(57)【要約】【課題】１軸方向にのみ移動可能なワークステージを備える簡素な機構の近接露光装置において、ワークステージに搭載された基板の平坦度を２次元で精度よく測定することができる近接露光装置を提供する。【解決手段】基板Ｗを保持して一軸方向（例えば、Ｘ方向）に移動可能なワークステージ１と、マスクステージ２上に配置されてセンサ駆動機構４７によりワークステージ１の移動方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）に移動されるギャップセンサ４０とを備え、ワークステージ１及びギャップセンサ４０を互いに直交する方向に移動させて基板Ｗの平坦度を２次元で測定する。【選択図】図１
2009104079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、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、を備える近接露光装置であって、
前記ワークステージを一軸方向に水平移動させるワークステージ駆動機構と、
前記マスクステージ上に配置されて、少なくとも前記基板の高さを測定可能なセンサと、
前記センサを前記一軸方向と直交する方向に水平移動させるセンサ駆動機構と、
を備え、
前記センサは、前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージ及び前記センサを互いに直交する方向に水平移動させ、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定可能であることを特徴とする近接露光装置。
【請求項２】
前記センサは、前記基板と前記マスクとの間のギャップを測定可能であるギャップセンサであることを特徴とする請求項１に記載の近接露光装置。
【請求項３】
前記センサ駆動機構は、前記センサをさらに前記ワークステージの移動方向に移動可能とし、
前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージの移動距離より長い前記一軸方向のストロークに亘って、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の近接露光装置。
【請求項４】
被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、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、前記ワークステージを一軸方向に水平移動させるワークステージ駆動機構と、前記マスクステージ上に配置されて、少なくとも前記基板の高さを測定可能なセンサと、前記センサを前記一軸方向と直交する方向に水平移動させるセンサ駆動機構と、備える近接露光装置を用いた基板の製造方法であって、
前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージ及び前記センサを互いに直交する方向に水平移動させ、前記センサによって、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定する工程と、
前記センサによって、前記基板と前記マスクとの間のギャップを測定して、該ギャップが露光ギャップとなった状態で、前記照射手段によって前記基板に前記マスクのパターンを露光転写する工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの基板上にマスクのマスクパターンを近接露光する近接露光装置及び基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等のフラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタ等を製造する近接露光装置では、マスクをマスクステージで保持すると共に、基板をワークステージで保持して両者を近接して対向配置した後、マスク側から基板にパターン露光用の光を照射することにより、マスクに描かれた複数のマスクパターンを基板上に露光転写する。ここで、基板の平坦度は、パターン露光用の光を照射する光学系の焦点深度の関係から、露光転写されるマスクパターンの解像度に大きな影響を及ぼす。このため、良好な基板の平坦度が要求される。
【０００３】
基板の平坦度を測定する従来の平坦度測定装置としては、測定対象物であるウェハを搭載した移動ステージを水平面内で２次元（ＸＹ方向）移動させ、移動ステージに対向配置したギャップセンサによってウェハの平坦度を測定し、該測定結果に基づいて移動ステージに配置したピエゾ素子などの駆動素子を伸縮させることにより、ウェハの平坦度を補正するようにした半導体装置の支持装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、垂直方向に対向配置された縦型定盤と被測定基板との間に、垂直面内で２次元（ＸＺ方向）に移動可能な一対の距離センサを配置し、縦型定盤の基準平面及び被測定基板の板面と、距離センサとの間の距離をそれぞれの距離センサによって測定し、縦型定盤の基準平面を基準として被測定基板の平坦度を評価するようにした基板表面の平坦度測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６-１６０５５４号公報
