近接露光装置及び近接露光方法
【課題】比較的簡単な計算で、マスクとワークのギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる近接露光装置及び近接露光方法を提供する。
【解決手段】ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの４箇所の座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍの座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動する。
【解決手段】ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの４箇所の座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍの座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接露光装置及び近接露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等のフラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタ基板やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板を製造する近接露光装置が種々考案されている。近接露光装置は、マスクをマスク保持部で保持すると共にワークとしての基板をワーク保持部で保持して両者を近接して対向配置する。この場合、マスクとワークのギャップが露光領域に亘って均一となるように、マスク又はワークの姿勢を制御している。
【０００３】
また、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合には、ワークより小さいマスクを用い、ワーク保持部をマスクに対して相対的にステップ移動させ、ステップ毎にマスクをワークに近接して対向配置した状態で露光用の光を照射し、マスクに描かれた複数のパターンを基板上に露光転写する、所謂、ステップ式の近接露光方式が多く用いられている。
【０００４】
例えば、ワーク保持部を動かして、ワークの姿勢を制御する場合、まず、ワークの存在する面を、仮想的な平面として計算により算出する必要がある。このため、マスクの平面を基準として、ワークまでの距離を測定し、制御対象となるワークの存在する平面を測定結果から算出する。従来の算出方法では、図８に示すように、マスクとワークのギャップを３点Ａ、Ｂ、Ｃで測定して、上記平面を測定していた。また、従来の他の算出方法として、マスクとワークのギャップを３ヶ所以上の測定点で測定して、最小二乗法によりワークの回帰平面あるいは仮想平面を平面方程式から求め、基準平面に対して平行に設定するようにした基板の傾き設定装置が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、４点以上の点でギャップを測定し、回帰平面あるいは仮想平面を平面方程式から求めることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−５６５２号公報
【特許文献２】特許第２８６０８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のようにワークの姿勢を３点Ａ、Ｂ、Ｃで測定してワークの存在する平面を求めた場合、３点でのギャップは平均化することができるものの、図８に示す点Δでのギャップは、上記平面から大きくずれている可能性が高く、ワーク露光領域の全面に亘ってギャップを平均化することができなかった。また、特許文献１、２に示す算出方法では、平面方程式の計算が複雑であり、処理時間がかかるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な計算で、マスクとワークのギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる近接露光装置及び近接露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、
前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、
被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、
前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、
前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、
を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光装置であって、
前記ギャップセンサによって測定される４箇所の測定点での前記マスク及び前記ワークとの間のギャップに基づいて、前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する制御部を備えることを特徴とする近接露光装置。
（２） 露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光方法であって、
前記ギャップセンサによって前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定する工程と、
前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する工程と、
を備えることを特徴とする近接露光方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の近接露光装置及び近接露光方法によれば、ギャップセンサによってマスク及びワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定し、４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるようにマスク駆動部とワーク駆動部の少なくとも一方を駆動するようにしたので、残りの中点でのギャップも一様となり、比較的簡単な計算で、４箇所の測定点でのマスクと基板のギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る近接露光装置を説明するための一部分解斜視図である。
【図２】図１に示す近接露光装置の正面図である。
【図３】図１に示すマスク保持部の拡大斜視図である。
【図４】ギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【図５】マスクのｚ座標をｚ＝０として、ギャップセンサの座標を示す図である。
【図６】空間上に存在する任意の４点の中点が同一平面上にあることを説明するための図である。
【図７】（ａ）は、従来のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図であり、（ｂ）は、本発明のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【図８】従来のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る露光装置及び露光方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、近接露光装置１は、マスクＭを保持するマスクステージ）１０と、ガラス基板（被露光材としてのワーク）Ｗを保持するワークステージ（ワーク保持部）２０と、パターン露光用の光を照射する照射手段としての照明光学系３０と、ワークステージ２０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動し、且つワークステージ２０のチルト調整を行うワークステージ移動機構４０と、マスクステージ１０及びワークステージ移動機構４０を支持する装置ベース５０と、を備える。
【００１３】
なお、ガラス基板Ｗ（以下、単に「ワークＷ」と称する。）は、マスクＭに対向配置されており、このマスクＭに描かれたマスクパターンを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面側）に感光剤が塗布されている。また、マスクＭは、溶融石英からなり、長方形状に形成されている。
【００１４】
説明の便宜上、照明光学系３０から説明すると、照明光学系３０は、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ３１と、この高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、この凹面鏡３２の焦点近傍に切替え自在に配置された二種類のオプチカルインテグレータ３３と、光路の向きを変えるための平面ミラー３５，３６及び球面ミラー３７と、この平面ミラー３５とオプチカルインテグレータ３３との間に配置されて照射光路を開閉制御する露光制御用シャッター３４と、を備える。
【００１５】
