JP2000124296A - 試料保持装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレート（試料）の吸着ミスや破損の発生を
防止する。 【解決手段】 インラインテーブル１５上に水平に載置
されたプレートはプレート交換装置１４により鉛直方向
（Ｚ方向）に沿うように起立されてプレートホルダー２
７に吸着保持される。このプレートの姿勢は複数のポテ
ンショメータなどからなる姿勢検出装置により検出さ
れ、この姿勢検出装置による検出結果に基づき、プレー
トホルダー２７が保持されたプレートステージ２４の姿
勢がモータ３２、ボールネジ機構３３、カム部材３１お
よびローラ３０などから構成される姿勢調節装置２９に
より調節され、これにより、プレートの姿勢が所定の基
準に整合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子、半
導体集積回路等のマイクロデバイスの製造に使用される
露光装置に用いられる試料保持装置および該試料保持装
置を用いて構成された露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的に大型の液晶パネルや大面積の半
導体素子等を高いスループットで製造するために、スキ
ャン型の投影露光装置が用いられる。このスキャン型の
投影露光装置は、マスクをスリット状の照明領域で照明
し、その照明領域に対して短辺方向にマスクを走査し、
照明領域と共役な露光領域に対してフォトレジストが塗
布された感光基板（ガラスプレートなど）を同期して走
査することにより、マスク上のパターンを等倍であるい
は縮小投影して感光基板に逐次露光する装置である。

【０００３】従来のスキャン型の露光装置を簡単に説明
すると、超高圧水銀ランプ等の光源から射出された露光
光は、フライアイインテグレータによって均一な照度分
布をもつ光束に変換され、スリット形状の開口を有する
ブラインドによってスリット状に整形される。このブラ
インドを通過したスリット状の光束はコンデンサレンズ
に導かれ、コンデンサレンズはこの光束をマスク上に結
像することでマスクをスリット状の照明領域で照明す
る。マスク上に形成されているパターンの像は、投影光
学系を介して感光基板上に投影される。

【０００４】この際、感光基板上に投影されるのはスリ
ット状のパターン像であり、マスク上に形成されている
マスクパターンの一部の像である。そこで、マスクと感
光基板とを同期させつつ、マスク上の照明領域および投
影光学系に対して移動走査することで、マスク上に形成
されているマスクパターンの全てを感光基板上に転写す
るようにしている。

【０００５】ところで、マスクおよび感光基板は薄く撓
みやすいので、これを概略鉛直方向に沿って対面させた
状態で走査ステージに保持して投影光学系に対して同期
走査することにより、これらの撓みを軽減し、露光精度
の向上を図るようにしている。

【０００６】走査ステージの感光基板を吸着保持する基
板ホルダーの下側には走査方向に沿って一対の基準ピン
が植設されており、感光基板は鉛直方向に沿うようにプ
レート交換アームに吸着保持されて該基板ホルダーの近
傍まで搬送され、該感光基板の下端縁を該一対の基準ピ
ンに上から当接させる。

【０００７】この状態で基板ホルダー側に移動して、プ
レート交換アームを基板ホルダーに形成されている凹部
内に入り込ませ、基板ホルダーにより感光基板を吸引す
るとともに、プレート交換アームによる感光基板の吸引
を解除し、プレート交換アームを鉛直上方向に引き抜
く。感光基板は基準ピンにより所定の位置に位置決めさ
れた状態で、基板ホルダーに吸着保持されることにな
る。基準ピンは感光基板の衝突による破損などを防止す
べく、バネなどを介して弾性的に支持されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、感光基板の下端縁を一対の基準ピンに
当接させることにより、感光基板を位置決めするため、
基準ピンを保持しているバネの反発力が基板ホルダーの
吸引力よりも強いと、該バネの反発力によって感光基板
の下部が基板ホルダーの吸着面に対して浮いた状態とな
り、吸着保持に失敗する場合や感光基板の姿勢を所定の
基準に正確に整合させることができない場合があるとい
う問題があった。また、感光基板の板厚は極めて薄いた
め（例えば、０．７ｍｍ）、基準ピンに当接させたとき
に、ひび割れや欠損などを生じる場合があるという問題
があった。なお、これらの破損を防止するため、基準ピ
ンを保持しているバネのバネ力を弱くすることが考えら
れるが、これでは基準ピンの戻りが悪くなり、位置決め
の精度が低下するので不十分である。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、試料の吸着ミスや破損の発
生が少なく、かつ試料の姿勢を所定の基準に正確に整合
させることができる試料保持装置および該試料保持装置
を用いた露光装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施
形態の図に示す参照符号を付して説明するが、本発明の
各構成要件は、これら参照符号によって限定されるもの
ではない。

