JP2010054933A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップ拡大による異物影響の減少と、本来の回路結像精度の低下についての両立を図ることが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】マスク受け４上のフォトマスク３Ａと基板ステージ２上のガラス基板１Ｃとの間に形成されるプロキシミティギャップを、フォトマスク３Ａの重心位置となる中央部とフォトマスク３Ａの固定端に近い周縁部では、プロキシミティギャップの大きさを変えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス基板やカラーフィルタ等の面上にパターンを形成する露光装置に関し、特に、ガラス基板とフォトマスクとの間に微小ギャップを形成するプロキシミティ露光装置に関する。

フォトマスクの微細パターンをガラス基板上に投影・転写する露光装置のうち、フォトマスクとガラス基板との間に微小な隙間を設けてマスクパターンをガラス基板上に転写するプロキシミティ方式の露光装置では、フォトマスクとガラス基板との間の隙間を所望のセパレーションギャップになるよう位置決め制御が行われている。

ＬＣＤなどのディスプレイの大型化・高精細化により、フォトマスクが大版化されるに伴い、フォトマスクの周縁部をマスクホルダによって吸着保持されるが、フォトマスク自体の自重によって重力方向にたわむ。そこで、フォトマスクのたわみをマスクホルダによって補正することが行われている。

従来、フォトマスクに生じるたわみを補正するために、負圧を利用して、フォトマスクを重力方向とは反対方向へ浮上させるようにしたマスク保持装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

これは、マスクホルダにおいて、マスク吸着路でフォトマスクを吸着保持し、かつ、エアー吸引路で気密室内のエアーを吸引する場合に、エアー導入路によって外部エアーをマスク吸着路と気密室とに導入することにより、気密室内の気圧をフォトマスクの自重と釣り合う圧力に制御するものである。
特開２００３−１３１３８８号公報

フォトマスクに異物が付着していると、異物の影がガラス基板上のレジストに投影される。これによりレジスト現像後にレジストが残り（ポジレジストの場合に残る）、基板不良となる。そのため、フォトマスクの清浄化が徹底されるが、異物を全くゼロにすることは不可能である。

そこで、フォトマスクとガラス基板とのセパレーションギャップを調整して、
ガラス基板上の異物の影の解像度を低下させて、レジストの残りが可能な限り少なくなるように露光装置を調整していた。セパレーションギャップの拡大には回路の露光にも影響し、解像度が低下する。そのためセパレーションギャップ拡大はある程度が限度であり、歩留り改善もこれに伴いある程度しか向上しなかった。

特許文献１記載の技術はフォトマスクのたわみ補正機能に関するもので、ディスプレイの高精細化によって、より重要となるフォトマスクへの異物付着による歩留まり低下へは対応できるものではなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、セパレーションギャップ拡大による異物影響の減少と、本来の回路結像精度の低下についての両立を図ることが可能な露光装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、パターン形成用のフォトマスクを保持すると共に該フォトマスクの上面に気密室を有するマスクホルダと、
露光対象のガラス基板を保持すると共に前記マスクホルダに対して接離する方向に相対的に移動することによって前記ガラス基板と前記フォトマスクとの間にプロキシミティギャップを形成する基板ステージと、
前記気密室内の圧力を調整して前記フォトマスクを変形させ、前記フォトマスクの重心位置でのプロキシミティギャップを前記フォトマスクの固定端でのプロキシミティギャップよりも大きく設定する制御部とを具えたことを特徴とするプロキシミティ露光装置が提供される。

本発明によれば、フォトマスク中央部に付着した異物による影響を減少させ、歩留まりを改善させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置の概略構成を示す略断面図である。プロキシミティ露光装置は、ローダユニット５、基板搬入ユニット６及びアライメントステージユニット７、図示しない基板搬出ユニットやアンローダユニットなどから構成されている。ローダユニット５は、ガラス基板１Ａを基板搬入ユニット６へ順次供給するものである。ローダユニット５は、例えばインライン対応ローラコンベア方式を採用することができる。ローダユニット５には、水冷のローダクリーニングプレート５１が設けられている。ローダクリーニングプレート５１は、ローダユニット５内を上下方向に移動可能で、上昇時にガラス基板１Ａに接触して水冷を行うようになっている。

