JPH10268525A - 間隙設定機構を備えたプロキシミティ露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス面のように反射率の低い部分でも充分
な検出感度を得ることができる間隙設定機構を備えたプ
ロキシミティ露光装置を提供すること。 【解決手段】 間隙測定部１０には、測定用光源とピン
ホール板と対物レンズと受光器等が設けられており、上
記測定用光源からでた光を上記ピンホール板、対物レン
ズを介してマスク／ワーク面に照射し、その反射光を対
物レンズ、ピンホール板を介して上記受光素子で受光す
る。マスク／ワーク面が対物レンズの対物面側焦点にあ
るとき、受光器には強度の大きな反射光が入射する。マ
スクとワークの間隙を測定するには、間隙測定部１０を
Ｚ方向に移動させて、マスクＭとワークＷの２つの反射
光強度のピークを検出し、そのときの間隙測定部１０の
位置からマスクＭとワークＷの間隙を求める。マスクＭ
とワークＷの間隙を測定したら、マスクＭとワークＷの
間隙を所望に値に設定し露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクとワークの
間隙を設定するための間隙設定機構を備えたプロキシミ
ティ露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロキシミティ露光とは、マスクとワー
クを近接させて保持し、マスクとワークの間に微小の間
隙を形成させた状態で略平行光をマスク側からワークに
照射することで、マスク上のパターンをワークに転写す
る露光方法である。マスクとワークの間に微小の間隙を
形成させるのは、マスクとワークが接触することによる
マスクまたはワークへの傷の発生や、ワーク上に形成さ
れたフォトレジスト膜等がマスクに付着することになど
によるマスクの汚染等、様々なダメージを回避するため
である。

【０００３】マスクとワークの間に微小の間隙を形成さ
せる方法としては、金属や樹脂のテープやボール等をス
ペーサとしてマスクとワークの間に挟み込む方法が従来
から用いられてきた。この方法はスペーサの厚みを予め
選定（測定）しておけば所望の間隙を簡単に設定するこ
とができる。上記方法によれば、マスクとワークが全面
で接触することがないため、マスクやワークに与える上
記のようなダメージを軽減できるが、依然として一部分
ではスペーサを介してマスクとワークが接触するため、
完全に上記したダメージを除去することはできない。

【０００４】上記した問題を解決する手段として、例え
ば、特開平３−３８０２４号公報、特開平３−３８０２
５号公報が提案されている。上記２つの公報に記載され
る技術は、間隙を測定する手段を設け、マスクとワーク
を接触させないで所望の間隙を設定するものであり、マ
スク／ワーク面内の３点で間隙を測定し、３点の間隙を
所望の間隙になるようにワークステージの傾斜を調整
し、非接触で所望の間隙を形成する。上記２つの公報に
記載される間隙の測定の方法は、測定用光学系の中に縞
のパターンを形成したマスクを設置し、そのパターンを
ワークとマスクに投影し、その投影像を観察する。そし
て、投影像がマスク、ワークそれぞれに合焦した位置の
差から間隙の値を測定する。

【０００５】同様な目的で間隙を測定する方法として、
特開昭６３−１３８７３０号公報、特開平５−２２６２
１５号公報、特開平６−５４８６号公報、特開平６−２
８３４００号公報等に記載される技術が提案されてい
る。特開昭６３−１３８７３０号公報に記載される技術
は、アキシコンで輪帯光（リング状の光）を作成し、そ
の輪帯光をマスクとワークに照射し、反射光を２重リン
グ型のフォトディテクタで受光する。マスクとワークの
間に間隙があることによる光路長の違いから、反射して
きたリング光の大きさがマスクとワークとで異なり、こ
の差を２重リング型のフォトディテクタで検出すること
により間隙の値を測定するものである。

【０００６】特開平５−２２６２１５号公報に記載され
る技術は、マスクの測定したい場所に回折格子やゾーン
プレート、グレーティングレンズ等の物理光学素子を設
け、これを通してワークに光束を斜め入射して反射さ
せ、再び物理光学素子を通過し出射角を変化させられて
きた反射光のスポットの位置をラインセンサで計測して
間隙の値を測定するものである。特開平６−５４８６号
公報に記載される技術は、ワークの下側から光を斜め入
射させ、同じくワークの下側に設けた受光部でマスク面
とワーク面からの反射光の位置のずれ量を検出すること
により間隙の値を測定するものである。特開平６−２８
３４００号公報に記載される技術は、マスクとワークの
側方から平行光束をマスク／ワーク側面に対して斜め入
射させ、マスク／ワーク内を屈折・通過してきた光もし
くは間隙を通過してきた光のいずれかの強度を測定す
る。そして、光の強度が間隙の値に依存していることを
利用して間隙の値を測定するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は次
のような問題点を有している。 (1) 特開平３−３８０２４号公報に記載される技術で
は、投影像の観測に充分な反射光強度を得るために、マ
スクおよびワークの測定する場所に光を反射する反射膜
を形成している。したがって、測定可能な場所が反射膜
を形成させた部分に限定されるため、マスク／ワークの
任意の場所で測定ができない。さらに、測定部分には製
造される例えば液晶画面等の素子に不要な反射膜がある
ため、素子を形成する領域とは別に測定用の領域をワー
クに確保する必要があり、ワークの素材の利用効率が悪
いという問題がある。また、後で反射膜を除去する場合
は、製造工程に反射膜除去工程が増えることになり、製
造コストが上昇するという問題がある。

【０００８】(2) 特開平３−３８０２５号公報に記載さ
れる技術は、特開平３−３８０２４号公報に記載される
技術を改良し、反射膜を不要としたものであるが、同公
報に記載される通り、マスクとワークの間隙が小さい場
合は、反射光の強度がマスクとワークとでほぼ等しくな
り、干渉を起こして明瞭な縞パターンが得られない。そ
こで、まず、マスクとワークを干渉が起こらない充分な
間隙において測定を行い、その後、実際に露光する間隙
まで間隙を小さくして露光を行うものである。したがっ
て、実際に露光を行う間隙が所望の値であるかを直接確
認することができず、また、露光時の間隙の設定精度
は、測定時の間隙から露光時の間隙に移動させる移動機
構の精度に律速され、移動誤差があってもそれを確認す
ることも修正することもできないという問題がある。

