JP4361763B2

JP4361763B2 - Exposure apparatus and exposure method

Info

Publication number: JP4361763B2
Application number: JP2003193190A
Authority: JP
Inventors: 晋辻川; 幸夫谷口; 弘高山口
Original assignee: 株式会社液晶先端技術開発センター
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005032777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば液晶表示パネルの製造において露光用基板の感光面を選択的に露光する露光装置および露光方法に関し、特に平坦性を確保することが難しいガラス基板等を主体とする露光用基板に適用される露光装置および露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルの製造では、一般にフォトリソグラフィ技術が画素内の電極（スイッチング素子のゲート、ソース、ドレインなど）、コンタクトホール、配線などを基板上に形成するために用いられる。この場合、感光性レジスト膜が例えばガラス基板上に堆積されたクロムやアルミ等の材料からなる金属膜上に塗布され、フォトマスクを用いて選択的に露光され、さらに露光部分を除去することによりレジストパターンとして現像される。金属膜はこのレジストパターンをマスクとして用いたエッチング等により加工され、電極や配線として残される。尚、金属膜とこれを覆う感光性レジスト膜とを合計した厚さは基板の厚さに対して極めて僅かであり、以降の説明において感光性レジスト膜を露光用基板の感光面として取り扱う。
【０００３】
上述の露光用基板は一般に複数の液晶表示パネルを設けることが可能な大きさを有し、フォトマスクは露光用基板の感光面を等面積で占有してマトリクス状に配置される複数のパネル用感光面の各々に対して共通に用いられる。露光処理では、フォトマスクの露光パターンが一般にレンズプロジェクション、ミラープロジェクション等により各パネル用感光面に対して投影される。この露光処理は露光用基板およびフォトマスクの位置を固定して露光パターンの投影を行うステップ・アンド・リピート方式や、露光用基板およびフォトマスクの位置を変化させながら露光パターンの投影を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を用いて行われる。
【０００４】
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、フォトマスクおよび露光用基板が互いに同期して水平に移動可能なマスクステージおよび基板ステージにそれぞれ載置され、照明光学系が光源からの光源光を所定の光束サイズに絞ってフォトマスクに照射し、投影光学系がフォトマスクの透過光である露光パターンをパネル用感光面に投影する。ここで、露光パターンの投影範囲はパネル用感光面に対して光源光の光束サイズに対応して設定される露光フィールドによって制限される。この露光フィールドの位置はマスクステージおよび基板ステージの移動に伴ってシフトし、これによりパネル用感光面全体を走査する。投影光学系が露光パターンを倒立像として結像する構造である場合には、マスクステージおよび基板ステージの両方が互いに逆向きに移動する。これに対して、投影光学系が露光パターンを正立像として結像する構造である場合には、マスクステージおよび基板ステージの両方が同じ向きに移動する。
【０００５】
また、露光装置は露光中に少なくとも露光フィールドを投影光学系の焦点深度内に維持するために露光用基板の高さ（レベル）および傾き（チルト）調整を連続的に行うように構成される。
【０００６】
露光用基板に関しては、上述した複数の液晶表示パネルを得るために十分な大きさを必要とし、光透過性であることも望まれている。従って、液晶表示パネルの製造では、ガラス基板が一般的に用いられる。このガラス基板は比較的安価であり、このガラス基板上に配置される半導体薄膜に薄膜トランジスタを形成することもできる。しかしながら、ガラス基板の場合、半導体分野で一般的なシリコン基板のように均一な厚さで製造することが極めて困難である。従って、感光面のレジスト膜はガラス基板の不均一な厚さのために起伏する。
【０００７】
従来、ガラス基板に特有な厚さ分布がその製造過程で生じることが知られている。また、この厚さ分布に適合するミラープロジェクション式の露光方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、製造時に溶融ガラスを引き出す方向に沿って生じる「厚さムラ」、「反り」や「うねり」などの凹凸によってガラス基板の平坦性が失われることが述べられている。そこで、この文献の露光機は投影光学系の焦点深度が小さい場合でもフォーカスマージンを確保できるように「反り」や「うねり」の方向に一致させた走査方向に沿って逐次フォーカスを合わせながら露光を行う。逐次フォーカスに関する詳しい記述は省略されているが、少なくとも基板の高さ調整を行って、露光中常に基板上の感光面にフォーカスを合わせた状態に保つものと考えられる。
【０００８】
尚、本発明者の分析結果によると、「反り」や「うねり」は特許文献１に開示されるガラスの引き出し方向ではなく、ガラス引出口の温度分布に依存してガラスの引き出し方向とほぼ直交する方向において生じることを確認した。ガラスの引き出し方向においては、むしろ均一な厚さが得られる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３６０８８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の製造では、上述のステップ・アンド・スキャン方式露光装置が例えばシリコン基板の感光面を露光するために用いられる。シリコン基板はガラス基板に比べて厚さの均一性が高く、基板ステージに載せた状態において表面の平坦性に優れているが、全体に渡るわずかな丸みや反りを持っている。露光装置はこのような丸みや反りの影響を受けずに常に投影光学系の焦点深度内に露光フィールドとなる感光面を収めるために基板の高さおよび傾き調整を実時間フォーカス（逐次フォーカス）制御として行っている。特許文献１は、液晶表示パネルの製造においてガラス基板上の感光面を選択的に露光するミラープロジェクション方式の露光装置にこのような実時間フォーカス制御を適用したものである。
【００１１】
しかし、平坦性を確保することが難しいガラス基板の高さや傾きの調整を実時間フォーカス制御として行う場合、アクチュエータ等によってガラス基板を頻繁に昇降させなくてはならないため、これに伴うアクチュエータの駆動負荷を無視することができない。また、現在主流のシリコン基板は直径３００ｍｍの円形状である。これに対して量産段階のガラス基板は最小で５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、通常１０００ｍｍ×１０００ｍｍを超えるような大きさの矩形状である。このように大きなガラス基板の昇降量はアクチュエータの駆動負荷をさらに増大させ、フォーカス制御の実時間性や露光フィールドの移動に対するフォーカス制御の追従性に悪影響を及ぼす。
【００１２】
すなわち、特許文献１の露光装置は、実時間フォーカス制御によって露光パターンを信頼性よくガラス基板上の感光面に結像することを意図するが、実時間性を損なわずに露光フィールドの移動に正しく追従したフォーカス制御を行うことが難しく、このフォーカス制御を実現できたとしても制御構成が大変大掛かりになることが避けられない。
【００１３】
本発明の目的は、露光中に露光用基板の傾きおよび高さを実時間調整する必要のない露光装置および露光方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、特定方向において凹凸を有する露光用基板に露光パターンを投影光学系により照射して露光する露光装置であって、投影光学系による照射範囲をこの投影光学系の許容露光深度の範囲内で選択し、露光用基板面上で特定方向に移動する照射範囲移動手段と、照射範囲を特定方向に直交する方向に移動させて露光する露光手段とを備える露光装置が提供される。
【００１５】
また、本発明によれば、特定方向において凹凸を有する露光用基板に露光パターンを照射光学系により照射して露光する露光方法であって、照射光学系による照射範囲をこの照射光学系の許容露光深度の範囲内で選択し、露光用基板面上で特定方向に移動させる照射範囲移動工程と、照射範囲を特定方向に直交する方向に移動させて露光する露光工程とを備える露光方法が提供される。
【００１６】
これら露光装置および露光方法において、投影光学系による露光パターンの照射範囲がこの投影光学系の許容露光深度の範囲内で選択され、特定方向に直交する方向に移動する。この場合、特定方向において凹凸が露光用基板に存在しても、露光パターンの照射範囲に投影光学系の許容露光深度に適合する平坦性を得ることができるため、高い信頼性で露光パターンをこの照射範囲に照射できる。また、このような照射範囲が選択されることことにより、傾きおよび高さの調整を予め行うことが可能になる。すなわち、照射範囲での露光に先立って、この露光用基板が調整機構により投影光学系の許容露光深度内に設置されれば、露光中に例えば露光用基板の傾きおよび高さを実時間調整する必要がない。
【００１７】
また、本発明によれば、特定方向において感光面に凹凸を有する露光用基板を載置する基板ステージと、露光用基板の感光面を選択的に露光する露光パターンを照射する照射部と、基板ステージに載置された露光用基板と照射部の許容露光深度内の基準露光面との傾きおよび高さの関係を調整する調整機構と、基板ステージに載置された露光用基板の感光面の起伏分布を検出し、複数の感光エリアが許容露光深度の範囲に高低差を収めるエリア幅で特定方向に並ぶように露光用基板の感光面を区分し、調整機構によって各感光エリアを許容露光深度内に設定して照射部から各感光エリアに露光パターンの対応部分を照射させる制御部とを備える露光装置が提供される。
【００１８】
また本発明によれば、特定方向において感光面に凹凸を有する露光用基板を載置する基板ステージと、基板ステージに載置された露光用基板の感光面を選択的に露光する露光パターンを照射する照射部と、基板ステージに載置された露光用基板と照射部の許容露光深度内の基準露光面との傾きおよび高さの関係を調整する調整機構とを用いる露光方法であって、基板ステージに載置された露光用基板の感光面の起伏分布を検出し、複数の感光エリアが許容露光深度の範囲に高低差を収めるエリア幅で特定方向に並ぶように露光用基板の感光面を区分し、調整機構によって各感光エリアを許容露光深度内に設置した状態で照射部から各感光エリアに露光パターンの対応部分を照射させる露光方法が提供される。
【００１９】
これら露光装置および露光方法において、露光用基板の感光面は、複数の感光エリアが照射部の焦点深度のような許容露光深度の範囲に高低差を収めるエリア幅で特定方向に並ぶように区分される。この場合、特定方向に連続するうねりが露光用基板の感光面に存在しても、それぞれの感光エリアに照射部の許容露光深度に適合する平坦性を得ることができるため、各感光エリアに高い信頼性で露光パターンを照射できる。また、露光用基板の感光面が上述のように区分されたことにより、傾きおよび高さの調整を感光エリア単位に行うことが可能になる。すなわち、各感光エリアの露光に先立って、この感光エリアが調整機構により照射部の許容露光深度内に設置されれば、露光中に例えば露光用基板の傾きおよび高さを実時間調整する必要がない。
【００２０】
特定方向において凹凸を有する露光用基板とは、例えば方形状基板とすると図５、６に示すように凹凸が形成されている方向、即ちＸ軸方向が特定方向である。投影光学系の許容露光深度とは、例えば投影光学系の焦点深度に依存するものであって、露光パターンを露光するための許容される距離範囲である。投影光学系による照射範囲とは、投影光学系により照射される範囲である。特定方向とは、露光用基板が有する露光面の凹凸が形成されている方向であり、この露光面の凹凸は、露光用基板表面の凹凸や基板の厚さムラによるもので、うねり、起伏分布などの形状である。また、照射部の許容露光深度とは、投影光学系の焦点深度に限られず、例えばホログラム技術を用いた露光方式での光路長や、その他の要因に依存して設定されるものである。さらに、複数の感光エリアは感光面を区分して得られるもので、これら感光エリア相互のエリア幅は特定方向において可変である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るステップ・アンド・スキャン方式の露光装置について添付図面を参照して説明する。この露光装置は例えば液晶表示パネルの製造においてフォトリソグラフィ技術により電極や配線を形成する場合に露光用基板の感光面を選択的に露光するために用いられる。
【００２２】
図１は露光装置の外観を示し、図２は図１に示す露光装置の回路構成を示す。この露光装置は、露光用基板Ｐを載置する基板ステージ１１、露光用基板Ｐの向きに対応した向きでフォトマスクＭを載置するマスクステージ１２、基板ステージ１１に載置された露光用基板Ｐの感光面ＳにフォトマスクＭに対応する露光パターンを投影する照射部１３、基板ステージ１１に載置された露光用基板Ｐと照射部１３の許容露光深度内の基準露光面との傾きおよび高さの関係を調整する調整機構１４、およびこれらの全体的な動作を制御する制御部１５を備える。
【００２３】
露光用基板Ｐは、例えば図３に示すように、ガラス基板１、ガラス基板１上に堆積されるクロムやアルミ等の材料からなる金属膜２、およびこの金属膜２を覆い感光面Ｓとして形成される感光性レジスト膜３で構成される。ガラス基板１はガラス引出口から溶融されたガラスを引き出すフュージョン法やフロート法等の典型的な製造方法で製造され、複数の液晶表示パネルを設けることが可能な大きさを有する。図１および図２に示す露光装置を用いた露光後、感光性レジスト膜３は露光部分を除去することによりレジストパターンとして現像され、金属膜２はこのレジストパターンをマスクとして用いたエッチング等により加工され、電極や配線として残される。
【００２４】
図４はガラス基板１の厚さ分布の例を示す。この例は、ガラス引出口となる幅０．７ｍｍのスリットに対して直交する方向にガラスを引き出して製造されたガラス基板１の厚さをスリット方向において測定した結果である。このガラス基板１の厚さは１００から２００ｍｍ程度の間隔で周期的に最大値または最小値となり、最大値および最小値の差に相当するピーク・トゥ・ピーク値は１０μｍ程度になる。ガラス基板１の厚さ分布はこのようスリット方向において不均一となる。また、ガラス基板１の厚さ分布はスリット方向に直交するガラス引き出し方向においてほぼ均一になることが確認されている。このようなガラス基板１を用いた露光用基板Ｐを基板ステージ１１に載置した場合、このガラス基板１の厚さ分布が図４に示すようにほぼそのまま露光用基板Ｐの感光面Ｓに反映され、上述のスリット方向に一致する特定方向において連続する凹凸、例えばうねりを生じる。図５では、特定方向がＸ軸方向に設定されている。
【００２５】
少なくともフュージョン法およびフロート法では、厚さの最大値および最小値の間隔に多少の違いがあるものの、厚さ分布が製造時の引き出し方向とほぼ直交する方向において不均一になるというほぼ同様な結果を確認した。
【００２６】
図１および図２に示す露光装置では、基板ステージ１１が水平な支持板１１Ａに調整部１４を介して固定され、露光用基板Ｐを載置して支持板１１Ａと一緒に二次元平面において互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。露光用基板Ｐは上述の特定方向をＸ軸方向に一致させて基板ステージ１１に載置される。マスクステージ１２は基板ステージ１１の上方に配置される水平な支持板１２Ａに支持部材１２Ｂを介して固定され、露光用基板Ｐの向きに対応した向きでフォトマスクＭを載置して支持板１２Ａと一緒に二次元平面においてＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。また、マスクステージ１２はフォトマスクＭの端部を支持するように開口され、支持板１２Ａはマスクステージ１２に載置されたフォトマスクＭに対向するように配置される開口ＯＰを有する。フォトマスクＭは露光用基板Ｐの感光面Ｓを等面積で占有してマトリクス状に配置される複数のパネル用感光面の各々を選択的に露光するために共通に用いられる。
【００２７】
照射部１３は光源１６、照明光学系１７、および投影光学系１８を含む。光源１６は感光性レジスト膜３が感度を有する波長の光を出力する。例えば高圧水銀ランプやＫｒＦエキシマレーザ光源から光源光を発生し、照明光学系１７は光源１６からの光源光をマスクステージ１２に載置されたフォトマスクＭに照射する。投影光学系１８はフォトマスクＭの透過光である露光パターンを基板ステージ１１側に投影する。また、基板ステージ１１およびマスクステージ１２の少なくとも一方は露光用基板ＰとフォトマスクＭとの二次元的な位置合わせのためにステージ駆動部１９によって駆動され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する。
【００２８】
調整機構１４は基板ステージ１１に載置された露光用基板Ｐの高さ（レベル）および傾き（チルト）を投影光学系１８の許容露光深度内の基準露光面、すなわち焦点深度内の焦点面に対して調整するフォーカシング制御を行う。露光用基板Ｐの感光面Ｓが調整機構１４により投影光学系１８の焦点深度内に設置されると、露光パターンがこの感光面Ｓに画像として結像される。上述の調整機構１４は例えば基板ステージ１１の４隅を上述の焦点面に対して垂直なＺ軸方向において昇降する４個のアクチュエータ１４Ａにより構成される。各アクチュエータ１４Ａは上下に伸縮する圧電素子からなり、基板ステージ１１の支持部材を兼ねる。
【００２９】
照射部１３および調整機構１４は制御部１５によって制御される。制御部１５は、基板ステージ１１に載置された露光用基板Ｐの感光面Ｓの位置レベルを検出する位置検出部２１と、この位置検出部２１の出力信号から基板ステージ１１に載置された露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布を検出し、複数の感光エリアＳＢが投影光学系１８の焦点深度の範囲に高低差を収めるエリア幅で図６に示すように上述の特定方向（＝Ｘ軸方向）に並ぶように露光用基板Ｐの感光面Ｓを区分し、各感光エリアＳＢ毎に調整機構１４によって感光エリアＳＢを焦点深度内に設定して照射部１３から感光エリアＳＢに露光パターンの対応部分を投影させるコンピュータ２２とを含む。位置検出部２１は露光用基板ＰとフォトマスクＭと位置合わせ後に露光用基板Ｐの感光面Ｓの位置レベルを複数のポイントで検出する。
【００３０】
位置検出部２１は、例えば露光用基板Ｐの感光面Ｓに斜めからレーザ光を照射するように配置される半導体レーザ２１Ａと、この感光面Ｓで正反射しレンズを介して結像する反射光を受光する位置検出素子(ＰＳＤ：Position Sensitive Device)２１Ｂとを含む。尚、半導体レーザ２１Ａからのレーザ光は投影光学系１８の結像可能な範囲を基準として感光面Ｓの一定範囲に照射されるものである。さらにこのレーザ光は、露光パターンの光エネルギーに比べて十分小さく、波長域も露光波長と異なるように選定されているため、感光面Ｓのレジスト膜３がこのレーザ光によって実質的に露光されることはない。位置検出素子２１Ｂは異なる２点での光強度に対応する信号を出力する一対の信号出力電極を有する。コンピュータ２２はこれら出力電極からの出力電流をＡ／Ｄ変換により電流値データに変換し、これらデータの電流値の比から反射光の結像位置（焦点位置）を求め、位置検出素子２１Ｂの電気的中心位置からの方向と距離によって露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布として変位方向および変位量を求める。また、各感光エリアＳＢに対するフォーカス制御として、コンピュータ２２はこの感光エリアＳＢの起伏分布に基づいて露光用基板Ｐのレベリング量およびチルト量を決定し、４個のアクチュエータ１４Ａの伸縮方向および伸縮量を求め、伸縮方向および伸縮量に対応する極性および大きさの電圧をこれらアクチュエータ１４Ａの圧電素子に同時に出力する。
【００３１】
照明光学系１５は光源光を例えば長方形に整形する可変絞りを含む。この可変絞りは整形された光源光の光束サイズに対応する露光窓ＷをフォトマスクＭに対して設定し、露光窓Ｗは図６に示すような露光フィールドＦを露光パターンの照射範囲として各感光エリアＳＢに対して設定する。
【００３２】
各感光エリアＳＢの露光では、コンピュータ２２が上述の特定方向に一致するＸ軸方向において感光エリアＳＢのエリア幅に対応する露光フィールドＦを設定するよう照明光学系１５の可変絞りを調整し、このＸ軸方向（特定方向）に直交するＹ軸方向において露光フィールドＦを連続的に移動させるようにステージ駆動部１９を制御する。この制御により、ステージ駆動部１９は基板ステージ１１およびマスクステージ１４の両方を同期して移動させる。ここで、投影光学系１５は露光パターンの倒立像を結像する構造となっている。このため、基板ステージ１１およびマスクステージ１４はそれぞれ図１の矢印Ａ，Ｂで示すようにＹ軸方向において互いに逆向きに移動する。これにより、露光フィールドＦが基板ステージ１１およびマスクステージ１４の移動に伴ってシフトし、感光エリアＳＢをＹ軸方向において全体的に走査する。もし、投影光学系１５が露光パターンの正立像を結像する構造である場合には、基板ステージ１１およびマスクステージ１４の両方がＹ軸方向において同じ逆向きに移動する必要がある。
【００３３】
尚、上述の位置検出部２１の構成では、露光用基板Ｐが位置検出部２１に対して相対的に移動する必要がある。このため、コンピュータ２２は露光用基板ＰとフォトマスクＭと位置合わせ後においてステージ駆動部１９により基板ステージ１１をＹ軸方向において移動させ、露光用基板Ｐの感光面Ｓの一定範囲について得られる位置検出部２１の出力信号から露光用基板Ｐの起伏分布を検出し、１感光エリアＳＢのエリア幅を決定し、この感光エリアＳＢの露光中にこの感光エリアに隣接する一定範囲について起伏分布を検出して次の感光エリアＳＢのエリア幅を決定するように構成されている。尚、基板ステージ１１は露光用基板Ｐの感光面Ｓ全体について予め起伏分布を検出するためにＸ軸方向およびＹ軸方向の各々において移動されてもよい。
