JP6037019B2 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、プリント基板、ＬＣＤ等の製造に使用される露光装置及び露光方法に関する。特に、マスクサイズが大きくなった場合であっても、マスクの撓みを矯正して、出来上がり品質の向上を図る露光装置及び露光方法に関する。

半導体装置、プリント基板、ＬＣＤ等を製造する場合、所定のパターンを有するガラスマスクを介して、ワーク上に所望のパターンを露光する。ガラスマスクのサイズが大きくなった場合、マスクホルダはガラスマスクを周縁部のみで支持しているので、自重によりガラスマスクに撓みが生じやすい。ガラスマスクに撓みが生じた場合、露光精度が大きく低下する。

そこで、例えば特許文献１には、ガラスマスクを一部とする気密空間を形成し、ガラスマスクの撓み方向に応じて高圧空気を気密空間内に導入すること、あるいは気密空間内の内圧（圧力）を低下させることにより、ガラスマスクの撓みを矯正することができる露光装置が開示されている。また特許文献２にも同様に、マスクと金属薄板との間の密閉空間の空気を排気することにより、マスクと金属薄板とを密着させるフォトマスク密着方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、マスクと光学板との間を通過する流体の流量及び流速を調整することで、マスクの撓み量を調整する露光装置が開示されている。特許文献３では、検出器によりマスクの撓み量を検出し、撓み量に応じてバルブを調整して、マスクと光学板との間を通過する流体の流量を変化させている。

特開２００４−０６９９０２号公報 特開２００４−１３３３０２号公報 特開２００７−１９９５６９号公報

特許文献１及び２では、気密空間（密閉空間）内の圧力制御に、高価なレギュレータ等を用いる必要がある。しかし、マスクのサイズが大きい場合、圧力制御するべきマスク面積が大きくなるので、マスク全面にわたって撓み量を圧力制御で精緻に調整することは困難であり、マスクの撓み量に応じて矯正することが困難であるという問題点があった。

また特許文献３では、光学板に対して、流体の通過を容易にするべく適切な加工を施す必要があり、製造コストが増大するという問題点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、マスクサイズが大きい場合であってもマスクの撓みを適切に矯正することができ、高い精度で露光することができる露光装置及び露光方法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本発明に係る露光装置は、光源と、マスクパターンが設けられた光学板と、該光学板を保持し、前記光学板の前記光源側に気密空間を形成するマスクホルダとを備え、前記光源からの光を前記光学板に照射して、前記マスクパターンをワークに露光する露光装置であって、前記気密空間内の圧力を調整する圧力調整機構と、前記マスクホルダを所定の角度に傾斜させる傾斜機構とを有し、該傾斜機構により前記マスクホルダを所定の角度に傾斜させた状態で前記圧力調整機構により前記気密空間内の圧力を調整した後、前記傾斜機構により前記マスクホルダを元の角度へ戻して露光することを特徴とする。

上記構成では、気密空間内の圧力を調整する圧力調整機構と、マスクホルダを所定の角度に傾斜させる傾斜機構とを有しており、傾斜機構によりマスクホルダを所定の角度に傾斜させた状態で圧力調整機構により気密空間内の圧力を調整した後、傾斜機構によりマスクホルダを元の角度へ戻して露光する。これにより、マスクホルダが傾斜した状態で、例えば露光時のマスクホルダの形状の変位を０に近づけるよう気密空間内の圧力を調整することで、光学板の自重による撓みを矯正することができ、露光時の光学板とワークとの間隔を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

また、本発明に係る露光装置は、前記光学板の形状の変位を検出する変位検出器を備え、該変位検出器により露光時の前記光学板の形状の変位を検出しておき、前記圧力調整機構は、前記傾斜機構による前記マスクホルダの傾斜時に、前記変位検出器により検出された前記光学板の形状の変位を減じるように前記気密空間内の圧力を調整することが好ましい。

上記構成では、マスクホルダの傾斜時に、事前に検出された露光時の光学板の形状の変位を減じるよう、気密空間内の圧力を調整するので、露光時の光学板の形状の変位を小さくすることができ、露光時の光学板とワークとの間隔を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

