WO2012046540A1 - 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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exposure
microlens array
microlens
image
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PCT/JP2011/070735
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梶山　康一
水村　通伸
畑中　誠
敏成 新井
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V Technology Co Ltd
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V Technology Co Ltd
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    • H10P76/20—Manufacture or treatment of masks on semiconductor bodies, e.g. by lithography or photolithography of masks comprising organic materials
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    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70258—Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70275—Multiple projection paths, e.g. array of projection systems, microlens projection systems or tandem projection systems

Definitions

  • the present invention relates to a scanning exposure apparatus using a microlens array that exposes a mask pattern onto a substrate by a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged.
  • the thin film transistor liquid crystal substrate, the color filter substrate, and the like form a predetermined pattern by overlaying and exposing a resist film formed on a glass substrate several times. These exposed substrates may expand and contract during the film formation process, and the lower layer pattern for overlay exposure may differ from the designed pitch depending on manufacturing conditions (exposure apparatus characteristics and temperature conditions). is there.
  • overlay exposure if a change in the pitch of the exposure position occurs, the change in the pitch has to be absorbed by correcting the magnification on the exposure apparatus side. That is, when the dimensional variation of the substrate to be exposed occurs, it is necessary to arrange the image at the center of a predetermined position on the substrate of the pitch after the variation by adjusting the magnification of the image for the deviation of the pitch. .
  • Patent Document 1 a scanning exposure apparatus using a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged.
  • a scanning exposure apparatus using a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged has been proposed (Patent Document 1).
  • a plurality of microlens arrays are arranged in one direction, and a substrate and a mask are moved relative to the microlens array and the exposure light source in a direction perpendicular to the arrangement direction. Then, the exposure light scans the mask, and the exposure pattern formed in the hole of the mask is imaged on the substrate.
  • this conventional scanning exposure apparatus has the following problems.
  • an exposure apparatus using a projection optical system using a combination of ordinary lenses it is easy to adjust the magnification by adjusting the distance between the lenses.
  • an erecting equal-magnification image is formed on a substrate by arranging eight lenses in the optical axis direction in a plate having a thickness of, for example, 4 mm. Because there is, you cannot adjust the magnification. Therefore, a scanning exposure apparatus using a microlens array has a problem that it cannot cope with a change in the pitch of the substrate to be exposed.
  • the present invention has been made in view of such problems, and in an exposure apparatus using a microlens array, even if a deviation of the exposure pattern from the reference pattern occurs, this deviation is detected during exposure, It is an object of the present invention to provide a scan exposure apparatus using a microlens array that can prevent the positional deviation of an exposure pattern and can improve the accuracy of the exposure pattern in overlap exposure.
  • a scanning exposure apparatus using a microlens array according to the present invention is arranged above a substrate to be exposed, a plurality of microlens arrays in which microlenses are two-dimensionally arranged, and the microlens array can be tilted
  • a support substrate that supports the microlens array, a driving member that tilts the microlens array with respect to the support substrate, a mask that is disposed above the microlens array and has a predetermined exposure pattern formed thereon, and the mask.
  • An exposure light source that emits exposure light
  • a moving device that relatively moves the microlens array, the substrate, and the mask in one direction
  • an image detection unit that detects an image of the substrate
  • detection of the image An image processing unit that obtains a reference pattern formed on a substrate by performing image processing based on a signal, and trying to expose the reference pattern
  • a controller that tilts the microlens array via the drive member so as to eliminate a deviation between the reference pattern and the exposure pattern by calculating a deviation between the exposure pattern of the mask.
  • the plurality of microlens arrays are tilted from the direction parallel to the surface of the substrate to adjust the exposure position on the substrate so that the exposure pattern matches the reference pattern.
  • the image detection unit is a line sensor that detects an image in a line shape, and the line sensor has an angle that is acute with respect to the one direction.
  • the images in the plurality of rows of microlenses are detected by one line sensor.
  • the image detection unit is a plurality of line sensors that detect an image in a line shape, and the plurality of line sensors are arranged in a direction perpendicular to the one direction.
  • the images in a plurality of rows of microlenses are detected by the entire line sensor.
  • microlens projects, for example, an erecting equal-magnification image of the exposure pattern of the mask onto the substrate.
  • the positional deviation between the reference pattern and the exposure pattern is detected during exposure.
  • this positional deviation can be eliminated.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a top view which shows the detection method of the exposure image by a CCD camera.
