JP4273679B2 - 分割逐次近接露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイに使用されるガラス等の材料の基板上にマスクのマスクパターンを分割逐次露光方式で近接（プロキシミティ）露光転写するのに好適な分割逐次近接露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近接露光は、表面に感光剤を塗布した透光性の基板（被露光材）を近接露光装置のワークステージ上に保持すると共に、該基板をマスクステージに保持されたマスクに接近させて両者のすき間を数１０μｍ〜数１００μｍにし、次いで、マスクの基板から離間する側から照射装置によって基板上に露光用の光を照射することにより該基板上に該マスクに描かれたマスクパターンを露光転写するようにしたものである。
【０００３】
ところで、最近では大型の液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の量産化への対応が要請されており、この場合、露光の高精度化及び高能率化が必要となる。
高能率化の一例としては、例えば、図８に示すように、一枚の基板Ｗで複数のディスプレイを作る、いわゆる多面取りという方法がある。この例では、１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗで１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面分作れるようにしている。
【０００４】
また、同じ大きさの基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）Ｗで例えば１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面分（長辺方向４×短辺方向３）作ることもでき、更には、１７インチのディスプレイ用材ＤＰを９面分、１４インチのディスプレイ用材ＤＰを１２面分作ることもできる。
一方、マスク（例えば石英ガラス）の大きさには、マスクパターンの精度やコスト面等から限界があり、基板と同じ大きさにして一括で露光するようなマスクを作ることは現状では合理的とはいえない。
【０００５】
このような事情から、従来においては、基板Ｗより小さいマスクを用い、該マスクを基板Ｗに近接して対向配置した状態で該基板Ｗをマスクに対してステップ移動させて各ステップ毎に基板Ｗに向けてパターン露光用の光を照射し、これにより、マスクに描かれた複数のマスクパターンを基板Ｗ上に露光転写して一枚の基板Ｗに複数のディスプレイ用材ＤＰを作成する、分割逐次近接露光方式が提案されている（例えば特開２０００−３５６７６号公報及び特開平９−１２７７０２号公報参照）。
【０００６】
この場合のマスクＭとしては、１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗとすると、図９（ａ）に示すように、基板Ｗの短手方向に３個のマスクパターンＰが描かれたものや、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの短手方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗの長手方向に二列（合計６個）配置されたものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数（基板の長手方向）は３回（一回目の露光位置を１ステップとする。）となり、後者では２回となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の分割逐次近接露光装置においては、どのようなマスクの大きさを選択し、どのような露光条件とした場合に露光の高精度化と高スループット化を両立できるかについての開示はなく、更なる改良の余地があった。
本発明はこのような技術的課題に着目してなされたものであり、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光する分割逐次近接露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、請求項１に係る分割逐次近接露光装置は、被露光材としての基板を保持するワークステージと、前記基板に対向配置されて該基板より小さいマスクを保持するマスクステージと、前記基板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、該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させるように前記ワークステージと前記マスクステージとを相対的にステップ移動させるワークステージ送り機構と、前記マスクと前記基板との対向面間のすき間を調整するギャップ調整手段とを備え、前記ワークステージ送り機構のステップ回数を２回以上として各ステップ毎に前記マスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光装置において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、前記照射手段が、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を切替え可能な照射領域切替手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る分割逐次近接露光装置は、請求項１において、前記照射領域切替手段は、射出角の異なる複数種のオプチカルインテグレータと、各オプチカルインテグレータの中心を前記照射手段の光軸に対して選択的に位置決め配置する切替え機構とを備えたことを特徴とする。
請求項３に係る分割逐次近接露光方法は、被露光材としての基板より小さいマスクを該基板に近接して対向配置し、前記基板を前記マスクに対して相対的にステップ移動させて該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させると共に、ステップ回数を２回以上として各ステップ毎に基板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して該マスクのマスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光方法において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図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を説明するための一部を分解した説明的斜視図、図２はマスクステージ部分の拡大斜視図、図３（ａ）は図２のIII − III線断面図、図３（ｂ）は（ａ）のｂ矢視で示す平面図、図４はアライメントカメラと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、図５はワーク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、図６はアライメント画像のフォーカス調整機構を示す構成図、図７はステップ露光を説明するための説明図、図８は１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りした基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）の平面図、図９は図８の基板に対向配置されるマスクを示す図であり、（ａ）は３ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、（ｂ）は２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、図１０は１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（長辺方向４×短辺方向３）した基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）に対向配置されるマスクを示す平面図、図１１はマスクの横（短辺）寸法を一定にした場合の該マスクの縦（長辺）寸法と自重による最大たわみ量との関係を示すグラフ図、図１２は図９（ａ），（ｂ）の各マスクを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図、図１３は図１０のマスクと図示しない４ステップ露光用マスクとを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図、図１４は照射領域切替手段による照射領域の切替え操作を説明するための図、図１５は二種類のオプチカルインテグレータを示す図、図１６は照射領域切替手段の切替え機構の一例を説明するための斜視図、図１７は切替え機構の変形例を説明するための斜視図、図１８〜図２１は本発明の他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。
【００１１】
まず、第１の実施の形態から説明すると、図１〜図７において符号１はマスクＭを保持するマスクステージ、２はガラス基板（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照射手段としての照明光学系、４はマスクステージ１及びワークステージ２を支持する装置ベースであり、ガラス基板Ｗ（以下、単に基板Ｗという。）は、マスクＭに対向配置されて該マスクＭに描かれたマスクパターンＰを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面）に感光剤が塗布されている。
【００１２】
説明の便宜上、照明光学系３から説明すると、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、該高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、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３３ａ，３３ｂと、平面ミラー３５，３６及びこれらを経由して入射する光束を平行な光束として露光面に導く曲面ミラー３７と、平面ミラー３６とオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂ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とを備えている。
【００１３】
露光時に露光制御用シャッター３４を開制御されると、高圧水銀ランプ３１から照射された光が、図１に示す光路Ｌを経て、マスクステージ１に保持されるマスクＭひいてはワークステージ２に保持される基板Ｗ（図１では共に図示せず。）の表面に対して垂直にパターン露光用の平行光として照射され、これにより、マスクＭのマスクパターンＰが基板Ｗ上に露光転写されるようになっている。
【００１４】
次に、マスクステージ１及びワークステージ２の順に説明する。
マスクステージ１はマスクステージベース１１を備えており、該マスクステージベース１１は装置ベース４から突設されたマスクステージ支持台１２に支持されてワークステージの上方に配置されている。
マスクステージベース１１は、図２に示すように、長方形状とされて中央部に開口１１１を有しており、該開口１１１にはマスク保持枠１３がＸ，Ｙ方向に移動可能に装着されている。
【００１５】
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の内周との間に所定のすき間を介して挿入されており、その上端外周にフランジ１３１が設けられると共に、下端面にはフランジ１３２が外側に張出して固着されており、各フランジ１３１，１３２間でマスクステージベース１１の肉厚を上下に挟むようにして前記すき間分だけＸ，Ｙ方向に移動可能に取り付けられている。マスク保持枠１３の下端面のフランジ１３２の内側に、マスクパターンＰが描かれているマスクＭが真空式吸着装置（図示せず。）を介して着脱自在に保持されるようになっている。かかる保持状態では、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しているので、ワークステージ２をＹ軸方向に移動させる場合、該ワークステージ２のＺ軸方向の退避を必要最小限とすることができる。
【００１６】
また、マスクステージベース１１の上面には、マスク保持枠１３をＸ，Ｙ平面内で移動させて該マスク保持枠１３に保持されたマスクＭの基板Ｗに対する位置を調整するマスク位置調整手段１４が設けられており、該マスク位置調整手段１４は、マスク保持枠１３のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられたＸ軸方向駆動装置１４ｘと、マスク保持枠１３のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられた二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙとを備えている。
【００１７】
Ｘ軸方向駆動装置１４ｘは、Ｘ軸方向に伸縮するロッド１４１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１４１と、マスク保持枠１３のＹ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１４３とを備えており、該リニアガイド１４３の案内レール１４３ｒはＹ軸方向に延びてマスク保持枠１３に固定され、該案内レール１４３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１４３ｓはロッド１４１ｒの先端にピン支持機構１４２を介して連結されている。
【００１８】
一方、Ｙ軸方向駆動装置１４ｙは、Ｙ軸方向に伸縮するロッド１４１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１４１と、マスク保持枠１３のＸ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１４３とを備えており、該リニアガイド１４３の案内レール１４３ｒはＸ軸方向に延びてマスク保持枠１３に固定され、該案内レール１４３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１４３ｓはロッド１４１ｒの先端にピン支持機構１４２を介して連結されている。そして、Ｘ軸方向駆動装置１４ｘによりマスク保持枠１３のＸ軸方向の調整を、二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙによりマスク保持枠１３のＹ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整を行う。
【００１９】
マスク保持枠１３のＸ軸方向に互いに対向する二辺の内側には、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を測定する手段としてのギャップセンサ１５と、マスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出する手段としてのアライメントカメラ１６とが配設されており、ギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６は共に移動機構１７を介してＸ軸方向に移動可能とされている。
【００２０】
移動機構１７は、マスク保持枠１３のＸ軸方向に互いに対向する二辺の上面側にはそれぞれギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６を保持する保持架台１７１がＹ軸方向に延びて配置されており、該保持架台１７１の前記Ｙ軸方向駆動装置１４ｙから離間する側の端部はリニアガイド１７２によって支持されている。リニアガイド１７２は、マスクステージベース１１上に設置されてＸ軸方向に沿って延びる案内レール１７２ｒと、該案内レール１７２ｒ上を移動するスライダ（図示せず。）とを備えており、該スライダに保持架台１７１の前記端部が固定されている。
【００２１】
そして、スライダをモータ及びボールねじからなる駆動用アクチュエータ１７３によって駆動することにより、、保持架台１７１を介してギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６がＸ軸方向に移動するようになっている。
なお、マスクステージベース１１の開口１１１のＹ軸方向の両端部にはマスク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（遮蔽板）１８がマスクＭより上方に位置して配置されており、このマスキングアパーチャ１８はモータ，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マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整できるようになっている。
【００２２】
ワークステージ２は、装置ベース４上に設置されており、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に調整するＺ軸送り台（ギャップ調整手段）６と、該Ｚ軸送り台６上に配設されてワークステージ２をＹ軸方向に移動させるワークステージ送り機構７とを備えている。
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によってＺ軸方向に粗動可能に支持されたＺ軸粗動ステージ６２と、該Ｚ軸粗動ステージ６２の上に上下微動装置６３を介して支持されたＺ軸微動ステージ６４とを備えている。上下粗動装置６１には例えば空圧シリンダが用いられ、単純な上下動作を行うことによりＺ軸粗動ステージ６２を予め設定した位置までマスクＭと基板Ｗとのすき間の計測を行うことなく昇降させる。
【００２３】
一方、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を備えており、この実施の形態では、例えばＺ軸粗動ステージ６２の上面に設置したモータ６３１によっ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て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、これにより、可動くさび機構を構成している。
【００２４】