マスクステージ１０は、図１〜図３に示すように、中央部に矩形形状の開口部１１ａが形成されるマスクステージベース１１と、マスクステージベース１１の開口部１１ａにＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動可能に装着されるマスク保持枠（マスク保持部）１２と、マスク保持枠１２に取り付けられ、マスクＭを吸着保持するチャック部１４と、マスク保持枠１２とチャック部１４とをＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動させ、このマスク保持枠１２に保持されるマスクＭの位置を調整するマスク位置調整機構（マスク駆動部）１６と、を備える。
【００１６】
マスクステージベース１１は、装置ベース５０上に立設される支柱５１、及び支柱５１の上端部に設けられるＺ軸移動装置５２によりＺ軸方向に移動可能に支持され、ワークステージ２０の上方に配置される。Ｚ軸移動装置５２は、例えば、モータ及びボールねじ等からなる電動アクチュエータ、或いは空圧シリンダ等を備え、単純な上下動作を行うことにより、マスクステージ１０を所定の位置まで昇降させる。なお、Ｚ軸移動装置５２は、マスクＭの交換や、ワークチャック２１の清掃等の際に使用される。
【００１７】
マスク位置調整機構１６は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられる１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙと、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられる２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘと、を備える。
【００１８】
そして、マスク位置調整機構１６では、１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙを駆動させることによりマスク保持枠１２をＹ軸方向に移動させ、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘを同等に駆動させることによりマスク保持枠１２をＸ軸方向に移動させる。また、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘのどちらか一方を駆動することによりマスク保持枠１２をθ方向に移動（Ｚ軸回りの回転）させる。
【００１９】
さらに、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクＭとワークＷとの対向面間のギャップを測定するギャップセンサ１７と、マスクＭのアライメントマークとワークＷのアライメントマークを撮像するためのアライメントカメラ１８と、が設けられる。これらギャップセンサ１７及びアライメントカメラ１８は、移動機構１９を介してＸ軸，Ｙ軸方向に移動可能に保持され、マスク保持枠１２内に配置される。
【００２０】
ギャップセンサ１７は、例えば、投光部からマスクＭの下面とワークＷの上面にレーザー光を当て、各面での反射光を受光部で受けてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを検出するレーザーセンサであり、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う二辺の内側上方にＸ軸方向に互いに離間して２カ所ずつ、合計４箇所配置されている。なお、ギャップセンサ１７は、レーザーセンサなどの光学式センサに限定されず、超音波式や渦電流式など、非接触式センサであればよい。
【００２１】
これらの４個のギャップセンサ１７による測定結果に基づき、制御部７０で演算処理を行うことでマスクＭとワークＷとの対向面間の平行度のずれ量を検出することができる。この検出ずれ量に応じて、後述する互いに独立に駆動可能な３台のＺ−チルト調整機構４３によりマスクＭとワークＷとの対向面間のギャップが所定の値となるように制御される。
【００２２】
アライメントカメラ１８は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う二辺の各内側上方でＸ軸方向の略中央部にそれぞれ一カ所ずつ合計２カ所配置されおり、これらの２個のアライメントカメラ１８の画像データに基づき、制御部７０で演算処理を行うことでマスクＭとワークＷとの平面ずれ量を検出することができる。この検出平面ずれ量に応じてマスク位置調整機構１６がマスク保持枠１２をＸ，Ｙ，θ方向に移動させて該マスク保持枠１２に保持されたマスクＭのワークＷに対する向きを調整するようになっている。
【００２３】
なお、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクステージベース１１の開口部１１ａのＸ軸方向の両端部に、マスクＭの両端部を必要に応じて遮蔽するマスキングアパーチャ３８が設けられる。このマスキングアパーチャ３８は、モータ、ボールねじ、及びリニアガイド等からなるマスキングアパーチャ駆動機構３９によりＸ軸方向に移動可能とされて、マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整する。なお、マスキングアパーチャ３８は、開口部１１ａのＸ軸方向の両端部だけでなく、開口部１１ａのＹ軸方向の両端部に同様に設けてもよい。
【００２４】
ワークステージ２０は、図１及び図２に示すように、ワークステージ移動機構４０上に設置されており、ワークＷをワークステージ２０に保持するための吸着面２２を上面に有するワークチャック２１を備える。なお、ワークチャック２１は、真空吸着によりワークＷを保持している。
【００２５】
ワークステージ移動機構４０は、図２及び図３に示すように、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構４１と、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構４２と、ワークステージ２０のチルト調整を行うと共に、ワークステージ２０をＺ軸方向に微動させるＺ−チルト調整機構４３と、を備える。
【００２６】
Ｙ軸送り機構４１は、装置ベース５０の上面にＹ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４４と、リニアガイド４４によりＹ軸方向に移動可能に支持されるＹ軸テーブル４５と、Ｙ軸テーブル４５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置４６と、を備える。そして、Ｙ軸送り駆動装置４６のモータ４６ｃを駆動させ、ボールねじ軸４６ｂを回転させることにより、ボールねじナット４６ａとともにＹ軸テーブル４５をリニアガイド４４の案内レール４４ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させる。
【００２７】
また、Ｘ軸送り機構４２は、Ｙ軸テーブル４５の上面にＸ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４７と、リニアガイド４７によりＸ軸方向に移動可能に支持されるＸ軸テーブル４８と、Ｘ軸テーブル４８をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り駆動装置４９と、を備える。そして、Ｘ軸送り駆動装置４９のモータ４９ｃを駆動させ、ボールねじ軸４９ｂを回転させることにより、不図示のボールねじナットとともにＸ軸テーブル４８をリニアガイド４７の案内レール４７ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させる。
【００２８】
Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８上に設置されるモータ４３ａと、モータ４３ａによって回転駆動されるボールねじ軸４３ｂと、くさび状に形成され、ボールねじ軸４３ｂに螺合されるくさび状ナット４３ｃと、ワークステージ２０の下面にくさび状に突設され、くさび状ナット４３ｃの傾斜面に係合するくさび部４３ｄと、を備える。そして、本実施形態では、Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８のＸ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台（図１の奥手側、図２参照。）の計３台設置され、それぞれが独立して駆動制御されている。なお、Ｚ−チルト調整機構４３の設置数は任意である。
【００２９】
そして、Ｚ−チルト調整機構４３では、モータ４３ａによりボールねじ軸４３ｂを回転駆動させることによって、くさび状ナット４３ｃがＸ軸方向に水平移動し、この水平移動運動がくさび状ナット４３ｃ及びくさび部４３ｄの斜面作用により高精度の上下微動運動に変換されて、くさび部４３ｄがＺ方向に微動する。従って、３台のＺ−チルト調整機構４３を同じ量だけ駆動させることにより、ワークステージ２０をＺ軸方向に微動することができ、また、３台のＺ−チルト調整機構４３を独立して駆動させることにより、ワークステージ２０のチルト調整を行うことができる。これにより、ワークステージ２０のＺ軸，チルト方向の位置を微調整して、マスクＭとワークＷとを所定の間隔を存して平行に対向させることができる。