  • (A), (b) is a figure which shows an exposure pattern.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a part of the same microlens array
  • FIG. 3 is a diagram in which a plurality of microlens arrays are arranged.
  • FIG. 4 is a diagram showing the microlens
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the diaphragm
  • FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the hexagonal field diaphragm of the microlens.
  • 7 is a perspective view showing an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a plan view showing a method for detecting an exposure image by a CCD camera
  • FIGS. 9A and 9B are views showing exposure patterns. .
  • the exposure light emitted from the exposure light source 4 is guided to the mask 3 through an optical system 21 including a plane mirror, and the exposure light transmitted through the mask 3 is applied to the microlens array 2. Then, the pattern formed on the mask 3 is imaged on the substrate 1 by the microlens array 2.
  • a dichroic mirror 22 is disposed on the optical path of the optical system 21, and observation light from the camera 23 is reflected by the dichroic mirror 22 and travels coaxially with the exposure light from the exposure light source 4 toward the mask 3.
  • the observation light converges on the substrate 1 by the microlens array 2 and reflects the reference pattern already formed on the substrate 1, and the reflected light of the reference pattern is reflected by the microlens array 2, the mask 3 and the dichroic.
  • the light enters the camera 23 via the mirror 22.
  • the camera 23 detects the reflected light of the reference pattern and outputs this detection signal to the image processing unit 24.
  • the image processing unit 24 performs image processing on the reference pattern detection signal to obtain a reference pattern detection image.
  • the image signal of the reference pattern obtained by the image processing unit 24 is input to the control unit 25, and the control unit 25 detects the current position of the mask 3 (that is, the position of the exposure pattern to be exposed on the mask 3).
  • a deviation from the position of the reference pattern is calculated, and an inclination angle of the microlens array 2 for eliminating the deviation amount is calculated.
  • the control unit 25 outputs a signal corresponding to the inclination angle of the microlens array 2 to the actuator 20 including the piezoelectric elements 14 and 15 that drive the inclination of the microlens array 2.
  • 14 and 15 drive the microlens array 2 by tilting based on this signal.
  • the substrate 1 and the mask 3 can move together in a certain direction, and the microlens array 2, the exposure light source 4, and the optical system 21 are fixedly arranged. Then, when the substrate 1 and the mask 3 are moved in one direction, the exposure light is scanned on the substrate, and in the case of a so-called single-chip substrate in which one substrate is manufactured from a glass substrate, The entire surface of the substrate is exposed.
  • a microlens array 2 configured by two-dimensionally arranging microlenses 2 a is disposed above a substrate 1 to be exposed such as a glass substrate.
  • a mask 3 is disposed on the mask 3 and an exposure light source 4 is disposed above the mask 3.
  • the mask 3 is formed with a light shielding film made of a Cr film 3b on the lower surface of the transparent substrate 3a, and the exposure light passes through the holes formed in the Cr film 3b and is converged on the substrate by the microlens array 2.
  • the microlens array 2 and the exposure light source 4 are fixed, and the substrate 1 and the mask 3 are moved in the direction of the arrow 5 in synchronization, whereby exposure from the exposure light source 4 is performed.
  • Light passes through the mask 3 and is scanned on the substrate 1 in the direction of arrow 5.
  • the movement of the substrate 1 and the mask 3 is driven by a driving source of an appropriate moving device.
  • the microlens array 2 and the exposure light source 4 may be moved while the substrate 1 and the mask 3 are fixed.
  • microlens arrays 2 are arranged in two rows on the support substrate 6 in a direction perpendicular to the scanning direction 5, and four microlens arrays 2 are arranged in the scanning direction 5.
  • three of the four microlens arrays 2 in the rear stage are respectively arranged between the four microlens arrays 2 in the front stage, and the two rows of microlens arrays 2 are arranged in a staggered manner. ing. Thereby, the entire region of the exposure region in the direction perpendicular to the scanning direction 5 on the substrate 1 is exposed by the two rows of microlens arrays 2.
  • each microlens 2a of each microlens array 2 has, for example, a four-lens eight-lens configuration, and four microlens arrays 2-1, 2-2, 2-3, 2-4.
  • Each microlens array 2-1 or the like is composed of two lenses.
  • a hexagonal field stop 12 is disposed between the microlens array 2-2 and the microlens array 2-3, and an aperture stop 11 is disposed between the microlens array 2-3 and the microlens array 2-4.