また、本発明に係る露光装置は、前記マスクホルダの傾斜角度と、露光時の前記光学板の形状の変位を０に近づける前記気密空間内の圧力との関係を事前に記憶しておき、前記圧力調整機構は、記憶された関係に基づいて、露光時の前記光学板の形状の変位を０に近づけるように前記気密空間内の圧力を調整することが好ましい。

上記構成では、マスクホルダの傾斜角度と、露光時の光学板の形状の変位を０に近づける気密空間内の圧力との関係を事前に記憶しておき、記憶された関係に基づいて、露光時の光学板の形状の変位を０に近づけるように気密空間内の圧力を調整するので、光学板の自重による撓みを自動的に矯正することができ、露光時の光学板とワークとの間隔を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

また、本発明に係る露光装置は、前記マスクホルダの傾斜角度を検出する角度センサを備えることが好ましい。

上記構成では、マスクホルダの傾斜角度を検出する角度センサを備えるので、傾斜角度に応じて気密空間内の圧力を調整することができる。したがって、頻繁にマスク交換を行う場合であっても、露光精度を維持することが可能となる。

また、本発明に係る露光装置は、前記圧力調整機構は、前記変位検出器により検出された露光時の前記光学板の形状の変位に基づいて、前記気密空間内の圧力を再調整することが好ましい。

上記構成では、検出された露光時の前記光学板の形状の変位に基づいて、気密空間内の圧力を再調整するので、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

次に、上記目的を達成するために本発明に係る露光方法は、光源と、マスクパターンが設けられた光学板と、該光学板を保持し、前記光学板の前記光源側に気密空間を形成するマスクホルダとを用いて前記光学板の前記マスクパターンをワークに露光する露光方法であって、前記マスクホルダを前記ワークに対して所定の角度傾斜させる傾斜工程と、前記マスクホルダの前記気密空間内の圧力を調整する圧力調整工程と、前記マスクホルダをワークに対して平行に配置する平行配置工程と、前記光源からの光を前記光学板を介してワークに露光する露光工程とを含むことを特徴とする。

上記構成では、マスクホルダをワークに対して所定の角度に傾斜させ、マスクホルダの気密空間内の圧力を調整する。マスクホルダをワークに対して平行に配置し直し、光源からの光を光学板を介してワークに露光する。これにより、マスクホルダが傾斜した状態で、例えば露光時のマスクホルダの形状の変位を０に近づけるよう気密空間内の圧力を調整することで、光学板の自重による撓みを矯正することができ、露光時の光学板とワークとの間隔を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

上記構成によれば、マスクホルダが傾斜した状態で、例えば露光時のマスクホルダの形状の変位を０に近づけるよう気密空間内の圧力を調整することで、光学板の自重による撓みを矯正することができ、露光時の光学板とワークとの間隔を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る露光装置のマスクホルダを傾斜させた状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る露光装置のマスクホルダの傾斜角度と露光時の光学板の最大撓み量（最大変位）との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る露光装置の制御装置に記憶されるデータ構成の例示図である。

以下、本発明の実施の形態に係る露光装置について、図面に基づいて具体的に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る露光装置は、露光精度を高めるために、光学板を保持するマスクホルダを傾斜させた状態で気密空間内の圧力（内圧）を調整した後、マスクホルダを元の角度に戻してマスクパターンをワーク１０に露光する。したがって、本実施の形態１に係る露光装置は、マスクパターンを設けてある光学板を保持するマスクホルダを傾斜させる傾斜機構を、マスクホルダの一端に備えている。図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す模式図である。なお、図１では、ワークとの位置合わせに必要な撮像装置、マーク等は省略し、光学板とワークとの間隔を調整するのに必要な構成についてのみ記載している。

図１において、本発明の実施の形態に係る露光装置１は、光源１００と、マスクパターンが設けられた光学板１１と、光学板１１を保持し、気密空間１２を形成するマスクホルダ１３とを備えている。光学板１１は、マスクホルダ１３の、ワーク１０と対向する側に設けられている。気密空間１２は、光学板１１の光源１００側に形成されている。マスクホルダ１３のワーク１０と対向する側の反対側には、光源１００からの光を透過することが可能な透過ガラス１４が設けてある。

