JP5515119B2 - マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置 - Google Patents

マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置 Download PDF

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Description

本発明は、マイクロレンズを2次元的に配列したマイクロレンズアレイによりマスクパターンを基板上に露光するマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置に関する。
薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等は、ガラス基板上に形成されたレジスト膜等を、数回、重ね合わせ露光して、所定のパターンを形成する。これらの被露光基板は、その膜形成過程で、延び縮みすることがあり、重ね合わせ露光の下層パターンが、製造条件(露光装置特性及び温度条件)により、設計上のピッチと異なってくることがある。このような重ね合わせ露光において、露光位置のピッチの変化が生じると、このピッチの変化は、露光装置側で倍率補正をして、吸収せざるを得なかった。即ち、被露光基板の寸法変動が生じた場合、ピッチがずれた分を、像の倍率を調整することにより、この像を変動後のピッチの基板上の所定位置の中央に配置する必要がある。
一方、近時、マイクロレンズを2次元的に配置したマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置が提案されている(特許文献1)。このスキャン露光装置においては、複数個のマイクロレンズアレイを一方向に配列し、この配列方向に垂直の方向に基板及びマスクを、マイクロレンズアレイ及び露光光源に対して、相対的に移動させることにより、露光光がマスクをスキャンして、マスクの孔に形成された露光パターンを基板上に結像させる。
特開2007−3829
しかしながら、この従来のスキャン露光装置においては、以下に示す問題点がある。通常のレンズを組み合わせて使用した投影光学系を使用した露光装置においては、レンズの間隔を調整する等により、倍率を調整することは容易である。しかし、マイクロレンズの場合は、厚さが例えば4mmの板の中に、8個のレンズを光軸方向に配置することにより、正立等倍像を基板上に結像させるようにしたものであるので、倍率の調整ができない。よって、マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置においては、被露光基板のピッチ変更に対応することができないという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、露光パターンの基準パターンからのずれが発生しても、露光中にこのずれを検出して、露光パターンの位置ずれを防止することができ、重ね露光における露光パターンの精度を向上させることができるマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置を提供することを目的とする。
本発明に係るマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置は、露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが2次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイを傾斜可能に支持する支持基板と、前記各マイクロレンズアレイを前記支持基板に対して傾動駆動する駆動部材と、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置と、前記基板の画像を検出する画像検出部と、この画像の検出信号を基に画像処理して基板上に形成されている基準パターンを得る画像処理部と、この基準パターンと露光しようとする前記マスクの露光パターンとの間のずれを演算して前記基準パターンと前記露光パターンとのずれを解消するように前記駆動部材を介して前記マイクロレンズアレイを傾動させる制御部と、を有し、前記複数個のマイクロレンズアレイを基板の面に平行の方向から傾斜させることにより、基板上の露光位置を調整して、露光パターンを前記基準パターンに一致させることを特徴とする。
このマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置において、例えば、前記画像検出部は、画像を線状に検出するラインセンサであり、このラインセンサはその検出領域が前記一方向に対して鋭角をなすように傾斜して配置されており、1本のラインセンサで複数列のマイクロレンズ内の画像を検出する。又は、前記画像検出部は、画像を線状に検出する複数個のラインセンサであり、この複数個のラインセンサはその検出領域が前記一方向に対して直交する方向に配置されており、複数個のラインセンサの全体で複数列のマイクロレンズ内の画像を検出する。
更に、前記マイクロレンズは、例えば、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影する。
本件発明によれば、マイクロレンズアレイを使用した露光装置において、露光中に、基板の画像を検出してその基準パターンを検出することにより、基準パターンと露光パターンとの位置ずれを、露光中に検出し、複数のマイクロレンズアレイの傾斜角度を調節することにより、この位置ずれを解消することができる。このように、オンラインで露光の位置ずれをリアルタイムで検出し、解消するので、重ね合わせ露光における露光位置の寸法精度を効率的に向上させることができる。
本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る露光装置の1個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図である。 このマイクロレンズアレイが複数個配列されている状態を示す斜視図である。 マイクロレンズを示す図である。 (a)、(b)はその絞りを示す図である。 マイクロレンズの6角視野絞りの配置を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る露光装置を示す斜視図である。 CCDカメラによる露光像の検出方法を示す平面図である。 (a)、(b)は露光パターンを示す図である。 マイクロレンズアレイの傾動動作を示す斜視図である。 マイクロレンズアレイを傾動させるアクチュエータである圧電素子を示す断面図である。 図11の圧電素子の動作を示す断面図である。 マイクロレンズアレイの傾斜と露光態様との関係を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る露光装置を示す模式図、図2は同じくその1個のマイクロレンズアレイの部分を示す縦断面図、図3はこのマイクロレンズアレイが複数個配列されている状態を示す斜視図、図4はマイクロレンズを示す図、図5(a)、(b)はその絞りを示す図、図6はマイクロレンズの6角視野絞りの配置を示す平面図、図7は本発明の実施形態に係る露光装置を示す斜視図、図8は、CCDカメラによる露光像の検出方法を示す平面図、図9(a)、(b)は露光パターンを示す図である。
図1に示すように、露光光源4から出射された露光光は、平面ミラーを含む光学系21を介して、マスク3に導かれ、マスク3を透過した露光光は、マイクロレンズアレイ2に照射され、マスク3に形成されたパターンがマイクロレンズアレイ2により、基板1上に結像する。この光学系21の光路上にダイクロイックミラー22が配置されており、カメラ23からの観察光が、ダイクロイックミラー22で反射して、露光光源4からの露光光と同軸的にマスク3に向かう。また、この観察光はマイクロレンズアレイ2にて基板1上に収束し、基板1に既に形成されている基準パターンを反射して、この基準パターンの反射光がマイクロレンズアレイ2、マスク3及びダイクロイックミラー22を介してカメラ23に入射するようになっている。カメラ23は、この基準パターンの反射光を検出し、この検出信号を画像処理部24に出力する。画像処理部24は基準パターンの検出信号を画像処理し、基準パターンの検出画像を得る。画像処理部24にて得られた基準パターンの画像信号は制御部25に入力され、制御部25がマスク3の現在位置(即ち、マスク3の露光しようとする露光パターンの位置)と検出された基準パターンの位置との間のずれを演算し、このずれ量を解消するためのマイクロレンズアレイ2の傾斜角度を演算する。そして、制御部25は、このマイクロレンズアレイ2の傾斜角度に応じた信号を、このマイクロレンズアレイ2の傾斜を駆動するピエゾ圧電素子14,15からなるアクチュエータ20に出力し、アクチュエータ20(圧電素子14,15)はこの信号に基づいてマイクロレンズアレイ2を傾斜駆動する。基板1とマスク3は、一体となって一定の方向に移動することができ、マイクロレンズアレイ2と露光光源4及び光学系21は、固定的に配置されている。そして、基板1及びマスク3が一方向に移動することにより、露光光が基板上で走査され、ガラス基板から1枚の基板が製造される所謂1枚取りの基板の場合は、上記一走査により、基板の全面が露光される。
