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JP5344766B2 - フォトマスク及びそれを使用するレーザアニール装置並びに露光装置 - Google Patents
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JP5344766B2 - フォトマスク及びそれを使用するレーザアニール装置並びに露光装置 - Google Patents

フォトマスク及びそれを使用するレーザアニール装置並びに露光装置 Download PDF

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Description

本発明は、一定方向に搬送されている基板に追従させて基板上の複数位置に光を選択的に照射させるフォトマスクに関し、詳しくは、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に光を照射する場合にも、移動中の基板に対する追従性を良好にしようとするフォトマスク及びそれを使用したレーザアニール装置並びに露光装置に係るものである。
従来のこの種のフォトマスクは、基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成され、光を通過させる複数のマスクパターンと、基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、複数のマスクパターンに対して基板搬送方向と反対方向に一定距離はなれた位置に形成された一つのアライメントマークと、を備えたものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２１６５９３号公報
しかし、このような従来のフォトマスクにおいては、アライメントマークの基板搬送方向に平行な一対の細線間隔が基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍の寸法に等しいため、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に光を照射する場合には、アライメントマークの上記一対の細線が基板上のパターンの基板搬送方向に平行な縁部と干渉して検出することが困難になり、アライメントマークの基準位置を正確に検出することができない場合があった。そのため、フォトマスクの基板に対する追従性能が低下して基板上の目標位置に光を精度よく照射させることができないおそれがあった。
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に光を照射する場合にも、移動中の基板に対する追従性を良好にしようとするフォトマスク及びそれを使用したレーザアニール装置並びに露光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第１の発明によるフォトマスクは、表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ一定方向に搬送されている基板上の複数位置に光を選択的に照射させるフォトマスクであって、前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成され、光を通過させる複数のマスクパターンと、前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、を備えたものである。
このような構成により、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に光を照射する場合に、基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置された複数のアライメントマークのうちから適切な一つのアライメントマークを選択し、アライメントマークの基板搬送方向に平行な一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉を低減する。
また、前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されている。これにより、各アライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、上記選択されたアライメントマークの一対の細線を基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置して、該一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉をより低減する。
さらに、前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成した。これにより、各マスクパターンに対応して基板側に形成した複数のマイクロレンズで光を基板上に集光する。
そして、前記複数のマスクパターンは、基板搬送方向及びその交差方向に一定の配列ピッチでマトリクス状に形成されたものである。これにより、基板搬送方向及びその交差方向に一定の配列ピッチでマトリクス状に形成された複数のマスクパターンを通して光を基板上の複数位置に照射する。
また、第２の発明によるレーザアニール装置は、表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ一定方向に搬送されている基板と、該基板に対向配置されたフォトマスクとの位置合わせをして前記基板上の複数位置にレーザ光を選択的に照射し、前記基板に形成された薄膜をアニール処理するレーザアニール装置であって、前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成されレーザ光を通過させる複数のマスクパターンと、前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、を設けたフォトマスクを保持すると共に、前記フォトマスクを基板搬送方向に移動させて前記複数のアライメントマークのうちから一つのアライメントマークを選択可能にしたマスクステージと、前記フォトマスクの複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの前記基板搬送方向と交差方向の中心線に細線状の受光部の長手中心軸を合致させて配置されたラインカメラと、前記選択されたアライメントマークの基準位置と前記基板に予め設定された基準位置との位置関係が予め定められた関係となるように前記基板と前記フォトマスクとを前記基板搬送方向と交差方向に相対的に移動するアライメント手段と、を備えたものである。
