JP2001125284A - 分割逐次近接露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来にない高精度の分割逐次近接露光装置を
低コストで提供する。 【解決手段】 被露光材に対し平行光を照射するパター
ン露光用の照明光学系を備えた露光手段３と、被露光材
を載置するワークステージ２と、マスクを載置するマス
クステージ１と、前記マスクを被露光材上のつなぎ露光
位置に対向させるようにワークステージ２とマスクステ
ージ１とを相対的に位置決めするステージ送り機構７
と、前記マスクと被露光材との対向面間のすき間を調整
するギャップ調整手段６と、ステージ送り機構７による
送り方向を基準としてマスクの向きをパターン面内で調
整するマスク位置調整手段１４とを備え、前記マスク又
は前記ワークステージ２に、つなぎ方向と略直交する方
向に互いに離間配置された一対のアライメントマークを
前記つなぎ方向に所定の間隔をあけて複数対設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶基板、
液晶ディスプレイ用カラーフィルタなどのような基板に
マスクのパターンを焼き付けるのに用いる近接露光装置
に関し、特に、大型基板上にマスクパターンを分割逐次
露光方式でプロキシミティ露光するのに好適な分割逐次
近接露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロキシミティ露光は、表面に感光剤を
塗布した透光性の基板をワークとし、これをプロキシミ
ティ露光装置（以下、近接露光装置という）のワークス
テージ上に保持して、所定のパターンを描いてあるマス
クステージに取り付けてあるマスクとの間の間隔（ギャ
ップ）を数１０μｍ〜数１００μｍまで近接させ、マス
クの上から平行光を照射することにより露光してワーク
面に当該マスクのパターンを焼き付けるものであり、例
えば液晶ディスプレイ用のカラーフィルタなどの露光工
程では、従来、一括露光が一般的であった。しかしなが
ら、最近は液晶ディスプレイの大画面化が進められてお
り、一括露光では対応しきれなくなって複数に分割した
マスクパターンを順次露光してつないでいく分割逐次露
光が必要になってきている。しかして、分割逐次露光の
場合は、分割の境目の整合の精度が厳しく要求されると
いう技術上の難点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
近接露光装置は基本的に一括露光方式とされており、パ
ターンを分割して露光しつなぎ合わせる分割逐次露光機
能は基本的に備えていない。一方、従来の分割逐次露光
装置は、ワークステージとマスクとの精度の良い整合機
能すなわちアライメント機能は備えておらず、何も位置
合わせの基準のない１層目の露光時において分割パター
ンの高度の整合精度を満たすことはできないという未解
決の課題がある。図１０は、アライメント機能なしで例
えば１層目であるブラックマトリックスのパターン形成
を２分割逐次露光で行った場合における、第１ショット
目の露光パターンと第２ショット目の露光パターンとの
ずれを模式的に示したものである。いま、同図（ａ）の
ように、ワークステージの送り方向に対してパターンＰ
を有するマスクＭが水平角度θだけ傾斜した状態で第１
ショット目露光を行い、次いで同図（ｂ）に示すように
ワークＷ，マスクＭを相対移動させて位置をずらした後
に第２ショット目露光を行ったとすると、同図（ｃ）に
示すように、ワークＷ上に露光形成された第１，第２両
ショットによる分割パターンＰ₁ ，Ｐ₂ はともに、ワー
クステージの送り方向に対し角度θのずれが生じてしま
うことになる。

【０００４】本発明はこのような従来技術の未解決の課
題を解決するためになされたもので、従来にない高精度
で分割逐次近接露光が実現でき、もってパターンの大型
化に伴うマスクコストの増大化を防止することができる
分割逐次近接露光装置を低コストで提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る分割逐次近接露光装置は、被露光材
に対し平行光を照射するパターン露光用の照明光学系を
備えた露光手段と、被露光材を載置するワークステージ
と、マスクを載置するマスクステージと、前記マスクを
被露光材上のつなぎ露光位置に対向させるようにワーク
ステージとマスクステージとを相対的に位置決めするス
テージ送り機構と、前記マスクと被露光材との対向面間
のすき間を調整するギャップ調整手段と、前記マスク及
び前記ワークステージにつなぎ方向と交差する方向に互
いに離間配置された一対のアライメントマークと、マス
ク側アライメントマーク対とワークステージ側アライメ
ントマーク対の平面ずれ量を検出するアライメントマー
ク検出手段と、前記ステージ送り機構による送り方向を
基準としてマスクの向きをパターン面内で調整するマス
ク位置調整手段と、前記アライメントマーク検出手段に
よって検出された平面ずれ量に応じて前記マスク位置調
整手段を駆動制御してマスク側アライメントマークとワ
ークステージ側アライメントマークとを整合させる制御
手段とを備え、前記マスク側のアライメントマーク対及
び前記ワークステージ側のアライメントマーク対の内の
少なくとも一方のアライメントマーク対をつなぎ方向に
所定の間隔をあけて複数対設けたことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態である分割逐次近接露光装置の一部を分解した斜
視図、図２はマスクステージ部分の拡大斜視図である。
図中の符号１はマスクパターン（Ｐ）を有するマスク
（Ｍ）を保持するマスクステージ、２は前記マスクパタ
ーン（Ｐ）を焼き付けるべく感光剤を被着したガラス基
板からなるワーク（被露光材）Ｗを保持するワークステ
ージ、３はパターン露光用の露光手段としての照明光学
系である。

