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図面 (7)

課題

大型の液晶基板等を露光するときのチャックのたわみ等によるフォーカスずれを防ぐ。

解決手段

面積のチャック4上に液晶基板であるプレートWを載置して、マスクMとともにY軸方向へ走査しながらスキャン露光を行なう。予め、チャック4の保持面の高さ位置(Z位置)を少なくとも4点においてZセンサ6によって計測し、得られた3次元座標からチャック4の保持面を近似する楕円放物面等を求めておく。この近似面に従って、スキャン露光中のチャック4の高さ位置を制御することで、チャック4のたわみによる焦点ぼけを防ぐ。

概要

背景

従来の液晶露光装置では、被露光基板であるプレートを載置するステージ上のチャックを、光学投影系焦点位置の高さに調整するに際して、まず、チャック上にプレートを置いて、チャックの高さ位置を変化させながら露光するテスト露光を行ない、このテストの結果から、像の解像度が一番高いときのチャック高さ位置を求めて、これを装置固有のチャック高さ基準位置とする。

そして、実際の露光時には、チャック上にプレートを乗せて、前記チャック高さ基準位置および、露光領域内の任意のポイント位置にXYステージを3次元的に移動させ、そこでオートフォーカスを行ない、チャック高さ基準位置からの差分量を計算し、該差分量だけチャック高さを移動して光学投影系の焦点位置に合わせている。

露光領域の露光中は、オートフォーカスを実施して算出したチャック高さ位置にチャック高さを固定して、アライメント処理および、露光を行なっている。

概要

大型の液晶基板等を露光するときのチャックのたわみ等によるフォーカスずれを防ぐ。

面積のチャック4上に液晶基板であるプレートWを載置して、マスクMとともにY軸方向へ走査しながらスキャン露光を行なう。予め、チャック4の保持面の高さ位置(Z位置)を少なくとも4点においてZセンサ6によって計測し、得られた3次元座標からチャック4の保持面を近似する楕円放物面等を求めておく。この近似面に従って、スキャン露光中のチャック4の高さ位置を制御することで、チャック4のたわみによる焦点ぼけを防ぐ。

目的

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、チャックの大型化が進みチャックがたわんでしまう場合でも、スループットを悪化させることなくフォーカスずれを補正し、アライメントマーク読み取り不良や露光不良を回避して、高い転写精度高生産性を確保できる露光装置および露光方法を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

原版パターン基板投影する光学投影手段と、前記基板を保持する保持面と該保持面を少なくとも2次元的に移動させるステージ駆動手段を有する基板保持手段と、前記保持面の少なくとも4点においてそれぞれ高さ位置を計測する計測手段と、該計測手段の出力に基づいて得られた少なくとも4点の3次元座標から前記保持面を近似する立体幾何学面を算出する演算手段を有する露光装置

請求項2

ステージ駆動手段が、保持面を近似する立体幾何学面を基準として前記保持面の高さ位置を制御するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の露光装置。

請求項3

ステージ駆動手段が、保持面を原版と同期して所定の方向に走査するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の露光装置。

請求項4

ステージ駆動手段が、保持面をステップ移動させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の露光装置。

請求項5

立体幾何学面が、球面、円筒面、楕円面一葉双曲面二葉双曲面楕円放物面、双曲放物面またはトーリック面であることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載の露光装置。

請求項6

光学投影手段を介して露光される基板を保持するための保持面の少なくとも4点における高さ位置をそれぞれ計測して各点の3次元座標を得る工程と、得られた少なくとも4点の3次元座標から前記保持面を近似する立体幾何学面を得る工程と、得られた立体幾何学面に基づいて前記保持面の高さ位置を変化させる工程を有する露光方法

