JP2007322896A - 露光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板露光時において、ワークチャックに作用するシリンダの操作力をなくすことにより、ワークチャックの変形を防止することができ、露光精度を向上することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置は、作動流体供給源81とシリンダ70とを接続して、作動流体供給源81からシリンダ70に作動流体を供給する配管回路80に切換弁85が設けられ、切換弁85が、少なくとも基板Wに露光用の光を照射して露光する際に、シリンダ70への作動流体の供給を遮断すると共に、シリンダ70の内圧を開放する。
【選択図】図5

Description

本発明は、露光装置に関し、より詳細には、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の基板上にマスクのマスクパターンを分割逐次近接露光(プロキシミティ露光)する露光装置に関する。
液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等のフラットパネルディスプレイ装置のカラーフィルタを製造する露光装置においては、マスクを保持するマスクステージに対して、基板を保持する基板ステージを高精度で位置決めしながらステップ移動させ、パターン露光用の光を照射して基板にマスクパターンを露光転写する。露光転写する際のマスクと基板間のギャップは、マスクパターンを高精度で露光転写するために特に重要な管理項目の一つであり、基板を保持するワークチャックは、粗Z移動機構及び微Z移動機構により精密にZ方向位置、即ち、マスクと基板間のギャップが調整される。
そして、大型の露光装置の場合、ワークチャックは数百キログラムに達するものがあるので、従来のワークチャックは、その重量をバランスシリンダなどで支持した状態で上下移動機構により上下方向に移動される。これにより、上下移動機構に掛かる負荷が軽減され、上下移動機構を簡素化することが可能となる。図6に示すように、ワークチャック2を支持するバランスシリンダ3に圧縮空気を供給する従来の空圧回路1は、エアコンプレッサ等のエアポンプ4、手動切換弁5、リリーフバルブ6、及び圧力調整弁7などを備え、それぞれがパイプ8により接続されている。そして、エアポンプ4から供給される圧縮空気の圧力が、圧力調整弁7で調整されてバランスシリンダ3に供給される。圧力調整弁7は、バランスシリンダ3の操作力がワークチャック2の重量と同じ力となるように圧力を調整し、ワークチャック2の重量とバランスシリンダ3の操作力とをバランスさせる。
しかしながら、上記した従来の露光装置では、図7に示すように、バランスシリンダ3には常に圧縮空気が供給されているので、バランスシリンダ3からの上向きの力が常にワークチャック2に働いている。従って、上下移動機構9によるワークチャック2の上昇時には、バランスシリンダ3の力がワークチャック2の重量とバランスして上下移動機構9に掛かる負荷が軽減され、容易に上昇させることができるものの、ワークチャック2が上昇位置に達して保持する基板を露光するときにもバランスシリンダ3の操作力(上向きの力)がワークチャック2に作用する。その結果、ワークチャック2、惹いてはワークチャック2に保持される基板が、図7の実線で示すように、上方に反るように変形して、露光精度に影響を与える可能性があった。
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、その目的は、基板露光時において、ワークチャックに作用するシリンダの操作力をなくすことにより、ワークチャックの変形を防止することができ、露光精度を向上することができる露光装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
(1) 被露光材としての基板を保持するワークチャックと、ワークチャックを基板ステージに対して上下移動させる上下移動機構と、基板ステージ上に配置され、ワークチャックを支持するシリンダと、シリンダに作動流体を供給する作動流体供給源と、を備える露光装置であって、作動流体供給源とシリンダとを接続して、作動流体供給源からシリンダに作動流体を供給する配管回路に切換弁が設けられ、切換弁が、少なくとも基板に露光用の光を照射して露光する際に、シリンダへの作動流体の供給を遮断すると共に、シリンダの内圧を開放することを特徴とする露光装置。
(2) 配管回路は、シリンダへ供給される作動流体の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁を備え、切換弁は、圧力調整弁とシリンダとの間に配設されることを特徴とする(1)に記載の露光装置。