【０００９】(3) 特開昭６３−１３８７３０号公報に記
載される技術は、間隙が小さい場合、反射光の強度がマ
スクとワークでほぼ等しいため干渉を起こして明瞭なリ
ング光を得ることができないため、上記特開平３−３８
０２５号公報と同様な問題がある。 (4) 特開平５−２２６２１５号公報に記載される技術
は、マスクの測定したい場所に回折格子やゾーンプレー
ト、グレーティングレンズ等の物理光学素子を設ける必
要があるため、任意の場所での測定が不可能であり、マ
スクが高価であるという問題がある。

【００１０】(5) 特開平６−５４８６号公報に記載され
る技術は、測定用の光源および受光部をワークの下側、
即ち、ワークを保持するワークステージの内部に埋め込
む必要があり、ワークステージの構造に著しく制約があ
るとともに、埋め込んだ場所以外での測定は不可能で、
任意の場所での測定ができないという問題がある。 (6) 特開平６−２８３４００号公報に記載される技術
は、その測定方法の特徴から、マスク／ワークの中央部
の測定時、中央部の間隙による光強度の情報は外周部の
間隙による光強度の情報と重なって得られるため、正確
に中央部の間隙を測定できないという問題がある。これ
は、マスク／ワークが大型になればなる程、顕著になる
ため、特に液晶画面素子等の映像表示画面素子製造時の
ような大型のマスク／ワークを取り扱う場合には、適用
できない。

【００１１】本発明は上記した従来技術の問題点を解消
するためになされたものであって、本発明の第１の目的
は、マスク／ワークに反射膜や物理光学素子等を作成す
る必要がなく、マスク／ワーク面の任意の部分での間隙
測定が可能であり、ガラス面のように反射率の低い部分
でも充分な検出感度を得ることができる間隙設定機構を
備えたプロキシミティ露光装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、ワークステージの内部に測定部
等を埋め込むことなく、小さな間隙を測定することがで
き、露光時の間隙の状態で高精度な間隙測定・確認をす
ることができる間隙設定機構を備えたプロキシミティ露
光装置を提供することである。

【００１２】本発明の第３の目的は、マスクパターン形
成面における測定用光源からの断面形状を、マスクに形
成された開口部の形状に包含される形状とすることがで
き、光がマスクの金属膜等の反射率の高い部分に被さる
ことがなく、ガラス等で形成された反射率の低いワーク
に対しても、マスクとワークの反射光の強度をほぼ等し
くすることができる間隙設定機構を備えたプロキシミテ
ィ露光装置を提供することである。本発明の第４の目的
は、測定用光源の光強度の変動を補正することができ、
高精度な間隙測定を行うことが可能な間隙設定機構を備
えたプロキシミティ露光装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明においては、次の
ようにして前記課題を解決する。 （１）紫外線を照射する紫外線照射部と、マスクを保持
するマスクステージ部と、ワークを上記マスクに間隙を
設けて近接させた状態で保持するワークステージ部と、
上記ワークステージに接続され上記ワークと上記マスク
との上記間隙を調整する間隙調整機構とを備えたプロキ
シミティ露光装置において、間隙測定部と、該間隙測定
部を上記マスクおよび上記ワークに対して垂直方向に連
続的もしくは逐次的に移動させる間隙測定部移動機構
と、上記間隙測定部の位置を検出する位置検出器と、マ
スクとワークの間隙を演算する演算部とを設け、上記間
隙測定部に、測定用光源と、ビームスプリッタと、ピン
ホール板と、対物レンズおよび受光器とを設ける。そし
て、上記測定用光源を、該光源から放射された光が上記
ビームスプリッタを介して上記ピンホール板に集光され
るように配置し、上記ピンホール板を、上記対物レンズ
の対物面側焦点とは反対側の焦点であって、上記ピンホ
ール板を通過した上記測定用光源からの光が上記対物レ
ンズの対物面側焦点に集光する位置に配置し、また、上
記受光器を、上記対物レンズおよび上記ピンホールを通
過し、前記ビームスプリッタを通ってきた上記マスクお
よび上記ワークからの反射光を受光する位置に配置し、
上記受光器からの出力信号の強度および上記位置検出器
からの出力信号とから上記演算部によりマスクとワーク
の間隙の値を演算する。

【００１４】（２）上記（１）において、上記ピンホー
ル板のピンホールを複数のピンホールの集合体とする。 （３）上記（１）（２）において、間隙測定部に第２の
受光器を設けるともに、、上記ビームスプリッタを上記
測定用光源の光を２分割する向きに配置し、分割された
光の一方を上記ピンホール板に照射し、他方を上記第２
の受光器に入射させる。そして、上記演算部において、
上記受光器と上記第２の受光器の出力信号を演算して上
記測定用光源の光強度の変動を補正する。 （４）上記（１）（２）（３）において、上記ビームス
プリッタとして偏光ビームスプリッタを用い、該偏光ビ
ームスプリッタにより、上記測定用光源から放射される
光を第１の偏光方向に偏光するとともに上記第１の偏光
方向の光を透過させ、上記第１の偏光方向とは異なった
第２の偏光方向の光を上記受光器に入射させる。また、
上記ピンホール板と対物面側焦点間の光路中に１／４波
長板を配置し、該１／４波長板により、上記偏光ビーム
スプリッタにより偏光された第１の偏光方向の偏光光を
円偏光に変換するとともに、上記マスクおよび上記ワー
クからの円偏光の反射光を第２の偏光方向の光に変換す
る。

【００１５】（５）上記（１）（２）（３）（４）にお
いて、上記間隙測定部に第２の光源と撮像素子を設け、
上記第２の光源を、該光源から放射された光が上記対物
レンズを通して上記マスクおよび上記ワークに照射され
る位置に配置し、上記撮像素子を上記マスクおよびワー
クの像を受像する位置に配置する。 （６）上記（１）（２）（３）（４）（５）において、
上記マスクとして、映像表示画面素子製作用のマスクを
使用し、上記マスクのパターン形成面における測定用光
源からの光束の断面形状を、上記マスクのパターン領域
に形成された開口部に包含可能な形状とする。