基板搬入ユニット６は、Ｘ軸テーブル・θ軸テーブル・Ｙ軸テーブルで構成されており、ローダユニット５上のガラス基板１Ａを基板搬入ユニット６の上部に設けられた基板ローダセンタリングユニット９に搬入する。基板ローダセンタリングユニット９は、アライメントステージユニット７に搬入前のガラス基板１Ｂのセンタリングを行うものである。基板ローダセンタリングユニット９上でセンタリング位置決めされたガラス基板１Ｂは、アライメントステージユニット７の基板ステージ２上に搬入される。Ｘ軸テーブルは、基板ステージ２をＸ方向に移動させるものである。Ｙ軸テーブルは、基板ステージ２をＹ方向に移動させるものである。θ軸テーブルは、基板ステージ２をＺ軸周りのθ方向へ回転させるものである。基板搬入ユニット６のＸ軸テーブル及びθ軸テーブルは、例えばリニアモータで駆動され、Ｙ軸テーブルはサーボモータで駆動される。

図１に示すように、基板ローダセンタリングユニット９の上部には、恒温送風ユニット（ＨＥＰＡユニット）８が配設されている。恒温送風ユニット８は、微粒子を集塵可能なフィルタを介して、設定温度に調整されたエアーをガラス基板１Ｂにダウンフローして、基板ステージ２に搬入される前のガラス基板１Ｂを冷却する。

アライメントステージユニット７は、基板ステージ２、チルティングＺステージ１０及びガラス基板アライメントステージ１１などで構成される。基板ステージ２は、基板搬入ユニット６から搬入されて来たガラス基板１Ｃを吸着保持する。チルティングＺステージ１０は、基板ステージ２を平行に昇降する粗動ステージと、ガラス基板１Ｃをチルティングしてプロキシミティギャップ制御を行う３点接触型のチルト駆動モータとから構成される。ガラス基板アライメントステージ１１は、Ｘ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを駆動して、後述するマスクホルダ３のフォトマスク３Ａに対してガラス基板１Ｃをアライメントする。アライメントは、例えばフォトマスク３Ａ及び基板ステージ２上のガラス基板１Ｃに設けられたアライメントマークをＣＣＤなどを用いて検出する。検出結果からアライメントマークのずれ量を求め、ガラス基板アライメントステージ１１のＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル、θ軸テーブルを駆動してずれ量を補正することにより、フォトマスク３Ａとガラス基板１Ｃとを高精度に重ね合わせる。

図２は、プロキシミティ露光装置に適用されるフォトマスクの斜視図である。マスクホルダ３は、ガラス基板１Ｃよりもサイズの大きな正方形状の大版のフォトマスク３Ａと、このフォトマスク３Ａと略同一サイズに形成されたガラス板などからなる透光性の上板３Ｂと、金属や樹脂などからなる枠型形状のスペーサ３Ｃなどから構成される。マスクホルダ３は、フォトマスク３Ａと上板３Ｂとをスペーサ３Ｃを介して気密に結合することによって、フォトマスク３Ａと上板３Ｂとの間に露光光導入用の気密室３Ｄを有する箱型に形成されている。気密室３Ｄは、スペーサ３Ｃの内側に形成されるもので、スペーサ３Ｃの下面（ガラス基板１Ｃに対向する面）の周縁部にフォトマスク３Ａの周縁部を周知の手法で気密に結合し、スペーサ３Ｃの上面（ガラス基板１Ｃに対向する面と反対側の面）の周縁部に上板３Ｂの周縁部を周知の手法で気密に結合している。フォトマスク３Ａのガラス基板１Ｃ側のフォトマスク面には、ガラス基板１Ｃに転写すべき所定のマスクパターン（回路パターン）が設けられる。