次に、マイクロレンズアレイによる露光態様について、更に詳細に説明する。図2に示すように、ガラス基板等の被露光基板1の上方に、マイクロレンズ2aが2次元的に配置されて構成されたマイクロレンズアレイ2が配置され、更に、このマイクロレンズアレイ2の上にマスク3が配置され、マスク3の上方に露光光源4が配置されている。マスク3は透明基板3aの下面にCr膜3bからなる遮光膜が形成されていて、露光光はこのCr膜3bに形成された孔を透過してマイクロレンズアレイ2により基板上に収束する。上述のごとく、本実施形態においては、例えば、マイクロレンズアレイ2及び露光光源4が固定されていて、基板1及びマスク3が同期して矢印5方向に移動することにより、露光光源4からの露光光がマスク3を透過して基板1上を矢印5方向にスキャンされる。この基板1及びマスク3の移動は、適宜の移動装置の駆動源により駆動される。なお、基板1及びマスク3を固定して、マイクロレンズアレイ2及び露光光源4を移動させることとしてもよい。
図3に示すように、マイクロレンズアレイ2は、支持基板6に、スキャン方向5に垂直の方向に例えば4個ずつ2列に配置されており、これらのマイクロレンズアレイ2は、スキャン方向5にみて、前段の4個のマイクロレンズアレイ2の相互間に、後段の4個のマイクロレンズアレイ2のうち3個が夫々配置されて、2列のマイクロレンズアレイ2が千鳥になるように配列されている。これにより、2列のマイクロレンズアレイ2により、基板1におけるスキャン方向5に垂直の方向の露光領域の全域が露光される。
図4に示すように、各マイクロレンズアレイ2の各マイクロレンズ2aは、例えば、4枚8レンズ構成であり、4枚のマイクロレンズアレイ2−1,2−2,2−3,2−4が積層された構造を有する。各マイクロレンズアレイ2−1等は2個のレンズから構成されている。これにより、露光光はマイクロレンズアレイ2−2とマイクロレンズアレイ2−3との間で一旦収束し、更にマイクロレンズアレイ2−4の下方の基板上で結像する。そして、マイクロレンズアレイ2−2とマイクロレンズアレイ2−3との間に6角視野絞り12が配置され、マイクロレンズアレイ2−3とマイクロレンズアレイ2−4との間に開口絞り11が配置されている。これらの6角視野絞り12及び開口絞り11はマイクロレンズ2a毎に設けられており、各マイクロレンズ2aについて基板上の露光領域を6角に整形している。6角視野絞り12は、例えば、図5(a)に示すように、マイクロレンズ2aのレンズ視野領域10の中に6角形状の開口として形成され、開口絞り11は、図5(b)に示すように、マイクロレンズ2aのレンズ視野領域10の中に円形の開口として形成されている。
図6は、各マイクロレンズアレイ2における各マイクロレンズ2aの配置態様を示す平面図である。この図6においては、マイクロレンズ2aの配置態様を、マイクロレンズ2aの6角視野絞り12の位置として示す。この図6に示すように、マイクロレンズ2aは、スキャン方向5について、順次、若干横方向にずれて配置されている。6角視野絞り12は、中央の矩形部分12aと、そのスキャン方向5に見て両側の三角形部分12b、12cとに分かれる。そして、図6に示すように、スキャン方向5に垂直の方向の各列に関し、スキャン方向5について3列の6角視野絞り12の列をみると、ある特定の1列目の6角視野絞り12の右側の三角形部分12cが、スキャン方向後方に隣接する2列目の6角視野絞り12の左側の三角形部分12bと重なり、1列目の6角視野絞り12の左側の三角形部分12bが、3列目の6角視野絞り12の右側の三角形部分12cと重なるように、これらのマイクロレンズ2aが配置されている。このようにして、スキャン方向5に関し、3列のマイクロレンズ2aが1セットとなって配置される。つまり、4列目のマイクロレンズ2aは、スキャン方向5に垂直の方向に関し、1列目のマイクロレンズ2aと同一位置に配置される。このとき、6角視野絞り12の6角形の各角部をスキャン方向5に結ぶ線分(図中、破線にて示す)が例えば0.03mmの等間隔であるとすると、3列の6角視野絞り12において、隣接する2列の6角視野絞り12の三角形部分12bの面積と三角形部分12cの面積とを加算すると、このスキャン方向5に重なる2個の三角形部分12b、12cの合計面積は、中央の矩形部分12aの面積と同一になる。このため、基板1が3列のマイクロレンズ2aのスキャンを受けると、このスキャン方向5に垂直の方向に関し、その全域で均一な光量の露光を受けたことになる。従って、各マイクロレンズアレイ2には、スキャン方向5に関し、3の整数倍の列のマイクロレンズ2aが配置されており、これにより、基板は、1回のスキャンによりその全域で均一な光量の露光を受けることになる。なお、6角視野絞り12の6角形の各角部をスキャン方向5に結ぶ線分(図中、破線にて示す)は、必ずしも等間隔である必要はない。例えば、6角視野絞り12の中央の矩形部分12aの幅が、三角形部分12b、12cの高さと異なっていても良い。即ち、前述の隣接する2列の6角視野絞り12において、スキャン方向5に重なる2個の三角形部分12bの面積と三角形部分12cの面積とを加算した合計面積は、中央の矩形部分12aの面積と同一でなくてもよい。全域で均一な光量の露光を受けるためには、スキャン方向5に平行の直線を考えた場合に、この直線が6角視野絞り12内を通過する部分の線分の長さをこの直線上の全ての6角視野絞りにわたって加算したときの全長が、スキャン方向5に垂直の方向に関して均一であればよい。
