８ａの検出信号の強度変化の割合（反射光のコントラストＭａ）は、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離Ｚｄだけ上にずれたときに最大となり、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面に近づくに連れて小さくなる。一方、ＣＣＤラインセンサー５８ｂの検出信号の強度変化の割合（反射光のコントラストＭｂ）は、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離Ｚｄだけ下にずれたときに最大となり、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面に近づくに連れて小さくなる。そして、図１３（ｃ）に示す様に、両者の差Ｍａ−Ｍｂが零になったとき、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面に合う。

図１において、ＭＰＵ８１は、バス８８及びインタフェース８５を介して、ＣＣＤラインセンサー５８ａの検出信号の強度変化の割合とＣＣＤラインセンサー５８ｂの検出信号の強度変化の割合が同じになる様に、モータ駆動回路９２を制御する。ＣＣＤラインセンサー５８ａ，５８ｂの検出信号の強度変化の割合を求める簡単な処理を行うだけで、画像信号の処理を行う必要ないので、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面に迅速に合う。

カメラ部５９は、焦点がマスク２の表面に合った状態で、位置検出用マークの画像を取得し、画像信号を出力する。ＭＰＵ８１は、インタフェース８７及びバス８８を介して、カメラ部５９から画像信号を入力する。そして、ＭＰＵ８１は、メモリ８２に格納された画像処理プログラム８２ｃ及びマスク位置計算プログラム８２ｄを実行する。

画像処理プログラム８２ｃにおいて、ＭＰＵ８１は、カメラ部５９から入力した画像信号を図示しない記憶装置に一旦記憶し、メモリ８２に記憶された画像認識テンプレートデータ８２ｆと比較する。マスク位置計算プログラム８２ｄにおいて、ＭＰＵ８１は、画像処理プログラム８２ｃの比較結果に基づき、マスク２の位置を計算して、マスク２の位置の変化を検出する。そして、ＭＰＵ８１は、マスク２の位置の変化の検出結果に応じて、ステージ駆動回路９０を制御して、露光時の基板１の位置を補正する。

以上説明した実施の形態によれば、マスク２の表面に位置検出用マークを設け、マスクホルダ２０を上下に移動及びチルトして、マスク２と基板１とのギャップ制御を行い、カメラ部５９を上下に移動して、カメラ部５９の焦点をマスク２の表面に合わせ、カメラ部５９を用いて位置検出用マークの画像を取得し、カメラ部５９が出力した画像信号を処理してマスク２の位置の変化を検出し、マスク２の位置の変化の検出結果に応じて、露光時の基板１の位置を補正することにより、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスク２の位置の変化による焼付け位置のずれを防止することができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、位置検出用マークの近くのマスク２の表面に焦点調節用マークを設け、カメラ部５９の光軸と同じ光軸を有する光学的検出部を用いて、焦点調節用マーク及び位置検出用マークからの反射光を２つに分割し、分割した反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、光学的検出部で分割した反射光の他方から、カメラ部５９を用いて位置検出用マークの画像を取得することにより、カメラ部５９及びカメラ部５９の焦点調節に必要な光学的検出部を全体として小さくすることができるので、マスク２の露光領域を広く取ることができる。

さらに、レンズ５３とマスク２との間にロンボイドプリズム５４を配置し、カメラ部５９及び光学的検出部の光軸を焦点調節用マーク及び位置検出用マークの上空からずらすことにより、マスク２の露光領域をさらに広く取ることができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、位置検出用マークの近くのマスク２の表面に繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを設け、分割した反射光の一方をさらに２つに分割し、ＣＣＤラインセンサー５８ａを、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離だけ上にずれたとき、さらに分割した反射光の一方が結像する位置に配置し、ＣＣＤラインセンサー５８ｂを、カメラ部５９の焦点がマスク２の表面より所定距離だけ下にずれたとき、さらに分割した反射光の他方が結像する位置に配置することにより、ＣＣＤラインセンサー５８ａ，５８ｂの検出信号の強度変化の割合を求める簡単な処理を行うだけで、カメラ部５９の焦点をマスク２の表面に迅速に合わせることができる。

本発明の露光装置又は露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することにより、ギャップ制御の精度低下を防止しながら、マスクの位置の変化による焼付け位置のずれを防止することができるので、高品質な表示用パネル基板を製造することができる。