  • the hexagonal field stop 12 and the aperture stop 11 are provided for each microlens 2a, and the exposure area on the substrate is shaped into six corners for each microlens 2a.
  • the hexagonal field stop 12 is formed as a hexagonal opening in the lens field area 10 of the microlens 2a
  • the aperture stop 11 is formed as shown in FIG.
  • a circular opening is formed in the lens visual field region 10 of the microlens 2a.
  • FIG. 6 is a plan view showing an arrangement mode of each microlens 2a in each microlens array 2.
  • FIG. 6 the arrangement of the microlenses 2a is shown as the position of the hexagonal field stop 12 of the microlenses 2a.
  • the microlenses 2 a are sequentially shifted slightly in the lateral direction in the scanning direction 5.
  • the hexagonal field stop 12 is divided into a central rectangular portion 12 a and triangular portions 12 b and 12 c on both sides when viewed in the scanning direction 5. As shown in FIG.
  • the fourth row of microlenses 2 a are arranged at the same position as the first row of microlenses 2 a in the direction perpendicular to the scan direction 5.
  • the line segments (shown by broken lines in the figure) connecting the respective corners of the hexagon of the hexagonal field stop 12 in the scanning direction 5 are equidistant, for example, 0.03 mm
  • three rows of hexagons In the field stop 12 when the area of the triangular portion 12b of the two adjacent hexagonal field stops 12 and the area of the triangular portion 12c are added, the total area of the two triangular portions 12b and 12c overlapping in the scanning direction 5 is as follows.
  • the area of the central rectangular portion 12a is the same.
  • microlenses 2a in an integer multiple of 3 are arranged in the scanning direction 5, so that the substrate can be exposed with a uniform amount of light over the entire area by one scan. Will receive.
  • the line segments (indicated by broken lines in the figure) that connect the respective corners of the hexagon of the hexagonal field stop 12 in the scanning direction 5 do not necessarily have to be equally spaced.
  • the width of the rectangular portion 12a at the center of the hexagonal field stop 12 may be different from the height of the triangular portions 12b and 12c.
  • the total area obtained by adding the areas of the two triangular portions 12b and the triangular portion 12c overlapping in the scanning direction 5 is the area of the central rectangular portion 12a. May not be the same.
  • the length of the line segment where the straight line passes through the hexagonal field stop 12 is set on this straight line. It is only necessary that the total length when added over all hexagonal field stops is uniform in the direction perpendicular to the scanning direction 5.
  • microlens rows can be provided in units of four rows.
  • the microlenses are arranged such that (the left triangle portion) and (the right triangle portion in the fourth row + 1 the left triangle portion in the first row) overlap each other in the scan direction 5.
  • the substrate 1 is moved relative to the microlens array 2 while the exposure light is irradiated from the exposure light source 4, and the substrate is scanned with the exposure light.
  • the substrate 1 is exposed to a uniform amount of light over the entire exposure target area of the substrate 1. That is, the substrate 1 is not subjected to spot-like exposure according to the position of the microlens 2a, but the region between the microlenses 2a in one row is exposed by the microlenses 2a in the other row, and the substrate 1 is As in the case of receiving planar exposure, uniform exposure is performed over the entire area to be exposed.
  • the pattern projected on the substrate 1 is determined not by the shapes of the hexagonal field stop 12 and the aperture stop 13 of the microlens 2 a but by the mask pattern (exposure pattern) formed in the hole of the light shielding film 3 b of the mask 3. It is a pattern.
  • the microlens array 2 is arranged on the support plate 6 in two rows of the microlens array 2 b and the microlens array 2 c so as to form a row in a direction perpendicular to the scanning direction 5.
  • the microlens array 2b and the microlens array 2c are arranged so as to be shifted from each other in the scanning direction 5.
  • the microlens array 2 is disposed in a hole 6 a provided in the support plate 6, and each hole 6 a has a size corresponding to the outer shape of each microlens array 2. have.
  • the microlens array 2 is arranged so that adjacent microlens arrays 2 (the microlens array 2b and the microlens array 2c) are close to each other in the direction orthogonal to the scanning direction 5.
  • the portion of the support plate 6 between the microlens arrays 2 adjacent to each other in the direction orthogonal to the scan direction 5 is extremely thin, and the end of the microlens array 2 in the direction orthogonal to the scan direction 5 is this end.
  • the distance between the microlenses 2a and the edge is shorter than 1/2 of the arrangement pitch of the microlenses 2a. Therefore, as shown in FIG.