【０００７】照明光学系３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、その照射光を集光する
凹面鏡３２と、凹面鏡の焦点近傍に配置されたオプティ
カルインテグレータ３３と、平面ミラー３５，３６及び
凹面ミラー３７とで構成される照明光学系と、その照射
光を遮断する露光制御用シャッター３４とを備えてお
り、露光時にシャッター３４を開くと、高圧水銀ランプ
３１から照射された光Ｌが、図示のような光路を経て、
マスクステージ１に保持される図外のマスク（Ｍ）の表
面に対し垂直に照射される。

【０００８】前記マスクステージ１は、マスクステージ
ベース１１を備えて装置ベース４上にマスクステージ支
持台１２を介して固定支持されている。そのマスクステ
ージベース１１は中央部に開口１１１を有しており、そ
の開口１１１を取り囲んでマスク保持枠１３がＸ，Ｙ方
向に摺動可能に装着されている。図３はそのマスク保持
枠１３の摺動駆動構造である。図２のIII− III線断面
図である図３（ａ）に示すように、マスク保持枠１３は
マスクステージベース１１の開口１１１に沿わせて差し
込んであり、その保持枠１３の上端外周に上縁部１３１
が張設されるとともに保持枠１３の下端面には下縁部１
３２が外周に張出して固着されており、それらの上縁部
１３１及び下縁部１３２でマスクステージベース１１を
挟むようにして摺動自在に係合している。

【０００９】そして、マスクステージベース１１の上面
に、当該マスク保持枠１３をＸ，Ｙ平面内で移動させて
マスク位置をワーク面に対して調整するマスク位置調整
手段１４としてのマスク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ
と二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙとが設置されている。
前者１４ｘによりＸ軸方向の調整を、後者の二つの１４
ｙによりＹ軸方向及びＺ軸まわりの揺動方向の調整を行
う。各マスク保持枠駆動装置１４ｘ，１４ｙは、いずれ
も駆動用アクチュエータ（この実施形態では電動アクチ
ュエータ）１４１と、その軸方向に伸縮するロッド１４
１ｒの先端にピン支持機構１４２を介して係合された直
動案内軸受（リニアガイド）１４３とを備えて構成され
ている。

【００１０】当該リニアガイドのスライダ１４３ｓが前
記ピン支持機構１４２に係合し、その案内レール１４３
ｒの方は平面図である図３（ｂ）に示すようにマスク保
持枠１３の側面に固定して取り付けられている。この可
動のマスク保持枠１３の下面に、マスクパターンが描か
れているマスクＭが図外の真空式吸着装置を介して着脱
自在に保持される。その保持状態で、マスクＭの下面は
マスクステージベース１１の下面より下に位置させてい
る。このようにマスクＭの下面を下方に突出させている
ので、ワークステージ２をＹ軸方向に移動させる場合、
Ｚ軸方向の退避は必要最小限とすることができる。

【００１１】上記マスク保持枠１３の相対する左右二辺
の内側には、マスクＭとワークとの間のギャップを測定
するためのギャップセンサ１５と、ワークステージ２に
形成されたワークステージ側アライメントマーク７５
（後述する。）とマスクＭに形成されたマスク側アライ
メントマーク７６（後述する。）との平面ずれ量を検出
するアライメントマーク検出手段としてのアライメント
カメラ１６とが、いずれも移動機構１７を介してＸ軸方
向に移動可能に配置されている。

【００１２】具体的には、当該ギャップセンサ・アライ
メントカメラ移動機構１７は、マスク保持枠１３の左右
一対の枠上面に沿ってＸ軸方向に移動可能に配設した二
台の保持架台１７１，１７１と、その一端側を支持する
リニアガイド１７２と、マスクステージベース１１上に
設置したその案内レール１７２ｒ上を移動する図示され
ないスライダを駆動する前記同様の駆動用アクチュエー
タ１７３とで構成され、そのスライダに保持架台１７１
が固定され、該保持架台１７１に各ギャップセンサ１５
及びアライメントカメラ１６が取り付けてある。そし
て、駆動用アクチュエータ（この場合、モータ，ボール
ねじ及びリニアガイドからなるもの）１７３を駆動する
ことにより、保持架台１７１を介して各ギャップセンサ
１５及びアライメントカメラ１６をＸ軸方向に移動させ
る。

【００１３】なお、マスクステージベース１１には、マ
スクＭの端部を必要に応じて遮蔽するマスキングアパー
チャ（遮蔽板）１８がマスク保持枠１３の開口部内のマ
スクＭより上方に設置されており、モータ，ボールねじ
及びリニアガイドよりなるマスキングアパーチャ駆動装
置１８１によりＹ軸方向に移動可能とされている。この
マスキングアパーチャ（遮蔽板）１８は、本出願人が先
に出願した（特願平１０−４２４５１号）大型基板のパ
ターン転写方法に記載されているように、多数のパター
ンが規則的に配列された長方形の露光パターンを、その
長辺方向両端部の端部パターンと、その内側のパターン
とに分けて、その内側パターンを長辺方向で等分に分割
して分割逐次露光するにあたり、この分割された一つの
分割パターン及びその両側部に設けた前記端部パターン
を一個のマスクに形成すると共に、当該マスクを用いて
内側パターンを分割逐次露光する際にマスク両側部の前
記端部パターンを遮蔽するのに用いる。