【００１１】上記目的を達成するための本発明の試料保
持装置は、試料（２２）をほぼ鉛直方向に沿って保持す
るホルダー（２４，２７）を有した試料保持装置におい
て、前記ホルダーに保持された前記試料の姿勢を検出す
る姿勢検出装置（２８）と、前記姿勢検出装置の検出結
果に基づいて、前記ホルダーの姿勢を調節する姿勢調節
装置（２９）とを備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の試料保持装置によると、ホルダー
に保持された試料の姿勢を姿勢検出装置により検出し
て、該ホルダーの姿勢を姿勢調節装置により調節するよ
うにしたから、基準ピンを用いることなく試料の姿勢を
所定の基準に整合させることができる。従って、基準ピ
ンに試料を当接させることにより生じていた吸着ミスや
破損の発生を防止することができるとともに、試料を所
定の基準に正確に整合させることができる。

【００１３】上記目的を達成するための本発明の露光装
置は、マスク（２１）を鉛直方向に沿って支持するマス
ク保持装置（２３）と基板（２２）を前記鉛直方向に沿
って支持する基板保持装置（２４）とを有し、前記マス
クのパターンを転写すべく前記基板に露光する露光装置
において、前記マスク保持装置と、前記基板保持装置と
の少なくとも一方に前記試料保持装置を用いたことを特
徴とする。

【００１４】本発明の露光装置によると、前記試料保持
装置を用いて、マスクおよび基板の一方または双方を保
持するようにしたから、マスクや基板の吸着ミスや破損
を防止することができ、信頼性の高い露光処理を安定的
に行うことができる。従って、信頼性の高い液晶表示素
子などのマイクロデバイスを安定的に製造することがで
きるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のスキャン
型（走査型）の投影露光装置の要部構成を示す側面図、
図２は同じく平面図、図３は同じくポテンショメータの
構成および配置を示す図である。

【００１６】この露光装置は例えば液晶表示素子（液晶
パネル）を製造するための露光装置であり、照明光学系
１１、投影光学系１２、走査ユニット１３、プレート交
換装置１４、およびインラインテーブル１５を備えて構
成される。

【００１７】照明光学系１１は、図示は省略するが、超
高圧水銀ランプなどからなる複数の光源を備え、該光源
から射出された露光光はそれぞれライトガイドなどによ
り、一旦集合した後に均等に分配して複数の光出射部か
ら出射させる。ライトガイドの光出射部から出射された
光は、フライアイインテグレータによって均一な照度分
布をもつ光束に変換され、スリット形状の開口を有する
ブラインドによってスリット状に整形される。このブラ
インドを通過したスリット状の光束はコンデンサレンズ
に入射され、コンデンサレンズはこの光束を所定位置に
設定されたマスク２１上に結像することでマスク２１を
スリット状の照明領域で照明する。

【００１８】マスク２１上のパターンの像は、投影光学
系１２を介して感光材料（フォトレジスト）が塗布され
たガラス板からなるプレート（感光基板）２２上に投影
される。投影光学系１２は照明光学系１１の各光出射部
のそれぞれに対応して設けられており、照明光学系１１
の光射出部および投影光学系１２は、Ｚ方向に千鳥状に
配列されている。マスク２１はマスクステージ２３に吸
着保持され、プレート２２はプレートステージ（試料保
持装置）２４に吸着保持されている。マスクステージ２
３およびプレートステージ２４は、互いの保持面を対向
させた状態で、断面コの字状に形成されたキャリッジ
（走査ステージ）２５に取り付けられている。

【００１９】このキャリッジ２５は、不図示のステージ
制御部による制御に基づいて、リニアモータなどからな
るステージ駆動部によって駆動されることにより、ガイ
ドレール２６に沿う走査方向としてのＸ方向に往復移動
できるようになっている。ステージ制御部は主制御部
（メインコントローラ）からのスキャン速度指令信号を
含む各種の指令信号に基づき、ステージ駆動部を制御
し、ステージ駆動部は速度指令信号によって与えられる
速度と等しい速度でキャリッジ２５を移動する。

【００２０】キャリッジ２５が静止した状態では、プレ
ート２２上に投影されるのはスリット状のパターン像で
あり、マスク２１上に形成されているマスクパターンの
一部の像であるが、キャリッジ２５を、ステージ制御部
およびステージ駆動部によって駆動制御し、照明光学系
１１および投影光学系１２に対して移動走査すること
で、マスク２１上に形成されているマスクパターンの全
てをプレート２２上に転写する。