【００３４】
次に、露光用基板Ｐの感光面Ｓの区分形式についてさらに説明する。複数の感光エリアＳＢが特定方向に並ぶように露光用基板Ｐの感光面Ｓを区分する場合において、各感光エリアＳＢのエリア幅は投影光学系１８の焦点深度の範囲に図７に示す高低差ｄに収めるように決定される必要がある。図７では、露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布を測定した結果が曲面で示される。感光エリアＳＢの高低差ｄが焦点深度の範囲を超えてしまうと、露光用基板Ｐの高さ調整を行っても感光エリアＳＢの全域に対して焦点を合わせることができないため、その一部が焦点ずれによってぼけた露光パターンにより露光される結果となる。上述の条件を満足できれば、各感光エリアＳＢのエリア幅は全て共通の値であってもよい。しかし、この場合には、エリア幅が比較的狭くなってしまい、感光エリア数（露光フィールド数）を増大させることになる。この増大は、露光フィールドＦによって露光用基板Ｐの感光面Ｓを走査する走査回数の増大を意味することから露光処理時間を短縮する上で好ましくない。他方、各感光エリアＳＢ毎に高低差ｄを投影光学系１８の焦点深度の範囲に等しくするようなエリア幅を設定することにより感光エリア数を不必要に増大させることを防止できる。露光フィールドＦの幅は少なくともＸ軸方向において各感光エリアＳＢのエリア幅に対応して変更される。
【００３５】
このような考察に基づき、コンピュータ２２は調整機構１４によって各感光エリアＳＢを投影光学系１８の基準露光面、すなわち焦点面に略平行な向きにして最大のエリア幅を設定するように構成されている。調整機構１４はこのコンピュータ２２によって制御され、露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布を検出するために露光用基板Ｐ全体の傾きおよび高さの大まかな調整を行うことに加えて、各感光エリアＳＢの露光に先立って感光エリアＳＢの傾きおよび高さを補正するための調整を行うことになる。
ここで、露光用基板Ｐの感光面ＳがＸ軸方向において例えば図８に示すような投影光学系１８の焦点深度の範囲より大きい高低差ｄの領域を含む場合について考える。この高低差ｄが投影光学系１８の焦点深度の範囲を越えていても、調整機構１４によって露光用基板Ｐの傾きおよび高さを投影光学系１８の焦点深度を基準にして調整すれば、この領域の高低差ｄは図９に示すように投影光学系１８の焦点深度の範囲内に収めることが可能となる。露光用基板Ｐの傾きおよび高さの調整では、露光用基板Ｐが例えば図８において矢印で示す方向に動かされる。このとき、投影光学系１８による露光用基板Ｐの照射範囲は、投影光学系１８の焦点深度内にある。換言すれば、投影光学系１８による照射範囲は、投影光学系１８の許容露光深度内にある。
【００３６】
従って、各感光エリアＳＢをこのような領域単位に設定することによりエリア幅を最大化できる。図８および図９では、露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布を一露光フィールドについて測定した結果が曲線で示される。図８において、高低差ｄは投影光学系１８の焦点深度の範囲よりも大きい状態を示している。
【００３７】
感光面Ｓの起伏分布の検出結果に基づいて感光エリアＳＢのエリア幅を具体的に決定する場合、コンピュータ２２は露光フィールドＦの位置および幅をまず最小の初期値に設定し、この露光フィールドＦをＹ軸方向にシフトさせる走査（スキャン）によって一度に露光される感光面Ｓの範囲を感光エリアＳＢに設定し、調整機構１４によってこの感光エリアＳＢに対して図９に示すような傾きおよび高さ調整を行ったときの高低差ｄを算出し、この算出結果の高低差ｄを露光装置の仕様である投影光学系１８の焦点深度と比較する。もし高低差ｄがこの焦点深度より小さければ、露光フィールドＦの幅を一定の増分で増大させて上述の計算を繰り返す。このようにして、高低差ｄが投影光学系１８の焦点深度を越えない最大値になると、これを露光フィールドＦの幅として決定する。実際には、投影光学系１８の構成に依存して、露光フィールドＦの幅を計算により得られた最大値よりも小さな値にする必要が生じることもある。いずれにしても、露光用基板Ｐのレベリング量、チルト量はこうして決定された露光フィールドＦの幅に基づいて求められる。
【００３８】
ここで、調整機構１４は各感光エリアＳＢの最高レベルＬ１と最低レベルＬ２との中点Ｌ３であるレベリング基準点を投影光学系１８の焦点面に合わせるようにして感光エリアＳＢを投影光学系１８の焦点面に略平行な向きに設定する。この結果、露光フィールドＦは図６に示すように露光用基板Ｐの感光面Ｓにおいて各感光エリアＳＢにほぼ正対する向きに設定され、感光面Ｓの変曲部に位置する感光エリアＳＢに対して狭い幅になるものの、この変曲部周辺の比較的なだらかな部分に位置する感光エリアＳＢに対して広い幅になる。
【００３９】
次に、上述の露光装置を使用して露光用基板Ｐの全面を露光する露光方法を説明する。露光用基板Ｐがロボットハンドリングにより基板ステージ１１に載置されると、基板ステージ１１が二次元的に移動され、これによりこの露光用基板Ｐをマスクステージ１２上のフォトマスクＭに対して位置合わせをし、この位置をコンピュータ２２のメモリ領域に記憶する。続いて、調整機構１４が露光用基板Ｐの感光面Ｓの起伏分布を検出するために露光用基板Ｐ全体の傾きおよび高さを大まかに調整する。この後、基板ステージ１１がＹ軸方向に移動され、位置検出部１４がこの間に露光用基板Ｐの感光面Ｓの位置レベルを一定範囲において検出し、感光面Ｓの起伏分布を検出して、コンピュータ２２のメモリ領域に記憶する。コンピュータ２２はこの検出された起伏分布に基づいて最初の感光エリアＳＢのエリア幅を決定して、コンピュータ２２の記憶領域に記憶する。照明光学系１７の可変絞りは露光フィールドＦの幅をこのエリア幅に設定するように調整される。コンピュータ２２はさらに調整機構１４によってこの感光エリアＳＢの傾きおよび高さを投影光学系１８の焦点面に対して調整し、この後ステージ駆動部１６によって基板ステージ１１およびマスクステージ１４をそれぞれ図１の矢印Ａ，Ｂで示すようにＹ軸方向において相対的に移動、例えば互いに逆向きに移動（ステップ）させる。これにより、露光フィールドＦが基板ステージ１１およびマスクステージ１４の移動に伴ってシフトし、感光エリアＳＢをＹ軸方向において全体的に走査（スキャン）する。感光エリアＳＢ全体はこの走査中にフォトマスクＭを介して照射される露光パターンによって選択的に露光される。
【００４０】
他方、位置検出部１４はこの露光中にこの感光エリアＳＢに隣接する一定範囲において露光用基板Ｐの感光面Ｓの位置レベルを検出し、コンピュータ２２はこの検出結果に基づいて次の感光エリアＳＢのエリア幅を決定し、照明光学系１３の可変絞りを調整することにより露光フィールドＦの幅をこの感光エリアＳＢのエリア幅に等しく設定する。コンピュータ２２はさらに調整機構１４によってこの感光エリアＳＢの傾きおよび高さを投影光学系１８の焦点面に対して調整し、この後ステージ駆動部１９によって露光フィールドＦを次の感光エリアＳＢにステップさせるように基板ステージ１１およびマスクステージ１２を予め定められた一定距離だけＸ軸方向に移動（ステップ）させる。基板ステージ１１およびマスクステージ１４はこの後それぞれ図１の矢印Ａ，Ｂで示すようにＹ軸方向において相対的に互いに逆向きに再び移動（スキャン）する。以降、露光フィールドＦによる各感光エリアＳＢのスキャンおよびステップが上述の制御とともに繰り返され、感光面Ｓ全体の露光を完了するまで続けられる。調整機構１４は各感光エリアＳＢの露光完了に伴って露光フィールドＦをステップさせる期間を利用して次の感光エリアＳＢの傾きおよび高さ調整を行い、この調整を各感光エリアＳＢの露光中に行うことはない。
【００４１】
ちなみに、露光フィールドＦは露光パターンの照射範囲、すなわち露光範囲を広げて生産性を高めるためにできるだけ大きな幅に設定されることが好ましい。しかしながら、実際には投影光学系１８におけるレンズの製造限界によって、露光フィールドＦの形状および大きさは制限される。現在、製造可能なレンズの口径は３５０ｍｍ程度までであり、露光フィールドＦの幅は、露光波長や解像度にもよるが上述の条件で１００から１５０ｍｍ程度となる。しかしながら、製造技術の発達によって徐々にレンズの大口径化も進んでいるため、露光フィールドＦの幅はさらに広くできるものと考えられる。
【００４２】
また、本実施形態のように、露光フィールドＦを長方形とした場合は、Ｙ軸方向の短辺はＸ軸方向の長辺の１／５から１／３程度が望ましい。細くスリット状に整形することも可能であるが、光源１６からの光源光を有効に利用するためには絞り込む必要があり、このための光学系が複雑になる。露光フィールドＦは長方形状の他、長六角形状、長楕円形状であってもよい。露光フィールドＦの長さは、各スキャン位置によって異なり、投影光学系１８の許容露光範囲によって定められる。起伏分布を求めたとき、各スキャン位置での露光フィールドＦの長さが自動的に求められる。図５に示すような露光用基板Ｐでは、例えば頂部３２、谷部３３、これら頂部３２および谷部３３間の山腹部３４について、露光フィールドＦを異なる長さに設定することができる。山腹部３４は、図８に示すように露光用基板Ｐの高さ、傾きを変更することにより１つの露光フィールドＦにより露光することができるようになる。
【００４３】
近年では、照射部１３の焦点深度、具体的には投影光学系１８の焦点深度が高解像度化の進展に伴って浅くなり、実質的な技術限界に近づいている。解像度（線幅）Ｒおよび焦点深度ＤＯＦは次に示す式（１）および式（２）によって表される。
【００４４】
Ｒ＝ｋ_１×λ／ＮＡ … （１）
ＤＯＦ＝±ｋ_２×λ／ＮＡ^２ … （２）
ここで、ｋ_１およびｋ_２は感光性レジスト膜材料等のプロセス条件に依存する定数であり、λは露光波長であり、ＮＡはレンズ開口数である。これら式（１）および式（２）から、焦点深度ＤＯＦは露光における解像度（線幅）Ｒと次に示す式（３）のような関係にあることがわかる。
【００４５】
ＤＯＦ＝±ｋ_２／ｋ_１ ^２×Ｒ^２／λ … （３）
露光用基板Ｐの感光面Ｓは露光フィールドＦの全範囲において式（３）で決まる焦点深度ＤＯＦの範囲に収める必要がある。もし感光面Ｓが焦点深度ＤＯＦの範囲から外れると、完全な結像が得られないので、適正なレジストパターンを形成することができない。現在、液晶表示パネルの量産に用いられる露光装置では、解像度Ｒが最高で１．５μｍ程度である。例えば、解像度Ｒ＝１．５μｍ、露光波長λ＝０．３６５μｍ（水銀ランプからのｉ線）、ｋ_１＝０．６、ｋ_２＝０．５の場合、焦点深度ＤＯＦは式（３）によりＤＯＦ＝±８．６μｍとなり、これを全体の範囲に換算すると１７．２μｍとなる。露光処理はレンズ収差などの影響を受けるため、この影響を見込んだ露光装置側の許容焦点深度は一般に換算値の半分、すなわち８．６μｍになる。この場合、露光用基板Ｐには、８．６μｍ以下の平坦性が要求される。
【００４６】
今後、液晶表示パネルの高精細化が進み、より高い解像度Ｒが求められるようになると、焦点深度ＤＯＦの範囲はますます狭くなる。例えば解像度Ｒ＝１．５μｍ、露光波長λ＝０．３６５μｍ（水銀ランプからのｉ線）、ｋ_１＝０．６、ｋ_２＝０．５を同じにした場合、焦点深度ＤＯＦは式（３）によりＤＯＦ＝±３．８μｍとなり、これを全体の範囲に換算すると７．６μｍとなる。露光用基板Ｐには、許容焦点深度（ＤＯＦ／２）、すなわち３．８μｍ以下の平坦性が要求される。
【００４７】
また、解像度Ｒ＝０．５μｍ、露光波長λ＝０．２４８μｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、ｋ_１＝０．５、ｋ_２＝０．５（ｋ_１およびｋ_２：ＫｒＦ使用時に一般的とされる値）の場合、焦点深度ＤＯＦは式（３）によりＤＯＦ＝±２．０μｍとなり、これを全体の範囲に換算すると４．０μｍとなる。露光用基板Ｐには、許容焦点深度（ＤＯＦ／２）、すなわち２．０μｍ以下の平坦性が要求される。
【００４８】
以上をまとめると、基板平坦性は解像度Ｒ＝１．５μｍのときに８．６μｍ以下であり、解像度Ｒ＝１．０μｍのときに３．８μｍ以下であり、解像度Ｒ＝０．５μｍのときに２．０μｍ以下であることが期待される。
【００４９】
これに対して、露光用基板Ｐにおいて、ガラス基板１の厚さは既に述べたように１００から２００mm程度の間隔で周期的に最大値または最小値となり、最大値および最小値の差に相当するピーク・トゥ・ピーク値は１０μm程度になる。従って、スループットを向上させるために同時に露光される感光面Ｓの露光範囲を広げると、この露光範囲の高低差が実際に許容される焦点深度を越えてしまい、適正な解像度が得られないことになる。露光範囲を７０ｍｍ×２０ｍｍとすると、７から８μｍの程度の高低差が生じるため、解像度Ｒ＝１．５μｍでしか露光できない。解像度Ｒ＝１．０μｍおよび解像度Ｒ＝０．５μｍでは、露光不能である。ガラス基板の平坦性は最近において徐々に改善されてきているが、短期間に大幅に改善されることを期待できない。
【００５０】
本実施形態によれば、このような状況にも対処することができる。すなわち、露光用基板Ｐの感光面Ｓは、複数の感光エリアＳＢが照射部１３の焦点深度の範囲に高低差を収めるエリア幅で特定方向に並ぶように区分される。この場合、特定方向に連続する凹凸が露光用基板Ｐの感光面Ｓに存在しても、それぞれの感光エリアＳＢに照射部１３の焦点深度に適合する平坦性を得ることができるため、各感光エリアＳＢに高い信頼性で露光パターンを結像できる。また、露光用基板Ｐの感光面Ｓが上述のように区分されたことにより、傾きおよび高さの調整を感光エリアＳＢ単位に行うことが可能になる。すなわち、各感光エリアＳＢの露光に先立って、この感光エリアＳＢが調整機構１４により照射部１３の焦点深度内に設置されれば、露光中に例えば露光用基板Ｐの傾きおよび高さを実時間調整する実時間フォーカシング制御の必要がない。これは、技術的な困難さを解消するだけでなく、露光装置の製品化期間の短縮および製造コストの低減を可能にする。また、露光用基板Ｐは特定方向に連続する凹凸の周期の大きいガラス基板１を用いて構成されているため、特定方向に直交する方向において感光面Ｓを走査して一括露光する露光フィールドの幅を広げることにより露光処理のスループットを向上させることができる。
【００５１】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００５２】
例えば複数のアクチュエータ１４Ａはフォトマスクの高さおよび傾きを投影光学系１８の許容露光深度内の基準露光面、すなわち焦点深度内の焦点面に対して調整するフォーカシング制御を行うために例えばマスクステージ１２の４隅を上述の焦点面に対して垂直なＺ軸方向において昇降するよう変更されてもよい。また、アクチュエータ１４Ａは圧電素子に限定されず、ソレノイドのように磁気を利用して伸縮するものあるいは静電気を利用して伸縮するものに置き換えてもよい。
【００５３】
位置検出部２１は、感光面Ｓの位置レベルを検出するために反射光を利用しているが、これ以外に、光の干渉を利用するもの、あるいは触針を利用するものに置き換えてもよい。また、半導体レーザ２１はレジスト膜３を感光させることのない光強度および波長の光を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）に置き換えてもよい。
【００５４】
上述の実施形態の露光装置は露光パターンを露光用基板Ｐの感光面Ｓに投影する露光方式であるが、本発明はこの露光方式以外に例えばホログラム技術を用いた露光方式にも適用できる。
【００５５】
また、上述の実施形態の露光装置は露光用基板およびフォトマスクの位置を変化させながら露光パターンの投影を行って露光フィールドＦを連続的に移動させるステップ・アンド・スキャン方式であるが、本発明は露光用基板ＰおよびフォトマスクＭの位置を固定した状態で露光パターンの投影を行って露光フィールドＦを逐次的に移動させるステップ・アンド・リピート方式にも適用できる。
【００５６】
また、露光用基板Ｐは平坦性を確保することが難しいガラス基板を用いて構成されるが、厚さ変動が特定方向において大きいという特徴を有する基板であれば、例えばプラスチック基板などにガラス基板を置き換えてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、露光中に露光用基板の傾きおよび高さを実時間調整する必要のない露光装置および露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の外観を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す露光装置の回路構成を示す図である。
【図３】図１に示す基板ステージに載置される露光用基板の構造を示す断面図である。
【図４】図３に示すガラス基板の厚さ分布をガラス引き出し方向に直交する方向において示すグラフである。
【図５】図３に示す露光用基板の感光面の起伏分布を示すグラフである。
【図６】図１および図２に示す露光装置の露光形式を説明するための図である。
【図７】図１に示す基板ステージに載置された露光用基板の感光面の向きを変化させない場合にＸ軸方向において設定される露光フィールドの幅を示す図である。
【図８】図１および図２に示す投影光学系の焦点深度の範囲を超える高低差にある露光用基板の感光面の一領域をＸ軸方向において示す図である。
【図９】図８に示す感光面の一領域について露光用基板の傾きおよび高さを投影光学系の焦点面に対して調整した場合の高低差を示す図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…金属膜、３…感光性レジスト膜、１１…基板ステージ、１１Ａ…支持板、１２…マスクステージ、１２Ａ…支持板、１２Ｂ…支持部材、１３…照射部、１４…調整機構、１４Ａ…アクチュエータ、１５…制御部、１６…光源、１７…照明光学系、１８…投影光学系、１９…ステージ駆動部、２１…位置検出部、２１Ａ…半導体レーザ、２１Ｂ…位置検出素子、２２…コンピュータ、Ｐ…露光用基板、Ｓ…感光面、Ｍ…フォトマスク，Ｗ…露光窓、ＳＢ…感光エリア、Ｆ…露光フィールド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method for selectively exposing a photosensitive surface of an exposure substrate in the manufacture of a liquid crystal display panel, for example, and particularly to an exposure substrate mainly composed of a glass substrate or the like where it is difficult to ensure flatness. The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of a liquid crystal display panel, a photolithography technique is generally used to form electrodes (gates of switching elements, sources, drains, etc.), contact holes, wirings, etc. on a substrate. In this case, a photosensitive resist film is applied onto a metal film made of a material such as chromium or aluminum deposited on a glass substrate, selectively exposed using a photomask, and further, an exposed portion is removed. Developed as a resist pattern. The metal film is processed by etching or the like using this resist pattern as a mask, and is left as an electrode or wiring. Note that the total thickness of the metal film and the photosensitive resist film covering the metal film is very small relative to the thickness of the substrate, and in the following description, the photosensitive resist film is treated as the photosensitive surface of the exposure substrate.
[0003]