そして、ボールねじのねじ軸６３２を回転駆動させると、くさび状ナット６３３がＹ軸方向に水平微動し、この水平微動運動が両くさび６３３，６４１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からなる上下微動装置６３は、Ｚ軸微動ステージ６４のＹ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台合計３台設置され、それぞれが独立に駆動制御されるようになっており、これにより、上下微動装置６３は、マスクＭと基板Ｗとのすき間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、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。
【００２５】
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Ｘ軸方向に互いに離間配置されてそれぞれＹ軸方向に沿って延設された二組のリニアガイド７１と、該リニアガイド７１のスライダ（図示せず。）に取り付けられたＹ軸送り台７２と、Ｙ軸送り台７２をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置７３とを備えており、Ｙ軸送り駆動装置７３のモータ７３１によって回転駆動されるボールねじ軸７３２に螺合されたボールねじナット（図示せず。）にＹ軸送り台７２が連結されている。
【００２６】
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、また、該ワークステージ２のＹ軸送り誤差を検出する送り誤差検出手段７４としてのレーザ干渉計７４３，７４４のミラー７４１，７４２が設置されている。ミラー７４１はＹ軸送り台７２の幅方向の一側でＹ軸方向に沿って延びており、ミラー７４２はＹ軸送り台７２のＹ軸方向の一端側にＸ軸方向に互いに離間して二か所配置されている。
【００２７】
送り誤差検出手段７４は、ミラー７４１に対向配置されて装置ベース４に支持された真直度検出用のレーザ干渉計７４３と、２個のミラー７４２にそれぞれ対向配置されて装置ベース４支持された２台の傾斜及びＹ軸方向距離検出用のレーザ干渉計７４４とを備えている。各レーザ干渉計７４３，７４４よりＹ軸送り台７２ひいては第１の分割パターンの露光に続いて第２の分割パターンをつなぎ露光する際に基板Ｗを次のエリアに送る段階で発生するワークステージ２の送り誤差を検出してその検出信号を補正制御手段（図示せず。）に出力するようにしている。補正制御手段はこの検出信号に基づいてつなぎ露光のための位置決め補正量を算出して、その算出結果をマスク位置調整手段１４（及び必要に応じて上下微動装置６３）の駆動回路に出力し、これにより、該補正量に応じてマスク位置調整手段１４等が駆動されて位置ずれが補正される。
【００２８】
次に、ワークステージ２の送り誤差について説明すると、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る。
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。一方、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あり、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、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し、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、例えば直動軸受案内装置であるリニアガイドの精度等に起因して発生する。
【００２９】
送り誤差のうち、ヨーイングと真直度のＸ軸方向成分ΔＸとは、送り誤差検出手段７４により知ることができる。すなわち、Ｙ軸方向の二台のレーザ干渉計７４４，７４４の計測値の差からヨーイングを検出でき、その結果とＸ方向のレーザ干渉計７４３により真直度を求めることができる。また、Ｙ軸方向位置の誤差は、Ｙ軸方向の二台のレーザ干渉計７４４，７４４の平均値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。
【００３０】
ところで、分割逐次露光を行う場合には、仮にワークステージ２の送り誤差が全くないときでも、マスクＭのマスクパターンＰ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、つなぎ露光で基板Ｗ上に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。また、上述したようにマスク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ＭのマスクパターンＰの向きとワークステージ送り機構７によるワークステージ２の移動方向（Ｙ軸方向）とを精度よく合わせることは困難である。
【００３１】
そこで、この実施の形態では、図７に示すように、ワークステージ２（実際にはワークステージ２上に設置されているワークチャック）の上面の少なくとも２か所に、例えば十字形状を有するワーク側アライメントマーク７５をＸ軸方向に互いに離間して形成し、一方、マスクＭの方にはワーク側アライメントマーク７５に対応させたマスク側アライメントマーク７６を形成している。
【００３２】
そして、Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及びＹ軸方向駆動装置１４ｙによってマスク保持枠１３の位置を調整することにより、ワーク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との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致して整合するようにしている。
次に、一層目のつなぎ露光で分割形成されたパターン同士のアライメントの高精度化について述べる。
【００３３】
この実施の形態では、Ｙ軸方向をＸ軸方向のレ−ザ干渉計７４３用のミラー７４１の反射面に平行な方向としてＹ軸方向の真直度の基準をミラー７４１によって定めている。そして、ワーク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とを整合させた状態のときに、マスクＭのマスクパターンＰの向きがＹ軸方向、換言すればミラー７４１の反射面に平行な方向に対し傾きがない状態となるように設定されている。このため、２ヵ所のマスク側アライメントマーク７６の中心同士を結ぶ線と、Ｙ軸方向と一致させるべき方向（マスクパターンＰの向き：図７の矩形のパターンＰの場合では短辺の方向）とがなす角度が、２ヵ所のワーク側アライメントマーク７５の中心同士を結ぶ線と、ミラー７４１の反射面とのなす角度と等しくなるようにしている。
【００３４】
また、この実施の形態では、Ｘ軸方向のレーザ干渉計７４３用のミラー７４１の反射面を、ワークステージ２上の二か所のワーク側アライメントマーク７５の中心同士を結んだ線と厳密に直交するように設定し、二か所のマスク側アライメントマーク７６の中心同士を結んだ線とマスクパターンＰの向きとの関係も同様とした。そして、ワーク側アライメントマーク７５を基準にしてマスクＭとのアライメントを行い、一回目のステップ露光が行われる。
【００３５】
なお、ワーク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との整合については、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によって高精度に且つ容易に行えるようにしている。
アライメントカメラ１６は、図４に示すように、マスクステージ１の下面に保持されているマスクＭの表面のマスクマーク７６をマスク裏面側から光学的に検出するものであり、ピント調整機構１６１によりマスクＭに対して接近離間移動してピント調整がなされるようになっている。
【００３６】
ピント調整機構１６１はリニアガイド１６２，ボールねじ１６３，モータ１６４を備えており、リニアガイド１６２の案内レール１６２ｒはマスクステージ１の移動機構１７の保持架台１７１に上下方向に延びて取り付けられ、該リニアガイド１６２のスライダ１６２ｓにアライメントカメラ１６１がテーブル１６２ｔを介して固定されている。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に連結すると共に、該ねじ軸をモータ１６４で回転駆動するようにしている。
【００３７】
また、この実施の形態では、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の下方には、光源７８１及びコンデンサーレンズ７８２を有してワーク側アライメントマーク７５を下から投影する投影光学系７８がアライメントカメラ１６の光軸に合わせて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には投影光学系７８の光路に対応する貫通孔が形成されている。
【００３８】
さらに、この実施の形態では、図６に示すように、マスクＭのマスク側アライメントマーク７６を有する面（マスクマーク面Ｍm ）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に加えて、ピントずれ検出手段としてギャップセンサ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の計測値を、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、その差から設定ピント位置からの相対ピント位置変化量を計算し、該計算変化量に応じてピント調整機構１６１のモータ１６４を制御してアライメントカメラ１６を移動させ、これにより、アライメントカメラ１６のピントを調整するようにしている。
【００３９】
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、ピント調整機構１６１、投影光学系７８、ベストフォーカス調整機構９等は、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、マスクＭの厚さがわかっていれば、ベストフォーカス調整機構９を省略して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。
【００４０】
ここで、この実施の形態では、マスクパターンＰが描かれたマスクＭの大きさ及びステップ露光する際の基板Ｗ（ワークステージ２）のステップ回数を次のようにして定めている。
まず、マスクＭのたわみ量と得るべき露光精度からマスクＭの大きさを決定する。
【００４１】
即ち、マスクＭの自重によるたわみの最大値δｍａｘが許容値以内となるようなマスクＭのステップ方向寸法( Ｙ軸方向寸法) を選択する。なお、マスクＭの幅寸法（Ｘ軸方向寸法）は一定とする。また、たわみの最大値δｍａｘの計算はマスクステージ１へのマスクＭの保持の仕方によって異なる（４辺拘束、４辺支持あるいはこれらの中間）が、この実施の形態では、マスクＭを４辺拘束で吸着保持しているため、４辺拘束した場合の垂直等分布荷重を受ける長方形板のたわみの最大値δｍａｘの計算例を次式（１）に示す。
【００４２】
δｍａｘ＝α×Ｐ×ａ4 ／（Ｅ×ｔ3 ） …（１）
但し、
α: 最大たわみ係数（長方形の固定辺の縦横比できまる値で、マスクの縦横比が１．２５の場合で、αは０．０２０であるが、この値は縦横比が多少変わっても殆ど変化しないのでα＝０．０２０としてよい。）
Ｐ: 等分布荷重（＝Ｗ／Ｓ）
Ｗ：重量（＝Ｖ×ρ＝ａ×ｂ×ｔ×ρ）
Ｖ: 体積
ρ: 材料密度（石英２．２ｇ／ｃｍ 3）
ａ: ステップ方向寸法
ｂ：幅寸法（ｘ軸方向寸法）
ｔ: 厚み
Ｅ: 縦弾性係数係数（石英７４１３ｋｇ／ｍｍ 2）
図１１及び表１にマスクＭの厚みｔを８ｍｍとした場合にステップ方向寸法ａが５００〜１２００ｍｍ（１００ｍｍ毎で８種類））までのマスクＭのたわみ最大値δｍａｘの計算結果を示す。そして、たわみ最大値δｍａｘが許容値以下のステップ方向寸法ａのマスクＭを選択する。
【００４３】
【表１】
【００４４】
なお、この実施の形態では、基板Ｗとして、図８に示す１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗで１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りするものと、図示は省略するが図８と同じ大きさの基板Ｗで１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（ステップ方向４×幅方向３）するものを用いる。
図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗに用いるマスクＭ及び該マスクＭのパターン領域の大きさとしては、図９（ａ）に示すように、基板Ｗの幅方向に３個のマスクパターンＰ（１８インチディスプレイ用材ＤＰに対応する）が描かれた１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）のものや、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置された１１００ｍｍ×９００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）ものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数は３回（一回目の露光位置を１ステップとする。）となり、後者では基板Ｗのステップ回数は２回となる。
【００４５】
ここで、露光精度等の兼ね合いからたわみ最大値δｍａｘの許容値を６０μｍとすると、図１１及び表１から、ステップ方向寸法ａが９００ｍｍの図９（ｂ）のマスクＭは適用できず、ステップ方向寸法ａが７００ｍｍの図９（ａ）のマスクＭを選択することになる。
一方、１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする基板Ｗに用いるマスクＭ及び該マスクＭのパターン領域の大きさとしては、図示は省略するが、基板Ｗの幅方向に３個のマスクパターンＰ（１５インチディスプレイ用材ＤＰに対応する）が描かれたのものや、図１０に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置された１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）ものや、図示は省略するが、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に三列（合計９個）配置されたものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数は４回（１回目の露光位置を１ステップとする。）、後者の２つでは基板Ｗのステップ回数は２回となる。
【００４６】
ここで、上記同様に露光精度等の兼ね合いからたわみ最大値δｍａｘの許容値を６０μｍとすると、図１１及び表１から、ステップ方向寸法ａが９００ｍｍを越える９個のマスクパターンＰが描かれたマスクＭは適用できず、ステップ回数が４回となるマスクＭとステップ回数が２回となる図１０のマスクの二種類を選択することになる。
【００４７】
また、この実施の形態では、図１０に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置されたマスクＭの寸法を１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）とすることにより、１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする場合と１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする場合とで、基板Ｗ及びマスクＭの大きさを同一にすることができる。
【００４８】
次に、選択されたマスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数について、最もタクトタイムが短くなり、且つ、必要な露光精度が得られる露光条件を露光照度とレジスト（基板に塗布された感光剤）感度との関係に基づいて選択する。
まず、タクトタイムの求め方について説明する。
基板ロード・ アンロード時間をＡ（ｓｅｃ／ｃｙｃｌｅ）＝ｃｏｎｓｔ、プロキシミティギャップ制御時間及びパターンアライメント制御時間をＢ（ｓｅｃ／ステップ) ＝ｃｏｎｓｔ、ステップ時のワークテーブル移動時間をＣ（ｓｅｃ／ステップ) 、露光時間をＤ（ｓｅｃ／ステップ) 、基板Ｗのステップ回数をｎとした場合に、ステップ回数がｎのときのタクトタイムＴn は次式（２）で求められる。なお、ＡおよびＢはステップ回数によらず一定値であり、ＣおよびＤはステップ回数により変化する。したがって、以下、ステップ回数により異なるものには添字を付けて表す。
【００４９】
Ｔn ＝Ａ＋Ｂ＋Ｄn ＋Ｃn ＋Ｂ＋Ｄn ＋Ｃn ＋……＋Ｄn
＝Ａ＋Ｂ＋Ｄn ＋( ｎ−１)(Ｃn ＋Ｂ＋Ｄn ) …（２）
また、ステップ時のワークテーブル移動時間Ｃは次式（３）で求められる。
Ｃ＝２ｖ／αw ＋（ｘ−ｖ2 ／αw ）／ｖ＝ｖ／αw ＋ｘ／ｖ…（３）
但し、
ｖ：ワークテーブル移動速度（ｃｏｎｓｔ）
αw ：ワークテーブル加減速値（ｃｏｎｓｔ）
ｘ：ステップ量（ステップ回数により異なる）
次に、図９（ａ）のマスクＭ（ステップ回数ｎ＝３）を用いた場合のタクトタイムＴn が図９（ｂ）のマスクＭ（ステップ回数ｎ＝２）を用いた場合のタクトタイムＴn より短くなる条件を次式（４）により求める。なお、ステップ回数ｎ＝３の場合の基板Ｗのステップ量ｘ3 は３７７ｍｍ、ステップ回数ｎ＝２の場合の基板Ｗのステップ量ｘ2 は７５４ｍｍとする。
【００５０】
△Ｔn ＝Ｔ3 −Ｔ2
＝( ２Ｃ3 −Ｃ2 ) ＋( ３Ｄ3 −２Ｄ2 ) ＋Ｂ
＝ｖ／αw ＋１／ｖ( ２ｘ3 −ｘ2 ) ＋３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋Ｂ
＝３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋ｖ／αw ＋Ｂ …（４）
ここで、△Ｔn ＝３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋ｖ／αw ＋Ｂ＜０、即ち、Ｄ2 ＞３／２Ｄ3 ＋Ｖ／２αw ＋Ｂ／２の関係を満足すれば、基板Ｗのステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの方が基板Ｗのステップ回数ｎ＝２となるマスクＭよりタクトタイムＴn が速くなる。
【００５１】
（４）式を用いてステップ回数ｎ＝２となるマスクＭの方がタクトタイムＴn が速くなる（△Ｔn ＞０）場合とステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの方がタクトタイムＴn が速くなる（△Ｔn ＜０）場合の光源照度とレジスト感度との関係を計算により求めた結果を図１２に示す。なお、プロキシミティギャップ制御時間及びパターンアライメント制御時間Ｂを７ｓｅｃ、ワークテーブル移動速度ｖを３５０ｍｍ／ｓｅｃ、ワークテーブル加減速値αw を１４００ｍｍ／ｓｅｃ 2として計算した。
