JP2006078673A - 近接露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスクに熱膨張が発生していても、トータルピッチ精度の劣化を防止し、歩留りを向上させる近接露光装置を提供する。
【解決手段】 マスク６の熱膨張による温度変化を計測するマスク温度センサ２２と、ワークステージ４を所定温度まで加熱する電熱装置２６と、電熱装置２６を制御する加熱制御装置２０と、温度コントローラ３０とを備えている。温度コントローラ３０は、マスクの温度変化に基づいてマスクのパターンをワークに露光転写する際の倍率誤差を算出し、この倍率誤差を補正することが可能なワークステージに加えるべき必要熱量を算出し、この必要熱量に応じた制御指令値を加熱制御装置に送る。
【選択図】 図１

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被露光材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、表面に感光剤を塗布した透光性のワーク（被露光材）を近接露光装置のワークステージ上に保持すると共に、該ワークをマスクステージのマスク保持枠に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、マスクのワークから離間する側から照射手段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ワーク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。

この近接露光装置では、露光転写を繰り返し行うと、照射手段の露光用の光の熱による影響をうけてマスクが熱膨張し、マスクのパターンをワークに露光転写する際の倍率誤差が発生し、トータルピッチ精度が劣化するという問題があった。
この問題を解決するものとして、例えば、特許文献１に示すように、マスクの一方の面に恒温風を吹き付け、マスクの温度上昇を防止してマスクの温度分布を均一化することでトータルピッチ精度の劣化を防止する技術が知られている。
特開平１２−０５６４８１号公報

しかしながら、特許文献１の近接露光装置は、マスクに冷却風を吹き付ける際に装置周囲に風の対流が発生し、発塵がマスクとワークの間に入り込むことで、露光不良が発生するおそれがある。
また、マスク及びマスクステージの周囲に発生した風の対流が露光装置内の対流全体にも影響を与えてしまい、例えばワークステージの位置をレーザ干渉計で計測している場合には、レーザ干渉計が計測誤差を発生してしまい、装置の正常動作に影響を与えてしまうおそれがある。
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、マスクに熱膨張が発生していても、装置の動作に悪影響を与えずにパターンの露光転写の倍率誤差を補正することでトータルピッチ精度の劣化を防止し、歩留りを向上させ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。

前記課題を解決するため、本発明の近接露光装置は、被露光材としてのワークをワークステージ上に載置し、露光すべきパターンを有するマスクをマスク保持枠で保持して前記ワークに近接配置し、照射手段から露光用の光を前記マスクに照射することで、前記マスクのパターンを前記ワークに露光転写する近接露光装置において、前記マスクの熱膨張による変化情報を計測するマスク熱膨張計測手段と、前記変化情報に基づいて前記マスクのパターンを前記ワークに露光転写する際の倍率誤差を算出する倍率誤差算出手段と、前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方を所定温度に調整する温度調整手段と、前記倍率誤差を補正することが可能な前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方に加えるべき必要熱量を算出する必要熱量算出手段と、前記必要熱量に応じた温度に前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方が調整されるように前記温度調整手段を制御する温度制御手段とを備えた装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の近接露光装置において、前記マスク熱膨張計測手段を、前記マスクの温度を検知する温度検知手段とし、前記倍率誤差算出手段は、前記温度検知手段で計測した温度変化と、予め記憶しているマスクの熱膨張係数とに基づいて倍率誤差を算出するようにした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の近接露光装置において、前記マスク熱膨張計測手段は、前記マスクのパターンの画像を認識する画像認識手段であり、前記倍率誤差算出手段は、前記画像計測手段で得たパターンの位置変化に基づいて前記倍率誤差を算出するようにした。
さらに、請求項４記載の発明は、前記温度調整手段として、前記ワークステージを所定温度まで加熱するワークステージ加熱部を備え、前記温度制御手段は、前記必要熱量に応じた温度に前記ワークステージが加熱されるように前記ワークステージ加熱部を制御するようにした。