このような構成により、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置にレーザ光を照射してアニール処理する場合に、マスクステージを基板搬送方向に移動して基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置された複数のアライメントマークのうちから適切な一つのアライメントマークを選択し、ラインカメラでアライメントマークの基板搬送方向に平行な一対の細線と基板上の基準位置とを撮像し、該撮像画像に基づいて上記アライメントマークの基準位置と基板の基準位置との位置関係が予め定められた関係となるようにアライメント手段により基板とフォトマスクとを基板搬送方向と交差方向に相対的に移動する。
さらに、前記フォトマスクに設けられた前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されている。これにより、各アライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、上記選択されたアライメントマークの一対の細線を基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置して、該一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉をより低減する。
そして、前記フォトマスクは、前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成したものである。これにより、各マスクパターンに対応して基板側に形成した複数のマイクロレンズでレーザ光を基板上に集光する。
また、第３の発明による露光装置によれば、表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ、一定方向に搬送されている基板と、該基板に対向配置されたフォトマスクとの位置合わせをして前記基板上の複数位置に紫外線を選択的に照射し、前記基板上に塗布された感光材を露光する露光装置であって、前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成され紫外線を通過させる複数のマスクパターンと、前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、を設けたフォトマスクを保持すると共に、前記フォトマスクを基板搬送方向に移動させて前記複数のアライメントマークのうちから一つのアライメントマークを選択可能にしたマスクステージと、前記フォトマスクの複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの前記基板搬送方向と交差方向の中心線に細線状の受光部の長手中心軸を合致させて配置されたラインカメラと、前記選択されたアライメントマークの基準位置と前記基板に予め設定された基準位置との位置関係が予め定められた関係となるように前記基板と前記フォトマスクとを前記基板搬送方向と交差方向に相対的に移動するアライメント手段と、を備えたものである。
このような構成により、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に紫外線を照射して露光する場合に、マスクステージを基板搬送方向に移動して基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置された複数のアライメントマークのうちから適切な一つのアライメントマークを選択し、ラインカメラでアライメントマークの基板搬送方向に平行な一対の細線と基板上の基準位置とを撮像し、該撮像画像に基づいて上記アライメントマークの基準位置と基板の基準位置との位置関係が予め定められた関係となるようにアライメント手段により基板とフォトマスクとを基板搬送方向と交差方向に相対的に移動する。
さらに、前記フォトマスクに設けられた前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されている。これにより、各アライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、上記選択されたアライメントマークの一対の細線を基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置して、該一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉をより低減する。
そして、前記フォトマスクは、前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成したものである。これにより、各マスクパターンに対応して基板側に形成した複数のマイクロレンズで紫外線を基板上に集光する。
請求項１に係る発明によれば、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に光を照射する場合にも、複数のアライメントマークから適切な一つのアライメントマークを選択することによって、該選択されたアライメントマークの一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉を低減することができる。したがって、選択されたアライメントマークの一対の細線の検出が容易になり、アライメントマークの基準位置の算出が容易になる。それ故、複数のアライメントマークのうちから選択された一つのアライメントマークを使用してフォトマスクを移動中の基板に良好に追従させることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの一対の細線が、基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部から最も離れた上記パターンの略中心位置に位置するため、一対の細線と上記パターンの両縁部との干渉を避けて上記一対の細線の検出をより容易にすることができる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、光をマイクロレンズにより基板上に集光することができ、光の利用効率を向上することができる。