請求項7

基板の露光中に、保持面を所定の方向に走査させながら立体幾何学面に基づいて前記保持面の高さ位置を制御することを特徴とする請求項6記載の露光方法。

請求項8

保持面をステップ移動させ、立体幾何学面に基づいて前記保持面の高さ位置を制御することを特徴とする請求項6または7記載の露光方法。

請求項9

立体幾何学面が、球面、円筒面、楕円面、一葉双曲面、二葉双曲面、楕円放物面、双曲放物面またはトーリック面であることを特徴とする請求項6ないし8いずれか1項記載の露光方法。

技術分野

0001

本発明は、液晶ディスプレイパネル等の液晶デバイス基板プレート)を露光するための液晶用露光装置および露光方法に関するものである。

背景技術

0002

従来の液晶露光装置では、被露光基板であるプレートを載置するステージ上のチャックを、光学投影系焦点位置の高さに調整するに際して、まず、チャック上にプレートを置いて、チャックの高さ位置を変化させながら露光するテスト露光を行ない、このテストの結果から、像の解像度が一番高いときのチャック高さ位置を求めて、これを装置固有のチャック高さ基準位置とする。

0003

そして、実際の露光時には、チャック上にプレートを乗せて、前記チャック高さ基準位置および、露光領域内の任意のポイント位置にXYステージを3次元的に移動させ、そこでオートフォーカスを行ない、チャック高さ基準位置からの差分量を計算し、該差分量だけチャック高さを移動して光学投影系の焦点位置に合わせている。

0004

露光領域の露光中は、オートフォーカスを実施して算出したチャック高さ位置にチャック高さを固定して、アライメント処理および、露光を行なっている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来の技術によれば、以下のような未解決の課題があった。近年では、液晶画面の大型化に伴ない、液晶パネル等の製造工程で使用されるプレートサイズの大型化が進んでいる。液晶露光装置においても、これに対応するためにプレートを乗せるチャックの大型化が進められているが、チャックを大型にするとチャック自身の自重によるチャック面(保持面)のたわみや、チャック製造時の工作精度限界等により、チャック面の平面度を維持することが難しい。その結果、たわんでいるチャックにプレートを乗せて露光処理を実行すると、露光領域内で焦点が合っている部分と合わない部分が発生してしまい、アライメントマーク読み取り不良や、露光不良を発生してしまう(第1の問題点)。

0006

また、1プレートから複数枚分の液晶画面を製造する多数個取りの場合、例えば1プレートから4枚分の液晶画面を製造している場合は、1プレート上に露光領域が4箇所あるため、各露光領域内においてアライメントマークの読み取り不良や、露光不良を発生させないように、チャックのたわみ分による焦点ずれ補正するためには、オートフォーカスを各プレート当たり4回行なう必要があり、スループットが悪化する(第2の問題点)。

0007

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、チャックの大型化が進みチャックがたわんでしまう場合でも、スループットを悪化させることなくフォーカスずれを補正し、アライメントマークの読み取り不良や露光不良を回避して、高い転写精度高生産性を確保できる露光装置および露光方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するため、本発明の露光装置は、原版パターンを基板に投影する光学投影手段と、前記基板を保持する保持面と該保持面を少なくとも2次元的に移動させるステージ駆動手段を有する基板保持手段と、前記保持面の少なくとも4点においてそれぞれ高さ位置を計測する計測手段と、該計測手段の出力に基づいて得られた少なくとも4点の3次元座標から前記保持面を近似する立体幾何学面を算出する演算手段を有することを特徴とする。

0009

ステージ駆動手段が、保持面を近似する立体幾何学面を基準として前記保持面の高さ位置を制御するように構成されているとよい。

0010

ステージ駆動手段が、保持面を原版と同期して所定の方向に走査するように構成されていてもよい。

0011

ステージ駆動手段が、保持面をステップ移動させるように構成されていてもよい。

0012

立体幾何学面が、球面、円筒面、楕円面一葉双曲面二葉双曲面楕円放物面、双曲放物面またはトーリック面であるとよい。

0013

本発明の露光方法は、光学投影手段を介して露光される基板を保持するための保持面の少なくとも4点における高さ位置をそれぞれ計測して各点の3次元座標を得る工程と、得られた少なくとも4点の3次元座標から前記保持面を近似する立体幾何学面を得る工程と、得られた立体幾何学面に基づいて前記保持面の高さ位置を変化させる工程を有することを特徴とする。