【００１４】前記ワークステージ２は、マスクＭとワー
クＷとの対向面間のすき間を所定量に調整するギャップ
調整手段としてのＺ軸送り台６と、その上に重ねて配設
されワークステージ２をＹ軸方向に移動させるワークス
テージ送り機構７とを備えて装置ベース４上に可動に支
持されている。前記Ｚ軸送り台６は、装置ベース４上に
立設された上下粗動装置６１で支持したＺ軸粗動ステー
ジ６２と、その上に上下微動装置６３を介して支持した
Ｚ軸微動ステージ６４とで構成されている。前記上下粗
動装置６１には例えば空圧シリンダを用い、単純な上下
動作を行うことにより予め設定した位置までＺ軸粗動ス
テージ６２をギャップの計測無しに上昇／下降させる。

【００１５】一方、前記上下微動装置６３は、モータと
ボールねじとくさびとを組み合わせてなる可動くさび機
構になっている。すなわち、本実施形態では、例えばモ
ータ６３１をＺ軸粗動ステージ６２の上面に設置してボ
ールねじのねじ軸６３２を回転駆動させるようにすると
共にボールねじナット６３３をくさび状に形成し、その
くさび状ナット６３３の斜面をＺ軸微動ステージ６４の
下面に突設したくさび６４１の斜面と係合させて構成し
た可動くさび機構６３をもって上下微動装置としてい
る。そのねじ軸６３２を回転駆動させると、くさび状ナ
ット６３３が図示されないガイドにより案内されてＹ軸
方向に移動し、この水平微動運動が両くさび６３３，６
４１の斜面作用により高精度の上下微動運動に変換され
る。この可動くさび機構６３からなる上下微動装置を３
台使用して、Ｚ軸微動ステージ６４のＹ軸方向の一端側
に２台を配置すると共に他端側に１台を配置し、それぞ
れを独立に駆動制御する構成にしている。これにより、
上下微動装置６３は、ギャップを計測しつつ目標値まで
Ｚ軸微動ステージ６４の高さを微調整する機能に加え
て、その水平面に対する傾斜の微調整を行うチルト機能
をも有するものになっている。

【００１６】分割逐次露光を行う場合には、仮に上記ワ
ークステージ２の送り誤差が全くない場合でも、マスク
Ｍのマスクパターンの向きがワークステージ２の送り方
向（Ｙ軸方向）とずれていると、つなぎ露光で分割形成
されたパターン同士の継ぎ目がずれて整合しない。しか
し、前記のように、マスクＭは真空式吸引装置を介して
マスク保持枠１３の下面に吸着保持させるのであるが、
この吸着保持させる際にマスクパターンの向きと前記ワ
ークステージ送り機構７によるワークステージ２の送り
方向（Ｙ軸方向）とを精度よく合わせることは困難であ
る。さらに、ワークステージ送り機構７によるワークス
テージ２の送り時に生じる送り誤差に起因して前半のパ
ターンと後半のパターンとがずれてしまうという問題も
ある。

【００１７】そこで、この実施の形態では、図７を参照
して、ワークステージ２（詳しくはステージ上に設置さ
れているワークチャック）の上面に例えば十字形状のワ
ークステージ側アライメントマーク７５を少なくとも一
対Ｘ軸方向に離間して設け、一方、マスクＭには、前記
ワークステージ側アライメントマーク７５対に対応させ
たマスク側アライメントマーク７６対をつなぎピッチに
等しい間隔（この実施の形態ではステップ量間隔）でＹ
軸方向に複数対（この実施の形態では二分割逐次露光で
あるため２対、ｎ分割逐次露光の場合はｎ対）設けてい
る。

【００１８】そして、第１ショット目の露光の前は、ワ
ークステージ側アライメントマーク７５と図７（ａ）に
おいて上側のマスク側アライメントマーク７６との平面
ずれ量をアライメントマーク検出手段としてのアライメ
ントカメラ１６により検出し、該検出平面ずれ量に応じ
て図示しない制御手段によりマスク位置調整手段１４と
してのマスク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及び二台の
Ｙ軸方向駆動装置１４ｙの駆動を制御してワークステー
ジ側アライメントマーク７５とマスク側アライメントマ
ーク−ク７６との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致
するように、マスク保持枠１３の位置調整を行い、ま
た、第２ショット目の露光の前、即ち、ワークステージ
送り機構７によってワークステージ２をＹ軸方向につな
ぎピッチ分だけ相対的に移動させた場合は、ワークステ
ージ側アライメントマーク７５と図７（ｃ）において下
側のマスク側アライメントマーク７６との平面ずれ量を
アライメントマーク検出手段としてのアライメントカメ
ラ１６により検出し、該検出平面ずれ量に応じて図示し
ない制御手段によりマスク位置調整手段１４としてのマ
スク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及び二台のＹ軸方向
駆動装置１４ｙの駆動を制御してワークステージ側アラ
イメントマーク７５とマスク側アライメントマーク−ク
７６との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致するよう
に、マスク保持枠１３の位置調整を行う。