The above-mentioned exposure substrate generally has a size capable of providing a plurality of liquid crystal display panels, and the photomask is used for a plurality of panels arranged in a matrix pattern occupying the photosensitive surface of the exposure substrate with an equal area. Commonly used for each photosensitive surface. In the exposure process, the exposure pattern of the photomask is generally projected onto each panel photosensitive surface by lens projection, mirror projection, or the like. This exposure process is a step-and-repeat method in which the positions of the exposure substrate and the photomask are fixed and the exposure pattern is projected, and the exposure pattern is projected while the positions of the exposure substrate and the photomask are changed. This is performed using an AND-scan type exposure apparatus.
[0004]
In a step-and-scan exposure apparatus, a photomask and an exposure substrate are respectively placed on a mask stage and a substrate stage that can move horizontally in synchronization with each other, and an illumination optical system transmits light source light from a light source to a predetermined source. The photomask is irradiated with a reduced beam size, and the projection optical system projects an exposure pattern, which is transmitted light through the photomask, onto the panel photosensitive surface. Here, the projection range of the exposure pattern is limited by the exposure field set corresponding to the light beam size of the light source light on the panel photosensitive surface. The position of the exposure field shifts with the movement of the mask stage and the substrate stage, thereby scanning the entire panel photosensitive surface. When the projection optical system has a structure that forms an exposure pattern as an inverted image, both the mask stage and the substrate stage move in opposite directions. On the other hand, when the projection optical system has a structure that forms an exposure pattern as an erect image, both the mask stage and the substrate stage move in the same direction.
[0005]
Further, the exposure apparatus is configured to continuously adjust the height (level) and tilt (tilt) of the exposure substrate in order to maintain at least the exposure field within the focal depth of the projection optical system during exposure.
[0006]
The exposure substrate needs to be large enough to obtain the above-described plurality of liquid crystal display panels, and is also desired to be light transmissive. Accordingly, a glass substrate is generally used in the manufacture of a liquid crystal display panel. This glass substrate is relatively inexpensive, and a thin film transistor can be formed on a semiconductor thin film disposed on the glass substrate. However, in the case of a glass substrate, it is extremely difficult to manufacture with a uniform thickness like a silicon substrate generally used in the semiconductor field. Therefore, the resist film on the photosensitive surface is undulated due to the non-uniform thickness of the glass substrate.
[0007]
Conventionally, it is known that a thickness distribution peculiar to a glass substrate occurs in the manufacturing process. Further, a mirror projection type exposure method adapted to this thickness distribution has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 states that the flatness of the glass substrate is lost due to irregularities such as “thickness unevenness”, “warp”, and “waviness” that occur along the direction in which the molten glass is drawn out during manufacture. Therefore, the exposure machine in this document performs exposure while sequentially focusing along the scanning direction matched with the direction of “warping” or “waviness” so that a focus margin can be secured even when the depth of focus of the projection optical system is small. Do. Although a detailed description of sequential focusing is omitted, it is considered that at least the height of the substrate is adjusted to keep the focus on the photosensitive surface on the substrate during exposure.
[0008]
According to the analysis result of the present inventor, “warp” and “swell” are not orthogonal to the glass drawing direction disclosed in Patent Document 1, but substantially orthogonal to the glass drawing direction depending on the temperature distribution of the glass outlet. It was confirmed that it occurred in the direction of In the drawing direction of the glass, a rather uniform thickness is obtained.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-36088 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the manufacture of semiconductor devices, the above-described step-and-scan type exposure apparatus is used for exposing a photosensitive surface of a silicon substrate, for example. A silicon substrate has a higher thickness uniformity than a glass substrate and is excellent in surface flatness when placed on a substrate stage, but has a slight roundness and warping throughout. The exposure system is subject to real-time focus (sequential focus) control to adjust the height and tilt of the substrate so that the exposure surface is always within the depth of focus of the projection optical system without being affected by such rounding and warping. As you go. Patent Document 1 applies such real-time focus control to a mirror projection type exposure apparatus that selectively exposes a photosensitive surface on a glass substrate in the manufacture of a liquid crystal display panel.
[0011]
However, when adjusting the height and tilt of the glass substrate, which is difficult to ensure flatness, as real-time focus control, the glass substrate must be moved up and down frequently by an actuator, etc. Can not be ignored. Moreover, the current mainstream silicon substrate has a circular shape with a diameter of 300 mm. On the other hand, the glass substrate in the mass production stage has a rectangular shape with a size of at least 550 mm × 650 mm, usually exceeding 1000 mm × 1000 mm. Such a large lift of the glass substrate further increases the driving load of the actuator, which adversely affects the real time property of the focus control and the followability of the focus control to the movement of the exposure field.
[0012]
That is, the exposure apparatus of Patent Document 1 intends to image the exposure pattern on the photosensitive surface on the glass substrate with real-time focus control with reliability, but corrects the movement of the exposure field without impairing the real-time property. It is difficult to perform follow-up focus control, and even if this focus control can be realized, it is inevitable that the control configuration becomes very large.
[0013]
An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method that do not require real-time adjustment of the tilt and height of an exposure substrate during exposure.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided an exposure apparatus that irradiates an exposure substrate having projections and depressions in a specific direction by irradiating an exposure pattern with a projection optical system, wherein an irradiation range of the projection optical system is set to an allowable exposure depth of the projection optical system. An exposure apparatus is provided that includes an irradiation range moving unit that selects within a range and moves in a specific direction on an exposure substrate surface and an exposure unit that performs exposure by moving the irradiation range in a direction orthogonal to the specific direction.
[0015]
Further, according to the present invention, there is provided an exposure method for exposing an exposure substrate having projections and depressions in a specific direction by irradiating an exposure pattern with an irradiation optical system, wherein an irradiation range of the irradiation optical system is set as an allowable exposure of the irradiation optical system. An exposure method comprising an irradiation range moving step of selecting within a depth range and moving the exposure range in a specific direction on an exposure substrate surface, and an exposure step of moving the exposure range in a direction orthogonal to the specific direction for exposure is provided. The
[0016]
In these exposure apparatuses and exposure methods, the irradiation range of the exposure pattern by the projection optical system is selected within the allowable exposure depth range of the projection optical system, and moves in a direction orthogonal to the specific direction. In this case, even if unevenness exists in the exposure substrate in a specific direction, it is possible to obtain flatness suitable for the allowable exposure depth of the projection optical system in the irradiation range of the exposure pattern. Can irradiate the irradiation range. In addition, by selecting such an irradiation range, it is possible to adjust the inclination and the height in advance. That is, prior to exposure in the irradiation range, if the exposure substrate is set within the allowable exposure depth of the projection optical system by the adjustment mechanism, for example, the tilt and height of the exposure substrate are adjusted in real time during the exposure. There is no need.
[0017]
Further, according to the present invention, a substrate stage for placing an exposure substrate having irregularities on the photosensitive surface in a specific direction, an irradiation unit for irradiating an exposure pattern for selectively exposing the photosensitive surface of the exposure substrate, and the substrate An adjustment mechanism for adjusting the relationship between the inclination and height of the exposure substrate placed on the stage and the reference exposure surface within the allowable exposure depth of the irradiation unit, and the photosensitive surface of the exposure substrate placed on the substrate stage. The undulation distribution is detected, the photosensitive surface of the exposure substrate is divided so that multiple photosensitive areas are aligned in a specific direction with an area width that fits within the range of the allowable exposure depth, and each photosensitive area is allowed to be exposed by an adjustment mechanism. An exposure apparatus is provided that includes a control unit that is set inside and irradiates a corresponding portion of the exposure pattern from the irradiation unit to each photosensitive area.
