JP2006093604A - 近接露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスクの保持力を向上させることで、露光後に基板をマスクから離す速度を速くしてもマスクがずれるのを防止し、これにより、スループットの向上を図る。
【解決手段】 マスクＭを真空吸着する真空吸着枠２６の枠内に透明板ガラス４０を固定配置し、この透明板ガラス４０とマスクＭとの間の空気を真空吸引することにより、真空吸着枠２６及び透明板ガラス４０によってマスクＭを真空吸着する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の大型のフラットパネルディスプレイ等の基板上にマスクのパターンを近接（プロキシミティ）露光転写するのに好適な近接露光装置に関する。

近接露光は、図４を参照して、表面に感光剤を塗布した透光性の基板（被露光材）を近接露光装置の基板ステージ上に保持すると共に、該基板をマスクステージのマスク保持枠に真空吸着枠を介して保持されたマスクに接近させて両者のすき間を例えば数１０μｍ〜数１００μｍにし、次いで、マスクの基板から離間する側から照射装置によって露光用の光をマスクに向けて照射することにより該基板上に該マスクに描かれたパターンを露光転写するようにしたものである。

ところで、近接露光には、マスクを基板と同じ大きさにして一括で露光する方式があるが、このような方式では、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合にマスクが大型化し、マスクの撓みによるパターン精度への影響やコスト面等で問題が生じる。
このような事情から、従来においては、大型基板上にマスクのパターンを露光転写する場合には、基板より小さいマスクを用い、基板ステージをマスクに対して例えばＹ軸方向に相対的にステップ移動させて各ステップ毎にマスクを基板に近接して対向配置した状態でパターン露光光を照射し、これにより、マスクに描かれた複数のパターンを基板上に露光転写する、所謂ステップ式の近接露光方式が用いられることがある。

具体的には、まず、例えば基板ステージ側のアライメントマークとマスク側のアライメントマークとが整合するようにマスク保持枠を介してマスクの向きを調整して基板ステージとマスクの位置を合わせ、そのときのマスクの姿勢（位置）を記憶装置等に記憶しておく。
次に、基板ステージに搭載した基板をマスクに接近させ、基板とマスクとを微小すき間を介した状態で照射手段からパターン露光用の光をマスクに向けて照射して一層目のマスクパターンを基板に露光転写する。

次に、基板をマスクから離し、この状態で基板ステージをマスクに対して１ステップ量だけ送る。このとき、例えばリニアガイド等の精度に起因して基板ステージの送り誤差が生じる。従って、このままで次ステップ目の露光を行うと、基板上に形成される次ステップ目の露光パターンと第１ステップ目の露光パターンとの相対位置がずれてしまう。
このため、次ステップの露光を行う前にレーザ干渉計等の光学的計測センサによって基板ステージの送り誤差（位置ずれ）を検出し、該検出結果と上記記憶装置に記憶されたマスクの初期姿勢情報とに基づいてマスク保持枠を介してマスクの向きを補正して基板とマスクとの位置を整合させ、この状態で次ステップ目の露光を行うことにより、基板上の個々の露光パターンの相対位置にずれが生じないようにしている。

上記従来の近接露光装置においては、図５を参照して、露光転写を行った後に基板をマスクから離す際の速度を速くして装置のスループットを上げるようにすると、基板とマスクとの間の狭いすき間に急激に空気が流入する流体抵抗により瞬間的に大きな負圧力が発生し、この負圧力が真空吸着枠の真空吸着溝によるマスクの吸引力よりも大きいとマスクが真空吸着枠に対してずれてしまう場合がある。このため、露光後に基板をマスクからゆっくりと離すようにしなければならず、装置のスループットを低下させる原因になっている。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、マスクの保持力を向上させることで、露光後に基板をマスクから離す速度を速くしてもマスクがずれるのを防止することができ、これにより、スループットの向上を図ることができる近接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、請求項１に係る発明は、被露光材としての基板を保持する基板ステージと、露光すべきパターンを有するマスクと、該マスクを真空吸着枠を介して保持するマスク保持枠の向きを調整自在に支持するマスクステージと、前記基板と前記マスクとを微小すき間を介した状態で該マスクのパターンを前記基板に露光転写すべくパターン露光用の光を前記マスクに向けて照射する照射手段とを備えた近接露光装置において、
前記真空吸着枠の枠内に透明板部材を固定配置し、前記透明板部材と前記マスクとの間の空気を真空吸引することにより、前記真空吸着枠及び前記透明板部材によって前記マスクを真空吸着することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記真空吸着枠に設けられた真空吸着溝を前記マスク側の面と前記透明板部材の側面に開口させたことを特徴とする。