【００３０】
さらに、近接露光装置１には、図１及び図２に示すように、ワークステージ２０の位置を検出する位置測定装置であるレーザー測長装置６０が設けられる。このレーザー測長装置６０は、ワークステージ移動機構４０の駆動に際して発生するワークステージ２０の移動距離を測定するものである。
【００３１】
レーザー測長装置６０は、ステー（不図示）に固定されてワークステージ２０のＸ軸方向側面に沿うように配設されるＸ軸用ミラー６４と、ステー７１に固定されてワークステージ２０のＹ軸方向側面に沿うように配設されるＹ軸用ミラー６５と、装置ベース５０のＸ軸方向端部に配設され、レーザー光（計測光）をＸ軸用ミラー６４に照射し、Ｘ軸用ミラー６４により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測するＸ軸測長器（測長器）６１及びヨーイング測定器（測長器）６２と、装置ベース５０のＹ軸方向端部に配設され、レーザー光をＹ軸用ミラー６５に照射し、Ｙ軸用ミラー６５により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測する１台のＹ軸測長器（測長器）６３と、を備える。
【００３２】
そして、レーザー測長装置６０では、Ｘ軸測長器６１、ヨーイング測定器６２、及びＹ軸測長器６３からＸ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５に照射されたレーザー光が、Ｘ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５で反射されることにより、ワークステージ２０のＸ軸，Ｙ軸方向の位置が高精度に計測される。また、Ｘ軸方向の位置データはＸ軸測長器６１により、θ方向の位置はヨーイング測定器６２により測定される。なお、ワークステージ２０の位置は、レーザー測長装置６０により測定されたＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びθ方向の位置を加味して、適宜補正を加えることにより算出される。
【００３３】
また、図１に示す制御部７０は、上述したマスク位置調整機構１６、ワークステージ移動機構４０（Ｙ軸送り機構４１、Ｘ軸送り機構４２、及びＺ−チルト調整機構４３）、移動機構１９、及びマスキングアパーチャ駆動機構３９等を駆動制御する。
【００３４】
本実施形態では、Ｚ−チルト調整機構４３及び制御部７０により本発明のギャップ調整手段が構成されている。このギャップ調整手段は、マスクＭのパターンを１枚目のワークＷに露光転写する際には、ギャップセンサ１７の計測値に基づいてギャップが予め定められた第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させると共に、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さを検出して、これを第２の目標値として制御部７０の記憶領域に記憶する。そして、２枚目以降のワークＷにマスクＭのパターンを露光転写する際には、ワークステージ２０の高さが先に記憶した第２の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。
【００３５】
具体的に、このように構成された近接露光装置１を用いて、ワークＷを露光する際には、まず、プリアライメント後の１枚目のワークＷがワークステージ２０に搬送されて、露光位置に保持される。そして、マスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップをギャップセンサ１７で計測し、この計測値に基づいてギャップが予め定められた第１の目標値となるように制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。
【００３６】
そして、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さ（例えば、エンコーダ等により検出されたＺ−チルト調整機構４３のモータ４３ａの回転数や停止位相等）を検出して、１ショット目の第２の目標値として制御部７０の記憶領域に記憶する。次に、ギャップが第１の目標値となった状態で、照明光学系３０から１ショット目（１カ所目）の露光用の光をマスクＭ及びワークＷに垂直な平行光として照射して、マスクＭのパターンをワークＷに露光転写する。
【００３７】
なお、２層目以降の露光においては、ギャップが第１の目標値になった状態でマスクＭ側のアライメントマークとワークＷに露光転写されたアライメントマークとをアライメントカメラ１８で撮像しながら位置合わせ（アライメント）を行い、照明光学系３０から１ショット目の露光用の光をマスクＭを介して照射して該マスクＭのパターンをワークＷに露光転写する。
【００３８】
１ショット目の露光後、制御部７０は、Ｚ−チルト調整機構４３によりワークステージ２０を下降させてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを一定量拡大し、この状態で、ワークステージ２０をマスクＭに対して１ステップ量だけ送り、２ショット目の露光位置に移動させる。そして、再び、ギャップセンサ１７で計測したギャップが第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。そして、ギャップが第１の目標値に設定されたとき、２ショット目のワークステージ２０の高さを、第２の目標値（２ショット目の）として記憶領域に記憶すると共に、２ショット目の露光転写を行う。
【００３９】
以下、上記と同様にして３ショット目以降の露光転写を行う。即ち、各ショットにおいて、ギャップセンサ１７で計測したギャップが第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させると共に、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さを、第２の目標値として記憶領域に記憶する。これにより、制御部７０の記憶領域には、ショットごとの第２の目標値が記憶される。
【００４０】
このようにして、全ての領域の露光終了後、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３によりワークステージ２０を下降させてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを一定量拡大し、この状態で、ワークＷを装置外に搬送して１枚目のワークＷのステップ露光を終了する。
【００４１】
ここで、マスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップの制御について、詳細に説明する。本実施形態での制御部７０は、ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの４箇所のｘ、ｙ座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するギャップ制御を行う。
【００４２】
即ち、従来のギャップ制御と同様、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標をもとに、ワークＷの存在する平面を求め、該平面のギャップが目標値となるように制御する。ここで、ギャップセンサの位置は、図５に示すように、マスク中心を原点として（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）となっており、また、マスク面のｚ座標を０としている。ワークＷの平面上の任意の点のｘ、ｙ座標に対する高さｚ座標は、平面方程式：
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０
により表される。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。そして、中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標と、測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでのギャップに基づく中点Ｋ、Ｌ、Ｍでのｚ座標（各辺の両端での測定点の平均値）を入れて、定数ａ、ｂ、ｃ、ｄが求められる。そして、制御部７０によって、中点Ｋ，Ｌ，Ｍの各ギャップが一様となるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動して、マスクＭに対してワークＷを平行とする。
【００４３】
なお、マスク面のｚ座標を０としているので、計測したギャップは、ワークＷのｚ座標として与えられる。即ち、マスクＭのうねりなどによる実際のマスクＭのｚ座標の値もワークＷのｚ座標として算出される。そして、このように３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにギャップ制御すると、残りの中点Ｎでのギャップも一様となる。
【００４４】