【００１９】ワークステージ送り機構７は、Ｚ軸微動ス
テージ６４の上面にＹ軸方向に平行に延設した二組のリ
ニアガイド７１と、そのリニアガイド７１の図示されな
いスライダに取り付けたＹ軸送り台７２と、Ｙ軸送り駆
動装置７３とを備え、その送り駆動装置７３のモータ７
３１で回転駆動されるボールねじ軸７３２に螺合した図
外のボールねじナットに前記Ｙ軸送り台７２を連結して
構成されている。そして、このＹ軸送り台７２の上に
は、ワークステージ２が取り付けられている。

【００２０】ここで、本実施の形態にいうワークステー
ジ２の送り誤差について説明すると、いまワークステー
ジ２をＹ軸方向に所定の距離だけ送る場合の送り誤差と
しては、送り位置（距離）の誤差以外に、真直度とワー
クステージ面の傾きとがあり得る。前者の真直度とは、
送り始点を通るＹ軸と実際の送り進行方向直線との間の
送り終点におけるずれ量（Ｘ−Ｚ平面内の）であり、Ｘ
軸方向成分ΔＸとＺ軸方向成分ΔＺとからなる。後者の
ワークステージ面の傾きは、ワークステージ２の移動時
のヨーイング（Ｚ軸回りの回動），ピッチング（Ｘ軸回
りの回動），ローリング（Ｙ軸回りの回動）等により発
生するもので、ヨーイングではワークステージ面が水平
のまま左右いずれかに首振りしてＹ軸に対し角度θだけ
ずれる。また、ピッチングではワークステージ面が進行
方向の前後に所定角度傾斜する。さらに、ローリングで
はワークステージ面が水平に対し左右に所定角度傾斜す
る。これらの誤差は、例えば案内装置であるリニアガイ
ドの精度等にかかわり発生するものである。

【００２１】これらの送り誤差のうち、ヨーイングと真
直度のＸ軸方向成分ΔＸ、及びＹ軸方向位置の誤差は、
アライメントカメラ１６で求めることができる。その
他、真直度のＺ軸方向成分ΔＺ，ピッチング，ローリン
グは三台のギャップセンサ１５により知ることができ
る。また、本実施形態の分割逐次近接露光装置にあって
は、ワークステージ側アライメントマーク７５とマスク
側アライメントマーク７６との平面ずれ量の検出ひいて
は両マーク７５の整合を、先に述べたアライメントマー
ク検出手段であるアライメントカメラ１６により高精度
に且つ容易に行えるようにしている。

【００２２】すなわち、図４に示すように、マスクＭの
表面に設けられたマスク側アライメントマーク７６をマ
スク裏面側から光学的に検出するアライメントカメラ１
６を、ピント調整機構１６１によりマスクＭに対し接近
離間移動させてピントを調整するようにしている。具体
的には、ピント調整機構１６１をリニアガイド１６２，
ボールねじ１６３，モータ１６４で構成して、そのリニ
アガイドの案内レール１６２ｒをマスクステージ１（具
体的には、前記移動機構１７の保持架台１７１）に上下
に長く取り付けると共に、スライダ１６２ｓにテーブル
１６２ｔを介してアライメントカメラ１６１を固定して
いる。そして、ボールねじ１６３のねじ軸に螺合された
ナットをテーブル１６２ｔに連結させると共に、当該ね
じ軸をモータ１６４で回転駆動させるようにしてある。

【００２３】本実施形態にあっては、また、図５に示す
ように、ワークステージ２に設けてあるワークチャック
８の下方に、ワークステージ側アライメントマーク７５
を下から投影する光学系７８が、光源７８１及びコンデ
ンサーレンズ７８２を有して上記アライメントカメラ１
６の光軸に合わせて前記Ｚ軸微動ステージ６４と一体に
配設されている。なお、ワークステージ２，Ｙ軸送り台
７２には光学系７８の光路に対応する貫通孔を備えてい
る。

【００２４】さらに、本実施形態にあっては、図６に示
すように、マスクＭのアライメントマーク７６を設けた
面（マスク側アライメントマーク面Ｍ_m）の位置を検出
してアライメントカメラ１６のピントずれを防止するア
ライメント画像のベストフォーカス調整機構９を設けて
いる。このベストフォーカス調整機構９は、アライメン
トカメラ１６及びピント調整機構１６１に、ピントずれ
検出手段として前記ギャップセンサ１５を利用してお
り、このギャップセンサ１５で計測したマスク下面位置
計測値を、計算機９２で予め設定したピント位置と比較
して差を求め、その差から当該設定ピント位置からの相
対ピント位置変化量を計算し、その分だけアライメント
カメラ１６のピントを調整するようにピント調整機構１
６１によりアライメントカメラ１６を移動させるように
している。

【００２５】このベストフォーカス調整機構９を用いる
ことにより、マスクＭの板厚変化や板厚のばらつきとは
無関係に、アライメント画像の高精度のフォーカス調整
が可能となる。なお、上記図４〜図６に示したようなピ
ント調整機構１６１，テーブルマーク投影光学系７８，
ベストフォーカス調整機構９等の諸構成は、１層目分割
パターンのアライメントの高精度化に対応するものであ
るばかりでなく、２層目以降のアライメントの高精度化
にも寄与するものであり、また必ずしも分割逐次露光の
みに限らず他の露光においても有効に適用できる。ま
た、マスクＭの厚さがわかっていれば、図６のベストフ
ォーカス調整機構９を省略し、厚さに応じてピント調整
機構を動かすようにしても良い。

