JP2006003611A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじれ振動に対して抵抗力及び共振周波数の高いステージ部材を提供することである。
【解決手段】 四角柱状の空隙部を備え、当該空隙部を構成する璧をねじれ変形の方向に対して垂直となるように配置したハニカム構造体を有するステージ部材及び当該ステージ部材を含む露光装置が得られる。ステージ部材のハニカム構造体はセラミックスによって構成することが望ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は露光装置に関し、特に、液晶パネル製造用に適した露光装置及び当該露光装置に使用されるステージ部材に関する。

液晶パネルを製造するためには液晶表示素子を制御するためのＴＦＴ回路パターンを基板上に形成する必要がある。基板上に回路パターンを形成するために、回路パターンを有するマスクを用いて、マスク上のパターンを基板に転写露光することが行われる。そのための装置は液晶パネル用露光装置と呼ばれ、通常、マスク、基板の少なくとも一方がステージ部材により移動可能に保持されている。

一方、半導体デバイスの製造において用いられる半導体デバイス用露光装置も露光原理、基本構造は同じである。半導体デバイス用露光装置では、周囲の温度変化によるステージの熱膨張が露光されるパターンに悪影響を及ぼす。このため、ステージ部材の材料には比較的熱膨張係数が小さいとされるセラミックスを用いることが多い。なお、半導体デバイス用露光装置のステージ部材に関しては、例えば、特開平１１−２２３６９０号公報（特許文献１）に示され、半導体デバイス用露光装置のステージ部材の構成材料としてセラミックスを用いることは、例えば、特許第３２６０３４０号公報（特許文献２）に説明されている。

半導体デバイス用露光装置に比べて、液晶パネル用露光装置では、マスクも基板も１桁大きなサイズとなる。そして、大型で頑丈なステージを実現するためには、ステージ材であるセラミックスが多量に用いられる。

ところが、セラミックスを多量に用いた結果、ステージ重量が数トンにも達する場合があり、露光装置全体としては２０トン前後にも達してしまう。さらに、重量の大きなステージ部材が移動して反転する際に生じる大きな反力に対して振動が発生しないように、露光装置の設置場所を頑強な構造にしなければならなかった。

さらにまた、液晶パネルを製造するクリーンルームにおいて、液晶パネル用露光装置が設置される場所を頑強な構造にすると、クリーンルームの建設費が増大するだけでなく、液晶パネル用露光装置の設置場所が固定され、生産性にフレキシビリティがなく、しかもクリーンルームの設計時点で液晶パネル用露光装置の導入台数を決定しておく必要も生じるなどの問題もあった。

以上に述べたように、従来の液晶パネル用露光装置のステージ部材においては、半導体デバイス用露光装置のステージとして用いられてきたセラミックスを無垢構造体、つまり緻密体のまま利用し、多量に用いたことで、装置全体として極めて重くなり、様々の弊害を引き起こした。

これに対し、ステージ部材を軽量化するためステージの薄板化等を行うと、ステージの共振周波数が低下するため、ステージの制御に対する応答周波数が低下し、高速・高精度の制御に対応出来なくなる。

更に、本発明者等は、特願２００３−４０２４５８号明細書（特許文献３）において、セラミックによって構成されたハニカム構造のステージ部材を提案した。当該ステージ部材は高い共振周波数を有すると共に、軽量化を実現することができる。

特開平１１−２２３６９０号公報 特許第３２６０３４０号公報 特願２００３−４０２４５８号

特許文献３のように、四角柱形状の空隙部を有するハニカム構造セラミックスのステージ部材は、ねじれ振動に対して低い共振周波数を示すことが判明した。また、空隙部を構成する壁の形状によってねじれ変形に対する抵抗力に差が出てしまうことも判明した。

そこで、本発明の課題は、ねじれ変形に対して高い抵抗力を示す露光装置用及び当該露光装置に使用されるステージ部材を提供することにある。

本発明の他の課題は、ねじれ振動に対しても高い共振周波数を維持することができるステージ部材を提供することである。

本発明の一態様によれば、マスク上のパターンを基板上に転写露光するために、前記マスク、前記基板の少なくとも一方をセラミックスによるステージ部材によって移動させながら露光する露光装置であって、低熱膨張セラミックスからなる板部材と、低熱膨張セラミックスからなり、その開口面で前記板部材と接合されるハニカム構造体と、前記板部材と前記ハニカム構造体とを接合し、前記板部材および前記ハニカム構造体を構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスからなる接合部とを含み、該ハニカム構造体の空隙部が四角柱形状により構成され、空隙部の壁が該ステージ部材の長手方向に対して垂直な方向に配置されていることを特徴とする露光装置が得られる。