  • each microlens array 2 is connected between the microlenses 2 a of all the microlens arrays 2 in the direction orthogonal to the scan direction 5 even if the microlens arrays 2 are continuous in the direction orthogonal to the scan direction 5. Can be made the same interval. That is, the pitch in the direction orthogonal to the scanning direction 5 of the microlenses 2 a is constant for all the microlens arrays 2. In the scanning direction 5, one microlens array 2 is arranged, and the pitch of the microlenses 2a in the microlens array 2 is constant.
  • the microlens array 2 can also be arranged on the support plate 6 so as to be separated from each other in both the scanning direction 5 and the direction orthogonal to the scanning direction 5 as shown in FIG.
  • the microlens array 2 when viewed in the scanning direction 5, can be provided so that the ends overlap each other, and therefore, the end of each microlens array 2 in the direction orthogonal to the scanning direction 5. It is not necessary to shorten the distance between the microlens 2a and the edge of the microlens 2a so as to be less than 1 ⁇ 2 of the pitch of the microlens 2a. Further, the holes 6a of the support plate 6 do not need to have a short interval as shown in FIG.
  • the microlens arrays 2 are arranged in a staggered manner in the direction orthogonal to the scanning direction 5, but the microlens arrays 2 are close to each other as shown in FIG. In this case, the microlens array 2 can be arranged in a straight line in the scanning direction 50.
  • each microlens array 2b has, for example, two sides facing in the scanning direction 5, one supported by two piezoelectric elements 14a and 14b and the other by one piezoelectric element 15a.
  • the microlens array 2c is supported by, for example, two sides facing the scanning direction 5, one supported by one piezoelectric element 14c and the other supported by two piezoelectric elements 15b and 15c. .
  • holes 6a having a shape corresponding to the shape of the microlens array 2 are formed at the arrangement position of the microlens array 2 on the support plate 6 as described above. 2 is fitted in the hole 6a. In addition, the upper surface of the support plate 6 is notched around the hole 6a to form a step 6b.
  • a piezoelectric element 14 (14a, 14a, 14b, 14c), 15 (15a, 15b, 15c) are arranged.
  • the microlens array 2 is formed with a flange portion 21 extending in the horizontal direction at an upper portion thereof, and the flange portion 21 is positioned at a step 6b around the hole 6a of the support plate 6.
  • the piezoelectric elements 14 and 15 have their base portions 141 and 151 fixed to the lower portion of the step 6 b of the support plate 6, and their tips 142 and 152 fixed to the lower surface of the flange portion 21 of the microlens array 2. Yes.
  • the piezoelectric elements 14 and 15 are connected to an appropriate control device (not shown) via the lead wire 7, and the piezoelectric elements 14 and 15 are supplied with a drive voltage from the control device via the lead wire 7. As shown in FIG. That is, in FIG. 11, since the piezoelectric elements 14 and 15 are not deformed, the optical axis of the microlens array 2 is oriented in the vertical direction (perpendicular to the surface of the support plate 6).
  • the left piezoelectric element 14 is deformed so that the tip 142 thereof faces upward, whereby the microlens array 2 is oriented in the direction in which the optical axis is inclined with respect to the vertical direction.
  • the direction of the optical axis of the microlens array 2 can be adjusted by adjusting the voltage applied to the piezoelectric element, so if there is a misalignment between the reference pattern on the substrate and the exposure pattern.
  • the positional deviation can be eliminated by detecting the positional deviation during exposure and adjusting the inclination angle of one or a plurality of microlens arrays.
  • the support points by the piezoelectric elements 14 and 15 are not limited to the above-described three points, and four or more points may be provided. In this case, it is necessary to regulate the deformation amounts of four or more piezoelectric elements.
  • the deformation amount of the piezoelectric elements 14 and 15 can be controlled by controlling the voltage applied to the piezoelectric elements 14 and 15, and the support is made at three points.
  • the microlens array 2 can be tilted in an arbitrary direction.
  • the camera 23 is a line CCD camera and detects an image in a one-dimensional line shape.
  • FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the microlenses 2 a of the microlens array 2 and the detection area 17 of the line CCD camera 23.
  • the hexagonal field stop 12 of the microlens 2a is adjacent to the nearest neighbor in the scanning direction 5 and is not parallel to the scanning direction 5, but is inclined.