0014

基板の露光中に、保持面を所定の方向に走査させながら立体幾何学面に基づいて前記保持面の高さ位置を制御するとよい。

0015

基板のアライメントや露光処理において、自重等によってたわんだチャック等の保持面を近似した立体幾何学面を求めて、これを基準として、保持面の高さ位置を制御する。これによって、常に光学投影手段の合焦位置に基板を位置させて露光することができる。

0016

複数枚分の液晶画面を露光する場合のように、被露光基板であるプレートの大型化に伴なってチャック等の保持面が大型化しても、保持面のたわみによってフォーカスずれを起すことなく、アライメントマークの読み取り不良や露光不良を回避できるため、高い転写精度を確保することができる。

0017

また、予め算出してある立体幾何学面を用いて保持面のたわみ分を補正するものであり、多数個取りの場合でもオートフォーカスは1回ですむため、各プレートに対して複数回のオートフォーカスを行なう場合に比べて、スループットを悪化させることなくフォーカスずれを防ぐことができるという利点がある。

0018

その結果、液晶露光装置の転写性能生産性を大幅に向上させ、液晶デバイス等の高性能化と低価格化に貢献できる。

発明を実施するための最良の形態

0019

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

0020

図1は第1の実施の形態による液晶用の露光装置を示すもので、これは、露光光を発生する照明光学系1と、液晶画素パターンが形成されている原版であるマスクMを保持するマスクステージ2と、XYZステージ3に基板であるプレート(液晶基板)Wを保持するチャック4と、XYZステージ3とマスクステージ2の間に配設された光学投影手段である光学投影系5を有し、チャック4の保持面の高さ位置すなわちZ軸方向の位置(チャック高さ位置)は、計測手段であるZセンサ6によって計測される。

0021

照明光学系1、マスクステージ2、XYZステージ3、および図示しないアライメント光学系オートフォーカス光学系、各種計測系等は、装置全体を制御するコントローラ7によって制御される。

0022

XYZステージ3は、プレートWを保持するチャック4を光軸すなわちZ軸に垂直なX軸方向とY軸方向に2次元的に移動させるXY駆動系と、チャック4の高さ方向すなわちZ軸方向に移動させるZ駆動系からなるステージ駆動手段を有する。また、コントローラ7内には、XYZステージ3をXY方向に移動させたときのチャック4のXY位置と、Zセンサ6によって計測されたチャック高さ位置(Z位置)に基づく3次元座標データ演算処理して、例えば自重によってたわんだチャック4の保持面を近似する立体幾何学面を得るための演算手段が設けられる。

0023

実際のプレートを露光する露光サイクル開始前に、プレートを乗せる前のXYZステージ3上のチャック4を、光学投影系5の焦点位置の高さに調整する工程で、XYZステージ3をコントローラ7で任意に決められたXY位置に移動し、Zセンサ6を用いて少なくとも4点におけるチャック高さ位置を測定する。

0024

例えば、図2に示すように、チャック4上のポイントP1 〜Ph においてそれぞれチャック高さ位置(Z位置)を計測する。これらのポイントのXY位置とZ位置から得られた3次元座標データを立体幾何学面に近似する方程式を導き、この立体幾何学面の方程式をコントローラ7に予め記憶しておく。

0025

これによって、XYZステージ3の任意のXY座標におけるチャック高さ位置を求めることが可能となり、前記方程式による立体幾何学面をチャック高さ基準面として、スキャン露光時やアライメント時等においてXYZステージ3のZ駆動系を制御し、チャック4の高さ位置(Z位置)を制御する。