以下に、空間上に存在する任意の４点の中点は同一平面上にあることを証明する。
【００４５】
平面の方程式を
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０
とする時、３点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）からできる平面方程式の係数は、
ａ＝{（ｙ２−ｙ１）×（ｚ３−ｚ１）}−{（ｚ２−ｚ１）×（ｙ３−ｙ１）}
ｂ＝{（ｚ２−ｚ１）×（ｘ３−ｘ１）}−{（ｘ２−ｘ１）×（ｚ３−ｚ１）}
ｃ＝{（ｘ２−ｘ１）×（ｙ３−ｙ１）}−{（ｙ２−ｙ１）×（ｘ３−ｘ１）}
ｄ＝−{（ｘ１×ａ）＋（ｙ１×ｂ）＋（ｚ１×ｃ）}
で求めることができる。
【００４６】
次に、図６を参照して、四角形ＡＢＣＤ、各頂点の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎについて考える。
四角形ＡＢＣＤの各頂点の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）とする時、その中点座標Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎは（（ｘ１＋ｘ２）／２、（ｙ１＋ｙ２）／２、（ｚ１＋ｚ２）／２）、（（ｘ２＋ｘ３）／２、（ｙ２＋ｙ３）／２、（ｚ２＋ｚ３）／２）、（（ｘ３＋ｘ４）／２、（ｙ３＋ｙ４）／２、（ｚ３＋ｚ４）／２）、（（ｘ４＋ｘ１）／２、（ｙ４＋ｙ１）／２、（ｚ４＋ｚ１）／２）となり、３点Ｋ、Ｌ、Ｍからできる平面方程式の係数は、
ａ＝｛（ｙ３−ｙ１）×（ｚ３−ｚ１＋ｚ４−ｚ２）｝−｛（ｚ３−ｚ１）×（ｙ３−ｙ１＋ｙ４−ｙ２）｝／４
＝｛（ｙ３−ｙ１）×（ｚ４−ｚ２）｝−｛（ｚ３−ｚ１）×（ｙ４−ｙ２）｝／４
ｂ＝｛（ｚ３−ｚ１）×（ｘ３−ｘ１＋ｘ４−ｘ２）｝−｛（ｘ３−ｘ１）×（ｚ３−ｚ１＋ｚ４−ｚ２）｝／４
＝｛（ｚ３−ｚ１）×（ｘ４−ｘ２）｝−｛（ｘ３−ｘ１）×（ｚ４−ｚ２）｝／４
ｃ＝｛（ｘ３−ｘ１）×（ｙ３−ｙ１＋ｙ４−ｙ２）｝−｛（ｙ３−ｙ１）×（ｘ３−ｘ１＋ｘ４−ｘ２）｝／４
＝｛（ｘ３−ｘ１）×（ｙ４−ｙ２）｝−｛（ｙ３−ｙ１）×（ｘ４−ｘ２）｝／４
ｄ＝−［｛（ｘ１＋ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ１＋ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ１＋ｚ２）×ｃ｝］／２
となる。
【００４７】
一方、平面ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と点（ｘ０、ｙ０、ｚ０）との距離Ｌ０は、
で求めることができる。
【００４８】
３点Ｋ、Ｌ、Ｍと点Ｎの距離の分子部分は、
△＝［｛（ｘ４＋ｘ１）×ａ｝＋｛（ｙ４＋ｙ１）×ｂ｝＋｛（ｚ４＋ｚ１）×ｃ｝］／２
−｛（ｘ１＋ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ１＋ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ１＋ｚ２）×ｃ｝］／２
＝［｛（ｘ４−ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ４−ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ４−ｚ２）×ｃ｝］／２
となり、上記ａ、ｂ、ｃを代入すると△は０になる。
以上より、点Ｎは３点Ｋ、Ｌ、Ｍによってできる平面上に存在する。これにより、４点の測定点から画成される四角形ＡＢＣＤの３つの中点Ｋ、Ｌ、Ｍから、残りの中点Ｎの位置が求められることが証明された。
【００４９】
ここで、各辺１０００［ｍｍ］の正方形ＡＢＣＤの４頂点におけるギャップを、Ａ：２５０［μｍ］、Ｂ：３２０［μｍ］、Ｃ：２７０［μｍ］、Ｄ：２９０［μｍ］と仮定した場合、従来の３点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面（図７（ａ）参照）によるギャップ制御と、本発明の４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々の中点を含む平面（図７（ｂ）参照）によるギャップ制御と、を行った。表１は、各点における座標を示し、表２は、各点における目標ギャップとの誤差を示す。なお、目標ギャップを３００［μｍ］とする。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
３点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面によるギャップ制御では、点Ａ、Ｂ、Ｃからなる平面方程式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の各定数は、ａ＝５０、ｂ＝７０、ｃ＝１００００００、ｄ＝−２６００００となり、点Ａ，Ｂ，Ｃからなる平面と点Ｄの距離は９０［μｍ］と大きい。それに対し、４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々の中点を含む平面によるギャップ制御では、点Ｋ、Ｌ、Ｍからなる平面方程式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の各定数は、ａ＝２．５、ｂ＝１２．５、ｃ＝５０００００、ｄ＝−１４１２５０となり、点Ｋ、Ｌ、Ｍからなる平面と各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとの距離はそれぞれ２２．５［μｍ］と小さく、ギャップが平均化されていることがわかる。
【００５３】
従って、本実施形態の近接露光装置１及び近接露光方法によれば、ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの４箇所のｘ、ｙ座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するようにしたので、残りの中点Ｎでのギャップも一様となる。これにより、図８に示した従来のギャップ制御と同じ３点を用いた比較的簡単な計算で、４箇所の測定点でのマスクＭとワークＷのギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる。
【００５４】
また、ギャップセンサ１７の計測値と、第１の目標値と、の差が０となるようにマスクＭとワークＷとを相対的に上下微動させるフィードバック制御を行ったときのワーク保持部２０の高さ位置を、第２の目標値として記憶するので、２枚目以降のワークＷの露光時には、ワーク保持部２０の高さ位置が、第２の目標値となるように制御するだけで、フィードバック制御を行う必要がなく、スループットの向上を図ることができる。
【００５５】
なお、本発明は前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するようにしたが、マスクＭをＺ方向に移動させるマスク駆動部を有する場合には、マスク駆動部を駆動するようにしてもよい。また、Ｚ−チルト調整機構４３とマスク駆動部の両方を相対移動させて、ギャップ調整をおこなってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 近接露光装置
１０ マスクステージ（マスク保持部）
１７ ギャップセンサ
２０ ワークステージ（ワーク保持部）
３０ 照明光学系（照射手段）
４０ ワークステージ移動機構（ワーク駆動部）
４３ Ｚ−チルト調整機構（ギャップ調整手段）
７０ 制御部（ギャップ調整手段、板厚差算出手段）
７６ 板厚測定器（板厚差算出手段）
Ｍ マスク
Ｗ ガラス基板（被露光材としてのワーク）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接露光装置及び近接露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等のフラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタ基板やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板を製造する近接露光装置が種々考案されている。近接露光装置は、マスクをマスク保持部で保持すると共にワークとしての基板をワーク保持部で保持して両者を近接して対向配置する。この場合、マスクとワークのギャップが露光領域に亘って均一となるように、マスク又はワークの姿勢を制御している。
【０００３】
また、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合には、ワークより小さいマスクを用い、ワーク保持部をマスクに対して相対的にステップ移動させ、ステップ毎にマスクをワークに近接して対向配置した状態で露光用の光を照射し、マスクに描かれた複数のパターンを基板上に露光転写する、所謂、ステップ式の近接露光方式が多く用いられている。
【０００４】