この場合、前記ステージ部材は、前記ハニカム構造セラミックス体の上下にセラミックス板を接合した構造を備えていることが望ましい。また、前記ステージ部材の総質量が、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部をセラミックスにより閉塞した緻密体と比較して１／４〜１／２であることが好ましい。

本発明の他の態様によれば、前記板部材および前記ハニカム構造体を構成する低熱膨張セラミックスと前記接合部を形成する低熱膨張セラミックスはそれぞれ、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭化ホウ素から選ばれる１種以上の第２の材料とを複合してなる複合材料からなり、前記複合材料の２３℃における平均の熱膨張係数が、−０．１×１０^−６〜０．１×１０^−６／℃の範囲であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³ であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであることを特徴とする露光装置が得られる。

この場合、前記ステージ部材は、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部が気密封止されている構造を備えていることが望ましい。

上記した板部材および前記ハニカム構造体の２３℃における平均の熱膨張係数と、前記接合部の２３℃における平均の熱膨張係数との差は±０．１×１０^−６／℃の範囲内であることが望ましい。また、前記ステージ部材は、好ましくは、前記気密封止による外部との気体圧力差に伴う応力差に物理的に耐える構成を有している。

本発明の別の態様によれば、マスク上のパターンを基板上に転写露光するために、前記マスク、前記基板の少なくとも一方をセラミックスによるステージ部材によって移動させながら露光する液晶パネル用露光装置において、前記ステージ部材を構成するセラミックスが、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭化ホウ素から選ばれる１種以上の第２の材料とを複合してなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃の範囲であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³ であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであることを特徴とする液晶パネル用露光装置が得られる。

この場合、前記ステージ部材が、前記複合材料からなるハニカム構造セラミックス体の上下に前記複合材料からなるセラミックス板を接合した構造を備えていることが望ましく、また、前記ステージ部材の総質量は、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部を前記複合材料により閉塞した緻密体と比較して１／４〜１／２であることが好ましい。

更に、本発明の他の態様によれば、ねじれ変形の方向に対して垂直な壁を有する空隙部を備えたハニカム構造のステージ部材が得られる。

本発明によれば、ハニカム構造セラミックス体を含むステージ部材の空隙部を四角柱形状とすると共に、当該四角柱形状の空隙部の壁をねじれの方向に対して垂直に配置することにより、ねじれ振動に対して高い抵抗力を示すと共に、共振周波数の高いステージ部材及び当該ステージ部材を含む露光装置が得られる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１を参照して、本発明の一実施形態に係るステージ部材の一例を示す。図示されたステージ部材は基板を保持する基板ステージ２００として使用される。ここで、基板ステージ２００は、ステージガイドを構成するベース５０と、もう一つのステージガイドを構成するステージ６０と、ステージ台７０とを備える。ベース５０上にはステージ６０のＸ方向の往復移動をガイドする２本のガイド部材５１が設けられ、ステージ６０上にはステージ台７０のＹ方向の往復移動をガイドする２本のガイド部材６１が設けられている。ステージ６０、ステージ台７０は、例えば、リニアモータで駆動される。ベース５０、ステージ６０、ステージ台７０はいずれも本発明に係るセラミックステージ部材であり、ここでは、軽量化のために、ベース５０、ステージ６０、ステージ台７０のそれぞれに、１つ以上の開口５０−１、７０−１（ステージ６０の開口は図示省略）が設けられている。

図２を参照して、本発明に係るステージ部材の具体的な構成を説明する。図からも明らかな通り、ステージ部材は、低熱膨張セラミックスによって形成された上板及び下板部材１１及び１２と、低熱膨張セラミックスからなり、その開口面で前記板部材と接合されるハニカム構造体１３とを有している。また、図示されたステージ部材の下部には、レール１４が設けられている。ここで、上下板部材１１、１２とハニカム構造体１３とは、前記上下板部材および前記ハニカム構造体を構成する低熱膨張セラミックスよりも溶融温度の低い低熱膨張セラミックスによって形成された接合部によって接合されている。