マスクホルダ１３の一端には、気密空間１２内の圧力を調整するべく、気体を供給あるいは排出するためのガス管２８が設けられ、ガス管２８の先端には、制御装置３０で（開閉）動作を制御することが可能なバルブ２６を備えている。バルブ２６の動作を制御することにより、気密空間１２内を気密にするか、開放して室圧（大気圧）にするかを制御することができる。

マスクホルダ１３の他端には、マスクホルダ１３を傾斜させることが可能な傾斜機構２１、例えば回転することが可能な蝶番を備えている。なお、傾斜機構２１には、例えば電動モータ等を備えることが好ましい。制御装置３０により動作を制御することにより、マスクホルダ１３を所望の角度に傾斜させることができるからである。

また、気密空間１２内の圧力を高める高圧空気を供給する高圧空気源２２と、気密空間１２内の圧力を低下させる真空ポンプ２３とが、それぞれレギュレータ２４、２５を介してガス管２８に連結されている。気密空間１２内の圧力は、ガス管２８の中途に設けられた圧力センサ２９で検出する。圧力センサ２９で検出された気密空間１２内の圧力値を示す信号は制御装置３０へ送信され、制御装置３０は、レギュレータ２４、２５及びバルブ２６の動作を制御して気密空間１２内が所望の圧力となるよう調整する（圧力調整機構２０）。

光学板１１には、自重により撓みが生じる。斯かる撓み量は検出器（変位検出器）１５により光学板１１の撓み形状の変位として検出される。一般に光学板１１を水平（傾斜角度０度）に配置した場合、光学板１１の形状の撓み量（変位）は両端において０、中央近傍において最大値となる。しかし、光学板１１を傾斜させた場合、自重のバランスが変動することから、最大値となる位置が変動する、すなわち光学板１１の撓み形状が変化する。本発明では、光学板１１を傾斜させることによる撓み形状の変化を利用して、気密空間１２内の圧力を調整することにより、擬似的に撓みの少ない状態を作り出す点に特徴を有している。

図２は、本発明の実施の形態１に係る露光装置１のマスクホルダ１３を傾斜させた状態を示す模式図である。図２（ａ）から図２（ｅ）まで順に、傾斜角度０度、３０度、６０度、９０度、１８０度の状態を示す。

図２（ａ）に示すように、マスクホルダ１３の傾斜角度が０度である場合、光学板１１を水平に配置している状態なので、光学板１１の撓み量は両端において０、中央近傍において最大値となる。図２（ｂ）、図２（ｃ）とマスクホルダ１３の傾斜角度が増加するのに伴って、光学板１１の自重による撓み形状の変化、すなわち撓み量（変位）が最大値となる位置は中央近傍から傾斜機構２１側へと移動する。

マスクホルダ１３を傾斜させた状態で、バルブ２６を閉じ、レギュレータ２４、又はレギュレータ２５を動作させて気密空間１２内の圧力を調整する。気密空間１２内の圧力を調整した後、マスクホルダ１３を元の角度に戻してマスクパターンをワーク１０に露光する。すなわち、マスクホルダ１３をワーク１０に対して平行となるよう配置し直してから露光する。これにより、光学板１１の撓み量（変位）が光学板１１の面上でおよそ均一になるように容易に調整することができる。図３は、本発明の実施の形態１に係る露光装置１のマスクホルダ１３の傾斜角度と露光時の光学板１１の最大撓み量（最大変位）との関係を示すグラフである。

図３において、最大撓み量（最大変位）は、正の値が光学板１１の形状が上に凸である状態を示し、負の値が下に凸である状態を示している。また△印は、気密空間１２内に圧力をかけない状態、すなわち自然な状態を示している。この場合、バルブ２６は開放されている。