本発明によれば、真空吸着枠と該真空吸着枠の枠内に固定配置した透明板部材とによってマスクを真空吸着しているので、マスクの保持力を向上させることができ、これにより、露光後に基板をマスクから離す速度を速くしてもマスクがずれるのを防止することができ、装置のスループットの向上を図ることができる。
また、マスクが透明板部材に沿って吸着保持されるので、大型のマスクを保持した場合においても該マスクの自重による撓みが防止することができ、これにより、マスクの平坦度が向上して焼付けパターンの寸法精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である近接露光装置を説明するための一部を破断した説明図、図２は図１の部分拡大図、図３は図１の矢印Ａ方向から見た図である。
本発明の実施の形態一例である近接露光装置は、図１に示すように、被露光材としての基板Ｗより小さいマスクＭを用い、該マスクＭをマスクステージ１で保持すると共に、基板Ｗを基板ステージ２で保持し、この状態で基板ステージ２をマスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にマスクＭと基板Ｗとを近接して対向配置した状態で、照射手段３からパターン露光用の光を後述する透明板ガラス４０を介してマスクＭに向けて照射することにより、マスクＭの複数のパターンを基板Ｗ上に露光転写するようにしたものである。

図１において符号４は装置ベース４であり、この装置ベース４上には基板ステージ２をＸ軸方向にステップ移動させるためのＸ軸ステージ送り機構５が設置され、Ｘ軸ステージ送り機構５のＸ軸送り台５ａ上には基板ステージ２をＹ軸方向にステップ移動させるためのＹ軸ステージ送り機構６が設置され、該Ｙ軸ステージ送り機構６のＹ軸送り台６ａ上に基板ステージ２が設置されている。該基板ステージ２の上面には基板Ｗがワークチャック等で真空吸引された状態で保持されるようになっている。

Ｙ軸ステージ送り機構６と基板ステージ２の間には、基板ステージ２の単純な上下動作を行う比較的粗い位置決め分解能であるが移動ストローク及び移動速度が大きな上下粗動装置７と、上下粗動装置７と比べて高分解能で位置決め可能で基板ステージ２を上下に微動させてマスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に微調整する上下微動装置８が設置されている。

上下粗動装置７は後述の微動ステージ６ｂに設けられた適宜の駆動機構により基板ステージ２を微動ステージ６ｂに対して上下動させる。符号１４ａは基板ステージ２の底面の４箇所に固定されたステージ粗動軸で、微動ステージ６ｂに固定された直動ベアリング１４に係合し、微動ステージ６ｂに対し上下方向に案内される。なお、上下粗動装置７は分解能は低くても繰り返し位置決め精度が高いことが望ましい。

上下微動装置８は、Ｙ軸送り台６ａに固定された固定台９と、該固定台９にその内端側を斜め下方に傾斜させた状態で取り付けられたリニアガイドの案内レール１０とを備えており、該案内レール１０に跨架されたスライダ１１を介して案内レール１０に沿って往復移動するスライド体１２にはボールねじのナット（図示せず）が連結されると共に、該スライド体１２の上端面は微動ステージ６ｂに固定されたフランジ１２ａに対して水平方向に摺動自在に接している。

また、フランジ１２ａと固定台９とは図３に示すような板ばね１５によって連結されている。この板ばね１５は三枚の舌片１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有しており、中央の舌片１６ｂがフランジ１２ａに固定され、両側の舌片１６ａ，１６ｃが固定台９に固定されている。
従って、フランジ１２ａには水平面内（ＸＹ平面内）の移動は規制され、上下方向の微動及び微小な傾きの変化のみ許容される。なお、中央の舌片１６ｂを固定台９に、両側の舌片１６ａ，１６ｃをフランジ１２ａに固定するようにしてもよい。

そして、固定台９に取り付けられたモータ１７によってボールねじのねじ軸を回転駆動させると、ナット、スライダ１１及びスライド体１２が一体となって案内レール１０に沿って斜め方向に移動し、これにより、フランジ１２ａが上下微動する。このとき、フランジ１２ａの水平方向の変位は板ばね１５の働きにより規制される。
この上下微動装置８は、Ｚ軸送り台６ａのＹ軸方向の一端側（図１の左端側）に１台、他端側に２台合計３台設置されてそれぞれが独立に駆動制御されるようになっている。これにより、上下微動装置８は、後述するギャップセンサ３１による複数箇所でのマスクＭと基板Ｗとのすき間量の計測結果に基づき、３箇所のフランジ１２ａの高さを独立に微調整して基板ステージ２の高さ及び傾きを微調整できるので、マスクＭと基板Ｗとのすき間を平行度良好に目標値とすることができる。