本発明の近接露光装置によると、熱膨張しているマスクのパターンの倍率誤差を、マスクの温度変化、パターンの位置変化等の変化情報から求めるとともに、前記パターンの倍率誤差を補正することが可能な必要熱量をワークステージ及びマスク保持枠の一方に加えて所定温度に調整することで、ワークに所望の倍率のパターンを転写することができるので、マスクの熱膨張によるトータルピッチ精度の劣化を防止し、歩留りを向上させることができる。

以下、本発明に係る近接露光装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、第１実施形態としての近接露光装置の概略構成を示す図である。
本実施形態の近接露光装置は、被露光材としてのワーク２をワークステージ４上に載置し、マスク６をマスクステージ８で保持してワーク２に近接して対向配置し、照射装置１０から露光用の光を前記マスク６に照射することで、マスク６に形成したパターンをワーク２に露光転写する装置である。

図１の符号１２は、ワークステージ４をＹ軸方向に移動させるＹ軸送り台であり、このＹ軸送り台１２上に、ワークステージ４をＸ軸方向に移動させるＸ軸送り台１４が設置されている。また、Ｘ軸送り台１４上に、ワークステージ４がＺ軸方向に移動可能に（マスクに近接、離間する方向）設置されている。そして、ワークステージ４上のワーク２は、ワークチャック等で真空吸引されて保持されている。

マスクステージ８は、略長方形状の枠体からなるマスクフレーム１６と、このマスクフレーム１６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１８とを備えており、マスクフレーム１６は装置ベース（図示せず）から突設された支柱２０によってワークステージ４の上方の定位置に保持されている。

マスク保持枠１８の中央部開口の下面には、内方に張り出すフランジが開口の全周に沿って設けられており、このフランジの下面に、露光すべきパターンが描かれているマスク６がワークチャック等で真空吸引されて保持されている。
マスク６の上方には、マスク６の表面温度を非接触式で計測するマスク温度センサ２２が支持アーム２４に支持されて複数配置されている。支持アーム２４はマスクフレーム１６に連結しながら温度計測装置２２を移動自在なアームであり、露光の開始直前まで温度計測装置２２をマスク６の上方に位置し、露光を開始するときに露光領域からマスク温度センサ２２を退避させることが可能である。

また、ワークステージ４には、電気エネルギを熱エネルギに変換することでワーク２を加熱する電熱装置２６が内蔵されており、この電熱装置２６は、加熱制御装置２０と電気的に接続されている。また、ワークステージ４上には、ワークステージ４の温度を温度コントローラ３０に随時入力するワークステージ温度センサ２８が配置されている。
温度コントローラ３０は、倍率誤差算出部３０ａ、メモリ３０ｂ、必要熱量算出部３０ｃ及び温度制御部３０ｄとで構成されている。

倍率誤差算出部３０ａは、マスク温度センサ２２から入力したマスク６の表面温度と、メモリ３０ｂで記憶しているマスク６の熱膨張係数とに基づき、熱膨張しているマスク６がワーク２に露光転写する際のパターンの倍率誤差を算出する装置である。
必要熱量算出部３０ｄは、倍率誤差算出部３０ａ算出した倍率誤差が解消される（補正される）ようにマスク６の熱膨張量と同一の熱膨張量でワーク２を熱膨張させるために必要な熱量（必要熱量）を算出する装置である。

また、温度制御部３０ｄは、ワークステージ温度センサ２８でワークステージ４の温度を随時計測しながら、必要熱量算出部３０ｄで算出した必要熱量が電熱装置２６で発生するように加熱制御装２０に対して制御指令値を送る装置であり、ワークステージ温度センサ２８によるワークステージ３の温度計測により必要熱量に達した時点で、加熱制御装置２０への制御指令値を停止する。