○印は、気密空間１２内に−０．１ｋＰａの圧力を付与している状態、すなわち光学板１１の形状が上に凸になるよう圧力をかけた状態を示している。さらに、□印は、気密空間１２内に−０．０７ｋＰａの圧力を付与している場合の状態、すなわち光学板１１の形状が上に凸になるよう○印で示す状態の圧力よりは小さい圧力をかけた場合の状態を示している。いずれの場合も、バルブ２６は閉じている。

図３からも明らかなように、光学板１１の最大撓み量（最大変位）は、マスクホルダ１３の傾斜角度が大きくなるほど最大値となる位置が大きく（光学板１１の形状が下に凸である状態から上に凸である状態へと）変動している。しかし、気密空間１２内に付与する圧力によっては、最大撓み量が０になる傾斜角度が存在する。例えば、マスクホルダ１３の傾斜角度が６０度である場合、気密空間１２内に−０．０７ｋＰａの圧力を付与したときに最大撓み量がほぼ０となる。したがって、マスクホルダ１３の傾斜角度に応じて、光学板１１の最大撓み量が０となるよう気密空間１２内の圧力を調整することにより、光学板１１の撓みを矯正することができる。

以上のように本実施の形態１によれば、マスクホルダ１３を傾斜させた状態で、例えば露光時のマスクホルダ１３の光学板１１の撓み形状の撓み量（変位）を０に近づけるよう気密空間１２内の圧力を調整することで、光学板１１の自重による撓みを矯正することができ、露光時の光学板１１とワーク１０との間隔（露光ギャップ）を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

もちろん、検出器１５により露光時の光学板１１の撓み形状の変位を検出しておき、検出された撓み形状の変位に基づいて、圧力調整機構２０により気密空間１２内の圧力を再調整しても良い。これにより、高い精度でマスクパターンをワーク１０に露光することが可能となる。

また、検出器１５により露光時の光学板１１の撓み形状の撓み量（変位）を事前に検出しておくことで、傾斜機構２１による傾斜時に、検出した撓み量（変位）を減じる気密空間１２内に付与する圧力が正圧なのか、負圧なのかを事前に把握することができ、レギュレータ２４又はレギュレータ２５のいずれを動作させれば良いのか容易に特定することができるからである。

なお、ワーク１０自体の形状に反り、撓み等が存在する場合、逆に光学板１１の形状をワーク１０の形状と一致させるように、マスクホルダ１３の傾斜角度及び気密空間１２内に付与する圧力を調整しても良い。例えば制御装置３０は、レギュレータ２４、２５及びバルブ２６の動作を制御して、ワーク１０の形状が下に凸である場合には、光学板１１の最大撓み量が負の値となるように気密空間１２内に付与する圧力を調整することで、光学板１１の形状を下に凸である状態にする。同様に、ワーク１０の形状が上に凸である場合には、光学板１１の最大撓み量が正の値となるように気密空間１２内に付与する圧力を調整する。このように、ワーク１０の形状に応じて光学板１１の形状を変化させることができ、マスクパターンの露光精度を高めることが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る露光装置の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本発明の実施の形態２に係る露光装置１は、事前に図３に示すマスクホルダ１３の傾斜角度と露光時の光学板１１の最大撓み量との関係から、マスクホルダ１３の傾斜角度ごとに、露光時の光学板１１の最大撓み量を０にするために気密空間１２内に付与するべき圧力を求めて記憶しておく点で実施の形態１と相違する。

すなわち、本発明の実施の形態２に係る露光装置１は、マスクホルダ１３の傾斜角度ごとに、露光時の光学板１１の最大撓み量を０にするために気密空間１２内に付与するべき圧力を事前に求めておき、制御装置３０のメモリ、記憶装置等に記憶しておく。図４は、本発明の実施の形態２に係る露光装置１の制御装置３０に記憶されるデータ構成の例示図である。

図４の例では、マスクホルダ１３の傾斜角度ごとに、露光時の光学板１１の最大撓み量を０にするために気密空間１２内に付与するべき圧力を求めて記憶している。事前に記憶しておくことにより、傾斜角度に応じた最適な圧力が自動的に付与されるよう制御することも可能となる。