【００２６】次に、本実施形態の作用を説明する。例え
ば、カラーフィルタ形大型液晶ディスプレイ用のＲＧＢ
カラーフィルタに所定のパターンを形成する場合、ガラ
ス基板からなるワークＷ上に先ず各画素間を仕切るブラ
ックマトリックスのパターンをレジスト塗布，酸素遮断
膜塗布，露光，現像の各工程を経て形成する。こうして
ブラックマトリックスのパターンが形成された基板上
に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の三原色の個々のパ
ターンを各色毎に上記ブラックマトリックスのパターン
形成と同様の工程を繰り返しながら形成していく。ここ
では、最初に形成するパターンすなわちブラックマトリ
ックスのパターンを「一層目」、次にその上に重ねて形
成する三原色のいずれかのパターンを「二層目」、更に
その次に形成する三原色の他のいずれかのパターンを
「三層目」……と称する。

【００２７】いま、大型液晶ディスプレイ用のカラーフ
ィルタのガラス基板をワークＷとし、その上に一層目の
ブラックマトリックスのパターンを二分割逐次近接露光
により形成する場合を例にとって説明すると、分割逐次
近接露光装置のマスクステージ１の下面には、一層目パ
ターンが描かれているマスクＭが予め真空吸着により装
着してある。また、ワークステージ２は、Ｙ軸方向の前
進限近傍に位置し且つ最下限迄下降している。 （１）アライメントのためのギャップ調整 先ず、ギャップ調整手段であるＺ軸送り台６の上下粗動
装置６１を駆動させてワークステージ２を予め設定して
ある上方の粗動上限目標位置（例えばマスクＭの表面か
ら数ｍｍ程度の位置）まで急速上昇させる。この粗動時
には、ギャップセンサ１５によるワークチャック８の上
面（具体的にはその上に固定されたガラス製の被検部８
ｍ上面）〜マスク間のすき間間隔（ギャップ）計測は行
わない。次に、同Ｚ軸送り台６の３台の可動くさび機構
６３からなる上下微動装置を駆動させる。この微動時
は、図５に示すように、マスク側アライメントマーク７
６を設けたマスクＭの表面と、ワークステージ側アライ
メントマーク７５を設けたワークチャック８の面との間
のギャップを、ギャップセンサ１５により計測し、その
計測結果を可動くさび機構６３にフィードバックしつつ
予め設定してあるアライメント時目標ギャップ量まで正
確にワークステージ２を上昇させる。

【００２８】このように、本実施形態によれば、ギャッ
プ調整手段の上下動の速度を二速に分けて、大部分を上
下粗動装置６１で高速移動させるとともに、最終的には
可動くさび機構６３で高精度移動させるものとしたた
め、分割逐次近接露光におけるギャップ調整作業の高速
化と高精度化という相反する機能向上を同時に達成する
ことができる。なお、本実施形態のギャップ調整手段
は、分割逐次露光のみならず、その他の露光においても
適用できるもである。 （２）アライメント調整 こうして、ワークステージ２とマスクＭとを近接させた
とき、ワークＷの送り方向（Ｙ軸方向）とマスクＭとの
相対位置及び姿勢が正しく整合していない場合、例えば
図７（ａ）に示すように、ワークステージ２に対してパ
ターンを有するマスクＭが角度θだけ傾斜している場合
（ワークステージ２の向きとＹ軸方向の向きとは一致し
ているとして）、ワークステージ２側のアライメントマ
ーク７５とマスクＭ側のアライメントマーク７６とは整
合せず、ずれる。このままマスクパターンの露光，焼き
付けを行うと、その後同一ワークステージ２上に形成さ
れていく筈の分割パターンとのずれが生じて、結局精度
の良いブラックマトリックスのパターンは得られない。

【００２９】そこで、ワークステージ側アライメントマ
ーク７５とマスク側アライメントマーク７６とを整合
（アライメント）させる必要があるが、かかる整合は、
まず、アライメントマーク検出手段であるアライメント
カメラ１６を用いて行い、そのとき両マーク７５，７６
の双方にピントを合わせる。本実施形態の一層目分割露
光では、アライメントにあたり、（１）で述べたとお
り、図５に示すようにワークステージ側アライメントマ
ーク７５の投影用光学系７８で該マーク７５を下から照
射すると共に、本来は露光時に用いるギャップセンサ１
５を利用する。すなわち、ワークステージ側アライメン
トマーク７５を設けたワークチャック８の表面（被検
部）８ｍとマスク側アライメントマーク７６を設けたマ
スクＭの表面（マスク側アライメントマーク面Ｍ_m）で
ギャップを設定することにより、両マーク７５，７６に
アライメントマーク検出手段であるアライメントカメラ
１６のピントをほぼ合わせて両マーク７５，７６のずれ
を検出する。