次に、本実施形態の近接露光装置の動作及び作用について説明する。
前回の露光工程が終了し、次回の露光開始までの時間帯に、マスク６の上方に温度計測装置２２をセットする。温度計測装置２２は、熱膨張したマスク６の表面温度を計測し、温度コントローラ３０にマスク６の表面温度を入力する。温度コントローラ３０の倍率誤差算出部３０ａは、マスク６の表面温度と、メモリ３０ｂで記憶しているマスク６の熱膨張係数とに基づいて、熱膨張しているマスク６のパターンの倍率誤差を算出する。次いで、必要熱量算出部３０ｄは、倍率誤差算出部３０ａで算出した倍率誤差を補正するための必要熱量を算出する。次いで、温度制御部３０ｄは、算出した必要熱量が電熱装置２６で発生するように加熱制御装置２０に制御指令値を送る。そして、ワークステージ３が必要熱量に達したことをワークステージ温度センサ２８により判断した時点で、加熱制御装置２０への制御指令値を停止する。

電熱装置２６によりワークステージ４を介して熱が伝達されたワーク２は、マスク６の熱膨張量と同一の熱膨張量で熱膨張する。
このように、ワーク２が、マスク６の熱膨張量と同一の熱膨張量で熱膨張したときに、マスク６の上方にセットしていた温度計測装置２２を他の位置に退避し、照射装置１０による露光用の光をマスク６に照射することで、マスク６に描かれているパターンをワーク２に露光転写する。そして、ワーク２に露光転写されたパターンは、ワーク２が冷却して収縮したときには所望の倍率となる。

したがって、本実施形態では、熱膨張しているマスク６のパターンの倍率誤差をマスク６の表面温度とマスク６の熱膨張係数とから求め、マスク６のパターンの倍率誤差を補正することが可能な必要熱量をワーク２に加えて加熱することでワーク２に所望の倍率のパターンを転写することができるので、マスク６の熱膨張によるトータルピッチ精度の劣化を防止し、歩留りを向上させることができる。

次に、図３は、第２実施形態としての近接露光装置の概略構成を示す図である。
本実施形態では、第１実施形態でマスク６の表面温度を計測していたマスク温度センサ２２の代わりに、マスク６に描かれているパターンを画像認識する複数台のカメラ３２を用いている。これらカメラ３２は、マスクフレーム１６に連結しながら移動自在な支持アーム２４に連結されている。

本実施形態の温度コントローラ３０を構成する倍率誤差算出部３０ａは、図４に示すように、カメラ３２から画像認識されたマスク６のパターンの熱膨張による位置変化が随時入力され、そのパターンの位置変化をメモリ３０ｂに記憶するとともに、パターンの位置変化に基づいて熱膨張しているマスク６がワーク２に露光転写する際のパターンの倍率誤差を算出している。なお、必要熱量算出部、温度制御部３０ｄは、第１実施形態と同様の制御を行っている。

次に、本実施形態の近接露光装置の動作及び作用について説明する。
前回の露光工程が終了し、次回の露光開始までの時間帯に、マスク６の上方にカメラ３２をセットする。カメラ３２は、画像認識したマスク６のパターンの熱膨張による位置変化を温度コントローラ３０に入力する。温度コントローラ３０の倍率誤差算出部３０ａは、マスク６のパターンの位置変化に基づいて、熱膨張しているマスク６のパターンの倍率誤差を算出する。次いで、必要熱量算出部３０ｄは、倍率誤差算出部３０ａで算出した倍率誤差を補正するための必要熱量を算出する。次いで、温度制御部３０ｄは、算出した必要熱量が電熱装置２６で発生するように加熱制御装置２０の制御を行い、ワークステージ３が必要熱量に達した時点で、加熱制御装置２０への制御を停止する。

電熱装置２６によりワークステージ４を介して熱が伝達されたワーク２は、マスク６の熱膨張量と同一の熱膨張量で熱膨張する。
このように、ワーク２が、マスク６の熱膨張量と同一の熱膨張量で熱膨張したときに、マスク６の上方にセットしていたカメラ３２を他の位置に退避し、照射装置１０による露光用の光をマスク６に照射することで、マスク６に描かれているパターンをワーク２に露光転写する。

