JP2005164878A

JP2005164878A - 露光装置

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Publication number: JP2005164878A
Application number: JP2003402458A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Kiwamu Takehisa; 究武久; Shiro Moriyama; 司郎森山; Shunichi Sasaki; 俊一佐々木; Masataka Hirose; 正孝廣瀬; Mamoru Ishii; 守石井; Tomoyuki Sugaya; 智幸菅谷; Masako Kataoka; 昌子片岡; Motohiro Umetsu; 基宏梅津
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】軽量化された露光装置を提供すること
【解決手段】本発明は、マスク１上のパターンを基板５上に転写露光するために、マスク、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１００に適用される。特に、ステージ部材をハニカム構造セラミックス体により構成し、該ハニカム構造セラミックス体の空隙部を四角柱形状とした。
【選択図】図１

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で移動可能にされている。

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に関しては、例えば特許文献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ムク構造体、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。
特開平１１−２２３６９０号公報特許第３２６０３４０号公報

そこで、本発明の課題は、軽量化された露光装置、特に液晶パネル製造用に適した露光装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、上記課題を共振周波数の低下をきたさずに実現することにある。

本発明によれば、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、前記ステージ部材はハニカム構造セラミックス体を含み、該ハニカム構造セラミックス体の空隙部が四角柱形状により構成されていることを特徴とする露光装置が提供される。

なお、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よりなることが好ましい。

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であることが望ましい。

さらに、前記ステージ部材を構成するセラミックスが、負の熱膨張係数を有するＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物と正の熱膨張係数を有するＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における熱膨張係数が−０．１〜＋０．１×１０^-6／℃であり、密度が２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³であり、ヤング率が１３０〜１６０ＧＰａであることが好ましい。

また、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が好ましい。

さらに、前記ステージ部材は、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することが好ましい。

本発明の他の態様によれば、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、負の熱膨張係数を有するＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物と正の熱膨張係数を有するＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における熱膨張係数が−０．１〜＋０．１×１０^-6／℃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提供される。

なお、上記他の態様における前記ステージ部材は、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が好ましい。

また、上記他の態様における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。

本発明によれば、ステージ部材を、ハニカム構造セラミックス体を含む構成し、該ハニカム構造セラミックス体の空隙部を四角柱形状とすることにより、軽量化を行ってもムク構造体と比較して同等以上の共振周波数を得ることが可能となる。これに対し、六角柱または三角柱形状のハニカム構造セラミックス体では共振周波数が低下し、かつ、たわみの量も大きいという知見が得られた。

さらに、ステージ部材の構成材料として、低密度かつ低熱膨張材料であるＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物とＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料を用いることにより、熱膨張による影響を無くすことが出来る。

従って、本発明による露光装置は、熱膨張による影響を受けることなく高速・高精度の露光を行うことが出来る。

特に、本発明を液晶パネル製造用露光装置に適用した場合には、従来の液晶パネル用露光装置に比べて、重量が大幅に低減されているだけでなく、重量が低減されることでステージの移動反転時に発生する反力も大幅に低下するため、クリーンルームにおいて液晶パネル用露光装置を設置する場所の構造を強化する必要がなくなる。これによって液晶パネル用露光装置の設置場所をクリーンルーム内で移動したり、台数を増やしたりすることが容易になり、生産性にフレキシビリティが得られるようになる。

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は本発明の実施の形態としての液晶パネル用露光装置１００の構造図である。回路パターンが描かれたマスク１は、マスクステージ２におけるステージ台３ａ上に固定されている。ステージ台３ａはステージガイド４上に載せられており、図１に示されたＸ方向に往復移動出来る構造になっている。すなわち、ステージ台３ａはスキャン方向１０ａにスキャン出来るようになっている。

一方、基板ステージ１２においては、基板５がステージ台３ｂ上に固定されている。ステージ台３ｂはステージガイド６ａ上で図１に示されたＹ方向に往復移動（ステップ状移動）出来る構造になっている。すなわち、ステージ台３ｂはステージガイド６ａ上でステップ方向１１にステップ移動出来るようになっている。さらに、ステージ台３ｂを搭載したステージガイド６ａはステージガイド６ｂ上でＸ方向に往復移動、つまり上述したスキャン方向１０ａと同じスキャン方向１０ｂにスキャン出来る構造になっている。

ステージ台３ａ、３ｂ、ステージガイド６ａの駆動には、ボールネジ機構やリニアモータ等の駆動手段が用いられ、それぞれの移動部は静圧軸受等の軸受手段で支持された状態で移動可能にされているが、これらの駆動手段、軸受手段は本発明の要旨ではないので、詳しい説明は省略する。

マスク１上の回路パターンにおける一部分の像は、台形ミラー７、凸面鏡８、凹面鏡９で反射して、再び台形ミラー７に当たることで、基板５の上に転写される。マスク１と基板５がどちらもＸ方向にスキャンし、１回スキャンした後に、ステージ台３ｂがＹ方向にステップする。これを繰り返すことで、マスク１上の回路パターン全体が基板５に転写露光される。