例えば、ワーク保持部を動かして、ワークの姿勢を制御する場合、まず、ワークの存在する面を、仮想的な平面として計算により算出する必要がある。このため、マスクの平面を基準として、ワークまでの距離を測定し、制御対象となるワークの存在する平面を測定結果から算出する。従来の算出方法では、図８に示すように、マスクとワークのギャップを３点Ａ、Ｂ、Ｃで測定して、上記平面を測定していた。また、従来の他の算出方法として、マスクとワークのギャップを３ヶ所以上の測定点で測定して、最小二乗法によりワークの回帰平面あるいは仮想平面を平面方程式から求め、基準平面に対して平行に設定するようにした基板の傾き設定装置が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、４点以上の点でギャップを測定し、回帰平面あるいは仮想平面を平面方程式から求めることが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−５６５２号公報
【特許文献２】特許第２８６０８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のようにワークの姿勢を３点Ａ、Ｂ、Ｃで測定してワークの存在する平面を求めた場合、３点でのギャップは平均化することができるものの、図８に示す点Δでのギャップは、上記平面から大きくずれている可能性が高く、ワーク露光領域の全面に亘ってギャップを平均化することができなかった。また、特許文献１、２に示す算出方法では、平面方程式の計算が複雑であり、処理時間がかかるという課題があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な計算で、マスクとワークのギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる近接露光装置及び近接露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、
前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、
被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、
前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、
前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、
を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光装置であって、
前記ギャップセンサによって測定される４箇所の測定点での前記マスク及び前記ワークとの間のギャップに基づいて、前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する制御部を備えることを特徴とする近接露光装置。
（２） 露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光方法であって、
前記ギャップセンサによって前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定する工程と、
前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する工程と、
を備えることを特徴とする近接露光方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の近接露光装置及び近接露光方法によれば、ギャップセンサによってマスク及びワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定し、４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるようにマスク駆動部とワーク駆動部の少なくとも一方を駆動するようにしたので、残りの中点でのギャップも一様となり、比較的簡単な計算で、４箇所の測定点でのマスクと基板のギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る近接露光装置を説明するための一部分解斜視図である。
【図２】図１に示す近接露光装置の正面図である。
【図３】図１に示すマスク保持部の拡大斜視図である。
【図４】ギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【図５】マスクのｚ座標をｚ＝０として、ギャップセンサの座標を示す図である。
【図６】空間上に存在する任意の４点の中点が同一平面上にあることを説明するための図である。
【図７】（ａ）は、従来のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図であり、（ｂ）は、本発明のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【図８】従来のギャップ制御を行う際のワークの平面構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る露光装置及び露光方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、近接露光装置１は、マスクＭを保持するマスクステージ）１０と、ガラス基板（被露光材としてのワーク）Ｗを保持するワークステージ（ワーク保持部）２０と、パターン露光用の光を照射する照射手段としての照明光学系３０と、ワークステージ２０をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動し、且つワークステージ２０のチルト調整を行うワークステージ移動機構４０と、マスクステージ１０及びワークステージ移動機構４０を支持する装置ベース５０と、を備える。
【００１３】
なお、ガラス基板Ｗ（以下、単に「ワークＷ」と称する。）は、マスクＭに対向配置されており、このマスクＭに描かれたマスクパターンを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面側）に感光剤が塗布されている。また、マスクＭは、溶融石英からなり、長方形状に形成されている。
【００１４】
説明の便宜上、照明光学系３０から説明すると、照明光学系３０は、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ３１と、この高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、この凹面鏡３２の焦点近傍に切替え自在に配置された二種類のオプチカルインテグレータ３３と、光路の向きを変えるための平面ミラー３５，３６及び球面ミラー３７と、この平面ミラー３５とオプチカルインテグレータ３３との間に配置されて照射光路を開閉制御する露光制御用シャッター３４と、を備える。
【００１５】
マスクステージ１０は、図１〜図３に示すように、中央部に矩形形状の開口部１１ａが形成されるマスクステージベース１１と、マスクステージベース１１の開口部１１ａにＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動可能に装着されるマスク保持枠（マスク保持部）１２と、マスク保持枠１２に取り付けられ、マスクＭを吸着保持するチャック部１４と、マスク保持枠１２とチャック部１４とをＸ軸，Ｙ軸，θ方向に移動させ、このマスク保持枠１２に保持されるマスクＭの位置を調整するマスク位置調整機構（マスク駆動部）１６と、を備える。
【００１６】
マスクステージベース１１は、装置ベース５０上に立設される支柱５１、及び支柱５１の上端部に設けられるＺ軸移動装置５２によりＺ軸方向に移動可能に支持され、ワークステージ２０の上方に配置される。Ｚ軸移動装置５２は、例えば、モータ及びボールねじ等からなる電動アクチュエータ、或いは空圧シリンダ等を備え、単純な上下動作を行うことにより、マスクステージ１０を所定の位置まで昇降させる。なお、Ｚ軸移動装置５２は、マスクＭの交換や、ワークチャック２１の清掃等の際に使用される。
【００１７】
マスク位置調整機構１６は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられる１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙと、マスク保持枠１２のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられる２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘと、を備える。
【００１８】
そして、マスク位置調整機構１６では、１台のＹ軸方向駆動装置１６ｙを駆動させることによりマスク保持枠１２をＹ軸方向に移動させ、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘを同等に駆動させることによりマスク保持枠１２をＸ軸方向に移動させる。また、２台のＸ軸方向駆動装置１６ｘのどちらか一方を駆動することによりマスク保持枠１２をθ方向に移動（Ｚ軸回りの回転）させる。
【００１９】