そして、請求項４に係る発明によれば、光の照射領域を拡大することができ、例えばレーザアニール処理工程、又は露光工程のタクトを短縮することができる。
また、請求項５に係る発明によれば、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置にレーザ光を照射してアニール処理する場合にも、複数のアライメントマークから適切な一つのアライメントマークを選択することによって、該選択されたアライメントマークの一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉を低減することができる。したがって、選択されたアライメントマークの一対の細線の検出が容易になり、アライメントマークの基準位置の算出が容易になる。それ故、複数のアライメントマークのうちから選択された一つのアライメントマークを使用してフォトマスクを移動中の基板に良好に追従させることができる。
さらに、請求項６に係る発明によれば、フォトマスクに設けられた複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの一対の細線が、基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部から最も離れた上記パターンの略中心位置に位置するため、一対の細線と上記パターンの両縁部との干渉を避けて上記一対の細線の検出をより容易にすることができる。したがって、フォトマスクの基準位置の算出がより容易になり、フォトマスクと基板との位置合わせを確実に行なうことができ、レーザ光を基板上に設定された目標位置に精度よく照射させることができる。
そして、請求項７に係る発明によれば、レーザ光をマイクロレンズにより基板上に集光することができ、レーザ光源のパワーを低減することができる。したがって、レーザ光源の負担を軽減して光源の寿命を長くすることができる。
また、請求項８に係る発明によれば、同種の基板の基板搬送方向と交差方向にオフセットした位置に紫外線を照射して露光する場合にも、複数のアライメントマークから適切な一つのアライメントマークを選択することによって、該選択されたアライメントマークの一対の細線と基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部との干渉を低減することができる。したがって、選択されたアライメントマークの一対の細線の検出が容易になり、アライメントマークの基準位置の算出が容易になる。それ故、複数のアライメントマークのうちから選択された一つのアライメントマークを使用してフォトマスクを移動中の基板に良好に追従させることができる。
さらに、請求項９に係る発明によれば、フォトマスクに設けられた複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの一対の細線が、基板に設けられたパターンの基板搬送方向に平行な両縁部から最も離れた上記パターンの略中心位置に位置するため、一対の細線と上記パターンの両縁部との干渉を避けて上記一対の細線の検出をより容易にすることができる。したがって、フォトマスクの基準位置の算出がより容易になり、フォトマスクと基板との位置合わせを確実に行なうことができ、紫外線を基板上に設定された目標位置に精度よく照射させることができる。
さらに、請求項１０に係る発明によれば、紫外線をマイクロレンズにより基板上に集光することができ、露光用光源のパワーを低減することができる。したがって、露光用光源の負担を軽減して光源の寿命を長くすることができる。
本発明によるフォトマスクの実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図で、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 ＴＦＴ基板の概略構成を示す平面図である。 本発明のレーザアニール装置の概略構成を示す部分断面正面図である。 上記レーザアニール装置の制御手段の構成を示すブロック図である。 上記ＴＦＴ基板に設けられた引込みマークを使用してＴＦＴ基板とフォトマスクとの事前の位置合わせを説明する平面図である。 移動中のＴＦＴ基板に対するフォトマスクの追従を説明する平面図である。 ＴＦＴ基板のアニール目標位置とフォトマスクの第１のアライメントマークとの位置関係を示す説明図である。 ＴＦＴ基板の別のアニール目標位置とフォトマスクの第２のアライメントマークとの位置関係を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるフォトマスクの実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。このフォトマスク１は、表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ一定方向に搬送されている基板上の複数位置に光を選択的に照射させるもので、複数のマスクパターン２と、複数のマイクロレンズ３と、複数のアライメントマーク４と、を備えている。
なお、ここで使用する基板は、複数のパターン（以下「ピクセル５」という）を、図２に示すように矢印Ａで示す基板搬送方向に配列ピッチＰ１で配置し、基板搬送方向と交差方向に配列ピッチＰ２で配置したものであり、各ピクセル５の基板搬送方向に平行な縁部に沿って例えばデータ線６を形成し、各ピクセル５の基板搬送方向と交差する縁部に沿って例えばゲート線７を形成したＴＦＴ基板８である。また、基板搬送方向先頭側の表示領域外には、基板搬送方向先頭側のゲート線７に対して中心位置が距離Ｌ１だけ離れて、略十字状の引込みマーク９が設けられており、フォトマスク１とＴＦＴ基板８との事前の位置合わせをすることができるようになっている。ここで、引込みマーク９が無いときには、ＴＦＴ基板８側の位置合わせの基準となる、例えば予め定められた特定のデータ線６を検出することができず、別のデータ線６を誤って検出してピクセル５の基板搬送方向と交差方向に同方向の配列ピッチＰ２の数ピッチ分だけずれて位置合わせされてしまうおそれがある。そこで、ＴＦＴ基板８に上記引込みマーク９を設けてフォトマスク１とＴＦＴ基板８との事前の位置合わせを可能にし、上記特定のデータ線６の検出を容易にしている。