本実施の形態におけるマスクステージ２と基板ステージ１２の構成材料は、軽量化を実現すると共に、熱膨張による影響を受けることなく高精度の露光を可能とするために、低密度かつ低熱膨張材料が好ましい。例えば、Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物とＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料は、２３℃における密度２．４５〜２．５５ｇ／ｃｍ³、熱膨張係数−０．１〜＋０．１×１０^-6／℃であることから最も好ましい。

次に、本発明の液晶パネル用露光装置におけるステージ材の構造を説明するために、一例として、液晶パネル用露光装置１００のステージ台３ｂの構造を図２を用いて説明する。

ステージ台３ｂは、ハニカム構造体３１の上下両面にセラミックスパネル３２ａ、３２ｂを接合したものである。ハニカム構造体というのは、図２の分解平面図と図３の断面図とから明らかなように、厚さ方向に貫通する多数の孔３１−１を持つ、いわゆるハニカム状の部材である。本ハニカム構造体３１においては、孔３１−１の形状を四角形状にしており、後述する理由により、この孔３１−１の形状が重要である。

このようなステージ台３ｂの製造方法の一例を説明すると、以下の通りである。

１．Ｌｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物８０ｗｔ％とＳｉＣ２０ｗｔ％とを混合・粉砕後、ＰＶＡ系バインダー２ｗｔ％を添加して顆粒とする。

２．ＣＩＰ成形により平板成形体に加工した後、脱脂・１３５０℃窒素雰囲気中で焼成し、セラミックスパネル３２ａ、３２ｂを作製した。

３．ハニカム構造体３１も上記と同組成の坏土を用いて押出成形により成形した後焼成することにより作製した。

４．得られたハニカム構造体３１及びセラミックスパネル３２ａ、３２ｂに接合剤をスクリーン印刷により塗布した。なお、接合剤はＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物とＳｉＣの複合材料に窒化物を添加したものを使用した。

５．ハニカム構造体３１とセラミックスパネル３２ａ、３２ｂを組合せた後、熱処理を行って接合を行い、ステージ台３ｂを作製した。

ここで、ハニカム構造体３１とセラミックスパネル３２ａ、３２ｂの接合は、高接合強度、高ヤング率、ステージ材と同等の熱膨張係数が必要である。これに対し、有機系接着剤ではヤング率に問題がある一方、ガラスでは接合強度に問題があり、また金属ロウではステ一ジ材との熱膨張差に問題があることから、接合には無機系接合剤が必要である。特に、ステージ材との熱膨張の整合をとるため、ステージ材と同系統のセラミックス材料を接合剤とすることが望ましい。

特に、低熱膨張材料であるＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物とＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料の場合、窒化物を添加することにより融点を低下させることができ、低融点化した低熱膨張材料を接合剤として使用することにより、接合強度、ヤング率、熱膨張の問題が解決される。

ところで、本ステージ台を真空装置内で使用する場合は、孔３１−１がセラミックスパネル３２ａ、３２ｂで封止されているので、孔３１−１の内外で圧力差が生じる。例えば、上記５における接合を１３５０℃で行った場合、室温ではハニカム孔内部は約１／３気圧になるので、大気からの圧力が（２／３）ｋｇ／ｃｍ²加わることになる。このステージを真空中で使用する時には孔から外部に向けて（１／３）ｋｇ／ｃｍ²の力が加わることになる。このような圧力に耐えられずにステージのどこかが破断し、孔内の汚染された空気が外へ洩れ出ることは防止しなければならない。このため、上記の圧力に耐えて気密を保持できるように、ステージに機械的強度を持たせる必要がある。例えば、ハニカム構造体３１の外周部分を厚く設計しても良い。ハニカム外周部分の厚さＴ１（図２参照）は孔３１−１の形状により異なるが、孔３１−１のサイズが２０×２０×５０（高さ）ｍｍの場合、外周部分の厚さＴ１は１ｍｍ以上必要である。勿論、外周部分を厚くせずに、ステージ台の外周部（四周）に別途側壁を形成しても良い。

また、孔３１−１の内外に圧力差を発生させないようにするために、孔３１−１を形成している壁に空気穴を形成しても良い。つまり、ハニカム構造体３１のすべての孔３１−１を相互に連通させると共に、構造体外と連通させることの出来るような空気穴を形成する。この場合、空気穴のサイズは、孔３１−１内の圧力を周辺と瞬時に同じとすると共に、孔３１−１内の洗浄を行う必要があることを考慮して、直径２ｍｍ以上が好ましい。

孔３１−１の一辺は５〜２０ｍｍで後に述べる効果に大差がないことがわかった。孔３１−１を形成している壁の厚さＴ２（図２参照）は０．５ｍｍ以上、特に１ｍｍ以上、５ｍｍ以下が望ましい。これは、０．５ｍｍ以下の場合、セラミックスパネルに対する接合面の加工時、欠け等が発生して接合面積が減少し、接合強度が低下する可能性があるからである。

