JP2007178819A - 支持機構及び支持機構を使ったマスクステージ - Google Patents

Abstract

【課題】マスク等の平面板を複数の支持体により支持するに際し、自重によるたわみを補償し、平面板を平面を保った状態で支持できるようにすること。
【解決手段】ステージベース１１上に高さが不変の固定式の支持体１と、高さが可変の変位式の支持体２とを合計４個以上設ける。固定式の支持体１は台座の上に回転軸受けを介して取り付けられた真空吸着部を有する。変位式の支持体２は、シャフトを上下動させるエアシリンダと、シャフトの先端に回転軸受けを介して取り付けられた真空吸着部と、シャフトの動きを規制し高さを固定する手段を有する。固定式の支持体１の真空吸着部でマスク２０を裏面から保持してマスク２０を３点で支持するとともに、変位式支持体２のエアシリンダにマスク２０の自重によるたわみをキャンセルするだけの推力を加えてマスク２０を押し上げてその位置で固定し、真空吸着部でマスク２０を裏面から保持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光光を照射してマスクパターンをワークに転写する露光装置や、マスクを介して接着剤が塗布された領域のみに紫外線を照射して２枚のパネルを貼り合せる貼り合せ装置等に適用される、マスク等の平面板を複数の支持体により支持する支持機構およびこの支持機構を使ったマスクステージに関する。

例えば、露光光をパターンが形成されたマスク（レチクルと呼ばれることもある）を介して、感光剤が塗布されたワークに照射してマスクのパターンをワークに転写する露光装置や、液晶パネルの貼り合せ工程等のように遮光部が形成されたマスクを介して接着剤が塗布された領域のみに紫外線を照射し２枚のパネルを貼り合せる貼り合せ装置において、上記パターンや遮光部を形成したマスクは、装置内でマスクステージに固定保持される。 上記マスクを保持するマスクステージは、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３などに記載されている。
特許文献１に記載のものは、マスクステージの周辺部に真空吸着機構を設け、マスクを真空吸着により保持するようにしたものである。
また、特許文献２，３に記載のものは、マスク保持枠、あるいはマスク保持フレームを３点の支持体で支持するようにしたものである。

図６に従来のマスクステージの構成を示す。
マスクステージ１０は、主に、マスク２０を保持するステージベース１１と、ステージベース１１をＸＹθ（マスクの平面内の直交する２方向、およびその平面に直交する軸の回りの回転）、場合によってはＺ方向（マスクの平面に対して直交する方向）にも移動させるステージ移動機構１２とから構成される。
ステージベース１１には、マスク２０を介してワーク（図示せず）に照射される光（露光光・紫外線）が通過する開口１１ａが設けられている。
また、上記開口１１ａの周辺部には、マスク２０を保持するための真空吸着溝１１ｂが形成され、マスク２０の周辺部を吸着することにより、マスク２０をステージベース１１に保持固定する。
マスク２０は、全周にわたってステージベース１１に吸着保持されるので、ステージベース１１の平面度は精度よく加工する必要がある。
ステージベース１１の平面度が悪いと、ワークに転写されるパターンにゆがみが出たり、光が照射される位置がずれたりするなど、露光精度・光照射精度が悪くなる。
特開平１１−１８６１２４号公報 特開平９−２８１７１７号公報 特開平１０−３３５２０４号公報

露光されるワーク（例えばプリント基板）や、貼り合せを行なう液晶パネルは、年々大型化する。例えば、貼り合せを行なう液晶パネル用のガラス基板は、一辺が２ｍを超えるものも出てきた。
ワークが大型化するにつれて、光（露光光・紫外線）を照射する領域も広くなるためマスクも大型化する。マスクが大型化するにつれて、マスクを保持するマスクステージのステージベースも大型化する。
図６に示したような開口を有する大きなステージベース１１は、平面度良く加工することが難しい。開口を有する部材を平面加工することはもともと難しいし、平面加工してから開口を設けようとすると、開口を設ける加工時にそりやゆがみが発生する。
その対策として、ステージベースによりマスクの全周を吸着保持する方法に変えて、前記特許文献２，３に示されるようにステージベースの上に支持体を立て、マスクを３点で支持することが考えられる。