[0018]
Further, according to the present invention, a substrate stage on which an exposure substrate having irregularities on the photosensitive surface in a specific direction and an exposure pattern for selectively exposing the photosensitive surface of the exposure substrate mounted on the substrate stage are irradiated. An exposure method using an irradiating unit, and an adjustment mechanism that adjusts a relationship between an inclination of the exposure substrate placed on the substrate stage and a reference exposure surface within an allowable exposure depth of the irradiating unit, and a height thereof, The undulation distribution of the photosensitive surface of the exposure substrate placed on the stage is detected, and the photosensitive surface of the exposure substrate is aligned so that a plurality of photosensitive areas are arranged in a specific direction with an area width that has a height difference within the allowable exposure depth range. An exposure method is provided that divides and irradiates a corresponding portion of an exposure pattern from an irradiation unit to each photosensitive area in a state where each photosensitive area is set within an allowable exposure depth by an adjustment mechanism.
[0019]
In these exposure apparatuses and exposure methods, the photosensitive surface of the exposure substrate is segmented so that a plurality of photosensitive areas are arranged in a specific direction with an area width in which the height difference is within the allowable exposure depth range such as the focal depth of the irradiation unit. The In this case, even if undulations continuous in a specific direction exist on the photosensitive surface of the exposure substrate, flatness suitable for the allowable exposure depth of the irradiation unit can be obtained in each photosensitive area, so that each photosensitive area is high. The exposure pattern can be irradiated with reliability. Further, since the photosensitive surface of the exposure substrate is divided as described above, the tilt and height can be adjusted in units of photosensitive areas. That is, prior to exposure of each photosensitive area, if this photosensitive area is set within the allowable exposure depth of the irradiation unit by the adjustment mechanism, it is necessary to adjust, for example, the tilt and height of the exposure substrate during exposure in real time. Absent.
[0020]
An exposure substrate having irregularities in a specific direction is, for example, a rectangular substrate, as shown in FIGS. 5 and 6, the direction in which irregularities are formed, that is, the X-axis direction is the specific direction. The allowable exposure depth of the projection optical system depends on, for example, the depth of focus of the projection optical system, and is an allowable distance range for exposing the exposure pattern. The irradiation range by the projection optical system is a range irradiated by the projection optical system. The specific direction is the direction in which the unevenness of the exposure surface of the exposure substrate is formed, and this unevenness of the exposure surface is due to the unevenness of the surface of the exposure substrate and the unevenness of the thickness of the substrate. Etc. The allowable exposure depth of the irradiation unit is not limited to the depth of focus of the projection optical system, and is set depending on, for example, the optical path length in an exposure method using a hologram technique and other factors. Further, the plurality of photosensitive areas are obtained by dividing the photosensitive surface, and the area width between these photosensitive areas is variable in a specific direction.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a step-and-scan exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This exposure apparatus is used for selectively exposing a photosensitive surface of an exposure substrate when electrodes and wiring are formed by photolithography in the manufacture of a liquid crystal display panel, for example.
[0022]
FIG. 1 shows the appearance of the exposure apparatus, and FIG. 2 shows the circuit configuration of the exposure apparatus shown in FIG. The exposure apparatus includes a substrate stage 11 on which an exposure substrate P is placed, a mask stage 12 on which a photomask M is placed in a direction corresponding to the orientation of the exposure substrate P, and an exposure substrate placed on the substrate stage 11. An irradiation unit 13 that projects an exposure pattern corresponding to the photomask M onto the photosensitive surface S of P, the inclination of the exposure substrate P placed on the substrate stage 11 and the reference exposure surface within the allowable exposure depth of the irradiation unit 13, and An adjustment mechanism 14 that adjusts the height relationship and a control unit 15 that controls the overall operation of the adjustment mechanism 14 are provided.
[0023]
For example, as shown in FIG. 3, the exposure substrate P is formed as a photosensitive surface S that covers a glass substrate 1, a metal film 2 made of a material such as chromium or aluminum deposited on the glass substrate 1, and the metal film 2. The photosensitive resist film 3 is formed. The glass substrate 1 is manufactured by a typical manufacturing method such as a fusion method or a float method for drawing molten glass from a glass outlet, and has a size capable of providing a plurality of liquid crystal display panels. After the exposure using the exposure apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the photosensitive resist film 3 is developed as a resist pattern by removing the exposed portion, and the metal film 2 is processed by etching or the like using this resist pattern as a mask. And left as an electrode or wiring.
[0024]
FIG. 4 shows an example of the thickness distribution of the glass substrate 1. This example is a result of measuring the thickness of the glass substrate 1 manufactured by drawing glass in a direction perpendicular to a 0.7 mm wide slit serving as a glass outlet in the slit direction. The thickness of the glass substrate 1 periodically becomes a maximum value or a minimum value at intervals of about 100 to 200 mm, and a peak-to-peak value corresponding to the difference between the maximum value and the minimum value is about 10 μm. Thus, the thickness distribution of the glass substrate 1 becomes non-uniform in the slit direction. Further, it has been confirmed that the thickness distribution of the glass substrate 1 is substantially uniform in the glass drawing direction orthogonal to the slit direction. When the exposure substrate P using such a glass substrate 1 is placed on the substrate stage 11, the thickness distribution of the glass substrate 1 is reflected almost directly on the photosensitive surface S of the exposure substrate P as shown in FIG. As a result, unevenness that continues in a specific direction corresponding to the above-described slit direction, for example, undulation is generated. In FIG. 5, the specific direction is set to the X-axis direction.
[0025]
At least in the fusion method and the float method, although there is a slight difference in the gap between the maximum and minimum values of thickness, almost the same result that the thickness distribution becomes non-uniform in the direction almost perpendicular to the drawing direction during manufacturing It was confirmed.
[0026]
In the exposure apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the substrate stage 11 is fixed to the horizontal support plate 11A via the adjusting unit 14, and the exposure substrate P is placed on the two-dimensional plane together with the support plate 11A. It can move in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other. The exposure substrate P is placed on the substrate stage 11 with the above-described specific direction coincided with the X-axis direction. The mask stage 12 is fixed to a horizontal support plate 12A disposed above the substrate stage 11 via a support member 12B, and a photomask M is placed in an orientation corresponding to the orientation of the exposure substrate P to support the support plate 12A. And move in the X-axis direction and the Y-axis direction in a two-dimensional plane. The mask stage 12 has an opening so as to support the end portion of the photomask M, and the support plate 12A has an opening OP disposed so as to face the photomask M placed on the mask stage 12. The photomask M is commonly used to selectively expose each of the plurality of panel photosensitive surfaces arranged in a matrix, occupying the photosensitive surface S of the exposure substrate P with an equal area.
[0027]
The irradiation unit 13 includes a light source 16, an illumination optical system 17, and a projection optical system 18. The light source 16 outputs light having a wavelength with which the photosensitive resist film 3 is sensitive. For example, light source light is generated from a high-pressure mercury lamp or a KrF excimer laser light source, and the illumination optical system 17 irradiates the photomask M placed on the mask stage 12 with the light source light from the light source 16. The projection optical system 18 projects an exposure pattern that is transmitted light of the photomask M onto the substrate stage 11 side. At least one of the substrate stage 11 and the mask stage 12 is driven by the stage drive unit 19 for two-dimensional alignment between the exposure substrate P and the photomask M, and moves in the X-axis direction and the Y-axis direction. .