本発明の露光装置によれば、作動流体供給源とシリンダとを接続して、作動流体供給源からシリンダに作動流体を供給する配管回路に切換弁が設けられ、切換弁が、少なくとも基板に露光用の光を照射して露光する際に、シリンダへの作動流体の供給を遮断すると共に、シリンダの内圧を開放するため、基板露光時にワークチャックに作用するシリンダの操作力をなくすことができる。これにより、ワークチャックの変形を防止することができるので、露光装置の露光精度を向上することができる。
また、本発明の露光装置によれば、配管回路は、シリンダへ供給される作動流体の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁を備え、切換弁は、圧力調整弁とシリンダとの間に配設されるため、圧力調整弁により、作動流体の圧力をワークチャックの重量とバランスする圧力に正確に調整してシリンダに供給することができる。そのため、ワークチャックをシリンダにより最適な操作力で支持することができるので、ワークチャックの上下移動時に上下移動機構に掛かる負荷を軽減して、ワークチャックを容易に上下移動させることができる。
以下、本発明に係る露光装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る露光装置の一実施形態を説明するための正面図、図2は図1に示す露光装置の側面図、図3は図1に示す基板ステージの平面図であり、右半分はワークチャック下降時の平面図、左半分はワークチャック上昇時の平面図、図4は図3に示す基板ステージの正面図、図5は図1に示す露光装置の配管回路を説明するための概略図である。
本実施形態の露光装置PEは、図1及び図2に示すように、マスクMを保持するマスクステージ10と、ガラス基板(被露光材)Wを保持する基板ステージ20と、パターン露光用の照射手段としての照明装置13と、基板ステージ20をX軸,Y軸,Z軸方向に移動し、且つ基板ステージ20のチルト調整を行う基板ステージ移動機構40と、マスクステージ10及び基板ステージ移動機構40を支持するステージベース50と、を備える。
なお、ガラス基板W(以下、単に「基板W」と称する。)は、マスクMに対向配置されており、このマスクMに描かれたマスクパターンを露光転写すべく表面(マスクMの対向面側)に感光剤が塗布されている。
マスクステージ10は、中央部に矩形形状の開口11aが形成されるマスクステージベース11と、マスクステージベース11の開口11aにX軸,Y軸,θ方向に移動可能に装着されるマスク保持枠12と、を備える。
マスクステージベース11は、ステージベース50上に立設される支柱51、及び支柱51の上端部に設けられるZ軸移動装置52によりZ軸方向に移動可能に支持され、基板ステージ20の上方に配置される。Z軸移動装置52は、例えば、モータ及びボールねじ等からなる電動アクチュエータ、或いは空圧シリンダ等を備え、単純な上下動作を行うことにより、マスクステージ10を所定の位置まで昇降させる。
また、マスク保持枠12の下面には、マスクMを保持するチャック部14が取り付けられている。このチャック部14には、マスクMのマスクパターンが描かれていない周縁部を吸着するための複数の吸引ノズル(不図示)が開設されており、マスクMは、吸引ノズルを介して真空式吸着装置によりチャック部14に着脱自在に保持される。なお、マスク保持枠12は、マスクステージベース11上に設けられる不図示のマスク位置調整機構によりX軸,Y軸,θ方向に移動される。
照明装置13は、マスクステージベース11の開口11aの上方に配置され、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ、凹面鏡、オプチカルインテグレータ、平面ミラー、球面ミラー、及び露光制御用のシャッター等を備えて構成される。そして、高圧水銀ランプから照射された光が、マスクステージ10に保持されるマスクMを介して、基板ステージ20に保持される基板Wの表面にパターン露光用の平行光として照射される。これにより、マスクMのマスクパターンが基板Wに露光転写される。
基板ステージ20は、基板ステージ移動機構40上に設置されており、この基板ステージ移動機構40は、Y軸テーブル41、Y軸送り機構42、X軸テーブル43、X軸送り機構44、及びZ−チルト調整機構45を備え、ステージベース50に対して基板ステージ20をX方向及びY方向に送り駆動すると共に、マスクMと基板Wとの間の隙間を微調整するように、基板ステージ20をZ軸方向に微動且つチルトさせる。
Y軸送り機構42は、ステージベース50とY軸テーブル41との間に、リニアガイド46とY軸送り駆動機構47とを備える。リニアガイド46は、ステージベース50上にY軸方向に沿って平行に配置される2本の案内レール46aと、Y軸テーブル41の裏面に取り付けられ、案内レール46aに不図示の転動体を介して跨架されるスライダ46bと、を備える。
Y軸送り駆動機構47は、ステージベース50上に設置されるモータ47aと、モータ47aによって回転駆動されるボールねじ軸47bと、Y軸テーブル41の裏面に取り付けられ、ボールねじ軸47bに螺合されるボールねじナット47cと、を備える。そして、Y軸テーブル41は、モータ47aによりボールねじ軸47bを回転駆動させることによって、2本の案内レール46aに沿ってY軸方向に沿って移動される。