【００２１】投影光学系１２としては、特に限定されな
いが、この実施形態では正立実像系の光学系を用いてい
る。各投影光学系１２は、２組のダイソン型光学系を組
み合わせた構成を有し、これらのダイソン型光学系は、
両側テレセントリック光学系である。一方のダイソン型
光学系が形成する１次像の位置には、視野絞りが配置さ
れており、この視野絞りは台形状の開口部を有し、この
視野絞りによりプレート２２上の露光領域が台形状に規
定される。

【００２２】プレート２２上には、Ｘ方向に互いに離間
するとともに、Ｚ方向に沿って２列に配列された投影光
学系１２の一方の列によって、Ｚ方向に沿って間欠的に
配列された第１の露光領域が形成され、投影光学系１２
の他方の列によって、第１の露光領域に対してＸ方向に
離間した位置にＺ方向に沿って該第１の露光領域を補間
するように間欠的に配列された第２の露光領域が形成さ
れる。プレート２２上の第１の露光領域と第２の露光領
域とはＸ方向に離れて設定されているため、Ｚ方向に伸
びるパターンは、まず空間的に分離した飛び飛びの第１
の露光領域によって露光された後、ある時間をおいてそ
の間を埋める第２の露光領域で露光されるというように
時間的および空間的に分割されて露光されることにな
る。

【００２３】プレートステージ２４はプレートホルダー
２７を着脱可能にあるいは固定的に保持しており、プレ
ート２２はこのプレートホルダー２７に形成された吸着
溝を真空吸引装置により負圧吸引することにより吸着保
持される。プレートホルダー２７には、図３に示されて
いるように、複数（この実施形態では３個）のポテンシ
ョメータ（ポテンショピン機構）２８が取り付けられて
いる。ポテンショメータ２８はプレートホルダー２７に
吸着保持されたプレート２２の所定の基準に対する姿勢
を検出するための装置であり、プレート２２の端縁に当
接するピン部２８ａを有し、所定の回転軸を中心として
回転して該ピン部２８ａがプレート２２の端縁に当接し
たときの所定の初期位置からの回転角（若しくはピン部
２８ａの変位量）を検出する。３個のポテンショメータ
２８による検出信号は主制御部に供給される。

【００２４】また、図１に示されているように、プレー
トステージ２４の下辺の両端部近傍には、姿勢調節装置
２９が設けられている。この姿勢調節装置２９は、プレ
ートステージ２４の下辺の両端部近傍に回転自在に取り
付けられた一対のローラ３０と、これらのローラ３０に
斜面が当接するように台形状若しくは三角形状に形成さ
れたカム部材３１と、これらのカム部材３１をそれぞれ
Ｘ方向に進退させるモータ３２を有するボールネジ機構
３３を備えて構成される。前記主制御部によりモータ３
２の回転が制御されることにより、プレートステージ２
４の姿勢（所定の基準に対するＸ−Ｚ平面内での位置お
よびＹ軸回りの回転）を調節することができる。なお、
各ローラ３０はカム部材３１に対してプレートステージ
２４などの自重により当接するようにしてもよいが、こ
の実施形態では、プレートステージ２４とキャリッジ２
５の底面の間にこれらを近接させる方向に付勢するバネ
（不図示）を介装することにより、各ローラ３０をカム
部材３１に当接させるようにしている。

【００２５】図１および図２において、プレート交換装
置１４は、インラインテーブル１５上に水平に載置され
たプレート２２を鉛直方向に沿うように起立させてプレ
ートホルダー２４に渡すとともに、プレートホルダー２
４からプレート２２を受け取ってインラインテーブル１
５上に載置する装置であり、床面に設置されたＹ方向ガ
イドレール３４に沿って移動するＹ移動部３５、該Ｙ移
動部３５に取り付けられたプレート交換アーム３６、お
よびプレート交換アーム３６の先端に設けられたプレー
ト２２を把持するための複数（この実施形態では４個）
のプレート保持用ピン部３７を有するプレート保持部３
８を備えている。プレート交換アーム３６はＹ軸回りの
回転およびＸ−Ｚ平面内の１軸回りの回転の２自由度を
有している。

【００２６】インラインテーブル１５は、図示は省略し
ているが、この露光装置による露光工程の前工程として
のプレート表面にフォトレジストをスピンコートする塗
布工程を実施するコータ（レジスト塗布装置）との間、
およびこの露光装置による露光工程の後工程である現像
工程を実施するディベロッパ（現像装置）との間でプレ
ート２２を受け渡すための載置台である。