このように構成されたマイクロレンズアレイ2においては、露光光源4から露光光が照射されている間に、基板1をマイクロレンズアレイ2に対して相対的に移動させて、露光光により基板を走査することにより、基板1の露光対象領域の全域で、基板1は均一な光量の露光を受ける。つまり、基板1はマイクロレンズ2aの位置に応じてスポット的な露光を受けるのではなく、1列のマイクロレンズ2aの相互間の領域は、他列のマイクロレンズ2aにより露光されて、基板1は、あたかも、平面露光を受けた場合と同様に、露光対象領域の全域で均一な露光を受ける。そして、基板1上に投影されるパターンは、マイクロレンズ2aの6角視野絞り12及び開口絞り13の形状ではなく、マスク3の遮光膜3bの孔に形成されたマスクパターン(露光パターン)により決まるパターンである。
図10に示すように、マイクロレンズアレイ2は、支持板6に、マイクロレンズアレイ2b及びマイクロレンズアレイ2cの2列に分かれて配置されており、スキャン方向5に垂直の方向に列をなすように、またマイクロレンズアレイ2bとマイクロレンズアレイ2cとがスキャン方向5に相互にずれて配置されている。マイクロレンズアレイ2は、図11及び図12に示すように、支持板6に設けた孔6a内に嵌合して配置されており、各孔6aは各マイクロレンズアレイ2の外形に見合う大きさを有している。マイクロレンズアレイ2は、そのスキャン方向5に直交する方向については、隣接するマイクロレンズアレイ2同士(マイクロレンズアレイ2bとマイクロレンズアレイ2c)が相互に接近するように連なって配置されている。そして、このスキャン方向5に直交する方向に隣接するマイクロレンズアレイ2間の支持板6の部分は、極めて細く、また、マイクロレンズアレイ2におけるスキャン方向5に直交する方向の端部はこの端部のマイクロレンズ2aと端縁との間の間隔がマイクロレンズ2aの配列ピッチの1/2未満に短くなっている。このため、各マイクロレンズアレイ2は、図10に示すように、スキャン方向5に直交する方向に連なっていても、このスキャン方向5に直交する方向の全てのマイクロレンズアレイ2のマイクロレンズ2a間の間隔を同一にすることができる。即ち、マイクロレンズ2aのスキャン方向5に直交する方向のピッチは、全てのマイクロレンズアレイ2について一定である。スキャン方向5については、1個のマイクロレンズアレイ2が配置されており、そのマイクロレンズアレイ2内のマイクロレンズ2aのピッチは一定である。
なお、マイクロレンズアレイ2は、支持板6に対し、図3に示すように、スキャン方向5及びスキャン方向5に直交する方向の双方に相互に離隔するように配置することもできる。この場合は、スキャン方向5に見た場合に、マイクロレンズアレイ2をその端部同士が重なるように設けることができ、従って、スキャン方向5に直交する方向に関し、各マイクロレンズアレイ2の端部におけるマイクロレンズ2aと端縁との間隔をマイクロレンズ2aのピッチの1/2未満になるように、短くする必要がなく、各マイクロレンズアレイ2の端部の幅を十分大きくとることができる。また、支持板6の孔6aは、スキャン方向5に直交する方向の相互間隔を、図10に示すような短いものにする必要がなく、十分広くとることができる。なお、図10及び図3は、マイクロレンズアレイ2をスキャン方向5に直交する方向について、千鳥状に配置しているが、図10に示すように、マイクロレンズアレイ2が相互に近接している場合は、マイクロレンズアレイ2をスキャン方向50に一直線状に整列させて配置することも可能である。
図10に示す実施形態では、各マイクロレンズアレイ2bは、例えば、スキャン方向5に対向する2辺で、一方は2個の圧電素子14a,14bに支持され、他方は1個の圧電素子15aに支持されており、マイクロレンズアレイ2cは、例えば、スキャン方向5に対向する2辺で、一方は1個の圧電素子14cに支持され、他方は2個の圧電素子15b、15cに支持されている。