また、Ｙ軸送り台６ａ上には、基板ステージ２のＹ方向の位置を検出するＹ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９と、基板ステージ２のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸レーザ干渉計に対向するバーミラー（共に図示せず）とが設置されている。
Ｙ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９はＹ軸送り台６ａの一側でＸ軸方向に沿って延びており、Ｘ軸レーザ干渉計に対向するバーミラーはＹ軸送り台６ａの一端側でＹ軸方向に沿って延びている。

Ｙ軸レーザ干渉計及びＸ軸レーザ干渉計はそれぞれ常に対応するバーミラーに対向するように配置されて装置ベース４に支持されている。なお、Ｙ軸レーザ干渉計１８は、Ｘ軸方向に離間して２台設置されている。
２台のＹ軸レーザ干渉計１８によりバーミラー１９を介してＹ軸送り台６ａひいては基板ステージ２のＹ軸方向の位置及びヨーイング誤差を検出する。

Ｘ軸レーザ干渉計により、対向するバーミラーを介してＸ軸送り台５ａひいては基板ステージ２のＸ軸方向の位置を検出する。
ステップ送り時に得られる２つのＹ軸方向位置データ及びＸ軸方向位置データの検出信号を制御装置に出力し、制御装置がこの検出信号（実際の位置データ）と指令された位置データ（位置決めすべき位置のデータ）との差に基づいて補正量を算出して、その算出結果を後述するマスク位置調整手段（及び必要に応じて上下微動装置８）の駆動回路に出力することで、該補正量に応じてマスク位置調整手段等が制御されてＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ及びヨーイング誤差が補正され、マスクＭが基板Ｗの露光すべき位置に正しく対向するようにアライメントされる。なお、前記制御装置は、後述するすき間調整等にも使用される。

なお、Ｘ軸レーザ干渉計、Ｙ軸レーザ干渉計等は、主として、まだ全くパターンが形成されていない基板Ｗに対する露光（１層目の露光）の際に使用されるもので、１層目の露光が済んだ基板Ｗへの２層目以降の露光のための露光装置の場合は、これらを省略してもよいし、アライメントカメラと共に使用してもよい。
マスクステージ１は、略長方形状の枠体からなるマスクフレーム２４と、該マスクフレーム２４の中央部開口にすき間を介して挿入されてＸ，Ｙ，θ方向（Ｘ，Ｙ平面内）に移動可能に支持されたマスク保持枠２５とを備えており、マスクフレーム２４は装置ベース４から突設された支柱４ａによって基板ステージ２の上方の定位置に保持されている。

マスク保持枠２５の中央部開口の下面側には、図１及び図２に示すように、内方に張り出す真空吸着枠２６が前記開口の全周に沿って設けられており、この真空吸着枠２６の下面には真空吸着溝２６ａが設けられている。
ここで、この実施の形態では、真空吸着枠２６の枠内の略全域に透明板ガラス（透明板部材）４０を配置して該透明板ガラス４０の上部フランジ４１を真空吸着枠２６の上面で支持すると共に、真空吸着溝２６ａを露光すべきパターンが描かれているマスクＭの上面と透明板ガラス４０の側面に開口させている。

そして、真空吸着溝２６ａ内の空気、及び透明板ガラス４０の下面とマスクＭの上面との間の空気を真空排気することで、真空吸着枠２６及び透明板ガラス４０によってマスクＭを真空吸着して保持するようにしている。なお、透明板ガラス４０の厚みは、設計都合、材料都合等から最も厚くできる寸法にするのが好ましい。少なくともマスクＭの厚みより十分厚くする。

また、透明板ガラス４０の上方には、マスクＭと基板Ｗとの対向面間のギャップを測定する手段としてのギャップセンサ３１、及びマスクＭの露光領域に設けられたアライメントマーク（図示せず）と、基板Ｗ側に一層目の露光で設けられたアライメントマーク（図示せず：二層目以降のアライメントに使用）又は基板ステージ２に設けられたアライメントマーク（図示せず）とを撮像する手段としてのアライメントカメラ３０がそれぞれ移動可能に配置されている。