[0028]
The adjusting mechanism 14 adjusts the height (level) and tilt (tilt) of the exposure substrate P placed on the substrate stage 11 to the reference exposure surface within the allowable exposure depth of the projection optical system 18, that is, the focal plane within the focal depth. Focusing control to be adjusted is performed. When the photosensitive surface S of the exposure substrate P is set within the depth of focus of the projection optical system 18 by the adjusting mechanism 14, an exposure pattern is formed on the photosensitive surface S as an image. The adjusting mechanism 14 includes, for example, four actuators 14A that move up and down the four corners of the substrate stage 11 in the Z-axis direction perpendicular to the focal plane. Each actuator 14 </ b> A is composed of a piezoelectric element that expands and contracts vertically, and also serves as a support member for the substrate stage 11.
[0029]
The irradiation unit 13 and the adjustment mechanism 14 are controlled by the control unit 15. The control unit 15 detects the position level of the photosensitive surface S of the exposure substrate P placed on the substrate stage 11, and is placed on the substrate stage 11 from the output signal of the position detection unit 21. The undulation distribution of the photosensitive surface S of the exposure substrate P is detected, and the above-mentioned specific direction (=) as shown in FIG. The photosensitive surface S of the exposure substrate P is divided so as to be aligned in the (X-axis direction), and the photosensitive area SB is set within the depth of focus by the adjusting mechanism 14 for each photosensitive area SB, and the exposure unit 13 exposes the photosensitive area SB. And a computer 22 for projecting corresponding portions of the pattern. The position detector 21 detects the position level of the photosensitive surface S of the exposure substrate P at a plurality of points after aligning the exposure substrate P and the photomask M.
[0030]
The position detection unit 21 includes, for example, a semiconductor laser 21A disposed so as to irradiate laser light obliquely onto the photosensitive surface S of the exposure substrate P, and reflected light that is regularly reflected by the photosensitive surface S and forms an image through a lens. And a position detection device (PSD: Position Sensitive Device) 21B. Incidentally, the laser light from the semiconductor laser 21A is irradiated to a certain range of the photosensitive surface S with reference to a range where the projection optical system 18 can form an image. Furthermore, since this laser beam is sufficiently small compared to the light energy of the exposure pattern and the wavelength region is selected to be different from the exposure wavelength, the resist film 3 on the photosensitive surface S is substantially exposed by this laser beam. There is nothing. The position detection element 21B has a pair of signal output electrodes that output signals corresponding to the light intensities at two different points. The computer 22 converts the output current from these output electrodes into current value data by A / D conversion, obtains the imaging position (focal position) of the reflected light from the ratio of the current values of these data, and the electrical of the position detection element 21B. The displacement direction and the displacement amount are obtained as the undulation distribution of the photosensitive surface S of the exposure substrate P according to the direction and distance from the target center position. As focus control for each photosensitive area SB, the computer 22 determines the leveling amount and tilt amount of the exposure substrate P based on the undulation distribution of the photosensitive area SB, and determines the expansion direction and expansion amount of the four actuators 14A. The voltage having the polarity and the magnitude corresponding to the expansion / contraction direction and the expansion / contraction amount is simultaneously output to the piezoelectric elements of the actuator 14A.
[0031]
The illumination optical system 15 includes a variable stop that shapes the light source light into, for example, a rectangle. This variable aperture sets an exposure window W corresponding to the light beam size of the shaped light source light with respect to the photomask M, and the exposure window W has an exposure field F as shown in FIG. Set for area SB.
[0032]
In the exposure of each photosensitive area SB, the computer 22 adjusts the variable aperture of the illumination optical system 15 so as to set the exposure field F corresponding to the area width of the photosensitive area SB in the X-axis direction coinciding with the specific direction described above. The stage drive unit 19 is controlled so as to continuously move the exposure field F in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction (specific direction). By this control, the stage drive unit 19 moves both the substrate stage 11 and the mask stage 14 in synchronization. Here, the projection optical system 15 has a structure for forming an inverted image of the exposure pattern. Therefore, the substrate stage 11 and the mask stage 14 move in opposite directions in the Y-axis direction as indicated by arrows A and B in FIG. As a result, the exposure field F shifts with the movement of the substrate stage 11 and the mask stage 14 and scans the entire photosensitive area SB in the Y-axis direction. If the projection optical system 15 has a structure that forms an erect image of the exposure pattern, both the substrate stage 11 and the mask stage 14 need to move in the same reverse direction in the Y-axis direction.
[0033]
In the configuration of the position detection unit 21 described above, the exposure substrate P needs to move relative to the position detection unit 21. Therefore, the computer 22 moves the substrate stage 11 in the Y-axis direction by the stage driving unit 19 after aligning the exposure substrate P and the photomask M, and obtains a position obtained for a certain range of the photosensitive surface S of the exposure substrate P. The undulation distribution of the exposure substrate P is detected from the output signal of the detection unit 21, the area width of one photosensitive area SB is determined, and the undulation distribution is detected for a certain range adjacent to the photosensitive area during the exposure of the photosensitive area SB. Thus, the area width of the next photosensitive area SB is determined. The substrate stage 11 may be moved in each of the X-axis direction and the Y-axis direction in order to detect the undulation distribution in advance for the entire photosensitive surface S of the exposure substrate P.
[0034]
Next, the classification format of the photosensitive surface S of the exposure substrate P will be further described. When the photosensitive surface S of the exposure substrate P is divided so that the plurality of photosensitive areas SB are arranged in a specific direction, the area width of each photosensitive area SB is within the range of the focal depth of the projection optical system 18 as shown in FIG. It needs to be determined so as to be within d. In FIG. 7, the result of measuring the undulation distribution on the photosensitive surface S of the exposure substrate P is shown as a curved surface. If the height difference d of the photosensitive area SB exceeds the focal depth range, even if the height of the exposure substrate P is adjusted, the entire area of the photosensitive area SB cannot be focused. This results in exposure with an exposure pattern blurred by defocus. As long as the above conditions can be satisfied, the area widths of the respective photosensitive areas SB may all be a common value. However, in this case, the area width becomes relatively narrow, and the number of photosensitive areas (number of exposure fields) is increased. This increase means an increase in the number of scans for scanning the photosensitive surface S of the exposure substrate P by the exposure field F, which is not preferable for shortening the exposure processing time. On the other hand, it is possible to prevent the number of photosensitive areas from being unnecessarily increased by setting an area width that makes the height difference d equal to the range of the focal depth of the projection optical system 18 for each photosensitive area SB. The width of the exposure field F is changed corresponding to the area width of each photosensitive area SB at least in the X-axis direction.
[0035]
Based on such considerations, the computer 22 is configured to set the maximum area width by setting each photosensitive area SB in a direction substantially parallel to the reference exposure surface of the projection optical system 18, that is, the focal plane, by the adjustment mechanism 14. Yes. The adjustment mechanism 14 is controlled by the computer 22 and performs rough adjustment of the inclination and height of the entire exposure substrate P in order to detect the undulation distribution of the photosensitive surface S of the exposure substrate P. Prior to exposure of the area SB, adjustment for correcting the inclination and height of the photosensitive area SB is performed.