さらに、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクＭとワークＷとの対向面間のギャップを測定するギャップセンサ１７と、マスクＭのアライメントマークとワークＷのアライメントマークを撮像するためのアライメントカメラ１８と、が設けられる。これらギャップセンサ１７及びアライメントカメラ１８は、移動機構１９を介してＸ軸，Ｙ軸方向に移動可能に保持され、マスク保持枠１２内に配置される。
【００２０】
ギャップセンサ１７は、例えば、投光部からマスクＭの下面とワークＷの上面にレーザー光を当て、各面での反射光を受光部で受けてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを検出するレーザーセンサであり、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う二辺の内側上方にＸ軸方向に互いに離間して２カ所ずつ、合計４箇所配置されている。なお、ギャップセンサ１７は、レーザーセンサなどの光学式センサに限定されず、超音波式や渦電流式など、非接触式センサであればよい。
【００２１】
これらの４個のギャップセンサ１７による測定結果に基づき、制御部７０で演算処理を行うことでマスクＭとワークＷとの対向面間の平行度のずれ量を検出することができる。この検出ずれ量に応じて、後述する互いに独立に駆動可能な３台のＺ−チルト調整機構４３によりマスクＭとワークＷとの対向面間のギャップが所定の値となるように制御される。
【００２２】
アライメントカメラ１８は、マスク保持枠１２のＸ軸方向に沿う二辺の各内側上方でＸ軸方向の略中央部にそれぞれ一カ所ずつ合計２カ所配置されおり、これらの２個のアライメントカメラ１８の画像データに基づき、制御部７０で演算処理を行うことでマスクＭとワークＷとの平面ずれ量を検出することができる。この検出平面ずれ量に応じてマスク位置調整機構１６がマスク保持枠１２をＸ，Ｙ，θ方向に移動させて該マスク保持枠１２に保持されたマスクＭのワークＷに対する向きを調整するようになっている。
【００２３】
なお、マスクステージベース１１の上面には、図３に示すように、マスクステージベース１１の開口部１１ａのＸ軸方向の両端部に、マスクＭの両端部を必要に応じて遮蔽するマスキングアパーチャ３８が設けられる。このマスキングアパーチャ３８は、モータ、ボールねじ、及びリニアガイド等からなるマスキングアパーチャ駆動機構３９によりＸ軸方向に移動可能とされて、マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整する。なお、マスキングアパーチャ３８は、開口部１１ａのＸ軸方向の両端部だけでなく、開口部１１ａのＹ軸方向の両端部に同様に設けてもよい。
【００２４】
ワークステージ２０は、図１及び図２に示すように、ワークステージ移動機構４０上に設置されており、ワークＷをワークステージ２０に保持するための吸着面２２を上面に有するワークチャック２１を備える。なお、ワークチャック２１は、真空吸着によりワークＷを保持している。
【００２５】
ワークステージ移動機構４０は、図２及び図３に示すように、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り機構４１と、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り機構４２と、ワークステージ２０のチルト調整を行うと共に、ワークステージ２０をＺ軸方向に微動させるＺ−チルト調整機構４３と、を備える。
【００２６】
Ｙ軸送り機構４１は、装置ベース５０の上面にＹ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４４と、リニアガイド４４によりＹ軸方向に移動可能に支持されるＹ軸テーブル４５と、Ｙ軸テーブル４５をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置４６と、を備える。そして、Ｙ軸送り駆動装置４６のモータ４６ｃを駆動させ、ボールねじ軸４６ｂを回転させることにより、ボールねじナット４６ａとともにＹ軸テーブル４５をリニアガイド４４の案内レール４４ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＹ軸方向に移動させる。
【００２７】
また、Ｘ軸送り機構４２は、Ｙ軸テーブル４５の上面にＸ軸方向に沿って設置される一対のリニアガイド４７と、リニアガイド４７によりＸ軸方向に移動可能に支持されるＸ軸テーブル４８と、Ｘ軸テーブル４８をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り駆動装置４９と、を備える。そして、Ｘ軸送り駆動装置４９のモータ４９ｃを駆動させ、ボールねじ軸４９ｂを回転させることにより、不図示のボールねじナットとともにＸ軸テーブル４８をリニアガイド４７の案内レール４７ａに沿って移動させて、ワークステージ２０をＸ軸方向に移動させる。
【００２８】
Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８上に設置されるモータ４３ａと、モータ４３ａによって回転駆動されるボールねじ軸４３ｂと、くさび状に形成され、ボールねじ軸４３ｂに螺合されるくさび状ナット４３ｃと、ワークステージ２０の下面にくさび状に突設され、くさび状ナット４３ｃの傾斜面に係合するくさび部４３ｄと、を備える。そして、本実施形態では、Ｚ−チルト調整機構４３は、Ｘ軸テーブル４８のＸ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台（図１の奥手側、図２参照。）の計３台設置され、それぞれが独立して駆動制御されている。なお、Ｚ−チルト調整機構４３の設置数は任意である。
【００２９】
そして、Ｚ−チルト調整機構４３では、モータ４３ａによりボールねじ軸４３ｂを回転駆動させることによって、くさび状ナット４３ｃがＸ軸方向に水平移動し、この水平移動運動がくさび状ナット４３ｃ及びくさび部４３ｄの斜面作用により高精度の上下微動運動に変換されて、くさび部４３ｄがＺ方向に微動する。従って、３台のＺ−チルト調整機構４３を同じ量だけ駆動させることにより、ワークステージ２０をＺ軸方向に微動することができ、また、３台のＺ−チルト調整機構４３を独立して駆動させることにより、ワークステージ２０のチルト調整を行うことができる。これにより、ワークステージ２０のＺ軸，チルト方向の位置を微調整して、マスクＭとワークＷとを所定の間隔を存して平行に対向させることができる。
【００３０】
さらに、近接露光装置１には、図１及び図２に示すように、ワークステージ２０の位置を検出する位置測定装置であるレーザー測長装置６０が設けられる。このレーザー測長装置６０は、ワークステージ移動機構４０の駆動に際して発生するワークステージ２０の移動距離を測定するものである。
【００３１】
レーザー測長装置６０は、ステー（不図示）に固定されてワークステージ２０のＸ軸方向側面に沿うように配設されるＸ軸用ミラー６４と、ステー７１に固定されてワークステージ２０のＹ軸方向側面に沿うように配設されるＹ軸用ミラー６５と、装置ベース５０のＸ軸方向端部に配設され、レーザー光（計測光）をＸ軸用ミラー６４に照射し、Ｘ軸用ミラー６４により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測するＸ軸測長器（測長器）６１及びヨーイング測定器（測長器）６２と、装置ベース５０のＹ軸方向端部に配設され、レーザー光をＹ軸用ミラー６５に照射し、Ｙ軸用ミラー６５により反射されたレーザー光を受光して、ワークステージ２０の位置を計測する１台のＹ軸測長器（測長器）６３と、を備える。
【００３２】
そして、レーザー測長装置６０では、Ｘ軸測長器６１、ヨーイング測定器６２、及びＹ軸測長器６３からＸ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５に照射されたレーザー光が、Ｘ軸用ミラー６４及びＹ軸用ミラー６５で反射されることにより、ワークステージ２０のＸ軸，Ｙ軸方向の位置が高精度に計測される。また、Ｘ軸方向の位置データはＸ軸測長器６１により、θ方向の位置はヨーイング測定器６２により測定される。なお、ワークステージ２０の位置は、レーザー測長装置６０により測定されたＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びθ方向の位置を加味して、適宜補正を加えることにより算出される。
【００３３】
また、図１に示す制御部７０は、上述したマスク位置調整機構１６、ワークステージ移動機構４０（Ｙ軸送り機構４１、Ｘ軸送り機構４２、及びＺ−チルト調整機構４３）、移動機構１９、及びマスキングアパーチャ駆動機構３９等を駆動制御する。
【００３４】
本実施形態では、Ｚ−チルト調整機構４３及び制御部７０により本発明のギャップ調整手段が構成されている。このギャップ調整手段は、マスクＭのパターンを１枚目のワークＷに露光転写する際には、ギャップセンサ１７の計測値に基づいてギャップが予め定められた第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させると共に、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さを検出して、これを第２の目標値として制御部７０の記憶領域に記憶する。そして、２枚目以降のワークＷにマスクＭのパターンを露光転写する際には、ワークステージ２０の高さが先に記憶した第２の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。