図11及び図12に示すように、支持板6におけるマイクロレンズアレイ2の配置位置には、前述のごとく、マイクロレンズアレイ2の形状に対応する形状の孔6aが形成されており、マイクロレンズアレイ2はこの孔6a内に嵌合されている。また、この孔6aの周囲は、支持板6の上面が切り欠かれて、段差6bが形成されており、この段差6bの低い部分、即ち、孔6aの周辺部分に、圧電素子14(14a、14b、14c),15(15a、15b、15c)が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ2はその上方部分に水平方向に張り出すフランジ部21が形成されており、このフランジ部21が、支持板6の孔6aの周囲部分の段差6bに位置する。
圧電素子14,15は、夫々、その基部141、151が支持板6の段差6bの低い部分に固定されており、その先端142、152がマイクロレンズアレイ2のフランジ部21の下面に固定されている。そして、圧電素子14,15は引出線7により適宜の制御装置(図示せず)に接続されており、圧電素子14,15は、この引出線7を介して制御装置から駆動電圧を供給されて、図12に示すように,変形する。即ち、図11においては、圧電素子14,15が変形していないので、マイクロレンズアレイ2の光軸は垂直(支持板6の表面に垂直)方向を向いているが、図12においては、図示の左側の圧電素子14がその先端142が上向くように変形しており、これにより、マイクロレンズアレイ2はその光軸が垂直方向に対し傾斜する方向に向いている。このようにして、マイクロレンズアレイ2の光軸の方向を、圧電素子に対する印加電圧を調整することにより調整できるので、仮に、基板上の基準パターンと露光パターンとの間に位置ずれがある場合は、露光中に位置ずれを検出し、1又は複数のマイクロレンズアレイの傾斜角度を調節することにより、この位置ずれを解消することができる。なお、圧電素子14,15による支持点は、上述の3点に限らず、4点以上設けても良いことは勿論である。この場合、4点以上の圧電素子の変形量は、相互に規制する必要がある。
このように構成されたマイクロレンズアレイ2の支持機構においては、圧電素子14,15に印加する電圧を制御することにより、圧電素子14,15の変形量を制御することができ、3点で支持されたマイクロレンズアレイ2の圧電素子14,15の変形量の組合せを調整することにより、マイクロレンズアレイ2を任意の方向に傾斜させることができる。
カメラ23は、ラインCCDカメラであり、1次元の線状に像を検出する。図8は、マイクロレンズアレイ2のマイクロレンズ2aの配置と、ラインCCDカメラ23の検出領域17とを示す図である。マイクロレンズ2aの6角視野絞り12は、前述のように、スキャン方向5に関し、最も近傍に隣接するものが、スキャン方向5に対して平行ではなく、傾斜している。ラインCCDカメラは、その線状の検出領域17が、コーナー部のマイクロレンズ2aの6角視野領域12から、スキャン方向5に対し最も近傍に隣接するマイクロレンズ2aの6角視野領域12を結ぶ直線上に、一致するように、検出領域17をスキャン方向5に対して傾斜させて、配置されている。
基板1をスキャン方向5に移動させつつ、ラインCCDカメラ23により基板1上の画像を検出すると、1回のラインスキャンにより、検出領域17の線上で、画像が検出される。この検出信号は、画像処理部24に入力されて画像処理される。このラインCCDカメラ23の検出領域17は、例えば、マイクロレンズアレイ2のコーナー部のマイクロレンズ2aからマイクロレンズアレイ2の幅方向の他端部までである。即ち、スキャン方向5に垂直の方向に関し、一方の端部のコーナー部から他方の端部までのマイクロレンズアレイ2の幅方向の全域について、傾斜した線上に位置するマイクロレンズ2aの6角視野領域12の画像を検出する。このとき、ラインCCDカメラのスキャン性能が1回のスキャンに要する時間が10msecであるとすると、基板及びマスクの移動速度は、例えば、100mm/secであるから、10msecのスキャン時間の間に、基板及びマスクは、1mm移動する。従って、ラインCCDカメラ23の一方の端部にて、マイクロレンズアレイ2のコーナー部のマイクロレンズ2aの画像を検出した後、ラインCCDカメラ23の他方の端部にてマイクロレンズアレイ2の幅方向の他方の端部のマイクロレンズ2aの画像を検出したときには、この他方の端部のマイクロレンズ2aの画像は、コーナー部のマイクロレンズ2aの画像の位置よりも、1mm後方の位置の画像である。基板及びマスクの幅方向の大きさは、例えば、1mであるから、基板1mにつき、1mmのずれが生じる。よって、隣接するマイクロレンズ2a間では、この1mmをマイクロレンズ2aの数で除した分だけ、検出画像は、スキャン方向5にずれが生じている。