  • the linear detection region 17 is a straight line connecting the hexagonal field region 12 of the microlens 2a nearest to the scanning direction 5 from the hexagonal field region 12 of the corner microlens 2a.
  • the detection area 17 is inclined with respect to the scanning direction 5 so as to coincide with each other.
  • the detection region 17 of the line CCD camera 23 is, for example, from the microlens 2 a at the corner of the microlens array 2 to the other end in the width direction of the microlens array 2. That is, with respect to the direction perpendicular to the scanning direction 5, the hexagonal field region of the microlens 2 a located on the inclined line for the entire region in the width direction of the microlens array 2 from the corner portion of one end portion to the other end portion. Twelve images are detected.
  • the scanning performance of the line CCD camera is 10 msec
  • the moving speed of the substrate and the mask is, for example, 100 mm / sec.
  • the mask moves 1 mm. Therefore, after detecting the image of the microlens 2 a at the corner of the microlens array 2 at one end of the line CCD camera 23, the width direction of the microlens array 2 at the other end of the line CCD camera 23.
  • the image of the microlens 2a at the other end is an image 1 mm behind the position of the image of the microlens 2a at the corner. .
  • the size in the width direction of the substrate and the mask is, for example, 1 m
  • a displacement of 1 mm occurs per 1 m of the substrate. Therefore, between the adjacent microlenses 2a, the detected image is shifted in the scanning direction 5 by the amount obtained by dividing 1 mm by the number of microlenses 2a.
  • the scan image by the line CCD camera 23 detects the image of the microlens 2a at the corner portion, and then detects the image of the microlens 2a obliquely forward in the substrate scanning direction 5.
  • the images of the microlenses 2a arranged obliquely forward in the substrate scanning direction 5 are sequentially read. Accordingly, if the arrangement pitch of the microlenses 2a in the substrate scanning direction 5 is ⁇ d, the image signal read by the line CCD camera 23 in one scan is shifted by ⁇ d forward in the substrate scanning direction 5 by ⁇ d.
  • the images of the lens 2a are read sequentially.
  • this lens pitch ⁇ d is 150 ⁇ m
  • the substrate moving speed is 100 mm / sec as described above
  • this image is displayed as the micro lens 2a at the corner portion. It is an image at a position advanced by ⁇ d in the scan direction 5 of the substrate from the image at the position adjacent to the scan direction 5 of the image of FIG.
  • an image at a position adjacent to the direction perpendicular to the scanning direction 5 of the image of the microlens 2a at the corner is obtained at that point in time from the next microlens 2a of the microlens 2a at the corner. This is an image detected by the second microlens 2a after 1.5 msec from the time.
  • the image processing unit 24 obtains an image at a specific point in time while the substrate is moving when performing the above-described correction processing related to the time delay and the position adjustment from the acquisition signal of the line CCD camera 23. be able to.
  • the first layer exposure pattern L1 reference pattern
  • the image processing unit 24 performs image processing on the detection signal of the reference pattern L1, the reference pattern L1 shown in FIG. The detected image is obtained.
  • the control unit 25 Based on the image detection signal of the image-processed pattern L1, the control unit 25 determines the reference position of the first layer pattern L1 and the reference position of the exposure pattern L2 formed on the mask 3 and to be exposed as the second layer pattern L2. And the inclination angle of the microlens array 2 for eliminating the amount of deviation is calculated. Then, the control unit 25 outputs a signal corresponding to the inclination angle of the microlens array 2 to the actuator 20 including the piezoelectric elements 14 and 15 that drive the inclination of the microlens array 2. 14 and 15) drive the microlens array by tilting based on this signal.
  • the actuator 20 (piezoelectric elements 14 and 15) adjusts the voltage applied to the piezoelectric elements 14 and 15 based on the inclination angle of the microlens array 2 so that the microlens array 2 has a predetermined inclination angle. To drive.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the exposure light and the substrate 1 when the inclination angle of the microlens array 2 is gradually increased with respect to the adjacent microlens array 2.
  • the incident angle of the exposure light with respect to the substrate 1 gradually decreases from 90 ° (becomes an acute angle).
  • the distances b1, b2, b3 of the exposure regions between the adjacent microlens arrays 2 are gradually increased, and the inclination angle is the largest with respect to the pattern of the end portion (reference point) of the horizontally arranged microlens array 2.
  • the pattern at the position farthest from the reference point of the large microlens array 2 is farther from the reference point than the exposure position when all the microlens arrays 2 are horizontal.