上記複数のマスクパターン２は、図１に示すように、ＴＦＴ基板８上に予め設定された複数位置（以下「光照射目標位置」という）に光を選択的に照射させるためのもので、透明基板１０の表面に設けられた遮光膜１１に形成された光を通過させる一定形状の開口であり、ＴＦＴ基板８上に設けられた複数のピクセル５の配列ピッチＰ１，Ｐ２に等しい配列ピッチで基板搬送方向及びその交差方向にマトリクス状に形成されている。本実施形態においては、上記複数のマスクパターン２は、基板搬送方向に交差した２列のマスクパターン列２Ａ，２Ｂで示されている。
上記透明基板１０の裏面（ＴＦＴ基板８側）には、図１（ｂ）に示すように、複数のマイクロレンズ３が設けられている。この複数のマイクロレンズ３は、ＴＦＴ基板８上に光を集光させるための凸レンズであり、各マスクパターン２の中心に光軸を合致させて配置されている。
上記複数のマスクパターン２に対して矢印Ａで示す基板搬送方向と反対側の位置に形成された第１〜第３の覗き窓１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ内には、夫々第１、第２及び第３のアライメントマーク４Ａ，４Ｂ，４Ｃが設けられている。この第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃは、フォトマスク１を蛇行しながら移動中のＴＦＴ基板８に追従させて移動させ、上記複数のマスクパターン２とＴＦＴ基板８上の光照射目標位置との位置合わせをするためのものであり、基板搬送方向に相互に距離Ｌ２だけ離れて配置されると共に、第１のアライメントマーク４Ａの基板搬送方向に交差する中心軸と基板搬送方向先頭側のマスクパターン列２Ａの長手中心軸とが距離Ｌ３を成すように形成されている。
さらに、第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃは、夫々、複数のピクセル５の基板搬送方向と交差方向の配列ピッチＰ２の整数倍に等しい間隔ｎＰ２（ｎは１以上の整数）を有して基板搬送方向に平行に形成された一対の細線４ａ，４ｂ間に基板搬送方向と斜めに交差する一本の細線４ｃを設けた構造をなし、第２及び第３のアライメントマーク４Ｂ，４Ｃのアライメントの基準位置（例えば一対の細線４ａ，４ｂ間の中点位置）が第１のアライメントマーク４Ａの基準位置を基準にして基板搬送方向と交差する方向に距離Ｄ１，Ｄ２だけずれた状態に形成されている。
この場合、基板搬送方向と斜めに交差する上記一本の細線４ｃは、本発明のフォトマスク１が後述のレーザアニール装置や露光装置において使用された際に、フォトマスク１の基準位置及びＴＦＴ基板８の基準位置を検出するために設けられたラインカメラ１７（図５参照）の細長状の受光部２４の長手中心軸に、フォトマスク１のアライメントマーク４の基板搬送方向と交差する中心線を正確に位置合わせするために使用される。具体的には、ラインカメラ１７により撮像された一次元画像に基づいてアライメントマーク４の上記一対の細線４ａ，４ｂ及び斜め細線４ｃの位置を検出し、細線４ａ，４ｃ間の距離及び細線４ｃ，４ｂ間の距離を演算し、両距離が等しくなるようにフォトマスク１を基板搬送方向に移動することによりラインカメラ１７に対してフォトマスク１の位置合わせがなされる。
また、上記斜め細線４ｃは、上述と同様にしてＴＦＴ基板８に設けられたゲート線７の検出にも使用することができる。例えば、ラインカメラ１７により上記ゲート線７を撮像し、アライメントマーク４の三本の細線４ａ〜４ｃにより分断されたゲート線７の部分の寸法を演算する。そして、ゲート線７の細線４ａ，４ｃ間の寸法と細線４ｃ，４ｂ間の寸法が等しくなったときを検出すれば、ゲート線７がアライメントマーク４の基板搬送方向と交差方向の中心線に合致した瞬間を検出することができる。したがって、ゲート線７がアライメントマーク４の上記中心線に合致した瞬間を基準にしてＴＦＴ基板８の移動距離又は移動時間を計測し、該移動距離又は移動時間が予め定められた一定値となったときにレーザ光又は紫外線を照射すれば、ＴＦＴ基板８上の光照射目標位置に正確にレーザ光又は紫外線を照射させることができる。
さらに、上記第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃの基準位置は、マスクパターン２と一定の位置関係を有するように形成されている。例えば、本実施形態においては、図１に示すように、第１のアライメントマーク４Ａは、その基板搬送方向に平行な中心線がマスクパターン列２Ａ，２Ｂのいずれか隣接する２つのマスクパターン２の中点位置に合致するように形成され、第２のアライメントマーク４Ｂは、その中心位置が第１のアライメントマーク４Ａの中心位置に対して基板搬送方向と交差する方向に距離Ｄ１＝Ｐ２／２だけずれた状態に形成されている。したがって、第２のアライメントマーク４Ｂの基板搬送方向に平行な中心線は、いずれかのマスクパターン２の中心に合致することになる。また、第３のアライメントマーク４Ｃは、その中心位置が第１のアライメントマーク４Ａの中心位置に対して基板搬送方向と交差する方向に距離Ｄ２＝ｍＰ２／４（ｍは奇数）だけずれた状態に形成されている。したがって、第３のアライメントマーク４Ｃの基板搬送方向に平行な中心線は、いずれかのマスクパターン２の中心から基板搬送方向と交差方向にＰ２／４だけずれた位置に合致することになる。
さらにまた、上記第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃのうち、選択されたアライメントマーク４の基準位置とＴＦＴ基板８に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、上記選択されたアライメントマーク４の一対の細線４ａ，４ｂは、夫々上記ピクセル５の基板搬送方向と平行な中心線に略合致するように配置されている。したがって、各アライメントマーク４Ａ〜４Ｃを使用してフォトマスク１とＴＦＴ基板８との位置合わせが成された状態において、各アライメントマーク４Ａ〜４Ｃの上記一対の細線４ａ，４ｂは、夫々、ピクセル５の基板搬送方向に平行な左右の縁部から十分に離れたピクセル５の略中心線上に位置することになるため、ピクセル５の縁部に沿って設けられたデータ線６と干渉せず、上記細線４ａ，４ｂの検出が容易になる。それ故、各アライメントマーク４Ａ〜４Ｃの基準位置の算出が容易になる。