【００１６】本発明の請求項１の発明においては、上記
（１）のように、マスクとワークの間隙測定に投影像を
使用せず、マスクとワーク面の反射光の強度を使用して
いるので、ガラス面のような反射率の低い部分でも充分
な検出感度を得ることができる。このため、マスクやワ
ークに反射膜や物理光学素子等を形成する必要がなく、
マスクやワーク面の任意の個所での測定が可能となり、
また、マスクが高価になることもない。また、対物レン
ズの対物面側の焦点と反対側の焦点にピンホールを配置
したので、被測定面が対物レンズの対物側焦点から僅か
にずれただけで被測定面からの反射光のほとんどが、ピ
ンホールを通過できず受光器に入射しない。このため、
間隙が小さな場合でも、マスクとワークの反射光を大き
な強度比で分離することが可能となり、マスクとワーク
の反射光が干渉を起こすこともない。したがって、露光
時の間隙の状態で高精度の測定・確認が可能となる。ま
た、測定のために特別なシーケンスを行う必要がなく、
間隙の設定精度が移動機構の精度で律速されることもな
い。さらに、間隙測定部をマスク側に設置することが可
能となり、ワークステージの内部に測定部を埋め込む必
要がない。したがって、ワークステージの構造に制約が
なく、また、任意の部分での測定が可能となる。特に、
マスクやワークの中央部の測定時、外周部の間隙に測定
結果が影響されることがないので、大型のマスク／ワー
クでも任意の部分で高精度な間隙の測定が可能となる。

【００１７】本発明の請求項２の発明においては、上記
（２）のようにピンホールを複数のピンホールの集合体
としたので、ガラスワークのような反射率の低いワーク
に対しても、充分な反射光強度を得ることができ、マス
クとワークの反射光を良好に分離することができる。す
なわち、反射光の光強度がある程度強い方がＳＮ比の良
い信号が得られ、高精度な測定が可能となる。ところ
が、例えば、液晶画面素子、プラズマディスプレイパネ
ル（ＰＤＰ）等の撮像表示画面素子製造時に間隙を測定
する場合、ワークの材質はほとんどの場合透明なガラス
であり、ガラスワークの場合の光の反射率は４％程度も
しくはそれ以下である。従って、間隙を測定する際、場
合によっては充分な反射光強度を得ることができず、測
定精度が低下する恐れがある。また、大きな反射光強度
を得るためピンホールの大きさを大きくすると、マスク
またはワークの被測定面が対物レンズの対物面側焦点か
ら外れた場合でもピンホールを通過できる反射光が増え
るため、マスクとワークの反射光が重なって、受光器に
入射するためマスクとワークの反射光を良好に分離する
ことが難しくなる。これに対し、上記のように、ピンホ
ールを複数のピンホールの集合体とすることにより、ピ
ンホールの大きさを大きくすることなく、受光器に入射
する反射光強度を大きくすることができ、ガラスワーク
のように反射率の比較的低いワークの場合であっても高
精度の測定が可能となる。

【００１８】本発明の請求項３の発明においては、上記
（３）のように、間隙測定部に第２の受光器を設け、前
記受光器と上記第２の受光器の出力信号を演算して上記
測定用光源の光強度の変動を補正するようにしたので、
電源等の変動により測定用光源の光強度が変動しても、
その影響を受けることなく高精度な測定を行うことが可
能となる。本発明の請求項４の発明においては、上記
（４）のように、上記ビームスプリッタとして偏光ビー
ムスプリッタを用いるとともに、ピンホール板と対物面
側焦点間の光路中に１／４波長板を配置したので、ピン
ホール板における反射光が上記受光器に入射しないよう
にすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、
高精度の測定が可能となる。本発明の請求項５の発明に
おいては、上記（５）のように、第２の光源と撮像素子
を設け、マスクおよびワーク像を受像できるようにした
ので、測定位置の位置合わせを簡単に行うことができ、
ワークが液晶画面素子、プラズマディスプレイパネル等
の映像表示画面素子の場合であっても、測定位置を正し
くマスクの開口部に合わせることができる。

【００１９】本発明の請求項６の発明においては、上記
（６）のようにマスクのパターン形成面における測定用
光源からの光束の断面形状を、上記マスクのパターン領
域に形成された開口部に包含可能な形状としたので、光
がマスクの金属膜に被さることがない。このため、マス
クからの反射光の強度が極端に強くなることがなく、ガ
ラスワークのような反射率の低いワークに対してもマス
クとワークの反射光の強度をほぼ等しくすることがで
き、高精度な間隙測定が可能となる。

【００２０】すなわち、高精度で間隙を測定するために
は、マスクからの反射光の強度とワークからの反射光の
強度をなるべく等しくすることが必要である。片方が極
端に強い場合には、弱い方の反射光の信号が強い方の信
号に埋もれてしまいマスクとワークの反射光を分離する
ことができなくなる。一般に、マスクのパターン形成に
はクロム等の金属膜が使用される。金属膜の反射率は非
常に高く、クロム膜では５０〜７０％程度であるが、液
晶画面素子等の製造に使用されるガラスワークの場合の
反射率は４％程度もしくはそれ以下である。したがっ
て、間隙を測定する場合、照射した測定用光源の光束が
マスクを通過する時にクロム膜の部分に被さると、クロ
ム膜からの強力な反射光が生じてマスクからの反射光の
強度がワークからの反射光の強度より極端に強くなり、
高精度な間隙測定が行えなくなる。