  • the exposure position on the substrate can be adjusted and the exposure area on the substrate can be enlarged simply by gradually increasing the inclination angle of the microlens array 2 arranged in a row.
  • the microlens array 2 may be inclined in the reverse direction.
  • the substrate 1 is carried into a predetermined exposure position of the exposure apparatus.
  • a pattern L1 as shown in FIG. 9A is exposed on the substrate 1 as a reference pattern.
  • the reference pattern L1 is a first layer pattern, and the second layer pattern to the fourth layer pattern are exposed in the exposure apparatus on the basis of the first layer pattern, for example, a five layer pattern is overlaid and exposed.
  • the exposure pattern in the overexposure shifts from the lower layer pattern. Therefore, the substrate 1 that has been loaded is scanned with the mask 3 together with the microlens array 2, and an image on the substrate 1 is detected by the line CCD camera 23.
  • the line CCD camera 23 is a one-dimensional sensor, and is installed so as to detect a region inclined with respect to the substrate scanning direction 5 as shown in FIG. As described above, the detection region 17 of the line CCD camera 23 is not set in a direction perpendicular to the substrate scanning direction 5 but is inclined in this direction.
  • the detection region 17 is arranged to be inclined so as to pass through the hexagonal field stop 12 of the microlens array 2 that is closest to the scanning direction 5 in the vicinity.
  • the correction based on the delay time due to the inclination of the detection region 17 and the correction based on the time delay of one scan time of the CCD sensor are performed by image processing.
  • the image on the substrate 1 can be detected using the detected image of the microlens 2a at the corner as a reference. That is, the image processing unit 24 obtains the first layer pattern L1 on the substrate 1 shown in FIG. 9A based on the detection signal of the camera 23.
  • the control unit 25 exposes the second layer pattern L2 on the substrate. That is, the substrate 1 and the mask 3 are moved together with respect to the microlens array 2 and the light source, and the exposure pattern L2 formed on the mask 3 is superimposed and exposed on the first layer pattern L1.
  • the second layer pattern L2 can be formed at a position separated from the corner portion serving as the reference of the first layer pattern L1 by the design values ⁇ x and ⁇ y.
  • the eight microlens arrays 2 expose the entire exposure region in the direction perpendicular to the scanning direction 5 of the substrate 1 with a uniform amount of light. Then, when the substrate 1 and the mask 3 are scanned with respect to the microlens array 2 in the scanning direction 5, the exposure area on the entire surface of the substrate 1 is exposed with a uniform amount of light. Thereby, the mask pattern formed on the mask 3 forms an image on the substrate 1.
  • the actuator 20 supplies voltage to the piezoelectric elements 14 and 15 to tilt the microlens array 2 so that the reference position of the exposure pattern L2 of the mask 3 matches the reference position of the first layer pattern L1.
  • the incident angle of exposure light with respect to the substrate 1 is adjusted. For example, as shown in FIG. 13, when four microlens arrays 2 arranged in the direction perpendicular to the substrate scanning direction are inclined so that the inclination angle gradually increases, one microlens array is formed on the substrate 1.
  • the inclination angle of the exposure light with respect to the substrate by each microlens 2a of the lens array 2 does not change, the exposure angle changes between the adjacent microlens arrays 2, and with respect to the horizontal microlens array 2 at the right end of FIG.
  • the inclination of the exposure light from the microlens array 2 with respect to the substrate increases toward the left side.
  • the mask pattern (indicated by ⁇ in the figure) of the mask 3 projected from each microlens array 2 onto the substrate 1 is projected onto the area a for each microlens array 2.
  • the inclination angle of the exposure light is different for each microlens array 2, but the exposure area a is substantially the same size for each microlens array 2 because the inclination angle itself is extremely small.
  • the mask pattern intervals b1, b2, b3 are gradually increased.
  • the exposure area of the leftmost microlens array 2 in FIG. 13 with respect to the substrate is shifted to the left side compared to when all the microlens arrays 2 are horizontal.
  • difference of the 1st layer pattern L1 and the 2nd layer pattern L2 can be eliminated.
  • ⁇ x and ⁇ y are 70 ⁇ m
  • the microlens array 2 on the left side is slightly inclined (about 1/1000 of several degrees) with respect to the rightmost microlens array 2, the exposure position is shifted by about 1 ⁇ m. Can do. Therefore, the pattern with a spacing of 70 ⁇ m can be shifted by 1 ⁇ m simply by tilting the microlens array 2 at a very small angle. Note that the method of tilting the microlens array 2 for eliminating the pattern displacement is not limited to that shown in FIG.