【００３０】通常、マスクＭの板厚は規格化されてお
り、５ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍなどと決められている。
従来のアライメントカメラには本実施形態のような連続
的ピント調整機構１６１は設けられておらず、一つの固
定焦点を持つだけであるから、マスク厚の変更もしくは
ばらつきに対して即応できず、アライメントマーク検出
精度が低下するという問題を有している。しかし、本実
施形態の場合は、ピント調整機構１６１に予め上記のよ
うな種々のマスク板厚に対応するアライメントカメラ１
６のそれぞれのフォーカス位置を予めセットしておくこ
とにより、マスクＭの交換によるマスク厚の大幅な変化
に即応して、アライメントカメラ１６のピントをベスト
フォーカス位置であるマスク側アライメントマーク面Ｍ
_mに位置決めすることができる。

【００３１】また、本実施形態では、ピントずれを検出
するのに前記のとおりギャップセンサ１５を使用してお
り、これで実際のマスク下限位置を計測してその計測値
を計算機９２に出力し、計算機９２は予めマスク下面
（マスク側アライメントマーク面Ｍ_m）に設定しておい
たピント位置（目標位置）からの相対ピント位置変化量
を計算すると共に該位置変化量に応じてピント調整機構
１６１のモータ１６４の駆動を制御してアライメントカ
メラ１６の位置を補正し、これにより、例えばマスク厚
のばらつきによるピントずれを調整してマスク側アライ
メントマーク７６に対するベストフォーカスを保証する
ようにしている。

【００３２】上記のようにしてピントを適正に調整した
アライメントカメラ１６により、ワークステージ側アラ
イメントマーク７５と図７（ａ）において上側のマスク
側アライメントマーク７６との間の平面ずれ量が検出さ
れたら、図示しない制御手段がワークステージ側アライ
メントマーク７５とマスク側アライメントマーク７６と
の中心同士が一致するように検出平面ずれ量に応じてマ
スク位置調整手段１４のＸ方向駆動装置１４ｘ及び二つ
のＹ方向駆動装置１４ｙの駆動を制御し、これにより、
マスク保持枠１３の姿勢を修正して両マーク７５，７６
を図７（ｂ）に示すように正しく整合させる。 （３）ワークの挿入及び最初の露光 上記アライメント終了後、ギャップ調整手段６により一
旦ワークステージ２を必要なだけ下降させる。この状態
で、前記マスクステージ１との間の間隔（例えば６０ｍ
ｍ程度）を利用して、図外のワーク自動供給装置により
ワークＷが投入され、ワークステージ２上のワークチャ
ック８に保持される。その後、再度ギャップ調整手段６
により、マスクＭ下面とワークＷ上面とのすきまを、露
光する際に必要な所定の値となるように調整する。その
手順は、ギャップセンサ１５により計測されるのがマス
ク下面とワーク上面とのギャップである点を除けば、前
記（１）と同じ手順である。

【００３３】次に、露光手段３の露光制御用シャッター
を操作して露光を行い、マスクパターンをワークＷの所
定位置に焼き付けて、第１の分割パターンを得る。 （４）次の露光位置へのワークステージの移動 続いて、第２の分割パターンのつなぎ露光を行うため
に、ワークステージ送り機構７の送り駆動装置７３を操
作してワークステージ２を送り方向（Ｙ軸方向）につな
ぎピッチ分だけ送ってワークＷをマスクＭに対して送り
方向に相対移動させる。この際、ワークＷとの干渉を避
けるため、必要に応じてワークステージ２を必要な分だ
けＺ軸方向に下降させるようにしてもよい。 （５）ギャップ調整及びアライメント調整 上記のＹ軸方向送り時に、先にのべた要因による送り誤
差が生じるから、そのまま次の露光をすると第２の分割
パターンが位置ずれする。そこで、第２の分割パターン
の露光を行う前に、上記のようにしてピントを適正に調
整したアライメントカメラ１６により、ワークステージ
側アライメントマーク７５と図７（ｃ）において上側の
マスク側アライメントマーク７６との間の平面ずれ量が
検出されたら、図示しない制御手段がワークステージ側
アライメントマーク７５とマスク側アライメントマーク
７６との中心同士が一致するように検出平面ずれ量に応
じてマスク位置調整手段１４のＸ方向駆動装置１４ｘ及
び二つのＹ方向駆動装置１４ｙの駆動を制御し、これに
より、マスク保持枠１３の姿勢を修正して両マーク７
５，７６を図７（ｄ）に示すように正しく整合させる。 （６）第２の露光 その後、つなぎ露光を行えば、位置ずれを修正した第２
の分割パターンが得られる。

【００３４】このように、本発明の上記第１の実施形態
によれば、従来にない高精度で、１層目の分割逐次近接
露光が実現可能になるという効果が得られる。また、従
来の分割逐次露光装置のグローバルアライメントを用い
た２層目露光と同精度で、分割逐次露光の１層目露光が
可能である。更に、ワークステージ送り機構７によるワ
ークステージ２の送り時に生じる送り誤差に起因するマ
スクＭとワークＷとの平面ずれの補正を、ワークステー
ジ側アライメントマーク７５とマスク側アライメントマ
ーク７６との平均ずれ量をアライメント検出手段である
アライメントカメラ１６で検出して行うようにしている
ので、高価なレーザ干渉測長装置を用いてマスクＭとワ
ークＷとの平面ずれを検出して該ずれを補正する場合に
比べて、分割逐次露光装置の大幅なコストダウンを達成
することができる。