この場合、前記ステージ部材は、前記ハニカム構造セラミックス体の上下にセラミックス板を接合した構造を備えていることが望ましい。また、前記ステージ部材の総質量が、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部をセラミックスにより閉塞した緻密体と比較して１／４〜１／２であることが好ましい。

上下板部材１１、１２、及び前記ハニカム構造体１３はリチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料からなる低熱膨張セラミックスからなり、他方、接合部を形成する低熱膨張セラミックスは炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭化ホウ素から選ばれる１種以上の第２の材料とを複合してなる複合材料によって形成されている。この場合、複合材料の２３℃における平均の熱膨張係数が、−０．１×１０^−６〜０．１×１０^−６／℃の範囲であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³ であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであった。また、上下板部材１１、１２、およびハニカム構造体１３の２３℃における平均の熱膨張係数と、前記接合部の２３℃における平均の熱膨張係数との差は±０．１×１０^−６／℃の範囲内であった。

この場合、前記ステージ部材は、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部が気密封止されている構造を備え、且つ、気密封止による外部との気体圧力差に伴う応力差に物理的に耐える構成を有している。

図２及び図３に示されているように、本発明に係るハニカム構造体１３の空隙部が四角柱形状により構成され、空隙部の壁がステージ部材の長手方向に対して垂直な方向に配置されている。即ち、ハニカム構造体１３を囲む外壁に対して垂直となるような壁によって、当該ハニカム構造体１３内部が区画されていることが分る。

このような内部壁を備えたハニカム構造体１３は図３の左右方向に加わるねじれ振動、ねじれ変形に対して強い抵抗力を示すと共に、高い共振周波数を有していることが判明した。ここで、図２及び図３に示されたステージ部材は４５０×３５０×２０ｍｍの形状を備え、上下部材１１及び１２を構成するセラミックスパネルの厚さ５ｍｍであり、ハニカム構造体１３の厚さは１０ｍｍである。ハニカム構成体１３の体積割合は１２．５％、空隙を形成している壁の厚さは０．９ｍｍである。図からも明らかなように、ハニカム構成体１３に形成された空隙形状は四角形形状であり、当該ハニカム構成体１３は２.５０の比重、１５０ＭＰａのヤング率を有する材料によって形成されている。

図４〜図１０には、種々の形状を備えたハニカム構造体がそれぞれ比較例１〜７として示されており、図示されたハニカム構造体の内部壁はいずれもハニカム構造体の外壁に対して垂直ではない内壁を有していることが分る。ここで、図４に示された比較例１の空隙形状は四角形、図５及び６に示された比較例２、３の空隙形状は三角形形状、図７及び８に示された比較例４及び５の空隙形状は６角形形状、図９及び１０に示された比較例６及び７の空隙形状は複合多角形形状を有している。更に、比較のために、空隙を有しない無垢の構造体を比較例８として用意した。

尚、図３に示された本発明の実施例に係るハニカム構造体１３は無垢構造の構造体に比較して、１／２の重量を備えていた。

図３に示された実施例、比較例１〜８に対して、ステージの長手方向、即ち、図の左右方向に対して垂直な方向の軸のねじれ振動を与えて、共振周波数を測定した。その測定結果を表１に示す。

測定結果を以下の表１に示す。

表１からも明らかな通り、本発明の実施例であるハニカム構造体の空隙部が四角柱形状により構成され、ステージ部材の長手方向に対して平行な方向に配置した構成を備えたハニカム構造体１３における共振周波数が最も高い。これは、空隙を形成している壁が、ねじれ変形に対して垂直方向に配置されていること、さらに、四角形の1セルの面積が他のセル形状と比較して最も小さいことによるものと推察される。