また、X軸送り機構44も、Y軸テーブル41とX軸テーブル43との間に、リニアガイド48とX軸送り駆動機構49とを備える。リニアガイド48は、Y軸テーブル41上にX軸方向に沿って平行に配置される2本の案内レール48aと、X軸テーブル43の裏面に取り付けられ、案内レール48aに不図示の転動体を介して跨架されるスライダ48bと、を備える。
X軸送り駆動機構49は、Y軸テーブル41上に設置されるモータ49aと、モータ49aによって回転駆動されるボールねじ軸49bと、X軸テーブル43の裏面に取り付けられ、ボールねじ軸49bに螺合されるボールねじナット49cと、を備える。そして、X軸テーブル43は、モータ49aによりボールねじ軸49bを回転駆動させることによって、2本の案内レール48aに沿ってX軸方向に沿って移動される。
Z−チルト調整機構45は、X軸テーブル43上に設置されるモータ45aと、モータ45aによって回転駆動されるボールねじ軸45bと、くさび状に形成され、ボールねじ軸45bに螺合されるくさび状ナット45cと、基板ステージ20の下面にくさび状に突設され、くさび状ナット45cの傾斜面に係合するくさび部45dと、を備える。また、本実施形態では、Z−チルト調整機構45は、X軸テーブル43のX軸方向の一端側(図2の右側)に2台、他端側(図2の左側)に1台の計3台設置され、それぞれが独立して駆動制御される。なお、Z−チルト調整機構45の設置数は任意である。
そして、Z−チルト調整機構45では、モータ45aによりボールねじ軸45bを回転駆動させることによって、くさび状ナット45cがX軸方向に水平移動し、この水平移動運動がくさび状ナット45c及びくさび部45dの斜面作用により高精度の上下微動運動に変換されて、くさび部45dがZ方向に微動する。従って、3台のZ−チルト調整機構45を同じ量だけ駆動させることにより、基板ステージ20をZ軸方向に微動することができ、また、3台のZ−チルト調整機構45を独立して個別に駆動させることにより、基板ステージ20のチルト調整を行うことができる。これにより、基板ステージ20のZ軸,チルト方向の位置を微調整して、マスクMと基板Wとを所定の間隔を存して平行に対向させることができる。
そして、本実施形態では、図3及び図4に示すように、基板ステージ20には、基板ステージ20上面に配置される上下移動装置60及び4本のバランスシリンダ(シリンダ)70を介して、基板Wを保持するためのワークチャック30が設けられる。
上下移動機構60は、基板ステージ20上に設置されるベースフレーム61と、ベースフレーム61上にY軸方向に沿って配置されるリニアガイド62と、リニアガイド62によりY軸方向に移動可能に支持される2台の移動テーブル63A,63Bと、移動テーブル63A,63BをY軸方向に移動させる駆動装置64と、移動テーブル63A,63Bの移動に伴いワークチャック30をZ軸方向に移動させるリンク機構65と、ワークチャック30のZ軸方向の移動を案内するZ軸ガイド66と、を備える。
リニアガイド62は、ベースフレーム61上にY軸方向に沿って平行に配置される2本の案内レール62aと、移動テーブル63A,63Bの裏面にそれぞれ取り付けられ、案内レール62aに不図示の転動体を介して跨架されるスライダ62bと、を備える。
駆動装置64は、ベースフレーム61のY軸方向端部(図3の左端部)に取り付けられるモータ64aと、モータ64aにより回転駆動されるボールねじ軸64bと、移動テーブル63A、63Bの中央部にそれぞれ取り付けられ、ボールねじ軸64bに螺合されるボールねじナット64cと、を備える。また、ボールねじ軸64bには、その軸方向中心部を境にして螺刻方向が異なる左右ねじが形成される。そのため、モータ64aでボールねじ軸64bを回転駆動させることにより、移動テーブル63A、63Bが2本の案内レール62aに沿って互いに反対方向に移動、即ち、左右対称に移動する。
リンク機構65は、ワークチャック30の下面に固定される4個の支点ブロック65aと、支点ブロック65aのX軸方向外側面にそれぞれ突設される支持ピン65bと、移動テーブル63A、63BのX軸方向両側面にそれぞれ突設される支持ピン65cと、支点ブロック65aの支持ピン65bと移動テーブル63A、63Bの支持ピン65cとをそれぞれ連結する4本のリンク65dと、を備える。また、支持ピン65b,65cとリンク65dは回動自在に連結される。
Z軸ガイド66は、ワークチャック30の下面に固定される4本のレール保持部66aと、レール保持部66aの内部にZ軸方向に沿って配置される案内レール66bと、ベースフレーム61上に4本のレール保持部66aと対向するように取り付けられ、レール保持部66aの案内レール66bに不図示の転動体を介して跨架されるスライダ66cと、を備える。