【００２７】しかして、不図示のコータによりフォトレ
ジストが塗布されたプレート２２は、不図示のロボット
アーム（移載装置）などによりインラインテーブル１５
上に載置される。プレート交換装置１４のＹ移動部３５
がＹ方向ガイドレール３４に沿って移動されて、該当す
るインラインテーブル１５に対応する位置に設定され
る。次いで、プレート交換アーム３６が図１で時計方向
に回転され、プレート保持部３８がインラインテーブル
１５上のプレート２２に対面した状態で、プレート保持
用ピン部３７によりプレート２２の両側縁が把持され
る。その後、プレート交換アーム３６は、図１で反時計
方向に回転されるとともに、プレート保持部３８に保持
されたプレート２２がプレートホルダー２７側を指向し
て鉛直に沿うように回転され、プレート２２がプレート
ホルダー２７に対応した位置に設定される。

【００２８】次いで、Ｙ移動部３５がＹ方向ガイドレー
ル３４に沿って＋Ｙ方向に移動されてプレート２２がプ
レートホルダー２７に当接した状態とされる。この状態
で、プレートホルダー２７によるプレート２２の真空吸
着が行われるとともに、プレート保持用ピン部３７によ
るプレート２２の把持が解除される。Ｙ移動部３５はＹ
方向ガイドレール３４に沿って−Ｙ方向に移動されて、
プレート保持部３８がプレートホルダー２７から離間さ
れる。

【００２９】プレート２２のプレートホルダー２７に対
する受け渡し中は、ポテンショメータ２８はそのピン部
２８ａが所定の初期位置（待避位置）に位置するように
回転されており、プレート２２がプレートホルダー２７
に吸着保持された後に、ピン部２８ａがプレート２２の
端縁に当接するように回転される。このときのポテンシ
ョメータ２８による検出信号は主制御部に送られ、主制
御部は３個のポテンショメータ２８の検出信号に基づ
き、プレート２２の姿勢（所定の基準に対するＸ−Ｚ平
面内での位置およびＹ軸回りの回転）を算出し、これを
補正値として、プレート２２が該所定の基準に整合する
ように、姿勢調節装置２９を制御する。

【００３０】すなわち、モータ３２の回転を制御し、カ
ム部材３１をＸ方向に適宜に移動して、該カム部材３１
に当接しているローラ３０を介してプレートステージ２
４をＺ方向に変位させることにより、プレート２２の姿
勢が所定の基準に整合するように、プレートステージ２
４をＸ−Ｚ平面内でシフトするとともに、Ｙ軸回りに回
転させる。

【００３１】プレート２２の姿勢が所定の基準に整合さ
れたならば、プレート２２に対するスキャン露光を実施
すべくキャリッジ２５をプレート受け渡し位置から露光
処理位置に移動して、投影光学系１２および照明光学系
１１に対してプレート２２およびマスク２１を相対移動
させることにより、マスク２１上のパターンの像がプレ
ート２２上に投影転写される。

【００３２】露光処置の終了後、キャリッジ２５はプレ
ート受け渡し位置に移動され、Ｙ移動部３５が＋Ｙ方向
に移動されて、プレート交換アーム３６のプレート保持
部３８がプレートホルダー２７に吸着保持されたプレー
ト２２に対面した状態で、プレート保持用ピン部３７に
より該プレート２２が把持されるとともに、プレートホ
ルダー２７によるプレート２２の吸着が解除される。そ
の後、Ｙ移動部３５が−Ｙ方向に移動され、プレート交
換アーム３６が図１で時計方向に回転されるとともに、
プレート２２が下側を指向して水平となるように回転さ
れ、プレート２２がインラインテーブル１５に当接した
状態でプレート保持用ピン部３７によるプレート２２の
把持が解除されることにより、プレート２２がインライ
ンテーブル１５上に水平に載置される。このプレート２
２は不図示のロボットアームなどによりディベロッパに
送られる。

【００３３】本実施形態によると、プレートホルダー２
７に吸着保持されたプレート２２の姿勢を３個のポテン
ショメータ２８により検出して、プレートホルダー２７
の姿勢を姿勢調節装置２９により調節して、プレート２
２の姿勢を所定の基準に整合させるようにしたから、従
来のように基準ピンにプレートの端縁を当接させること
によりプレートを所定の基準に整合させるものと比較し
て、プレートホルダーによるプレートの吸着ミスやプレ
ートの端部の破損などの発生を防止することができる。
これにより、信頼性の高い露光処理を安定的に行うこと
ができ、信頼性の高い液晶表示素子などのマイクロデバ
イスを高スループットで安定的に製造することができる
ようになる。