Here, consider a case where the photosensitive surface S of the exposure substrate P includes a region having a height difference d larger than the range of the focal depth of the projection optical system 18 as shown in FIG. Even if this height difference d exceeds the range of the focal depth of the projection optical system 18, if the adjustment mechanism 14 adjusts the inclination and height of the exposure substrate P with reference to the focal depth of the projection optical system 18, The height difference d of the region can be within the range of the focal depth of the projection optical system 18 as shown in FIG. In the adjustment of the inclination and height of the exposure substrate P, the exposure substrate P is moved in the direction indicated by the arrow in FIG. 8, for example. At this time, the irradiation range of the exposure substrate P by the projection optical system 18 is within the depth of focus of the projection optical system 18. In other words, the irradiation range by the projection optical system 18 is within the allowable exposure depth of the projection optical system 18.
[0036]
Therefore, the area width can be maximized by setting each photosensitive area SB in such a region unit. 8 and 9, the result of measuring the undulation distribution of the photosensitive surface S of the exposure substrate P in one exposure field is shown by a curve. In FIG. 8, the height difference d indicates a state that is larger than the range of the focal depth of the projection optical system 18.
[0037]
When the area width of the photosensitive area SB is specifically determined based on the detection result of the undulation distribution on the photosensitive surface S, the computer 22 first sets the position and width of the exposure field F to the minimum initial value, and this exposure field F The range of the photosensitive surface S that is exposed at one time by scanning that shifts in the Y-axis direction is set in the photosensitive area SB, and the adjustment mechanism 14 makes the inclination and height as shown in FIG. 9 with respect to the photosensitive area SB. The height difference d when the height adjustment is performed is calculated, and the calculated height difference d is compared with the depth of focus of the projection optical system 18 which is the specification of the exposure apparatus. If the height difference d is smaller than this depth of focus, the above-described calculation is repeated with the width of the exposure field F increased by a fixed increment. In this way, when the height difference d reaches a maximum value that does not exceed the depth of focus of the projection optical system 18, this is determined as the width of the exposure field F. In practice, depending on the configuration of the projection optical system 18, the width of the exposure field F may need to be smaller than the maximum value obtained by calculation. In any case, the leveling amount and the tilt amount of the exposure substrate P are obtained based on the width of the exposure field F thus determined.
[0038]
Here, the adjusting mechanism 14 aligns the photosensitive area SB with the projection optical system 18 so that the leveling reference point which is the midpoint L3 between the highest level L1 and the lowest level L2 of each photosensitive area SB is aligned with the focal plane of the projection optical system 18. The direction is set substantially parallel to the focal plane. As a result, as shown in FIG. 6, the exposure field F is set in a direction almost facing each photosensitive area SB on the photosensitive surface S of the exposure substrate P, and with respect to the photosensitive area SB located at the inflection portion of the photosensitive surface S. Although the width becomes narrow, the width becomes wider with respect to the photosensitive area SB located in the relatively gentle portion around the inflection portion.
[0039]
Next, an exposure method for exposing the entire surface of the exposure substrate P using the above-described exposure apparatus will be described. When the exposure substrate P is placed on the substrate stage 11 by robot handling, the substrate stage 11 is moved two-dimensionally, thereby aligning the exposure substrate P with the photomask M on the mask stage 12. This position is stored in the memory area of the computer 22. Subsequently, the adjustment mechanism 14 roughly adjusts the inclination and height of the entire exposure substrate P in order to detect the undulation distribution of the photosensitive surface S of the exposure substrate P. Thereafter, the substrate stage 11 is moved in the Y-axis direction, and the position detection unit 14 detects the position level of the photosensitive surface S of the exposure substrate P in a certain range during this period, detects the undulation distribution of the photosensitive surface S, Store in the memory area of the computer 22. The computer 22 determines the area width of the first photosensitive area SB based on the detected undulation distribution and stores it in the storage area of the computer 22. The variable aperture of the illumination optical system 17 is adjusted so that the width of the exposure field F is set to this area width. The computer 22 further adjusts the inclination and height of the photosensitive area SB with respect to the focal plane of the projection optical system 18 by the adjusting mechanism 14, and thereafter, the substrate stage 11 and the mask stage 14 are respectively shown in FIG. As indicated by arrows A and B, they are moved relative to each other in the Y-axis direction, for example, moved in opposite directions (steps). As a result, the exposure field F shifts with the movement of the substrate stage 11 and the mask stage 14 and scans the entire photosensitive area SB in the Y-axis direction. The entire photosensitive area SB is selectively exposed by an exposure pattern irradiated through the photomask M during this scanning.
[0040]
On the other hand, the position detection unit 14 detects the position level of the photosensitive surface S of the exposure substrate P in a certain range adjacent to the photosensitive area SB during the exposure, and the computer 22 detects the next photosensitive area SB based on the detection result. And the width of the exposure field F is set equal to the area width of the photosensitive area SB by adjusting the variable aperture of the illumination optical system 13. The computer 22 further adjusts the inclination and height of the photosensitive area SB with respect to the focal plane of the projection optical system 18 by the adjusting mechanism 14, and then causes the stage drive unit 19 to step the exposure field F to the next photosensitive area SB. As described above, the substrate stage 11 and the mask stage 12 are moved (stepped) in the X-axis direction by a predetermined distance. Thereafter, the substrate stage 11 and the mask stage 14 again move (scan) in the directions opposite to each other in the Y-axis direction as indicated by arrows A and B in FIG. Thereafter, scanning and steps of each photosensitive area SB by the exposure field F are repeated with the above-described control, and are continued until the exposure of the entire photosensitive surface S is completed. The adjustment mechanism 14 adjusts the inclination and height of the next photosensitive area SB using the period in which the exposure field F is stepped as the exposure of each photosensitive area SB is completed, and this adjustment is performed during the exposure of each photosensitive area SB. Never do.
[0041]
Incidentally, it is preferable that the exposure field F is set as wide as possible in order to increase the irradiation range of the exposure pattern, that is, the exposure range to increase the productivity. In practice, however, the shape and size of the exposure field F are limited by the manufacturing limit of the lens in the projection optical system 18. Currently, the diameter of a lens that can be manufactured is up to about 350 mm, and the width of the exposure field F is about 100 to 150 mm under the above-mentioned conditions, depending on the exposure wavelength and resolution. However, it is considered that the width of the exposure field F can be further increased because the lens diameter is gradually increased with the development of manufacturing technology.
[0042]
Further, when the exposure field F is rectangular as in the present embodiment, the short side in the Y-axis direction is preferably about 1/5 to 1/3 of the long side in the X-axis direction. Although it is possible to shape it into a thin slit shape, it is necessary to narrow down in order to effectively use the light source light from the light source 16, and the optical system for this purpose becomes complicated. The exposure field F may be a rectangular shape, a long hexagonal shape, or a long elliptical shape. The length of the exposure field F varies depending on each scan position, and is determined by the allowable exposure range of the projection optical system 18. When the undulation distribution is obtained, the length of the exposure field F at each scan position is automatically obtained. In the exposure substrate P as shown in FIG. 5, for example, the exposure field F can be set to different lengths for the top 32, the valley 33, and the mountainside 34 between the top 32 and the valley 33. As shown in FIG. 8, the mountainside 34 can be exposed by one exposure field F by changing the height and inclination of the exposure substrate P.
[0043]
In recent years, the depth of focus of the irradiating unit 13, specifically, the depth of focus of the projection optical system 18 has become shallower with the progress of higher resolution, and is approaching a substantial technical limit. The resolution (line width) R and the depth of focus DOF are expressed by the following equations (1) and (2).
[0044]
R = k₁× λ / NA (1)
DOF = ± k₂× λ / NA² (2)
Where k₁And k₂Is a constant depending on process conditions such as a photosensitive resist film material, λ is an exposure wavelength, and NA is a lens numerical aperture. From these formulas (1) and (2), it can be seen that the DOF is in the relationship as shown in the following formula (3) with the resolution (line width) R in exposure.