【００３５】
具体的に、このように構成された近接露光装置１を用いて、ワークＷを露光する際には、まず、プリアライメント後の１枚目のワークＷがワークステージ２０に搬送されて、露光位置に保持される。そして、マスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップをギャップセンサ１７で計測し、この計測値に基づいてギャップが予め定められた第１の目標値となるように制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。
【００３６】
そして、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さ（例えば、エンコーダ等により検出されたＺ−チルト調整機構４３のモータ４３ａの回転数や停止位相等）を検出して、１ショット目の第２の目標値として制御部７０の記憶領域に記憶する。次に、ギャップが第１の目標値となった状態で、照明光学系３０から１ショット目（１カ所目）の露光用の光をマスクＭ及びワークＷに垂直な平行光として照射して、マスクＭのパターンをワークＷに露光転写する。
【００３７】
なお、２層目以降の露光においては、ギャップが第１の目標値になった状態でマスクＭ側のアライメントマークとワークＷに露光転写されたアライメントマークとをアライメントカメラ１８で撮像しながら位置合わせ（アライメント）を行い、照明光学系３０から１ショット目の露光用の光をマスクＭを介して照射して該マスクＭのパターンをワークＷに露光転写する。
【００３８】
１ショット目の露光後、制御部７０は、Ｚ−チルト調整機構４３によりワークステージ２０を下降させてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを一定量拡大し、この状態で、ワークステージ２０をマスクＭに対して１ステップ量だけ送り、２ショット目の露光位置に移動させる。そして、再び、ギャップセンサ１７で計測したギャップが第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させる。そして、ギャップが第１の目標値に設定されたとき、２ショット目のワークステージ２０の高さを、第２の目標値（２ショット目の）として記憶領域に記憶すると共に、２ショット目の露光転写を行う。
【００３９】
以下、上記と同様にして３ショット目以降の露光転写を行う。即ち、各ショットにおいて、ギャップセンサ１７で計測したギャップが第１の目標値となるように、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３を制御してワークステージ２０を上下微動させると共に、ギャップが第１の目標値に設定されたときのワークステージ２０の高さを、第２の目標値として記憶領域に記憶する。これにより、制御部７０の記憶領域には、ショットごとの第２の目標値が記憶される。
【００４０】
このようにして、全ての領域の露光終了後、制御部７０がＺ−チルト調整機構４３によりワークステージ２０を下降させてマスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップを一定量拡大し、この状態で、ワークＷを装置外に搬送して１枚目のワークＷのステップ露光を終了する。
【００４１】
ここで、マスクＭの下面とワークＷの上面とのギャップの制御について、詳細に説明する。本実施形態での制御部７０は、ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの４箇所のｘ、ｙ座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するギャップ制御を行う。
【００４２】
即ち、従来のギャップ制御と同様、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標をもとに、ワークＷの存在する平面を求め、該平面のギャップが目標値となるように制御する。ここで、ギャップセンサの位置は、図５に示すように、マスク中心を原点として（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）となっており、また、マスク面のｚ座標を０としている。ワークＷの平面上の任意の点のｘ、ｙ座標に対する高さｚ座標は、平面方程式：
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０
により表される。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。そして、中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標と、測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでのギャップに基づく中点Ｋ、Ｌ、Ｍでのｚ座標（各辺の両端での測定点の平均値）を入れて、定数ａ、ｂ、ｃ、ｄが求められる。そして、制御部７０によって、中点Ｋ，Ｌ，Ｍの各ギャップが一様となるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動して、マスクＭに対してワークＷを平行とする。
【００４３】
なお、マスク面のｚ座標を０としているので、計測したギャップは、ワークＷのｚ座標として与えられる。即ち、マスクＭのうねりなどによる実際のマスクＭのｚ座標の値もワークＷのｚ座標として算出される。そして、このように３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにギャップ制御すると、残りの中点Ｎでのギャップも一様となる。
【００４４】
以下に、空間上に存在する任意の４点の中点は同一平面上にあることを証明する。
【００４５】
平面の方程式を
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０
とする時、３点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）からできる平面方程式の係数は、
ａ＝{（ｙ２−ｙ１）×（ｚ３−ｚ１）}−{（ｚ２−ｚ１）×（ｙ３−ｙ１）}
ｂ＝{（ｚ２−ｚ１）×（ｘ３−ｘ１）}−{（ｘ２−ｘ１）×（ｚ３−ｚ１）}
ｃ＝{（ｘ２−ｘ１）×（ｙ３−ｙ１）}−{（ｙ２−ｙ１）×（ｘ３−ｘ１）}
ｄ＝−{（ｘ１×ａ）＋（ｙ１×ｂ）＋（ｚ１×ｃ）}
で求めることができる。
【００４６】
次に、図６を参照して、四角形ＡＢＣＤ、各頂点の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎについて考える。
四角形ＡＢＣＤの各頂点の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、（ｘ４、ｙ４、ｚ４）とする時、その中点座標Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎは（（ｘ１＋ｘ２）／２、（ｙ１＋ｙ２）／２、（ｚ１＋ｚ２）／２）、（（ｘ２＋ｘ３）／２、（ｙ２＋ｙ３）／２、（ｚ２＋ｚ３）／２）、（（ｘ３＋ｘ４）／２、（ｙ３＋ｙ４）／２、（ｚ３＋ｚ４）／２）、（（ｘ４＋ｘ１）／２、（ｙ４＋ｙ１）／２、（ｚ４＋ｚ１）／２）となり、３点Ｋ、Ｌ、Ｍからできる平面方程式の係数は、
ａ＝｛（ｙ３−ｙ１）×（ｚ３−ｚ１＋ｚ４−ｚ２）｝−｛（ｚ３−ｚ１）×（ｙ３−ｙ１＋ｙ４−ｙ２）｝／４
＝｛（ｙ３−ｙ１）×（ｚ４−ｚ２）｝−｛（ｚ３−ｚ１）×（ｙ４−ｙ２）｝／４
ｂ＝｛（ｚ３−ｚ１）×（ｘ３−ｘ１＋ｘ４−ｘ２）｝−｛（ｘ３−ｘ１）×（ｚ３−ｚ１＋ｚ４−ｚ２）｝／４
＝｛（ｚ３−ｚ１）×（ｘ４−ｘ２）｝−｛（ｘ３−ｘ１）×（ｚ４−ｚ２）｝／４
ｃ＝｛（ｘ３−ｘ１）×（ｙ３−ｙ１＋ｙ４−ｙ２）｝−｛（ｙ３−ｙ１）×（ｘ３−ｘ１＋ｘ４−ｘ２）｝／４
＝｛（ｘ３−ｘ１）×（ｙ４−ｙ２）｝−｛（ｙ３−ｙ１）×（ｘ４−ｘ２）｝／４
ｄ＝−［｛（ｘ１＋ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ１＋ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ１＋ｚ２）×ｃ｝］／２
となる。
【００４７】
一方、平面ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と点（ｘ０、ｙ０、ｚ０）との距離Ｌ０は、
で求めることができる。
【００４８】
３点Ｋ、Ｌ、Ｍと点Ｎの距離の分子部分は、
△＝［｛（ｘ４＋ｘ１）×ａ｝＋｛（ｙ４＋ｙ１）×ｂ｝＋｛（ｚ４＋ｚ１）×ｃ｝］／２
−｛（ｘ１＋ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ１＋ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ１＋ｚ２）×ｃ｝］／２