例えば、図１４は、液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。薄膜形成工程（ステップ１０１）では、スパッタ法やプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法等により、ガラス基板上に液晶駆動用の透明電極となる導電体膜や絶縁体膜等の薄膜を形成する。レジスト塗布工程（ステップ１０２）では、ロール塗布法等により感光樹脂材料（フォトレジスト）を塗布して、薄膜形成工程（ステップ１０１）で形成した薄膜上にフォトレジスト膜を形成する。露光工程（ステップ１０３）では、プロキシミティ露光装置や投影露光装置等を用いて、マスクのパターンをフォトレジスト膜に転写する。現像工程（ステップ１０４）では、シャワー現像法等により現像液をフォトレジスト膜上に供給して、フォトレジスト膜の不要部分を除去する。エッチング工程（ステップ１０５）では、ウエットエッチングにより、薄膜形成工程（ステップ１０１）で形成した薄膜の内、フォトレジスト膜でマスクされていない部分を除去する。剥離工程（ステップ１０６）では、エッチング工程（ステップ１０５）でのマスクの役目を終えたフォトレジスト膜を、剥離液によって剥離する。これらの各工程の前又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。これらの工程を数回繰り返して、ガラス基板上にＴＦＴアレイが形成される。

また、図１５は、液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。ブラックマトリクス形成工程（ステップ２０１）では、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、剥離等の処理により、ガラス基板上にブラックマトリクスを形成する。着色パターン形成工程（ステップ２０２）では、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法等により、ガラス基板上に着色パターンを形成する。この工程を、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色パターンについて繰り返す。保護膜形成工程（ステップ２０３）では、着色パターンの上に保護膜を形成し、透明電極膜形成工程（ステップ２０４）では、保護膜の上に透明電極膜を形成する。これらの各工程の前、途中又は後には、必要に応じて、基板の洗浄／乾燥工程が実施される。

図１４に示したＴＦＴ基板の製造工程では、露光工程（ステップ１０３）において、図１５に示したカラーフィルタ基板の製造工程では、ブラックマトリクス形成工程（ステップ２０１）及び着色パターン形成工程（ステップ２０２）の露光処理において、本発明の露光装置又は露光方法を適用することができる。

本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す図である。図２（ａ）は本発明の一実施の形態による露光装置のチャック支持台の上面図、図２（ｂ）は同側面図である。本発明の一実施の形態による露光装置のマスクホルダの上面図である。本発明の一実施の形態による露光装置のマスクホルダの側面図である。検出装置及び移動機構の斜視図である。検出装置及び移動機構の上面図である。移動機構の正面図である。検出装置の概略構成を示す図である。焦点調節用マーク及び位置検出用マークの一例を示す図である。焦点調節用マーク及び位置検出用マークの他の例を示す図である。焦点調節用マーク及び位置検出用マークのさらに他の例を示す図である。光学的検出部の動作を説明する図である。図１３（ａ）はラインセンサーの検出信号を示す図、図１３（ｂ）は反射光のコントラストと焦点との関係を示す図、図１３（ｃ）は反射光のコントラストの差と焦点との関係を示す図である。液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。液晶ディスプレイ装置のカラーフィルタ基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１基板
２マスク
３ベース
４Ｘガイド
５Ｘステージ
６Ｙガイド
７Ｙステージ
８ θステージ
１０チャック
１１チャック支持台
１２ベース板
１３スポーク
１４リム
１５ボールピン
２０マスクホルダ
２１支持用腕
２２チルト用腕
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄマスクホルダ支持部材
３１支持板
４１荷重支持機構
４２Ｚ−チルト機構
５０検出装置
５１光源
５２，５５，５６ハーフミラー
５３レンズ
５４ロンボイドプリズム
５７ミラー
５８センサー部
５８ａ，５８ｂＣＣＤラインセンサー
５９カメラ部
６０移動機構
６１固定台
６２ベース板
６３ガイド
６４テーパブロック
６５ローラ
６６ボールねじ
６７カップリング
６８モータ
６９ローラ支持部材
７０アーム
７１ばね
７２上板
７３連結板
７４昇降ブロック
７５取付け位置調節具
７６ガイド
７７支持ブロック
８０処理装置
８１ＭＰＵ
８２メモリ
８３，８４，８５，８６，８７インタフェース
８８バス
９０ステージ駆動回路
９１Ｚ−チルト機構駆動回路
９２モータ駆動回路