【００５２】
図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗに用いるマスクＭとしては、既に図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭ（ステップ方向寸法ａが７００ｍｍ）を選択しているので、図１２の３ステップ有利の領域内でできるだけ照度及びレジスト感度の大きな組み合わせを選択する。照度及びレジスト感度が定まれば対応する露光時間（（４）式のＤ2 ，Ｄ3 ) が定まる。これにより、ステップ回数が３回と多いにもかかわらず、タクトタイムＴn も２ステップの場合より短くすることができる。
【００５３】
一方、１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする基板Ｗに用いるマスクＭとしては、ステップ回数が４回となるマスクＭとステップ回数が２回となる図１０のマスクＭの二種類が選択されているが、上記同様に（４）式を用いて光源照度とレジスト感度とステップ回数とタクトタイムとの関係を計算により求めたところ、図１３に示すように、照度にかかわらずステップ回数が２回となる図１０のマスクＭの方がステップ回数が４回となるマスクＭより常に有利であることが判った。従って、ステップ回数が２回となる図１０のマスクＭを選択する。
【００５４】
次に、図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭと図１０のステップ回数ｎ＝２となるマスクＭ毎にマスクＭ上の露光すべき領域の広さ（ステップ方向）に応じてステップ露光の照射領域Ｓ（図９及び図１０で２点鎖線で示す）を確保し且つ照度が大きくなるオプチカルインテグレータを選択する。そして、図１に示すように、選択された二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂを照明光学系３の凹面鏡３２の焦点近傍に配置し、マスクＭの種類の応じて照射領域切替手段２００Ａを用いて互いに切替えて露光を行う。
【００５５】
なお、照射領域Ｓは図９（ａ）のマスクＭの場合で１０００ｍｍ×４００ｍｍ（ステップ方向寸法）、図１０のマスクＭの場合で１０００ｍｍ×６００ｍｍ（ステップ方向寸法）としている。また、二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂは、ステップ方向（Ｙ軸方向）のみの照射領域が変わるような関係となっており、従って、Ｘ軸方向の照射領域は一定である。
【００５６】
図１５に示すように、各オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂの内で一方のオプチカルインテグレータ３３ａのレンズ面の曲率半径Ｒ１は、他方のオプチカルインテグレータ３３ｂのレンズ面の曲率半径Ｒ２より大きくされており（Ｒ１＞Ｒ２）、オプチカルインテグレータ３３ａの射出角はオプチカルインテグレータ３３ｂの射出角より大きくなっている。従って、オプチカルインテグレータ３３ａを用いた場合のステップ方向（Ｙ軸方向）の照射領域Ｓy1はオプチカルインテグレータ３３ｂを用いた場合のステップ方向（Ｙ軸方向）の照射領域Ｓy2より広くなり、前者が図１０のステップ回数が２回となるマスクＭに対応し、後者が図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭに対応している。
【００５７】
照射手段切替手段２００Ａは、二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂと、切替機構２００とによって構成されている。
切替え機構２００は、図１６に示すように、２種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂがそれぞれ支持部２０１ａ，２０１ｂを介して固定される交換用ステージ２０２を備えており、該交換用ステージ２０２はガイドレール２０３とスライダ２０４とを具備するリニアガイド２０５のスライダ２０４に固定されてスライダ２０４と一体となってガイドレール２０３に沿って移動可能とされている。
【００５８】
交換用ステージ２０２の移動方向の一端には把手２０６が設けられており、該把手２０６を押し引きすることにより、オプチカルインテグレータ３３ａ又はオプチカルインテグレータ３３ｂの中心が照明光学系３の光軸Ｌと一致するように位置決めされる。
そして、図１０のステップ回数ｎ＝２となるマスクＭの場合には、射出角の大きいオプチカルインテグレータ３３ａの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で露光を行うことにより、図１４（ａ）に示すように、ステップ方向に広い照射領域Ｓy1が得られ、図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの場合には、射出角の小さい側のオプチカルインテグレータ３３ｂの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で露光を行うことにより、図１４（ｂ）に示すように、ステップ方向に狭い照射領域Ｓy2が得られる。
【００５９】
なお、この実施の形態では、オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂとしてフライアイレンズを用いて、フライアイレンズ全体を切り替えるようにしているが、これに代えて、オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂとして組レンズ、あるいはフライアイレンズと組レンズの組合せ等を用いて、一部のレンズのみを切り替えるようにしてもよい。
【００６０】
図１７に切替え機構の変形例を示す。
この切り替え機構３００は、互いに射出角の異なる４種類のオプチカルインテグレータ３３ａ〜３３ｄを保持する回転ホルダ３０１と、照明光学系３の本体（図示せず。）に固定され回転ホルダ１５を所定角ずつ回転させて各オプチカルインテグレータ３３ａ〜３３ｄをマスクサイズの変更に応じて照明光学系３の光軸Ｌと一致するように位置決めする回転駆動モータ３０２とを備えたもので、３種類以上のマスクＭを用いる場合に有効なものである。
【００６１】
次に、上記構成の分割逐次近接露光装置の作動を説明する。
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した後に酸素遮断膜を塗布し、次いで、露光、現像の各工程を経る。このようにブラックマトリックスのパターンが形成された基板Ｗ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、基板Ｗ上に最初に形成するブラックマトリックスのパターンを「一層目」、一層目の上に形成する三原色のいずれかのパターンを「二層目」、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」、更にその次に形成する三原色の残りのパターンを「四層目」という。
【００６２】
ここでは、一層目のステップ露光に際して、図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗでステップ回数ｎ＝３とし、マスクとして図９（ａ）のマスクＭを用いる場合を例に取り、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Ｗの上に一層目のブラックマトリックスのパターンを三分割逐次近接露光により形成する。
【００６３】
分割逐次近接露光装置のマスクステージ１の下面には、一層目のパターンが描かれたマスクＭが予め真空吸着により装着されている。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Ｚ軸方向の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
まず、ギャップ調整手段６を構成するＺ軸送り台６の上下粗動装置６１を駆動してワークステージ２を予め設定してある粗動上限目標位置（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（実際にはその上に固定されたガラス製の被検部８ｍ上面）とマスクＭとのすき間間隔（ギャップ）の計測は行わない。
【００６４】
次に、Ｚ軸送り台６の３台の上下微動装置６３を駆動してそのクサビ作用によりワークステージ２を微動で上昇させ、これにより、ワークステージ２とマスクＭとを近接させる。この微動時には、図５に示すように、マスク側アライメントマーク７６を有するマスクＭの表面と、ワーク側アライメントマーク７５を有するワークチャック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、その計測結果を上下微動装置６３の制御装置（図示せず。）に出力し、該制御装置は予め設定してあるアライメント時の目標ギャップ量と一致するように上下微動装置６３を制御してワークステージ２を上昇させる。
【００６５】
このように、ギャップ調整手段６の上下動の速度を二速に分けて、ワークステージ２の上昇距離の大部分を上下粗動装置６１で高速上昇させるとともに、最終的には上下微動装置６３でワークステージ２を微動且つ高精度で上昇させるようにしているため、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を同時に達成することができる。
（２）アライメント調整
このようにして、ワークステージ２とマスクＭとを近接させた状態においては、基板Ｗのステップ方向（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に対してマスクパターンＰ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）には、ワーク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とは整合せず、ずれてしまう。従って、このまま１ステップ目のマスクパターンＰの露光転写を行うと、次ステップ目で同一の基板Ｗ上に形成される分割パターンＰとのずれが生じて、精度の良いブラックマトリックスのパターンが得られない。
【００６６】
そこで、ワーク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との整合作業（アライメント）をアライメントカメラ１６を用いて行い、このときピント調整機構１６１によって両マーク７５，７６の双方にピントを合わせる。
一層目のステップ露光では、アライメントの際に、図５を参照して、投影用光学系７８でワーク側アライメントマーク７５を下から照射すると共に、露光時に用いるギャップセンサ１５を利用してワーク側アライメントマーク７５を有するワークチャック８の表面（被検部）８ｍとマスク側アライメントマーク７６を有するマスクＭの表面（マスクマーク面Ｍm ）との間の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。
【００６７】
なお、通常、マスクＭの板厚は５ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍなどと規格化されているため、従来のアライメントカメラのように一つの固定焦点を持つものでは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の検出精度が低下するという問題を有するが、この実施の形態では、ピント調整機構１６１に予め種々のマスク板厚に対応するアライメントカメラ１６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マーク面Ｍm に位置決めすることができる。
【００６８】
また、ピントずれを検出するのにギャップセンサ１５で実際のマスク下限位置を計測し、その計測値を計算機９２に出力して予めマスク下面（マスクマーク面Ｍm ）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してその分だけピント調整機構１６１を操作してアライメントカメラ１６の位置を補正しているので、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マーク７６に対するベストフォーカスを保証することができる。
【００６９】
そして、ピントが適正に調整されたアライメントカメラ１６によってワーク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との間にずれが検出されると〔図７（ａ）〕、その検出信号をマスク位置調整手段１４の制御装置（図示せず。）に出力し、該制御装置によってＸ方向駆動装置１４ｘ及び二つのＹ方向駆動装置１４ｙの駆動を制御することにより、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）に示すように整合させる。これにより、マスクＭとＹ軸方向との傾きθ（同図は、基板Ｗの長辺方向とＹ軸方向と、マスクＭの短辺方向とマスクパターンＰの短辺方向とが、それぞれ平行である場合を示している）が解消される。
（３）基板Ｗの挿入及び１ステップ目の露光
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、ワークステージ２とマスクステージ１との間隔（例えば６０ｍｍ程度）を利用して、ワーク自動供給装置（図示せず。）により基板Ｗをワークステージ２上に投入し、該ワークステージ２上のワークチャック８に保持する。その後、再度ギャップ調整手段６により、マスクＭの下面とワークＷ上面とのすき間を、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Ｍの下面と基板Ｗ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。
【００７０】
なお、ギャップ調整手段６によりワークステージ２を上下動させる際に、わずかではあるがワークステージ２がＸＹ平面内でも多少動いてしまう場合もある。このような場合のために、上記（２）のアライメント終了後での各レーザ干渉計７４３、７４４、７４４による位置データを、前記補正制御手段により記憶しておき、ギャップ調整後の位置データが記憶されているデータとは変わっている場合には、マスク位置調整手段１４で変化分だけ補正することにより、マスクＭの向きとＹ軸方向との傾きのない状態に戻すことができる。
【００７１】
次に、切替え機構２００を操作して射出角の小さい側のオプチカルインテグレータ３３ｂの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して１ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に第１の分割パターンＰ1 を得る。
（４）２ステップ目の露光位置へのワークステージ２の移動
続いて、第２の分割パターンＰ2 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を駆動してワークステージ２を移動させることにより、ワークステージ２をマスクＭに対して図７（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送り、基板Ｗを２ステップ目の露光位置に配置する。このとき、基板ＷとマスクＭとの干渉を避けるため、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）ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整
上記のようにワークステージ２をマスクＭに対して図７（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送る際には、先にのべた要因による送り誤差が生じるため、そのまま２ステップ目の露光をすると第２の分割パターンＰ2 がわずかではあるが位置ずれをおこす。例えば、ワークステージ２のステップ送り中にワークステージ２のヨーイングと真直度のエラーにより、図７（ｃ）のように真直度Δｘ、傾斜角度θ’だけ正規位置からずれてしまう。
【００７２】
そこで、基板Ｗ上に第２の分割パターンＰ2 を露光転写する前に、基板Ｗの送り誤差を送り誤差検出手段７４で検出してその検出結果をつなぎ露光位置を補正する補正制御手段に出力し、該補正制御手段では該検出結果に基づいてつなぎ露光のための位置決め補正量を算出し、その算出結果に基づいてマスク位置調整手段１４（及び送り時のピッチング補正など、必要に応じてギャップ調整を行うために上下微動装置６３）のＸ軸方向駆動装置１４ｘ及びＹ軸方向駆動装置１４ｙを制御してマスク保持枠１３の位置を調整し、マスクＭの位置ずれを補正するアライメント調整を行う。なお、ギャップ調整手段６によるマスクＭと基板Ｗとのギャップ調整を行った場合は、その後の状態でのヨーイング及び真直度のデータに基づいて前記アライメント調整を行う。
（６）２ステップ目の露光
その後、照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して２ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に位置ずれが修正された第２の分割パターンＰ２を得る（図７（ｄ）参照）。
（７）３ステップ目の露光
３ステップ目の露光については、前記（４），（５）及び（６）ど同様にして２ステップ目の露光位置へのワークステージ２の移動、ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整及び３ステップ目の露光を行い、基板Ｗ上に位置ずれが修正された第３の分割パターンＰ３（図示せず。）を得る。
【００７３】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、マスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数を、マスクＭのたわみ量、得るべき露光精度及びマスクＭのパターン領域の大きさから選択し、更に、選択されたマスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数について、最もタクトタイムが短くなり、且つ、必要な露光精度が得られる露光条件を露光照度とレジスト感度との関係に基づいて選択し、更に、選択されたマスクＭ毎にマスクＭ上の露光すべき領域の広さ（ステップ方向）に応じてステップ露光の照射領域Ｓを確保し且つ照度が大きくなるオプチカルインテグレータを選択してステップ露光を行うようにしているので、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光することができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、レーザ干渉計７４３，７４４等の送り誤差検出手段７４を備えた分割逐次近接露光装置に本発明を適用した場合を例に採ったが、これに限定されず、送り誤差検出手段７４を備えていない分割逐次近接露光装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