0026

立体幾何学面の近似方法としては、球面や、円筒面、楕円面、一葉双曲面、二葉双曲面、楕円放物面、双曲放物面、トーリック面等を採用することができる。しかし、自重によってたわんだチャックの場合は、楕円放物面で近似する方法が現実的であるから、まず、楕円放物面で近似する方法を説明する。

0027

n点のチャック上の測定点から得られる座標データ(x1 ,y1 ,z1 ),……,(xn ,yn ,zn )から最小二乗法による楕円放物面の近似方程式を求める楕円放物面の式を
f(x,y)=a0 x2 +a1 y2 +a2 x+a3 y+a4 (1)
として、各XY測定座標における近似面の高さf(xi ,yi )とZセンサで測定した高さ位置座標zi との残差
ri =f(xi ,yi )−zi (2)
とすると、すべてのデータに対する残差平方和は(3)式となる。

0028

0029

最小二乗法による楕円放物面を求めるには、Qが最小になるように、パラメータa0 ,a1 ,a2 ,a3 ,a4 を求める。そのためには、パラメータa0 ,a1 ,a2 ,a3 ,a4 を独立変数と考え、そのすべての偏微分係数が同時に0となればよい。

0030

0031

上記式を各パラメータ(a0 ,a1 ,a2 ,a3 ,a4 )について計算してまとめると(5)式となる。

0032

0033

さらに計算し(6)式となる。

0034

0035

この行列式解くことによって、a0 ,a1 ,a2 ,a3 ,a4 が求まり、楕円放物面の近似方程式を得ることができる。

0036

この楕円放物面を装置固有のチャック高さ基準面とすることで、チャック4のたわみによるフォーカスずれ(焦点ずれ)を補正する。

0037

実際の露光時は、まず、チャック4上にプレートWを乗せて、コントローラ7で任意に設定した露光領域内の位置にXYZステージ3を移動して、図示しないオートフォーカスを実行しプレートWに焦点を合わせる。

0038

次に、実際の露光サイクルにおけるXYZステージ3の動作を説明する。図3に示すようにY軸方向に走査するスキャン露光の場合は、チャック4上に乗っているプレートWとの焦点距離が常に一定になるように、露光中のXYZステージ3のZ位置(高さ位置)を前記近似面に従って制御する。

0039

すなわち、図3の(a)は露光開始位置でのXYZステージ3を示す図であり、光学投影系5の焦点位置にプレートWがくるように、前述のオートフォーカスによってチャック高さ位置が制御されている。図3の(b)は露光中のXYZステージ3を示しており、同図の(a)で示した露光開始位置でのZ位置より、近似面によって補正された分だけXYZステージ3が下降している。図3の(c)は露光終了時のXYZステージ3を示しており、同図の(b)で示したZ位置より、近似面によって補正された分だけXYZステージ3が上昇している。

0040

このように、露光しながらXYZステージ3をZ軸方向へ駆動し、チャック高さ位置を近似面に従って変化させることで、常にプレートWが光学投影系5の焦点位置に保たれる。

0041

1プレートから複数枚の液晶画面を製造している場合は、図4に示すように、XYZステージ3がX軸方向にステップ移動して露光することになる。1プレートから3枚分の液晶画面を製造するときに行なうステップ処理においては2回のステップ移動を行なう。

0042

図4の(a)は1枚目の液晶画面を露光するときのXYZステージ3を示す。すなわち、1枚目のX位置にXYZステージ3を駆動し、このときX軸方向の移動に伴なうZ位置の補正量は、Y軸方向と同様に近似面に従って決定される。図4の(b)は、2枚目の液晶画面を露光するときのXYZステージ3を示すものであり、図4の(a)で示した1枚目の液晶画面を露光するXステップ位置でのZ位置より、近似面によって補正された分だけXYZステージ3が下降している。図4の(c)は3枚目の液晶画面の露光位置でのXYZステージ3を示しており、同図の(b)で示した2枚目の液晶画面を露光するXステップ位置でのZ位置より、近似面によって補正された分だけXYZステージ3が上昇している。