なお、逆に気密空間１２内に付与する圧力から、マスクホルダ１３を傾斜させるべき角度を求めることもできる。この場合、制御装置３０は、マスクホルダ１３の傾斜角度が自動的に調整されるよう、傾斜機構２１の動作を制御する。なお、マスクホルダ１３の傾斜角度は、図１に示す角度センサ２７で検出すれば良い。角度センサ２７の種類は特に限定されるものではなく、例えば傾斜機構２１の回転軸に備えたロータリーエンコーダであっても良い。

以上のように本実施の形態２によれば、マスクホルダ１３の傾斜角度に応じて自動的に気密空間１２内の圧力を調整することができるので、光学板１１の自重による撓みを自動的に矯正することができ、露光時の光学板１１とワーク１０との間隔（露光ギャップ）を一定にすることができる。したがって、マスクパターンの露光精度が高まり、出来上がり品質の向上を図ることが可能となる。

なお、上述した実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができることは言うまでもない。例えば事前に記憶しておくマスクホルダ１３の傾斜角度と、気密空間１２内に付与するべき圧力との関係は、図４に示すように表形式のデータ構成で記憶することに限定されるものではなく、所定の傾斜角度に対する圧力を関数等で記憶するようにしても良い。

なお、上述した実施の形態では、露光装置１内でマスクホルダ１３を傾斜させて圧力を調整した後、元の角度へ戻して露光している。しかし、別の装置でマスクホルダ１３を傾斜させて圧力を調整した後、マスクホルダ１３を露光装置１へ取り付けて露光しても同様の効果を奏することは言うまでもない。

１ 露光装置
１０ ワーク
１１ 光学板
１２ 気密空間
１３ マスクホルダ
１５ 検出器（変位検出器）
２０ 圧力調整機構
２１ 傾斜機構
２４、２５ レギュレータ
２６ バルブ
２７ 角度センサ
３０ 制御装置

Claims (6)

1. 光源と、
   マスクパターンが設けられた光学板と、
   該光学板を保持し、前記光学板の前記光源側に気密空間を形成するマスクホルダと
   を備え、光源からの光を前記光学板に照射して、前記マスクパターンをワークに露光する露光装置であって、
   前記気密空間内の圧力を調整する圧力調整機構と、
   前記マスクホルダを所定の角度に傾斜させる傾斜機構と
   を有し、
   該傾斜機構により前記マスクホルダを所定の角度に傾斜させた状態で前記圧力調整機構により前記気密空間内の圧力を調整した後、前記傾斜機構により前記マスクホルダを元の角度へ戻して露光することを特徴とする露光装置。
2. 前記光学板の形状の変位を検出する変位検出器を備え、
   該変位検出器により露光時の前記光学板の形状の変位を検出しておき、
   前記圧力調整機構は、前記傾斜機構による前記マスクホルダの傾斜時に、前記変位検出器により検出された前記光学板の形状の変位を減じるように前記気密空間内の圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記マスクホルダの傾斜角度と、露光時の前記光学板の形状の変位を０に近づける前記気密空間内の圧力との関係を事前に記憶しておき、
   前記圧力調整機構は、記憶された関係に基づいて、露光時の前記光学板の形状の変位を０に近づけるように前記気密空間内の圧力を調整することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記マスクホルダの傾斜角度を検出する角度センサを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記圧力調整機構は、前記変位検出器により検出された露光時の前記光学板の形状の変位に基づいて、前記気密空間内の圧力を再調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 光源と、
   マスクパターンが設けられた光学板と、
   該光学板を保持し、前記光学板の前記光源側に気密空間を形成するマスクホルダと
   を用いて前記光学板の前記マスクパターンをワークに露光する露光方法であって、
   前記マスクホルダを前記ワークに対して所定の角度傾斜させる傾斜工程と、
   前記マスクホルダの前記気密空間内の圧力を調整する圧力調整工程と
   前記マスクホルダをワークに対して平行に配置する平行配置工程と、
   前記光源からの光を前記光学板を介してワークに露光する露光工程と
   を含むことを特徴とする露光方法。

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