ギャップセンサ３１は、フランジ２６のＹ軸方向に沿う二辺の内側上方にＹ軸方向に互いに離間して２カ所ずつ、合計４箇所配置されており、これらの４個のギャップセンサ３１による測定結果に基づいて図示しない制御装置で演算処理を行うことでマスクＭと基板Ｗとの対向面間の平行度のずれ量を検出することができ、この検出ずれ量に応じて上述した上下微動装置８が制御されてマスクＭと基板Ｗとの対向面間の平行度が確保されるようになっている。

アライメントカメラ３０はフランジ２６のＸ軸方向に沿う二辺の各内側上方でＸ軸方向の略中央部にそれぞれ一カ所ずつ合計２カ所配置されおり、これらの２個のアライメントカメラ３０の画像データに基づいて図示しない制御装置で演算処理を行うことでマスクＭと基板Ｗとの平面ずれ量を検出することができ、この検出平面ずれ量に応じてマスク位置調整手段がマスク保持枠２５をＸ，Ｙ，θ方向に移動させて該マスク保持枠２５に保持されたマスクＭの基板Ｗに対する向きを調整するようになっている。

マスク位置調整手段は、マスクフレーム２４のＹ軸方向に沿う一辺に取り付けられたＸ軸方向駆動装置（図示せず）と、マスク保持枠２５のＸ軸方向に沿う一辺に互いにＸ軸方向に離間して取り付けられた二台のＹ軸方向駆動装置２９（一台のみ図示）とを備えており、Ｘ軸方向駆動装置によりマスク保持枠２５のＸ軸方向の調整を、二台のＹ軸方向駆動装置２９によりマスク保持枠２５のＹ軸方向及びθ軸方向（Ｚ軸まわりの揺動）の調整を行うようになっている。なお、図１において符号２８は、マスク保持枠２５に保持されたマスクＭ上の任意の範囲の露光光を必要に応じて遮光することで露光範囲を制限する遮光ブレードを有するマスキングアパーチャ機構である。

上記構成の近接露光装置を用いて、例えばＹ軸方向にステップ露光を行うには、まず、アライメントカメラ３０で撮像された基板ステージ２側のアライメントマークとマスク保持枠２５に保持されたマスクＭの露光領域に設けられたアライメントマークとのずれ量に応じてマスク位置調整手段がマスク保持枠２５を所定方向に移動させることでマスクＭの向きを調整して基板ステージ２に対するマスクＭの初期位置を合わせ、そのときのマスクＭの姿勢（位置）を図示しない制御装置の記憶領域等に記憶しておく。

次に、基板ステージ２に基板Ｗを搭載して保持し、この状態で上下粗動装置７及び上下微動装置８により基板ステージ２を上昇させてマスクＭと基板Ｗとの対向面間のすき間を所定量に微調整し、基板ＷとマスクＭとを微小すき間を介した状態で照射手段３からパターン露光用の光を透明板ガラス４０を介してマスクＭに向けて照射することで、一層目のマスクパターンを基板Ｗに露光転写する。

次に、上下粗動装置７又は上下微動装置８により基板ステージ２を下降させて基板ＷをマスクＭから離し、この状態でＹ軸ステージ送り機構６で基板ステージ２をマスクＭに対してＹ軸方向に１ステップ量だけ送る。このとき、従来においては、基板ＷをマスクＭから離す際の速度を速くして装置のスループットを上げるようにすると、基板ＷとマスクＭとの間の狭いすき間に急激に空気が流入する流体抵抗により瞬間的に大きな負圧力が発生し、この負圧力でマスクＭがずれてしまう虞れがあることから、露光後に基板ＷをマスクＭからゆっくりと離すようにしており、装置のスループットを低下させる原因になっていた。

しかしながら、この実施の形態では、上述したように、真空吸着枠２６の枠内の略全域に固定配置した透明板ガラス４０と真空吸着枠２６によってマスクＭを真空吸着して保持するようにしているので、マスクＭの保持力が従来に比べて大幅に向上し、露光後に基板ＷをマスクＭから離す速度を速くしてもマスクＭがずれるのを防止することができる。