図３は、本実施形態に係るプロキシミティ露光装置におけるマスク保持装置の構成例を示す略断面図である。

上記した構成のマスクホルダ３は、図３に示されるように、基板ステージ２の上方で所定位置に設けられたマスク受け４に固定される。マスクホルダ３において、スペーサ３Ｃのフォトマスク３Ａ側の周縁部がマスク受け４の上面に載置され、該スペーサ３Ｃの周縁部をマスク受け４に設けられた吸着溝４Ａによって吸着固定される。

図３に示すように、マスク保持装置１２は、マスクホルダ３の気密室３Ｄ内の圧力変化を検出する圧力検出センサ１２Ａと、フォトマスク３の気密室３Ｄ内の圧力を調整する制御部１３などを備えている。圧力検出センサ１２Ａは、マスクホルダ３の上板３Ｂを通して気密室３Ｄ内の圧力変化を検出する。圧力検出センサ１２Ａからの信号は、制御部１３の圧力制御部１３Ｂ１に送出される。圧力制御部１３Ｂ１は、空気圧源１３Ｂ２を介して圧力調整バルブ１３Ｂ３を制御するもので、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどからなるメモリ部、Ａ／Ｄ変換回路やＤ／Ａ変換回路などの信号処理回路などで構成することができる。メモリ部にはフォトマスクをたわませる変形処理に必要とされる各種データやプログラムなどが記憶される。ＣＰＵはメモリ部に記憶されているプログラムを実行してフォトマスクを上板３Ｂ側に凹ませる変形処理を行う。

気密室３Ｄ内のエアーは、スペーサ３Ｃに設けられた吸気口３Ｃ１、吸気口３Ｃ１に接続された吸気パイプ３Ｅ、吸気パイプ３Ｅに接続された圧力調整バルブ１３Ｂ３などを通して、真空ポンプなどの真空源（図示しない）によって吸引される。圧力調整バルブ１３Ｂ３は、空気圧源１３Ｂ２から供給される供給圧に応じて内部のエアー通路の開閉量を調節することによって気密室３Ｄから吸引されるエアーの吸引量を調整する。なお、スペーサ３Ｃには、密閉室３Ｄ内にエアーを供給する送気口３Ｃ２が形成されている。送気口３Ｃ２には、送気パイプ３Ｆを介して圧力調整バルブ１３Ｂ４が接続されている。圧力調整バルブ１３Ｂ４は送気口３Ｃ２から密閉室３Ｄ内にエアーが入り込まないように内部のエアー通路が閉じられている。

上記したマスク保持装置１２において、フォトマスクのガラス基板１Ｃに対向した面に異物が付着した場合の影響について考察する。図４は、プロキシミティギャップと異物の結像解像度の関係を模式的に説明する図である。図４(a)に示すように、フォトマスク側から露光光を照射した場合、フォトマスクとガラス基板までのプロキシミティギャップが小さい場合には、解像度(ＭＴＦ)が高くなることがわかる。そのため、異物の周囲はぼやけるものの、見えなくなる限界には達しない。その結果、異物の像がガラス基板上に投影・転写され、レジスト現像後にレジスト（ポジレジスト）が残り、そのガラス基板は、不良品となる。

一方、図４(ｂ)に示すように、プロキシミティギャップが大きい場合には解像度(ＭＴＦ)が低くなるので、微小な異物がガラス基板上に投影・転写されることはなく、現像後にも、異物による不要なレジストは残らない。

また、露光光は、フィラメント等の光源を出た光を例えば球状のレフレクタで反射させてフォトマスクに照射される。したがって、フォトマスクに照射される露光光は、大版のフォトマスクになればなるほど、厳密な意味での平行光とは言えなくなる。すなわち、フォトマスクの中央部とフォトマスクの固定端に近い周縁部では、露光による解像度に違いが生じ、周縁部では解像度が劣化する。