【特許文献２】特開２０００−５５６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、フラットパネルディスプレイの大型化に伴い、近接露光装置も大型化、複雑化する一方、一部においては、小型で簡素な機構を有する近接露光装置に対する需要も根強くある。このような小型の近接露光装置は、例えば、ワークステージが一軸方向にのみ移動可能に構成されており、マスクステージに配置されたギャップセンサによって基板とマスクとのギャップを計測して露光転写する。ところで、ギャップセンサを用いて基板の平坦度を測定しようとした場合、ワークステージの移動方向が一軸方向（一次元）だけであるので、基板の平坦度を２次元的に測定することができず、高精度の露光転写を行うには問題があった。
【０００６】
特許文献１に記載の平坦度測定装置は、ウェハを搭載した移動ステージをＸＹの２軸方向に移動させながら、対向配置したギャップセンサによって平坦度を測定する。また、特許文献２に記載の平坦度測定装置は、一対の距離センサをＸＺの２軸方向に移動させながら平坦度を測定するものであり、いずれも複雑な機構を備えており、近接露光装置の製造コストを削減するためには改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、１軸方向にのみ移動可能なワークステージを備える簡素な機構の近接露光装置において、ワークステージに搭載された基板の平坦度を２次元で精度よく測定することができる近接露光装置及び基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、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、を備える近接露光装置であって、
前記ワークステージを一軸方向に水平移動させるワークステージ駆動機構と、
前記マスクステージ上に配置されて、少なくとも前記基板の高さを測定可能なセンサと、
前記センサを前記一軸方向と直交する方向に水平移動させるセンサ駆動機構と、
を備え、
前記センサは、前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージ及び前記センサを互いに直交する方向に水平移動させ、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定可能であることを特徴とする近接露光装置。
（２）  前記センサは、前記基板と前記マスクとの間のギャップを測定可能であるギャップセンサであることを特徴とする（１）に記載の近接露光装置。
（３）  前記センサ駆動機構は、前記センサをさらに前記ワークステージの移動方向に移動可能とし、
前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージの移動距離より長い前記一軸方向のストロークに亘って、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定可能であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の近接露光装置。
（４）  被露光材としての基板を保持して移動可能なワークステージと、前記基板に対向配置されてマスクを保持可能なマスクステージと、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、前記ワークステージを一軸方向に水平移動させるワークステージ駆動機構と、前記マスクステージ上に配置されて、少なくとも前記基板の高さを測定可能なセンサと、前記センサを前記一軸方向と直交する方向に水平移動させるセンサ駆動機構と、備える近接露光装置を用いた基板の製造方法であって、
前記ワークステージ駆動機構及び前記センサ駆動機構によって、前記ワークステージ及び前記センサを互いに直交する方向に水平移動させ、前記センサによって、前記基板と前記基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定する工程と、
前記センサによって、前記基板と前記マスクとの間のギャップを測定して、該ギャップが露光ギャップとなった状態で、前記照射手段によって前記基板に前記マスクのパターンを露光転写する工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の近接露光装置及び基板の製造方法によれば、ワークステージを一軸方向に水平移動させるワークステージ駆動機構と、マスクステージ上に配置されて、少なくとも基板の高さを測定可能なセンサと、センサを一軸方向と直交する方向に水平移動させるセンサ駆動機構と、を備え、センサは、ワークステージ駆動機構及びセンサ駆動機構によって、ワークステージ及びセンサを互いに直交する方向に水平移動させ、基板と基板が載置されるワークチャックとの少なくとも一方の平坦度を測定するようにしている。これにより、比較的簡素な構成を有する安価な近接露光装置においても、基板の平坦度を２次元で精度よく測定することができる。これにより、マスクのマスクパターンを高精度で基板に露光転写することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の近接露光装置及び基板の製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、近接露光装置の側面図であり、図２は、図１に示す近接露光装置を照射手段の下面から見た上面図であり、ワークステージをステップ移動した状態を示している。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の近接露光装置ＰＥは、ガラス基板（被露光材）Ｗを保持するワークステージ１と、マスクＭを保持するマスクステージ２と、パターン露光用の照射手段としての照明光学系３と、ワークステージ１及びマスクステージ２を支持する装置ベース４とを備えている。