また、上記実施の形態では、１層目のステップ露光を例に採ったが、これに限定されず、２層目以降のステップ露光を主とするアライメントマークのみによる位置決めを行うタイプにも本発明を適用してもよい。
【００７５】
図１８は本発明の第２の実施形態を示す図である。なお、このものは、本発明の分割逐次近接露光装置におけるアライメントマークの投影結像に係わる構造、特にワーク側アライメントマーク７５をワークチャックの下からマスクアライメントマーク面に投影する光学系の変形例であり、その他の上記第１の実施形態と同様の構成部分の重複する説明は省略する。即ち、本実施形態の投影光学系７８Ａは、ワークチャック８の下方に、光源７８１，コンデンサーレンズ７８２，ワーク側アライメントマーク７５を配設すると共に更にそのワーク側アライメントマーク７５の上位に結像レンズ７８３を配してある点が上記第１の実施形態の投影光学系７８と異なっている。
【００７６】
結像レンズ７８３を、その一方の焦点上にワーク側アライメントマーク７５が位置し、他方の焦点上にマスクＭのマスクマーク面Ｍm が位置するように配設することにより、ワーク側アライメントマーク７５をマスク側アライメントマーク７６と同一レベルに投影結像することができる。
上記第２の実施形態によれば、このように、アライメント時にワーク側アライメントマーク７５を外部から光学的にマスク側アライメントマーク７６上に一致させてピントを合わせることができて、ワーク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とが検出光学系からデフォーカスされることが全くなく、理想的なパターンを検出できるので、より高精度に１層目の分割逐次近接露光が可能になるという効果がある。
【００７７】
図１９は本発明の第３の実施形態を示す図である。このものは、本発明の分割逐次近接露光装置におけるアライメントマークの投影結像に係わる構造のうち、特にアライメント画像のベストフォーカス調整機構の変形例であり、その他の上記第１の実施形態と同様の構成部分の重複する説明は省略する。
即ち、本実施形態のアライメント画像のベストフォーカス調整機構９Ａは、アライメントカメラ１６及びピント調整機構１６１と計算機９２Ａからなり、アライメントカメラ１６で撮像されたマスクＭのマスクマーク面Ｍm にあるマスク側アライメントマーク７６のパターンの像７６ｚのコントラストを検出走査線で計測し、その画像コントラストの微分波形７７の波高Ｄ，Ｄ’が最大となる状態をピント調整機構１６１でカメラ１６を動かしながら探す。これにより、パターン像７６ｚが最もシャープに写るカメラ位置を得て、より一層高精度のアライメントが実現できるという利点がある。また、上記第２の実施形態と同じく、任意のマスク厚及びマスク厚のばらつきに対しての検出光学系への影響が全く無く、いずれのマスク厚に対しても高精度の検出が可能という効果が得られる。
【００７８】
なお、以上のようにして一層目（すなわちブラックマトリックス）のパターン露光が終了すると、現像などの所定の工程を経て、二層目、三層目…とそれぞれのパターン露光を含む工程を経て仕上げられる。通常、カラーフィルタ等はライン設備で生産され、露光装置も一層目、二層目…とそれぞれ専用の装置が用いられる。
【００７９】
二層目以降のための露光装置としても勿論、本発明の装置すなわちワーク側アライメントマーク７５を用いたマスク位置調整手段を備えて、ワークステージの送り誤差を検出し、補正してつなぎ露光をする分割逐次近接露光装置を用いることができる。しかし、一層目の露光パターンの中に二層目以降のアライメントのために用いるマークのパターンを含ませておけば、二層目以降の露光時には、ワークに形成されたこのマークを基準にアライメントを行えばよく、この場合には、二層目以降のための露光装置には、ワーク上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとのアライメントを行う機能を備えた従来の露光装置であればよい。
【００８０】
しかしながら、このような従来の露光装置では、前記のとおり一層目の分割パターン同士のつなぎ目の高精度な整合のための仕組が考慮されていない。一層目の露光装置として本発明のものを用いたライン設備で生産することにより、高精度なつなぎ目の整合が実現できるのである。すなわち、一層目の露光装置にワーク側アライメントマークを用いた前記のようなマスク位置調整装置手段を使用することにより、ワークステージの送り方向とマスクパターンの向きとをそろえることができ、つなぎ目の整合が可能となる。そして、その際にワークスデージの送り誤差を検出し、これを補正することで更に高精度なつなぎ目の整合が可能となる。
【００８１】
以下に、第４の実施形態として、二層目以降の露光専用の機能を付加した本発明の分割逐次近接露光装置により、二層目露光を行う場合のアライメント調整について説明する。
従来の露光装置を用いて二層目以降のつなぎ露光を行う場合、第１ステップ目の露光のワークアライメント完了後に、ワークステージ２を第２ステップ目の露光位置に向かってＹ方向に送り移動させる際には、ワークステージ２の送り精度を頼りにしてそのまま送るか、もしくはワークステージ２の送り誤差（Ｙ軸の進行方向の傾き）に基板Ｗの搭載姿勢をできるだけ合わせて送ってから、第２ステップ目のアライメントを行うという方法がとられている。
【００８２】
しかし、そうした方法では、第２ステップ目のワーク側アライメントマーク７５を検出する際に、ワークステージ２上に基板Ｗを投入して搭載した時の基板Ｗの傾き精度（傾斜角θw の大きさ）とワークステージ送り量ｙの大きさ如何によっては、第２ステップ目の位置におけるワーク側アライメントマーク７５がアライメントカメラ１６の視野内に入らない場合があり、ワーク側アライメントマーク７５を視野内に捕捉するのに時間がかかりワークアライメントに相当長時間を要したり、最悪の場合第２ステップ目のワークアライメントが不可能になるという問題がある。
【００８３】
本実施形態は、二層目以降の露光におけるこのような問題を解決することができるものであり、図２０（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ具体的に説明する。装置は、先に説明した本願発明の分割逐次近接露光装置を適用する。なお、第２ステップ目までを説明しているが、それ以降のステップにおいても同様に適用できるものである。
【００８４】
第１工程〔図２０（ａ）〕：
二層目露光の前準備の段階である。
二層目露光用のマスクＭをマスクステージ１に装着する。装着した二層目露光用のマスクＭのマスクマーク７６，７６を、それぞれ各アライメントカメラ１６の視野Ａ，Ａの中心に合わせる。そして、ワークステージ２を第２ステップ目の位置へ送る前に、ワークステージ２の実際の送り方向（Ｙ’方向）に対するアライメントカメラ１６の視野Ａの中心軸（すなわち、左右２台のアライメントカメラ１６の視野Ａ，Ａの中心同士を結んだ軸線）ＸA の直交度のずれ角θm （以下マスクずれ角θm という）を予め求めておく。
【００８５】
このマスクずれ角θm は、マスクＭのＹ軸とその実際の相対的送り方向Ｙ’とのずれ角度であり、一層目の露光時においてのＹ軸の走り方向とワーク側アライメントマーク７５との傾き角θ（図７参照）と同様であり、その場合のワーク側アライメントマーク７５をカメラ視野Ａに置き換えたと同じである。マスクずれ角θm の具体的な求め方の例を後述する。
【００８６】
第２工程〔図２０（ｂ）〕：
一層目露光の終わった基板Ｗを、ワークステージ２上に投入して装着する。基板Ｗは通常、ワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’に対して時計回り（プラス）又は反時計回り（マイナス）方向に相対的に傾斜した状態で装着される。図２０（ｂ）はこの基板Ｗの装着直後の状態を示している。送り方向Ｙ’に対する基板Ｗの傾斜角θW は、十字形のワーク側アライメントマーク７７の中心同士を結んだ軸線（以下、ワークアライメント軸線という）ＸW とワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’に直交する軸ＸY とのなす角（以下、ワーク傾斜角θW という）である。
【００８７】
この場合、ワーク側アライメントマーク７７とマスク側アライメントマーク７６７６とは未だずれがあり、そのずれ角度（マスク傾斜角度）αはワークアライメント軸線ＸW とカメラ視野Ａの中心軸線ＸA とのなす角に相当している。すなわち、この場合のワーク傾斜角θW はθW ＝θm ＋（マイナスα）となり、マスクＭの前記ずれ角θm よりマスクＭと基板Ｗとのずれ角αだけ反時計方向に小さくなる。
【００８８】
第３工程〔図２０（ｃ）〕：
二層目露光の第１ステップ目である。装着した基板ＷとマスクＭとのアライメントを行い、両者のずれを無くす。すなわち、基板Ｗに対してマスクＭを移動しずれを解消する。具体的には、マスク位置調整手段１４の操作によりマスクＭをＺ軸回りに反時計方向に旋回させて、十字のワーク側アライメントマーク７７に対し方形のマスク側アライメントマーク７６を合わせる。その時のマスクＭの旋回角度すなわちマスク傾斜角度αを露光位置補正制御手段の記憶装置に記憶させる。図２０（ｃ）は、二層目露光における第１ステップ目のワーク側アライメントマーク７７とマスク側アライメントマーク７６とのアライメント完了時の状態を示している。この後、第１ステップ目の露光が行われる。
【００８９】
第４工程〔図２０（ｄ）〕：
第１ステップ目の露光完了後、ワークステージ送り機構７により第２ステップ目の露光位置にワークステージ２を送る。その送り操作において、Ｙ軸方向送りを検出するレーザ干渉計７４４で送り量（距離）ｙが計測される。次いで、マスクＭを反時計方向にワーク傾斜角θW だけ旋回させて第２ステップ目のアライメントを開始するのであるが、その前に、マスクステージ１のマスク位置調整手段１４によりマスクＭの位置補正を行う。具体的には、前記ワークステージ２の送り量（距離）ｙ及び第１工程で求めたマスクずれ角θm ，第３工程で求めたマスク傾斜角度αを用いて、次式によりマスクステージ１のＸ軸方向の補正量ΔＸを算出する。
【００９０】
ΔＸ＝ｙ・ｓｉｎ（θm ＋α）
そして、このΔＸの距離だけマスクステージ１をＸ方向に移動させてその位置を補正する。このマスク位置補正により、第２ステップ目用の十字のワーク側アライメントマーク７７及び方形のマスク側アライメントマーク７６がアライメントカメラ１６の視野内に必ず入ることになる。したがって、第２ステップ目以降のワーク側アライメンントマークの検出において、基板Ｗ搭載時の傾斜角θW の大きさや、Ｙ方向送り量の如何にかかわらずアライメントエラーが全く発生しなくなる。かつまた、装置のタクトタイムが大幅に短縮される。
【００９１】
さらに、理論的には、２ステップ目以降のワークアライメントは、上記計算とその補正を正確に行うことにより、視野に入った時点でアライメント完了位置にマスクステージが移動するので、第２ステップ目のアライメントが必要なくなる（即ち、補正制御手段の指令でマスク位置調整手段１４を作動させて自動的にアライメントが行われ、１回のアライメントで、２ステップ更にはｎステップの露光が可能となる。）
かくして、第２ステップ目以降のワークアライメントが必要でないグローバルアライメント露光が可能となり、装置タクトタイムの一層の短縮と、精度向上との両立ができる。
【００９２】
上記第４の実施の形態では、二層目露光における第２ステップ目以降のワーク側アライメントマーク７７を検出するに当たり、一層目露光時に予め求めておいたワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’と二層目露光時の第１ステップ目のワークアライメントの結果から基板Ｗ姿勢を認識して、マスクステージの位置を修正することにより、二層目露光の第２ステップ目以降はワーク側アライメントマークを必ずアライメントカメラの視野内に捕捉するように制御する場合を説明したが、このような制御方法は必ずしも二層目露光以降にのみ適用するとは限らない。ワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’を予め試験的に把握しておくことで、一層目露光のワーク側アライメントマークの傾斜角θとワークステージの走り方向の傾きθの場合にも適用可能である。
【００９３】
ここで、前記マスクずれ角θm の求め方の一例を述べる。
図２１（ａ）は、二層目露光における第１ステップ目の状態である。すなわち、前記図２０（ａ）と同じく、マスクＭのマスク側アライメントマーク（□印）７７A ，７７B を、それぞれ各アライメントカメラの視野ＣＡ，ＣＢ（○印）の中心に合わせる。この時の、ワークステージの実際の走り方向Ｙ’と直交する軸ＸY に対するカメラの視野中心軸線ＸA のずれ角θm を、予め次の方法で測定する。
【００９４】
▲１▼ワークステージを送り、マスクＭを第２ステップ目の位置に相対移動させる。その実際の送り方向はＹ’方向であるから、第１ステップ目の位置Ｉにあるワーク側アライメントマーク７７AI及び７７BIは、Ｙ’方向に沿った位置ＩＩに移動してワーク側アライメントマーク７７AII 及び７７BII になる〔図２１（ｂ）〕。
【００９５】
▲２▼測定基準を７７BI−７７BII を結ぶ線Ｌｓとし、この基準線ＬｓがＸ方向になるように基板Ｗを水平旋回する。そして、基準線Ｌｓに対する直線７７BI−７７AI及び７７BII −７７AII の傾き角θm1，θm2を求める〔図２１（ｃ）〕。
θm ＝（θm1＋θm2）／２
＝（ｔａｎ-1ｇ1 ／Ｇ1 ＋ｔａｎ-1ｇ2 ／Ｇ2 ）／２
である。
【００９６】
なお、高精度化のために、ｎステップまで行ってその平均をとっても良い。
θm ＝（θm1＋θm2＋……＋θmn）／ｎ
なお、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。
【００９７】
また、上記各本実施の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。
【００９８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光することができるという効果が得られる。
【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と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示す構成図である。
【図７】ステップ露光を説明するための説明図である。
【図８】１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りした基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）の平面図である。
【図９】図８の基板に対向配置されるマスクを示す図であり、（ａ）は３ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、（ｂ）は２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図である。
【図１０】１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（長辺方向４×短辺方向３）した基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）に対向配置されるマスクを示す図であり、２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図である。
【図１１】マスクの横（短辺）寸法を一定にした場合の該マスクの縦（長辺）寸法と自重による最大たわみ量との関係を示すグラフ図である。
【図１２】図９（ａ），（ｂ）の各マスクを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図である。
【図１３】図１０のマスクと図示しない４ステップ露光用マスクとを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図である。
【図１４】照射領域切替手段による照射領域の切替え操作を説明するための図であり、（ａ）は照射領域を広げた状態を示す図、（ｂ）は照射領域を狭めた状態を示す図である。
【図１５】二種類のオプチカルインテグレータを示す図であり、（ａ）はレンズ面の曲率半径が大きいタイプの側面図、（ｂ）はレンズ面の曲率半径が小さいタイプの側面図である。
【図１６】照射領域切替手段の切替え機構の一例を説明するための斜視図である。
【図１７】切替え機構の変形例を説明するための斜視図である。
【図１８】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１９】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２０】本発明の第４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図であり、（ａ）は露光前準備とマスクロード後のアライメントを示す模式図、（ｂ）はワークロード直後を示す模式図、（ｃ）は第１ステップ目のアライメントメント完了状態を示す模式図、（ｄ）は第２ステップ目のアライメントメントに移動後の状態を示す模式図である。
【図２１】マスクずれ角θm の求め方を説明する図で、（ａ）は二層目露光における第１ステップ目の状態を示す平面図、（ｂ）はマスクＭを第２ステップ目の位置に相対移動させた状態を示す平面図、（ｃ）はマスクずれ角θm1，θm2の測定時の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｗ…基板
Ｍ…マスク
Ｐ…マスクパターン
１…マスクステージ
２…ワークステージ
３…照明光学系（照射手段）
６…ギャップ調整手段
７…ワークステージ送り機構
３３ａ，３３ｂ…オプチカルインテグレータ
２００Ａ…照射領域切替手段