[0045]
DOF = ± k₂/ K₁ ²× R²/ Λ (3)
The photosensitive surface S of the exposure substrate P needs to be within the range of the focal depth DOF determined by the expression (3) in the entire range of the exposure field F. If the photosensitive surface S is out of the range of the depth of focus DOF, complete image formation cannot be obtained, so that an appropriate resist pattern cannot be formed. Currently, an exposure apparatus used for mass production of liquid crystal display panels has a maximum resolution R of about 1.5 μm. For example, resolution R = 1.5 μm, exposure wavelength λ = 0.365 μm (i-line from mercury lamp), k₁= 0.6, k₂= 0.5, the depth of focus DOF becomes DOF = ± 8.6 μm according to the equation (3), and when converted to the entire range, it becomes 17.2 μm. Since the exposure process is affected by lens aberration and the like, the permissible depth of focus on the exposure apparatus side in consideration of this effect is generally half of the converted value, that is, 8.6 μm. In this case, the exposure substrate P is required to have a flatness of 8.6 μm or less.
[0046]
In the future, as the resolution of liquid crystal display panels increases and a higher resolution R is required, the depth of focus DOF range becomes narrower. For example, resolution R = 1.5 μm, exposure wavelength λ = 0.365 μm (i-line from mercury lamp), k₁= 0.6, k₂= 0.5 is the same, the depth of focus DOF becomes DOF = ± 3.8 μm according to the equation (3), which is 7.6 μm when converted to the entire range. The exposure substrate P is required to have an allowable depth of focus (DOF / 2), that is, a flatness of 3.8 μm or less.
[0047]
Also, resolution R = 0.5 μm, exposure wavelength λ = 0.248 μm (KrF excimer laser), k₁= 0.5, k₂= 0.5 (k₁And k₂: Depth of focus DOF = ± 2.0 μm according to Equation (3), which is 4.0 μm when converted to the entire range. The exposure substrate P is required to have an allowable depth of focus (DOF / 2), that is, a flatness of 2.0 μm or less.
[0048]
In summary, the substrate flatness is 8.6 μm or less when the resolution R = 1.5 μm, 3.8 μm or less when the resolution R = 1.0 μm, and when the resolution R = 0.5 μm. It is expected to be 2.0 μm or less.
[0049]
On the other hand, in the exposure substrate P, the thickness of the glass substrate 1 periodically becomes a maximum value or a minimum value at intervals of about 100 to 200 mm as described above, and corresponds to a difference between the maximum value and the minimum value. The peak-to-peak value is about 10 μm. Therefore, if the exposure range of the photosensitive surface S that is exposed at the same time is increased in order to improve the throughput, the difference in height of the exposure range exceeds the allowable depth of focus, and an appropriate resolution cannot be obtained. Become. If the exposure range is 70 mm × 20 mm, a height difference of about 7 to 8 μm is generated, so that exposure can be performed only at a resolution R = 1.5 μm. Exposure is impossible at resolution R = 1.0 μm and resolution R = 0.5 μm. Although the flatness of the glass substrate has been gradually improved recently, it cannot be expected to improve significantly in a short time.
[0050]
According to the present embodiment, it is possible to cope with such a situation. In other words, the photosensitive surface S of the exposure substrate P is divided so that the plurality of photosensitive areas SB are arranged in a specific direction with an area width within which the height difference is within the range of the focal depth of the irradiation unit 13. In this case, even if unevenness continuous in a specific direction exists on the photosensitive surface S of the exposure substrate P, flatness suitable for the focal depth of the irradiation unit 13 can be obtained in each photosensitive area SB. An exposure pattern can be imaged with high reliability in the area SB. Further, since the photosensitive surface S of the exposure substrate P is divided as described above, the inclination and height can be adjusted in units of the photosensitive area SB. In other words, prior to exposure of each photosensitive area SB, if this photosensitive area SB is set within the focal depth of the irradiation unit 13 by the adjusting mechanism 14, for example, the inclination and height of the exposure substrate P can be determined in real time during exposure. No need for real-time focusing control to adjust. This not only eliminates technical difficulties, but also makes it possible to shorten the period for commercializing the exposure apparatus and reduce manufacturing costs. In addition, since the exposure substrate P is configured by using the glass substrate 1 having a large concave and convex period continuous in a specific direction, the width of the exposure field for performing batch exposure by scanning the photosensitive surface S in a direction orthogonal to the specific direction. The throughput of the exposure process can be improved by widening.
[0051]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can deform | transform variously in the range which does not deviate from the summary.
[0052]
For example, the plurality of actuators 14A perform, for example, a mask stage 12 for performing focusing control for adjusting the height and inclination of the photomask with respect to a reference exposure surface within the allowable exposure depth of the projection optical system 18, that is, a focal plane within the focal depth. May be changed so as to move up and down in the Z-axis direction perpendicular to the focal plane. The actuator 14A is not limited to a piezoelectric element, and may be replaced with an actuator that expands and contracts using magnetism, such as a solenoid, or an actuator that expands and contracts using static electricity.
[0053]
The position detection unit 21 uses reflected light to detect the position level of the photosensitive surface S. However, other than this, the position detection unit 21 may be replaced with one using light interference or one using a stylus. . The semiconductor laser 21 may be replaced with a light emitting diode (LED) that generates light having a light intensity and wavelength that does not expose the resist film 3.
[0054]
Although the exposure apparatus of the above-described embodiment is an exposure method for projecting an exposure pattern onto the photosensitive surface S of the exposure substrate P, the present invention can be applied to an exposure method using, for example, a hologram technique in addition to this exposure method.
[0055]
The exposure apparatus of the above-described embodiment is a step-and-scan method in which the exposure field F is continuously moved by projecting the exposure pattern while changing the positions of the exposure substrate and the photomask. Can also be applied to a step-and-repeat method in which the exposure pattern is projected and the exposure field F is sequentially moved while the positions of the exposure substrate P and the photomask M are fixed.
[0056]
In addition, the exposure substrate P is configured by using a glass substrate that is difficult to ensure flatness. However, if the substrate has a feature that thickness variation is large in a specific direction, for example, a glass substrate is used as a plastic substrate. It may be replaced.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exposure apparatus and an exposure method that do not require real-time adjustment of the tilt and height of the exposure substrate during exposure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing an appearance of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a circuit configuration of the exposure apparatus shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing the structure of an exposure substrate placed on the substrate stage shown in FIG. 1. FIG.
4 is a graph showing the thickness distribution of the glass substrate shown in FIG. 3 in a direction perpendicular to the glass drawing direction.
5 is a graph showing the undulation distribution on the photosensitive surface of the exposure substrate shown in FIG. 3;
6 is a view for explaining an exposure format of the exposure apparatus shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
7 is a view showing the width of an exposure field set in the X-axis direction when the direction of the photosensitive surface of the exposure substrate placed on the substrate stage shown in FIG. 1 is not changed. FIG.
8 is a view showing, in the X-axis direction, a region of the photosensitive surface of the exposure substrate that is at a height difference exceeding the depth of focus range of the projection optical system shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
9 is a diagram showing a difference in height when the inclination and height of the exposure substrate are adjusted with respect to the focal plane of the projection optical system in one region of the photosensitive surface shown in FIG. 8;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate, 2 ... Metal film, 3 ... Photosensitive resist film, 11 ... Substrate stage, 11A ... Support plate, 12 ... Mask stage, 12A ... Support plate, 12B ... Support member, 13 ... Irradiation part, 14 ... Adjustment Mechanism: 14A ... Actuator, 15 ... Control part, 16 ... Light source, 17 ... Illumination optical system, 18 ... Projection optical system, 19 ... Stage drive part, 21 ... Position detection part, 21A ... Semiconductor laser, 21B ... Position detection element, 22 ... Computer, P ... Exposure substrate, S ... Photosensitive surface, M ... Photomask, W ... Exposure window, SB ... Photosensitive area, F ... Exposure field