【００１２】
なお、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透光性とされている。
【００１３】
ワークステージ１は、装置ベース４上において、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール１０と、一対のガイドレール１０間にガイドレール１０と平行に延び、モータ１１によって駆動されるボールねじ１２とを有する。
【００１４】
各ガイドレール１０には、複数のスライダ１３が移動可能に設けられ、また、ボールねじ１２には、ナット１４が取り付けられており、複数のスライダ１３及びナット１４は、Ｘ軸ステージ１５に取り付けられる。これにより、Ｘ軸ステージ１５は、装置ベース４に対してＸ軸方向に駆動可能となる。なお、本実施形態では、ボールねじ１２及びナット１４を備えたボールねじ機構によってワークステージ駆動機構２５を構成しているが、リニアモータによって構成されてもよい。
【００１５】
また、Ｘ軸ステージ１５とＺ軸ステージ１６との間には、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からなるＺ軸微動機構１７がＹ方向一端中央とＹ方向他端両側の３箇所に設けられている。各Ｚ軸微動機構１７は、モータ１８によってボールねじのねじ軸（図示せず）を回転駆動させ、くさび状に形成したナット２０の斜面をＺ軸ステージ１６の下面に突設したくさび２１の斜面と係合させる。
【００１６】
そして、ボールねじのねじ軸を回転駆動させると、くさび状のナット２０がＹ軸方向に水平微動し、この水平微動運動が両くさび２０，２１の斜面作用により高精度の上下微動運動に変換される。また、各Ｚ軸微動機構１７は、独立に制御することでチルト機能を兼ね備え、マスクＭと基板Ｗとが平行に対向するように調整される。
【００１７】
さらに、Ｚ軸ステージ１６は、内蔵したアクチュエータ（不図示）によって、ワークホルダ２２をＺ軸方向に駆動させる。ワークホルダ２２は、上面に基板Ｗを載置して真空吸引するワークチャック２３によって着脱自在に保持可能である。
【００１８】
マスクステージ２は、マスクステージベース３０を備えており、該マスクステージベース３０は装置ベース４から突設された支柱３１に支持されてワークステージ１の上方に配置されている。
【００１９】
マスクステージベース３０は、略矩形形状とされて中央部に開口３０ａを有し、この開口３０ａ近傍の上面にマスク保持枠３２が載置されている。これにより、マスク保持枠３２はマスクステージベース３０の開口３０ａと所定の隙間を介して挿入される。マスク保持枠３２の下部にはチャック部３３が固定されており、真空吸着等によってマスクＭをチャック部３３の下面に吸着保持する。
【００２０】
マスク保持枠３２には、少なくとも基板Ｗの高さを測定可能なセンサとして、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップｇを検出するギャップセンサ４０、マスクＭと基板Ｗとのアライメントを調整するためのアライメントカメラ（図示せず）等が設けられている。本実施形態においては、Ｙ方向に離間してマスク保持枠３２上に設置された一対のセンサ支持台４１にそれぞれ２個ずつのギャップセンサ４０がＸ方向に所定の距離だけ離間して配置されている。
【００２１】
一対のセンサ支持台４１は、それぞれマスク保持枠３２上においてＹ軸方向に延びる一対のガイドレール４２に対して移動可能に設けられ複数のスライダ４３を備える。一対のガイドレール４２間には、ガイドレール４２と平行に延びる、モータ４４（図２参照。）によって駆動されるボールねじ４５及び該ボールねじ４５と螺合するナット４６を備えるセンサ駆動機構４７が配置されている。
【００２２】
これにより、一対のセンサ支持台４１、即ち、ギャップセンサ４０は、モータ４４を駆動してボールねじ４５を回転させることにより、装置ベース４に対してＹ軸方向に互いに離間及び接近する方向に移動可能となる。なお、センサ駆動機構４７としては、上記したボールねじ機構の代わりに、リニアモータが設けられてもよい。
【００２３】
さらに、一対のセンサ支持台４１には、対向側面にガイドレール５０が設けられ、ギャップセンサ４０に取り付けられたスライダ（図示せず）を案内する。そして、センサ駆動機構４７は、上記ボールねじ機構に加えて、ギャップセンサ４０をＸ軸方向に駆動する他のボールねじ機構５１が設けられている。なお、他のボールねじ機構５１の代わりに、ギャップセンサ４０をＸ軸方向に駆動する他のリニアモータが設けられてもよい。