２００…切替え機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイに使用されるガラス等の材料の基板上にマスクのマスクパターンを分割逐次露光方式で近接（プロキシミティ）露光転写するのに好適な分割逐次近接露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近接露光は、表面に感光剤を塗布した透光性の基板（被露光材）を近接露光装置のワークステージ上に保持すると共に、該基板をマスクステージに保持されたマスクに接近させて両者のすき間を数１０μｍ〜数１００μｍにし、次いで、マスクの基板から離間する側から照射装置によって基板上に露光用の光を照射することにより該基板上に該マスクに描かれたマスクパターンを露光転写するようにしたものである。
【０００３】
ところで、最近では大型の液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の量産化への対応が要請されており、この場合、露光の高精度化及び高能率化が必要となる。
高能率化の一例としては、例えば、図８に示すように、一枚の基板Ｗで複数のディスプレイを作る、いわゆる多面取りという方法がある。この例では、１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗで１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面分作れるようにしている。
【０００４】
また、同じ大きさの基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）Ｗで例えば１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面分（長辺方向４×短辺方向３）作ることもでき、更には、１７インチのディスプレイ用材ＤＰを９面分、１４インチのディスプレイ用材ＤＰを１２面分作ることもできる。
一方、マスク（例えば石英ガラス）の大きさには、マスクパターンの精度やコスト面等から限界があり、基板と同じ大きさにして一括で露光するようなマスクを作ることは現状では合理的とはいえない。
【０００５】
このような事情から、従来においては、基板Ｗより小さいマスクを用い、該マスクを基板Ｗに近接して対向配置した状態で該基板Ｗをマスクに対してステップ移動させて各ステップ毎に基板Ｗに向けてパターン露光用の光を照射し、これにより、マスクに描かれた複数のマスクパターンを基板Ｗ上に露光転写して一枚の基板Ｗに複数のディスプレイ用材ＤＰを作成する、分割逐次近接露光方式が提案されている（例えば特開２０００−３５６７６号公報及び特開平９−１２７７０２号公報参照）。
【０００６】
この場合のマスクＭとしては、１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗとすると、図９（ａ）に示すように、基板Ｗの短手方向に３個のマスクパターンＰが描かれたものや、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの短手方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗの長手方向に二列（合計６個）配置されたものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数（基板の長手方向）は３回（一回目の露光位置を１ステップとする。）となり、後者では２回となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の分割逐次近接露光装置においては、どのようなマスクの大きさを選択し、どのような露光条件とした場合に露光の高精度化と高スループット化を両立できるかについての開示はなく、更なる改良の余地があった。
本発明はこのような技術的課題に着目してなされたものであり、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光する分割逐次近接露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、請求項１に係る分割逐次近接露光装置は、被露光材としての基板を保持するワークステージと、前記基板に対向配置されて該基板より小さいマスクを保持するマスクステージと、前記基板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、該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させるように前記ワークステージと前記マスクステージとを相対的にステップ移動させるワークステージ送り機構と、前記マスクと前記基板との対向面間のすき間を調整するギャップ調整手段とを備え、前記ワークステージ送り機構のステップ回数を２回以上として各ステップ毎に前記マスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光装置において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、前記照射手段が、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を切替え可能な照射領域切替手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る分割逐次近接露光装置は、請求項１において、前記照射領域切替手段は、射出角の異なる複数種のオプチカルインテグレータと、各オプチカルインテグレータの中心を前記照射手段の光軸に対して選択的に位置決め配置する切替え機構とを備えたことを特徴とする。
請求項３に係る分割逐次近接露光方法は、被露光材としての基板より小さいマスクを該基板に近接して対向配置し、前記基板を前記マスクに対して相対的にステップ移動させて該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させると共に、ステップ回数を２回以上として各ステップ毎に基板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して該マスクのマスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光方法において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図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を説明するための一部を分解した説明的斜視図、図２はマスクステージ部分の拡大斜視図、図３（ａ）は図２のIII − III線断面図、図３（ｂ）は（ａ）のｂ矢視で示す平面図、図４はアライメントカメラと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、図５はワーク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、図６はアライメント画像のフォーカス調整機構を示す構成図、図７はステップ露光を説明するための説明図、図８は１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りした基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）の平面図、図９は図８の基板に対向配置されるマスクを示す図であり、（ａ）は３ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、（ｂ）は２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、図１０は１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（長辺方向４×短辺方向３）した基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）に対向配置されるマスクを示す平面図、図１１はマスクの横（短辺）寸法を一定にした場合の該マスクの縦（長辺）寸法と自重による最大たわみ量との関係を示すグラフ図、図１２は図９（ａ），（ｂ）の各マスクを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図、図１３は図１０のマスクと図示しない４ステップ露光用マスクとを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図、図１４は照射領域切替手段による照射領域の切替え操作を説明するための図、図１５は二種類のオプチカルインテグレータを示す図、図１６は照射領域切替手段の切替え機構の一例を説明するための斜視図、図１７は切替え機構の変形例を説明するための斜視図、図１８〜図２１は本発明の他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。
【００１１】
まず、第１の実施の形態から説明すると、図１〜図７において符号１はマスクＭを保持するマスクステージ、２はガラス基板（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照射手段としての照明光学系、４はマスクステージ１及びワークステージ２を支持する装置ベースであり、ガラス基板Ｗ（以下、単に基板Ｗという。）は、マスクＭに対向配置されて該マスクＭに描かれたマスクパターンＰを露光転写すべく表面（マスクＭの対向面）に感光剤が塗布されている。
【００１２】
説明の便宜上、照明光学系３から説明すると、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、該高圧水銀ランプ３１から照射された光を集光する凹面鏡３２と、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３３ａ，３３ｂと、平面ミラー３５，３６及びこれらを経由して入射する光束を平行な光束として露光面に導く曲面ミラー３７と、平面ミラー３６とオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂ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とを備えている。
【００１３】
露光時に露光制御用シャッター３４を開制御されると、高圧水銀ランプ３１から照射された光が、図１に示す光路Ｌを経て、マスクステージ１に保持されるマスクＭひいてはワークステージ２に保持される基板Ｗ（図１では共に図示せず。）の表面に対して垂直にパターン露光用の平行光として照射され、これにより、マスクＭのマスクパターンＰが基板Ｗ上に露光転写されるようになっている。
【００１４】
次に、マスクステージ１及びワークステージ２の順に説明する。
マスクステージ１はマスクステージベース１１を備えており、該マスクステージベース１１は装置ベース４から突設されたマスクステージ支持台１２に支持されてワークステージの上方に配置されている。
マスクステージベース１１は、図２に示すように、長方形状とされて中央部に開口１１１を有しており、該開口１１１にはマスク保持枠１３がＸ，Ｙ方向に移動可能に装着されている。
【００１５】
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の内周との間に所定のすき間を介して挿入されており、その上端外周にフランジ１３１が設けられると共に、下端面にはフランジ１３２が外側に張出して固着されており、各フランジ１３１，１３２間でマスクステージベース１１の肉厚を上下に挟むようにして前記すき間分だけＸ，Ｙ方向に移動可能に取り付けられている。マスク保持枠１３の下端面のフランジ１３２の内側に、マスクパターンＰが描かれているマスクＭが真空式吸着装置（図示せず。）を介して着脱自在に保持されるようになっている。かかる保持状態では、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しているので、ワークステージ２をＹ軸方向に移動させる場合、該ワークステージ２のＺ軸方向の退避を必要最小限とすることができる。
【００１６】
また、マスクステージベース１１の上面には、マスク保持枠１３をＸ，Ｙ平面内で移動させて該マスク保持枠１３に保持されたマスクＭの基板Ｗに対する位置を調整するマスク位置調整手段１４が設けられており、該マスク位置調整手段１４は、マスク保持枠１３のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられたＸ軸方向駆動装置１４ｘと、マスク保持枠１３のＸ軸方向に沿う一辺に取り付けられた二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙとを備えている。
【００１７】
Ｘ軸方向駆動装置１４ｘは、Ｘ軸方向に伸縮するロッド１４１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１４１と、マスク保持枠１３のＹ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１４３とを備えており、該リニアガイド１４３の案内レール１４３ｒはＹ軸方向に延びてマスク保持枠１３に固定され、該案内レール１４３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１４３ｓはロッド１４１ｒの先端にピン支持機構１４２を介して連結されている。
【００１８】
一方、Ｙ軸方向駆動装置１４ｙは、Ｙ軸方向に伸縮するロッド１４１ｒを有する駆動用アクチュエータ（例えば電動アクチュエータ）１４１と、マスク保持枠１３のＸ軸方向に沿う辺部に取り付けられたリニアガイド（直動軸受案内）１４３とを備えており、該リニアガイド１４３の案内レール１４３ｒはＸ軸方向に延びてマスク保持枠１３に固定され、該案内レール１４３ｒに移動可能に取り付けられたスライダ１４３ｓはロッド１４１ｒの先端にピン支持機構１４２を介して連結されている。そして、Ｘ軸方向駆動装置１４ｘによりマスク保持枠１３のＸ軸方向の調整を、二台のＹ軸方向駆動装置１４ｙによりマスク保持枠１３のＹ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整を行う。
【００１９】
マスク保持枠１３のＸ軸方向に互いに対向する二辺の内側には、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を測定する手段としてのギャップセンサ１５と、マスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出する手段としてのアライメントカメラ１６とが配設されており、ギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６は共に移動機構１７を介してＸ軸方向に移動可能とされている。
【００２０】
移動機構１７は、マスク保持枠１３のＸ軸方向に互いに対向する二辺の上面側にはそれぞれギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６を保持する保持架台１７１がＹ軸方向に延びて配置されており、該保持架台１７１の前記Ｙ軸方向駆動装置１４ｙから離間する側の端部はリニアガイド１７２によって支持されている。リニアガイド１７２は、マスクステージベース１１上に設置されてＸ軸方向に沿って延びる案内レール１７２ｒと、該案内レール１７２ｒ上を移動するスライダ（図示せず。）とを備えており、該スライダに保持架台１７１の前記端部が固定されている。
【００２１】
そして、スライダをモータ及びボールねじからなる駆動用アクチュエータ１７３によって駆動することにより、、保持架台１７１を介してギャップセンサ１５及びアライメントカメラ１６がＸ軸方向に移動するようになっている。
なお、マスクステージベース１１の開口１１１のＹ軸方向の両端部にはマスク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（遮蔽板）１８がマスクＭより上方に位置して配置されており、このマスキングアパーチャ１８はモータ，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マスクＭの両端部の遮蔽面積を調整できるようになっている。
【００２２】
ワークステージ２は、装置ベース４上に設置されており、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に調整するＺ軸送り台（ギャップ調整手段）６と、該Ｚ軸送り台６上に配設されてワークステージ２をＹ軸方向に移動させるワークステージ送り機構７とを備えている。
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によってＺ軸方向に粗動可能に支持されたＺ軸粗動ステージ６２と、該Ｚ軸粗動ステージ６２の上に上下微動装置６３を介して支持されたＺ軸微動ステージ６４とを備えている。上下粗動装置６１には例えば空圧シリンダが用いられ、単純な上下動作を行うことによりＺ軸粗動ステージ６２を予め設定した位置までマスクＭと基板Ｗとのすき間の計測を行うことなく昇降させる。
【００２３】
一方、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を備えており、この実施の形態では、例えばＺ軸粗動ステージ６２の上面に設置したモータ６３１によっ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て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、これにより、可動くさび機構を構成している。
【００２４】
そして、ボールねじのねじ軸６３２を回転駆動させると、くさび状ナット６３３がＹ軸方向に水平微動し、この水平微動運動が両くさび６３３，６４１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からなる上下微動装置６３は、Ｚ軸微動ステージ６４のＹ軸方向の一端側（図１の手前側）に２台、他端側に１台合計３台設置され、それぞれが独立に駆動制御されるようになっており、これにより、上下微動装置６３は、マスクＭと基板Ｗとのすき間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、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。
【００２５】
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Ｘ軸方向に互いに離間配置されてそれぞれＹ軸方向に沿って延設された二組のリニアガイド７１と、該リニアガイド７１のスライダ（図示せず。）に取り付けられたＹ軸送り台７２と、Ｙ軸送り台７２をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り駆動装置７３とを備えており、Ｙ軸送り駆動装置７３のモータ７３１によって回転駆動されるボールねじ軸７３２に螺合されたボールねじナット（図示せず。）にＹ軸送り台７２が連結されている。