0043

このように、X軸方向のステップ移動が行なわれる場合でも、XYZステージ3を近似面に従って上下駆動することで、常にプレートWが光学投影系5の焦点位置に保たれる。

0044

チャック4のたわみ量が大きい場合は、露光領域の中心位置でのX軸方向、Y軸方向の傾きを近似面から算出して、図5に示すようにXYZステージ3を傾けることにより、光学投影系5に対してプレートWが直角になるように制御してもよい。これによって、同一露光領域内での焦点ずれを軽減することができる。

0045

本発明の実施の形態によれば、楕円放物面で求めた近似面に基づいてチャックのZ高さ位置を制御することで、任意のステージ位置におけるチャックのたわみによる焦点ずれを補正することができる。また、予め楕円放物面でチャックの基準面を決めておくため、プレート1枚に対して複数の液晶画面を製造する場合でも、1回のオートフォーカスを実施するだけで、焦点ずれを回避できる。

0046

図6は、第2の実施の形態を説明するもので、これは、チャック4上の4点においてチャック高さ位置を計測し、チャックのたわみを球面近似する方法を採用するものである。

0047

同一直線上にない4点P1(x1 ,y1 )〜P4(x4 ,y4 )において、Zセンサ6を用いてチャック4の保持面の高さ位置を測定する。次に、4点の(x,y,z)座標から中心座標P0(x0 ,y0 ,z0 )と半径rの球の方程式を導く。これによって、XYZステージ3の任意のXY座標におけるチャック高さ位置を容易に算出することが可能となり、前記方程式により算出した立体幾何学面をチャック高さ基準面として、露光時やアライメント時に使用する。

0048

次にチャック面を近似する球面の方程式を算出する方法を説明する。球の方程式を算出する時、同一円周付近の4点を位置座標として抽出すると、各点は位置座標の高低差が少ないため、近似した球面は実際のチャック形状と異なる場合がある。そこで、測定する位置は、図6のように3点P1,P2,P3はチャック4の隅が、4点目P4はチャック4の中心付近が好ましい。ここで、球面の方程式は、(7)式のようになる。
(x−x0 )2 +(y−y0 )2 +(z−z0 )2 =r2 (7)

0049

この方程式にZセンサ6で測定した4点の位置座標、P1(x1 ,y1 )〜P4(x4 ,y4 )を(7)式に代入し、行列式にまとめると以下の(8)式となる。

0050

0051

この行列式を解くことによって求めるべき球面の中心座標P0(x0 ,y0 ,z0 )と半径rを決定する。中心座標P0および半径rを(7)式に代入して方程式を求め、これをチャック基準面として使用し、第1の実施の形態と同様の露光処理を行なう。

発明の効果

0052

本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。

0053

予め算出してあるチャック面を近似した立体幾何学面をチャック高さ位置の基準面として、露光時やアライメント時にチャック高さ位置を制御する。例えばスキャン露光においては、常にパターン像の合焦位置をチャック上に乗せたプレートが走査するように制御することで、チャックの大型化が進みチャックがたわんでしまう場合でも、フォーカスずれを起こすのを回避できる。

0054

その結果、アライメントマークの読み取り不良や、露光不良を発生させることなく、極めて高い転写精度を得ることができる。

0055

予め算出してある立体幾何学面を用いて、チャックのたわみ分を補正するものであるため、例えばステップアンドリピート露光においては、オートフォーカスは各プレートに対して1回実行すればよく、スループットの悪化を防ぐことができる。

図面の簡単な説明

0056

図1第1の実施の形態による露光装置を示す模式図である。
図2第1の実施の形態による楕円放物面近似方法を説明する図である。
図3スキャン露光を説明する図である。
図4ステップ・アンド・リピート露光を説明する図である。
図5XYZステージを傾斜させる場合を説明する図である。
図6第2の実施の形態による球面近似方法を説明する図である。

--

0057

1照明光学系
2マスクステージ
3XYZステージ
4チャック
5光学投影系
6 Zセンサ
7 コントローラ

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