【００２１】液晶画面素子、プラズマディスプレイパネ
ル（ＰＤＰ）等の映像表示画面素子等のワークにおいて
は、ワークの大部分を占めるのは画素の部分であり、こ
れらの製造時に間隙を測定する場合、上記画素の部分を
使用する場合が多い。カラーフィルタ等を製造する場
合、マスクには通常、１画素につき１つの開口部があ
る。また、最近、液晶画面素子においては、視野角改善
のために１つの画素を複数に分割し、画素内の特定の部
分の配向膜に紫外線を照射して配向膜の特性を選択的に
改質することが行われている。この場合のマスクには、
１つの画素当たり、１画素が小さく分割された開口部が
１つまたは複数個ある。したがって、上記のように測定
用光源からの光束の断面形状を、マスクのパターン領域
に形成された上記開口部に包含可能な形状とすることに
より、測定用光源からの光がクロム膜の部分に被さるこ
とがなく、このため、マスクとワークの反射光を分離す
ることができなくなるといった問題を回避し高精度な測
定が可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例のプロキシ
ミティ露光装置の概略構成を示す図である。同図におい
て、１は紫外線照射部であり、紫外線照射部１は紫外線
を含む光を放出する紫外線ランプ１ａと、紫外線ランプ
１ａが放出する光を集光する集光鏡１ｂと第１のミラー
１ｃと、インテグレータレンズ１ｄと、シャッタ１ｅ
と、凹面鏡から構成されるコリメータミラー１ｆと、第
２のミラー１ｇから構成されている。紫外線ランプ１ａ
が放出する光は、集光鏡１ｂで集光され、第１のミラー
１ｃ、インテグレータレンズ１ｄ、シャッタ１ｅ、第２
のミラー１ｇを介してコリメータミラー１ｆに入射し、
コリメータミラー１ｆから出射する光がマスクステージ
２に固定されたマスクＭを介して、ワークステージ３上
に載置されたワークＷに照射される。なお、照射面積が
比較的小さい場合は、コリメータミラー１ｆの代わりに
コリメータレンズを使用する構成としてもよい。この場
合は、ミラー１ｇを下向き（インテグレータレンズ１ｄ
を出た光がマスクＭに照射される向き）に配置し、ミラ
ー１ｇとマスクＭとの間にコリメータレンズを配置す
る。ワークステージ３は間隙調整機構４を介してＸＹθ
Ｚステージ５に取り付けられており、ワークステージ３
の傾きおよび上下方向（以下Ｚ方向という）の位置（マ
スクＭとワークＷの間隙）は、間隙調整機構４により微
調整される。

【００２３】また、ＸＹθＺステージ５はワークステー
ジ移動機構６によりＸ，Ｙ，θ，Ｚ方向（例えばＸは同
図の左右方向、Ｙは同図紙面に対して垂直方向、θはＸ
Ｙ平面に垂直な軸を中心とした回転、Ｚは上記した上下
方向）に駆動され、これによりワークステージ３はＸＹ
θＺ方向に移動する。１０は間隙測定部であり、間隙測
定部１０は図示しないＸＹ方向駆動機構によりマスクＭ
上を、マスクＭ面に平行に移動可能に構成されており、
間隙測定部１０をマスクＭ／ワークＷ面上の任意の間隙
測定点に移動させることで、複数の測定点における間隙
を測定する。なお、間隙測定部１０を間隙測定点の数だ
け設けて、複数の測定点で間隙を測定するように構成し
てもよい。

【００２４】また、間隙測定部１０は間隙測定部Ｚ移動
機構１１によりＺ方向に移動可能に構成されている。上
記間隙測定部Ｚ移動機構１１には、間隙測定部１０を移
動させるためのモータおよびボールネジ、直動ガイド
（図示せず）等が設けられており、また、間隙測定部１
０の位置と移動量を検出するための位置検出器としてエ
ンコーダ１２が設けられている。７は制御部であり、制
御部７により上記紫外線照射部１、間隙測定部１０、間
隙測定部Ｚ移動機構１１、ワークステージ移動機構６が
制御される。また、上記間隙測定部Ｚ移動機構１１に設
けられたエンコーダの出力が制御部７の演算部７ａに送
られる。

【００２５】図２は本発明の第１の実施例の間隙測定部
１０の構成を示す図であり、同図により本実施例の間隙
測定部１０について説明する。同図において、１００は
間隙測定用に使用される第１の光源であり、本実施例に
おいては、強い発光強度が得られることからレーザダイ
オードを使用した。このほか、ハロゲンランプ、キセノ
ンランプ、ＬＥＤ等を使用することができる。第１の光
源１００から出た光は、レンズ１０１で略平行光とさ
れ、第１のビームスプリッタ１０２に入射する。そし
て、第１のビームスプリッタ１０２で分割され、その一
方の光がレンズ１０３によりピンホール板１０８に集光
される。ピンホール板１０８は後述する対物レンズ１１
０の対物面側焦点とは反対側の焦点に配置されている。

【００２６】また、第１のビームスプリッタ１０２で分
割された他方の光はレンズ１０６を介して第２の受光器
１０７に入射する。第２の受光器１０７は、後述するよ
うに、第１の光源１００の光強度の変動を検出し、その
変動をキャンセルするために設けられたものであり、第
２の受光器１０７で検出された信号は基準強度信号とし
て制御部７の演算部７ａに送られる。上記ピンホール板
１０８はガラスにクロム膜を蒸着し、エッチングでクロ
ム膜に開口部を形成させたものであり、例えば図３に示
すようにφ１２μｍの穴が４８μｍのピッチでφ１２５
μｍの範囲に並べられている。なお、ピンホール板は単
に数百μｍ厚の金属箔に穴を開けたものも使用可能であ
るが、ガラスを使ったピンホール板の方が機械的衝撃に
強く、また熱による変形や伸びも少ない。

【００２７】ピンホール板１０８を通過した光は第２の
ビームスプリッタ１０９で９０°曲げられ対物レンズ１
１０に入射し、対物面側焦点に集光される。対物面側焦
点における光束の大きさは、〔対物レンズの倍率（呼
び）の逆数〕×〔ピンホールの大きさ〕である。ここ
で、対物レンズの倍率は対物面側から光が入射した場合
の倍率で呼び、この場合は、光が逆行しているので、倍
率は呼びの逆数となる。本実施例では５倍の対物レンズ
１１０を使用したので、光束の大きさはφ２５μｍの範
囲にφ２．４μｍの大きさの光が９．６μｍのピッチで
並んだものとなる。マスクＭまたはワークＷの表面（以
下、被測定面１２０という）が対物レンズ１１０の対物
面側焦点にある場合は、上記形状のφ２５μｍのスポッ
ト光で被測定面が照明された状態になる。