【００２６】
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、また、該ワークステージ２のＹ軸送り誤差を検出する送り誤差検出手段７４としてのレーザ干渉計７４３，７４４のミラー７４１，７４２が設置されている。ミラー７４１はＹ軸送り台７２の幅方向の一側でＹ軸方向に沿って延びており、ミラー７４２はＹ軸送り台７２のＹ軸方向の一端側にＸ軸方向に互いに離間して二か所配置されている。
【００２７】
送り誤差検出手段７４は、ミラー７４１に対向配置されて装置ベース４に支持された真直度検出用のレーザ干渉計７４３と、２個のミラー７４２にそれぞれ対向配置されて装置ベース４支持された２台の傾斜及びＹ軸方向距離検出用のレーザ干渉計７４４とを備えている。各レーザ干渉計７４３，７４４よりＹ軸送り台７２ひいては第１の分割パターンの露光に続いて第２の分割パターンをつなぎ露光する際に基板Ｗを次のエリアに送る段階で発生するワークステージ２の送り誤差を検出してその検出信号を補正制御手段（図示せず。）に出力するようにしている。補正制御手段はこの検出信号に基づいてつなぎ露光のための位置決め補正量を算出して、その算出結果をマスク位置調整手段１４（及び必要に応じて上下微動装置６３）の駆動回路に出力し、これにより、該補正量に応じてマスク位置調整手段１４等が駆動されて位置ずれが補正される。
【００２８】
次に、ワークステージ２の送り誤差について説明すると、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る。
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。一方、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あり、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、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し、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、例えば直動軸受案内装置であるリニアガイドの精度等に起因して発生する。
【００２９】
送り誤差のうち、ヨーイングと真直度のＸ軸方向成分ΔＸとは、送り誤差検出手段７４により知ることができる。すなわち、Ｙ軸方向の二台のレーザ干渉計７４４，７４４の計測値の差からヨーイングを検出でき、その結果とＸ方向のレーザ干渉計７４３により真直度を求めることができる。また、Ｙ軸方向位置の誤差は、Ｙ軸方向の二台のレーザ干渉計７４４，７４４の平均値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。
【００３０】
ところで、分割逐次露光を行う場合には、仮にワークステージ２の送り誤差が全くないときでも、マスクＭのマスクパターンＰ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、つなぎ露光で基板Ｗ上に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。また、上述したようにマスク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ＭのマスクパターンＰの向きとワークステージ送り機構７によるワークステージ２の移動方向（Ｙ軸方向）とを精度よく合わせることは困難である。
【００３１】
そこで、この実施の形態では、図７に示すように、ワークステージ２（実際にはワークステージ２上に設置されているワークチャック）の上面の少なくとも２か所に、例えば十字形状を有するワーク側アライメントマーク７５をＸ軸方向に互いに離間して形成し、一方、マスクＭの方にはワーク側アライメントマーク７５に対応させたマスク側アライメントマーク７６を形成している。
【００３２】
そして、Ｘ軸方向駆動装置１４ｘ及びＹ軸方向駆動装置１４ｙによってマスク保持枠１３の位置を調整することにより、ワーク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との中心同士が実質的にＸＹ平面内で一致して整合するようにしている。
次に、一層目のつなぎ露光で分割形成されたパターン同士のアライメントの高精度化について述べる。
【００３３】
この実施の形態では、Ｙ軸方向をＸ軸方向のレ−ザ干渉計７４３用のミラー７４１の反射面に平行な方向としてＹ軸方向の真直度の基準をミラー７４１によって定めている。そして、ワーク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とを整合させた状態のときに、マスクＭのマスクパターンＰの向きがＹ軸方向、換言すればミラー７４１の反射面に平行な方向に対し傾きがない状態となるように設定されている。このため、２ヵ所のマスク側アライメントマーク７６の中心同士を結ぶ線と、Ｙ軸方向と一致させるべき方向（マスクパターンＰの向き：図７の矩形のパターンＰの場合では短辺の方向）とがなす角度が、２ヵ所のワーク側アライメントマーク７５の中心同士を結ぶ線と、ミラー７４１の反射面とのなす角度と等しくなるようにしている。
【００３４】
また、この実施の形態では、Ｘ軸方向のレーザ干渉計７４３用のミラー７４１の反射面を、ワークステージ２上の二か所のワーク側アライメントマーク７５の中心同士を結んだ線と厳密に直交するように設定し、二か所のマスク側アライメントマーク７６の中心同士を結んだ線とマスクパターンＰの向きとの関係も同様とした。そして、ワーク側アライメントマーク７５を基準にしてマスクＭとのアライメントを行い、一回目のステップ露光が行われる。
【００３５】
なお、ワーク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との整合については、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によって高精度に且つ容易に行えるようにしている。
アライメントカメラ１６は、図４に示すように、マスクステージ１の下面に保持されているマスクＭの表面のマスクマーク７６をマスク裏面側から光学的に検出するものであり、ピント調整機構１６１によりマスクＭに対して接近離間移動してピント調整がなされるようになっている。
【００３６】
ピント調整機構１６１はリニアガイド１６２，ボールねじ１６３，モータ１６４を備えており、リニアガイド１６２の案内レール１６２ｒはマスクステージ１の移動機構１７の保持架台１７１に上下方向に延びて取り付けられ、該リニアガイド１６２のスライダ１６２ｓにアライメントカメラ１６１がテーブル１６２ｔを介して固定されている。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に連結すると共に、該ねじ軸をモータ１６４で回転駆動するようにしている。
【００３７】
また、この実施の形態では、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の下方には、光源７８１及びコンデンサーレンズ７８２を有してワーク側アライメントマーク７５を下から投影する投影光学系７８がアライメントカメラ１６の光軸に合わせて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には投影光学系７８の光路に対応する貫通孔が形成されている。
【００３８】
さらに、この実施の形態では、図６に示すように、マスクＭのマスク側アライメントマーク７６を有する面（マスクマーク面Ｍm ）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に加えて、ピントずれ検出手段としてギャップセンサ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の計測値を、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、その差から設定ピント位置からの相対ピント位置変化量を計算し、該計算変化量に応じてピント調整機構１６１のモータ１６４を制御してアライメントカメラ１６を移動させ、これにより、アライメントカメラ１６のピントを調整するようにしている。
【００３９】
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、ピント調整機構１６１、投影光学系７８、ベストフォーカス調整機構９等は、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、マスクＭの厚さがわかっていれば、ベストフォーカス調整機構９を省略して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。
【００４０】
ここで、この実施の形態では、マスクパターンＰが描かれたマスクＭの大きさ及びステップ露光する際の基板Ｗ（ワークステージ２）のステップ回数を次のようにして定めている。
まず、マスクＭのたわみ量と得るべき露光精度からマスクＭの大きさを決定する。
【００４１】
即ち、マスクＭの自重によるたわみの最大値δｍａｘが許容値以内となるようなマスクＭのステップ方向寸法( Ｙ軸方向寸法) を選択する。なお、マスクＭの幅寸法（Ｘ軸方向寸法）は一定とする。また、たわみの最大値δｍａｘの計算はマスクステージ１へのマスクＭの保持の仕方によって異なる（４辺拘束、４辺支持あるいはこれらの中間）が、この実施の形態では、マスクＭを４辺拘束で吸着保持しているため、４辺拘束した場合の垂直等分布荷重を受ける長方形板のたわみの最大値δｍａｘの計算例を次式（１）に示す。
【００４２】
δｍａｘ＝α×Ｐ×ａ4 ／（Ｅ×ｔ3 ） …（１）
但し、
α: 最大たわみ係数（長方形の固定辺の縦横比できまる値で、マスクの縦横比が１．２５の場合で、αは０．０２０であるが、この値は縦横比が多少変わっても殆ど変化しないのでα＝０．０２０としてよい。）
Ｐ: 等分布荷重（＝Ｗ／Ｓ）
Ｗ：重量（＝Ｖ×ρ＝ａ×ｂ×ｔ×ρ）
Ｖ: 体積
ρ: 材料密度（石英２．２ｇ／ｃｍ 3）
ａ: ステップ方向寸法
ｂ：幅寸法（ｘ軸方向寸法）
ｔ: 厚み
Ｅ: 縦弾性係数係数（石英７４１３ｋｇ／ｍｍ 2）
図１１及び表１にマスクＭの厚みｔを８ｍｍとした場合にステップ方向寸法ａが５００〜１２００ｍｍ（１００ｍｍ毎で８種類））までのマスクＭのたわみ最大値δｍａｘの計算結果を示す。そして、たわみ最大値δｍａｘが許容値以下のステップ方向寸法ａのマスクＭを選択する。
【００４３】
【表１】
なお、この実施の形態では、基板Ｗとして、図８に示す１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板Ｗで１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りするものと、図示は省略するが図８と同じ大きさの基板Ｗで１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（ステップ方向４×幅方向３）するものを用いる。
図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗに用いるマスクＭ及び該マスクＭのパターン領域の大きさとしては、図９（ａ）に示すように、基板Ｗの幅方向に３個のマスクパターンＰ（１８インチディスプレイ用材ＤＰに対応する）が描かれた１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）のものや、図９（ｂ）に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置された１１００ｍｍ×９００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）ものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数は３回（一回目の露光位置を１ステップとする。）となり、後者では基板Ｗのステップ回数は２回となる。
【００４５】
ここで、露光精度等の兼ね合いからたわみ最大値δｍａｘの許容値を６０μｍとすると、図１１及び表１から、ステップ方向寸法ａが９００ｍｍの図９（ｂ）のマスクＭは適用できず、ステップ方向寸法ａが７００ｍｍの図９（ａ）のマスクＭを選択することになる。
一方、１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする基板Ｗに用いるマスクＭ及び該マスクＭのパターン領域の大きさとしては、図示は省略するが、基板Ｗの幅方向に３個のマスクパターンＰ（１５インチディスプレイ用材ＤＰに対応する）が描かれたのものや、図１０に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置された１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）ものや、図示は省略するが、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に三列（合計９個）配置されたものが考えられ、前者では基板Ｗのステップ回数は４回（１回目の露光位置を１ステップとする。）、後者の２つでは基板Ｗのステップ回数は２回となる。
【００４６】
ここで、上記同様に露光精度等の兼ね合いからたわみ最大値δｍａｘの許容値を６０μｍとすると、図１１及び表１から、ステップ方向寸法ａが９００ｍｍを越える９個のマスクパターンＰが描かれたマスクＭは適用できず、ステップ回数が４回となるマスクＭとステップ回数が２回となる図１０のマスクの二種類を選択することになる。
【００４７】
また、この実施の形態では、図１０に示すように、基板Ｗの幅方向に３個描かれたマスクパターンＰが基板Ｗのステップ方向に二列（合計６個）配置されたマスクＭの寸法を１１００ｍｍ×７００ｍｍ（ステップ方向寸法ａ）とすることにより、１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする場合と１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする場合とで、基板Ｗ及びマスクＭの大きさを同一にすることができる。
【００４８】
次に、選択されたマスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数について、最もタクトタイムが短くなり、且つ、必要な露光精度が得られる露光条件を露光照度とレジスト（基板に塗布された感光剤）感度との関係に基づいて選択する。
まず、タクトタイムの求め方について説明する。
基板ロード・ アンロード時間をＡ（ｓｅｃ／ｃｙｃｌｅ）＝ｃｏｎｓｔ、プロキシミティギャップ制御時間及びパターンアライメント制御時間をＢ（ｓｅｃ／ステップ) ＝ｃｏｎｓｔ、ステップ時のワークテーブル移動時間をＣ（ｓｅｃ／ステップ) 、露光時間をＤ（ｓｅｃ／ステップ) 、基板Ｗのステップ回数をｎとした場合に、ステップ回数がｎのときのタクトタイムＴn は次式（２）で求められる。なお、ＡおよびＢはステップ回数によらず一定値であり、ＣおよびＤはステップ回数により変化する。したがって、以下、ステップ回数により異なるものには添字を付けて表す。
【００４９】
Ｔn ＝Ａ＋Ｂ＋Ｄn ＋Ｃn ＋Ｂ＋Ｄn ＋Ｃn ＋……＋Ｄn
＝Ａ＋Ｂ＋Ｄn ＋( ｎ−１)(Ｃn ＋Ｂ＋Ｄn ) …（２）
また、ステップ時のワークテーブル移動時間Ｃは次式（３）で求められる。
Ｃ＝２ｖ／αw ＋（ｘ−ｖ2 ／αw ）／ｖ＝ｖ／αw ＋ｘ／ｖ…（３）
但し、
ｖ：ワークテーブル移動速度（ｃｏｎｓｔ）
αw ：ワークテーブル加減速値（ｃｏｎｓｔ）
ｘ：ステップ量（ステップ回数により異なる）
次に、図９（ａ）のマスクＭ（ステップ回数ｎ＝３）を用いた場合のタクトタイムＴn が図９（ｂ）のマスクＭ（ステップ回数ｎ＝２）を用いた場合のタクトタイムＴn より短くなる条件を次式（４）により求める。なお、ステップ回数ｎ＝３の場合の基板Ｗのステップ量ｘ3 は３７７ｍｍ、ステップ回数ｎ＝２の場合の基板Ｗのステップ量ｘ2 は７５４ｍｍとする。
【００５０】
△Ｔn ＝Ｔ3 −Ｔ2
＝( ２Ｃ3 −Ｃ2 ) ＋( ３Ｄ3 −２Ｄ2 ) ＋Ｂ
＝ｖ／αw ＋１／ｖ( ２ｘ3 −ｘ2 ) ＋３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋Ｂ
＝３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋ｖ／αw ＋Ｂ …（４）
ここで、△Ｔn ＝３Ｄ3 −２Ｄ2 ＋ｖ／αw ＋Ｂ＜０、即ち、Ｄ2 ＞３／２Ｄ3 ＋Ｖ／２αw ＋Ｂ／２の関係を満足すれば、基板Ｗのステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの方が基板Ｗのステップ回数ｎ＝２となるマスクＭよりタクトタイムＴn が速くなる。
【００５１】
（４）式を用いてステップ回数ｎ＝２となるマスクＭの方がタクトタイムＴn が速くなる（△Ｔn ＞０）場合とステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの方がタクトタイムＴn が速くなる（△Ｔn ＜０）場合の光源照度とレジスト感度との関係を計算により求めた結果を図１２に示す。なお、プロキシミティギャップ制御時間及びパターンアライメント制御時間Ｂを７ｓｅｃ、ワークテーブル移動速度ｖを３５０ｍｍ／ｓｅｃ、ワークテーブル加減速値αw を１４００ｍｍ／ｓｅｃ 2として計算した。
【００５２】
図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗに用いるマスクＭとしては、既に図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭ（ステップ方向寸法ａが７００ｍｍ）を選択しているので、図１２の３ステップ有利の領域内でできるだけ照度及びレジスト感度の大きな組み合わせを選択する。照度及びレジスト感度が定まれば対応する露光時間（（４）式のＤ2 ，Ｄ3 ) が定まる。これにより、ステップ回数が３回と多いにもかかわらず、タクトタイムＴn も２ステップの場合より短くすることができる。
【００５３】
一方、１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取りする基板Ｗに用いるマスクＭとしては、ステップ回数が４回となるマスクＭとステップ回数が２回となる図１０のマスクＭの二種類が選択されているが、上記同様に（４）式を用いて光源照度とレジスト感度とステップ回数とタクトタイムとの関係を計算により求めたところ、図１３に示すように、照度にかかわらずステップ回数が２回となる図１０のマスクＭの方がステップ回数が４回となるマスクＭより常に有利であることが判った。従って、ステップ回数が２回となる図１０のマスクＭを選択する。