Claims

An exposure apparatus that irradiates an exposure substrate having projections and depressions in a specific direction by irradiating an exposure pattern with a projection optical system , wherein the exposure substrate detects the undulation of the substrate surface of the exposure substrate in the specific direction in advance. By adjusting the inclination and height of the projection area, an area width in which the difference in height of the position level does not exceed the range of the allowable exposure depth of the projection optical system is determined, and this area width is set as the illumination range by the projection optical system and setting means comprising an exposure means for exposing the exposure substrate in the set the irradiation range by the irradiation range setting means, said irradiation range setting means in the specific direction in accordance with the completion of exposure by said exposure means exposure instrumentation characterized that you adjust the tilt and height of the exposed substrate again to set the next irradiation range adjacent to the irradiation range .

The irradiation range setting means sets an exposure field corresponding to the area width as a part of the irradiation range, and sets the exposure field continuously or in a direction orthogonal to the specific direction as scanning for exposing the exposure substrate. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure apparatus is sequentially moved .

The exposure apparatus according to claim 2, wherein the exposure field is assigned to any one of a mountainside portion, a mountaintop portion, and a valley portion of the unevenness.

The exposure apparatus according to claim 2 , wherein the irradiation range setting unit maintains the inclination and height of the exposure substrate during a scanning period in which the exposure substrate is exposed .

A substrate stage for placing an exposure substrate having irregularities on the photosensitive surface in a specific direction, an irradiation unit for irradiating an exposure pattern for selectively exposing the photosensitive surface of the exposure substrate, and placed on the substrate stage An adjustment mechanism for adjusting the inclination and height of the exposure substrate with respect to a reference exposure surface within an allowable exposure depth of the irradiation unit, and detecting the undulation of the photosensitive surface of the exposure substrate in the specific direction in advance By adjusting the inclination and height of the exposure substrate with an adjustment mechanism , an area width in which the height difference in position level does not exceed the range of the allowable exposure depth is determined, a photosensitive area of this area width is set, and the irradiation unit by irradiating the corresponding portion of the exposure pattern exposing the photosensitive area from and sets the next photosensitive area adjacent to the photosensitive area in the specific direction in accordance with the completion of the exposure Exposure apparatus, characterized in that it comprises a said control to adjust the inclination and height of the exposing substrate again portion.

The control unit sets an exposure field corresponding to the area width as a part of the irradiation range, and moves the exposure field continuously or sequentially in a direction orthogonal to the specific direction as scanning for exposing the photosensitive area. 6. An exposure apparatus according to claim 5, wherein:

The controller exposure apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that setting the maximum area width in the substantially parallel orientation of the photosensitive area to the reference exposure surface by the adjusting mechanism.

6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the irradiation unit includes a projection optical system that has a focal depth equivalent to the allowable exposure depth and forms an exposure pattern on a focal plane equivalent to the reference exposure surface. .

6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the exposure substrate includes a glass substrate in which the specific direction substantially coincides with a direction orthogonal to a drawing direction at the time of manufacture.

An exposure method for irradiating an exposure substrate having projections and depressions in a specific direction by irradiating an exposure pattern with a projection optical system , wherein the exposure substrate is detected by detecting in advance a substrate surface of the exposure substrate in the specific direction. A setting step of determining an area width in which the difference in height of the position level does not exceed the allowable exposure depth range of the projection optical system by adjusting the inclination and the height of the projection optical system, and setting the area width as an irradiation range by the projection optical system And an exposure step of exposing the exposure substrate in the irradiation range, and an inclination of the exposure substrate to set a next irradiation range adjacent to the irradiation range in the specific direction upon completion of the exposure step And an adjusting step for adjusting the height again .

The exposure method according to claim 10, wherein an exposure field assigned to any one of the hillside, peak, and valley of the unevenness is set as a part of the irradiation range.

The exposure field is moved in a direction orthogonal to the specific direction as scanning for exposing the exposure substrate , and the inclination and height of the exposure substrate are maintained during a scanning period in which the exposure substrate is exposed. The exposure method according to claim 11.

When the exposure optical pattern is irradiated by the projection optical system in a step-and-scan manner to expose the entire surface of the exposure substrate , the exposure substrate is tilted and moved in a step period in which the exposure field is moved in the specific direction. the exposure method according to claim 12, characterized that you adjust the height.

A substrate stage for placing an exposure substrate having irregularities on the photosensitive surface in a specific direction; and an irradiation unit for irradiating an exposure pattern for selectively exposing the photosensitive surface of the exposure substrate placed on the substrate stage; The exposure substrate is adjusted using an exposure apparatus comprising an adjustment mechanism that adjusts the inclination and height of the exposure substrate placed on the substrate stage with respect to a reference exposure surface within an allowable exposure depth of the irradiation unit. An exposure method for exposing, wherein a level difference in position level is obtained by detecting in advance a undulation distribution of the photosensitive surface of the exposure substrate in the specific direction and adjusting the inclination and height of the exposure substrate with the adjustment mechanism. a setting step but to set the photosensitive area of the allowable without exceeding the scope of the exposure depth area width, dew exposing the photosensitive area by irradiating the corresponding portion of the exposure pattern from the irradiation unit Process and, exposure, wherein Rukoto and an adjustment step of adjusting the height and tilt of the exposure substrate again to set the next photosensitive areas adjacent in the specific direction in accordance with the completion of the exposure Method.

Characterized by moving the corresponding exposure field area width set as a part of the irradiation range, the said exposure field in the direction perpendicular to the specific direction continuously or sequentially as scanning of exposing the photosensitive area The exposure method according to claim 14.

The exposure method according to claim 14 or 15, characterized in that setting the maximum area width in the substantially parallel orientation of the photosensitive area to the reference exposure surface by the adjusting mechanism.

15. The exposure method according to claim 14, wherein the irradiating unit includes a projection optical system that has a focal depth equivalent to the allowable exposure depth and forms an exposure pattern on a focal plane equivalent to the reference exposure surface. .

15. The exposure method according to claim 14, wherein the exposure substrate includes a glass substrate in which the specific direction substantially coincides with a direction orthogonal to a drawing direction at the time of manufacture.