また、ラインCCDカメラ23によるスキャン画像は、コーナー部のマイクロレンズ2aの画像を検出した後、その基板スキャン方向5の斜め前方のマイクロレンズ2aの画像を検出する。このように、ラインCCDカメラ23の1次元のスキャン画像において、基板スキャン方向5について、斜め前方に配置されたマイクロレンズ2aの画像を順次読み込んでいく。従って、基板スキャン方向5についてのマイクロレンズ2aの配列ピッチをΔdとすると、ラインCCDカメラ23により1回のスキャンで読み込まれた画像信号は、基板スキャン方向5について、その前方にΔdだけずれたマイクロレンズ2aの画像を順次読み込んだことになる。よって、このレンズピッチΔdが150μmであるとすると、そして、前述のごとく、基板の移動速度が100mm/secであるとすると、このレンズピッチΔd(=150μm=0.15mm)を基板が移動するのに、1.5msecかかる。従って、ラインCCDカメラ23の1回のスキャンで、コーナー部のマイクロレンズ2aの画像を検出した後、次順のマイクロレンズ2aの画像を検出したときは、この画像は、コーナー部のマイクロレンズ2aの画像のスキャン方向5に垂直の方向に隣接する位置の画像よりも、基板のスキャン方向5にΔdだけ進んだ位置の画像である。よって、ある時点でコーナー部のマイクロレンズ2aの画像のスキャン方向5に垂直の方向に隣接する位置の画像は、その時点でコーナー部のマイクロレンズ2aの次順のマイクロレンズ2aの画像を取得した時点よりも、1.5msec後にこの2番目のマイクロレンズ2aにて検出された画像である。
画像処理部24は、ラインCCDカメラ23の取得信号から、以上の2点の時間遅延及び位置調整に関する補正の画像処理を行うと、基板が移動している間のある特定の時点の画像を得ることができる。例えば、本実施形態の露光装置に搬入されてくる基板1に、図9(a)に示すように第1層の露光パターンL1(基準パターン)が形成されている場合、露光装置の所定位置に停止した基板1を走査させて、ラインCCDカメラ23により基板1上の画像を検出し、この基準パターンL1の検出信号を画像処理部24が画像処理すると、図9(a)に示す基準パターンL1の検出画像が得られる。制御部25は、この画像処理されたパターンL1の画像検出信号に基づき、この第1層パターンL1の基準位置と、マスク3に形成され第2層パターンL2として露光すべき露光パターンL2の基準位置との間のずれを演算し、このずれ量を解消するためのマイクロレンズアレイ2の傾斜角度を演算する。そして、制御部25は、このマイクロレンズアレイ2の傾斜角度に応じた信号を、このマイクロレンズアレイ2の傾斜を駆動するピエゾ圧電素子14,15からなるアクチュエータ20に出力し、アクチュエータ20(圧電素子14,15)はこの信号に基づいてマイクロレンズアレイを傾斜駆動する。即ち、アクチュエータ20(圧電素子14,15)はこのマイクロレンズアレイ2の傾斜角度に基づき、圧電素子14,15に印加する電圧を調整して、マイクロレンズアレイ2を所定の傾斜角度になるように駆動する。
図13は、マイクロレンズアレイ2を、隣接するマイクロレンズアレイ2に対して徐々にその傾斜角度を大きくしていった場合の露光光と基板1との関係を示す図である。この図13に示すように、マイクロレンズアレイ2の傾斜角度が大きくなると、基板1に対する露光光の入射角度が90°から次第に小さくなっていく(鋭角になっていく)。これにより、隣接するマイクロレンズアレイ2間の露光領域の間隔b1,b2,b3が徐々に大きくなり、水平配置のマイクロレンズアレイ2の端部(基準点)のパターンに対して、傾斜角度が最も大きなマイクロレンズアレイ2の最も前記基準点から離れた位置のパターンは、全てのマイクロレンズアレイ2が水平の場合の露光位置に比して、基準点から遠いものとなる。このように、一列に並んだマイクロレンズアレイ2の傾斜角度を徐々に大きくしていくだけで、基板上の露光位置を調整することができ、基板上の露光領域を拡大することができる。逆に、露光領域を縮小する場合も、マイクロレンズアレイ2を逆方向に傾斜させればよい。
次に、上述のごとく構成された本実施形態の露光装置の動作について説明する。先ず、図1に示すように、露光装置の所定の露光位置に基板1が搬入される。この基板1には、基準パターンとして、図9(a)に示すようなパターンL1が露光されている。この基準パターンL1は第1層パターンであり、この第1層パターンを基準として、露光装置において、第2層パターン乃至第4層パターンが露光されて、例えば、5層のパターンが重ね合わせ露光される。