【００３５】次に、図８を参照して、本発明の第２の実
施の形態である分割逐次近接露光装置を説明する。な
お、装置の基本的構成は上記第１の実施の形態と同一で
あるので、重複する部分には同一符号を付してその説明
を省略する。この実施の形態は、マスクＭの下面にマス
ク側アライメントマーク７６を少なくとも一対Ｘ軸方向
に離間して設け、一方、ワークステージ２（詳しくはス
テージ上に設置されているワークチャック）の上面に
は、前記マスク側アライメントマーク７６の位置に対応
させた例えば十字形状のワークステージ側アライメント
マーク７５対をつなぎピッチに等しい間隔（この実施の
形態ではワークステージ側アライメントマーク対のＹ軸
方向の間隔Ａ＝ステップ量Ｓ）でＹ軸方向に複数対（こ
の実施の形態では二分割逐次露光であるため２対、ｎ分
割逐次露光の場合はｎ対）設けている。

【００３６】そして、第１ショット目の露光の前は、マ
スク側アライメントマーク７６と図８（ａ）において下
側のワークステージ側アライメントマーク７５との平面
ずれ量をアライメントマーク検出手段としてのアライメ
ントカメラ１６により検出し、該検出平面ずれ量に応じ
て図示しない制御手段によりマスク位置調整手段１４と
してのマスク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及び二台の
Ｙ軸方向駆動装置１４ｙの駆動を制御してワークステー
ジ側アライメントマーク７５とマスク側アライメントマ
ーク−ク７６との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致
するように、マスク保持枠１３の位置調整を行い（図８
（ｂ）参照）、また、第２ショット目の露光の前、即
ち、ワークステージ送り機構７によってワークステージ
２をＹ軸方向につなぎピッチ分だけ相対的に移動させた
場合は、ワークステージ側アライメントマーク７５と図
８（ｃ）において上側のマスク側アライメントマーク７
６との平面ずれ量をアライメントマーク検出手段として
のアライメントカメラ１６により検出し、該検出平面ず
れ量に応じて図示しない制御手段によりマスク位置調整
手段１４としてのマスク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ
及び二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙの駆動を制御してワ
ークステージ側アライメントマーク７５とマスク側アラ
イメントマーク−ク７６との中心同士が実質的にＸＹ平
面内で一致するように、マスク保持枠１３の位置調整を
行う（図８（ｄ）参照）。なお、その他の構成及び作用
効果は上記第１の実施の形態と同一であるので、その説
明を省略する。

【００３７】次に、図９を参照して、本発明の第３の実
施の形態である分割逐次近接露光装置を説明する。な
お、装置の基本的構成は上記第１の実施の形態と同一で
あるので、重複する部分には同一符号を付してその説明
を省略する。この実施の形態は、ワークステージ２（詳
しくはステージ上に設置されているワークチャック）の
上面にＸ軸方向に互いに離間して配置された例えば十字
形状のワークステージ側アライメントマーク７５対をＹ
軸方向に所定の間隔Ａで２対設け、一方、マスクＭに
は、前記ワークステージ側アライメントマーク７５対に
対応させたマスク側アライメントマーク７６対をＹ軸方
向に所定の間隔Ｈで２対設けている。また、第１ショッ
ト目の露光位置においては、図９において上側のマスク
側アライメントマーク対７６が下側のワークステージ側
アライメントマーク対７５に位置するようになってお
り、上記間隔Ａ＋上記間隔Ｈ＝ステップ量とされてい
る。

【００３８】そして、第１ショット目の露光の前は、図
９（ａ）において下側のワークステージ側アライメント
マーク７５と上側のマスク側アライメントマーク７６と
の平面ずれ量をアライメントマーク検出手段としてのア
ライメントカメラ１６により検出し、該検出平面ずれ量
に応じて図示しない制御手段によりマスク位置調整手段
１４としてのマスク保持枠Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及び
二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙの駆動を制御してワーク
ステージ側アライメントマーク７５とマスク側アライメ
ントマーク−ク７６との中心同士が実質的にＸＹ平面内
で一致するように、マスク保持枠１３の位置調整を行い
（図９（ｂ）参照）、また、第２ショット目の露光の
前、即ち、ワークステージ送り機構７によってワークス
テージ２をＹ軸方向に上記間隔Ａ＋上記間隔Ｈ分だけ相
対的に移動させた場合は、図９（ｃ）において上側のワ
ークステージ側アライメントマーク７５と下側のマスク
側アライメントマーク７６との平面ずれ量をアライメン
トマーク検出手段としてのアライメントカメラ１６によ
り検出し、該検出平面ずれ量に応じて図示しない制御手
段によりマスク位置調整手段１４としてのマスク保持枠
Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及び二台のＹ軸方向駆動装置１
４ｙの駆動を制御してワークステージ側アライメントマ
ーク７５とマスク側アライメントマーク−ク７６との中
心同士が実質的にＸＹ平面内で一致するように、マスク
保持枠１３の位置調整を行う（図９（ｄ）参照）。

【００３９】上記第３の実施の形態によれば、上記間隔
Ｈを変更することにより、第１ショット目のパターン露
光位置から第２ショット目のパターン露光位置までの距
離（ステップ量）を変更することができるので、例え
ば、サイズの異なる液晶ディスプレイ等の露光にも対応
することができる。その他の構成及び作用効果は上記第
１の実施の形態と同一であるので、その説明を省略す
る。