  • the exposure position can be aligned with the exposure pattern in the lower layer. That is, in the present embodiment, the positional deviation between the lower layer pattern and the exposure pattern can be corrected by tilting the microlens array during the exposure in the exposure apparatus, and the positional deviation is corrected in real time to achieve high accuracy. Multiple exposures can be performed.
  • the exposure light various kinds of light such as pulsed laser light or continuous light such as a mercury lamp can be used.
  • the line CCD camera 23 uses a light irradiation unit that irradiates the substrate and a line CCD sensor that detects reflected light, and the substrate is irradiated with observation light from the camera 23 by the dichroic mirror 22.
  • Light may be irradiated from below the substrate, and an image of the first layer exposure pattern formed on the substrate may be input to the line CCD sensor and detected.
  • the image on the substrate is not limited to being detected by the line CCD sensor, and the image on the substrate can also be detected by a two-dimensional sensor.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the line sensor of the line CCD camera 23 is arranged so that the detection region 17 is inclined with respect to the scan direction 5, thereby performing image processing, thereby An image in the hexagonal field stop 12 that is continuous without interruption is detected in the whole area in the direction perpendicular to 5, but the line sensors are arranged in a direction perpendicular to the scanning direction 5, and three lines of the line sensors are provided.
  • a plurality of microlens arrays for projecting an erecting equal-magnification image of the mask exposure pattern onto the substrate are used, and the mask exposure pattern is formed on the substrate by adjusting the inclination angle of these microlens arrays.
  • the magnification of the image when projected onto it can be adjusted.
  • the positional deviation between the exposure pattern of the mask and the reference pattern on the substrate can be eliminated by adjusting the inclination angle of the microlens array. For this reason, this invention can expand the application object of the scanning exposure apparatus using a micro lens array, and its industrial utility value is high.
  • Substrate 2 Microlens array 2a: Microlenses 2-1 to 2-4: (Configuration) Microlens array 3: Mask 3a: Transparent substrate 3b: Cr film 4: Exposure light source 5: Scanning direction 6: Support substrate 11 Aperture stop 12: Hexagon field stop 12a: Rectangular portion 12b, 12c: Triangular portion 14 (14a, 14b, 14c), 15 (15a, 15b, 15c): Piezoelectric element 17: Detection region 20: Actuator 21: Optical system 22: Dichroic mirror 23: Line CCD camera 24: Image processing unit 25: Control unit

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Abstract

　スキャン露光装置は、複数個のマイクロレンズアレイ（２）により、マスク（３）の露光パターンが基板（１）上に投影される。このとき、基板上の画像をラインＣＣＤカメラにより検出し、基板上の第１層パターンを基準パターンとして、マスクの露光パターンがこの基準パターンと一致しているか否かを検出する。不一致の場合に、マイクロレンズアレイを基板に平行な方向から傾斜させ、マイクロレンズアレイによる基板上の露光領域を調整して、マスクの露光パターンを基準パターンに一致させる。これにより、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。

Description

マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置
　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。なお、図６に示すマイクロレンズの配置においては、３列単位でマイクロレンズの列を設け、スキャン方向５に関して合計３の整数倍のマイクロレンズの列を設けることが、均一な光量分布を得るために必要である。しかし、例えば、４列単位でマイクロレンズの列を設けることもできる。この場合は、（１列目の右側三角形部分＋２列目の左側三角形部分）、（２列目の右側三角形部分＋３列目の左側三角形部分）、（３列目の右側三角形部分＋４列目の左側三角形部分）、（４列目の右側三角形部分＋１列目の左側三角形部分）が、夫々、スキャン方向５に重なるように、マイクロレンズが配置される。
　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。
　本発明においては、マスクの露光パターンの正立等倍像を基板上に投影するマイクロレンズアレイを複数個使用し、それらのマイクロレンズアレイの傾斜角度を調整することにより、マスクの露光パターンが基板上に投影されたときの像の倍率を調整することができる。また、マスクの露光パターンと基板上の基準パターンとの間の位置ずれを、マイクロレンズアレイの傾斜角度を調整することにより、解消することができる。このため、本発明は、マイクロレンズアレイを使用したスキャン露光装置の適用対象を拡大することができ、産業上の利用価値が高い。
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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