なお、各アライメントマーク４Ａ〜４Ｃの基準位置は、一対の細線４ａ，４ｂ間の中点位置に限られず、上記一対の細線４ａ，４ｂ間を一定の割合で内分する位置に定めてもよく、または一対の細線４ａ，４ｂのいずれか一方を基準位置として定めてもよい。
また、上記実施形態においては、マスクパターン２に対応させてＴＦＴ基板８側にマイクロレンズ３を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、マイクロレンズ３はなくてもよい。本発明のフォトマスク１をレーザアニール用として使用する場合には、レーザエネルギーを集光できることからマイクロレンズ３を設けた方が効果的である。また、露光用として使用する場合には、マイクロレンズ３は必ずしも必要とされない。しかし、マイクロレンズ３を設けたときには、基板上にマスクパターン２を縮小投映することができ、露光パターンの分解能を向上することができる。
さらに、上記実施形態においては、２列のマスクパターン列２Ａ，２Ｂを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、マスクパターン列は、１列であっても３列以上設けてもよい。
次に、本発明によるフォトマスク１を使用したレーザアニール装置について説明する。図３は、本発明のレーザアニール装置の概略構成を示す一部断面正面図である。このレーザアニール装置は、表面に複数のピクセル５が一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ矢印Ａ方向に搬送されている例えばＴＦＴ基板８と、該ＴＦＴ基板８に対向配置されたフォトマスク１との位置合わせをしてＴＦＴ基板８上の複数位置にレーザ光２１を選択的に照射し、ＴＦＴ基板８に形成されたアモルファスシリコンの薄膜をアニールしてポリシリコン化するもので、搬送手段１３と、レーザ光源１４と、カップリング光学系１５と、マスクステージ１６と、ラインカメラ１７と、アライメント手段１８と、制御手段１９と、を備えて構成されている。
上記搬送手段１３は、上面にＴＦＴ基板８を載置して、例えば図３に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有したエアステージ２０を備え、気体の噴出と吸引とのバランスによりＴＦＴ基板８をエアステージ２０上に一定量だけ浮かせた状態で、図示省略の搬送ローラによりＴＦＴ基板８の両端縁部を把持して搬送するようになっており、図示省略の位置センサーや速度センサーを備えている。
上記搬送手段１３の上方には、レーザ光源１４が設けられている。このレーザ光源１４は、例えば波長が３０８ｎｍ又は３５３ｎｍのレーザ光２１を例えば５０Ｈｚの繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
上記レーザ光源１４から放射されるレーザ光２１の光路上には、カップリング光学系１５が設けられている。このカップリング光学系１５は、レーザ光２１の光束径を拡張すると共に、光束の横断面内の強度分布を均一にしてフォトマスク１に照射させるものであり、例えば複数のフライアイレンズや複数のコンデンサレンズを備えて構成されている。
上記カップリング光学系１５のレーザ光２１の進行方向下流側には、マスクステージ１６が設けられている。このマスクステージ１６は、ＴＦＴ基板８に対して近接対向させてフォトマスク１を保持するものであり、中央部に開口部２２を形成し、フォトマスク１の周縁部を把持するようになっている。そして、例えばモータ等の駆動手段２３によって、図３に示す矢印Ｂ，Ｃ方向に移動できるようになっている。
上記マスクステージ１６に保持されたフォトマスク１の第１〜第３の覗き窓１２Ａ〜１２Ｃのうち、一つの覗き窓（図３においては、第２の覗き窓１２Ｂ）に対向させて搬送手段１３側には、ラインカメラ１７が設けられている。このラインカメラ１７は、ＴＦＴ基板８を下から透かしてその表面及びフォトマスク１のアライメントマーク４を撮像し、それらの一次元画像を出力するものであり、複数の受光素子を一直線状に並べて形成した細長状の受光部２４（図５参照）を備え、該受光部２４の長手中心軸を上記第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃのうちから選択されたアライメントマーク４（図３においては、第２のアライメントマーク４Ｂを選択した場合で示す）の基板搬送方向と交差方向の中心線に合致させて配置されている。
また、ラインカメラ１７に対向してマスクステージ１６の上方には、照明用光源２５が設けられており、ラインカメラ１７の撮像位置を照明できるようになっている。
上記マスクステージ１６を基板搬送方向と交差方向に移動可能にアライメント手段１８が設けられている。このアライメント手段１８は、ＴＦＴ基板８とフォトマスク１との位置合わせをするためのものであり、例えばリニアモータ、電磁アクチュエータ、又はレール及びモータ等により構成されている。
上記搬送手段１３、レーザ光源１４、マスクステージ１６、ラインカメラ１７、及びアライメント手段１８に結線して制御手段１９が設けられている。この制御手段１９は、ＴＦＴ基板８上に予め設定された複数のアニール目標位置に応じてフォトマスク１を基板搬送方向に移動させ、第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃのうちから一のアライメントマーク４を選択させ、該一のアライメントマーク４とＴＦＴ基板８上に予め設定された基準位置との位置合わせをさせた後、フォトマスク１にレーザ光２１を照射させて基板上の複数のアニール目標位置をアニール処理させるものであり、図４に示すように画像処理部２６と、メモリ２７と、演算部２８と、搬送手段駆動コントローラ２９と、マスクステージ駆動コントローラ３０と、アライメント手段駆動コントローラ３１と、レーザ光源駆動コントローラ３２と、制御部３３と、を備えている。