【００２４】
マスクステージ２の上方には照明光学系３が設けられており、照明光学系３は、紫外線照射用の光源である高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプから照射された光を集光する凹面鏡、凹面鏡の焦点近傍に切替え自在に配置される二種類のオプチカルインテグレータ、平面ミラー、球面ミラー、及び平面ミラーとオプチカルインテグレータ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（いずれも図示せず）を備える。
【００２５】
そして、露光時には、マスクステージ２にマスクＭを吸着保持させると共に、ワークステージ１に基板Ｗを吸着保持させ、ワークステージ駆動機構２３によってワークステージ１（基板Ｗ）をマスクステージ２の下方に移動させた後、アライメント調整を行うと共に、マスク保持枠３２の下方に位置するワークホルダ２２を上昇させて、基板ＷとマスクＭとの対向面間のギャップｇが露光ギャップとなるまで基板ＷをマスクＭに接近移動させる。基板ＷとマスクＭとの対向面間のギャップは、ギャップセンサ４０によって基板Ｗの上面及びマスクＭの下面までの距離を測定することによって検出される。
【００２６】
そして、露光制御用シャッターが開制御されると、高圧水銀ランプから照射された光が光路Ｌを経て、マスクステージ２に保持されるマスクＭ、ひいてはワークステージ１に保持される基板Ｗ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る。これにより、マスクＭのマスクパクーンＰが基板Ｗ上に露光転写される。さらに、ワークステージ駆動機構２３によってワークステージ１をステップ移動させて、上記と同様に、アライメント調整及びギャップ調整を行った後に、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。
【００２７】
ここで、基板ＷへのマスクパクーンＰの露光転写に先立って、ギャップセンサ４０によって基板Ｗの平坦度の測定が行われる。本実施形態の近接露光装置ＰＥにおいては、ワークステージ１がＸ軸方向の１軸方向にのみ水平移動するので、基板Ｗの平坦度測定は１次元でのみの実施となる。しかしながら、センサ駆動機構４７によってギャップセンサ４０をＹ軸方向に移動させて、ワークステージ１のＸ軸方向移動と組み合わせることで、基板Ｗの平坦度を２次元で測定することが可能となる。
【００２８】
また、ワークステージ駆動機構２５によるワークステージ１のＸ軸方向移動だけで基板ＷのＸ軸方向全体の平坦度が測定できない場合には、センサ駆動機構４７によるギャップセンサ４０のＸ軸方向駆動によって、センサ４０と基板ＷとのＸ軸方向における相対移動を可能とする。これにより、ギャップセンサ４０はワークステージ１の移動距離より長いＸ軸方向のストロークに亘って、基板Ｗの平坦度を測定することが可能となる。
【００２９】
尚、高精度での平坦度測定を実現するため、ワークステージ駆動機構２３によるワークステージ１の移動精度、及びセンサ駆動機構４７によるセンサ支持台４１（ギャップセンサ４０）の移動精度を、平面度が管理された測定器を用いて補正し、ギャップセンサ４０による測定結果を補正することが好ましい。
【００３０】
本実施形態の近接露光装置によれば、ワークステージ１が一軸方向（Ｘ軸方向）にのみ移動する比較的簡素な構成を有する安価な近接露光装置ＰＥにおいても、センサ駆動機構４７によってギャップセンサ４０を駆動することで、基板Ｗの平坦度を２次元で精度よく測定することができ、マスクＭのマスクパターンＰを高精度で基板に露光転写することが可能となる。
【００３１】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本実施形態では、ギャップセンサ４０は、基板Ｗの平坦度を測定しているが、基板Ｗが載置されるワークチャックの平坦度を二次元で測定することも可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、センサ駆動機構４７によってギャップセンサ４０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能としたが、本発明は、基板Ｗ全面の平坦度を検出可能であれば、少なくともワークステージ１の移動方向と直交するＹ軸方向のみに水平移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】近接露光装置の側面図である。
【図２】図１に示す近接露光装置を照射手段の下面から見た上面図であり、ワークステージをステップ移動した状態を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１        ワークステージ
２        マスクステージ
３        照明光学系（照射手段）
２３      ワークステージ駆動機構
４０      ギャップセンサ
４７      センサ駆動機構
Ｍ        マスク
ＰＥ      近接露光装置
Ｗ        ガラス基板（被露光材、基板）
【図１】
2009104079.tif 000003
【図２】
2009104079.tif 000004