マスクは基本的には平面の板であるから、図７に示すように、ステージベース１１に３本の支持体１３を設け、マスク２０を３点支持すれば、理想的にはマスク２０は平面になるはずである。しかし、マスク２０が大型である場合、３点のみの支持では、図７矢印に示すように、マスク２０の支持されていない部分で自重によるたわみが生じる。マスク２０がたわむと、前記したように転写されるパターンにゆがみが出たり、光が照射される位置がずれたりするなど、露光精度・光照射精度が悪くなる。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、マスク等の平面板を複数の支持体により支持するに際し、自重によるたわみを補償し、平面板を、平面を保った状態で支持できるようにすることである。

上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）平面板を複数の支持体により支持する支持機構において、ベース上に高さが不変の固定式の支持体と、高さが可変の変位式の支持体とを合計４個以上設ける。
上記固定式の支持体は、上記ベース上に取り付けられた台座の上に回転軸受けを介して取り付けられ、上記平面板を裏面から保持する真空吸着部を有し、上記変位式の支持体は、シャフトを上下動させるエアシリンダと、上記シャフトに連結された板状体と、該板状体を介して上記シャフトの位置を一定の位置に保持する保持手段と、上記シャフトの先端に回転軸受けを介して取り付けられ、上記平面板を裏面から保持する真空吸着部とを有する。
（２）上記（１）において、固定式の支持体を３個以下とする。
（３）上記（１）において、支持体の全てを変位式の支持体とする。
（４）上記（１）（２）（３）において、平面板を、パターンを形成したマスクとする。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）高さが不変の固定式の支持体と、高さが可変の変位式の支持体とを合計４個以上設け、この支持体により平面板を支持するようにしたので、大型の平面板を、自重によるたわみを補償しながら表面を平面を保った状態で支持することができる。また、平面板を支持するため大型の平面ステージを使用する必要が無い。
（２）支持体の全てを変位式の支持体とし、変位式支持体を固定式支持体として使用すれば、変位式支持体と固定式支持体という２つの部材を準備する必要がない。
（３）本発明を露光装置のマスクの支持に使用することで、マスクを支持するための大型の平面ステージを使用することなく、大型のマスクを、少ないたわみ量で支持することができる。このため、露光精度・光照射精度の悪化を防ぐことができる。

図１に本発明の実施例のマスクステージ１０の構成を示す。なお、ステージベース１１をＸＹθ（Ｚ）方向に移動させる移動機構は省略している。
ステージベース１１上に、高さが固定の３個の固定式の支持体１と、高さが可変の３個の変位式の支持体２が設けられる。なお、変位式の支持体２の個数は、３個に限るものではなく、マスクの自重たわみに応じて適宜設ける。
図２に固定式の支持体１の構造を示す。
台座１ａの上に回転軸受け１ｂを介して、表面に真空吸着溝１ｄが形成された真空吸着部１ｃが取り付けられている。真空吸着部１ｃには真空配管１ｅが接続されている。台座１ａはステージベースに取り付けられ、真空吸着部１ｃは、ステージベース１１に対して高さ方向が固定されている。

図３に変位式の支持体２の構造を示す。同図は断面図である。
ステージベース１１上にエアシリンダ２ａが設けられる。エアシリンダ２ａは、供給するエアの圧力を変化させることにより、シャフト２ｂが任意の推力で上下する。
エアシリンダ２ａのシャフト２ｂは中間台２ｃに接続されている。エアシリンダ２ａと中間台２ｃの間にはばね２ｇが設けられている。
中間台２ｃの両側には、固定ディスク２ｄ（例えば板ばね）が下方向に伸びて取り付けられ、固定ディスク２ｄの両側にはエアロック機構２ｆのパッド２ｅが設けられている。 エアロック機構２ｆにエアが供給されると、パッド２ｅは図中矢印方向に移動し、固定ディスク２ｄが挟み込まれ固定され、真空吸着部２ｉは上下動できなくなる。
中間台２ｃの上部には回転軸受け２ｈを介し、真空吸着部２ｉが設けられている。真空吸着部２ｉの構造は、固定式の支持体１のものと同様であり、表面に真空吸着溝２ｊが形成され真空配管２ｋが接続されている。