比較例であるその他の空隙形状および四角形をステージ部材の長手方向に対して45°傾けて配置した場合（比較例１、２、４、６）は、ねじれ変形に対して空隙を形成している壁が30〜45°に配置されており、変形に対して抵抗力が少ない。また、ねじれ変形に対して空隙を形成している壁が垂直方向に配置した場合（比較例３、５）においては、空隙形状の面積が実施例に対して大きく、抵抗力の発現効果が少ない。

以上、本発明を液晶パネル用露光装置に適用した実施の形態について説明したが、本発明は半導体デバイス用露光装置にも適用可能であることは言うまでも無い。また、マスクと基板とを同時に移動させる露光装置に限らず、これらの一方のみを移動させる露光装置のステージにも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る露光装置に使用されるステージ部材の概略構成を示した図である。 図１に示されたステージ部材を一部を切除して示す斜視図である。 本発明の実施例に係るステージ部材のハニカム構造体を示す図である。 本発明の実施例に係るハニカム構造と比較するために使用される比較例１のハニカム構造体を示す図である。 比較例２のハニカム構造体を示す図である。 比較例３のハニカム構造体を示す図である。 比較例４のハニカム構造体を示す図である。 比較例５のハニカム構造体を示す図である。 比較例６のハニカム構造体を示す図である。 比較例７のハニカム構造体を示す図である。

符号の説明

１１ 上板部材
１２ 下板部材
１３ ハニカム構造体
１４ レール

Claims (11)

1. マスク上のパターンを基板上に転写露光するために、前記マスク、前記基板の少なくとも一方をセラミックスによるステージ部材によって移動させながら露光する露光装置であって、前記ステージ部材は、セラミックスによって形成された板部材と、セラミックスによって形成され、その開口面で前記板部材と接合されるハニカム構造体と、前記板部材と前記ハニカム構造体とを接合し、前記板部材および前記ハニカム構造体を構成する前記セラミックスよりも溶融温度の低いセラミックスによって形成された接合部とを含み、
   該ハニカム構造体の空隙部が四角柱形状により構成され、空隙部の壁が該ステージ部材の長手方向に対して垂直な方向に配置されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記ステージ部材が、前記ハニカム構造セラミックス体の上下にセラミックス板を接合した構造よりなることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記ステージ部材の総質量が、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部をセラミックスにより閉塞した緻密体と比較して１／４〜１／２であることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記板部材および前記ハニカム構造体を構成するセラミックスと前記接合部を形成するセラミックスはそれぞれ、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭化ホウ素から選ばれる１種以上の第２の材料とを複合してなる複合材料からなり、前記複合材料の２３℃における平均の熱膨張係数が、−０．１×１０^−６〜０．１×１０^−６／℃の範囲であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³ であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記ステージ部材は、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部が気密封止されている構造を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記板部材および前記ハニカム構造体の２３℃における平均の熱膨張係数と、前記接合部の２３℃における平均の熱膨張係数との差は±０．１×１０^−６／℃の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記ステージ部材が、前記気密封止による外部との気体圧力差に伴う応力差に物理的に耐える構成を有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. マスク上のパターンを基板上に転写露光するために、前記マスク、前記基板の少なくとも一方をセラミックスによるステージ部材によって移動させながら露光する液晶パネル用露光装置において、
   前記ステージ部材を構成するセラミックスが、リチウムアルミノシリケート、リン酸ジルコニウムカリウム、コーディエライトから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウム、炭化ホウ素から選ばれる１種以上の第２の材料とを複合してなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃の範囲であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³ であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであることを特徴とする液晶パネル用露光装置。
9. 前記ステージ部材が、前記複合材料からなるハニカム構造セラミックス体の上下に前記複合材料からなるセラミックス板を接合した構造よりなることを特徴とする請求項８に記載の液晶パネル用露光装置。
10. 前記ステージ部材の総質量が、前記ハニカム構造セラミックス体の空隙部を前記複合材料により閉塞した緻密体と比較して１／４〜１／２であることを特徴とする請求項８または９に記載の液晶パネル用露光装置。
11. セラミックスによって形成された板部材と、セラミックスによって形成され、その開口面で前記板部材と接合されるハニカム構造体とを備えたステージ部材において、該ハニカム構造体の空隙部が四角柱形状により構成され、空隙部の壁が該ステージ部材の長手方向に対して垂直な方向に配置されていることを特徴とするステージ部材。
    
    

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