ここで、画像処理部２６は、ラインカメラ１７により撮像された一次元画像をリアルタイム処理してラインカメラ１７の細長状の受光部２４の長手方向における輝度変化を検出して、ＴＦＴ基板８のデータ線６に設定された基準位置及びフォトマスク１のアライメントマーク４の一対の細線４ａ，４ｂの位置を検出すると共に、ラインカメラ１７の出力における基板搬送方向の輝度変化からＴＦＴ基板８の引込みマーク９の基板搬送方向に交差する細線９ａ（図２参照）を検出するものである。
また、メモリ２７は、フォトマスク１に設定されたディメンションＬ２，Ｌ３（図１参照）、ＴＦＴ基板８に設定されたディメンションＬ１，Ｐ１（図２参照）、第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃに対応したアライメントの目標値Ｄｓ１，Ｄｓ２、及びＴＦＴ基板８の引込みマーク９の基板搬送方向に交差する細線９ａが検出されてからレーザ光源１４を点灯させるまでにＴＦＴ基板８が移動する距離の目標値Ｌｓを記憶すると共に、後述の演算部２８における演算結果を一時的に記憶するものである。なお、上記アライメントの目標値Ｄｓ１は、アライメントマーク４の基準位置と基板の引込みマーク９の中心位置との間の距離の目標値であり、目標値Ｄｓ２は、アライメントマーク４の基準位置と、基板に設定された基準位置、例えば特定のデータ線６の基板搬送方向に向かって右側縁部との間の距離の目標値である。
さらに、演算部２８は、画像処理部２６で検出されたＴＦＴ基板８の基準位置とフォトマスク１における選択されたアライメントマーク４の基準位置との間の距離Ｄを演算すると共に、搬送手段１３の位置センサーの出力に基づいてＴＦＴ基板８の移動距離Ｌを演算するものである。
そして、搬送手段駆動コントローラ２９は、ＴＦＴ基板８が予め定められた速度で搬送されるように一定周期のパルスにより搬送手段１３の駆動を制御するものである。
また、マスクステージ駆動コントローラ３０は、マスクステージ１６を図３において矢印Ｂ，Ｃ方向に移動させてフォトマスク１に形成された第１〜第３のアライメントマーク４Ａ〜４Ｃのうちから一つのアライメントマーク４を選択させるためのものであり、マスクステージ１６に設けられた駆動手段２３を駆動させるようになっている。
さらに、アライメント手段駆動コントローラ３１は、演算部２８で演算されたＴＦＴ基板８の基準位置とフォトマスク１における選択されたアライメントマーク４の基準位置との間の距離Ｄとメモリ２７から読み出したアライメントの目標値Ｄｓ１，Ｄｓ２と比較し、両者が合致するようにアライメント手段１８を駆動してフォトマスク１を基板搬送方向と交差する方向に移動させるものである。
さらに、レーザ光源駆動コントローラ３２は、レーザ光源１４の点灯及び消灯を制御するものである。そして、制御部３３は、上記各構成要素が適切に動作するように全体を統合して制御するものである。
次に、このように構成されたレーザアニール装置の動作について説明する。
先ず、制御手段１９のメモリ２７に必要な情報が記憶されて初期設定がなされる。また、マスクステージ１６の駆動手段２３が制御手段１９のマスクステージ駆動コントローラ３０によって駆動され、マスクステージ１６が図３に示す矢印Ｂ方向に距離Ｌ２だけ移動される。これにより、第１の覗き窓１２Ａがラインカメラ１７の上方に位置付けられて第１のアライメントマーク４Ａが選択される。
このとき、ラインカメラ１７により撮像された一次元画像に基づいて画像処理部２６でラインカメラ１７の細長状の受光部２４の長手方向における輝度変化から第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂ及び斜め細線４ｃの位置を検出し、演算部２８で細線４ａ，４ｃ間の距離及び細線４ｃ，４ｂ間の距離を演算し、両距離が等しくなるようにマスクステージ駆動コントローラ３０によりマスクステージ１６の基板搬送方向への移動を微調整し、ラインカメラ１７の受光部２４の長手中心軸とフォトマスク１の第１のアライメントマーク４Ａの基板搬送方向と交差方向の中心線との正確な位置合わせを行う。
次に、搬送手段１３は、表面にアモルファスシリコンの薄膜を形成したＴＦＴ基板８を図２に示す引込みマーク９が図３に矢印Ａで示す基板搬送方向先頭側となるようにエアステージ２０の上面に載置させた状態で矢印Ａ方向に一定速度で搬送を開始する。
ＴＦＴ基板８が搬送されて、上記引込みマーク９がフォトマスク１に形成された第１の覗き窓１２Ａの下側に達するとラインカメラ１７による撮影が開始され、ラインカメラ１７から一定の時間間隔で撮像画像が出力される。この撮像画像は、制御手段１９の画像処理部２６に入力されて画像処理され、ラインカメラ１７の細長状の受光部２４の長手方向における輝度変化からＴＦＴ基板８の引込みマーク９の基板搬送方向に平行な細線９ｂ（図２参照）の位置、及び第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂの位置が検出される。
演算部２８においては、画像処理部２６で検出された上記引込みマーク９の細線９ｂの位置データと、第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂの位置データとに基づいて上記引込みマーク９の上記細線９ｂの基板搬送方向に平行な中心線と第１のアライメントマーク４Ａの基準位置（例えば中心位置）との間の距離Ｄを演算し、メモリ２７に記憶されたアライメントの目標値Ｄｓ１と比較する。
次に、アライメント手段駆動コントローラ３１は、上記距離Ｄとアライメントの目標値Ｄｓ１とが合致するようにアライメント手段１８を駆動制御してフォトマスク１を図５において矢印Ｅ，Ｆ方向に移動し、ＴＦＴ基板８とフォトマスク１とを事前に位置合わせする。
また、画像処理部２６においては、ラインカメラ１７により撮像された一次元画像を処理し、基板搬送方向に沿った輝度変化から引込みマーク９の基板搬送方向と交差する細線９ａを検出する。また、演算部２８においては、搬送手段１３に設けられた位置センサーの出力に基づいて上記細線９ａを検出してからＴＦＴ基板８が移動する距離Ｌを演算し、該距離Ｌとメモリ２７に記憶されたＴＦＴ基板８の移動距離の目標値Ｌｓ（本実施形態においては、Ｌｓ＝Ｌ１＋Ｌ３）と比較し、両者が合致して図６に示すようにＴＦＴ基板８の複数のデータ線６と複数のゲート線７との交差部がフォトマスク１の複数のマスクパターン２の中心と合致すると、レーザ光源１４の点灯指令をレーザ光源駆動コントローラ３２に出力する。