【００４０】なお、上記各実施形態では、１層目パター
ンを２回に分割して露光する場合について説明したが、
勿論３回以上に分けて行う場合にも適用できる。この場
合、１回目の露光に際して、マスクＭとワークＷとのギ
ャップ調整→ワークＷとマスクＭとの相対ずれの補正→
露光の手順を行い、その後は、ワークステージ送りとそ
の送り誤差の補正，露光の手順を必要回数繰り返せば良
い。さらに、Ｙ軸方向のみの分割でなく、Ｘ軸方向の分
割と組み合わせてもよく、その場合は、Ｘ軸方向送りワ
ークステージを付加すればよい。

【００４１】また、上記各実施形態では同じパターンを
有するマスクＭを１枚使用する場合のみを説明したが、
本発明はこのように同パターンの繰り返しの場合に限ら
ず、例えば遮蔽板１８を使用して、特願平１０−４２４
５１に示されるような両端部パターンを有するような場
合に対応することも可能である。更に、上記各実施形態
では、マスクステージ１をマスクステージ支持台１２で
装置ベース４に固定して取り付け、ワークステージ２の
方のみギャップ調整手段６で昇降させる構造を示した
が、これに限らず、例えばマスクステージ支持台１２を
シリンダで構成してマスクステージ１の方を昇降させる
構造にしてもよい。その場合には、上下粗動装置を有す
るＺ軸粗動ステージ６２を省略することができる。

【００４２】更に、上記各実施形態では、ワークステー
ジをＹ軸方向に移動可能な構成としたが、代わりにマス
クステージと露光手段とをＹ軸方向に移動可能な構成と
しても良い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来にない高精度で分割逐次近接露光が実現でき、もっ
てパターンの大型化に伴うマスクコストの増大化を防止
することができる分割逐次近接露光装置を低コストで提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である分割逐次近接
露光装置を説明するための一部を分解した説明的斜視図
である。

【図２】マスクステージ部分の拡大斜視図である。

【図３】（ａ）は図２のIII − III線断面図、（ｂ）は
（ａ）のｂ矢視で示す平面図である。

【図４】アライメントカメラ及び該アライメントカメラ
のピント調整機構の基本構造を示す側面図である。

【図５】ワークステージ側アライメントマークの照射光
学系を説明するための説明図である。

【図６】アライメント画像のフォーカス調整機構を説明
するための説明図である。

【図７】第１の実施の形態の作用を説明するための説明
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態である分割逐次近接
露光装置を説明するための説明図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態である分割逐次近接
露光装置を説明するための説明図である。

【図１０】アライメント機能なしで１層目のパターン形
成を２分割逐次露光で行った場合における、第１ショッ
ト目の露光パターンと第２ショット目の露光パターンと
のずれを示した概略図で、（ａ）はワークＷに対してマ
スクＭが水平角度θだけ傾斜した状態での第１ショット
目露光、（ｂ）は次にワークとマスクとを相対移動させ
た後に行った第２ショット目露光、（ｃ）はかくしてワ
ークＷ上に露光形成された第１，第２両ショットによる
分割パターンＰ₁，Ｐ₂ の位置ずれ状態を示す図であ
る。

【符号の説明】 Ｗ ワーク（被露光材） Ｍ マスク １ マスクステージ ２ ワークステージ ３ 露光手段 ６ ギャップ調整手段 ７ ワークステージ送り機構（ステージ送り機構） １４ マスク位置調整手段 １６ アライメントマーク検出手段 ７５ ワークステージ側アライメントマーク ７６ マスク側アライメントマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 GA45 KA02 KA12 KA13 KA15 KA28 LA12 LA17 5F046 AA04 BA02 EA04 EB01 EB02 ED01 FC06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被露光材に対し平行光を照射するパター
   ン露光用の照明光学系を備えた露光手段と、被露光材を
   載置するワークステージと、マスクを載置するマスクス
   テージと、前記マスクを被露光材上のつなぎ露光位置に
   対向させるようにワークステージとマスクステージとを
   相対的に位置決めするステージ送り機構と、前記マスク
   と被露光材との対向面間のすき間を調整するギャップ調
   整手段と、前記マスク及び前記ワークステージにつなぎ
   方向と交差する方向に互いに離間配置された一対のアラ
   イメントマークと、マスク側アライメントマーク対とワ
   ークステージ側アライメントマーク対の平面ずれ量を検
   出するアライメントマーク検出手段と、前記ステージ送
   り機構による送り方向を基準としてマスクの向きをパタ
   ーン面内で調整するマスク位置調整手段と、前記アライ
   メントマーク検出手段によって検出された平面ずれ量に
   応じて前記マスク位置調整手段を駆動制御してマスク側
   アライメントマークとワークステージ側アライメントマ
   ークとを整合させる制御手段とを備え、前記マスク側の
   アライメントマーク対及び前記ワークステージ側のアラ
   イメントマーク対の内の少なくとも一方のアライメント
   マーク対をつなぎ方向に所定の間隔をあけて複数対設け
   たことを特徴とする分割逐次近接露光装置。