【００３４】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００３５】例えば、上述した実施形態では、プレート
ホルダー２７に吸着保持されたプレート２２の姿勢を３
個のポテンショメータ２８を用いて検出しているが、Ｃ
ＣＤなどの撮像素子により撮影してその姿勢を検出する
ようにできる。また、プレート２２の姿勢を所定の基準
に整合させるために、モータ３２、ボールネジ機構３
３、カム部材３１およびローラ３０などからなる姿勢調
節装置２９を採用しているが、Ｚ方向に変位する複数の
リニアアクチュエータなどを有する姿勢調節装置を採用
してもよい。

【００３６】また、上述した実施形態では、プレート２
２の姿勢を検出して姿勢調節装置２９により所定の基準
に整合させるようにしているが、これに加えてあるいは
単独で、同様の構成をマスクについて適用してマスク２
１の姿勢を所定の基準に整合させるようにしてもよい。

【００３７】加えて、本発明は、感光基板および／また
はマスク（レチクル）を鉛直方向に沿って起立させた状
態で露光処理を行うあらゆる露光装置に適用することが
できる。例えば、上述した実施形態では、キャリッジ２
５によりマスク２１とプレート２２を一体的に移動する
構成とし、等倍投影により露光処理を行うようにしてい
るが、マスク２１とプレート２２を同期させつつそれぞ
れ独立に移動する構成のものや縮小投影するものに適用
することもできる。

【００３８】また、マスクおよびプレートを保持したキ
ャリッジを固定して、投影光学系および照明光学系を移
動することにより走査露光する型式の露光装置に適用す
ることもでき、走査型の露光装置に限らず、一括転写型
の露光装置に適用することもできる。製造するマイクロ
デバイスも液晶表示素子に限られず、プラズマ表示素
子、半導体素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッドなどを製造
するための露光装置に適用できるとともに、マスクまた
はレチクルを製造するための露光装置に適用することも
できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の試料保持装置によると、試料の
吸着ミスや破損を生じることなく、試料を所定の基準に
正確に整合させることができるという効果がある。ま
た、本発明の露光装置によると、信頼性の高い液晶表示
素子などのマイクロデバイスを安定的に製造することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の露光装置の要部構成を示
す側面図である。

【図２】 本発明の実施形態の露光装置の要部構成を示
す平面図である。

【図３】 本発明の実施形態のポテンショメータの構成
および配置を示す図である。

【符号の説明】

１１…照明光学系 １２…投影光学系 １３…走査ユニット １４…プレート交換装置 １５…インラインテーブル ２１…マスク ２２…プレート ２３…マスクステージ ２４…プレートステージ ２５…キャリッジ ２７…プレートホルダー ２８…ポテンショメータ ２９…姿勢調節装置 ３０…ローラ ３１…カム部材 ３２…モータ ３３…ボールネジ機構 ３４…Ｙ方向ガイドレール ３５…Ｙ移動部 ３６…プレート交換アーム ３７…プレート保持用ピン部 ３８…プレート保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F031 CA05 CA07 FA02 FA04 FA12 GA08 GA47 GA49 JA04 JA27 MA27 5F046 BA05 CA02 CB05 CB25 CC01 CC02 CC03 CC05 CC08 CC10 CD01 CD05 CD06 DA07 DB04 DC11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料をほぼ鉛直方向に沿って保持するホ
   ルダーを有した試料保持装置において、 前記ホルダーに保持された前記試料の姿勢を検出する姿
   勢検出装置と、 前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記ホルダー
   の姿勢を調節する姿勢調節装置とを備えたことを特徴と
   する試料保持装置。
2. 【請求項２】 前記姿勢検出装置はポテンショメータを
   含んでいることを特徴とする請求項１記載の試料保持装
   置。
3. 【請求項３】 マスクを鉛直方向に沿って支持するマス
   ク保持装置と基板を前記鉛直方向に沿って支持する基板
   保持装置とを有し、前記マスクのパターンを転写すべく
   前記基板に露光する露光装置において、 前記マスク保持装置と、前記基板保持装置との少なくと
   も一方に請求項１または２記載の試料保持装置を用いた
   ことを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 前記マスクと前記基板とを同期移動させ
   る駆動装置と、 前記同期移動中に、前記マスクのパターンを転写すべく
   前記基板に露光するよう制御する露光制御装置と、を備
   えたことを特徴とする請求項３記載の露光装置。