このとき、薄膜トランジスタ液晶基板及びカラーフィルタ基板等のガラス基板に、製造過程で寸法の変化が生じた場合に、重ね露光における露光パターンが下層パターンに対してずれてしまう。そこで、搬入された基板1に対し、これをマスク3と共にマイクロレンズアレイ2に対して走査し、ラインCCDカメラ23により基板1上の画像を検出する。このラインCCDカメラ23は、その光検出部は1次元のセンサであり、図8に示すように、基板スキャン方向5に対して傾斜する領域を検出するように設置されている。このように、ラインCCDカメラ23の検出領域17を、基板スキャン方向5に垂直の方向にせず、この方向に対して傾斜する方向としたのは、仮に、基板スキャン方向5に垂直の方向に線状の検出領域17を配置すると、隣接するマイクロレンズ2aの6角視野絞り12間に不連続の部分が存在するため、基板1上の画像を連続的に検出できないからである。そこで、本実施形態においては、検出領域17をスキャン方向5に最も近傍に隣接するマイクロレンズアレイ2の6角視野絞り12を通るように傾斜して配置している。これにより、この検出領域17を傾斜して配置したことによる遅延時間に基づく補正と、CCDセンサの1スキャン時間の時間遅れによる補正とを、画像処理により行うことにより、マイクロレンズアレイ2の基準となるコーナー部のマイクロレンズ2aの検出画像を基準として、基板1上の画像を検出することができる。即ち、画像処理部24は、カメラ23の検出信号に基づいて、図9(a)に示す基板1上の第1層パターンL1を求める。
制御部25は、この第1層パターンL1と、マスク3に形成されこれから露光しようとする第2層パターンL2とが一致している場合は、この第2層パターンL2を基板上に露光する。即ち、基板1及びマスク3を一体としてマイクロレンズアレイ2及び光源に対して移動させ、マスク3に形成されている露光パターンL2を第1層パターンL1上に重ね露光する。これにより、図9(b)に示すように、第1層パターンL1の基準となるコーナー部から、設計値のΔx及びΔyだけ離隔した位置に第2層パターンL2を形成することができる。
このとき、図2乃至図4に示すように、露光光源4から露光光がマスク3を介してマイクロレンズアレイ2に入射すると、倒立等倍の像が6角視野絞り12に結像する。そして、この6角視野絞り12により、各マイクロレンズ2aを透過する露光光が、図5(a)に示す6角形に整形され、基板1上に正立等倍像として、投影される。このとき、マイクロレンズ2aによる露光領域は、基板上で図6に示すように配置される。
そして、図3に示すように、8枚のマイクロレンズアレイ2により、基板1のスキャン方向5に垂直の方向の全露光領域が均一光量で露光される。そして、基板1及びマスク3を、スキャン方向5に、マイクロレンズアレイ2に対して走査すると、基板1の全面の露光領域が均一光量で露光される。これにより、マスク3に形成されたマスクパターンが基板1上に結像する。
一方、ラインCCDカメラ23により検出した第1層パターンL1に対し、現在の位置のマスク3の露光パターンL2の位置がずれていた場合は、制御部25が演算したマイクロレンズアレイ2の傾斜角度に基づいて、アクチュエータ20が圧電素子14,15に電圧を供給し、マイクロレンズアレイ2を傾動させて、マスク3の露光パターンL2の基準位置が第1層パターンL1の基準位置と一致するように、基板1に対する露光光の入射角度を調整する。例えば、図13に示すように、基板スキャン方向に垂直の方向に並んだ4枚のマイクロレンズアレイ2をその傾斜角度が徐々に大きくなるように傾斜させると、基板1上において、1個のマイクロレンズアレイ2の各マイクロレンズ2aによる露光光の基板に対する傾斜角度は変化しないが、隣接するマイクロレンズアレイ2間で、その露光角度が変化し、図13の右端の水平のマイクロレンズアレイ2に対して、より左側になるにつれてマイクロレンズアレイ2からの露光光の基板に対する傾斜が大きくなる。
これにより、各マイクロレンズアレイ2から基板1上に投影されたマスク3のマスクパターン(図中、□で示す)は、各マイクロレンズアレイ2についてaの領域に投影される。この場合に、露光光の傾斜角度は各マイクロレンズアレイ2について異なるが、露光領域aは、傾斜角度自体が極めて小さいものであるから、各マイクロレンズアレイ2について実質的に同寸である。しかし、隣接するマイクロレンズアレイ2間ではそのマスクパターンの間隔b1,b2,b3,は次第に大きくなる。
このようにして、図13の左端のマイクロレンズアレイ2の基板に対する露光領域は、全てのマイクロレンズアレイ2が水平である場合よりも左側にシフトする。これにより、第1層パターンL1と第2層パターンL2とのずれを解消することができる。なお、Δx及びΔyが70μmの場合、右端のマイクロレンズアレイ2に対して、その左隣のマイクロレンズアレイ2を若干(数度の1/1000程度)傾斜させると、1μm程度露光位置をずらすことができる。従って、マイクロレンズアレイ2を極めて僅かな角度で傾斜させるだけで、70μmの間隔のパターンを1μmずらすことができる。なお、パターンの位置ずれを解消するためのマイクロレンズアレイ2の傾動方法は、図13に示すものに限らず、種々の態様がある。