ハニカム構造体３１は全面がハニカム構造である必要は無く、軽量化の観点から図２に一点鎖線で示すように、中央部に開口が設けられても良い。この場合、セラミックスパネル３２ａ、３２ｂにも、図２に一点鎖線で示すように、同様の開口が設けられる。

図２は、ハニカム構造体３１の平面形状がセラミックスパネル３２ａ、３２ｂの平面形状と同形状の場合であるが、大きなサイズを要求される場合には、１００×１００〜２００×２００ｍｍのハニカム構造体を複数枚、横に並べて用いるようにしても良い。この場合、ハニカム構造体同士の側面を上記と同様の方法で接合しても良いが、離した状態で上下のセラミックスパネルに接合するようにしても良い。勿論、セラミックスパネルについても、上記と同様の接合方法で複数枚のパネルを面一になるように貼り合わせて大面積にするようにしても良い。

図４は、４枚のハニカム構造体４１を用い、これらの相互間隔Ｔ３を１０ｍｍ以下として、セラミックスパネル４２ａ、４２ｂと接合するようにした例である。このように分離しても良い理由は、ハニカム構造体４１の間隔を１０ｍｍ以下にすると共振周波数の低下が生じないからである。このようなステージ材の材料及び作製方法は、上記した材料及び作製方法と同じである。

次に、上記のようにして得られたステージの共振周波数について、衝撃振動試験法により測定を行った。つまり、上記の作製方法により、孔３１−１の形状の異なるステージ（１００×１００ｍｍ）（セラミックスパネルの厚さ５ｍｍ、ハニカム構造体の厚さ３０ｍｍ）を作製して共振周波数を測定した。なお、孔３１−１は、体積割合３３％、孔３１−１を形成している壁の厚さＴ２＝２．２５ｍｍとし、形状は四角形（実施例）、六角形（比較例１）、三角形（比較例２）とした。また、比較例３として厚さ４０ｍｍのムク構造体（緻密体）を用いた。実施例、比較例１、２共に、ステージ重量は比較例３のムク構造体に比較して１／２とした。また、たわみ解析も行った。

測定結果を以下の表１に示す。

以上の測定結果より、四角形の孔によるハニカム構造体を採用したことにより、ステージ材の総重量を１／２に低減してもムク構造体と同等以上の共振周波数が得られる。しかも、たわみ量も他の形状よりも小さい。なお、ステージ材の総重量が、ムク構造体と比較して１／２を超えると軽量化のメリットが無くなり、１／４未満では共振周波数が低下して、ステージの位置決め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。

なお、本発明によるステージ材は、図１で説明したステージ台３ｂのみならず、ステージ台３ａ、ステージガイド４、６ａ、６ｂにも適用可能であることは言うまでも無い。

図５は、本発明を、図１で説明した基板ステージ１２と同様の基板ステージに適用した例の概略構成を示す。本基板ステージ２００は、図１のステージガイド６ｂに対応するベース５０と、図１のステージガイド６ａに対応するステージ６０と、図１のステージ台３ｂに対応するステージ台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はいずれも前述した作製方法により作製されたセラミックス部材を用いるが、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。

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、図１に示されるような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。

本発明は、露光装置全般に適用可能である。

本発明の実施の形態による液晶パネル用露光装置の概略構成を示した図である。図１に示されたステージ台の組立て前の構造を説明するための図である。図１に示されたステージ台の組立て後の断面構造を示した図である。本発明によるステージを複数枚のハニカム構造体を使用して作製する場合の組立て前の構造を説明するための図である。本発明を、図１で説明した基板ステージと同様の基板ステージに適用した例の概略構成を示した図である。

符号の説明

１マスク
２マスクステージ
３ａ、３ｂ、７０ステージ台
４、６ａ、６ｂステージガイド
５基板
７台形ミラー
８凸面鏡
９凹面鏡
１０ａ、１０ｂスキャン方向
１１ステップ方向
１２基板ステージ
３１、４１ハニカム構造体
３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂセラミックスパネル
５０ベース
６０ステージ
１００液晶パネル用露光装置
２００基板ステージ

Claims

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において、
前記ステージ部材はハニカム構造セラミックス体を含み、該ハニカム構造セラミックス体の空隙部が四角柱形状により構成されていることを特徴とする露光装置。
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。
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。
前記ステージ部材を構成するセラミックスが、負の熱膨張係数を有するＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物と正の熱膨張係数を有するＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における熱膨張係数が−０．１〜＋０．１×１０^-6／℃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１〜３のいずれかに記載の露光装置。
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。
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５に記載の露光装置。
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、負の熱膨張係数を有するＬｉ−Ａｌ−Ｓｉ酸化物と正の熱膨張係数を有するＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄の少なくとも一方とからなる複合材料からなり、かつ、前記複合材料の２３℃における熱膨張係数が−０．１〜＋０．１×１０^-6／℃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。
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７に記載の液晶パネル用露光装置。
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７または８に記載の液晶パネル用露光装置。