＝［｛（ｘ４−ｘ２）×ａ｝＋｛（ｙ４−ｙ２）×ｂ｝＋｛（ｚ４−ｚ２）×ｃ｝］／２
となり、上記ａ、ｂ、ｃを代入すると△は０になる。
以上より、点Ｎは３点Ｋ、Ｌ、Ｍによってできる平面上に存在する。これにより、４点の測定点から画成される四角形ＡＢＣＤの３つの中点Ｋ、Ｌ、Ｍから、残りの中点Ｎの位置が求められることが証明された。
【００４９】
ここで、各辺１０００［ｍｍ］の正方形ＡＢＣＤの４頂点におけるギャップを、Ａ：２５０［μｍ］、Ｂ：３２０［μｍ］、Ｃ：２７０［μｍ］、Ｄ：２９０［μｍ］と仮定した場合、従来の３点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面（図７（ａ）参照）によるギャップ制御と、本発明の４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々の中点を含む平面（図７（ｂ）参照）によるギャップ制御と、を行った。表１は、各点における座標を示し、表２は、各点における目標ギャップとの誤差を示す。なお、目標ギャップを３００［μｍ］とする。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
３点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面によるギャップ制御では、点Ａ、Ｂ、Ｃからなる平面方程式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の各定数は、ａ＝５０、ｂ＝７０、ｃ＝１００００００、ｄ＝−２６００００となり、点Ａ，Ｂ，Ｃからなる平面と点Ｄの距離は９０［μｍ］と大きい。それに対し、４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々の中点を含む平面によるギャップ制御では、点Ｋ、Ｌ、Ｍからなる平面方程式：ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の各定数は、ａ＝２．５、ｂ＝１２．５、ｃ＝５０００００、ｄ＝−１４１２５０となり、点Ｋ、Ｌ、Ｍからなる平面と各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとの距離はそれぞれ２２．５［μｍ］と小さく、ギャップが平均化されていることがわかる。
【００５３】
従って、本実施形態の近接露光装置１及び近接露光方法によれば、ギャップセンサ１７によってマスクＭ及びワークＷとの間のギャップを４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで測定し、４箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって画成される四角形ＡＢＣＤの各辺の中点Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの４箇所のｘ、ｙ座標のうち、３箇所の中点Ｋ、Ｌ、Ｍのｘ、ｙ座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するようにしたので、残りの中点Ｎでのギャップも一様となる。これにより、図８に示した従来のギャップ制御と同じ３点を用いた比較的簡単な計算で、４箇所の測定点でのマスクＭとワークＷのギャップを平均化することができ、露光精度を向上することができる。
【００５４】
また、ギャップセンサ１７の計測値と、第１の目標値と、の差が０となるようにマスクＭとワークＷとを相対的に上下微動させるフィードバック制御を行ったときのワーク保持部２０の高さ位置を、第２の目標値として記憶するので、２枚目以降のワークＷの露光時には、ワーク保持部２０の高さ位置が、第２の目標値となるように制御するだけで、フィードバック制御を行う必要がなく、スループットの向上を図ることができる。
【００５５】
なお、本発明は前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるようにＺ−チルト調整機構４３を駆動するようにしたが、マスクＭをＺ方向に移動させるマスク駆動部を有する場合には、マスク駆動部を駆動するようにしてもよい。また、Ｚ−チルト調整機構４３とマスク駆動部の両方を相対移動させて、ギャップ調整をおこなってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 近接露光装置
１０ マスクステージ（マスク保持部）
１７ ギャップセンサ
２０ ワークステージ（ワーク保持部）
３０ 照明光学系（照射手段）
４０ ワークステージ移動機構（ワーク駆動部）
４３ Ｚ−チルト調整機構（ギャップ調整手段）
７０ 制御部（ギャップ調整手段、板厚差算出手段）
７６ 板厚測定器（板厚差算出手段）
Ｍ マスク
Ｗ ガラス基板（被露光材としてのワーク）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、
前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、
被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、
前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、
前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、
を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光装置であって、
前記ギャップセンサによって測定される４箇所の測定点での前記マスク及び前記ワークとの間のギャップに基づいて、前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する制御部を備えることを特徴とする近接露光装置。
【請求項２】
露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光方法であって、
前記ギャップセンサによって前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定する工程と、
前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する工程と、
を備えることを特徴とする近接露光方法。
【請求項１】
露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、
前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、
被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、
前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、
前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、
を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光装置であって、
前記ギャップセンサによって測定される４箇所の測定点での前記マスク及び前記ワークとの間のギャップに基づいて、前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する制御部を備えることを特徴とする近接露光装置。
【請求項２】
露光すべきパターンを有するマスクを保持するマスク保持部と、前記マスク保持部を駆動するマスク駆動部と、被露光材としてのワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を駆動するワーク駆動部と、前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定するギャップセンサと、前記ワークに対してパターン露光用の光を前記マスクを介して照射する照射手段と、を備え、前記マスクと前記ワークとを近接して対向配置した状態で、前記ワーク上に前記マスクのパターンを露光転写する近接露光方法であって、
前記ギャップセンサによって前記マスク及び前記ワークとの間のギャップを４箇所の測定点で測定する工程と、
前記４箇所の測定点によって画成される四角形の各辺の中点の４箇所の座標のうち、３箇所の中点の座標における各ギャップが一様になるように前記マスク駆動部と前記ワーク駆動部の少なくとも一方を駆動する工程と、
を備えることを特徴とする近接露光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６４５９５（Ｐ２０１１−１６４５９５Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９８６（Ｐ２０１１−２９８６）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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