本実施形態も、ワーク２に露光転写されたパターンは、ワーク２が冷却して収縮したときには所望の倍率となる。
したがって、本実施形態は、熱膨張しているマスク６のパターンの倍率誤差をカメラ３２の画像認識によるパターンの位置変化から求め、マスク６のパターンの倍率誤差を補正することが可能な必要熱量をワーク２に加えて加熱することでワーク２に所望の倍率のパターンを転写することができるので、マスク６の熱膨張によるトータルピッチ精度の劣化を防止し、歩留りを向上させることができる。

なお、本実施形態のカメラ３２として、マスク６及びワーク２に形成したアライメントマークを撮像してマスク６及びワーク２のアライメントを行うアライメントカメラを使用しても、同様の作用効果を奏することができるとともに、装置の簡便化、装置コストの低減化も図ることができる。
また、第１及び第２実施形態では、ワークステージ４に電気エネルギを熱エネルギに変換することでワーク２を加熱する電熱装置２６を内蔵したが、例えば、恒温循環水をワークステージ４内に循環させて熱エネルギに変換することでワーク２を加熱するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。

さらに、第１及び第２実施形態の装置では、マスク６と同一の熱膨張量となるようにワーク２を加熱する構成としたが、本実施形態の要旨はこれに限定されるものではなく、マスク６を冷却する冷却手段を設け、この冷却手段で必要熱量だけマスク６を冷却して収縮させることでパターンの倍率誤差を補正するようにしても、第１及び第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態である近接露光装置を示す概略構成図である。 第１実施形態においてワークの温度を調整する制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の第２実施形態である近接露光装置を示す概略構成図である。 第２実施形態においてワークの温度を調整する制御部の構成を示したブロック図である。

符号の説明

２ ワーク
４ ワークステージ
６ マスク
８ マスクステージ
１０ 照明装置（照明手段）
１２ Ｙ軸送り台
１４ Ｘ軸送り台
１６ マスクフレーム
１８ マスク保持枠
２０ 加熱制御装置
２２ マスク温度センサ（マスク熱膨張計測手段）
２４ 支持アーム
２６ 電熱装置（ワークステージ加熱部、温度調整手段）
２８ ワークステージ温度センサ
３０ 温度コントローラ
３０ａ 倍率誤差算出部（倍率誤差算出手段）
３０ｂ メモリ
３０ｃ 必要熱量算出部（必要熱量算出手段）
３０ｄ 温度制御部（温度制御手段）
３２ カメラ（マスク熱膨張計測手段）

Claims (4)

1. 被露光材としてのワークをワークステージ上に載置し、露光すべきパターンを有するマスクをマスク保持枠で保持して前記ワークに近接配置し、照射手段から露光用の光を前記マスクに照射することで、前記マスクのパターンを前記ワークに露光転写する近接露光装置において、
   前記マスクの熱膨張による変化情報を計測するマスク熱膨張計測手段と、前記変化情報に基づいて前記マスクのパターンを前記ワークに露光転写する際の倍率誤差を算出する倍率誤差算出手段と、前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方を所定温度に調整する温度調整手段と、前記倍率誤差を補正することが可能な前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方に加えるべき必要熱量を算出する必要熱量算出手段と、前記必要熱量に応じた温度に前記ワークステージ及び前記マスク保持枠の一方が調整されるように前記温度調整手段を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする近接露光装置。
2. 前記マスク熱膨張計測手段は、前記マスクの温度を検知する温度検知手段であり、前記倍率誤差算出手段は、前記温度検知手段で計測した温度変化と、予め記憶しているマスクの熱膨張係数とに基づいて倍率誤差を算出することを特徴とする請求項１記載の近接露光装置。
3. 前記マスク熱膨張計測手段は、前記マスクのパターンの画像を認識する画像認識手段であり、前記倍率誤差算出手段は、前記画像計測手段で得たパターンの位置変化に基づいて前記倍率誤差を算出することを特徴とする請求項１記載の近接露光装置。
4. 前記温度調整手段として、前記ワークステージを所定温度まで加熱するワークステージ加熱部を備え、前記温度制御手段は、前記必要熱量に応じた温度に前記ワークステージが加熱されるように前記ワークステージ加熱部を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の近接露光装置。

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