【００２８】被測定面１２０で反射された反射光は、再
び対物レンズ１１０、第２のビームスプリッタ１０９を
経てピンホール板１０８上に集光される。このとき、ピ
ンホール板１０８上での反射光の光束の大きさは、〔被
測定面１２０でのスポット照明光の大きさ〕×〔対物レ
ンズの倍率〕である。本実施例の場合は、φ１２μｍの
光のスポットを４８μｍのピッチでφ１２５μｍの範囲
に並べた光となる。すなわち、被測定面１２０が対物レ
ンズ１１０の対物面側の焦点にある場合は、反射光の光
束の大きさがピンホールの大きさと同じになるので、反
射光はほぼ全部がピンホール板１０８を通過できること
になる。ピンホール板１０８を通過した反射光は、レン
ズ１０３で略平行光にされた後、第１のビームスプリッ
タ１０２で９０°曲げられ、レンズ１０４で第１の受光
器１０５に集光・入射される。

【００２９】図４はピンホール板１０８に設けられた複
数のピンホールを介して反射光が第１の受光器１０５の
受光面に結像する様子を示す図であり、同図では、第１
のビームスプリッタ１０２、レンズ１０３は省略されて
いる。被測定面１２０が対物レンズ１１０の対物面側の
焦点にある場合、同図に示すように、第１の受光器１０
５の受光面には、ピンホールを通過した光がスポット状
に結像する。第１の受光器１０５にＣＣＤ素子のような
小さな受光素子の集合体を使用した場合は、小さな受光
素子の一つ一つの感度にバラツキがあるので、結像した
スポット光の位置が変わると第１の受光器１０５の出力
が変動することがある。また、第１の受光器１０５にフ
ォトダイオードのような比較的大きな受光素子を使用し
た場合でも、受光素子の製作上のバラツキから受光面の
場所により感度にバラツキがある場合が多いのでやはり
第１の受光器１０５の出力が変動することがある。上記
のように、ピンホール板１０８に複数のピンホールを設
けることにより、第１の受光器１０５に入射する光の位
置に対して受光素子の感度のバラツキを平均化すること
ができるとともに、振動あるいはピンホール板１０８等
の位置ずれ等に対する第１の受光器１０５の出力値の変
動を小さくすることができる。さらに、ピンホールを複
数にすることにより高感度にすることができる。すなわ
ち、ピンホールが１つの場合、高感度にするには上記受
光器１０５に到達する光子の数を増やさなければなら
ず、そのためには第１の光源１００の発光強度を上げる
必要があるが、発光強度を上げると第１の受光器１０５
の焼き付きが発生する可能性がある。これに対し、ピン
ホールを複数にすれば、第１の光源１００の発光強度を
上げることなく単位時間に第１の受光器１０５に到達す
る光子の数を増やすことができ、高感度にすることが可
能となる。

【００３０】上記のようにして第１の受光器１０５で受
光された光強度信号は演算部７ａに送出される。演算部
７ａは、上記第１の受光器１０５に入射する光強度信号
が大きくなることにより、被測定面１２０が対物面側焦
点位置にあると判定する。一方、被測定面１２０が対物
レンズ１１０の対物面側焦点にない場合には、被測定面
１２０での測定用光源の光束は、ぼやけるために大きく
広がったスポット光となる。その反射光はピンホール板
１０８上では同様にぼけるため、さらに大きく広がる。
したがって、反射光のほとんどはピンホール板１０８を
通過できず、第１の受光器１０５に入射しない。ピンホ
ールが複数個の場合でも、ピンホールのピッチを４８μ
ｍと十分に取っているため、ぼけた光が隣のピンホール
を通過することはほとんどない。また、ぼけたスポット
が隣のピンホールに被るほど大きくなった場合は、広が
ったスポットの面積に比べてピンホールを通過する光の
面積が十分に小さいため、被測定面が対物レンズの対物
面側焦点にある場合と、ない場合が十分な強度比で分離
することができる。

【００３１】上記のように、少しでも被測定面１２０が
対物レンズ１１０の対物面側焦点から外れた場合、第１
の受光器１０５に入射する反射光の強度が極端に減少す
るため、マスクＭおよびワークＷの反射光を良好に分離
することができる。ここで、上記第１の光源１００の出
力光の強度が変動すると、第１の受光器１０５に入射す
る光の強度も変動する。そこで、本実施例では、前記し
たように、第２の受光器１０７を設け、第１の光源１０
０の出力光の強度を検出し、その変動をキャンセルす
る。すなわち、上記第２の受光器１０７により、第１の
ビームスプリッタ１０２で分割された第１の光源１００
の出力光を受光し、基準強度信号として演算部７ａに送
る。演算部７ａは上記第１の受光器１０５で受光した光
の強度信号を、上記基準強度信号で除して、第１の光源
１００の出力光の強度の変動をキャンセルする。

【００３２】また、本実施例においては、測定位置を観
察するために、照明用光源である第２の光源１１１と、
レンズ１１２と、第３のビームスプリッタ１１３と、撮
像素子１１４とが設けられている。上記第２の光源１１
１としては、ＬＥＤを使用した。なお、第１の光源１０
０と同じくレーザダイオードや他の種類の光源を使用し
てもよい。また、撮像素子１１４としてはＣＣＤカメラ
を用いた。第２の光源１１１から出た光は、第３のビー
ムスプリッタ１１３、第２のビームスプリッタ１０９、
対物レンズ１１０を経て被測定面１２０を照明する。そ
して、被測定面の像が、対物レンズ１１０、第２のビー
ムスプリッタ１０９、第３のビームスプリッタ１１３を
経て、レンズ１１５により撮像素子１１４上に結像す
る。撮像素子１１４で受像された画像信号はモニタ１２
１に送られ、モニタ１２１上に被測定面の像が表示され
る。

【００３３】なお、上記第２の光源１１１を測定用の第
１の光源１００と別に設けた理由は、第１の光源１００
からの光はピンホール板１０８により小さなスポットの
形状で照射されるため、全体像を観察するには適さない
からである。本実施例では上記のように間隙測定部１０
をコンパクトにするため第２の光源１１１を間隙測定部
１０に内蔵させたが外部に照明を設けてもよい。この場
合は、一般的に顕微鏡の照明用に用いられているファイ
バ照明系や対物レンズの先に取り付けるリング照明系等
を使用することができる。上記のように、第２の光源１
１１と、レンズ１１２と、第３のビームスプリッタ１１
３と、撮像素子１１４からなる観察用の光学系を設ける
ことにより、測定位置の位置合わせを簡単に行うことが
できる。