次に、図４により、マスク２０をマスクステージ１０に取り付ける手順を説明する。
図４において、固定式の支持体１は三角形で図示され、変位式の支持体２はＴ字形で図示されている。また、図４では説明の便宜上、固定式の支持体１、変位式の支持体２が直線状に配置されているように示されているが、固定式の支持体１、変位式の支持体２は、図１に示したように、それぞれ三角形の頂点位置に配置されている。
図４（ａ）に示すように、マスク２０は、ステージベース１１上に設けられた３ケ所の固定式の支持体１の真空吸着部１ｃ上に載せられ、保持固定される。このとき変位式支持体２の真空吸着部２ｉは下げられており、マスク２０とは接触しない。
マスク２０の固定式の支持体１に支持されていない部分には自重によるたわみが生じている。
変位式支持体２のエアシリンダ２ａにエアを供給し、図４（ｂ）に示すように真空吸着部２ｉを上昇させる。真空吸着部２ｉはマスク２０の裏面に接し、マスク２０を吸着保持する。この状態で変位式支持体２に、マスク２０に発生している自重によるたわみをキャンセルするだけの推力を加え、マスク２０を押し上げる。

ここで、「自重によるたわみをキャンセルするだけの推力」とは、実際には厳密な計算が必要であるが、次のように説明できる。
例えば６ｋｇのマスクを、３ケ所の固定式支持体と３ケ所の変位式支持体の、合せて６ケ所で支持する場合、理想的には、６ｋｇ÷６＝１ｋｇの１ｋｇが「自重によるたわみをキャンセルするだけの推力」となる。
実際に「自重によるたわみをキャンセルするだけの推力」を求める方法としてはシミュレーションにより、各支持部材１０にかかる重力を計算する方法が考えられる。すなわち、あらかじめ平面板１の大きさと重さおよび支持部材１０の位置に基づいて、各支持部材１０にかかる重力をコンピュータなどを用いて計算する。

例えば、図５は、２４７０ｍｍ×２１７０ｍｍ×１ｍｍで重さ約１４ｋｇの平面板を、６点で支持する場合の、各点にかかる重力のシミュレーションを行なっている図である。 同図は、コンピュータシミュレーションにより、上記平面板を６点で支持する場合に、最もたわみが少なくなる支持点の位置と、各支持点に加わる荷重と、平面板のたわみ量を求めたものである。同図中に示される２．４７ｋｇ，２．１６ｋｇ，…は各支持点に加わる荷重、各支持点を取り囲むように示された線は、変位量が等しい点を結んだ等高線である。
このようにして、コンピュータのシミュレーションにより、あらかじめマスクの大きさと重さおよび支持体の位置に基づいて、各支持体にかかる重力を計算する。ここで、上記計算に際しては、ワークのたわみ量が最も小さくなる支持点を探索し、その支持点にかかる重力を求める。なお、マスクの場合は、マスクステージの中央部に開口が設けられ、支持できる場所はマスクの周辺部なので、この点を考慮して支持点を求める。

計算により得られた各支持部材１０にかかる重力が、例えば２．４７ｋｇ、２．１６ｋｇ、２．４７ｋｇ、２．４６ｋｇ、２．１６ｋｇ、２．４６ｋｇであり、これを３ヶ所の固定式支持体１、３ヶ所の変位式支持体２で支持するとする。
変位式支持体２のエアシリンダ２ａには、その変位式支持体２を設けた位置にかかる重力に相当する推力（保持力）が得られるように、エアを供給する。
エアシリンダ２ａは、供給するエア圧力に対して推力（保持力）は一義的に決まるので、対象となる変位式支持体２にかかる重力が２．４７ｋｇであれば、シリンダに２．４７ｋｇの推力（保持力）が得られる圧力をかけ、重力が２．１６ｋｇであれば、２．１６ｋｇの推力（保持力）が得られる圧力をかける。

エアの圧力は、各変位式支持体２に接続されたエア配管に設けられたレギュレータ（図示せず）により調節する。
変位式支持体２に、上記計算により求めた所定の推力をかけることにより、固定式支持体１にも計算値通りの重力がかかる。
上記のようにマスク２０に自重によるたわみをキャンセルする推力がかかった状態で、変位式支持体２のエアロック機構２ｆを動作させて固定ディスク２ｄをパッド２ｅで挟み、変位式支持体２の高さ方向の位置を固定する。固定式支持部材１と変位式支持部材２には、マスク２０の重さが均等にかかった状態になる。これにより、図４（ｂ）に示したように、マスク２０は上記固定式支持部材１、変位式支持部材２上で平面状に支持される。 以上でマスクのマスクステージへの取り付けは終了する。