Claims

プロキシミティ方式を用いた露光装置であって、
マスクを保持するマスクホルダと、
基板を保持するチャックと、
前記チャックを移動して、基板のＸＹ方向へのステップ移動及び露光時の基板の位置決めを行うステージと、
前記マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行うギャップ制御手段と、
マスクの表面に設けられた位置検出用マークの画像を取得して、画像信号を出力する画像取得装置と、
前記画像取得装置を上下に移動して、前記画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせる焦点調節手段と、
前記画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、検出結果に応じて前記ステージを制御して、露光時の基板の位置を補正する処理手段とを備え、
前記焦点調節手段は、
前記画像取得装置の光軸と同じ光軸を有し、位置検出用マークの近くのマスクの表面に設けられた焦点調節用マークを検出する光学的検出手段と、
前記画像取得装置及び前記光学的検出手段を上下に移動する移動手段と、
前記移動手段を制御する制御手段とを有し、
前記光学的検出手段は、
光源と、
前記光源からの光を焦点調節用マーク及び位置検出用マークへ照射し、反射光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された反射光を２つに分割する第１の光学要素と、
前記第１の光学要素で分割された反射光の一方から焦点調節用マークを検出するセンサーとを有し、
前記制御手段は、前記センサーの検出信号を処理して、前記画像取得装置の焦点がマスクの表面に合う様に前記移動手段を制御し、
前記画像取得装置は、前記第１の光学要素で分割された反射光の他方から位置検出用マークの画像を取得することを特徴とする露光装置。
前記光学的検出手段は、前記第１の光学要素で分割された反射光の一方をさらに２つに分割する第２の光学要素を有し、
前記センサーは、
前記画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたとき、前記第２の光学要素で分割された反射光の一方が結像する位置に配置された第１のラインセンサーと、
前記画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたとき、前記第２の光学要素で分割された反射光の他方が結像する位置に配置された第２のラインセンサーとを有し、
前記第１のラインセンサー及び前記第２のラインセンサーは、繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを検出し、
前記制御手段は、前記第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合と前記第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合が同じになる様に、前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
プロキシミティ方式を用いた露光方法であって、
マスクの表面に位置検出用マークを設け、
位置検出用マークの近くのマスクの表面に焦点調節用マークを設け、
マスクをマスクホルダで保持し、
基板をチャックで保持し、
チャックを移動して、基板のＸＹ方向へのステップ移動及び露光時の基板の位置決めを行い、
マスクホルダを上下に移動及びチルトして、マスクと基板とのギャップ制御を行い、
画像取得装置の光軸と同じ光軸を有する光学的検出手段を用いて、光源からの光を焦点調節用マーク及び位置検出用マークへ照射し、反射光を集光し、集光した反射光を２つに分割し、分割した反射光の一方から焦点調節用マークを検出し、
焦点調節用マークの検出信号を処理して、画像取得装置の焦点がマスクの表面に合う様に画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動して、画像取得装置の焦点をマスクの表面に合わせ、
光学的検出手段で分割した反射光の他方から、画像取得装置を用いて位置検出用マークの画像を取得し、
画像取得装置が出力した画像信号を処理してマスクの位置の変化を検出し、
マスクの位置の変化の検出結果に応じて、露光時の基板の位置を補正することを特徴とする露光方法。
位置検出用マークの近くのマスクの表面に繰り返しパターンからなる焦点調節用マークを設け、
分割した反射光の一方をさらに２つに分割し、
第１のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ上にずれたとき、さらに分割した反射光の一方が結像する位置に配置し、
第２のラインセンサーを、画像取得装置の焦点がマスクの表面より所定距離だけ下にずれたとき、さらに分割した反射光の他方が結像する位置に配置し、
第１のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合と第２のラインセンサーの検出信号の強度変化の割合が同じになる様に、画像取得装置及び光学的検出手段を上下に移動することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
請求項１又は請求項２に記載の露光装置を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。
請求項３又は請求項４に記載の露光方法を用いて、マスクのパターンを基板へ転写することを特徴とする表示用パネル基板の製造方法。