【００３４】上記間隙測定部による間隙測定は次のよう
に行われる。モニタ１２１を観察しながら、間隙測定部
１０をマスクＭ面に平行に移動させ、間隙測定部１０を
間隙測定位置まで移動させる。ついで、前記間隙測定部
Ｚ移動機構１１のモータを駆動して間隙測定部１０をＺ
方向に移動させ、間隙測定部Ｚ移動機構１１に設けられ
た位置検出器であるエンコーダ１２により間隙測定部１
０のＺ方向の位置を読み出しながら、第１の受光器１０
５に入射した反射光の強度を読み出す。上記のように対
物レンズ１１０の対物面側焦点がマスクＭ面とワークＷ
面の両方を縦断するように間隙測定部Ｚ移動機構１１を
駆動すると、前記したように、マスクＭ面またはワーク
Ｗ面が対物レンズ１１０の対物面側焦点に来たとき強い
反射光が得られるので、移動位置に対して２つの強い反
射光強度のピークが得られる。

【００３５】演算部７ａは、上記２つの反射光強度のピ
ークを検出し、そのときの上記位置検出器であるエンコ
ーダ１２の出力からマスクＭとワークＷの間隙を計算す
る。なお、間隙測定部Ｚ移動機構１１を連続的に駆動せ
ず、ステップ状に逐次駆動させる場合は、移動ステップ
の１ステップの移動量を間隙の値に対して十分小さい量
に設定する。そして、間隙測定部Ｚ移動機構１１が停止
しているときに、エンコーダにより検出される位置信号
と、第１の受光器１０５により受光される反射光の強度
情報を演算部７ａに読み込む。

【００３６】図５は本発明の間隙測定部１０の第２の実
施例を示す図であり、本実施例は、偏光ビームスプリッ
タと１／４波長板を用い、ピンホール板１０８の反射光
を第１の受光器１０５に入射しないようにすることによ
りＳ／Ｎ比が低下するのを防止する実施例を示してい
る。同図において、前記図２に示したものと同一のもの
には同一の符号が付されており、本実施例は、前記図２
の第１のビームスプリッタ１０２に換え、偏光ビームス
プリッタ１０２’を用いるとともに、ピンホール板１０
８と第２のビームスプリッタ１０９間の光路中に１／４
波長板１１６を設けたものである。

【００３７】本実施例の間隙測定時の動作は基本的には
前記図２に示したものと同様であるが、本実施例におい
ては上記のように偏光ビームスプリッタと１／４波長板
を用いているので、以下に説明するようにピンホール板
１０８による反射光が第１の受光器１０５に入射するの
を防止することができる。第１の光源１００から出た無
偏光の光は、レンズ１０１で略平行光とされ、偏光ビー
ムスプリッタ１０２’に入射する。そして、偏光ビーム
スプリッタ１０２’において、Ｐ偏光の光は偏光ビーム
スプリッタ１０２’を通過し、レンズ１０３によりピン
ホール板１０８に集光される。ここで、ピンホール板１
０８において光の一部が反射された場合、その反射光は
偏光方向がＰ偏光であるので、そのまま偏光ビームビー
ムスプリッタ１０２’を通過し第１の光源１０１に戻
る。また、Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１０２’
において９０°曲げられレンズ１０６を介して第２の受
光器１０７に入射する。第２の受光器１０７の出力は前
記したように演算部７ａに送られ、第１の光源１００の
光強度の変動をキャンセルするために使用される。

【００３８】ピンホール板１０８を通過したＰ偏光の光
は、１／４波長板１１６において円偏光に変換されたの
ち、第２のビームスプリッタ１０９で９０°曲げられ対
物レンズ１１０に入射し、対物面側焦点に集光される。
そして、被測定面１２０で反射された円偏光の反射光
は、再び対物レンズ１１０、第２のビームスプリッタ１
０９を経て１／４波長板１１６に入射し、偏光方向がＳ
偏光の光に変換されピンホール板１０８上に集光され
る。ピンホール板１０８を通過したＳ偏光の光はレンズ
１０３で略平行光にされた後、偏光ビームスプリッタ１
０２’に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１０
２’に入射した偏光方向がＳ偏光の反射光は９０°曲げ
られ、レンズ１０４で第１の受光器１０５に集光・入射
される。

【００３９】以上のように本実施例においては、偏光ビ
ームスプリッタ１０２’と１／４波長板１１６を用いて
いるので、対物面側焦点にある被測定面１２０での反射
光のみを第１の受光器１０５に入射させることができ、
ピンホール板１０８で反射した光が第１の受光器１０５
に入射することがない。このため、Ｓ／Ｎ比を向上させ
ることができ、高感度の測定が可能となる。なお、本実
施例では、１／４波長板１１６をピンホール板１０８と
第２のビームスプリッタ１０９の間に設けているが、１
／４波長板１１６はピンホール板１０８と対物面側焦点
の間の任意の個所に設けることができ、どこに設けても
上記と同様の効果を得ることができる。また、本実施例
においては、円偏光で入射した光を第２のビームスプリ
ッタ１０９でそのまま反射させる必要があるため、第２
のビームスプリッタ１０９に換えて偏光に変化をもたら
す導電性の金属ミラーを用いることは望ましくない。な
お、図５の第１の受光器１０５と第１の光源１００の位
置を交換した配置においても上記と同様の効果を得るこ
とができる。この場合、第１の光源１００から放出され
た無偏光の光は偏光ビームスプリッタ１０２’において
Ｓ偏光の光は偏光ビームスプリッタ１０２’を通過しレ
ンズ１０６を介して第２の受光器１０７に入射する。一
方、Ｐ偏光の光は９０°曲げられレンズ１０３によりピ
ンホール板１０８に集光される。また被測定面１２０で
反射され１／４波長板１１６に入射した光はＰ偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ１０２’を通過して第１の受
光器１０５に入射する。