バランスシリンダ70は、空気圧シリンダであり、ベースフレーム61上に取り付けられるシリンダ本体70aと、ワークチャック30の下面に取り付けられるピストンロッド70bと、を備える。また、バランスシリンダ70には、図5に示すように、配管回路80から作動流体である圧縮空気がそれぞれ供給されており、この配管回路80から供給される圧縮空気の圧力を調整することにより、バランスシリンダ70は、ワークチャック30を支持して、リンク機構65(上下移動機構60)に掛かるワークチャック30の重量を相殺するようになっている。
配管回路80は、図5に示すように、エアポンプ(作動流体供給源)81、手動切換弁82、リリーフバルブ83、圧力調整弁84、切換弁85、及びバランスシリンダ70を備え、この順序で耐圧ホース86によってそれぞれ接続される。また、切換弁85は、圧力調整弁84とバランスシリンダ70との間に接続される。なお、図5の符号87は、露光装置PE全体を格納して、露光装置PEと外気とを遮断するチャンバである。
エアポンプ81は、チャンバ87の外側に配置されており、内部で圧縮空気を発生して、切換弁85や耐圧ホース86等を介してバランスシリンダ70に圧縮空気を供給する。
手動切換弁82は、チャンバ87の外側に配置されており、通常時は、リリーフバルブ83に供給される圧縮空気を連通させる。また、メンテナンス時や緊急時などに手動操作されて、配管回路80内の圧縮空気をチャンバ87外に排気したり、リリーフバルブ83に供給される圧縮空気を遮断したりする。
リリーフバルブ83は、チャンバ87の内側に配置されており、通常時は、圧力調整弁84に供給される圧縮空気を連通させる。また、エアポンプ81から所定の圧力を超えた圧縮空気が供給された場合に自動的に切り換わり、圧力調整弁84に供給される圧縮空気を遮断すると共に、圧縮空気をチャンバ87外に排気する。
圧力調整弁84は、チャンバ87の内側に配置されており、4本のバランスシリンダ70の発生する操作力が所定値(本実施形態ではワークチャック30の重量と同じ力)となるように、バランスシリンダ70に供給される圧縮空気の圧力を調整するものであり、圧縮空気を任意の圧力に調整可能である。
切換弁85は、空圧電磁弁で、チャンバ87の内側に配置されており、基板Wの露光前後のワークチャック30の上昇又は下降時には、バランスシリンダ70に供給される圧縮空気を連通させる。これにより、ワークチャック30にバランスシリンダ70の操作力が作用し、ワークチャック30の重量が相殺される。また、基板Wの露光時、即ち、リンク機構65のリンク65dが垂直に起立し、ワークチャック30が露光位置に上昇すると自動的に切り換わり、バランスシリンダ70に供給される圧縮空気を遮断すると共に、バランスシリンダ70内の圧縮空気(内圧)をチャンバ87外に排気(開放)する。これにより、ワークチャック30の重量を支持していたバランスシリンダ70の操作力が開放され、ワークチャック30の変形が防止される。また、ワークチャック30のZ軸方向の位置は、不図示のセンサーにより測定される移動テーブル63A,63BのY軸方向の位置に基づいて計算され、切換弁85は、このワークチャック30のZ軸方向の位置データに基づいて自動的に切り換えられる。
このように構成された露光装置PEでは、ワークチャック30を上昇させる場合には、切換弁85により圧力調整弁84とバランスシリンダ70とを連通させ、エアポンプ81から供給され、圧力調整弁84により圧力調整された圧縮空気をバランスシリンダ70に供給する。これにより、バランスシリンダ70の操作力がワークチャック30の重量とバランスするので、リンク機構65(上下移動機構60)に掛かる負荷がゼロとなる。これと同時に、駆動装置64のモータ64aを駆動してボールねじ軸64bを回転させることにより、移動テーブル63A,63Bをリニアガイド62に沿って互いに離間する方向に移動させる。これにより、リンク機構65のリンク65dが起き上がるように回動され、ワークチャック30がZ軸ガイド66に沿って上昇する(図3,4の左半分参照)。
そして、ワークチャック30が露光位置に上昇されると、切換弁85が自動的に切り換わり、圧力調整弁84とバランスシリンダ70との連通を遮断させると共に、バランスシリンダ70内の圧縮空気をチャンバ87外に開放させることにより、ワークチャック30に作用していたバランスシリンダ70の操作力をゼロにする。これにより、ワークチャック30の変形が防止され、基板Wがワークチャック30に精度良く保持される。なお、この際、ワークチャック30の重量はリンク機構65のみで支持されるが、リンク65dが垂直に起立しているので、上下移動機構60に過大な荷重が掛かることはない。
また、ワークチャック30を下降させる場合には、切換弁85が切り換わり、圧力調整弁84とバランスシリンダ70とを連通させることにより、バランスシリンダ70に圧縮空気が供給され、ワークチャック30がバランスシリンダ70で支持される。そして、駆動装置64のモータ64aを駆動してボールねじ軸64bを逆回転させて、移動テーブル63A,63Bを互いに接近するする方向に移動させる。これにより、リンク機構65のリンク65dが横臥するように回動され、ワークチャック30がZ軸ガイド66に沿って下降する(図3,4の右半分参照)。