【００５４】
次に、図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭと図１０のステップ回数ｎ＝２となるマスクＭ毎にマスクＭ上の露光すべき領域の広さ（ステップ方向）に応じてステップ露光の照射領域Ｓ（図９及び図１０で２点鎖線で示す）を確保し且つ照度が大きくなるオプチカルインテグレータを選択する。そして、図１に示すように、選択された二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂを照明光学系３の凹面鏡３２の焦点近傍に配置し、マスクＭの種類の応じて照射領域切替手段２００Ａを用いて互いに切替えて露光を行う。
【００５５】
なお、照射領域Ｓは図９（ａ）のマスクＭの場合で１０００ｍｍ×４００ｍｍ（ステップ方向寸法）、図１０のマスクＭの場合で１０００ｍｍ×６００ｍｍ（ステップ方向寸法）としている。また、二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂは、ステップ方向（Ｙ軸方向）のみの照射領域が変わるような関係となっており、従って、Ｘ軸方向の照射領域は一定である。
【００５６】
図１５に示すように、各オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂの内で一方のオプチカルインテグレータ３３ａのレンズ面の曲率半径Ｒ１は、他方のオプチカルインテグレータ３３ｂのレンズ面の曲率半径Ｒ２より大きくされており（Ｒ１＞Ｒ２）、オプチカルインテグレータ３３ａの射出角はオプチカルインテグレータ３３ｂの射出角より大きくなっている。従って、オプチカルインテグレータ３３ａを用いた場合のステップ方向（Ｙ軸方向）の照射領域Ｓy1はオプチカルインテグレータ３３ｂを用いた場合のステップ方向（Ｙ軸方向）の照射領域Ｓy2より広くなり、前者が図１０のステップ回数が２回となるマスクＭに対応し、後者が図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭに対応している。
【００５７】
照射手段切替手段２００Ａは、二種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂと、切替機構２００とによって構成されている。
切替え機構２００は、図１６に示すように、２種類のオプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂがそれぞれ支持部２０１ａ，２０１ｂを介して固定される交換用ステージ２０２を備えており、該交換用ステージ２０２はガイドレール２０３とスライダ２０４とを具備するリニアガイド２０５のスライダ２０４に固定されてスライダ２０４と一体となってガイドレール２０３に沿って移動可能とされている。
【００５８】
交換用ステージ２０２の移動方向の一端には把手２０６が設けられており、該把手２０６を押し引きすることにより、オプチカルインテグレータ３３ａ又はオプチカルインテグレータ３３ｂの中心が照明光学系３の光軸Ｌと一致するように位置決めされる。
そして、図１０のステップ回数ｎ＝２となるマスクＭの場合には、射出角の大きいオプチカルインテグレータ３３ａの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で露光を行うことにより、図１４（ａ）に示すように、ステップ方向に広い照射領域Ｓy1が得られ、図９（ａ）のステップ回数ｎ＝３となるマスクＭの場合には、射出角の小さい側のオプチカルインテグレータ３３ｂの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で露光を行うことにより、図１４（ｂ）に示すように、ステップ方向に狭い照射領域Ｓy2が得られる。
【００５９】
なお、この実施の形態では、オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂとしてフライアイレンズを用いて、フライアイレンズ全体を切り替えるようにしているが、これに代えて、オプチカルインテグレータ３３ａ，３３ｂとして組レンズ、あるいはフライアイレンズと組レンズの組合せ等を用いて、一部のレンズのみを切り替えるようにしてもよい。
【００６０】
図１７に切替え機構の変形例を示す。
この切り替え機構３００は、互いに射出角の異なる４種類のオプチカルインテグレータ３３ａ〜３３ｄを保持する回転ホルダ３０１と、照明光学系３の本体（図示せず。）に固定され回転ホルダ１５を所定角ずつ回転させて各オプチカルインテグレータ３３ａ〜３３ｄをマスクサイズの変更に応じて照明光学系３の光軸Ｌと一致するように位置決めする回転駆動モータ３０２とを備えたもので、３種類以上のマスクＭを用いる場合に有効なものである。
【００６１】
次に、上記構成の分割逐次近接露光装置の作動を説明する。
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した後に酸素遮断膜を塗布し、次いで、露光、現像の各工程を経る。このようにブラックマトリックスのパターンが形成された基板Ｗ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、基板Ｗ上に最初に形成するブラックマトリックスのパターンを「一層目」、一層目の上に形成する三原色のいずれかのパターンを「二層目」、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」、更にその次に形成する三原色の残りのパターンを「四層目」という。
【００６２】
ここでは、一層目のステップ露光に際して、図８に示す１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りする基板Ｗでステップ回数ｎ＝３とし、マスクとして図９（ａ）のマスクＭを用いる場合を例に取り、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Ｗの上に一層目のブラックマトリックスのパターンを三分割逐次近接露光により形成する。
【００６３】
分割逐次近接露光装置のマスクステージ１の下面には、一層目のパターンが描かれたマスクＭが予め真空吸着により装着されている。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Ｚ軸方向の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
まず、ギャップ調整手段６を構成するＺ軸送り台６の上下粗動装置６１を駆動してワークステージ２を予め設定してある粗動上限目標位置（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（実際にはその上に固定されたガラス製の被検部８ｍ上面）とマスクＭとのすき間間隔（ギャップ）の計測は行わない。
【００６４】
次に、Ｚ軸送り台６の３台の上下微動装置６３を駆動してそのクサビ作用によりワークステージ２を微動で上昇させ、これにより、ワークステージ２とマスクＭとを近接させる。この微動時には、図５に示すように、マスク側アライメントマーク７６を有するマスクＭの表面と、ワーク側アライメントマーク７５を有するワークチャック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、その計測結果を上下微動装置６３の制御装置（図示せず。）に出力し、該制御装置は予め設定してあるアライメント時の目標ギャップ量と一致するように上下微動装置６３を制御してワークステージ２を上昇させる。
【００６５】
このように、ギャップ調整手段６の上下動の速度を二速に分けて、ワークステージ２の上昇距離の大部分を上下粗動装置６１で高速上昇させるとともに、最終的には上下微動装置６３でワークステージ２を微動且つ高精度で上昇させるようにしているため、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を同時に達成することができる。
（２）アライメント調整
このようにして、ワークステージ２とマスクＭとを近接させた状態においては、基板Ｗのステップ方向（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に対してマスクパターンＰ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）には、ワーク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とは整合せず、ずれてしまう。従って、このまま１ステップ目のマスクパターンＰの露光転写を行うと、次ステップ目で同一の基板Ｗ上に形成される分割パターンＰとのずれが生じて、精度の良いブラックマトリックスのパターンが得られない。
【００６６】
そこで、ワーク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との整合作業（アライメント）をアライメントカメラ１６を用いて行い、このときピント調整機構１６１によって両マーク７５，７６の双方にピントを合わせる。
一層目のステップ露光では、アライメントの際に、図５を参照して、投影用光学系７８でワーク側アライメントマーク７５を下から照射すると共に、露光時に用いるギャップセンサ１５を利用してワーク側アライメントマーク７５を有するワークチャック８の表面（被検部）８ｍとマスク側アライメントマーク７６を有するマスクＭの表面（マスクマーク面Ｍm ）との間の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。
【００６７】
なお、通常、マスクＭの板厚は５ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍなどと規格化されているため、従来のアライメントカメラのように一つの固定焦点を持つものでは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の検出精度が低下するという問題を有するが、この実施の形態では、ピント調整機構１６１に予め種々のマスク板厚に対応するアライメントカメラ１６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マーク面Ｍm に位置決めすることができる。
【００６８】
また、ピントずれを検出するのにギャップセンサ１５で実際のマスク下限位置を計測し、その計測値を計算機９２に出力して予めマスク下面（マスクマーク面Ｍm ）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してその分だけピント調整機構１６１を操作してアライメントカメラ１６の位置を補正しているので、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マーク７６に対するベストフォーカスを保証することができる。
【００６９】
そして、ピントが適正に調整されたアライメントカメラ１６によってワーク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との間にずれが検出されると〔図７（ａ）〕、その検出信号をマスク位置調整手段１４の制御装置（図示せず。）に出力し、該制御装置によってＸ方向駆動装置１４ｘ及び二つのＹ方向駆動装置１４ｙの駆動を制御することにより、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）に示すように整合させる。これにより、マスクＭとＹ軸方向との傾きθ（同図は、基板Ｗの長辺方向とＹ軸方向と、マスクＭの短辺方向とマスクパターンＰの短辺方向とが、それぞれ平行である場合を示している）が解消される。
（３）基板Ｗの挿入及び１ステップ目の露光
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、ワークステージ２とマスクステージ１との間隔（例えば６０ｍｍ程度）を利用して、ワーク自動供給装置（図示せず。）により基板Ｗをワークステージ２上に投入し、該ワークステージ２上のワークチャック８に保持する。その後、再度ギャップ調整手段６により、マスクＭの下面とワークＷ上面とのすき間を、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Ｍの下面と基板Ｗ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。
【００７０】
なお、ギャップ調整手段６によりワークステージ２を上下動させる際に、わずかではあるがワークステージ２がＸＹ平面内でも多少動いてしまう場合もある。このような場合のために、上記（２）のアライメント終了後での各レーザ干渉計７４３、７４４、７４４による位置データを、前記補正制御手段により記憶しておき、ギャップ調整後の位置データが記憶されているデータとは変わっている場合には、マスク位置調整手段１４で変化分だけ補正することにより、マスクＭの向きとＹ軸方向との傾きのない状態に戻すことができる。
【００７１】
次に、切替え機構２００を操作して射出角の小さい側のオプチカルインテグレータ３３ｂの中心を照明光学系３の光軸Ｌに位置決めし、この状態で照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して１ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に第１の分割パターンＰ1 を得る。
（４）２ステップ目の露光位置へのワークステージ２の移動
続いて、第２の分割パターンＰ2 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を駆動してワークステージ２を移動させることにより、ワークステージ２をマスクＭに対して図７（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送り、基板Ｗを２ステップ目の露光位置に配置する。このとき、基板ＷとマスクＭとの干渉を避けるため、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）ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整
上記のようにワークステージ２をマスクＭに対して図７（ｂ）の矢印Ｙ方向に１ステップ量だけ送る際には、先にのべた要因による送り誤差が生じるため、そのまま２ステップ目の露光をすると第２の分割パターンＰ2 がわずかではあるが位置ずれをおこす。例えば、ワークステージ２のステップ送り中にワークステージ２のヨーイングと真直度のエラーにより、図７（ｃ）のように真直度Δｘ、傾斜角度θ’だけ正規位置からずれてしまう。
【００７２】
そこで、基板Ｗ上に第２の分割パターンＰ2 を露光転写する前に、基板Ｗの送り誤差を送り誤差検出手段７４で検出してその検出結果をつなぎ露光位置を補正する補正制御手段に出力し、該補正制御手段では該検出結果に基づいてつなぎ露光のための位置決め補正量を算出し、その算出結果に基づいてマスク位置調整手段１４（及び送り時のピッチング補正など、必要に応じてギャップ調整を行うために上下微動装置６３）のＸ軸方向駆動装置１４ｘ及びＹ軸方向駆動装置１４ｙを制御してマスク保持枠１３の位置を調整し、マスクＭの位置ずれを補正するアライメント調整を行う。なお、ギャップ調整手段６によるマスクＭと基板Ｗとのギャップ調整を行った場合は、その後の状態でのヨーイング及び真直度のデータに基づいて前記アライメント調整を行う。
（６）２ステップ目の露光
その後、照明光学系３の露光制御用シャッター３４を開制御して２ステップ目の露光を行い、マスクＭのマスクパターンＰを基板Ｗの所定位置に焼き付けて、基板Ｗ上に位置ずれが修正された第２の分割パターンＰ２を得る（図７（ｄ）参照）。
（７）３ステップ目の露光
３ステップ目の露光については、前記（４），（５）及び（６）ど同様にして２ステップ目の露光位置へのワークステージ２の移動、ワークステージ２の送り誤差によるアライメント調整及び３ステップ目の露光を行い、基板Ｗ上に位置ずれが修正された第３の分割パターンＰ３（図示せず。）を得る。
【００７３】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、マスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数を、マスクＭのたわみ量、得るべき露光精度及びマスクＭのパターン領域の大きさから選択し、更に、選択されたマスクＭの大きさ及び基板Ｗのステップ回数について、最もタクトタイムが短くなり、且つ、必要な露光精度が得られる露光条件を露光照度とレジスト感度との関係に基づいて選択し、更に、選択されたマスクＭ毎にマスクＭ上の露光すべき領域の広さ（ステップ方向）に応じてステップ露光の照射領域Ｓを確保し且つ照度が大きくなるオプチカルインテグレータを選択してステップ露光を行うようにしているので、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光することができる。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、レーザ干渉計７４３，７４４等の送り誤差検出手段７４を備えた分割逐次近接露光装置に本発明を適用した場合を例に採ったが、これに限定されず、送り誤差検出手段７４を備えていない分割逐次近接露光装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
また、上記実施の形態では、１層目のステップ露光を例に採ったが、これに限定されず、２層目以降のステップ露光を主とするアライメントマークのみによる位置決めを行うタイプにも本発明を適用してもよい。
【００７５】
図１８は本発明の第２の実施形態を示す図である。なお、このものは、本発明の分割逐次近接露光装置におけるアライメントマークの投影結像に係わる構造、特にワーク側アライメントマーク７５をワークチャックの下からマスクアライメントマーク面に投影する光学系の変形例であり、その他の上記第１の実施形態と同様の構成部分の重複する説明は省略する。即ち、本実施形態の投影光学系７８Ａは、ワークチャック８の下方に、光源７８１，コンデンサーレンズ７８２，ワーク側アライメントマーク７５を配設すると共に更にそのワーク側アライメントマーク７５の上位に結像レンズ７８３を配してある点が上記第１の実施形態の投影光学系７８と異なっている。
【００７６】
結像レンズ７８３を、その一方の焦点上にワーク側アライメントマーク７５が位置し、他方の焦点上にマスクＭのマスクマーク面Ｍm が位置するように配設することにより、ワーク側アライメントマーク７５をマスク側アライメントマーク７６と同一レベルに投影結像することができる。