【００４０】次に、本実施例のプロキシミティ露光装置
による露光処理について説明する。 （ａ）ワークＷをワークステージ３に載置し、図示しな
い真空吸着装置によりワークステージ３に固定する。 （ｂ）ＸＹθＺステージ５をＺ方向に駆動して、ワーク
ＷをマスクＭに接近させる。このとき、ＸＹθＺステー
ジ５に内蔵させた図示しないエンコーダからの位置信号
を読み込みながらＺ方向にワークＷを駆動し、所望の間
隙値に近い状態まで近接させる。この段階ではマスクＭ
とワークＷは正確に所望の間隙にはなっていない。 （ｃ）上記（ｂ）の状態で、必要に応じてマスクＭとワ
ークＷの位置合わせを行う。上記位置合わせは、あらか
じめマスクＭとワークＷにアライメントマークを設けて
おき、このアライメントマークを図示しないアライメン
ト顕微鏡を見ながら行う。これは自動で行っても手動で
行ってもよい。

【００４１】（ｄ）次に、間隙を測定するため、前記し
た間隙測定部ＸＹ方向移動機構により、間隙測定部１０
を間隙測定点まで移動させる。その際、必要に応じて測
定位置の微調を行う。間隙測定部１０の測定位置の微調
には、前記した第２の光源１１１と、レンズ１１２と、
第３のビームスプリッタ１１３と、撮像素子１１４から
なる観察用の光学系を利用し、モニタ１２１に表示され
た画像を観察して行う。間隙測定部１０の微調は、上記
間隙測定部ＸＹ方向移動機構を利用してもよいし、別に
微調用のマイクロメータを設けてもよい。液晶画面やＰ
ＤＰ（プラズマディスプレイパネル）の製造の場合に
は、ワークがガラスであるので、測定用の第１の光源１
００の光束を正確にマスクＭの開口部に合わせること
で、マスクＭとワークＷの反射光の強度をほぼ等しくす
ることができ、高精度の測定を行うことができる。

【００４２】図６は、カラー液晶パネルにおける１画素
と、ピンホールの投影像の一例を示す図である。同図に
示すように、カラー液晶パネルの１画素は、Ｒ，Ｇ，Ｂ
に対応した透明部分（開口部）を備えており、その幅は
同図に示すように略５０μｍである。ここで、前記した
ように、φ１２μｍの穴が４８μｍのピッチでφ１２５
μｍの範囲に並べられたピンホール板１０８を使用し、
５倍の対物レンズ１１０を使用すると、カラー液晶パネ
ル上のピンホールの投影像は、図５に示すように１／５
倍に縮小され、上記透明部分の５０μｍ内に納まる。そ
こで、前記したように、観察用の光学系を利用し、モニ
タ１２１に表示された画像を観察し、上記カラー液晶パ
ネルの透明部分にピンホール像が投影されるように間隙
測定部１０を移動させる。これにより、前記したよう
に、マスクＭとワークＷの反射光の強度をほぼ等しくす
ることができ、高精度の測定を行うこと可能となる。

【００４３】なお、上記図６ではカラー液晶パネルにつ
いて示したが、ＰＤＰパネルにおいても、上記と同様の
透明部分を備えているので、該透明部分にピンホール像
が投影されるように間隙測定部１０を移動させることに
より、上記したようにマスクＭとワークＷの反射光の強
度をほぼ等しくすることができ、高精度な測定を行うこ
とが可能となる。また、前記したように画素分割露光を
行うマスクの場合には、ピンホールの投影像が分割され
たパターンの１つの開口部に含まれるように大きさや配
置を考慮したピンホールをピンホール板１０８に形成し
ておけば、上記と同様に高感度な検出を行うことができ
る。

【００４４】（ｅ）間隙測定部１０を間隙測定点に移動
させたら、前記したように、対物レンズ１１０の対物面
側焦点がマスクＭ面とワークＷ面の両方を縦断するよう
に間隙測定部１０をＺ方向に移動させて２つの反射光強
度のピークを検出し、そのときの上記位置検出器である
エンコーダ１２の出力からマスクＭとワークＷの間隙を
求め、間隙の所望値との偏差を計算する。

【００４５】（ｆ）上記（ｄ）（ｅ）の操作をマスク／
ワーク面の３点以上について行い、間隙の偏差を求め、
該偏差が小さくなるように間隙調整機構４によりワーク
Ｗの傾きと、ワークＷとマスクＭの距離を調整する。そ
して、偏差が許容値以下になるまで上記操作を繰り返
す。なお、偏差の許容値は製造する素子の露光に要求さ
れる精度により適宜定められる。また、偏差の算出方法
やそれに対する間隙調整の方法は、従来技術で例示した
公報等に記載される公知の方法等を利用することができ
る。 （ｇ）マスクＭとワークＷの間隙調整が完了すると、間
隙測定部１０等を露光領域から退避させたのち、紫外線
照射部１から露光光を照射して、所定の露光を行い、ワ
ークＷを搬出する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。 （１）測定用光源から放射された光をピンホールと対物
レンズを介してマスクとワークに照射し、対物レンズと
ピンホールを通過してきたマスクとワークからの反射光
を受光器で受光し、その光強度によりマスクとワークの
間隙測定を行っているので、ガラス面のような反射率の
低い部分でも充分な検出感度を得ることができる。この
ため、マスクやワークに反射膜や物理光学素子等を形成
する必要がなく、マスクやワーク面の任意の個所での測
定が可能となり、また、マスクが高価になることもな
い。また、間隙が小さな場合でも、マスクとワークの反
射光を良好に分離することが可能となり、マスクとワー
クの反射光が干渉を起こすこともないので、露光時の間
隙の状態で高精度の測定・確認が可能となる。さらに、
ワークステージの構造に制約がなく、また、任意の部分
での測定が可能となる。

【００４７】（２）ピンホール板のピンホールを複数の
ピンホールの集合体としたので、ガラスワークのような
反射率の低いワークに対しても、充分な反射強度を得る
ことができ、マスクとワークの反射光を良好に分離する
ことができる。 （３）間隙測定部に第２の受光器を設け、前記受光器と
上記第２の受光器の出力信号を演算して上記測定用光源
の光強度の変動を補正するようにしたので、電源等の変
動により測定用光源の光強度が変動しても、その影響を
受けることなく高精度な測定を行うことが可能となる。 （４）偏光ビームスプリッタと１／４波長板を設けるこ
とにより、ピンホール板における反射光が上記受光器に
入射しないようにすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させ
ることができる。