以上説明したように、本実施形態の露光装置PEによれば、作動流体供給源81とシリンダ70とを接続して、作動流体供給源81からシリンダ70に作動流体を供給する配管回路80に切換弁85が設けられ、切換弁85が、少なくとも基板Wに露光用の光を照射して露光する際に、シリンダ70への作動流体の供給を遮断すると共に、シリンダ70の内圧を開放するため、基板露光時にワークチャック30に作用するシリンダ70の操作力をなくすことができる。これにより、ワークチャック30の変形を防止することができるので、露光装置PEの露光精度を向上することができる。
また、本実施形態の露光装置PEによれば、配管回路80は、シリンダ70へ供給される作動流体の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁84を備え、切換弁85は、圧力調整弁84とシリンダ70との間に配設されるため、圧力調整弁84により、作動流体の圧力をワークチャック30の重量とバランスする圧力に正確に調整してシリンダ70に供給することができる。そのため、ワークチャック30をシリンダ70により最適な操作力で支持することができるので、ワークチャック30の上下移動時に上下移動機構60に掛かる負荷を軽減して、ワークチャック30を容易に上下移動させることができる。
さらに、本実施形態の露光装置PEによれば、作動流体供給源81及び手動切換弁82がチャンバ78の外部に配置され、リリーフバルブ83、切換弁85、及びシリンダ70の排気がチャンバ78の外部に排出されるため、排気による露光への悪影響を排除することができるので、露光装置PEの露光精度を向上することができる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、フラットパネルディスプレイの露光装置に本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、半導体の露光装置に本発明を適用してもよい。
また、本実施形態では、ワークチャックの重量を支持するバランスシリンダに空気圧シリンダを使用したが、油圧シリンダを使用してもよい。
本発明に係る露光装置の一実施形態を説明するための正面図である。 図1に示す露光装置の側面図である。 図1に示す基板ステージの平面図であり、右半分はワークチャック下降時の平面図、左半分はワークチャック上昇時の平面図である。 図3に示す基板ステージの正面図である。 図1に示す露光装置の配管回路を説明するための概略図である。 従来の露光装置の配管路を説明するための概略図である。 従来の露光装置のシリンダによりワークチャックが変形した状態を示す要部拡大図である。
符号の説明
PE 露光装置
M マスク
W ガラス基板(被露光材)
10 マスクステージ
11 マスクステージベース
11a 開口
12 マスク保持枠
13 照明装置
14 チャック部
20 基板ステージ
30 ワークチャック
40 基板ステージ移動機構
41 Y軸テーブル
42 Y軸送り機構
43 X軸テーブル
44 X軸送り機構
45 Z−チルト調整機構
50 ステージベース
51 支柱
52 Z軸移動装置
60 上下移動機構
61 ベースフレーム
62 リニアガイド
63A,63B 移動テーブル
64 駆動装置
65 リンク機構
66 Z軸ガイド
70 バランスシリンダ(シリンダ)
80 配管回路
81 エアポンプ(作動流体供給源)
82 手動切換弁
83 リリーフバルブ
84 圧力調整弁
85 切換弁
86 耐圧ホース
87 チャンバ

Claims (2)

  1. 被露光材としての基板を保持するワークチャックと、前記ワークチャックを基板ステージに対して上下移動させる上下移動機構と、前記基板ステージ上に配置され、前記ワークチャックを支持するシリンダと、前記シリンダに作動流体を供給する作動流体供給源と、を備える露光装置であって、
    前記作動流体供給源と前記シリンダとを接続して、前記作動流体供給源から前記シリンダに前記作動流体を供給する配管回路に切換弁が設けられ、
    前記切換弁が、少なくとも前記基板に露光用の光を照射して露光する際に、前記シリンダへの前記作動流体の供給を遮断すると共に、前記シリンダの内圧を開放することを特徴とする露光装置。
  2. 前記配管回路は、前記シリンダへ供給される前記作動流体の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁を備え、
    前記切換弁は、前記圧力調整弁と前記シリンダとの間に配設されることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
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