上記第２の実施形態によれば、このように、アライメント時にワーク側アライメントマーク７５を外部から光学的にマスク側アライメントマーク７６上に一致させてピントを合わせることができて、ワーク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とが検出光学系からデフォーカスされることが全くなく、理想的なパターンを検出できるので、より高精度に１層目の分割逐次近接露光が可能になるという効果がある。
【００７７】
図１９は本発明の第３の実施形態を示す図である。このものは、本発明の分割逐次近接露光装置におけるアライメントマークの投影結像に係わる構造のうち、特にアライメント画像のベストフォーカス調整機構の変形例であり、その他の上記第１の実施形態と同様の構成部分の重複する説明は省略する。
即ち、本実施形態のアライメント画像のベストフォーカス調整機構９Ａは、アライメントカメラ１６及びピント調整機構１６１と計算機９２Ａからなり、アライメントカメラ１６で撮像されたマスクＭのマスクマーク面Ｍm にあるマスク側アライメントマーク７６のパターンの像７６ｚのコントラストを検出走査線で計測し、その画像コントラストの微分波形７７の波高Ｄ，Ｄ’が最大となる状態をピント調整機構１６１でカメラ１６を動かしながら探す。これにより、パターン像７６ｚが最もシャープに写るカメラ位置を得て、より一層高精度のアライメントが実現できるという利点がある。また、上記第２の実施形態と同じく、任意のマスク厚及びマスク厚のばらつきに対しての検出光学系への影響が全く無く、いずれのマスク厚に対しても高精度の検出が可能という効果が得られる。
【００７８】
なお、以上のようにして一層目（すなわちブラックマトリックス）のパターン露光が終了すると、現像などの所定の工程を経て、二層目、三層目…とそれぞれのパターン露光を含む工程を経て仕上げられる。通常、カラーフィルタ等はライン設備で生産され、露光装置も一層目、二層目…とそれぞれ専用の装置が用いられる。
【００７９】
二層目以降のための露光装置としても勿論、本発明の装置すなわちワーク側アライメントマーク７５を用いたマスク位置調整手段を備えて、ワークステージの送り誤差を検出し、補正してつなぎ露光をする分割逐次近接露光装置を用いることができる。しかし、一層目の露光パターンの中に二層目以降のアライメントのために用いるマークのパターンを含ませておけば、二層目以降の露光時には、ワークに形成されたこのマークを基準にアライメントを行えばよく、この場合には、二層目以降のための露光装置には、ワーク上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとのアライメントを行う機能を備えた従来の露光装置であればよい。
【００８０】
しかしながら、このような従来の露光装置では、前記のとおり一層目の分割パターン同士のつなぎ目の高精度な整合のための仕組が考慮されていない。一層目の露光装置として本発明のものを用いたライン設備で生産することにより、高精度なつなぎ目の整合が実現できるのである。すなわち、一層目の露光装置にワーク側アライメントマークを用いた前記のようなマスク位置調整装置手段を使用することにより、ワークステージの送り方向とマスクパターンの向きとをそろえることができ、つなぎ目の整合が可能となる。そして、その際にワークスデージの送り誤差を検出し、これを補正することで更に高精度なつなぎ目の整合が可能となる。
【００８１】
以下に、第４の実施形態として、二層目以降の露光専用の機能を付加した本発明の分割逐次近接露光装置により、二層目露光を行う場合のアライメント調整について説明する。
従来の露光装置を用いて二層目以降のつなぎ露光を行う場合、第１ステップ目の露光のワークアライメント完了後に、ワークステージ２を第２ステップ目の露光位置に向かってＹ方向に送り移動させる際には、ワークステージ２の送り精度を頼りにしてそのまま送るか、もしくはワークステージ２の送り誤差（Ｙ軸の進行方向の傾き）に基板Ｗの搭載姿勢をできるだけ合わせて送ってから、第２ステップ目のアライメントを行うという方法がとられている。
【００８２】
しかし、そうした方法では、第２ステップ目のワーク側アライメントマーク７５を検出する際に、ワークステージ２上に基板Ｗを投入して搭載した時の基板Ｗの傾き精度（傾斜角θw の大きさ）とワークステージ送り量ｙの大きさ如何によっては、第２ステップ目の位置におけるワーク側アライメントマーク７５がアライメントカメラ１６の視野内に入らない場合があり、ワーク側アライメントマーク７５を視野内に捕捉するのに時間がかかりワークアライメントに相当長時間を要したり、最悪の場合第２ステップ目のワークアライメントが不可能になるという問題がある。
【００８３】
本実施形態は、二層目以降の露光におけるこのような問題を解決することができるものであり、図２０（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ具体的に説明する。装置は、先に説明した本願発明の分割逐次近接露光装置を適用する。なお、第２ステップ目までを説明しているが、それ以降のステップにおいても同様に適用できるものである。
【００８４】
第１工程〔図２０（ａ）〕：
二層目露光の前準備の段階である。
二層目露光用のマスクＭをマスクステージ１に装着する。装着した二層目露光用のマスクＭのマスクマーク７６，７６を、それぞれ各アライメントカメラ１６の視野Ａ，Ａの中心に合わせる。そして、ワークステージ２を第２ステップ目の位置へ送る前に、ワークステージ２の実際の送り方向（Ｙ’方向）に対するアライメントカメラ１６の視野Ａの中心軸（すなわち、左右２台のアライメントカメラ１６の視野Ａ，Ａの中心同士を結んだ軸線）ＸA の直交度のずれ角θm （以下マスクずれ角θm という）を予め求めておく。
【００８５】
このマスクずれ角θm は、マスクＭのＹ軸とその実際の相対的送り方向Ｙ’とのずれ角度であり、一層目の露光時においてのＹ軸の走り方向とワーク側アライメントマーク７５との傾き角θ（図７参照）と同様であり、その場合のワーク側アライメントマーク７５をカメラ視野Ａに置き換えたと同じである。マスクずれ角θm の具体的な求め方の例を後述する。
【００８６】
第２工程〔図２０（ｂ）〕：
一層目露光の終わった基板Ｗを、ワークステージ２上に投入して装着する。基板Ｗは通常、ワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’に対して時計回り（プラス）又は反時計回り（マイナス）方向に相対的に傾斜した状態で装着される。図２０（ｂ）はこの基板Ｗの装着直後の状態を示している。送り方向Ｙ’に対する基板Ｗの傾斜角θW は、十字形のワーク側アライメントマーク７７の中心同士を結んだ軸線（以下、ワークアライメント軸線という）ＸW とワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’に直交する軸ＸY とのなす角（以下、ワーク傾斜角θW という）である。
【００８７】
この場合、ワーク側アライメントマーク７７とマスク側アライメントマーク７６７６とは未だずれがあり、そのずれ角度（マスク傾斜角度）αはワークアライメント軸線ＸW とカメラ視野Ａの中心軸線ＸA とのなす角に相当している。すなわち、この場合のワーク傾斜角θW はθW ＝θm ＋（マイナスα）となり、マスクＭの前記ずれ角θm よりマスクＭと基板Ｗとのずれ角αだけ反時計方向に小さくなる。
【００８８】
第３工程〔図２０（ｃ）〕：
二層目露光の第１ステップ目である。装着した基板ＷとマスクＭとのアライメントを行い、両者のずれを無くす。すなわち、基板Ｗに対してマスクＭを移動しずれを解消する。具体的には、マスク位置調整手段１４の操作によりマスクＭをＺ軸回りに反時計方向に旋回させて、十字のワーク側アライメントマーク７７に対し方形のマスク側アライメントマーク７６を合わせる。その時のマスクＭの旋回角度すなわちマスク傾斜角度αを露光位置補正制御手段の記憶装置に記憶させる。図２０（ｃ）は、二層目露光における第１ステップ目のワーク側アライメントマーク７７とマスク側アライメントマーク７６とのアライメント完了時の状態を示している。この後、第１ステップ目の露光が行われる。
【００８９】
第４工程〔図２０（ｄ）〕：
第１ステップ目の露光完了後、ワークステージ送り機構７により第２ステップ目の露光位置にワークステージ２を送る。その送り操作において、Ｙ軸方向送りを検出するレーザ干渉計７４４で送り量（距離）ｙが計測される。次いで、マスクＭを反時計方向にワーク傾斜角θW だけ旋回させて第２ステップ目のアライメントを開始するのであるが、その前に、マスクステージ１のマスク位置調整手段１４によりマスクＭの位置補正を行う。具体的には、前記ワークステージ２の送り量（距離）ｙ及び第１工程で求めたマスクずれ角θm ，第３工程で求めたマスク傾斜角度αを用いて、次式によりマスクステージ１のＸ軸方向の補正量ΔＸを算出する。
【００９０】
ΔＸ＝ｙ・ｓｉｎ（θm ＋α）
そして、このΔＸの距離だけマスクステージ１をＸ方向に移動させてその位置を補正する。このマスク位置補正により、第２ステップ目用の十字のワーク側アライメントマーク７７及び方形のマスク側アライメントマーク７６がアライメントカメラ１６の視野内に必ず入ることになる。したがって、第２ステップ目以降のワーク側アライメンントマークの検出において、基板Ｗ搭載時の傾斜角θW の大きさや、Ｙ方向送り量の如何にかかわらずアライメントエラーが全く発生しなくなる。かつまた、装置のタクトタイムが大幅に短縮される。
【００９１】
さらに、理論的には、２ステップ目以降のワークアライメントは、上記計算とその補正を正確に行うことにより、視野に入った時点でアライメント完了位置にマスクステージが移動するので、第２ステップ目のアライメントが必要なくなる（即ち、補正制御手段の指令でマスク位置調整手段１４を作動させて自動的にアライメントが行われ、１回のアライメントで、２ステップ更にはｎステップの露光が可能となる。）
かくして、第２ステップ目以降のワークアライメントが必要でないグローバルアライメント露光が可能となり、装置タクトタイムの一層の短縮と、精度向上との両立ができる。
【００９２】
上記第４の実施の形態では、二層目露光における第２ステップ目以降のワーク側アライメントマーク７７を検出するに当たり、一層目露光時に予め求めておいたワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’と二層目露光時の第１ステップ目のワークアライメントの結果から基板Ｗ姿勢を認識して、マスクステージの位置を修正することにより、二層目露光の第２ステップ目以降はワーク側アライメントマークを必ずアライメントカメラの視野内に捕捉するように制御する場合を説明したが、このような制御方法は必ずしも二層目露光以降にのみ適用するとは限らない。ワークステージ２の実際の送り方向Ｙ’を予め試験的に把握しておくことで、一層目露光のワーク側アライメントマークの傾斜角θとワークステージの走り方向の傾きθの場合にも適用可能である。
【００９３】
ここで、前記マスクずれ角θm の求め方の一例を述べる。
図２１（ａ）は、二層目露光における第１ステップ目の状態である。すなわち、前記図２０（ａ）と同じく、マスクＭのマスク側アライメントマーク（□印）７７A ，７７B を、それぞれ各アライメントカメラの視野ＣＡ，ＣＢ（○印）の中心に合わせる。この時の、ワークステージの実際の走り方向Ｙ’と直交する軸ＸY に対するカメラの視野中心軸線ＸA のずれ角θm を、予め次の方法で測定する。
【００９４】
▲１▼ワークステージを送り、マスクＭを第２ステップ目の位置に相対移動させる。その実際の送り方向はＹ’方向であるから、第１ステップ目の位置Ｉにあるワーク側アライメントマーク７７AI及び７７BIは、Ｙ’方向に沿った位置ＩＩに移動してワーク側アライメントマーク７７AII 及び７７BII になる〔図２１（ｂ）〕。
【００９５】
▲２▼測定基準を７７BI−７７BII を結ぶ線Ｌｓとし、この基準線ＬｓがＸ方向になるように基板Ｗを水平旋回する。そして、基準線Ｌｓに対する直線７７BI−７７AI及び７７BII −７７AII の傾き角θm1，θm2を求める〔図２１（ｃ）〕。
θm ＝（θm1＋θm2）／２
＝（ｔａｎ-1ｇ1 ／Ｇ1 ＋ｔａｎ-1ｇ2 ／Ｇ2 ）／２
である。
【００９６】
なお、高精度化のために、ｎステップまで行ってその平均をとっても良い。
θm ＝（θm1＋θm2＋……＋θmn）／ｎ
なお、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。
【００９７】
また、上記各本実施の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。
【００９８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、フラットパネルディスプレイの多面取り露光において、決められた大きさの基板に高精度且つ高スループットでステップ露光することができるという効果が得られる。
【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と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示す構成図である。
【図７】ステップ露光を説明するための説明図である。
【図８】１８インチディスプレイ用材ＤＰを９面取りした基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）の平面図である。
【図９】図８の基板に対向配置されるマスクを示す図であり、（ａ）は３ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図、（ｂ）は２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図である。
【図１０】１５インチディスプレイ用材ＤＰを１２面取り（長辺方向４×短辺方向３）した基板Ｗ（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）に対向配置されるマスクを示す図であり、２ステップ露光の場合に用いるマスクの平面図である。
【図１１】マスクの横（短辺）寸法を一定にした場合の該マスクの縦（長辺）寸法と自重による最大たわみ量との関係を示すグラフ図である。
【図１２】図９（ａ），（ｂ）の各マスクを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図である。
【図１３】図１０のマスクと図示しない４ステップ露光用マスクとを用いた場合の光源照度とレジスト感度とステップ数とタクト時間との関係を示すグラフ図である。
【図１４】照射領域切替手段による照射領域の切替え操作を説明するための図であり、（ａ）は照射領域を広げた状態を示す図、（ｂ）は照射領域を狭めた状態を示す図である。
【図１５】二種類のオプチカルインテグレータを示す図であり、（ａ）はレンズ面の曲率半径が大きいタイプの側面図、（ｂ）はレンズ面の曲率半径が小さいタイプの側面図である。
【図１６】照射領域切替手段の切替え機構の一例を説明するための斜視図である。
【図１７】切替え機構の変形例を説明するための斜視図である。
【図１８】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１９】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２０】本発明の第４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図であり、（ａ）は露光前準備とマスクロード後のアライメントを示す模式図、（ｂ）はワークロード直後を示す模式図、（ｃ）は第１ステップ目のアライメントメント完了状態を示す模式図、（ｄ）は第２ステップ目のアライメントメントに移動後の状態を示す模式図である。
【図２１】マスクずれ角θm の求め方を説明する図で、（ａ）は二層目露光における第１ステップ目の状態を示す平面図、（ｂ）はマスクＭを第２ステップ目の位置に相対移動させた状態を示す平面図、（ｃ）はマスクずれ角θm1，θm2の測定時の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｗ…基板
Ｍ…マスク
Ｐ…マスクパターン
１…マスクステージ
２…ワークステージ
３…照明光学系（照射手段）
６…ギャップ調整手段
７…ワークステージ送り機構
３３ａ，３３ｂ…オプチカルインテグレータ
２００Ａ…照射領域切替手段
２００…切替え機構
Claims (3)
- 被露光材としての基板を保持するワークステージと、前記基板に対向配置されて該基板より小さいマスクを保持するマスクステージと、前記基板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、該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させるように前記ワークステージと前記マスクステージとを相対的にステップ移動させるワークステージ送り機構と、前記マスクと前記基板との対向面間のすき間を調整するギャップ調整手段とを備え、前記ワークステージ送り機構のステップ回数を２回以上として各ステップ毎に前記マスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光装置において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、前記照射手段が、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を切替え可能な照射領域切替手段を備えたことを特徴とする分割逐次近接露光装置。 - 前記照射領域切替手段は、射出角の異なる複数種のオプチカルインテグレータと、各オプチカルインテグレータの中心を前記照射手段の光軸に対して選択的に位置決め配置する切替え機構とを備えたことを特徴とする請求項１記載の分割逐次近接露光装置。
- 被露光材としての基板より小さいマスクを該基板に近接して対向配置し、前記基板を前記マスクに対して相対的にステップ移動させて該マスクのマスクパターンを前記基板上の複数の所定位置に対向させると共に、ステップ回数を２回以上として各ステップ毎に基板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して該マスクのマスクパターンを前記基板上に露光転写するようにした分割逐次近接露光方法において、
前記マスクの大きさ及び前記ステップ回数を、前記マスクの許容たわみ量、該マスクのパターン領域の大きさ及び最もタクト時間が短く且つ必要な露光精度が得られる露光照度とレジスト感度との関係に基づいて設定し、更に、該設定ステップ回数での露光条件に応じて露光用の光のステップ方向の照射領域を設定することを特徴とする分割逐次近接露光方法。
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