【００４８】（５）第２の光源と撮像素子を設け、マス
クおよびワーク像を受像できるようにしたので、測定位
置の位置合わせを簡単に行うことができ、ワークが液晶
画面素子、プラズマディスプレイパネル等の映像表示画
面素子の場合であっても、測定位置を正しくマスクの開
口部に合わせることができる。 （６）マスクのパターン形成面における測定用光源から
の光束の断面形状を、上記マスクのパターン領域に形成
された開口部に包含可能な形状としたので、光がマスク
の金属膜に被さることがなく、ガラスワークのような反
射率の低いワークに対してもマスクとワークの反射光の
強度をほぼ等しくすることができ、高精度な間隙測定が
可能となる。 以上のように、本発明のプロキシミティ露光装置はマス
クとワークとの間隙測定を高精度に行うことができるの
で、この測定データをもとに間隙調整機構を調整するこ
とにより、高精度で所望の間隙を設定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のプロキシミティ露光装置の概
略構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の間隙測定部の構成を示
す図である。

【図３】ピンホール板に設けられたピンホールの配置例
を示す図である。

【図４】複数のピンホールを介して反射光が第１の受光
器の受光面に結像する様子を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例の間隙測定部の構成を示
す図である。

【図６】カラー液晶パネルにおける１画素と、ピンホー
ルの投影像の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 紫外線照射部 １ａ 紫外線ランプ １ｂ 集光鏡 １ｃ 第１のミラー １ｄ インテグレータレンズ １ｅ シャッタ １ｆ コリメータミラー １ｇ 第２のミラー ２ マスクステージ ３ ワークステージ ４ 間隙調整機構 ５ ＸＹθＺステージ ６ ワークステージ移動機構 ７ 制御部 ７ａ 演算部 １０ 間隙測定部 １１ 間隙測定部Ｚ移動機構 １２ 位置検出器 １００ 第１の光源 １０１ レンズ １０２ 第１のビームスプリッタ １０２’偏光ビームスプリッタ １０３ レンズ １０４ レンズ １０５ 第１の受光器 １０６ レンズ １０７ 第２の受光器 １０８ ピンホール板 １０９ 第２のビームスプリッタ １１０ 対物レンズ １１１ 第２の光源 １１２ レンズ １１３ 第３のビームスプリッタ １１４ 撮像素子 １１６ １／４波長板 １２０ 被測定面 １２１ モニタ Ｍ マスク Ｗ ワーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外線を照射する紫外線照射部と、 マスクを保持するマスクステージ部と、 ワークを上記マスクに間隙を設けて近接させた状態で保
   持するワークステージ部と、 上記ワークステージに接続され上記ワークと上記マスク
   との上記間隙を調整する間隙調整機構と、 間隙測定部と、該間隙測定部を上記マスクおよび上記ワ
   ークに対して垂直方向に連続的もしくは逐次的に移動さ
   せる間隙測定部移動機構と、 上記間隙測定部の位置を検出する位置検出器と、 マスクとワークの間隙を演算する演算部とを具備し、 上記間隙測定部は、測定用光源と、ビームスプリッタ
   と、ピンホール板と、対物レンズおよび受光器を具備
   し、 上記測定用光源は、該光源から放射された光が上記ビー
   ムスプリッタを介して上記ピンホール板に集光されるよ
   うに配置され、 上記ピンホール板は、上記対物レンズの対物面側焦点と
   は反対側の焦点であって、上記ピンホール板を通過した
   上記測定用光源からの光が上記対物レンズの対物面側焦
   点に集光する位置に配置され、 上記受光器は、上記対物レンズおよび上記ピンホールを
   通過し、前記ビームスプリッタを通ってきた上記マスク
   および上記ワークからの反射光を受光する位置に配置さ
   れ、 上記演算部は、上記受光器からの出力信号および上記位
   置検出器からの出力信号とから上記間隙の値を演算する
   ことを特徴とする間隙設定機構を備えたプロキシミティ
   露光装置。
2. 【請求項２】 上記ピンホール板のピンホールが複数の
   ピンホールの集合体であることを特徴とする請求項１の
   間隙設定機構を備えたプロキシミティ露光装置。
3. 【請求項３】 上記間隙測定部が、第２の受光器を具備
   し、 上記ビームスプリッタは上記測定用光源の光を２分割す
   る向きに配置されており、分割された光の一方を上記ピ
   ンホール板に照射し、他方を上記第２の受光器に入射さ
   せ、 上記演算部は、上記受光器と上記第２の受光器の出力信
   号を演算して上記測定用光源の光強度の変動を補正する
   機能を備えていることを特徴とする請求項１または２の
   間隙設定機構を備えたプロキシミティ露光装置。
4. 【請求項４】 上記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであり、該偏光ビームスプリッタは上記測定用光
   源から放射される光を第１の偏光方向に偏光するととも
   に上記第１の偏光方向の光を透過させ、上記第１の偏光
   方向とは異なった第２の偏光方向の光を上記受光器に入
   射させるものであり、 また、上記ピンホール板と対物面側焦点間の光路中に１
   ／４波長板が配置され、該１／４波長板は上記偏光ビー
   ムスプリッタにより偏光された第１の偏光方向の偏光光
   を円偏光に変換するとともに、上記マスクおよび上記ワ
   ークからの円偏光の反射光を第２の偏光方向の光に変換
   するものであることを特徴とする請求項１，２または請
   求項３の間隙設定機構を備えたプロキシミティ露光装
   置。
5. 【請求項５】 上記間隙測定部が、第２の光源と撮像素
   子を具備し、 上記第２の光源は、該光源から放射された光が上記対物
   レンズを通して上記マスクおよび上記ワークに照射され
   る位置に配置され、 上記撮像素子は上記マスクおよびワークの像を受像する
   位置に配置されていることを特徴とする請求項１，２，
   ３または請求項４の間隙設定機構を備えたプロキシミテ
   ィ露光装置。
6. 【請求項６】 上記マスクが映像表示画面素子製作用の
   マスクであって、 上記マスクのパターン形成面における測定用光源からの
   光束の断面形状が、上記マスクのパターン領域に形成さ
   れた開口部に包含可能な形状であることを特徴とする請
   求項１，２，３，４または請求項５の間隙設定機構を備
   えたプロキシミティ露光装置。