本実施形態においては、重ね合わせ露光において、基板の寸法の変動が生じても、これをリアルタイムで検出して、その露光位置を下層の露光パターンに高精度で合わせることができる。即ち、本実施形態においては、露光装置内で、露光中に下層パターンと露光パターンとの位置ずれを、マイクロレンズアレイの傾動により修正することができ、リアルタイムに位置ずれを修正して、高精度の重ね露光を行うことができる。
また、露光光は、パルスレーザ光又は水銀ランプ等の連続光等、種々のものを使用することができる。更に、ラインCCDカメラ23は、基板上を照射する光照射部と反射光を検出するラインCCDセンサとを有するものを使用し、ダイクロイックミラー22によりカメラ23からの観察光を基板に照射したが、基板の下方から光照射して、基板に形成された第1層露光パターンの像をラインCCDセンサに入力してこれを検出することとしてもよい。更に、基板上の画像は、ラインCCDセンサにより検出する場合に限らず、2次元センサにより、基板上の画像を検出することもできる。
なお、本発明は上記実施形態に限らないことは勿論である。例えば、上記実施形態では、図8に示すように、ラインCCDカメラ23のラインセンサをその検出領域17がスキャン方向5に対して傾斜するように配置することにより、画像処理することによって、スキャン方向5に垂直の方向の全域において途切れることなく連続する6角視野絞り12内の画像を検出しているが、ラインセンサをスキャン方向5に垂直の方向に配置し、このラインセンサを3列設けることにより、同様に、スキャン方向5に垂直の方向の全域において途切れることなく連続する6角視野絞り12内の画像を検出することもできる。
1:基板
2:マイクロレンズアレイ
2a:マイクロレンズ
2−1〜2−4:(構成)マイクロレンズアレイ
3:マスク
3a:透明基板
3b:Cr膜
4:露光光源
5:スキャン方向
6:支持基板
11:開口絞り
12:6角視野絞り
12a:矩形部分
12b、12c:三角形部分
14(14a、14b、14c),15(15a、15b、15c):圧電素子
17:検出領域
20:アクチュエータ
21:光学系
22:ダイクロイックミラー
23:ラインCCDカメラ
24:画像処理部
25:制御部

Claims (4)

  1. 露光すべき基板の上方に配置され、マイクロレンズが2次元的に配置された複数個のマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイを傾斜可能に支持する支持基板と、前記各マイクロレンズアレイを前記支持基板に対して傾動駆動する駆動部材と、このマイクロレンズアレイの上方に配置され所定の露光パターンが形成されたマスクと、このマスクに対して露光光を照射する露光光源と、前記マイクロレンズアレイと前記基板及び前記マスクとを相対的に一方向に移動させる移動装置と、前記基板の画像を検出する画像検出部と、この画像の検出信号を基に画像処理して基板上に形成されている基準パターンを得る画像処理部と、この基準パターンと露光しようとする前記マスクの露光パターンとの間のずれを演算して前記基準パターンと前記露光パターンとのずれを解消するように前記駆動部材を介して前記マイクロレンズアレイを傾動させる制御部と、を有し、前記複数個のマイクロレンズアレイを基板の面に平行の方向から傾斜させることにより、基板上の露光位置を調整して、露光パターンを前記基準パターンに一致させることを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  2. 前記画像検出部は、画像を線状に検出するラインセンサであり、このラインセンサはその検出領域が前記一方向に対して鋭角をなすように傾斜して配置されており、1本のラインセンサで複数列のマイクロレンズ内の画像を検出することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  3. 前記画像検出部は、画像を線状に検出する複数個のラインセンサであり、この複数個のラインセンサはその検出領域が前記一方向に対して直交する方向に配置されており、複数個のラインセンサの全体で複数列のマイクロレンズ内の画像を検出することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
  4. 前記マイクロレンズは、前記マスクの露光パターンの正立等倍像を前記基板上に投影することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置。
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