そして、Ｙ軸ステージ送り機構６で基板ステージ２をマスクＭに対してＹ軸方向に１ステップ量だけ送った後、Ｘ軸レーザ干渉計及びＹ軸レーザ干渉計１８による基板ステージ２のステップ送り誤差の検出信号（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置誤差及びヨーイング誤差）と上記記憶領域に記憶されたマスクＭの初期姿勢情報とに基づいて補正制御手段（図示せず）がステップ送り誤差に応じたマスクＭの向きの補正量を算出し、この算出結果をマスク位置調整手段（及び必要に応じて上下微動装置８）の駆動回路に出力することで、各補正量に応じてマスク位置調整手段等が制御されてマスク保持枠２５を介してマスクＭの向きが調整され、これにより、次ステップ目において基板Ｗに一層目の露光パターンを転写する前に基板ＷとマスクＭとの位置を整合させ、この状態で次ステップ目の露光を行う。

このようにこの実施の形態では、真空吸着枠２６と該真空吸着枠２６の枠内の略全域に固定配置された透明板ガラス４０とによってマスクＭを真空吸着しているので、マスクＭの保持力を従来に比べて大幅に向上させることができ、これにより、露光後に基板ＷをマスクＭから離す速度を速くしてもマスクＭがずれるのを防止することができ、装置のスループットの向上を図ることができる。

また、マスクＭが透明板ガラス４０の下面に沿って吸着保持されるので、大型のマスクＭを保持した場合においても該マスクＭの自重による撓みが防止することができ、これにより、マスクＭの平坦度が向上して焼付けパターンの寸法精度の向上を図ることができる。
更に、真空吸着溝２６ａをマスクＭの上面と透明板ガラス４０の側面に開口させているので、真空吸着溝２６により透明板ガラス４０をマスクＭと共に直接真空吸着しているため、より強固な固定が可能となる。また、透明板ガラス４０にフランジ４１を設け、これを真空吸着枠２６の上面で支持するようにしたことにより、更に確実にマスクＭの撓み及び位置ずれの阻止が図れる。

更に、基板ステージ２をマスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にパターン露光用の光を照射することにより、マスクＭの複数のパターンを基板Ｗ上に露光転写するようにしているので、より小さなマスクＭで大きな基板Ｗへの露光を可能して低コスト化及びパターン精度の高精度化を図ることができ、更には、基板Ｗ上により多彩なパターンの作成を可能にすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、真空吸着枠２６の枠内の略全域に透明板ガラス４０を固定配置した場合を例に採ったが、必ずしもこのようにする必要はなく、真空吸着枠２６の枠内に部分的に透明板ガラスを固定配置するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、各ステージ送り機構の送り手段として、リニアガイドとボールねじを組合せたものを用いているが、必ずしもこれに限定する必要はなく、例えば、送り手段として、リニアモータ等を用いてもよい。
更に、上記実施の形態では、基板ステージ２をＸ軸及びＹ軸方向にステップ移動可能な構成としたが、これに代えて、マスクステージ１を照射手段と共にＸ軸及びＹ軸方向にステップ移動可能な構成としても良い。

更に、上記実施の形態では、基板ステージ２をマスクＭに対して二軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にパターン露光用の光を照射する場合を例に採ったが、これに限定されず、基板ステージ２をマスクＭに対して一軸方向にステップ移動させて各ステップ毎にパターン露光用の光を照射する場合、或いはステップ動作を伴わない一括露光方式の場合にも本発明を適用することができるのはいうまでもない。

本発明の実施の形態の一例である近接露光装置を説明するための一部を破断した説明図である。 図１の部分拡大図である。 図１の矢印Ａ方向から見た図である。 従来の近接露光装置を説明するための説明図である。 従来の問題点を説明するための説明図である。

符号の説明

１ マスクステージ
２ 基板ステージ
３ 照射手段
Ｗ 基板
Ｍ マスク
２５ マスク保持枠
２６ 真空吸着枠
２６ａ 真空吸着溝
４０ 透明板ガラス（透明板部材）

Claims (2)

1. 被露光材としての基板を保持する基板ステージと、露光すべきパターンを有するマスクと、該マスクを真空吸着枠を介して保持するマスク保持枠の向きを調整自在に支持するマスクステージと、前記基板と前記マスクとを微小すき間を介した状態で該マスクのパターンを前記基板に露光転写すべくパターン露光用の光を前記マスクに向けて照射する照射手段とを備えた近接露光装置において、
   前記真空吸着枠の枠内に透明板部材を固定配置し、前記透明板部材と前記マスクとの間の空気を真空吸引することにより、前記真空吸着枠及び前記透明板部材によって前記マスクを真空吸着することを特徴とする近接露光装置。
2. 前記真空吸着枠に設けられた真空吸着溝を前記マスク側の面と前記透明板部材の側面に開口させたことを特徴とする請求項１に記載した近接露光装置。

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