なお、上記では変位式支持体２を下げた状態でマスク２０を載置し、マスク載置後に変位式支持体２を所望の推力で上昇させたが、マスク２０を載せる前に、変位式支持体２に計算値から得られた推力を得る圧力を供給して、エアシリンダ２ａを上昇させておき、その上にマスク２０を載置するようにしてもよい。
なお、固定式支持体として図２の構造を例示したが、図３に示した変位式支持体２を固定式支持体として使用することができる。
固定式支持体１は高さ方向が固定され、３点で平面を出すものであるが、図３に示した変位式支持体２も、エアロック機構２ｆにより高さ方向を固定しておけば、固定式支持体１と同じ働きをすることができる。
変位式支持体２を固定式支持体１として使用すれば、変位式支持体２と固定式支持体１という２つの部材を準備する必要がない。

次に、支持体を全て変位式支持体２にした場合の、マスク２０を保持する手段を説明する。
まず、マスクステージ１０にマスク２０を置く。マスク２０は、エアシリンダ２ａが下がった状態の変位式支持体２の真空吸着部２ｉ上に載せられ、保持固定される。
次に、各変位式支持体２のエアシリンダ２ａに、上記の実施例で示した、シミュレーションにより求めたマスク２０の自重たわみをキャンセルする推力が得られる圧力で、エアを供給する。マスク２０は各支持体２の重力バランスが取れた状態で上昇する。
この状態で、エアロック機構２ｆを動作させて固定ディスク２ｄをパッド２ｅで挟み、変位式支持体２の高さ方向の位置を固定する。各変位式支持体２には、マスク２０の重さが均等にかかっている。
例えば、露光装置に取り付けられるマスクは、その平面が、露光光の光軸に対して直交するように設けなければならない。その場合は、マスクステージ１０のステージベース１１にあおり機構を設けて、光軸に対する角度を調整する。

なお、マスク２０を載せる前に、あらかじめ変位式支持体２にマスク載置時と同じ推力を得る圧力を供給して、エアシリンダ２ａを上昇させておき、その上にマスク２０を載置するようにしてもよい。
なお、上記実施例では、本実施例の支持機構を、マスク２０を支持するマスクステージ１０に用いる場合を例にして説明したが、本実施例で示した支持機構を、例えば露光装置において露光光の光路を折り返す反射ミラーを支持する機構としても用いることができる。

本発明の実施例のマスクステージ１０の構成を示す図である。 固定式の支持体の構造を示す断面図である。 変位式の支持体の構造を示す断面図である。 マスクの取り付け手順を示す図である。 各点にかかる重力のシミュレーション結果の一例を示す図である。 従来のマスクステージの構成を示す図である。 マスクを３点で支持する場合を説明する図である。

符号の説明

１ 固定式の支持体
１ａ 台座
１ｂ 回転軸受け
１ｃ 真空吸着部
１ｄ 真空吸着溝
１ｅ 真空配管
２ 変位式の支持体
２ａ エアシリンダ
２ｂ シャフト
２ｃ 中間台
２ｄ 固定ディスク
２ｅ パッド
２ｆ エアロック機構
２ｇ ばね
２ｈ 回転軸受け
２ｉ 真空吸着部
２ｊ 真空吸着溝
２ｋ 真空配管
１０ マスクステージ
１１ ステージベース
２０ マスク

Claims (4)

1. 平面板を複数の支持体により支持する支持機構であって、
   支持体を設けたベースを有し、該支持体は、
   上記ベース上に取り付けられた台座の上に回転軸受けを介して取り付けられ、上記平面板を裏面から保持する真空吸着部を有する高さが不変の固定式の支持体と、
   シャフトを上下動させるエアシリンダと、上記シャフトに連結された板状体と、該板状体を介して上記シャフトの位置を一定の位置に保持する保持手段と、上記シャフトの先端に回転軸受けを介して取り付けられ、上記平面板を裏面から保持する真空吸着部とから構成される高さが可変の変位式の支持体とからなり、
   上記固定式の支持体と変位式の支持体の合計は４個以上である
   ことを特徴とする支持機構。
2. 上記支持体のうち、固定式の支持体は３個以下である
   ことを特徴とする請求項１の支持機構。
3. 上記支持体は、全てが変位式の支持体である
   ことを特徴とする請求項１の支持機構。
4. 上記平面板が、パターンを形成したマスクである
   ことを特徴とする請求項１，２または請求項３の支持機構を使ったマスクステージ。
   
   
   
   
   

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