レーザ光源駆動コントローラ３２は、上記点灯指令を受けるとレーザ光源１４を一定時間点灯させる。これにより、図７に示すようにフォトマスク１のマイクロレンズ３によりレーザ光２１がＴＦＴ基板８のデータ線６とゲート線７との交差部に集光され、当該交差部のアモルファスシリコン膜がアニール処理され、ポリシリコン化される。
以後、上述と同様にしてラインカメラ１７で撮像される撮像画像に基づいて、例えばラインカメラ１７の受光部２４に予め定められた基準位置に近接したＴＦＴ基板８のデータ線６が特定のデータ線６として選択され、該特定のデータ線６の位置及び第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂの位置が検出される。そして、該特定のデータ線６の中心線と第１のアライメントマーク４Ａの基準位置（例えば中心位置）との間の距離Ｄを演算し、該距離Ｄがメモリ２７に記憶されたアライメントの目標値Ｄｓ２と合致するようにアライメント手段１８を駆動してフォトマスク１を図６に示す矢印Ｅ，Ｆ方向に移動し、ＴＦＴ基板８とフォトマスク１との位置合わせをする。これにより、移動中のＴＦＴ基板８に対してフォトマスク１を追従させることができる。
この場合、図７に示すように、第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂは、ＴＦＴ基板８のピクセル５の基板搬送方向（矢印Ａ方向）に平行な両縁部から最も離れた矢印Ａ方向に平行な中心線上に位置する。したがって、上記一対の細線４ａ，４ｂは、ピクセル５の上記縁部に沿って設けられたデータ線６と干渉せず、容易に検出することが可能となる。それ故、第１のアライメントマーク４の基準位置の算出が容易になり、フォトマスク１を移動中のＴＦＴ基板８に正確に追従させることができる。
このようにして、フォトマスク１を移動中のＴＦＴ基板８に追従させながら、ＴＦＴ基板８が２Ｐ１（Ｐ１はピクセル５の基板搬送方向の配列ピッチ）だけ移動する毎にレーザ光源駆動コントローラ３２によりレーザ光源１４を一定時間点灯させる。これにより、ＴＦＴ基板８上の全てのアニール目標位置３４のアモルファスシリコン膜をアニール処理してポリシリコン化することができる。
次に、アニール目標位置３４の異なる別のＴＦＴ基板８に対して、同一のフォトマスク１を使用してレーザアニール処理を行う場合について説明する。
この場合、ピクセル５の上記アニール目標位置３４が、図８に示すように基板搬送方向（矢印Ａ方向）に平行な中心線に合致するゲート線７上の位置であるときには、フォトマスク１を基板搬送方向（矢印Ａ方向）と交差方向に同方向へのピクセル５の配列ピッチＰ２の半ピッチ（Ｐ２／２）だけ移動してやればよい。
しかしながら、この場合、図８に示すように第１のアライメントマーク４Ａの一対の細線４ａ，４ｂがＴＦＴ基板８のデータ線６と干渉してしまうために、ラインカメラ１７で上記細線４ａ，４ｂをデータ線６と分離して検出することができない。したがって、第１のアライメントマーク４Ａの基準位置を算出することができず、フォトマスク１を移動中のＴＦＴ基板８に追従させることができない。
そこで、このような場合、本発明においては、マスクステージ駆動コントローラ３０により駆動手段２３を駆動してマスクステージ１６を図３に示す矢印Ｃ方向に距離Ｌ２だけ移動し、ラインカメラ１７により検出するアライメントマーク４を第１のアライメントマーク４Ａから第２のアライメントマーク４Ｂに切り替える。ここで、第２のアライメントマーク４Ｂは、第１のアライメントマーク４Ａを基板搬送方向（矢印Ａ方向）と交差方向にＤ１＝Ｐ２／２だけずらして設けたものであるので、第２のアライメントマーク４Ｂの一対の細線４ａ，４ｂは、図８に示すようにピクセル５の基板搬送方向（矢印Ａ方向）に平行な中心線上に位置することになり、第２のアライメントマーク４Ｂの検出が容易となる。したがって、第２のアライメントマーク４Ｂを使用してフォトマスク１を移動中のＴＦＴ基板８に追従させることができ、同一のフォトマスク１を使用してアニール目標位置３４の異なるＴＦＴ基板８に対しても位置精度よくアニール処理を行なうことができる。
さらに、上記いずれのアニール目標位置３４とも異なる目標位置をアニール処理する場合には、該目標位置に対応させてフォトマスク１に形成された第３のアライメントマーク４Ｃを選択すればよい。この場合も、ＴＦＴ基板８とフォトマスク１との位置合わせがされた状態において、第３のアライメントマーク４Ｃの一対の細線４ａ，４ｂがピクセル５の基板搬送方向に平行な両縁部から離れたピクセル５の中程に位置するため、一対の細線４ａ，４ｂとデータ線６とが干渉せず、第３のアライメントマーク４Ｃの検出が容易になり、フォトマスク１を移動中のＴＦＴ基板８に追従させることができる。
なお、上記実施形態においては、基板がＴＦＴ基板８である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板は、基板上の複数位置にレーザ光２１を照射して表面に被着された薄膜をアニール処理しようとするものであれば如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態においては、本発明のフォトマスク１をレーザアニール装置に適用した場合について説明したが、レーザアニール装置に限られず、基板上に塗布された感光材を露光する露光装置にも適用することができる。この場合、上記レーザアニール装置のレーザ光源１４を紫外線を放射するキセノンランプ、超高圧水銀ランプ、又は紫外線放射のレーザ光源からなる露光用光源に置き換えるとよい。これにより、基板上に予め設定された複数の露光目標位置に応じてフォトマスク１を基板搬送方向に移動して複数のアライメントマーク４のうちから一のアライメントマーク４を選択し、該一のアライメントマーク４の基準位置と基板上に予め設定された基準位置との位置合わせをした後、フォトマスク１に紫外線を照射して基板上の複数の露光目標位置を露光することができる。
この場合、フォトマスク１のマスクパターン列を複数列設け、基板搬送方向先頭側の露光目標位置がフォトマスク１の複数のマスクパターン列のうち、基板搬送方向手前側のマスクパターン列の各マスクパターン２に合致したときに紫外線を一定時間照射すると共に、その後、基板がマスクパターン２の基板搬送方向の配列ピッチＰ１に等しい距離だけ移動する毎に紫外線を一定時間照射するようにすれば、上記露光目標位置を多重露光することができる。したがって、露光用光源のパワーを下げて光源の負担を軽減することができ、光源の寿命を長くすることができる。