本実施形態においては、図３に示すように、気密室３Ｄの内部圧力を負圧としてフォトマスクの自重によるたわみを解消させるのではなく、更に減圧して、フォトマスクを上板３Ｂ側に凹ませている。すなわち、マスク受け４上のフォトマスク３Ａと基板ステージ２上のガラス基板１Ｃとの間に形成されるプロキシミティギャップを、フォトマスクの重心位置となる中央部とフォトマスクの固定端に近い周縁部では、プロキシミティギャップの大きさを変えている。例えば、縦横のサイズが５００ｍｍ×６００ｍｍのフォトマスクにおいて、周縁部では、プロキシミティギャップの大きさを約１０〜６０μｍとすると好適であり、約３０μｍとするとより好適である。また、中央部ではプロキシミティギャップの大きさを約３０〜１２０μｍに拡大すると好適であり、約１００μｍに拡大するとより好適である。尚、本実施形態に係るプロキシミティ露光装置では、いわゆるプリアライメントを行った後に、上記したようにフォトマスクの重心位置となる中央部でのプロキシミティギャップを大きく設定するのが好適である。

このようにプロキシミティギャップを設定後、光源から露光光をマスクホルダ３の上部に上板３Ｂ及び気密室３Ｄを通してフォトマスク３Ａに照射する。これによって、フォトマスク３Ａのマスクパターンがガラス基板１Ｃに転写される。

本実施形態によれば、フォトマスクの全面で露光解像度を均一化しつつ、フォトマスク中央部の微小な異物の影響を排除することができる。

尚、フォトマスクのたわみ量の測定には、例えば干渉測長計でフォトマスクの固定端の近傍とフォトマスクの重心位置に相当する中央部を測定することができる。言うまでもないが、測定後は干渉測長計を露光面から待避させ、露光時には干渉測長計によって露光光を遮光されないようにする必要がある。

また、フォトマスクの大きさ、フォトマスクの厚さに応じて、予めマスクホルダの気密室の負圧とたわみ量は実験的に求めることができる。このフォトマスク寸法とマスクホルダの負圧をパラメータとして、フォトマスクたわみ寸法の実験結果をマップデータとして保有し、所望のプロキシミティギャップにセットするための制御を行うこともできる。上記したメモリ部にはフォトマスクを所望のたわみ量にする変形処理に必要とされる各種データやプログラムなどが記憶されるのが好適である。ＣＰＵはメモリ部に記憶されているプログラムを実行し、制御部によって、フォトマスクの重心位置でのプロキシミティギャップの大きさを適宜設定する。

なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係るプロキシミティ露光装置の概略構成を示す略断面図である。 プロキシミティ露光装置に適用されるフォトマスクの斜視図である。 本実施形態に係るプロキシミティ露光装置におけるマスク保持装置の構成例を示す略断面図である。 プロキシミティギャップと異物の結像解像度の関係を模式的に説明する図である。

符号の説明

１Ｃ・・・ガラス基板、２…基板ステージ、３…マスクホルダ、３Ａ…フォトマスク、３Ｂ…上板、３Ｄ…気密室、４…マスク受け、１２…マスク保持装置、１３・・・制御部。

Claims (5)

1. パターン形成用のフォトマスクを保持すると共に該フォトマスクの上面に気密室を有するマスクホルダと、
   露光対象のガラス基板を保持すると共に前記マスクホルダに対して接離する方向に相対的に移動することによって前記ガラス基板と前記フォトマスクとの間にプロキシミティギャップを形成する基板ステージと、
   前記気密室内の圧力を調整して前記フォトマスクを変形させ、前記フォトマスクの重心位置でのプロキシミティギャップを前記フォトマスクの固定端でのプロキシミティギャップよりも大きく設定する制御部とを具えたことを特徴とするプロキシミティ露光装置。
2. 前記制御部は、前記気密室内の圧力変化を検出する圧力検出センサと、前記気密室内の圧力を調整する圧力調整バルブとを有していることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティ露光装置。
3. 前記制御部は、前記フォトマスクの寸法と前記マスクホルダの負圧をパラメータとした前記フォトマスクの変形量をマップデータとして保有することを特徴とする請求項１または２に記載のプロキシミティ露光装置。
4. 前記フォトマスクと前記ガラス基板との間のプロキシミティギャップを検出する検出部をさらに具えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。
5. 前記フォトマスクの重心位置でのプロキシミティギャップを３０〜１２０μｍ、前記フォトマスクの固定端でのプロキシミティギャップを１０〜６０μｍに設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプロキシミティ露光装置。

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