そして、以上の説明においては、フォトマスク１と基板との位置合わせをする際に、フォトマスク１側を基板搬送方向と交差方向に移動する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板側を移動してもよく、フォトマスク１と基板の両方を移動してもよい。
１…フォトマスク
２…マスクパターン
３…マイクロレンズ
４…アライメントマーク
４Ａ…第１のアライメントマーク
４Ｂ…第２のアライメントマーク
４Ｃ…第３のアライメントマーク
４ａ，４ｂ，４ｃ…アライメントマークの細線
５…ピクセル（基板に設けられたパターン）
８…ＴＦＴ基板（基板）
１６…マスクステージ
１７…ラインカメラ
１８…アライメント手段

Claims (10)

  1. 表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ一定方向に搬送されている基板上の複数位置に光を選択的に照射させるフォトマスクであって、
    前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成され、光を通過させる複数のマスクパターンと、
    前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、
    を設けたことを特徴とするフォトマスク。
  2. 前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
  3. 前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のフォトマスク。
  4. 前記複数のマスクパターンは、基板搬送方向及びその交差方向に一定の配列ピッチでマトリクス状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
  5. 表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ一定方向に搬送されている基板と、該基板に対向配置されたフォトマスクとの位置合わせをして前記基板上の複数位置にレーザ光を選択的に照射し、前記基板に形成された薄膜をアニール処理するレーザアニール装置であって、
    前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成されレーザ光を通過させる複数のマスクパターンと、前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、を設けたフォトマスクを保持すると共に、前記フォトマスクを基板搬送方向に移動させて前記複数のアライメントマークのうちから一つのアライメントマークを選択可能にしたマスクステージと、
    前記フォトマスクの複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの前記基板搬送方向と交差方向の中心線に細線状の受光部の長手中心軸を合致させて配置されたラインカメラと、
    前記選択されたアライメントマークの基準位置と前記基板に予め設定された基準位置との位置関係が予め定められた関係となるように前記基板と前記フォトマスクとを前記基板搬送方向と交差方向に相対的に移動するアライメント手段と、
    を備えたことを特徴とするレーザアニール装置。
  6. 前記フォトマスクに設けられた前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されていることを特徴とする請求項５記載のレーザアニール装置。
  7. 前記フォトマスクは、前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする請求項５又は６記載のレーザアニール装置。
  8. 表面に複数のパターンが一定の配列ピッチでマトリクス状に設けられ、一定方向に搬送されている基板と、該基板に対向配置されたフォトマスクとの位置合わせをして前記基板上の複数位置に紫外線を選択的に照射し、前記基板上に塗布された感光材を露光する露光装置であって、
    前記基板の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで形成され紫外線を通過させる複数のマスクパターンと、前記基板上に設けられた複数のパターンの基板搬送方向と交差方向の配列ピッチの整数倍に等しい間隔を有して前記基板搬送方向に平行に形成された一対の細線を備えた構造をなし、前記複数のマスクパターンに対して前記基板搬送方向と反対側の位置に基板搬送方向に相互に一定距離はなれて配置されると共に、前記一対の細線間に予め設定された基準位置が前記基板搬送方向と交差する方向に予め定められた距離だけ相互にずれた状態に形成された複数のアライメントマークと、を設けたフォトマスクを保持すると共に、前記フォトマスクを基板搬送方向に移動させて前記複数のアライメントマークのうちから一つのアライメントマークを選択可能にしたマスクステージと、
    前記フォトマスクの複数のアライメントマークのうちから選択されたアライメントマークの前記基板搬送方向と交差方向の中心線に細線状の受光部の長手中心軸を合致させて配置されたラインカメラと、
    前記選択されたアライメントマークの基準位置と前記基板に予め設定された基準位置との位置関係が予め定められた関係となるように前記基板と前記フォトマスクとを前記基板搬送方向と交差方向に相対的に移動するアライメント手段と、
    を備えたことを特徴とする露光装置。
  9. 前記フォトマスクに設けられた前記複数のアライメントマークのうち、選択された一つのアライメントマークの基準位置と前記基板に設定された基準位置とが位置合わせされた状態において、前記選択されたアライメントマークの一対の細線は、前記基板に設けられたピクセルの基板搬送方向に平行な中心線に略合致するように配置されていることを特徴とする請求項８記載の露光装置。
  10. 前記フォトマスクは、前記各マスクパターンに対応して前記基板側に複数のマイクロレンズを形成したことを特徴とする請求項８又は９記載の露光装置。
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